Обожженная керамика - Co-fired ceramic

Гибридная схема KL b.jpg

Обожженная керамика устройства монолитный, керамика микроэлектронные устройства, в которых вся керамическая опорная конструкция и любые проводящие, резистивные и диэлектрические материалы обжигаются в печи одновременно. Типичные устройства включают конденсаторы, индукторы, резисторы, трансформаторы, и гибридные схемы. Технология также используется для прочной сборки и многослойной упаковки электронных компонентов. упаковка в электронной промышленности, такой как военная электроника, МЭМС, микропроцессор и РФ Приложения.[1]

Керамические устройства с совместным обжигом изготавливаются с использованием многослойного подхода. Исходный материал - композитные зеленые ленты, состоящие из керамических частиц, смешанных с полимерными связующими. Ленты гибкие, и их можно обрабатывать, например, резанием, фрезерованием, перфорацией и тиснением. К слоям можно добавлять металлические конструкции, обычно используя заливку и трафаретную печать. Затем отдельные ленты склеивают друг с другом в процессе ламинирования перед обжигом устройств в печи, где полимерная часть ленты сгорает, а керамические частицы спекаются вместе, образуя твердый и плотный керамический компонент.[2]

Совместное обжигание можно разделить на низкотемпературные (LTCC) и высокотемпературные (HTCC) применения: низкая температура означает, что температура спекания ниже 1000 ° C (1830 ° F), а высокая температура составляет около 1600 ° C (2910 ° F). ).[3] Более низкая температура спекания для материалов LTCC стала возможной благодаря добавлению в керамику стеклообразной фазы, которая снижает ее температуру плавления.[2]

Благодаря многослойному подходу, основанному на стеклокерамических листах, эта технология предлагает возможность интегрировать в корпус LTCC пассивные электрические компоненты и токопроводящие линии, обычно производимые по толстопленочной технологии.[4] Это отличается от изготовление полупроводниковых приборов где слои обрабатываются последовательно, и каждый новый слой создается поверх предыдущих слоев.

История

Керамика с совместным обжигом была впервые разработана в конце 1950-х - начале 1960-х годов для изготовления более надежных конденсаторов.[5] Позднее, в 60-х годах, технология была расширена за счет включения многослойных печатных плат, подобных структурам.[6]

Составные части

Гибридные схемы

Технология LTCC особенно полезна для радиочастотных и высокочастотных приложений. В РФ и беспроводной приложений, технология LTCC также используется для производства многослойных гибридные интегральные схемы, который может включать в себя резисторы, катушки индуктивности, конденсаторы и активные компоненты в одном корпусе. В частности, эти приложения включают мобильные телекоммуникационные устройства (0,8–2 ГГц), беспроводной локальные сети, такие как Bluetooth (2,4 ГГц) в автомобиль радары (50–140 ГГц и 76 ГГц).[4] Гибриды LTCC имеют меньшую начальную («единовременную») стоимость по сравнению с ИС, что делает их привлекательной альтернативой ASIC для небольших интеграционных устройств.

Индукторы

Индукторы формируются путем печати обмоток проводников на феррит керамическая лента. В зависимости от желаемой индуктивности и токоведущей способности на каждом слое может быть напечатана частичная обмотка на несколько обмоток. При определенных обстоятельствах можно использовать неферритовую керамику. Это наиболее часто встречается в гибридных цепях, где будут присутствовать конденсаторы, катушки индуктивности и резисторы, а также для приложений с высокой рабочей частотой, где гистерезис петля из феррита становится проблемой.

Резисторы

Резисторы могут быть встроенными в компоненты или добавлены к верхнему слою после обжига. Используя трафаретную печать, на поверхность LTCC наносится резисторная паста, из которой генерируются сопротивления, необходимые в цепи. При срабатывании эти резисторы отклоняются от своего расчетного значения (± 25%) и, следовательно, требуют регулировки для соблюдения окончательного допуска. С Лазерная резка можно достичь этих сопротивлений с помощью различных форм резки с точным желаемым значением сопротивления (± 1%). С помощью этой процедуры можно уменьшить потребность в дополнительных дискретных резисторах, что позволит еще больше уменьшить размеры печатных плат.

Трансформеры

Трансформаторы LTCC аналогичны индукторам LTCC, за исключением того, что трансформаторы содержат две или более обмоток. Для улучшения связи между обмотками трансформаторы включают в себя диэлектрический материал с низкой проницаемостью, нанесенный поверх обмоток на каждом слое. Монолитность трансформаторов LTCC приводит к меньшей высоте, чем у традиционных трансформаторов с проволочной обмоткой. Кроме того, интегрированный сердечник и обмотки означают, что эти трансформаторы не подвержены поломкам проводов в условиях высоких механических нагрузок.[7]

Датчики

Интеграция толстопленочных пассивных компонентов и трехмерных механических структур внутри одного модуля позволила изготавливать сложные трехмерные датчики LTCC, например, акселерометры.[8]

Микросистемы

Возможность изготовления множества различных пассивных толстопленочных компонентов, датчиков и трехмерных механических структур позволила изготавливать многослойные микросистемы LTCC.[9]

Используя технологию HTCC, были реализованы микросистемы для суровых условий окружающей среды, таких как рабочие температуры 1000 ° C.[10]

Приложения

Подложки LTCC могут наиболее эффективно использоваться для создания миниатюрных устройств и прочных подложек. Технология LTCC позволяет комбинировать отдельные слои с различными функциональными возможностями, такими как высокая диэлектрическая проницаемость и низкие диэлектрические потери, в один многослойный ламинированный корпус и, таким образом, достигать многофункциональности в сочетании с высоким уровнем интеграции и взаимосвязи. Это также дает возможность изготавливать трехмерные, надежные структуры, позволяющие в сочетании с толстопленочной технологией интегрировать пассивные электронные компоненты, такие как конденсаторы, резисторы и катушки индуктивности, в одном устройстве.[11]

Сравнение

Технология низкотемпературного совместного обжига имеет преимущества по сравнению с другими технологиями упаковки, включая высокотемпературный совместный обжиг: керамика обычно обжигается при температуре ниже 1000 ° C из-за особого состава материала. Это позволяет совместно сжигать материалы с высокой проводимостью (серебро, медь и золото). LTCC также имеет возможность встраивать пассивные элементы, такие как резисторы, конденсаторы и индукторы, в керамический корпус, сводя к минимуму размер готового модуля.

Компоненты HTCC обычно состоят из нескольких слоев глинозем или же цирконий с металлизацией платиной, вольфрамом и молимарганцем. Преимущества HTCC в технологии упаковки включают механическую жесткость и герметичность, оба из которых важны для высоконадежных и экологически опасных приложений. Другим преимуществом является способность HTCC к рассеиванию тепла, что делает его предпочтительным выбором для корпусов микропроцессоров, особенно для процессоров с более высокой производительностью.[12]

По сравнению с LTCC, HTCC имеет более высокий сопротивление проводящие слои.

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ Сайт "Микроволновая печь 101"
  2. ^ а б Юркув, Доминик; Мэдер, Томас; Домбровский, Аркадиуш; Зарник, Марина Санто; Белавич, Дарко; Бартч, Хайке; Мюллер, Йенс (сентябрь 2015 г.). «Обзор низкотемпературных керамических сенсоров». Датчики и исполнительные механизмы A: физические. 233: 125–146. Дои:10.1016 / j.sna.2015.05.023.
  3. ^ Веб-сайт AMETEK ECP https://www.ametek-ecp.com/products/hermetic-packages/ceramic-htcc
  4. ^ а б Гаджян, Али; Стёгер-Поллах, Михаэль; Шнайдер, Майкл; Мюфтюоглу, Дорук; Crunwell, Фрэнк К .; Шмид, Ульрих (2018). «Пористость подложек LTCC с гидроксидом калия». Журнал Европейского керамического общества. 38 (5): 2369–2377. Дои:10.1016 / j.jeurceramsoc.2018.01.017.
  5. ^ США 3004197, Родригес, Антонио Р. и Артур Б. Уоллес, «Керамический конденсатор и метод его изготовления», выпущенный 10.10.1961 
  6. ^ США 3189978, Стетсон, Гарольд В., "Способ изготовления многослойных схем", выпущенный 22.06.1965. 
  7. ^ Roesler, Александр В .; Schare, Joshua M .; Гласс, С. Джилл; Ewsuk, Kevin G .; Слама, Джордж; Авель, Давид; Шофилд, Дэрил (2010). «Планарные трансформаторы LTCC для высоковольтных обратноходовых преобразователей». IEEE Transactions по компонентам и упаковочным технологиям (Представлена ​​рукопись). 33 (2): 359–372. Дои:10.1109 / tcapt.2009.2031872.
  8. ^ Юркув, Доминик (2013). «Трехосный низкотемпературный керамический акселерометр». Microelectronics International. 30 (3): 125–133. Дои:10.1108 / MI-11-2012-0077.
  9. ^ Голонка, Лешек; Павел Бембнович; Доминик Юрков; Кароль Малеха; Хенрик Рогущак; Рафаль Тадашак (2011). "Микросистемы низкотемпературной совместной керамики (НТКК)" (PDF). Optica Applicata. 41 (2): 383–388. Архивировано из оригинал (PDF) 5 мая 2014 г.. Получено 5 мая 2014.
  10. ^ Sturesson, P; Khaji, Z; Кнауст, S; Клинтберг, L; Торнелл, Дж (2015-09-01). «Термомеханические свойства и характеристики керамических резонаторов для беспроводного считывания давления при высоких температурах». Журнал микромеханики и микротехники. 25 (9): 095016. Bibcode:2015JMiMi..25i5016S. Дои:10.1088/0960-1317/25/9/095016. ISSN  0960-1317.
  11. ^ Гаджян, Али; Мюфтюоглу, Дорук; Конеггер, Томас; Шнайдер, Майкл; Шмид, Ульрих (2019). «О пористости субстратов LTCC гидроксидом натрия». Композиты Часть B: Инженерия. 157: 14–23. Дои:10.1016 / j.compositesb.2018.08.071.
  12. ^ Характеристики корпусов микросхем из высокотемпературной керамики из оксида алюминия в диапазоне миллиметровых волн В архиве 2012-09-04 в Wayback Machine, Рик Стердивант, Конференция IMAPS 2006, Сан-Диего, Калифорния

внешняя ссылка