Сколько ты знаешь о керамических печатных платах?

1. История разработки керамических платок.

The first-generation semiconductor technology represented by silicon (Si) and germanium (Ge) materials is mainly used in the field of data computing and lays the foundation for the microelectronics industryПолупроводники второго поколения, представленные арсенидом галлия (GaAs) и фосфидом индия (InP), в основном используются в области связи для производства высокопроизводительных микроволн,устройства для миллиметровых волн и светоизлучающих устройствВ связи с непрерывным расширением технологического развития и потребностей в применении постепенно возникают ограничения этих двух технологий.затрудняя выполнение требований к использованию высокочастотных, высокая температура, высокая мощность, высокая энергоэффективность, устойчивость к суровым условиям и легкий вес и миниатюризация.Полупроводниковые материалы третьего поколения, представленные карбидом кремния (SiC) и нитридом галлия (GaN), имеют характеристики большого полосового разрыва, высокое критическое разрывное напряжение, высокая теплопроводность и высокая скорость дрейфа насыщения носителя.и имеют широкие перспективы применения в полупроводниковом освещении, автомобильная электроника, мобильная связь нового поколения (5G), новая энергия и новые энергетические транспортные средства, высокоскоростной железнодорожный транспорт, потребительская электроника и другие области.Ожидается, что перспективы применения позволят преодолеть узкое место традиционной технологии полупроводников, дополняют полупроводниковые технологии первого и второго поколений и имеют важное применение в оптико-электронных устройствах, силовой электронике, автомобильной электронике,аэрокосмическая и другие областиС ростом и применением полупроводников третьего поколения полупроводниковые устройства постепенно развиваются в направлении высокой мощности, миниатюризации, интеграции и многофункциональности.которая также предъявляет более высокие требования к производительности упаковочных подложковКерамические платы имеют характеристики высокой теплопроводности, хорошей теплостойкости, низкого коэффициента теплового расширения, высокой механической прочности, хорошей изоляции,устойчивость к коррозии, устойчивость к радиации и т. д. и широко используются в упаковке электронных устройств.

2Техническая классификация керамических пластин Керамические платы включают керамические подложки и металлические слои.

Для электронной упаковки упаковочная подложка играет ключевую роль в соединении предыдущей и следующей, соединяя внутренние и внешние каналы рассеивания тепла,и имеет такие функции, как электрическое соединение и механическая поддержкаКерамика имеет преимущества высокой теплопроводности, хорошей теплостойкости, высокой механической прочности и низкого коэффициента теплового расширения.Это обычно используемый материал для упаковки устройств полупроводниковСогласно различным принципам и процессам подготовки, в настоящее время широко используемые керамические субстраты можно разделить на тонкопленочную керамическую подложку (TFC), толстую печатную керамическую подложку (TPC),и прямые скрепленные медные керамические подложки (DBC), прямые покрытые медными керамическими подложками (DPC) и т.д.В данной статье анализируются физические свойства широко используемых керамических субстратов (включая Al2O3)., AlN, Si3N4, BeO, SiC и BN и т. д.), с упором на введение принципов приготовления, процессов и технических характеристик различных керамических субстратов.

2.1Керамическая плата с тонкой пленкой

Тонкопленочная керамическая плата (TFC), также известная как тонкопленочная схема, обычно использует процесс распыливания, чтобы непосредственно отложить металлический слой на поверхность керамической подложки,и использует фотолитографию, разработки, гравировки и других процессов для моделирования металлического слоя в схемы... Поскольку TFC использует высокоточный фоторезист в качестве фоторезистного материала,в сочетании с технологией фотолитографии и гравировки, отличительной особенностью TFC является высокая точность рисунков, например, ширина линии / ширина щели менее 10 мкм.резисторы тонкой пленки и компоненты распределенных параметровых цепей на керамическом подложке. Он имеет широкий спектр параметров компонентов, высокую точность и хорошие температурные и частотные характеристики. Он может работать в диапазоне миллиметровых волн и имеет высокий уровень интеграции.Из-за его небольшого размераИз-за высокой частоты работы и большого влияния паразитарных параметров на производительность цепи,сам ТФК имеет небольшие размеры и высокую плотность компонентовСледовательно, для проектирования цепей, подложки и пленки требуется очень высокая точность и последовательность.

2.2 Керамическая плата толстопленочной схемы

ТПК-субстрат может быть подготовлен путем нанесения металлической смеси на керамическую подложку посредством серийного печати, сушки и синтерации при высокой температуре.В зависимости от вязкости металлической смеси и размера сетки экрана, толщина готового металлического слоя цепи обычно составляет 10 мкм ~ 20 мкм. Из-за ограничений процесса серийного печати,ТПК-субстраты не могут получать высокоточные линии (минимальная ширина линии/расстояние между линиями, как правило, больше 100 мкм)Кроме того, чтобы снизить температуру сфинтерации и улучшить прочность связывания между металлическим слоем и керамическим субстратом,В металлическую лужу обычно добавляется небольшое количество стеклянной фазы., что уменьшит электрическую и теплопроводность металлического слоя.ТПК-субстраты используются только в упаковке электронных устройств (таких как автомобильная электроника), которые не имеют высоких требований к точности цепи.

2.3 Прямая связь с керамической подложкой

Для приготовления керамической подложки DBC сначала между медной фольгой (Cu) и керамической подложкой (Al2O3 или AN) вводят кислородный элемент.а затем ускоренная фаза CuO образуется при температуре около 1065°C (точка плавления металлической меди составляет 1083°C)Пленка и медная фольга вступают в реакцию для получения CuAlO2 или Cu ((AO2) 2, достигая эвтектической связи между медной фольгой и керамикой.Потому что керамика и медь имеют хорошую теплопроводность, а сила эвтектической связи между медной фольгой и керамикой высока, субстрат DBC имеет высокую тепловую устойчивость и широко используется в изоляционных биполярных диодах (GBT),лазеры (LD) и фокусированные фотоэлектрические (CPV) и другие устройства упаковываются для рассеивания теплаМедная фольга DBC-субстрата имеет большую толщину (обычно 100μm-600μm), которая может удовлетворить потребности устройств для упаковки в экстремальных условиях, таких как высокая температура и высокий ток.Хотя DBC-субстраты имеют много преимуществ в практическом применении, эвтектическая температура и содержание кислорода должны строго контролироваться во время процесса подготовки, что требует высокого оборудования и контроля процесса, а также высокие затраты на производство.Кроме того,В процессе подготовки DBC-субстрата невозможно изготовить высокоточный слой цепи из-за ограничений толстого медного гравирования.время окисления и температура окисления являются двумя наиболее важными параметрамиПосле предварительной окисления медной фольги связующий интерфейс может сформировать достаточное количество фазы CuxOy, чтобы намочить керамику Al2O3 и медную фольгу, и имеет высокую прочность связывания;если медная фольга не предварительно окислена, увлажняемость CuxOy слабая, и интерфейс связывания будет иметь большое количество пустот и дефектов, что снижает прочность связывания и теплопроводность.Для приготовления субстратов DBC с использованием керамики AlN, керамический субстрат должен быть предварительно окислен, чтобы сначала сформировать пленку Al2O3, а затем реагировать с медной фольгой, чтобы произвести эвтектическую реакцию.Си Цзяньцзюнь и другие использовали технологию DBC для приготовления керамических субстратов Cu/Al2O3 и Cu/AlNПрочность связывания между медной фольгой и керамикой AlN превышала 8N/mm. Между медной фольгой и AlN был переходный слой толщиной 2 мкм.Его компоненты были в основном Al2O3 и CuAlO2И Cu2O.

2.4 Прямая электропластика керамических субстратов

Процесс подготовки керамической субстрат DPC следующий: во-первых, для подготовки через отверстия на керамической субстрат используется лазер (апертуры обычно 60 мкм ~ 120 мкм),и затем ультразвуковые волны используются для очистки керамической подложки; технология магниторонного распыливания используется для отложения металлического слоя семена на поверхности керамической подложки (Ti/ Cu),Затем завершить производство слоя схемы с помощью фотолитографии и разработки; использовать электропластировку для заполнения отверстий и утолщения слоя металлической цепи, а также улучшить сварку и окислительную стойкость подложки путем обработки поверхности,и, наконец, удалить сухую пленку и выгравировать слой семян, чтобы завершить подготовку субстрата.. передний конец подготовки керамического субстрата DPC использует полупроводниковую технологию микрообработки (покрытие распылительным покрытием, фотолитография, разработка и т.д.),а задняя часть использует технологию подготовки печатных плат (PCB) (графическое покрытие)В частности: 1) использование технологии полупроводниковой микрообработки,Металлические цепи на керамической подложке более тонкие (ширина линии / расстояние между линиями может быть до 30μm ~ 50μm), относящиеся к толщине слоя цепи), поэтому субстрат DPC очень подходит для приложений с более высокими требованиями к точности выравнивания.(2) Использование технологии лазерного бурения и электропластировки для заполнения отверстий для достижения вертикальной взаимосвязи на верхней/нижней поверхности керамической подложки, можно достичь трехмерной упаковки и интеграции электронных устройств, и объем устройства может быть уменьшен;(3) Для контроля толщины слоя цепи (обычно 10μm ~ 100μm) используется электропластировка роста, и поверхностная шероховатость слоя цепи уменьшается путем измельчения для удовлетворения требований упаковки высокотемпературных и высокоточных устройств;(4) Процесс приготовления при низкой температуре (ниже 300°C) избегает повреждения материалов субстрата при высоких температурах, а слои металлических цепей неблагоприятно влияют наПодводя итог, субстрат DPC обладает характеристиками высокой точности рисунков и вертикальной взаимосвязи и является настоящей керамической платой.Прочность связывания между слоем металлической цепи и керамической подложкой является ключом к влиянию на надежность керамической подложки DPCИз-за большой разницы в коэффициенте теплового расширения между металлом и керамикой, чтобы уменьшить напряжение на интерфейсе,необходимо добавить переходный слой между медным слоем и керамическимПоскольку сила связывания между переходным слоем и керамикой основана главным образом на диффузионном склеивании и химическом склеивании,металлы с более высокой активностью и хорошей диффузивностью, такие как Ти, Cr и Ni часто выбираются в качестве переходного слоя.

Посмотрите на меня.

Заявление об авторском праве: авторское право на информацию в этой статье принадлежит оригинальному автору и не представляет мнения этой платформы.Если имеются авторские права и ошибки в информацииПожалуйста, свяжитесь с нами, чтобы исправить или удалить его.