Πόσα ξέρεις για κεραμικά κυκλώματα;

1Το ιστορικό ανάπτυξης κεραμικών κυκλωμάτων.

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 industryΟι ημιαγωγοί δεύτερης γενιάς, που αντιπροσωπεύονται από το αρσενικό του γαλλίου (GaAs) και το φωσφείδιο του ίνδιου (InP), χρησιμοποιούνται κυρίως στον τομέα των επικοινωνιών για την παραγωγή μικροκυμάτων υψηλών επιδόσεων.συσκευές χιλιοστών κυμάτων και συσκευές εκπομπής φωτόςΜε τη συνεχή επέκταση της τεχνολογικής ανάπτυξης και των αναγκών εφαρμογής, οι περιορισμοί των δύο έχουν αναδειχθεί σταδιακά.που δυσχεραίνουν την εκπλήρωση των απαιτήσεων χρήσης υψηλής συχνότητας, υψηλής θερμοκρασίας, υψηλής ισχύος, υψηλής ενεργειακής απόδοσης, αντοχή σε σκληρά περιβάλλοντα, και ελαφρύ και μικροποιημένο.Τα υλικά ημιαγωγών τρίτης γενιάς που αντιπροσωπεύονται από το καρβίδιο του πυριτίου (SiC) και το νιτρικό γαλλίμιο (GaN) έχουν τα χαρακτηριστικά μεγάλου κενού ζώνηςΟι ηλεκτρονικές συσκευές μπορούν να λειτουργούν σταθερά σε θερμοκρασίες 300 °C ή υψηλότερες.και έχουν ευρείες προοπτικές εφαρμογής στο ημιαγωγικό φωτισμό, αυτοκινητοβιομηχανικά ηλεκτρονικά προϊόντα, κινητές επικοινωνίες νέας γενιάς (5G), νέες ενέργειες και οχήματα νέας ενέργειας, σιδηροδρομικές μεταφορές υψηλής ταχύτητας, καταναλωτικά ηλεκτρονικά προϊόντα και άλλους τομείς.Οι προοπτικές εφαρμογής αναμένεται να διασπάσουν το εμπόδιο της παραδοσιακής τεχνολογίας ημιαγωγών, συμπληρώνουν τις τεχνολογίες ημιαγωγών πρώτης και δεύτερης γενιάς και έχουν σημαντική αξία εφαρμογής σε οπτοηλεκτρονικές συσκευές, ηλεκτρονική ισχύος, ηλεκτρονική αυτοκινήτων,Αεροδιαστημική και άλλα πεδίαΜε την άνοδο και την εφαρμογή των ημιαγωγών τρίτης γενιάς, οι συσκευές ημιαγωγών αναπτύσσονται σταδιακά προς την κατεύθυνση της υψηλής ισχύος, της μικροποίησης, της ολοκλήρωσης και της πολυλειτουργικότητας.που θέτει επίσης αυξημένες απαιτήσεις για τις επιδόσεις των υποστρωμάτων συσκευασίαςΤα κεραμικά κυκλώματα έχουν τα χαρακτηριστικά της υψηλής θερμικής αγωγιμότητας, της καλής αντοχής στη θερμότητα, του χαμηλού συντελεστή θερμικής διαστολής, της υψηλής μηχανικής αντοχής, της καλής μόνωσης,αντοχή στη διάβρωση, αντοχή σε ακτινοβολία κλπ. και χρησιμοποιούνται ευρέως στις συσκευασίες ηλεκτρονικών συσκευών.

2Τεχνική ταξινόμηση κεραμικών κυκλωμάτων Τα κεραμικά κυκλώματα περιλαμβάνουν κεραμικά υποστρώματα και στρώματα μεταλλικών κυκλωμάτων.

Για τις ηλεκτρονικές συσκευασίες, το υπόστρωμα συσκευασίας διαδραματίζει βασικό ρόλο στη σύνδεση των προηγούμενων και των επόμενων, συνδέοντας εσωτερικά και εξωτερικά κανάλια διάσπασης θερμότητας,και διαθέτει λειτουργίες όπως ηλεκτρική διασύνδεση και μηχανική υποστήριξηΗ κεραμική έχει τα πλεονεκτήματα της υψηλής θερμικής αγωγιμότητας, της καλής αντοχής στη θερμότητα, της υψηλής μηχανικής αντοχής και του χαμηλού συντελεστή θερμικής διαστολής.Είναι ένα κοινά χρησιμοποιούμενο υλικό υποστρώματος για συσκευασία συσκευών ημιαγωγών ισχύοςΣύμφωνα με τις διαφορετικές αρχές και διαδικασίες προετοιμασίας, τα σημερινά κοινά χρησιμοποιούμενα κεραμικά υπόστρωμα μπορούν να χωριστούν σε Thin Film Ceramic Substrate (TFC), Thick Printing Ceramic Substrate (TPC),και άμεσα συνδεδεμένο κεραμικό υπόστρωμα χαλκού (DBC), άμεσα επιχρισμένο κεραμικό υπόστρωμα χαλκού (DPC), κλπ.Αυτό το άρθρο αναλύει τις φυσικές ιδιότητες των κοινώς χρησιμοποιούμενων υλικών κεραμικού υποστρώματος (συμπεριλαμβανομένου του Al2O3, AlN, Si3N4, BeO, SiC και BN κλπ.), με επίκεντρο την εισαγωγή των αρχών παρασκευής, των ροών διαδικασίας και των τεχνικών χαρακτηριστικών διαφόρων κεραμικών υποστρώσεων.

2.1Καραμικά κυκλώματα λεπτής ταινίας

Η πλακέτα κεραμικού κυκλώματος λεπτής ταινίας (TFC), επίσης γνωστή ως κυκλώμα λεπτής ταινίας, χρησιμοποιεί γενικά μια διαδικασία ψεκασμού για την άμεση κατάθεση ενός μεταλλικού στρώματος στην επιφάνεια του κεραμικού υπόστρωμα,και χρησιμοποιεί φωτολιθογραφία, την ανάπτυξη, την εικόνα και άλλες διαδικασίες για το μοτίβο του μεταλλικού στρώματος σε κυκλώματα... Επειδή το TFC χρησιμοποιεί φωτοανθεκτικό υψηλής ακρίβειας ως φωτοανθεκτικό υλικό,σε συνδυασμό με τεχνολογία φωτολιθογραφίας και χαρακτικής, το χαρακτηριστικό του TFC είναι η υψηλή ακρίβεια των σχεδίων, όπως το πλάτος γραμμής / πλάτος σχισμής μικρότερο των 10 μm.αντίστασης λεπτής ταινίας και συστατικά κυκλώματος διανομής παραμέτρων σε κεραμικό υπόστρωμα. Έχει ένα ευρύ φάσμα παραμέτρων συστατικών, υψηλή ακρίβεια και καλά χαρακτηριστικά θερμοκρασίας και συχνότητας. Μπορεί να λειτουργήσει στην ζώνη χιλιοστών κυμάτων και έχει υψηλό επίπεδο ολοκλήρωσης.Λόγω του μικρού μεγέθους τουΛόγω της υψηλής συχνότητας λειτουργίας και της μεγάλης επίδρασης των παρασιτικών παραμέτρων στις επιδόσεις των κυκλωμάτων,το ίδιο το TFC είναι μικρού μεγέθους και έχει υψηλή πυκνότητα συστατικώνΩς εκ τούτου, υπάρχουν πολύ υψηλές απαιτήσεις ακρίβειας και συνέπειας για το σχεδιασμό κυκλωμάτων, το υπόστρωμα και το σχέδιο ταινίας.

2.2 Πίνακες κυκλωμάτων από κεραμική πυκνή ταινία

Το υπόστρωμα TPC μπορεί να παρασκευαστεί με επικάλυψη του μεταλλικού λιπαντικού στο κεραμικό υπόστρωμα μέσω εκτύπωσης σε οθόνη, ξήρανσης και συγκόλλησης σε υψηλή θερμοκρασία.Ανάλογα με την ιξώδες του μεταλλικού λιπαντικού και το μέγεθος του πλέγματος οθόνης, το πάχος του προετοιμασμένου στρώματος μεταλλικού κυκλώματος είναι γενικά 10 μm ~ 20 μm. Λόγω των περιορισμών της διαδικασίας οθόνης εκτύπωσης,Τα υποστρώματα TPC δεν μπορούν να αποκτήσουν γραμμές υψηλής ακρίβειας (το ελάχιστο πλάτος γραμμής/διαχωρισμός γραμμής είναι γενικά μεγαλύτερο από 100 μm)Επιπλέον, προκειμένου να μειωθεί η θερμοκρασία συγκόλλησης και να βελτιωθεί η αντοχή σύνδεσης μεταξύ του μεταλλικού στρώματος και του κεραμικού υποστρώματος,συνήθως προστίθενται μικρές ποσότητες γυάλινης φάσης στο μεταλλικό λιπάσμα, που θα μειώσει την ηλεκτρική και θερμική αγωγιμότητα του μεταλλικού στρώματος.Τα υποστρώματα TPC χρησιμοποιούνται μόνο στην συσκευασία ηλεκτρονικών συσκευών (όπως τα ηλεκτρονικά οχήματα) που δεν έχουν υψηλές απαιτήσεις για την ακρίβεια κυκλώματος.

2.3 Άμεση σύνδεση σε κεραμικό υπόστρωμα

Για την προετοιμασία του κεραμικού υποστρώματος DBC, το στοιχείο οξυγόνου εισάγεται πρώτα μεταξύ του χαλκού (Cu) και του κεραμικού υποστρώματος (Al2O3 ή AN),και στη συνέχεια σχηματίζεται η ευτεκτική φάση CuO σε θερμοκρασία περίπου 1065°C (το σημείο τήξης του μεταλλικού χαλκού είναι 1083°C)Η ταινία και το χαλκό χαλκού αντιδρούν για να παράγουν CuAlO2 ή Cu(AO2) 2, επιτυγχάνοντας ευτεκτικό δεσμό μεταξύ χαλκού χαλκού και κεραμικών.Επειδή τα κεραμικά και ο χαλκός έχουν καλή θερμική αγωγιμότητα, και η ευτεκτική αντοχή σύνδεσης μεταξύ χαλκού και κεραμικής είναι υψηλή, το υπόστρωμα DBC έχει υψηλή θερμική σταθερότητα και έχει χρησιμοποιηθεί ευρέως σε διπολικές διόδους μονωτικών θυρών (GBT),Οι ερευνητές αναφέρουν ότι οι νέες τεχνολογίες που χρησιμοποιούνται για την εκπομπή θερμότητας είναι οι ελκυστικές φωτοβολταϊκές συσκευές (LD) και οι εστιασμένες φωτοβολταϊκές συσκευές (CPV) και άλλες συσκευές που συσκευάζονται για την απομάκρυνση της θερμότητας.Το φύλλο χαλκού υποστρώματος DBC έχει μεγάλο πάχος (συνήθως 100μm-600μm), το οποίο μπορεί να καλύψει τις ανάγκες εφαρμογών συσκευασίας συσκευών σε ακραία περιβάλλοντα, όπως υψηλή θερμοκρασία και υψηλό ρεύμα.Αν και τα υποστρώματα DBC έχουν πολλά πλεονεκτήματα σε πρακτικές εφαρμογές, η ευτεκτική θερμοκρασία και η περιεκτικότητα σε οξυγόνο πρέπει να ελέγχονται αυστηρά κατά τη διάρκεια της διαδικασίας προετοιμασίας, η οποία απαιτεί υψηλό εξοπλισμό και έλεγχο της διαδικασίας και το κόστος παραγωγής είναι επίσης υψηλό.Επιπλέον, λόγω του περιορισμού της παχιάς χαλκού χαρακτικής, είναι αδύνατο να προετοιμαστεί ένα στρώμα κυκλώματος υψηλής ακρίβειας.Ο χρόνος οξείδωσης και η θερμοκρασία οξείδωσης είναι οι δύο σημαντικότερες παραμέτρους.Μετά την προ-οξείδωση του χαλκού, η διεπαφή σύνδεσης μπορεί να σχηματίσει αρκετή φάση CuxOy για να βρέξει την κεραμική και το χαλκό χαλκού Al2O3 και έχει υψηλή αντοχή σύνδεσης.αν το χαλκό δεν είναι προοξειδωμένο, η υγρασία του CuxOy είναι κακή και η διεπαφή σύνδεσης θα είναι Ένας μεγάλος αριθμός κενών και ελαττωμάτων παραμένουν, μειώνοντας την αντοχή σύνδεσης και τη θερμική αγωγιμότητα.Για την παρασκευή υποστρωμάτων DBC που χρησιμοποιούν κεραμική AlN, το κεραμικό υπόστρωμα πρέπει να προοξειδωθεί για να σχηματιστεί πρώτα ένα φιλμ Al2O3 και στη συνέχεια να αντιδράσει με το χαλκό για να παράγει μια ευτεκτική αντίδραση.Ο Xie Jianjun και άλλοι χρησιμοποίησαν την τεχνολογία DBC για την προετοιμασία κεραμικών υπόστρωτων Cu/Al2O3 και Cu/AlNΗ αντοχή σύνδεσης μεταξύ χαλκού και κεραμικών AlN ξεπέρασε τα 8N/mm. Υπήρχε ένα μεταβατικό στρώμα πάχους 2 μm μεταξύ χαλκού και AlN.Τα συστατικά του ήταν κυρίως Al2O3 και CuAlO2Και Cu2O.

2.4 Άμεση ηλεκτρική επικάλυψη κεραμικών υποστρώσεων

Η διαδικασία προετοιμασίας του κεραμικού υποστρώματος DPC είναι η ακόλουθη: πρώτον, χρησιμοποιείται λέιζερ για την προετοιμασία μέσω τρυπών στο κεραμικό υποστρώμα (τα ανοίγματα είναι γενικά 60 μm ~ 120 μm),και στη συνέχεια τα υπερηχητικά κύματα χρησιμοποιούνται για να καθαρίσει το κεραμικό υπόστρωμα· η τεχνολογία ψεκασμού με μαγνητρονίο χρησιμοποιείται για την κατάθεση ενός στρώματος μεταλλικών σπόρων στην επιφάνεια του κεραμικού υπόστρωμα (Ti/ Cu),Στη συνέχεια ολοκληρώστε την παραγωγή στρώματος κυκλώματος μέσω φωτολιθογραφίας και ανάπτυξηςΧρησιμοποιείται ηλεκτροπληγή για την πλήρωση τρυπών και την πάχυνση του στρώματος του μεταλλικού κυκλώματος, και βελτιώνεται η συγκόλληση και η αντοχή στο οξείδωμα του υπόστρωμα μέσω επεξεργασίας της επιφάνειας,και τελικά αφαιρέστε το ξηρό φιλμ και χαράξτε το στρώμα σπόρων για να ολοκληρώσετε την προετοιμασία του υποστρώματοςΤο μπροστινό άκρο της παρασκευής κεραμικού υποστρώματος DPC χρησιμοποιεί τεχνολογία μικροεπεξεργασίας ημιαγωγών (επεξεργασία ψεκασμού, φωτολιθογραφία, ανάπτυξη κλπ.),και το πίσω άκρο χρησιμοποιεί τεχνολογία προετοιμασίας πλακέτων εκτυπωμένων κυκλωμάτων (PCB) (γραφική επικάλυψη)Οι τεχνικές πλεονεκτήματα είναι προφανείς: (1) Η χρήση τεχνολογίας μικροεπεξεργασίας ημιαγωγών,τα μεταλλικά κυκλώματα στο κεραμικό υπόστρωμα είναι λεπτότερα (το πλάτος της γραμμής / η απόσταση μεταξύ των γραμμών μπορεί να είναι τόσο χαμηλή όσο 30μm ~ 50μm, σε σχέση με το πάχος του στρώματος κυκλώματος), έτσι ώστε το υπόστρωμα DPC είναι πολύ κατάλληλο για εφαρμογές με υψηλότερες απαιτήσεις ακρίβειας ευθυγράμμισης.(2) Χρησιμοποιώντας την τεχνολογία γεμίσματος τρυπών με λέιζερ και ηλεκτρική επικάλυψη για την επίτευξη κάθετης διασύνδεσης στην άνω/κάτω επιφάνεια του κεραμικού υποστρώματος, μπορεί να επιτευχθεί τρισδιάστατη συσκευασία και ενσωμάτωση ηλεκτρονικών συσκευών και να μειωθεί ο όγκος των συσκευών·(3) Η αύξηση ηλεκτροπληρωμής χρησιμοποιείται για τον έλεγχο του πάχους του στρώματος κυκλώματος (γενικά 10μm ~ 100μm), και η τραχύτητα της επιφάνειας του στρώματος του κυκλώματος μειώνεται μέσω της άλεσης για την κάλυψη των απαιτήσεων συσκευασίας των συσκευών υψηλής θερμοκρασίας και υψηλού ρεύματος·(4) Η διαδικασία προετοιμασίας σε χαμηλές θερμοκρασίες (κάτω των 300°C) αποτρέπει τη βλάβη των υλικών υποστρώματος και των στρωμάτων των μεταλλικών κυκλωμάτων σε υψηλές θερμοκρασίες.Συνοπτικά, το υπόστρωμα DPC έχει τα χαρακτηριστικά της υψηλής ακρίβειας των σχεδίων και της κάθετης διασύνδεσης και είναι μια πραγματική κεραμική πλακέτα κυκλωμάτων.Η αντοχή δέσμευσης μεταξύ του στρώματος μεταλλικού κυκλώματος και του κεραμικού υποστρώματος είναι το κλειδί για την επιρροή της αξιοπιστίας του κεραμικού υποστρώματος DPCΕξαιτίας της μεγάλης διαφοράς του συντελεστή θερμικής διαστολής μεταξύ μετάλλου και κεραμικής, προκειμένου να μειωθεί η πίεση της διεπαφής,είναι απαραίτητο να προστεθεί ένα μεταβατικό στρώμα μεταξύ του στρώματος χαλκού και της κεραμικήςΔεδομένου ότι η δύναμη δέσμευσης μεταξύ του στρώματος μετάβασης και της κεραμικής βασίζεται κυρίως στην προσκόλληση διάχυσης και τη χημική δέσμευση,μέταλλα με υψηλότερη δραστηριότητα και καλή διάχυση, όπως το Ti, Cr και Ni συχνά επιλέγονται ως το μεταβατικό στρώμα.

Επικεφαλής της Εθνικής Αθλητικής Ομάδας

Δήλωση πνευματικής ιδιοκτησίας: Τα πνευματικά δικαιώματα των πληροφοριών σε αυτό το άρθρο ανήκουν στον αρχικό συγγραφέα και δεν αντιπροσωπεύουν τις απόψεις αυτής της πλατφόρμας.Εάν υπάρχουν λάθη πνευματικής ιδιοκτησίας και πληροφοριών, επικοινωνήστε μαζί μας για να το διορθώσετε ή να το διαγράψετε.