Az apró, hermetikus kerámiacsomag, amely egy katonai{0}}minőségű mikrochipet véd, úgy épül fel, mint egy mikroszkopikus réteges szerkezet. A vékony, volfrámmal vagy más tűzálló fém vezetőkkel mintázott kerámia szalagokat pontosan összeillesztik, egymásra rakják, majd gondosan ellenőrzött hő és nyomás hatására monolitikus tömbbé alakítják. Az ebben a folyamatban használt fűtött lapok precíziós forró felületként szolgálnak, ahol a laminálást és az együttégetést{3}}végzik, és a nagy-megbízhatóságú mikroelektronikai csomagolás alapját képezik.
Ebben az összefüggésben afűtött lemez többrétegű kerámia csomag mikroelektronikaA folyamat az anyagtudomány, a hőtechnika és a félvezető csomagolási technológia kritikus metszéspontját jelenti.
A fűtött lapok szerepe a kerámiacsomagok gyártásában
Zöld kerámia szalagok laminálása
A gyártási folyamat jellemzően zöld kerámia szalagokkal kezdődik, amelyek leggyakrabban a magas{0}}hőmérsékletű ko{1}} égetett kerámia (HTCC) technológiában használt alumínium-oxid rendszereken alapulnak. Ezeket a szalagokat szita-nyomtatják volfrám vezetőképes mintákkal, majd gondosan egymásra rakják többrétegű szerkezetekbe.
A fűtött lemezeket hidraulikus lamináló présben használják fel:
Egyenletes nyomás a teljes kötegben
Szabályozott hőmérséklet a teljes szinterezési tartomány alatt
Pontos mechanikai beállítási stabilitás
Ebben a szakaszban nem a tömörítés a cél, hanem a rétegek ellenőrzött ragasztása mechanikailag stabil előformába.
A lemez egy néma, perzselő{0}}forró üllő, amely egy finom por- és tintaköteget szilárd, védő erőddé kovácsol a számítógépes chip számára.
Együtt{0}}Égetési és szinterezési folyamat
Magas-hőmérsékletű sűrűsödés
A laminálás után az egymásra rakott kerámia szerkezetet egy magas-hőmérsékletű, együtttüzelő A rendszer gondosan ellenőrzött légköri körülmények között működik, jellemzően redukáló gázkörnyezetben, hogy megakadályozza a volfrám fémezés oxidációját.
Együttes{0}}égetés közben:
A hőmérséklet 800 és 1600 fok között emelkedik az anyagrendszertől függően
A kerámia részecskék merev, monolitikus szerkezetté tömörülnek
A volfrámvezetők folyamatos elektromos pályákká szintereznek
A szerves kötőanyagok teljesen kiégnek
A fűtött lapoknak vagy az alátámasztó forró felületeknek fenn kell tartaniuk:
Magas termikus egyenletesség
Méretstabilitás szélsőséges hőmérsékleten
Kémiai tehetetlenség redukáló atmoszférában
Ellenállás a vetemedésnek és a kúszás deformációjának
A hőeloszlás bármely eltérése leválást, repedést vagy elektromos megszakításokat okozhat.
A lemezekre vonatkozó anyag- és kiviteli követelmények
Magas{0}}hőmérsékletű szerkezeti anyagok
A HTCC feldolgozásban használt lemezek általában a következőkből készülnek:
Szilícium-karbid (SiC) kerámia
Magas-nikkeltartalmú vagy tűzálló fémötvözetek
Fejlett kerámia kompozitok
Ezeket az anyagokat a következők szerint választják ki:
Laposság magas hőmérsékleten
Kémiai stabilitás gázatmoszféra kialakulásában
Ellenállás a termikus ciklusos fáradtságnak
A kerámia felületek minimális szennyeződése
Atmoszférikus kompatibilitás
A feldolgozási környezet redukáló atmoszférát igényel, hogy megvédje a volfrámfémezést az oxidációtól. A fűtött lapoknak ezért kémiailag inerteknek kell maradniuk:
Hidrogén{0}}tartalmú formáló gáz
Magas{0}}hőmérsékletű szinterezési körülmények
Hosszú termikus tartózkodási ciklusok
Megjegyzés a folyamathoz: A lemez síkságának fontossága
A lemez felületének síksága kritikus minőségi paraméter mind a laminálás, mind a termikus feldolgozás során. Bármilyen eltérés a következőket eredményezheti:
Helyi nyomás egyenetlenség-a laminálás során
Kerámia rétegek vastagságának változása
Belső feszültséggradiensek szinterezés közben
A végső csomagolás geometriájának vetemedése vagy torzulása
Sima, erősen polírozott felületre van szükség, hogy megakadályozzuk a lágy kerámia szalag benyomódását vagy textúráját a laminálás korai szakaszában-. Még a mikroszkopikus felületi egyenetlenségek is szerkezeti hibákká terjedhetnek a végső többrétegű eszközben.
Termikus egyenletesség és elektromos teljesítmény
A jel integritására és megbízhatóságára gyakorolt hatás
A többrétegű kerámiacsomagokat olyan nagy teljesítményű{0}}alkalmazásokban használják, mint például:
Repülési elektronika
Védelmi rendszerek
Nagy{0}}frekvenciás RF modulok
Erőteljes félvezető csomagolás
Az együttégetés során fellépő hőegyenetlenség-a következőket okozhatja:
A belső átmenetek eltolódása
Rezisztív folytonossági zavarok volfrámnyomokban
A dielektromos tulajdonság változása
A végső csomag csökkentett hermetikussága
Ennek eredményeként a lemez teljesítménye közvetlenül befolyásolja{0}}az eszköz hosszú távú megbízhatóságát.
Mechanikai integráció kemencerendszerekben
Szerkezeti szerep a magas{0}}hőmérsékletű feldolgozásban
Számos kemencekialakításban a fűtött lapok a következőket szolgálják:
Hőenergia szállító felületek
Mechanikus tartószerkezetek kerámia kötegekhez
Ehhez a kettős funkcióhoz:
Nagy teherbírás-emelt hőmérsékleten
Ellenállás a hőtágulási eltérésekkel szemben
Stabil rögzítés a kemence architektúrájában
A nyomólap hatékonyan a termikus feldolgozási környezet részévé válik, nem pedig különálló szerszámkomponenssé.
Következtetés
A fűtött lapok képezik a precíziós hő- és mechanikai alapját a többrétegű kerámiacsomag-gyártásnak a mikroelektronikában. A szigorúan ellenőrzött laminálás és a magas-hőmérsékletű-együttégetés révén ezek a rendszerek lehetővé teszik a törékeny kerámiaszalagok és nyomtatott fémpaszták robusztus, hermetikus elektronikus burkolatokká való átalakítását.
Azon belülfűtött lemez többrétegű kerámia csomag mikroelektronikaA folyamat, a lemez síksága, a termikus egyenletesség és a légköri kompatibilitás alapvető paraméterek, amelyek meghatározzák a végső csomagolás integritását és elektromos teljesítményét. A rendszer formálószerszámként és magas hőmérsékletű szerkezeti elemként is{1}} működik, biztosítva a méretpontosságot az extrém hőciklusok során.
A világ legvédettebb mikrochipjei végső soron tökéletesen sík, kémiailag inert és intenzíven melegített kerámiafelületek ágyán jönnek létre, ahol a precíziós hőtechnika határozza meg a fejlett elektronikus rendszerek megbízhatóságát.
