Άμεσο καλυμμένο επιμεταλλωμένο χαλκός υπόστρωμα και η αίτησή του στα κυκλώματα μικροκυμάτων

                     Άμεσο καλυμμένο επιμεταλλωμένο χαλκός υπόστρωμα και η αίτησή του στα κυκλώματα μικροκυμάτων

Μια άμεση καλυμμένη τεχνική υποστρωμάτων χαλκού επιμεταλλωμένη το (DPC) εισάγεται και χαρακτηρίζεται σε αυτό το άρθρο. Το προτεινόμενο επιμεταλλωμένο DPC υπόστρωμα παρέχει τα κύρια πλεονεκτήματα της άριστης θερμικής διαχείρισης και των υψηλής συχνότητας χαρακτηριστικών, λόγω του τ…

Η άμεση καλυμμένη διαδικασία του (DPC) χαλκού στο επιμεταλλωμένο κεραμικό υπόστρωμα δημιουργήθηκε αρχικά για να αντικαταστήσει την άμεση συνδεμένη διαδικασία του (DBC) χαλκού λόγω καλύτερου ηλεκτρικού, θερμικού και μηχανικού performance.1 της έναντι DBC, DPC παρέχει μια πολύ ισχυρή δύναμη δεσμών μεταξύ Al2O3/του υποστρώματος AlN και το μέταλλο χαλκού, λόγω της χρήσης μιας λεπτής ταινίας που συνδέει DPC layer.2 έχει επίσης μια καλή δυνατότητα στον έλεγχο πάχους για το στρώμα χαλκού, από πολύ λεπτό πολύ πυκνά. Για το λεπτό σχέδιο πισσών, ένα ελάχιστα πλάτος γραμμών αγωγών/ένα διάστημα 3 mils μπορεί να ληφθεί εύκολα, και μέσω των τρυπών γεμίζουν με το χαλκό για τα καλά ηλεκτρικά και θερμικά χαρακτηριστικά. Με τη χρησιμοποίηση του προτεινόμενου DPC υποστρώματος, η ανώτερη απόδοση μπορεί να ληφθεί έναντι άλλων τεχνολογιών από την άποψη των χαρακτηριστικών γνωρισμάτων και των αιτήσεών της, η οποία περιλαμβάνει την υψηλή πυκνότητα κυκλωμάτων, τα σημαντικά υψηλής συχνότητας χαρακτηριστικά, την άριστη θερμική απόδοση διαχείρισης και θερμότητα-μεταφοράς, το σημαντικό solderability, και τα καλώδιο-συνδέοντας χαρακτηριστικά συνελεύσεων. Αυτά τα DPC υποστρώματα μπορούν επομένως να χρησιμοποιηθούν ευρέως για τα τμήματα υψηλής συχνότητας που απαιτούν τη υψηλή δύναμη και την υψηλή θερμότητα.

Σε αυτό το άρθρο, η DPC επεξεργασία περιγράφεται εν συντομία με ένα διάγραμμα ροής διαδικασίας, για να εισαγάγει διάφορες βασικές ιδιότητες αυτής της διαδικασίας. Ένας απλός ηλεκτρικός χαρακτηρισμός για DPC το υπόστρωμα χρησιμοποιείται έπειτα για να εξαγάγει τον υψηλής συχνότητας παράγοντα διηλεκτρικής σταθεράς και διασκεδασμού. Τέλος, 10 Ghz, παράλληλος-συνδεμένο????????? φίλτρο γραμμών σχεδιάζονται για να επικυρώσουν τις αποσπασματικές διηλεκτρικές παραμέτρους και την άριστη υψηλής συχνότητας απόδοση ενός επιμεταλλωμένου DPC υποστρώματος.

Άμεση καλυμμένη διαδικασία χαλκού
Η ολόκληρη DPC διαδικασία περιλαμβάνει βασικά τα βήματα που επιδεικνύονται στο σχήμα 1, τα οποία περιλαμβάνουν τον καθορισμό των τρυπών στο κεραμικό υπόστρωμα, την επιμετάλλωση μιας ταινίας χαλκού επάνω στο κεραμικό υπόστρωμα, τη διαμόρφωση μιας ξηράς ταινίας επάνω στην ταινία χαλκού, τη διαμόρφωση ενός διαγράμματος κυκλώματος με την έκθεση και την ανάπτυξη, καλύπτοντας μόλυβδοι χαλκού, την αφαίρεση της ξηράς ταινίας και τη χάραξη του μετάλλου copper.3 σπόρου που οι λεπτομερείς διαδικασίες έχουν περιγραφεί από S.P. RU, ⁴ με τις θεωρητικότερες εξηγήσεις και σχέδια.

Σχήμα 1 DPC διάγραμμα ροής διαδικασίας.

Με το διάγραμμα ροής που παρουσιάζεται, η DPC διαδικασία αρχίζει με τον καθορισμό των τρυπών στο γυμνό κεραμικό υπόστρωμα με ένα λέιζερ. Αυτές οι τρύπες μπορούν να χρησιμοποιηθούν όπως μέσω των τρυπών που επικοινωνούν και μεταξύ των δύο πλευρών του κεραμικού υποστρώματος εάν είναι απαραίτητο για κάποιο συγκεκριμένο σχεδιασμένο σχεδιάγραμμα. Κατόπιν μια ταινία χαλκού, που χρησιμοποιείται ως στρώμα μετάλλων σπόρου, ψεκάζεται στις αντίθετες πλευρές του κεραμικού υποστρώματος έτσι ώστε καλύπτεται με ένα στρώμα χαλκού. Από το έργο τέχνης που περιγράφει το διάγραμμα κυκλώματος, ένα photomask γίνεται χρησιμοποιώντας τη συμβατική τεχνολογία photomask. Το photomask τοποθετείται κατηγορηματικά και εμμένει στην ξηρά ταινία στο κεραμικό υπόστρωμα, το οποίο στέλνεται σε μια εκθέτοντας αίθουσα.

Μετά από να δημιουργήσουν ένα κενό στην εκθέτοντας αίθουσα, υπεριώδεις ακτίνα ακτινοβολούν την ξηρά ταινία μέσω του photomask, το οποίο πολυμερίζω από την υπεριώδη ακτινοβολία. Η ξηρά ταινία, που ακτινοβολώ από τις υπεριώδεις ακτίνες, δεν αντιδρά και κρατά τη χημική σύνθεσή της. Η αναπτυξιακή διαδικασία χαράζει το πολυμερισμένο μέρος της ξηράς ταινίας με το χημικό καθαρισμό ή το φυσικό καθαρισμό. Κατά αυτόν τον τρόπο, μερικά μέρη της ταινίας χαλκού εκτίθενται από την ξηρά ταινία εκείνα τα μέρη της ταινίας χαλκού θα διαμορφώσουν το απαραίτητο διάγραμμα κυκλώματος σύμφωνα με το έργο τέχνης του κυκλώματος, προκειμένου να παραχθούν οι απαραίτητοι τομείς χαλκού ενός κυκλώματος στο κεραμικό υπόστρωμα. Κατά συνέπεια, το σχεδιάγραμμα κυκλωμάτων μπορεί να τυπωθεί στην ξηρά ταινία.

Ο χαλκός κατατίθεται έπειτα για να γεμίσει τα εκτεθειμένα μέρη της ξηράς ταινίας στο κεραμικό υπόστρωμα, με το κατάλληλα πάχος αγωγών και το πλάτος, από μια τεχνολογία επένδυσης για να διαμορφώσει το κύκλωμα χαλκού. Με τις ανωτέρω διαδικασίες, η επιμεταλλωμένη περιοχή κυκλωμάτων έχει τα λεπτά, επίπεδα και ομαλά χαρακτηριστικά, και ο διασκεδασμός θερμότητας είναι καλός. Κατόπιν το νικέλιο και ο χρυσός κατατίθενται στην ανώτερη επιφάνεια του χαλκού. Η ταινία νικελίου αποτρέπει τα άτομα των μολύβδων χαλκού που διασκορπίζουν στη χρυσή ταινία. Η χρυσή ταινία αποφεύγει την οξείδωση της επιφάνειας αγωγών και βελτιώνει την προσκόλληση για τα χρυσά συνδέοντας καλώδια. Μια οπτική αντίσταση διαμορφώνεται στην ανώτερη επιφάνεια του χαλκού. Η υπόλοιπη ξηρά ταινία στο κεραμικό υπόστρωμα αφαιρείται έπειτα. Μετά από να γδύσει την ξηρά ταινία, το κύκλωμα χαλκού προστατεύεται από το νικέλιο και τις χρυσές ταινίες. Η διαδικασία ταινιών χαλκού αποσύνδεσης χαράζει την ταινία χαλκού που δεν προστατεύεται από τον οπτικό αντιστέκεται.

Λόγω των διαδικασιών που περιγράφονται και των υλικών χρησιμοποιούμενων, διάφορες βασικές ιδιότητες της DPC διαδικασίας μπορούν να συνοψιστούν όπως κατωτέρω:

· Ανώτερη θερμική απόδοση

· Χαμηλές ηλεκτρικές γραμμές αγωγών αντίστασης

· Σταύλος μέχρι τη θερμοκρασία > 340°C

· Ακριβής θέση χαρακτηριστικών γνωρισμάτων, συμβατή με τη συνέλευση αυτοματοποιημένου, μεγάλου σχήματος

· Ψήφισμα λεπτών γραμμών που επιτρέπει την υψηλή πυκνότητα των συσκευών και των στοιχείων κυκλώματος

· Αποδεδειγμένη αξιοπιστία

· Μηχανικά τραχιά κεραμική κατασκευή

· Χαμηλότερο κόστος, κεραμική λύση υψηλής επίδοσης

Οι εφαρμογές επιμεταλλωμένου του DPC υποστρώματος μπορούν να επιλεχτούν των οδηγήσεων υψηλός-φωτεινότητας (HBLED), τα υποστρώματα για τα ηλιακά κύτταρα συμπυκνωτών, τη συσκευασία ημιαγωγών δύναμης και τον αυτοκίνητο έλεγχο μηχανών. Επιπλέον, DPC τα υποστρώματα με την άριστη ηλεκτρική απόδοση μπορούν να εξεταστούν για τα τμήματα RF/microwave, τα οποία απαιτούν την πολύ χαμηλή απώλεια.

Ηλεκτρική εξαγωγή ιδιοτήτων

Προκειμένου να χρησιμοποιηθούν DPC τα υποστρώματα για τις εφαρμογές RF/microwave, οι διηλεκτρικές ιδιότητες πρέπει να εξαχθούν. Ο διηλεκτρικός χαρακτηρισμός είναι ένα πολύ σημαντικό ζήτημα για τα ηλεκτρονικά σχέδια συσκευασίας δεδομένου ότι η ηλεκτρική συμπεριφορά επηρεάζεται πολύ από τη διηλεκτρική σταθερά και τη διηλεκτρική απώλεια στις υψηλές συχνότητες.

Σχήμα 2 DPC παράλληλος-συνδεμένα microstrip αντηχεία με τις ευδιάκριτες συνδέσεις παραγωγής: (α) PCMR1 και (β) PCMR4.

Υπάρχουν πολυάριθμες αναφερόμενες μέθοδοι στα δημοσιευμένα literature.5-8 πολλές από αυτές τις μεθόδους έχουν το ένα ή διάφοροι περιορισμοί, όπως η ακριβή και περίπλοκη ενοργάνωση, δύσκολος--κατασκευάζουν τα κοu'φώματα, μετρημένες διηλεκτρικές ιδιότητες μόνο έγκυρες για μια ιδιαίτερη συχνότητα, τη φτωχή επανάληψη, και την ανικανότητα να ληφθεί και η διηλεκτρική σταθερά και η διηλεκτρική απώλεια. Εντούτοις, σε αυτό το άρθρο, μια απλή προσέγγιση χρησιμοποιείται για να λάβει τους ακριβείς διηλεκτρικούς παράγοντες για το περαιτέρω σχέδιο και την προσομοίωση υποστρωμάτων.

Το Holzman χρησιμοποίησε ένα μοντέλο υπολογιστή του αντηχείου για να εξαγάγει το διηλεκτρικό data.9 μόλις διαμορφωθεί ακριβώς το κύκλωμα με έναν προσομοιωτή του (CAD) με την βοήθεια υπολογιστή σχεδιασμού, οι διηλεκτρικές ιδιότητες του υποστρώματος μπορούν να καθοριστούν με τη σύγκριση των προβλέψεων από τον προσομοιωτή με τα μετρημένα χαρακτηριστικά. Αυτή η εμπειρική/αναλυτική προσέγγιση έχει καταδειχθεί από διάφορους ερευνητές στον τομέα μικροκυμάτων.

Σχήμα 3 που μετριέται και μιμούμενα αποτελέσματα για τα παράλληλος-συνδεμένα microstrip αντηχεία: (α) PCMR1 και (β) PCMR4.

Επομένως, για να εξαγάγουν τα υψηλής συχνότητας διηλεκτρικά στοιχεία για DPC το υπόστρωμα, δύο τροποποιημένα παράλληλος-συνδεμένα microstrip αντηχεία με τα ευδιάκριτα μηδενικά πέρα από ένα ευρύ εύρος ζώνης κατασκευάστηκαν. Το σχήμα 2 παρουσιάζει τις φωτογραφίες των παράλληλος-συνδεμένων microstrip αντηχείων το (PCMR). Το PCMR1 που παρουσιάζεται έχει επιπτώσεις στα μηδενικά μετάδοσης με περισσότερο βάθος στις χαμηλότερες συχνότητες PCMR4 παράγει τα μηδενικά μετάδοσης με το βαθύτερο βάθος στις υψηλότερες συχνότητες. Τα δύο αντηχεία έχουν την ίδια δομή συνδέω-γραμμών με μια απόσταση γραμμών 570 mils και ένα διάστημα 12 mils, αλλά απέναντι από τις συνδέσεις παραγωγής. Από τις μετρήσεις των δύο PCMRs, αυτά τα μηδενικά είναι επαρκή για να παρεμβάλουν τις σωστές διηλεκτρικές τιμές με την καλή ακρίβεια κάτω από μια ευρυζωνική απάντηση συχνότητας. Εντούτοις, η πρώτη μετάδοση μηδέν για PCMR1 και PCMR4 είναι σε 5,2 και 4,2 Ghz, αντίστοιχα, και επαναλαμβάνοντας περίπου σε κάθε ηχηρή συχνότητα πέρα από τη ζώνη. Έκαναν μια προκαταρκτική προσομοίωση των αντηχείων, μια διηλεκτρική σταθερά 9,5 και μια διηλεκτρική απώλεια 0,004 υποτίθεται ότι για DPC το υπόστρωμα στην προσομοίωση ορμής ADS.

Η εξεταστική οργάνωση αποτελέσθηκε από μια συσκευή ανάλυσης δικτύων Agilent E8364A, ένα καθολικό προσάρτημα δοκιμής Anritsu με δύο ομοαξονικούς λιμένες εισαγωγής Κ-συνδετήρων, και ένα υποστηριγμένο έδαφος-αεροπλάνο επιμεταλλωμένο DPC υπόστρωμα με τα microstrip αντηχεία. Επιπλέον, μια TRL βαθμολόγηση υιοθετείται με τη χρησιμοποίηση κατασκευασμένων των DPC εξαρτήσεων βαθμολόγησης που βαθμολογούν στο ίδιο αεροπλάνο αναφοράς του PCMRs. Οι συγκρίσεις μεταξύ των μιμούμενων και μετρημένων απωλειών εισαγωγής για PCMR1 και PCMR4 παρουσιάζονται στο σχήμα 3.

Σχήμα 4 που μετριέται και μιμούμενα αποτελέσματα για το παράλληλος-συνδεμένο microstrip αντηχείο.

Από τις μετρήσεις, είναι προφανές ότι οι υποτιθέμενες διηλεκτρικές τιμές είναι λανθασμένες, με το λάθος που αυξάνεται στις υψηλότερες συχνότητες. Για να εξαγάγουν τη σωστή διηλεκτρική σταθερά και τη διηλεκτρική απώλεια, αυτές οι τιμές ρυθμίζονται στην ορμή ADS για να ταιριάξουν με την απάντηση συχνότητας μέχρι τις προβλεφθείσες μηές αντιστοιχίες το μετρημένο μηδέν. Το σχήμα 4 παρουσιάζει στα εγκατεστημένα αποτελέσματα για δύο PCMRs μέχρι 14 Ghz, μετά από να ρυθμίσει τις διηλεκτρικές παραμέτρους. Σε αυτήν την περίπτωση, η άνοδος σε αυτές τις δύο παραμέτρους DPC του υποστρώματος είναι από 9,5 έως 9,75 για τη διηλεκτρική σταθερά και 0,0004 έως 0,002 για τη διηλεκτρική απώλεια, αντίστοιχα. Αυτές οι τιμές είναι ακριβέστερες από τα υποτιθέμενα στοιχεία στις υψηλότερες συχνότητες και μπορούν να χρησιμοποιηθούν ευρέως για το σχέδιο και την προσομοίωση υποστρωμάτων.

Σχήμα 5 φωτογραφία του 10 παράλληλος-συνδεμένου Ghz φίλτρου γραμμών που χρησιμοποιεί DPC την τεχνολογία.

ΣΧΕΔΙΟ ΚΥΚΛΩΜΑΤΩΝ ΜΙΚΡΟΚΥΜΑΤΩΝ

Για να επικυρώσει την ακρίβεια των αποσπασματικών διηλεκτρικών στοιχείων, ένα φίλτρο μικροκυμάτων που κατασκευάστηκε σε ένα DPC υπόστρωμα καταδείχθηκε. Αυτό το BPF, που χρησιμοποιεί μια παράλληλος-συνδεμένη δομή γραμμών, έχει μια κεντρική συχνότητα 10 Ghz, ένα εύρος ζώνης 15 τοις εκατό, την απάντηση ίσος-κυματισμών 0,1 DB και την τοπολογία τρίτος-διαταγής, και παρουσιάζεται στο σχήμα 5. Το BPF σχεδιάστηκε και βελτιστοποιήθηκε με την ορμή ADS χρησιμοποιώντας την αποσπασματική διηλεκτρική σταθερά και τη διηλεκτρική απώλεια. Οι TRL εξαρτήσεις βαθμολόγησης κατασκευάστηκαν επίσης DPC στα υποστρώματα για να καλύψουν το φάσμα συχνότητας από 4 έως 14 Ghz.

Με αυτά τα πρότυπα δοκιμής, οι μεταβάσεις πείθω--microstrip του προσαρτήματος δοκιμής Anritsu και microstrip παρατάσσουν στην εισαγωγή και οι λιμένες παραγωγής του φίλτρου μπορούν να de-ενσωματωθούν. Η μετρημένη απώλεια εισαγωγής και η επιστροφής απώλεια παρουσιάζονται στο σχήμα 6. Με βάση αυτά τα πειραματικά αποτελέσματα, μια καλή πρόβλεψη της απάντησης φίλτρων επιτυγχάνεται με τη χρησιμοποίηση των αποσπασματικών διηλεκτρικών τιμών στον προσομοιωτή της EM. Η μετρημένη απώλεια εισαγωγής του BPF είναι μόνο 0,5 DB σε 10 Ghz. Σαφώς κατέδειξε ότι η DPC διαδικασία, που κατασκευάζεται με έναν κεραμικό αγωγό υποστρωμάτων και χαλκού, παρέχει την άριστη low-loss απόδοση στις υψηλές συχνότητες και προσφέρει την άριστη δυνατότητα που χρησιμοποιείται στις συσκευές συσκευασίας και μικροκυμάτων RF.

Σχήμα 6 που μετριέται και μιμούμενα χαρακτηριστικά του παράλληλος-συνδεμένου φίλτρου γραμμών 10 Ghz DPC.

Συμπέρασμα
Αυτό το άρθρο παρουσιάζει ένα επιμεταλλωμένο DPC υπόστρωμα συμπεριλαμβανομένης της ροής διαδικασίας, της ηλεκτρικής εξαγωγής ιδιοτήτων και ενός σχεδίου κυκλωμάτων μικροκυμάτων. Εξ αιτίας της χρήσης του κεραμικού υποστρώματος και του επιμεταλλωμένου αγωγού χαλκού, το DPC υπόστρωμα επιτυγχάνει τα καλά υψηλής συχνότητας ηλεκτρικά χαρακτηριστικά. Εν τω μεταξύ, μια απλή μέθοδος εξαγωγής για να λάβει τη διηλεκτρική σταθερά και τη διηλεκτρική απώλεια για το DPC υπόστρωμα προτάθηκε, και μια 10 παράλληλος-συνδεμένη Ghz γραμμή BPF με την απώλεια εισαγωγής 0,5 DB χτίστηκε για την περαιτέρω επαλήθευση. Αυτό το άρθρο σαφώς καταδεικνύει ότι το επιμεταλλωμένο DPC υπόστρωμα είναι αρκετά κατάλληλο για το RF και το σχέδιο συσκευασίας μικροκυμάτων, με την άριστη low-loss απόδοσή του.

Αναφορές

1. Μ. Entezarian και R.A.L. Έσυρε, «κατευθύνετε τη σύνδεση του χαλκού στο νιτρίδιο αργιλίου,» MaterialsScience και εφαρμοσμένη μηχανική, α-212, τον Ιούλιο του 1996, Σ. 206-212.

2. J. Schulz-Harder, «πλεονεκτήματα και νέα ανάπτυξη των άμεσων προμηνυμένων υποστρωμάτων χαλκού,» αξιοπιστία μικροηλεκτρονικής, εντάσεις 43, Νο 3, 2003, Σ. 359-365.

3. «DPC-κατευθύνετε την καλυμμένη τεχνολογία λεπτών ταινιών χαλκού,» Tong Hsing, το www.ready-sourcing.com/sourcing-news/electronic/dpc.html.

4. S.P. RU, «μέθοδος για τα κενά σε ένα κεραμικό υπόστρωμα,» αμερικανικό δίπλωμα ευρεσιτεχνίας, ΗΠΑ 6.800.211 B2, τον Οκτώβριο του 2004.

5. M.K. DAS, S.M. Voda και D.M. Pozar, «δύο μέθοδοι για τη μέτρηση της διηλεκτρικής σταθεράς υποστρωμάτων,» IEEE συναλλαγές στη θεωρία μικροκυμάτων και τεχνικές, εντάσεις 35, Νο 7, τον Ιούλιο του 1987, Σ. 636-642.

6. S.H. Chang, Χ. Kuan, H.W. Wu, R.Y. Yang και M.H. Weng, «προσδιορισμός της διηλεκτρικής σταθεράς μικροκυμάτων με δύο Microstrip τη μέθοδο γραμμών που συνδυάζεται με την προσομοίωση της EM, «μικρόκυμα και οπτικές επιστολές τεχνολογίας, εντάσεις 48, Νο 11, το Νοέμβριο του 2006, Σ. 2199-2121.

7. Χ. Yue, μέτρηση εφαπτομένης πριγκήπων K.L. Virga και J.L., «διηλεκτρικής σταθεράς και απώλειας που χρησιμοποιούν ένα προσάρτημα Stripline,» IEEE συναλλαγές στα συστατικά, την τεχνολογία συσκευασίας και κατασκευής, μέρος Β, εντάσεις 21, Νο 4, το Νοέμβριο του 1998, Σ. 441-446.

8. ΕΤΗΣΙΩΣ Bernard και J.M. Gautray, «μέτρηση της διηλεκτρικής σταθεράς που χρησιμοποιεί ένα Microstrip αντηχείο δαχτυλιδιών,» IEEE συναλλαγές στη θεωρία μικροκυμάτων και τεχνικές, εντάσεις 39, Νο 3, το Μάρτιο του 1991, Σ. 592-595.

9. E.L. Holzman, «ευρείας ζώνης μέτρηση της διηλεκτρικής σταθεράς ενός υποστρώματος FR4 που χρησιμοποιεί ένα παράλληλος-συνδεμένο Microstrip αντηχείο,» IEEE συναλλαγές στη θεωρία μικροκυμάτων και τεχνικές, εντάσεις 54, Νο 7, τον Ιούλιο του 2006, Σ. 3127-3130.