Gửi tin nhắn

Trực tiếp mạ đồng kim loại Substrate và ứng dụng của nó trên lò vi sóng

July 25, 2018

tin tức mới nhất của công ty về Trực tiếp mạ đồng kim loại Substrate và ứng dụng của nó trên lò vi sóng
Trực tiếp mạ đồng kim loại Substrate và ứng dụng của nó trên lò vi sóng

Một kỹ thuật nền kim đồng mạ trực tiếp (DPC) được giới thiệu và được mô tả trong bài viết này. Các chất nền kim loại DPC đề xuất cung cấp những ưu điểm chính của quản lý nhiệt tuyệt vời và đặc tính tần số cao, do t ...

Quá trình đồng mạ trực tiếp (DPC) trên đế gốm kim loại ban đầu được tạo ra để thay thế quá trình đồng liên kết trực tiếp (DBC) vì hiệu suất điện, nhiệt và cơ học tốt hơn. 1 So với DBC, DPC cung cấp cường độ liên kết rất mạnh giữa chất nền Al2O3 / AlN và kim loại đồng, do sử dụng lớp liên kết màng mỏng. 2 DPC cũng có khả năng kiểm soát độ dày tốt cho lớp đồng, từ rất mỏng đến rất dày. Đối với thiết kế sân tốt, có thể dễ dàng thu được chiều rộng đường truyền / khoảng cách tối thiểu 3 mils, và thông qua các lỗ được làm đầy bằng đồng cho các đặc tính điện và nhiệt tốt. Bằng cách sử dụng chất nền DPC được đề xuất, có thể đạt được hiệu năng vượt trội so với các công nghệ khác về tính năng và ứng dụng của nó, bao gồm mật độ mạch cao, đặc tính tần số cao nổi bật, quản lý nhiệt tuyệt vời và hiệu suất truyền nhiệt, khả năng hàn nổi bật và dây đặc điểm lắp ráp tăng dần. Do đó, các chất nền DPC này có thể được sử dụng rộng rãi cho các thành phần tần số cao đòi hỏi công suất cao và nhiệt độ cao.

Trong bài viết này, chế tạo DPC được mô tả ngắn gọn với một biểu đồ quy trình, để giới thiệu một số thuộc tính quan trọng của quá trình này. Một đặc tính điện đơn giản cho chất nền DPC sau đó được sử dụng để trích xuất hằng số điện môi và tần số tản nhiệt cao tần. Cuối cùng, một bộ lọc băng thông dòng song song 10 GHz được thiết kế để xác nhận các thông số điện môi được trích xuất và hiệu suất tần số cao tuyệt vời của một chất nền kim loại DPC.

Quy trình đồng mạ trực tiếp
Toàn bộ quy trình DPC về cơ bản bao gồm các bước được hiển thị trong Hình 1 , bao gồm việc xác định các lỗ trên bề mặt gốm, tạo màng đồng lên bề mặt gốm, tạo thành màng khô trên màng đồng, tạo thành một sơ đồ mạch có tiếp xúc và phát triển, mạ đồng dẫn, loại bỏ các bộ phim khô và khắc các hạt kim loại đồng. 3 Các quy trình chi tiết đã được mô tả bởi SP Ru, 4 với các giải thích và bản vẽ lý thuyết hơn.

Hình 1 Biểu đồ luồng xử lý DPC.

Với biểu đồ dòng chảy được hiển thị, quá trình DPC được bắt đầu bằng cách xác định các lỗ trên bề mặt gốm trần bằng laser. Những lỗ này có thể được sử dụng như là thông qua các lỗ để giao tiếp giữa hai mặt của bề mặt gốm nếu nó là cần thiết cho một số bố trí thiết kế cụ thể. Sau đó, một bộ phim đồng, được sử dụng như một lớp kim loại hạt giống, được phun ở các mặt đối diện của bề mặt gốm để nó được bao phủ bởi một lớp đồng. Từ các tác phẩm nghệ thuật mô tả sơ đồ mạch, một photomask được thực hiện bằng cách sử dụng công nghệ photomask thông thường. Các photomask là phẳng vị trí và tuân thủ các bộ phim khô trên bề mặt gốm sứ, được gửi vào một buồng phơi bày.

Sau khi tạo ra một chân không trong buồng phơi sáng, tia cực tím chiếu xạ màng khô thông qua photomask, được polime hóa bằng bức xạ cực tím. Màng khô, không chiếu xạ bằng tia tử ngoại, không phản ứng và giữ thành phần hóa học của nó. Quá trình phát triển etches phần polyme hóa của bộ phim khô bằng cách làm sạch hóa chất hoặc làm sạch vật lý. Bằng cách này, một số phần của màng đồng được phơi ra từ màng khô; những bộ phận của màng đồng sẽ tạo thành sơ đồ mạch yêu cầu theo tác phẩm nghệ thuật của mạch, để tạo ra các vùng đồng yêu cầu của một mạch trên bề mặt gốm. Do đó, bố trí mạch có thể được in trên màng khô.

Đồng sau đó được lắng đọng để lấp đầy các phần tiếp xúc của màng khô trên đế gốm, với độ dày và chiều rộng dây dẫn phù hợp, bằng công nghệ mạ để tạo thành mạch đồng. Bằng các quy trình trên, khu vực mạch kim loại có đặc điểm mảnh mai, phẳng và mịn, và tản nhiệt tốt. Sau đó, niken và vàng được lắng đọng trên bề mặt trên của đồng. Màng niken ngăn các nguyên tử của đồng dẫn khuếch tán vào màng vàng. Bộ phim vàng tránh sự oxy hóa của bề mặt dây dẫn và cải thiện độ bám dính cho dây liên kết vàng. Một kháng quang được hình thành trên bề mặt trên của đồng. Màng khô còn lại trên đế gốm sau đó được lấy ra. Sau khi tước màng khô, mạch đồng được bảo vệ bằng màng niken và vàng. Quá trình đồng phim tách ra etches phim đồng không được bảo vệ bởi các kháng quang học.

Do các quy trình được mô tả và các tài liệu được sử dụng, một số thuộc tính quan trọng của quá trình DPC có thể được tóm tắt như sau:

· Hiệu suất nhiệt vượt trội

· Đường dây dẫn điện trở thấp

· Ổn định nhiệt độ> 340 ° C

· Vị trí tính năng chính xác, tương thích với lắp ráp định dạng lớn, tự động

· Độ phân giải đường thẳng cho phép mật độ thiết bị và mạch điện cao

· Chứng minh độ tin cậy

· Xây dựng bằng gốm chắc chắn

· Giải pháp gốm hiệu suất cao, chi phí thấp

Các ứng dụng của DPC metallized substrate có thể được lựa chọn trên độ sáng cao LED (HBLED), chất nền cho các tế bào tập trung năng lượng mặt trời, bao bì bán dẫn điện và điều khiển động cơ ô tô. Ngoài ra, chất nền DPC với hiệu suất điện tuyệt vời có thể được xem xét cho các thành phần RF / vi sóng, đòi hỏi tổn thất rất thấp.

Khai thác thuộc tính điện


Để sử dụng chất nền DPC cho các ứng dụng RF / vi sóng, các thuộc tính điện môi phải được trích xuất. Đặc tính điện môi là một vấn đề rất quan trọng đối với thiết kế bao bì điện tử vì hành vi điện bị ảnh hưởng rất nhiều bởi hằng số điện môi và tổn thất điện môi ở tần số cao.

Hình 2 Bộ cộng hưởng ghép đôi song song DPC microstrip với các kết nối đầu ra riêng biệt: (a) PCMR1 và (b) PCMR4.

Có rất nhiều phương pháp được báo cáo trong các tài liệu được xuất bản. 5-8 Nhiều phương pháp này có một hoặc nhiều hạn chế, chẳng hạn như thiết bị đắt tiền và phức tạp, đồ đạc khó chế tạo, tính chất điện môi đo chỉ hợp lệ cho một tần số cụ thể, độ lặp lại kém và không có khả năng đạt được cả hằng số điện môi và tổn thất điện môi . Tuy nhiên, trong bài viết này, một cách tiếp cận đơn giản được sử dụng để có được các yếu tố điện môi chính xác để thiết kế và mô phỏng chất nền hơn nữa.

Holzman đã sử dụng một mô hình máy tính của bộ cộng hưởng để trích xuất dữ liệu điện môi. 9 Khi mạch được mô hình chính xác với bộ mô phỏng thiết kế hỗ trợ máy tính (CAD), các đặc tính điện môi của chất nền có thể được xác định bằng cách so sánh các dự đoán từ mô phỏng với các đặc tính đo được. Phương pháp tiếp cận kinh nghiệm / phân tích này đã được chứng minh bởi một số nhà nghiên cứu trong lĩnh vực vi sóng.

Hình 3 Kết quả đo và mô phỏng cho các bộ cộng hưởng song song song song microstrip: (a) PCMR1 và (b) PCMR4.

Do đó, để trích xuất dữ liệu điện môi tần số cao cho chất nền DPC, hai bộ cộng hưởng song song được kết hợp vi phân được sửa đổi với các số không phân biệt trên băng thông rộng được chế tạo. Hình 2 cho thấy hình ảnh của các bộ cộng hưởng microstrip song song (PCMR). PCMR1 hiển thị ảnh hưởng đến số không truyền với độ sâu hơn ở tần số thấp hơn; PCMR4 tạo ra các số không truyền với độ sâu sâu hơn ở các tần số cao hơn. Hai bộ cộng hưởng có cấu trúc cùng dòng với khoảng cách dòng 570 mils và khoảng cách 12 mils, nhưng kết nối đầu ra ngược lại. Từ các phép đo của hai PCMR, các số 0 này đủ để nội suy các giá trị điện môi chính xác với độ chính xác tốt dưới một đáp ứng tần số băng thông rộng. Tuy nhiên, số không truyền đầu tiên cho PCMR1 và PCMR4 lần lượt là 5,2 và 4,2 GHz và lặp lại xấp xỉ ở mọi tần số cộng hưởng trên băng tần. Để thực hiện một mô phỏng sơ bộ của các bộ cộng hưởng, hằng số điện môi 9,5 và mất điện môi 0,004 được giả định cho chất nền DPC trong mô phỏng ADS Momentum.

Thiết lập thử nghiệm bao gồm một máy phân tích mạng Agilent E8364A, một thiết bị đo kiểm Anritsu Universal Test với hai cổng đầu vào đồng trục K-connector, và mặt phẳng kim loại DPC được mặt đất hậu thuẫn với các bộ cộng hưởng microstrip. Ngoài ra, hiệu chuẩn TRL được chấp nhận bằng cách sử dụng các bộ hiệu chuẩn được chế tạo DPC để hiệu chuẩn tại cùng một mặt phẳng tham chiếu của PCMR. Sự so sánh giữa tổn thất chèn mô phỏng và đo được cho PCMR1 và PCMR4 được thể hiện trong Hình 3 .

Hình 4 Các kết quả đo đạc và mô phỏng cho bộ cộng hưởng ghép đôi song song microstrip.

Từ các phép đo, rõ ràng là các giá trị điện môi giả định là lỗi, với lỗi tăng ở tần số cao hơn. Để trích xuất hằng số điện môi chính xác và tổn thất điện môi, các giá trị này được điều chỉnh trong ADS Momentum để phù hợp với đáp ứng tần số cho đến khi số không được dự đoán khớp với số không đo được. Hình 4 cho thấy các kết quả được trang bị cho hai PCMR lên đến 14 GHz, sau khi điều chỉnh các thông số điện môi. Trong trường hợp này, sự gia tăng hai thông số này của chất nền DPC là từ 9,5 đến 9,75 đối với hằng số điện môi và 0,0004 đến 0,002 cho sự mất điện môi, tương ứng. Những giá trị này chính xác hơn so với dữ liệu giả định ở tần số cao hơn và có thể được sử dụng rộng rãi cho thiết kế và mô phỏng chất nền.

Hình 5 Ảnh của bộ lọc dòng song song 10 GHz sử dụng công nghệ DPC.

MICROWAVE CIRCUIT DESIGN


Để xác nhận tính chính xác của dữ liệu điện môi được chiết xuất, một bộ lọc vi sóng được chế tạo trên một chất nền DPC đã được chứng minh. BPF này, sử dụng cấu trúc đường song song, có tần số trung tâm là 10 GHz, băng thông 15%, đáp ứng ripple 0,1 dB và cấu trúc liên kết bậc ba, và được hiển thị trong Hình 5 . BPF được thiết kế và tối ưu hóa với ADS Momentum bằng cách sử dụng hằng số điện môi chiết xuất và tổn thất điện môi. Các bộ hiệu chuẩn TRL cũng được chế tạo trên nền DPC để che phủ dải tần số từ 4 đến 14 GHz.

Với các tiêu chuẩn kiểm tra này, sự chuyển đổi coax-to-microstrip của vật cố định của Anritsu và các đường microstrip tới các cổng đầu vào và đầu ra của bộ lọc có thể được khử. Sự mất mát chèn được đo và tổn thất trả về được thể hiện trong Hình 6 . Dựa trên các kết quả thử nghiệm này, một dự đoán tốt về đáp ứng bộ lọc đạt được bằng cách sử dụng các giá trị điện môi chiết xuất trong bộ mô phỏng EM. Sự mất mát chèn đo được của BPF chỉ là 0,5 dB ở 10 GHz. Nó đã chứng minh rõ ràng rằng quy trình DPC, được chế tạo với chất nền gốm và dây dẫn đồng, cung cấp hiệu suất giảm thấp tuyệt vời ở tần số cao và cung cấp khả năng tuyệt vời để sử dụng trong thiết bị đóng gói và vi sóng RF.

Hình 6 Đặc điểm đo đạc và mô phỏng của bộ lọc dòng song song DPC 10 GHz.

Phần kết luận
Bài viết này trình bày một chất nền kim DPC bao gồm dòng chảy quy trình, khai thác tính chất điện và thiết kế mạch vi sóng. Do việc sử dụng chất nền gốm và dây dẫn đồng kim loại, chất nền DPC đạt được các đặc tính điện cao tần tốt. Trong khi đó, một phương pháp chiết xuất đơn giản để có được hằng số điện môi và tổn thất điện môi đối với chất nền DPC đã được đề xuất, và một BPF song song 10 GHz với tổn thất chèn 0,5 dB được xây dựng để xác minh thêm. Bài viết này chứng minh rõ ràng rằng chất nền kim loại DPC khá phù hợp cho thiết kế gói sóng và RF, với hiệu suất giảm thấp tuyệt vời của nó.

Tài liệu tham khảo

1. M. Entezarian và RAL Drew, "Liên kết trực tiếp đồng với nhôm Nitride," Khoa học vật liệu và kỹ thuật , A-212, tháng 7 năm 1996, trang 206-212.

2. J. Schulz-Harder, "Những thuận lợi và phát triển mới của các chất nền đồng có liên quan trực tiếp," Độ tin cậy vi điện tử , Vol. 43, số 3, 2003, trang 359-365.

3. "Công nghệ màng mỏng đồng DPC trực tiếp", Tong Hsing, www.ready-sourcing.com/sourcing-news/electronic/dpc.html .

4. SP Ru, "Phương pháp loại bỏ Voids trong một chất nền gốm," Bằng sáng chế Hoa Kỳ, US 6,800,211 B2, tháng 10 năm 2004.

5. MK Das, SM Voda và DM Pozar, "Hai phương pháp đo lường hằng số điện môi chất nền," Giao dịch IEEE trên lý thuyết và kỹ thuật vi sóng , Vol. 35, số 7, tháng 7 năm 1987, trang 636-642.

6. SH Chang, H. Kuan, HW Wu, RY Yang và MH Weng, "Xác định hằng số điện môi vi sóng bằng hai phương pháp đường Microstrip Kết hợp với mô phỏng EM," Vi sóng và công nghệ quang học Letters , Vol. 48, số 11, tháng 11 năm 2006, trang 2199-2121.

7. H. Yue, KL Virga và JL Prince, "Đo điện trở liên tục và mất điện bằng cách sử dụng vật cố định," Giao dịch IEEE về các thành phần, công nghệ đóng gói và sản xuất , phần B, Vol. 21, số 4, tháng 11 năm 1998, trang 441-446.

8. PA Bernard và JM Gautray, "Đo hằng số điện môi bằng cách sử dụng một bộ cộng hưởng vòng Microstrip," Giao dịch IEEE trên lý thuyết và kỹ thuật vi sóng , Vol. 39, số 3, tháng 3 năm 1991, trang 592-595.

9. EL Holzman, "Đo băng rộng của hằng số điện môi của một chất nền FR4 Sử dụng một bộ cộng hưởng Microstrip song song," Các giao dịch IEEE trên lý thuyết và kỹ thuật vi sóng , Vol. 54, số 7, tháng 7 năm 2006, trang 3127-3130.

Hãy liên lạc với chúng tôi
Người liên hệ : Ms. ZHOU XIN
Fax : 86-21-67740022
Ký tự còn lại(20/3000)