Malý hermetický keramický obal, ktorý chráni mikročip vojenskej{0}}triedy, je vytvorený ako mikroskopická vrstvená štruktúra. Tenké pláty keramickej pásky, vzorované volfrámovými alebo inými žiaruvzdornými kovovými vodičmi, sú presne zarovnané, naskladané a následne premenené na monolitický blok pomocou starostlivo kontrolovaného tepla a tlaku. Vyhrievané platne používané v tomto procese slúžia ako presné horúce povrchy, kde sa vykonáva laminácia a spoločné{3}}vypaľovanie, a tvoria tak základ vysoko-spoľahlivých mikroelektronických obalov.
V tejto súvislostivyhrievaná doska viacvrstvové keramické balenie mikroelektronikaproces predstavuje kritický prienik vedy o materiáloch, tepelného inžinierstva a technológie balenia polovodičov.
Úloha vyhrievaných platní pri výrobe keramických obalov
Laminovanie zelených keramických pások
Výrobný proces sa zvyčajne začína zelenými keramickými páskami, ktoré sú najčastejšie založené na systémoch oxidu hlinitého používaných v technológii vysokoteplotnej{0}}ko{1}}vypálenej keramiky (HTCC). Tieto pásky sú sieťotlačou-vytlačené volfrámovými vodivými vzormi a potom sú starostlivo naskladané do viacvrstvových štruktúr.
Vyhrievané dosky sa používajú v hydraulickom laminovacom lise na aplikáciu:
Rovnomerný tlak v celom komíne
Kontrolovaná teplota pod plným rozsahom spekania
Presná mechanická stabilita vyrovnania
V tejto fáze nie je cieľom zahusťovanie, ale riadené spájanie vrstiev do mechanicky stabilného predlisku.
Doska je tichá, žeravá-nákova, ktorá vytvára z jemného hromadu prášku a atramentu pevnú ochrannú pevnosť pre počítačový čip.
Proces spolu{0}}pálenia a spekania
Vysoká{0}}teplotná hustota
Po laminácii sa naskladaná keramická štruktúra prenesie do vysokoteplotnej{0}}spoločnej pece{1}}vypaľovacej pece vybavenej špecializovanými vyhrievanými doskami alebo podpornými zariadeniami. Systém pracuje za starostlivo kontrolovaných atmosférických podmienok, typicky v prostredí redukčného formovacieho plynu, aby sa zabránilo oxidácii metalizácie volfrámu.
Počas{0}}spoločnej streľby:
Teploty stúpajú medzi 800 a 1600 stupňami v závislosti od materiálového systému
Keramické častice zhustnú do pevnej, monolitickej štruktúry
Volfrámové vodiče sa spekajú do súvislých elektrických dráh
Organické spojivá sú úplne vyhorené
Vyhrievané dosky alebo podopierajúce horúce povrchy musia udržiavať:
Vysoká tepelná rovnomernosť
Rozmerová stabilita pri extrémnych teplotách
Chemická inertnosť v redukčných atmosférach
Odolnosť proti deformácii a tečeniu
Akákoľvek odchýlka v rozložení tepla môže mať za následok delamináciu, praskanie alebo elektrické diskontinuity.
Požiadavky na materiál a dizajn platní
Vysokoteplotné{0}konštrukčné materiály
Platne používané pri spracovaní HTCC sa zvyčajne vyrábajú z:
Keramika z karbidu kremíka (SiC).
Vysoký-nikel alebo zliatiny žiaruvzdorných kovov
Pokročilé keramické kompozity
Tieto materiály sú vybrané pre ich schopnosť udržiavať:
Rovinnosť pri zvýšených teplotách
Chemická stabilita pri vytváraní plynnej atmosféry
Odolnosť voči tepelnej cyklickej únave
Minimálna kontaminácia keramických podkladov
Atmosférická kompatibilita
Prostredie spracovania vyžaduje redukčné atmosféry na ochranu pokovovania volfrámu pred oxidáciou. Vyhrievané dosky preto musia zostať chemicky inertné pri:
Formovací plyn-obsahujúci vodík
Podmienky vysokoteplotného spekania
Dlhé tepelné cykly zotrvania
Poznámka k procesu: Dôležitosť rovinnosti dosky
Rovinnosť povrchu dosky je kritickým kvalitatívnym parametrom v priebehu laminácie aj fázy tepelného spracovania. Akákoľvek odchýlka môže spôsobiť:
Miestna nerovnomernosť tlaku- počas laminácie
Zmeny hrúbky keramických vrstiev
Gradienty vnútorného napätia pri spekaní
Deformácia alebo deformácia finálnej geometrie balíka
Vyžaduje sa hladký, vysoko leštený povrch platne, aby sa zabránilo odtlačku alebo štruktúre mäkkej keramickej pásky počas skorej{0}}fázy laminácie. Dokonca aj mikroskopické povrchové nepravidelnosti sa môžu šíriť do štrukturálnych defektov v konečnom viacvrstvovom zariadení.
Tepelná rovnomernosť a elektrický výkon
Vplyv na integritu a spoľahlivosť signálu
Viacvrstvové keramické obaly sa používajú vo vysoko{0}}výkonných aplikáciách, ako sú:
Letecká elektronika
Obranné systémy
Vysokofrekvenčné moduly RF{0}
Balenie výkonových polovodičov
Tepelná nerovnomernosť-počas spoločného spaľovania{1} môže viesť k:
Nesprávne zarovnanie vnútorných priechodov
Odporové diskontinuity v stopách volfrámu
Zmeny dielektrických vlastností
Znížená hermetickosť konečného balenia
Výsledkom je, že výkon dosky priamo ovplyvňuje-dlhodobú spoľahlivosť zariadenia.
Mechanická integrácia v pecných systémoch
Štrukturálna úloha pri vysoko{0}}tepelnom spracovaní
V mnohých konštrukciách pecí slúžia vyhrievané platne ako:
Plochy na prenos tepelnej energie
Mechanické nosné konštrukcie pre keramické komíny
Táto dvojitá funkcia vyžaduje:
Vysoká nosnosť-pri zvýšenej teplote
Neprispôsobená odolnosť proti tepelnej rozťažnosti
Stabilná montáž v rámci architektúry pece
Doska sa efektívne stáva súčasťou prostredia tepelného spracovania a nie samostatnou súčasťou nástroja.
Záver
Vyhrievané dosky tvoria presný tepelný a mechanický základ výroby viacvrstvových keramických obalov v mikroelektronike. Prostredníctvom prísne kontrolovanej laminácie a vysokoteplotného{2}}vypaľovania tieto systémy umožňujú transformáciu krehkých keramických pások a tlačených kovových pást na robustné, hermetické elektronické kryty.
V rámcivyhrievaná doska viacvrstvové keramické balenie mikroelektronikaproces, rovinnosť dosky, tepelná rovnomernosť a atmosférická kompatibilita sú základné parametre, ktoré určujú integritu konečného balenia a elektrický výkon. Systém funguje ako tvarovací nástroj aj ako vysokoteplotný štrukturálny prvok, ktorý zabezpečuje rozmerovú presnosť počas extrémnych tepelných cyklov.
Najviac chránené mikročipy na svete sú v konečnom dôsledku vytvorené na lôžku dokonale plochých, chemicky inertných a intenzívne zahrievaných keramických povrchov, kde presné tepelné inžinierstvo definuje spoľahlivosť pokročilých elektronických systémov.
