1陶磁回路板の開発背景
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 industry2代目の半導体は,ガリウムアセン化物 (GaAs) とインディウム・リン酸物 (InP) で表され,主に通信分野で高性能マイクロ波を生産するために使用されます.ミリメートル波と光を発する装置テクノロジーの発展と応用需要の継続的な拡大とともに,この2つの限界が徐々に明らかになりました.高周波の使用要件を満たすのを困難にする高温,高電力,高エネルギー効率,厳しい環境への耐久性,軽量性,小型化シリコンカービード (SiC) とガリウムナイトリッド (GaN) と呼ばれる3代目の半導体材料は,大きな帯域ギャップの特徴を持っています電子装置は,300°C以上温度で安定して動作することができる.半導体照明に広く応用できる自動車電子機器,新世代のモバイル通信 (5G),新エネルギーと新エネルギー車両,高速鉄道輸送,消費者電子機器など.伝統的な半導体技術のボトルネックを突破する見通し1代目と2代目の半導体技術を補完し,光電子機器,電力電子機器,自動車電子機器における重要な応用価値を持っています.航空宇宙および他の分野3世代半導体の興生と応用により,半導体装置は,徐々に高電力,小型化,統合,多機能の方向に発展しています.また,包装基板の性能にも より高い要求を提示している.陶磁回路板は,高熱伝導性,良好な耐熱性,低熱膨張系数,高い機械的強度,良好な保温性,耐腐食性電子機器の包装に広く使用されています.
2陶磁回路板の技術分類 陶磁回路板には陶磁基板と金属回路層が含まれます.
電子包装の場合,包装基板は,前列と次列を接続し,内部と外部の散熱チャネルを接続する上で重要な役割を果たします.電気接続や機械的なサポートなどの機能を持つ陶器材は高熱伝導性,良好な耐熱性,高機械強度,低熱膨張系数という利点があります.電力半導体装置のパッケージングに一般的に使用される基板材料異なる調製原理とプロセスによると,現在一般的に使用されているセラミック基板は,薄膜セラミック基板 (TFC),厚印セラミック基板 (TPC) に区切ることができます.,直接結合銅セラミック基板 (DBC),直接塗装銅セラミック基板 (DPC) などこの記事では,一般的に使用されるセラミック基板材料 (Al2O3を含む) の物理特性を分析します.AlN,Si3N4,BeO,SiC,BNなど) において,様々な陶器基板の調製原理,プロセス流程,技術的特徴を導入することに重点を置いています.
2.1 薄膜セラミック回路板
薄膜セラミック回路板 (TFC),薄膜回路とも呼ばれ,一般的にスプッティングプロセスを用いて,セラミック基板の表面に金属層を直接堆積します.フォトリトグラフィーを使っていますTFCは高精度光抵抗材料を使用しているため,フォトリトグラフィーとエッチング技術と組み合わせたTFCの特徴は,線幅/割れ幅が10μm未満の高パターン精度である.薄膜抵抗器とセラミック基板上の分散パラメータ回路部品. 部品パラメータの幅が広く,高精度,良好な温度と周波数特性があります. ミリメートル波帯で動作することができ,高度な統合度があります.大きさが小さいので通信分野での小電流装置に主に使用されます. 高い動作周波数と寄生パラメータが回路性能に大きな影響を与えるため,TFC自体はサイズが小さく,部品密度が高いしたがって,回路設計,基板およびフィルムパターニングには非常に高い精度と一貫性要件があります.
2.2 厚膜セラミック回路板
TPC基板は,高温でシートプリント,乾燥,シンタリングにより,陶器基板に金属スローラを塗装して作成することができる.メタルスローの粘度とスクリーン・メッシュの大きさによって, 準備された金属回路層の厚さは一般的に10μm~20μmである.シートプリントプロセスの制限により,TPC基板は高精度な線を得ることができない (最小の線幅/線間隔は一般的に100μm以上である)さらに,シンテリング温度を下げ,金属層とセラミック基板の結合強度を向上させるために,通常,金属スローに少量のガラス相が加わります.金属層の電解と熱伝導性を低下させる.TPC基板は,回路の精度に高い要求がない電子機器 (自動車電子機器など) のパッケージングにのみ使用されます..
2.3 セラミック基板に直接結合する
DBCセラミック基板を調製するために,まずは銅葉 (Cu) とセラミック基板 (Al2O3またはAN) の間に酸素元素を導入します.そして,CuO ユーテキス相は約1065°Cで形成される (金属銅の溶融点は1083°C)フィルムと銅葉は反応してCuAlO2またはCu(AO2) 2を生成し,銅葉と陶器の間にユーテキス結合を達成する.陶器 や 銅 は 熱 伝導 性 が 良い の で ある から です銅ホイールとセラミックの間のユーテキスの結合強さは高く,DBC基板は高温安定性があり,隔離ゲート双極二極電極 (GBT) に広く使用されています.レーザー (LD) や 集中光電 (CPV) や その他の装置が熱消耗のためにパッケージ化されていますDBC基板の銅ホイルは厚さが大きい (一般的に100μm-600μm) で,高温および高電流などの極端な環境におけるデバイスパッケージングアプリケーションのニーズを満たすことができます.DBC基板は実用的な応用において多くの利点がありますが製造過程では,高設備とプロセス制御を必要とし,生産コストも高いため,ユーテクティック温度と酸素含有量は厳格に制御する必要があります.さらにDBC基板の準備過程では,高精度回路層を準備することは不可能です.酸化時間と酸化温度が 2 つの最も重要なパラメータです. 銅ホイルが前酸化された後,結合インターフェースは,Al2O3セラミックと銅ホイルを湿らせるのに十分なCuxOy相を形成することができ,結合強度は高い.銅製のフィルムが前酸化されていない場合CuxOyの湿度が低く,結合インターフェースは多くの空白と欠陥が残っており,結合強度と熱伝導性を低下させます.アルNセラミクを使用したDBC基板の調製用,陶器基板は,まずAl2O3フィルムを形成するために前酸化され,その後銅ホイールと反応し,ユーテキスの反応を生成する必要があります.シー・ジアンジュン等が,DBC技術を使用して,Cu/Al2O3とCu/AlNのセラミック基板を準備した.. 銅製フィルムとAlNセラミクスの間の結合強度は8N/mmを超えました.銅製フィルムとAlNの間には2μm厚さの移行層がありました.その成分は主にAl2O3とCuAlO2でしたそしてCu2O.
2.4 セラミック基板の直接電圧塗装
DPCセラミック基板の調製プロセスは次のとおりである.まず,セラミック基板の穴を介してレーザーを使用して調製する (開口は一般的に60μm~120μm),そして,超音波は,陶器基板を清掃するために使用されますマグネトロンスプッター技術を使用して,陶器基板の表面に金属種子層を堆積します (Ti/ Cu),電子回路の層の生産を完成させました穴を埋め,金属回路層を厚くし,表面処理により基板の溶接性と酸化耐性を向上させる.そして最後に乾燥フィルムを取り除いて 基質の準備を完了するために種子層をエッチしますDPCセラミック基板の準備の前端は半導体マイクロ処理技術 (スプッターコーティング,光立体,開発など) を使用します.裏側には印刷回路板 (PCB) の製造技術 (グラフィックプレート) が使われています(1) 半導体マイクロ加工技術を使用し,陶器基板の金属回路は細い (線幅/線間隔は30μm~50μmまで低くなることがあります)高品質のマイクロ電子デバイスのパッケージング;(2) レーザードリリングと電圧塗装の穴埋め技術を使用して,陶器基板の上下表面に垂直接続を達成する電子機器の3次元包装と統合が実現され,デバイスの容量は削減できます(3) 電圧層の厚さ (一般的に10μm~100μm) を制御するために電圧層の成長が使用されます.高温および高電流装置のパッケージング要件を満たすために,回路層の表面粗さが磨きによって減少します.(4) 低温調製法 (300°C以下) は,基板材料の高温損傷を避け,金属回路層が悪影響を受ける.概要すると,DPC基板は高いパターン精度と垂直接続の特徴を持ち,本物のセラミック回路板です.金属回路層とセラミック基板間の結合強さは,DPCセラミック基板の信頼性に影響を与える鍵です金属とセラミックの間の熱膨張係数の大きな違いのために,インターフェースのストレスを減らすために,銅層とセラミック層の間に移行層を追加する必要があります移行層とセラミックの間の結合力は主に拡散粘着と化学結合に基づいているため,活性度が高く,発散性が良い金属,例えばTiCrとNiはしばしば移行層として選択される.
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1陶磁回路板の開発背景
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 industry2代目の半導体は,ガリウムアセン化物 (GaAs) とインディウム・リン酸物 (InP) で表され,主に通信分野で高性能マイクロ波を生産するために使用されます.ミリメートル波と光を発する装置テクノロジーの発展と応用需要の継続的な拡大とともに,この2つの限界が徐々に明らかになりました.高周波の使用要件を満たすのを困難にする高温,高電力,高エネルギー効率,厳しい環境への耐久性,軽量性,小型化シリコンカービード (SiC) とガリウムナイトリッド (GaN) と呼ばれる3代目の半導体材料は,大きな帯域ギャップの特徴を持っています電子装置は,300°C以上温度で安定して動作することができる.半導体照明に広く応用できる自動車電子機器,新世代のモバイル通信 (5G),新エネルギーと新エネルギー車両,高速鉄道輸送,消費者電子機器など.伝統的な半導体技術のボトルネックを突破する見通し1代目と2代目の半導体技術を補完し,光電子機器,電力電子機器,自動車電子機器における重要な応用価値を持っています.航空宇宙および他の分野3世代半導体の興生と応用により,半導体装置は,徐々に高電力,小型化,統合,多機能の方向に発展しています.また,包装基板の性能にも より高い要求を提示している.陶磁回路板は,高熱伝導性,良好な耐熱性,低熱膨張系数,高い機械的強度,良好な保温性,耐腐食性電子機器の包装に広く使用されています.
2陶磁回路板の技術分類 陶磁回路板には陶磁基板と金属回路層が含まれます.
電子包装の場合,包装基板は,前列と次列を接続し,内部と外部の散熱チャネルを接続する上で重要な役割を果たします.電気接続や機械的なサポートなどの機能を持つ陶器材は高熱伝導性,良好な耐熱性,高機械強度,低熱膨張系数という利点があります.電力半導体装置のパッケージングに一般的に使用される基板材料異なる調製原理とプロセスによると,現在一般的に使用されているセラミック基板は,薄膜セラミック基板 (TFC),厚印セラミック基板 (TPC) に区切ることができます.,直接結合銅セラミック基板 (DBC),直接塗装銅セラミック基板 (DPC) などこの記事では,一般的に使用されるセラミック基板材料 (Al2O3を含む) の物理特性を分析します.AlN,Si3N4,BeO,SiC,BNなど) において,様々な陶器基板の調製原理,プロセス流程,技術的特徴を導入することに重点を置いています.
2.1 薄膜セラミック回路板
薄膜セラミック回路板 (TFC),薄膜回路とも呼ばれ,一般的にスプッティングプロセスを用いて,セラミック基板の表面に金属層を直接堆積します.フォトリトグラフィーを使っていますTFCは高精度光抵抗材料を使用しているため,フォトリトグラフィーとエッチング技術と組み合わせたTFCの特徴は,線幅/割れ幅が10μm未満の高パターン精度である.薄膜抵抗器とセラミック基板上の分散パラメータ回路部品. 部品パラメータの幅が広く,高精度,良好な温度と周波数特性があります. ミリメートル波帯で動作することができ,高度な統合度があります.大きさが小さいので通信分野での小電流装置に主に使用されます. 高い動作周波数と寄生パラメータが回路性能に大きな影響を与えるため,TFC自体はサイズが小さく,部品密度が高いしたがって,回路設計,基板およびフィルムパターニングには非常に高い精度と一貫性要件があります.
2.2 厚膜セラミック回路板
TPC基板は,高温でシートプリント,乾燥,シンタリングにより,陶器基板に金属スローラを塗装して作成することができる.メタルスローの粘度とスクリーン・メッシュの大きさによって, 準備された金属回路層の厚さは一般的に10μm~20μmである.シートプリントプロセスの制限により,TPC基板は高精度な線を得ることができない (最小の線幅/線間隔は一般的に100μm以上である)さらに,シンテリング温度を下げ,金属層とセラミック基板の結合強度を向上させるために,通常,金属スローに少量のガラス相が加わります.金属層の電解と熱伝導性を低下させる.TPC基板は,回路の精度に高い要求がない電子機器 (自動車電子機器など) のパッケージングにのみ使用されます..
2.3 セラミック基板に直接結合する
DBCセラミック基板を調製するために,まずは銅葉 (Cu) とセラミック基板 (Al2O3またはAN) の間に酸素元素を導入します.そして,CuO ユーテキス相は約1065°Cで形成される (金属銅の溶融点は1083°C)フィルムと銅葉は反応してCuAlO2またはCu(AO2) 2を生成し,銅葉と陶器の間にユーテキス結合を達成する.陶器 や 銅 は 熱 伝導 性 が 良い の で ある から です銅ホイールとセラミックの間のユーテキスの結合強さは高く,DBC基板は高温安定性があり,隔離ゲート双極二極電極 (GBT) に広く使用されています.レーザー (LD) や 集中光電 (CPV) や その他の装置が熱消耗のためにパッケージ化されていますDBC基板の銅ホイルは厚さが大きい (一般的に100μm-600μm) で,高温および高電流などの極端な環境におけるデバイスパッケージングアプリケーションのニーズを満たすことができます.DBC基板は実用的な応用において多くの利点がありますが製造過程では,高設備とプロセス制御を必要とし,生産コストも高いため,ユーテクティック温度と酸素含有量は厳格に制御する必要があります.さらにDBC基板の準備過程では,高精度回路層を準備することは不可能です.酸化時間と酸化温度が 2 つの最も重要なパラメータです. 銅ホイルが前酸化された後,結合インターフェースは,Al2O3セラミックと銅ホイルを湿らせるのに十分なCuxOy相を形成することができ,結合強度は高い.銅製のフィルムが前酸化されていない場合CuxOyの湿度が低く,結合インターフェースは多くの空白と欠陥が残っており,結合強度と熱伝導性を低下させます.アルNセラミクを使用したDBC基板の調製用,陶器基板は,まずAl2O3フィルムを形成するために前酸化され,その後銅ホイールと反応し,ユーテキスの反応を生成する必要があります.シー・ジアンジュン等が,DBC技術を使用して,Cu/Al2O3とCu/AlNのセラミック基板を準備した.. 銅製フィルムとAlNセラミクスの間の結合強度は8N/mmを超えました.銅製フィルムとAlNの間には2μm厚さの移行層がありました.その成分は主にAl2O3とCuAlO2でしたそしてCu2O.
2.4 セラミック基板の直接電圧塗装
DPCセラミック基板の調製プロセスは次のとおりである.まず,セラミック基板の穴を介してレーザーを使用して調製する (開口は一般的に60μm~120μm),そして,超音波は,陶器基板を清掃するために使用されますマグネトロンスプッター技術を使用して,陶器基板の表面に金属種子層を堆積します (Ti/ Cu),電子回路の層の生産を完成させました穴を埋め,金属回路層を厚くし,表面処理により基板の溶接性と酸化耐性を向上させる.そして最後に乾燥フィルムを取り除いて 基質の準備を完了するために種子層をエッチしますDPCセラミック基板の準備の前端は半導体マイクロ処理技術 (スプッターコーティング,光立体,開発など) を使用します.裏側には印刷回路板 (PCB) の製造技術 (グラフィックプレート) が使われています(1) 半導体マイクロ加工技術を使用し,陶器基板の金属回路は細い (線幅/線間隔は30μm~50μmまで低くなることがあります)高品質のマイクロ電子デバイスのパッケージング;(2) レーザードリリングと電圧塗装の穴埋め技術を使用して,陶器基板の上下表面に垂直接続を達成する電子機器の3次元包装と統合が実現され,デバイスの容量は削減できます(3) 電圧層の厚さ (一般的に10μm~100μm) を制御するために電圧層の成長が使用されます.高温および高電流装置のパッケージング要件を満たすために,回路層の表面粗さが磨きによって減少します.(4) 低温調製法 (300°C以下) は,基板材料の高温損傷を避け,金属回路層が悪影響を受ける.概要すると,DPC基板は高いパターン精度と垂直接続の特徴を持ち,本物のセラミック回路板です.金属回路層とセラミック基板間の結合強さは,DPCセラミック基板の信頼性に影響を与える鍵です金属とセラミックの間の熱膨張係数の大きな違いのために,インターフェースのストレスを減らすために,銅層とセラミック層の間に移行層を追加する必要があります移行層とセラミックの間の結合力は主に拡散粘着と化学結合に基づいているため,活性度が高く,発散性が良い金属,例えばTiCrとNiはしばしば移行層として選択される.
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