Малката, херметична керамична опаковка, която защитава военен -микрочип, е изградена като микроскопична слоеста структура. Тънки листове керамична лента, оформени с волфрамови или други огнеупорни метални проводници, са прецизно подравнени, подредени и след това трансформирани в монолитен блок чрез внимателно контролирана топлина и налягане. Нагретите плочи, използвани в този процес, служат като прецизни горещи повърхности, където се извършват ламиниране и съвместно изпичане, оформяйки основата на високо-надеждна микроелектронна опаковка.
В този контекст,многослойна керамична опаковка с нагрята плоча микроелектроникапроцесът представлява критична пресечна точка на науката за материалите, топлотехниката и технологията за опаковане на полупроводници.
Роля на нагреваемите плочи при производството на керамични опаковки
Ламиниране на зелени керамични ленти
Производственият процес обикновено започва със зелени керамични ленти, най-често базирани на системи от двуалуминиев оксид, използвани в технологията за високо-ко-изпечена керамика (HTCC). Тези ленти са сито-отпечатани с волфрамови проводими модели и след това внимателно подредени в многослойни структури.
Нагретите плочи се използват в хидравлична преса за ламиниране за нанасяне на:
Равномерно налягане в целия стек
Контролирана температура под пълния диапазон на синтероване
Прецизна стабилност на механичното центриране
На този етап целта не е уплътняване, а контролирано свързване на слоевете в механично стабилна заготовка.
Валицата е тиха, изгаряща-гореща наковалня, която изковава деликатна купчина прах и мастило в солидна, защитна крепост за компютърен чип.
Процес на съвместно изпичане и синтероване
Високо{0}}температурно уплътняване
След ламиниране подредената керамична структура се прехвърля във високо{0}}температурна-пещ за съвместно изпичане, оборудвана със специализирани нагреваеми плочи или опорни приспособления. Системата работи при внимателно контролирани атмосферни условия, обикновено среда с редуциращ образуващ се газ, за да се предотврати окисляването на волфрамовата метализация.
По време на-съвместно изпичане:
Температурите се повишават между 800 градуса и 1600 градуса в зависимост от материалната система
Керамичните частици се уплътняват в твърда, монолитна структура
Волфрамовите проводници се синтероват в непрекъснати електрически пътища
Органичните свързващи вещества са напълно изгорени
Нагретите плочи или опорните горещи повърхности трябва да поддържат:
Висока топлинна равномерност
Стабилност на размерите при екстремни температури
Химическа инертност в редуциращи атмосфери
Устойчивост на изкривяване и деформация при пълзене
Всяко отклонение в разпределението на топлината може да доведе до разслояване, напукване или електрически прекъсвания.
Изисквания за материали и дизайн на плочите
Високо{0}}температурни структурни материали
Плочите, използвани в обработката на HTCC, обикновено са произведени от:
Керамика от силициев карбид (SiC).
Високо-никелови или огнеупорни метални сплави
Усъвършенствани керамични композити
Тези материали са избрани заради способността им да поддържат:
Плоскост при повишени температури
Химическа стабилност при образуване на газови атмосфери
Устойчивост на термична циклична умора
Минимално замърсяване на керамичните основи
Атмосферна съвместимост
Обработващите среди изискват редуциращи атмосфери за защита на волфрамовата метализация от окисление. Следователно нагретите плочи трябва да останат химически инертни при:
Водород{0}}съдържащ образуващ газ
Високотемпературни условия на синтероване-
Дълги термични цикли на престой
Бележка за процеса: Значение на плоскостта на плочата
Плоскостта на повърхността на плочата е критичен параметър за качество както през етапите на ламиниране, така и в етапите на термична обработка. Всяко отклонение може да доведе до:
Неравномерност на локалното налягане-по време на ламиниране
Вариация на дебелината на керамичните слоеве
Вътрешни градиенти на напрежение по време на синтероване
Изкривяване или изкривяване на крайната геометрия на опаковката
Необходима е гладка, силно полирана повърхност на валяка, за да се предотврати отпечатване или текстуриране на меката керамична лента по време на ранен-етап на ламиниране. Дори микроскопични повърхностни неравности могат да се разпространят в структурни дефекти в крайното многослойно устройство.
Термична еднородност и електрическа производителност
Въздействие върху целостта и надеждността на сигнала
Многослойните керамични пакети се използват в-приложения с висока производителност като:
Аерокосмическа електроника
Защитни системи
Високо{0}}честотни RF модули
Силови полупроводникови опаковки
Топлинната{0}}неравномерност по време на съвместно-изпичане може да доведе до:
Неправилно подравняване на вътрешни отвори
Резистивни прекъсвания във волфрамови следи
Вариация на диелектричните свойства
Намалена херметичност на крайната опаковка
В резултат на това производителността на плочата директно влияе- върху дългосрочната надеждност на устройството.
Механична интеграция в пещни системи
Структурна роля при високо-температурна обработка
В много дизайни на пещи нагретите плочи служат както за:
Повърхности за доставяне на топлинна енергия
Механични опорни конструкции за керамични стекове
Тази двойна функция изисква:
Висока товароносимост-при повишена температура
Устойчивост на несъответствие при термично разширение
Стабилен монтаж в архитектурата на пещта
Плочата на практика става част от средата за термична обработка, а не отделен компонент на инструмента.
Заключение
Нагретите плочи формират прецизната термична и механична основа на производството на многослойни керамични опаковки в микроелектрониката. Чрез строго контролирано ламиниране и високо{1}}температурно съ-изпичане, тези системи позволяват трансформирането на крехки керамични ленти и отпечатани метални пасти в здрави, херметични електронни кутии.
В рамките намногослойна керамична опаковка с нагрята плоча микроелектроникапроцесът, плоскостта на плочата, термичната еднородност и атмосферната съвместимост са основни параметри, които определят целостта на крайната опаковка и електрическите характеристики. Системата функционира както като инструмент за формоване, така и като високо{1}}температурен структурен елемент, осигурявайки точност на размерите при екстремни термични цикли.
Най-защитените микрочипове в света в крайна сметка са създадени върху легло от идеално плоски, химически инертни и интензивно нагрети керамични повърхности, където прецизното топлинно инженерство определя надеждността на усъвършенстваните електронни системи.
