高温共烧陶瓷微流道工艺特性

功率芯片kW/cm^(2)量级的热流密度给其热管理带来了严峻挑战,液冷微流道散热技术是解决热管理问题的重要研究方向。针对陶瓷封装中的应用需求,对高温共烧陶瓷(HTCC)中微流道工艺特性进行了研究。通过微流道设计、工艺流程设计、制备加工和测试,分析了结构参数对加工质量的影响,明确了微流道与芯片之间的陶瓷体厚度为0.30 mm,微流道宽度应≥0.10 mm,微流道间距需根据不同微流道宽度进行设计,微流道长度为非敏感要素。选择适当的结构参数可保证微流道的成形质量和加工精度,为微流道设计和工程化应用提供参考。

高温共烧陶瓷金属化膜厚影响因素分析

金属化膜厚是影响高温共烧陶瓷电性能的重要因素之一。研究了高温共烧陶瓷钨金属化浆料粒度、丝网规格、印刷工艺参数和烧结温度对膜厚的影响。结果表明通过控制浆料中的金属颗粒粒径,提高印刷丝网丝径和涂布的感光膜层厚度,优化印刷刮刀移动速度和烧结温度可获得设计需要的金属化厚膜层。

基于高温共烧陶瓷基板的三维互连技术

基于高温共烧陶瓷技术的多层基板是实现组件小型化、轻量化、高可靠的有效手段。文中研究了基于HTCC技术的多层基板三维立体互连结构,包括基板内垂直转换及基板间立体互连。通过仿真优化设计,实测结果表明,文中所设计的多种结构能够有效地应用于组件三维互连中。

高温共烧陶瓷大深径比通孔填充工艺改良

通孔填充是高温共烧陶瓷(HTCC)制作流程中的关键工艺之一,直接影响着元件内部不同层之间电气连接的可靠性。此工艺主要是对冲孔后的陶瓷片进行通孔金属化,即将具有导通作用的金属浆料填充进通孔内。随着通孔深径比增大,常规通孔填充技术无法保证通孔填充质量,通孔填充工艺急需改良。影响通孔填充质量的因素较多,分析了浆料黏度、填孔压力、刮刀速度、刮刀硬度对大深径比通孔填充质量的影响。研究结果表明调整填孔压力、调整浆料黏度及降低刮刀速度均能改善通孔填充效果;刮刀硬度对填孔效果影响较大,当刮刀硬度降低至邵氏A60°~A70°时可保证大深径比通孔填充质量。这一研究结果可为高温共烧陶瓷填孔工艺中通孔填充质量的改善提供参考。

高温共烧陶瓷封装外壳生瓷加工精度的控制

高温共烧陶瓷(HTCC)封装外壳内部布线的位置精度直接影响着内部线路的稳定性。简述了陶瓷封装外壳加工工艺流程和在生瓷加工阶段影响位置精度的主要因素,包括生瓷料片加工形变特性及冲孔工艺、印刷工艺及叠片工艺的加工精度等。重点分析了生瓷片预处理、冲孔设备选择及工作台移动参数、印刷高度及叠片工艺对陶瓷封装外壳内部布线位置精度的影响。通过实验研究得到改善陶瓷封装外壳内部布线位置精度的关键数据。生瓷带料预处理工艺采用等静压机预压方式,以100psi(1psi≈6895Pa)的压力对生瓷料片进行2~3min预压,提高带料密度,减小生瓷加工过程中的变形;冲孔工艺选用激光冲孔方式,通过调整激光冲孔设备加工参数(工作台移动速度200mm/s),提高冲孔设备工作台移动位置精度,进而提升冲孔位置精度;印刷工艺采用丝网印刷方式和电荷耦合器件(CCD)自动对位方式,并通过规范印刷高度(2mm左右),提升印刷位置精度;叠片工艺中通过先叠片再去膜的方式提升叠片精度。最终实现层间布线位置精度≤20μm的陶瓷封装外壳的生产。

孔金属化设计对高温共烧陶瓷基板热阻的影响

高温共烧陶瓷(HTCC)基板广泛应用于电子封装领域,其热阻是一个重要指标。围绕Al_(2)O_(3)和AlN陶瓷基板,探究在不同金属化孔间距和布局下的热阻规律。建立了陶瓷基板热传递有限元模型,并对其热阻进行仿真。制备了两种陶瓷基板,测试了其在不同功率负载下的热阻。测试结果表明,相同规格的AlN陶瓷基板的热阻约为Al_(2)O_(3)的25%;Mo孔金属化对Al_(2)O_(3)陶瓷基板的散热能力有明显提升作用,孔密度越大,基板热阻越低;而不同W金属化孔密度下的AlN基板热阻没有显著差异。仿真结果与实测结果基本吻合,为陶瓷基板的热设计提供了参考。

高温共烧陶瓷精细线条批量印刷工艺

当前,丝网印刷厚膜工艺已成为高温共烧陶瓷(HTCC)生瓷生产中的关键工艺,高密度陶瓷封装外壳的典型埋层布线线宽/线间距要求已达到45μm/45μm,为满足精细线条批量印刷要求,主要从原材料、网版和印刷工艺参数等方面分析了影响精细丝网印刷质量的因素。通过选用窄线径丝网规范(<15μm)的精密印刷网版,并调节浆料黏度至合适范围,同时优化印刷工艺参数,将印刷速度调整到250~300mm/s,减少了孔隙、断路、扩散等线条缺陷,印刷出状态优异的45μm线宽精细线条,从而实现45μm/45μm线宽/线间距的批量印刷,满足了高密度陶瓷封装外壳工艺要求。

中、高温多层陶瓷基板共烧用导体浆料的研究现状及发展趋势

本文主要以烧结温度作为分类依据,对当前陶瓷封装领域内中、高温多层陶瓷基板共烧用导体浆料不同的导电相、填充相以及粘结相做了介绍并综述了相关研究进展。最后对中、高温多层陶瓷基板共烧用导体浆料今后的研究方向做了展望。

氮化铝多层共烧陶瓷基板的化学镀镍钯金技术

氮化铝多层高温共烧陶瓷(HTCC)基板具有优良的散热性能和与芯片匹配的热膨胀系数,其热导率比LTCC高两个数量级左右。在HTCC制作过程中,需要使用高熔点的钨浆料,而钨本身不具有可焊性和可键合性,必须对HTCC表面的钨导体进行表面改性,使其具有可焊性和可键合性,便于电子装配。化学镀镍钯金是这种表面改性最理想的方案。在HTCC表面进行化镀的相关文献较少,文中论述了在HTCC上沉积化学镍钯金镀层的原理,探讨了导致化学镍钯金沉积过程中出现的附着力问题的原因,为HTCC上化学镍钯金镀层的质量控制提供了方向指引。

高温共烧氧化铝生瓷激光切割工艺研究

激光切割工艺是高温共烧陶瓷生坯加工过程中重要技术之一,文中研究了这种激光切割氧化铝陶瓷工艺,其脉冲峰值功率及光斑聚焦大小决定了切割效果。结果表明控制激光频率、扫描速度及重复次数,可得到较好的切割槽深和切割槽宽。

一种基于HTCC的高隔离度开关电路设计

基于开关芯片实现的开关电路是射频前端的基本单元之一,其功能是实现射频信号的导通和关断,在小功率射频信号传输中应用广泛。本文以6 GHz~15 GHz超宽带、60 dB隔离度为设计目标,采用高温共烧陶瓷基板工艺和级联腔体隔离技术,以级联开关芯片为基本电路结构,设计了高隔离度开关电路。该电路包含一只限幅器和两只吸收式砷化镓单刀单掷开关,装配于两个相邻的隔离腔体结构中,通过类同轴垂直传输过渡到基板内对称带状线传输结构,再辅以两侧地孔,实现电磁屏蔽。对开关电路进行电磁场建模仿真,结果表明该结构具有良好的传输特性和隔离特性;在射频前端电路制造完成后对开关电路进行装配和测试,测试结果与建模仿真结果一致性高,验证了本文设计的开关电路具有高隔离度特性。

基于氮化铝HTCC的表面Cu互连制备技术

针对高集成密度、高散热封装外壳发展需求,基于氮化铝(AlN)高温共烧陶瓷(HTCC)多层基板,结合直接镀铜(DPC)工艺,提出了一种薄厚膜相结合的高散热封装基板及其制备方法。重点对氮化铝HTCC与表面铜(Cu)层间的结合力进行研究和优化,通过扫描电子显微镜(SEM)、能谱仪(EDS)和剥离强度测试仪分析和研究了界面的微观结构和力学性能。研究结果表明:与氮化铝/钛钨(TiW)/Cu相比,氮化铝/钛(Ti)/Cu界面的缺陷更少,金属Ti的黏附性能更优,拉脱断裂面在陶瓷基板上。当采用厚度为400 nm的Ti作为黏附层时,表面金属化剥离强度高达592 MPa,实现了高界面结合力,保证了产品封装性能的稳定性。

0.5mm节距数模混合陶瓷封装外壳加工工艺研究

采用多层高温共烧陶瓷工艺制作了外形尺寸为21.0mm×8.8mm×2.0mm、引线节距为0.5mm的数模混合集成电路封装外壳,研究了加工工艺对外壳性能的影响。结果表明,采用稳定生瓷片尺寸、精密制版、提高钨金属化浆料流变性、优化印刷参数设置等能够使外壳微波传输线的连续性得到改善。

基于A-Scan和C-Scan的多层陶瓷结构介质缺陷无损检测

针对多层陶瓷结构(MCS)介质缺陷的超声检测(UT)技术开展了研究。首先,以多层瓷介电容器(MLCC)结构为例,通过薄层反射理论计算并证明了UT对空洞和分层等介质缺陷检测的适用性和有效性,即较低的频率对极薄的空隙也有很强的反射信号;同时,给出了C-Scan检测参数建议,包括等效焦距、表面波时间、门限和增益。其次,对MCS进行了实际的UT检测验证,表明50 MHz是最佳的筛选频率。最后,给出了A-Scan判别缺陷的理论依据和渡越时间定位缺陷纵深定位的方法,并通过制样检测进行了验证。

陶瓷绝缘子的测试与改进

金属墙镶嵌氧化铝陶瓷绝缘子是微波毫米波芯片广泛运用的一种封装外壳形式,而绝缘子则是封装外壳的关键组成部分,它连接了封装外壳内的器件和外部的模块,所以它的特性直接影响所封装器件或模块的微波性能。文章通过对一种现有的镶嵌类封装外壳的陶瓷绝缘子利用电磁场仿真软件HFSS进行微波S参数仿真设计、用普通高温共烧陶瓷(HTCC)工艺加工后,进行测试及改进,减小了陶瓷绝缘子的微波传输损耗和驻波比,从而提高了外壳使用截止频率。

基于SiP技术的宽带小型化锁相源设计

针对射频微波电路中频率源宽带、小型化、通用化的应用需求,采用基于高温共烧陶瓷(HTCC)的系统级封装(SiP)技术实现宽带锁相源的小型化,并搭配多功能电路单元实现放大、分频、倍频等电路功能。设计的锁相源尺寸仅15 mm×12 mm×3 mm,搭配不同的内部功能电路,其输出信号频率为0.1~40 GHz。测试结果表明其性能指标满足工程应用需求,对促进宽带锁相源的工程化应用具有重要作用。

基于改进LSD的HTCC板错位检测算法研究及应用

为解决摄像头模组所用HTCC板脱离固定槽位所导致的HTCC板破裂以及后续零件安装不良等问题,提出一种基于改进LSD的HTCC板错位检测算法。首先应用伽马变换消除产品图像上的阴影;然后对图像进行双边滤波,与原始LSD算法的滤波相比,双边滤波可以保留更完整的边缘信息;提出改进映射关系且应用双线性插值的尺度缩放算法,消除图像的量化伪影,减少图像的失真;提出断线再连接算法,解决原始LSD算法存在的线段过分割问题;最后基于改进的LSD算法设计HTCC板错位检测算法,求得产品中错位的HTCC板的数量和位置。在工厂现场验证得出该方法的检测平均耗时在800 ms以内,检测准确率在97%以上,与原始LSD算法相比,检测耗时至少减少了38%,准确率至少提高了21%,该方法可以满足生产的实时性和准确性要求。

无线无源多栅格结构式温压传感器设计与制备

针对高温、高压等恶劣环境下的温度和压力参数测量,基于微波散射原理和高温共烧陶瓷(HTCC)技术设计了一种无线无源多栅格结构式温压传感器,能够实现25~800℃内温度的测量和0~300 kPa内压力的测量。使用高频电磁仿真软件对传感器进行结构设计,使所测参数与传感器回波损耗(S11)具有线性关系,然后通过传感器制备与实验对传感器性能开展验证。测试结果表明,在测量范围内,无线无源多栅格结构式温压传感器具有良好的可靠性和线性度,温度平均灵敏度为423 kHz/℃,压力灵敏度为209 kHz/kPa,温度和压力的最大相对测量误差分别为3.1%和1.13%。

陶瓷基板研究现状及新进展

近年来,电力机车、电动汽车和微波通信等行业发展迅速,系统所用的电子器件具有大功率、小尺寸、高集成和高频率等特点。为满足电子器件散热、密封和信号传输优良的需求,陶瓷基板以较高的热导率、与半导体材料相匹配的热膨胀系数、致密的结构和较高的机械强度等特性得到广泛的应用。首先综述了不同陶瓷基板材料的性能、发展历史和新进展,分析了各自的优缺点;然后综述了陶瓷基板的制备工艺,对多层共烧陶瓷技术进行了详细介绍,并简述了陶瓷基板的应用;最后指出了陶瓷基板的研究方向和面临的挑战。

基于HTCC的新型薄膜高温压力传感器

无源压力传感器在一些极端环境下有着广阔的应用前景。提出了一种新型无源LC薄膜高温压力传感器,在传统的平面螺旋电感基础上加入了多组叉指电容。传感器的基底材料采用的是高温共烧陶瓷（HTCC）,通过厚膜后烧工艺将平面螺旋电感和叉指电容集成在HTCC基板上完成传感器的制备。本传感器较传统的LC传感器实现了单层布线,制作工艺简单,节约了制作成本。在实验室的条件下,完成了高温压力复合测试平台的搭建,在高温环境下,测试了传感器的压力性能。测试结果表明,该传感器能够在800℃环境中稳定工作,并且完成了1-4 bar（1 bar=10-5 Pa）内压力的原位测试,传感器的谐振频率随外界压力的增大而减小,在相同环境温度条件下谐振频率随压力的变化近似于线性变化。