Wyślij wiadomość

Direct Metated Copper Metallized Substrate i jego zastosowanie w obwodach mikrofalowych

July 25, 2018

najnowsze wiadomości o firmie Direct Metated Copper Metallized Substrate i jego zastosowanie w obwodach mikrofalowych
Direct Metated Copper Metallized Substrate i jego zastosowanie w obwodach mikrofalowych

Technika metalizowanego podłoża z bezpośrednią galwaniczną miedzią (DPC) została wprowadzona i scharakteryzowana w tym artykule. Proponowany metalizowany substrat DPC zapewnia główne zalety doskonałego zarządzania ciepłem i wysokiej częstotliwości, dzięki ...

Bezpośrednio powlekany proces miedziany (DPC) na metalizowanym podłożu ceramicznym został pierwotnie stworzony w celu zastąpienia procesu bezpośredniej wiązanej miedzi (DBC) ze względu na jego lepsze właściwości elektryczne, termiczne i mechaniczne. 1 W porównaniu z DBC, DPC zapewnia bardzo silną siłę wiązania między podłożem Al2O3 / AlN a metalem miedzianym, dzięki zastosowaniu cienkowarstwowej warstwy wiążącej. 2 DPC ma również dobrą zdolność kontrolowania grubości warstwy miedzi, od bardzo cienkiej do bardzo grubej. Przy precyzyjnym ustawieniu skoku można łatwo uzyskać minimalną szerokość / odstępy linii przewodów wynoszące 3 milicali, a otwory przelotowe są wypełnione miedzią, co zapewnia dobrą charakterystykę elektryczną i cieplną. Dzięki zastosowaniu proponowanego substratu DPC można uzyskać lepszą wydajność w porównaniu do innych technologii pod względem jego cech i zastosowań, co obejmuje wysoką gęstość obwodu, znakomite charakterystyki wysokiej częstotliwości, doskonałe zarządzanie temperaturą i wydajność wymiany ciepła, znakomitą lutowność i drut - charakterystyka połączenia. Te substraty DPC można zatem szeroko stosować do komponentów wysokiej częstotliwości, które wymagają dużej mocy i wysokiej temperatury.

W tym artykule produkcja DPC została krótko opisana za pomocą schematu procesu, aby przedstawić kilka kluczowych cech tego procesu. Prosta charakterystyka elektryczna dla substratu DPC jest następnie wykorzystywana do ekstrakcji stałej dielektrycznej o wysokiej częstotliwości i współczynnika dyssypacji. Na koniec, 10-bitowy, równoległy sprzężony liniowy filtr pasmowy został zaprojektowany do walidacji wyodrębnionych parametrów dielektrycznych i doskonałej wysokiej częstotliwości metalizowanego substratu DPC.

Bezpośredni proces miedziany
Cały proces DPC składa się zasadniczo z kroków przedstawionych na rysunku 1 , które obejmują zdefiniowanie otworów w ceramicznym podłożu, napylanie folii miedzianej na ceramiczne podłoże, utworzenie suchej warstwy na folii miedzianej, utworzenie schematu obwodu z ekspozycją i rozwojem, poszycie przewody miedziane, usuwające suchy film i wytrawiające nasienie miedziane. 3 Szczegółowe procesy zostały opisane przez SP Ru, 4 z bardziej teoretycznymi wyjaśnieniami i rysunkami.

Rysunek 1 Wykres przepływu procesu DPC.

Po przedstawieniu diagramu przepływu proces DPC rozpoczyna się od zdefiniowania otworów na gołym ceramicznym podłożu za pomocą lasera. Otwory te mogą być używane jako otwory przelotowe do komunikacji pomiędzy obydwoma stronami ceramicznego podłoża, jeśli jest to konieczne dla określonego, zaprojektowanego układu. Następnie błonę miedzianą, stosowaną jako warstwa materiału siewnego metalu, napyla się po przeciwnych stronach ceramicznego podłoża tak, że jest pokryta warstwą miedzi. Z grafiki opisującej schemat obwodu wykonano fotomaskę za pomocą konwencjonalnej technologii fotomasek. Fotomaską jest płasko ułożona i przylega do suchej warstwy na ceramicznym podłożu, która jest wysyłana do komory ekspozycyjnej.

Po wytworzeniu próżni w komorze ekspozycyjnej promienie ultrafioletowe napromieniowują suchy film przez fotomaskę, która jest polimeryzowana przez promieniowanie ultrafioletowe. Suchy film, który nie jest napromieniowany promieniami ultrafioletowymi, nie reaguje i zachowuje swój skład chemiczny. Proces rozwoju trawi spolimeryzowaną część suchego filmu przez chemiczne czyszczenie lub fizyczne czyszczenie. W ten sposób niektóre części folii miedzianej są odsłonięte z suchej błony; te części folii miedzianej utworzą wymagany schemat obwodu, jak na grafikę obwodu, w celu wytworzenia wymaganych miedzianych obszarów obwodu na ceramicznym podłożu. Tak więc układ obwodu można wydrukować na suchym filmie.

Miedź jest następnie osadzana w celu wypełnienia odsłoniętych części suchej błony na ceramicznym podłożu, z odpowiednią grubością i szerokością przewodu, za pomocą technologii galwanicznej, aby utworzyć obwód miedzi. Dzięki powyższym procesom metalizowany obszar obwodu ma smukłe, płaskie i gładkie charakterystyki, a rozpraszanie ciepła jest dobre. Następnie nikiel i złoto osadzają się na górnej powierzchni miedzi. Folia niklowa zapobiega przenikaniu atomów miedzi do złotego filmu. Folia złota zapobiega utlenianiu powierzchni przewodnika i poprawia przyczepność do drutów wiążących złoto. Opór optyczny powstaje na górnej powierzchni miedzi. Pozostały suchy film na ceramicznym podłożu jest następnie usuwany. Po odpędzeniu suchej warstwy, obwód miedzi jest chroniony przez folię niklową i złotą. Proces odłączania folii miedzianej powoduje, że folia miedziana nie jest chroniona przez optykę optyczną.

Ze względu na opisane procesy i użyte materiały, kilka kluczowych atrybutów procesu DPC można podsumować poniżej:

· Doskonała wydajność cieplna

· Niskie linie przewodów oporowych

· Stabilny do temperatury> 340 ° C

· Dokładna lokalizacja funkcji, kompatybilna z zautomatyzowanym montażem wielkoformatowym

· Rozdzielczość cienkiej linii umożliwiająca dużą gęstość urządzeń i obwodów

· Sprawdzona niezawodność

· Mechanicznie wytrzymała konstrukcja ceramiczna

· Niedrogie, wysokowydajne rozwiązanie ceramiczne

Zastosowania metalizowanego podłoża DPC można wybrać na diodach LED o wysokiej jasności (HBLED), substratach dla ogniw koncentratora energii słonecznej, półprzewodnikowych opakowaniach mocy i sterowaniu silnikiem samochodowym. Ponadto, substraty DPC o doskonałej wydajności elektrycznej mogą być brane pod uwagę dla komponentów RF / mikrofalowych, które wymagają bardzo małych strat.

Ekstrakcja właściwości elektrycznych


Aby wykorzystać substraty DPC do zastosowań RF / mikrofalowych, należy uzyskać właściwości dielektryczne. Charakterystyka dielektryczna jest bardzo ważnym zagadnieniem w projektowaniu opakowań elektronicznych, ponieważ na zachowanie elektryczne duży wpływ ma stała dielektryczna i utrata dielektryczna przy wysokich częstotliwościach.

Ryc. 2 Rezonatory sprzężone równolegle DPC z różnymi złączami wyjściowymi: (a) PCMR1 i (b) PCMR4.

W opublikowanej literaturze jest wiele opisywanych metod. 5-8 Wiele z tych metod ma jedno lub kilka ograniczeń, takich jak kosztowne i skomplikowane oprzyrządowanie, trudne do wyprodukowania oprawy, zmierzone właściwości dielektryczne ważne tylko dla jednej konkretnej częstotliwości, zła powtarzalność i niemożność uzyskania zarówno stałej dielektrycznej, jak i straty dielektrycznej. . Jednak w tym artykule zastosowano proste podejście w celu uzyskania dokładnych współczynników dielektrycznych dla dalszego projektowania podłoża i symulacji.

Holzman użył modelu komputerowego rezonatora do ekstrakcji danych dielektrycznych. 9 Po dokładnym modelowaniu obwodu za pomocą symulatora komputerowego (CAD), właściwości dielektryczne podłoża można określić, porównując przewidywania z symulatora z mierzonymi charakterystykami. To empiryczne / analityczne podejście zostało zademonstrowane przez wielu badaczy w dziedzinie mikrofal.

Rysunek 3 Wyniki pomiarów i symulacji dla sprzężonych równolegle rezonatorów microstrip: (a) PCMR1 i (b) PCMR4.

Dlatego w celu wyodrębnienia danych dielektrycznych o wysokiej częstotliwości dla substratu DPC wykonano dwa zmodyfikowane rezonatory sprzężone równolegle z wyraźnymi zera w szerokim paśmie. Rysunek 2 pokazuje zdjęcia sprzężonych równolegle rezonatorów mikropaskowych (PCMR). Pokazany PCMR1 wpływa na zera transmisji z większą głębią przy niższych częstotliwościach; PCMR4 generuje zera transmisji z głębszą głębią przy wyższych częstotliwościach. Oba rezonatory mają tę samą strukturę linii sprzężonej z odległością linii 570 mils i odległością 12 milsów, ale przeciwne połączenia wyjściowe. Z pomiarów dwóch PCMR wynika, że ​​te zera wystarczają do interpolacji poprawnych wartości dielektrycznych z dobrą dokładnością w ramach pasma szerokopasmowego. Jednak pierwsze zera transmisji dla PCMR1 i PCMR4 mają odpowiednio 5,2 i 4,2 GHz i powtarzają się w przybliżeniu przy każdej częstotliwości rezonansowej w paśmie. W celu wykonania wstępnej symulacji rezonatorów przyjęto stałą dielektryczną 9,5 i stratę dielektryczną 0,004 dla substratu DPC w symulacji ADS Momentum.

Zestaw testowy składał się z analizatora sieci Agilent E8364A, uniwersalnego urządzenia testowego Anritsu z dwoma współosiowymi wejściowymi portami łączącymi K i metalizowanego podłoża DPC z podłożem, z rezonatorami mikropaskowymi. Ponadto, kalibracja TRL jest przyjmowana przy użyciu gotowych zestawów kalibracyjnych DPC do kalibrowania w tej samej płaszczyźnie odniesienia, co PCMR. Porównanie symulowanych i zmierzonych strat wtrąceniowych dla PCMR1 i PCMR4 pokazano na rysunku 3 .

Rysunek 4 Zmierzone i symulowane wyniki dla rezonatora sprzężonego równolegle.

Z pomiarów oczywiste jest, że założone wartości dielektryczne są błędne, a błąd wzrasta przy wyższych częstotliwościach. Aby wyodrębnić prawidłową stałą dielektryczną i utratę dielektryczną, wartości te są korygowane w ADS Momentum, aby dopasować odpowiedź częstotliwości do momentu, gdy przewidywane zero pasuje do zmierzonego zera. Rysunek 4 pokazuje dopasowane wyniki dla dwóch PCMR do 14 GHz po dostosowaniu parametrów dielektrycznych. W tym przypadku wzrost tych dwóch parametrów substratu DPC wynosi od 9,5 do 9,75 dla stałej dielektrycznej i 0,0004 do 0,002 dla straty dielektrycznej, odpowiednio. Wartości te są dokładniejsze niż założone dane przy wyższych częstotliwościach i mogą być szeroko stosowane do projektowania i symulacji podłoża.

Rysunek 5 Zdjęcie filtra liniowego sprzężonego z 10 GHz z wykorzystaniem technologii DPC.

PROJEKT OBWODU MIKROFALOWEGO


Aby potwierdzić dokładność wyekstrahowanych danych dielektrycznych, wykazano filtr mikrofalowy wytworzony na substracie DPC. Ten BPF, wykorzystujący strukturę liniowo sprzężoną, ma centralną częstotliwość 10 GHz, szerokość pasma równą 15 procent, odpowiedź równych tętnień na poziomie 0,1 dB i topologię trzeciego rzędu, i jest pokazana na Figurze 5 . BPF został zaprojektowany i zoptymalizowany za pomocą ADS Momentum przy użyciu wyekstrahowanej stałej dielektrycznej i strat dielektrycznych. Zestawy do kalibracji TRL były również wytwarzane na podłożach DPC, aby pokryć zakres częstotliwości od 4 do 14 GHz.

Dzięki tym standardom testowym, przetasowania mikropaskowe urządzenia testowego Anritsu, a także linie mikropaskowe do portów wejściowych i wyjściowych filtru mogą zostać odfiltrowane. Zmierzone straty wtrąceniowe i straty powrotne pokazano na rysunku 6 . W oparciu o te wyniki eksperymentalne, dobre przewidywanie odpowiedzi filtra uzyskuje się przez wykorzystanie wyekstrahowanych wartości dielektrycznych w symulatorze EM. Zmierzona strata wtrąceniowa BPF wynosi tylko 0,5 dB przy 10 GHz. Wyraźnie wykazano, że proces DPC, wykonany z ceramicznego podłoża i przewodnika miedzianego, zapewnia doskonałą wydajność przy niskich stratach przy wysokich częstotliwościach i oferuje doskonałą zdolność do stosowania w opakowaniach RF i urządzeniach mikrofalowych.

Rysunek 6 Mierzone i symulowane charakterystyki równoległego sprzężonego filtra liniowego DPG 10 GHz.

Wniosek
W artykule przedstawiono metalizowany substrat DPC, w tym przepływ procesowy, ekstrakcję właściwości elektrycznych i projekt obwodu mikrofalowego. Dzięki zastosowaniu ceramicznego podłoża i metalizowanego przewodnika miedzianego substrat DPC osiąga dobre charakterystyki elektryczne wysokiej częstotliwości. W międzyczasie zaproponowano prostą metodę ekstrakcji w celu uzyskania stałej dielektrycznej i strat dielektrycznych dla substratu DPC, a dla dalszej weryfikacji zbudowano linię BPF z sygnałem równoległym 10 GHz z tłumieniem wstawienia 0,5 dB. Ten artykuł wyraźnie pokazuje, że metalizowane podłoże DPC jest całkiem odpowiednie do projektowania pakietów radiowych i mikrofalowych, z doskonałymi niskimi stratami.

Referencje

1. M. Entezarian i RAL Drew, "Bezpośrednie wiązanie azotku miedzi z aluminium", Materials Science and Engineering , A-212, lipiec 1996, s. 206-212.

2. J. Schulz-Harder, "Zalety i nowy rozwój bezpośrednich substratów miedzi", Microelectronics Reliability , wol. 43, nr 3, 2003, str. 359-365.

3. "DPC-Direct Plated Copper Thin Film Technology", Tong Hsing, www.ready-sourcing.com/sourcing-news/electronic/dpc.html .

4. SP Ru, "Metoda usuwania pustek w podłożu ceramicznym", Patent USA, US 6,800,211 B2, październik 2004.

5. MK Das, SM Voda i DM Pozar, "Dwie metody pomiaru stałej dielektrycznej substratu", " Transakcje IEEE na temat teorii i technik mikrofalowych" , tom. 35, nr 7, lipiec 1987, str. 636-642.

6. SH Chang, H. Kuan, HW Wu, RY Yang i MH Weng, "Determinacja stałej dielektrycznej mikrofalowej za pomocą dwóch metod mikropaskowania w połączeniu z symulacją EM", Microwave and Optical Technology Letters , Vol. No. 48, nr 11, listopad 2006, str. 2199-2121.

7. H. Yue, KL Virga i JL Prince, "Stała dielektryczna i pomiar stycznej straty przy użyciu oprawy Stripline," Transakcje IEEE dotyczące komponentów, technologii pakowania i produkcji , część B, wol. 21, nr 4, listopad 1998, str. 441-446.

8. PA Bernard i JM Gautray, "Pomiar stałej dielektrycznej za pomocą rezonatora pierścieniowego Microstrip", " Transakcje IEEE na teorię i techniki mikrofalowe" , tom. 39, nr 3, marzec 1991, str. 592-595.

9. EL Holzman, "Pomiar szerokopasmowy stałej dielektrycznej substratu FR4 za pomocą sprzężonego równolegle rezonatora Microstrip," Transakcje IEEE na teorię i techniki mikrofalowe , tom. 54, nr 7, lipiec 2006, str. 3127-3130.

Skontaktuj się z nami
Osoba kontaktowa : Ms. ZHOU XIN
Faks : 86-21-67740022
Pozostało znaków(20/3000)