Описание решения и конечных устройств
Решение позволяет развернуть современную, компактную и экологичную линию производства LTCC (Low Temperature Co-fired Ceramics, отжиг при T≤1000 °С) или HTCC (High Temperature Co-fired Ceramics, отжиг при T≥1450 °С) компонентов, которая включает все производственные этапы: от приготовления керамической суспензии и отливки ленты (шликера) до отжига и инспекции характеристик конечных слоёв и изделий. Решение ориентировано на заполнение ниши производства LTCC/HTCC малой серией с полным соответствием современным требованиям к усадке, качеству металл-керамических интерфейсов и короблению подложек при всеобъемлющей минимизации дефектов.
Технология LTCC/HTCC-слоистых керамик позволяет создавать трехмерные (3D) структуры на подложках любой формы, объединяя в одном корпусе активные и пассивные электронные компоненты, проводящие дорожки и переходные контакты. Такие модули служат не только платформами для поверхностного монтажа чипов, но и герметичными корпусами, защищающими чувствительные элементы от внешней среды — они позволяют размещение пассивных компонентов внутри самой подложки. Благодаря этому уменьшается и размер самих 3D-контуров, которые в среднем более чем на 50 % компактнее контуров печатных плат. Также примечательно, что при производстве каждый слой инспектируется ещё до сборки модулей и может быть заменён в случае необходимости, что делает технологию более способной к повышению выхода годных изделий.
Компоненты на базе слоистых керамик обладают высокой химической и радиационной стойкостью, термической стабильностью (до 600 °С и более), а также отличными показателями герметичности конечных сборок и механических свойств. Это открывает возможности по реализации новых конструктивов для комплектующих изделий силовой электроники, позволяющих значительно снизить массогабаритные показатели устройств РЭА. LTCC дает возможность использовать в качестве контактов материалы с низким удельным сопротивлением (Au, Ag и Cu) из-за более низкой температуры спекания порядка 850 °С, обладает низкими диэлектрическими потерями (до 110 ГГц), благодаря чему отлично подходит для высокочастотных приложений. Технология HTCC же требует применения температурно-стойких металлов, таких как W, Mo, Ta, но характеризуется более высокой теплопроводностью керамической матрицы, что делает её пригодной для использования в экстремальной электронике и тех приложениях, где требуются наиболее высокие теплоотвод и устойчивость компонентов.
LTCC- и HTCC-компоненты широко используются в устройствах для телерадиовещания, телекоммуникаций, медицины, а также для военных и космических отраслей. Развитие телекоммуникационных сетей вызвало повышенный интерес к LTCC-технологии, в частности к её применению в высокочастотных модулях обмена данными благодаря возможности повышения степени интеграции и снижения размеров компонентов. В свою очередь HTCC-технология широко используется в микроэлектронике для инкапсуляции сенсоров, SMD-, оптических и силовых элементов, в качестве нагревателей и теплоотводов, при производстве интегральных схем и компактных модулей.
Внешний вид LTCC-/HTCC-модулей
Общий маршрут производства
Подготовка суспензии
Бисерная мельница
Ленточное литьё «зелёной» керамики
Установка литья ленты
Резка и перфорация ленты
Установка резки и перфорирования
Инспекция отверстий
Установка оптической инспекции качества пробитых отверстий
Выполняется измерение и оценка отверстий для межслойных соединений (в т. ч. малых вплоть до 50 мкм) с целью выявления дефектов перфорации.
Трафаретная печать проводящих структур
Принтер трафаретной печати
Наносится паста с заданной геометрией и изолирующими краевыми зонами. Определяющие параметры – точность совмещения, толщина слоя и стабильность пасты; нарушения геометрии или изоляции увеличивают ESR и создают риск межслойных коротких замыканий.Наносится паста с заданной геометрией и изолирующими краевыми зонами. Определяющие параметры – точность совмещения, толщина слоя и стабильность пасты; нарушения геометрии или изоляции увеличивают ESR и создают риск межслойных коротких замыканий.
Сушка проводящей пасты
Конвейерная печь
Сушка нанесённой проводящей пасты перед совмещением слоёв. Равномерность нагрева критична для предотвращения деформаций, а теневые эффекты могут вызвать неравномерную сушку
Изостатическое ламинирование
Установка для сборки пакетов керамики
Формируется многослойный пакет с позиционированием по меткам. Смещение слоёв уменьшает эффективную активную площадь и увеличивает разброс параметров.
Изостатическое ламинирование
Установка изостатического/сухого прессования
Пакет уплотняется для устранения межслойных пустот и обеспечения равномерного контакта слоёв перед термообработкой. Неравномерность давления способна вызвать расслоение и внутренние дефекты.
Резка пакетов сырой керамики
Установка резки
Разделение пакетов на изделия c заданной геометрией при помощи карбидовых ножей. Необходимо обеспечить рез с минимальным количеством дефектов и с как можно более правильной формой для предотвращения деформаций при последующем спекании.
Обжиг
Настольная камерная печь
Производится спекание керамической структуры при высокой температуре для удаления органических связующих и формирования монолитной керамики, а также активации металлических соединений. Режимы обжига критически влияют на усадку материала, коробление подложек готовых компонентов, а также механические и диэлектрические характеристики изделий.
Финальная инспекция и тестирование
Установка тестирования
Цифровой акустический микроскоп
Выполняется 100 % тестирование и измерение параметров цепи и межслойных соединений на соответствие электрических параметров и отсутствие обрывов/коротких замыканий цепи, а также неразрушающий контроль внутренних дефектов: трещин, пустот, совмещения слоёв и дефектов металлизации. Ключевыми являются метрологическая прослеживаемость измерений и стабильность контактирования при высокой производительности.
Критическими технологическими операциями, определяющими разброс параметров, уровень выхода годных и экономику проекта, являются перфорирование листов керамической ленты, печать металлических соединений, формирование многослойной структуры (совмещение, укладка и ламинирование) и высокотемпературное спекание.