Verweisen Sie überzogenes Kupfer-metallisiertes Substrat und seine Anwendung auf Mikrowellen-Stromkreisen

                     Verweisen Sie überzogenes Kupfer-metallisiertes Substrat und seine Anwendung auf Mikrowellen-Stromkreisen

Eine direkte überzogene metallisierte Substrattechnik des Kupfers (DPC) wird in diesem Artikel eingeführt und gekennzeichnet. Das vorgeschlagene DPC metallisierte Substrat liefert die Hauptvorteile des ausgezeichneten thermischen Managements und der Hochfrequenzeigenschaften, wegen t…

Der direkte überzogenes Kupfer (DPC)-Prozess auf metallisiertem keramischem Substrat wurde ursprünglich geschaffen, um den direkten verbundenen kupfernen (DBC)-Prozess wegen seines besseren elektrischen zu ersetzen, thermisch und mechanisches performance.1, das mit DBC verglichen wurde, DPC liefert eine sehr starke Haftfestigkeit zwischen dem Al2O3-/AlNsubstrat und dem kupfernen Metall, wegen des Gebrauches eines Dünnfilms hat die Verpfändung von DPC layer.2 auch eine gute Fähigkeit in der Stärkesteuerung für die kupferne Schicht, von sehr dünn nach sehr dick. Für feinen Neigungsentwurf können eine minimale Strombandbreite/Abstand von 3 Mil und über Löcher leicht erreicht werden werden gefüllt mit Kupfer für gute elektrische und thermische Eigenschaften. Indem man das vorgeschlagene DPC-Substrat verwendet, kann überlegene Leistung erhalten werden verglich mit anderen Technologien im Hinblick auf seine Eigenschaften und Anwendungen, die hohe Stromkreisdichte, hervorragende Hochfrequenzeigenschaften, ausgezeichnete thermische Management- und Hitzeübertragungsleistung, hervorragendes solderability und Drahtanschlussversammlungseigenschaften umfasst. Diese DPC-Substrate können für Hochfrequenzkomponenten weit verbreitet deshalb sein, die hohe Leistung und hohe Hitze erfordern.

In diesem Artikel wird die DPC-Herstellung kurz mit einem Prozessflussdiagramm beschrieben, um mehrere einzuführen Schlüsselattribute dieses Prozesses. Eine einfache elektrische Kennzeichnung für DPC-Substrat wird dann verwendet, um die Hochfrequenzdielektrizitätskonstante und den Verlustfaktor zu extrahieren. Schließlich ist ein 10 Gigahertz, parallel-verbundene Linie Bandpassfilter entworfen, um die extrahierten dielektrischen Parameter und die ausgezeichnete Hochfrequenzleistung eines DPC metallisierten Substrates zu validieren.

Verweisen Sie überzogenes Kupfer-Prozess
Der gesamte DPC-Prozess enthält im Allgemeinen die Schritte, die im Abbildung 1 angezeigt werden, die das Definieren von Löchern im keramischen Substrat umfassen und einen kupfernen Film auf das keramische Substrat spritzen und einen trockenen Film auf den kupfernen Film bilden und einen Schaltplan mit Belichtung und Entwicklung bilden, Überzugkupferführungen, Entfernen des trockenen Filmes und das Samenmetall copper.3 ätzend, sind die ausführlichen Prozesse von S.P. Ru, ⁴ mit theoretischeren Erklärungen und Zeichnungen beschrieben worden.

Abbildung 1 DPC-Prozessflussdiagramm.

Wenn das Flussdiagramm gezeigt ist, wird der DPC-Prozess begonnen, indem man Löcher auf dem bloßen keramischen Substrat mit einem Laser definiert. Diese Löcher können wie über die Löcher benutzt werden, zum zwischen beiden Seiten des keramischen Substrates in Verbindung zu stehen, wenn es für irgendeinen spezifischen Entwurf notwendig ist. Dann wird ein kupferner Film, benutzt als Samenmetallschicht, auf den Gegenseiten des keramischen Substrates gespritzt, damit es mit einer kupfernen Schicht bedeckt wird. Von der Grafik, die den Schaltplan beschreibt, wird eine Fotomaske unter Verwendung der herkömmlichen Fotomaskentechnologie gemacht. Die Fotomaske wird flach in Position gebracht und haftet am trockenen Film auf dem keramischen Substrat, das in eine herausstellende Kammer gesendet wird.

Nach der Schaffung eines Vakuums in der herausstellenden Kammer, bestrahlen ultraviolette Strahlen den trockenen Film durch die Fotomaske, die durch die ultraviolette Strahlung polymerisiert wird. Der trockene Film, der nicht durch die ultravioletten Strahlen bestrahlt wird, reagiert nicht und hält seine chemische Zusammensetzung. Der Entwicklungsprozess ätzt das polymerisierte Teil des trockenen Filmes durch chemische Reinigung oder körperliche Reinigung. Auf diese Art werden einige Teile des kupfernen Filmes vom trockenen Film herausgestellt; jene Teile des kupfernen Filmes bilden den erforderlichen Schaltplan gemäß der Grafik des Stromkreises, um die erforderlichen kupfernen Bereiche eines Stromkreises auf dem keramischen Substrat zu produzieren. So kann der Schaltplan auf dem trockenen Film gedruckt werden.

Kupfer wird dann niedergelegt, um die hervorgehobenen Teile des trockenen Filmes auf dem keramischen Substrat, mit passender Leiterstärke und Breite zu füllen, durch eine Überzugtechnologie, um den kupfernen Stromkreis zu bilden. Durch die oben genannten Prozesse hat der metallisierte Stromkreisbereich die schlanken, flachen und glatten Eigenschaften, und die Wärmeableitung ist gut. Dann werden Nickel und Gold auf der Oberfläche des Kupfers niedergelegt. Der Nickelfilm verhindert die Atome der kupfernen Führungen, die in den Goldfilm diffundieren. Der Goldfilm vermeidet die Oxidation der Leiteroberfläche und verbessert die Adhäsion für die Goldabbindendrähte. Ein optischer Widerstand wird auf der Oberfläche des Kupfers gebildet. Der restliche trockene Film auf dem keramischen Substrat wird dann entfernt. Nachdem man den trockenen Film abgestreift hat, wird der kupferne Stromkreis durch die Nickel- und Goldfilme geschützt. Der abtrennende kupferne Filmprozeß ätzt den kupfernen Film, der nicht durch das optische geschützt wird, widerstehen.

Wegen der Prozesse, die und der benutzten Materialien, mehrere können Schlüsselbeschrieben werden, attribute des DPC-Prozesses als unten zusammengefasst werden:

· Überlegene thermische Leistung

· Niedrige Strombänder des elektrischen Widerstands

· Stall bis zur Temperatur > zu 340°C

· Genauer Eigenschaftsstandort, kompatibel mit Versammlung des automatisierten, großen Formats

· Feinlinienentschließung, hohe Dichte Geräte und Schaltkreis erlaubend

· Nachgewiesene Zuverlässigkeit

· Mechanisch schroffer keramischer Bau

· Niedrige Kosten, keramische Lösung der Hochleistung

Die Anwendungen des DPC metallisierten Substrates können auf Hochhelligkeit LED (HBLED), Substraten für Konzentratorzellen vorgewählt werden, dem Leistungshalbleiterverpacken und Automobilmotorsteuerung. Darüber hinaus können DPC-Substrate mit ausgezeichneter elektrischer Leistung für RF-/microwavekomponenten betrachtet werden, die sehr dämpfungsärmes erfordern.

Elektrische Eigenschaften-Extraktion

Um DPC-Substrate für RF-/microwaveanwendungen zu verwenden, müssen die dielektrischen Eigenschaften extrahiert werden. Dielektrische Kennzeichnung ist eine sehr wichtige Frage für elektronische Verpackungsgestaltungen, da elektrisches Verhalten groß durch die Dielektrizitätskonstante und den dielektrischen Verlust an den Kurzwellen beeinflußt wird.

Abbildung 2 DPC-Mikrobandleiter parallel-verband Resonatore mit eindeutigen Ertragverbindungen: (a), PCMR1 und (b) PCMR4.

Es gibt zahlreiche berichtete Methoden im erschienenen literature.5-8, das viele dieser Methoden ein haben, oder einige Beschränkungen, wie teure und schwierige Instrumentierung, schwierig-zu-fabrizieren Befestigungen, die gemessenen dielektrischen Eigenschaften, die für eine bestimmte Frequenz nur gültig sind, schlechte Wiederholbarkeit und Unfähigkeit, Dielektrizitätskonstante und dielektrischen Verlust zu erhalten. Jedoch in diesem Artikel, wird eine einfache Annäherung verwendet, um die genauen dielektrischen Faktoren für weiteren Substratentwurf und -simulation zu erreichen.

Holzman benutzte ein Computermodell des Resonators, um den Nichtleiter data.9 zu extrahieren, sobald der Stromkreis genau mit einem (CAD)-Simulator der computergesützten Konstruktion modelliert wird, die dielektrischen Eigenschaften des Substrates kann bestimmt werden, indem er die Vorhersagen vom Simulator mit den gemessenen Eigenschaften verglich. Diese empirische/analytische Annäherung ist von einigen Forschern auf dem Mikrowellengebiet demonstriert worden.

Gemessene und simulierte Ergebnisse des Abbildung 3 für den Mikrobandleiter parallel-verbanden Resonatore: (a), PCMR1 und (b) PCMR4.

Deshalb um dielektrische Hochfrequenzdaten für DPC-Substrat zu extrahieren, änderten zwei Mikrobandleiter parallel-verbundene Resonatore mit eindeutigen null über einer breiten Bandbreite wurden fabriziert. Abbildung 2 zeigt die Fotos von parallel-verbundenen Mikrobandleiterresonatoren (PCMR). Das gezeigte PCMR1 beeinflußt Getriebenull mit mehr Tiefe bei niedrigeren Frequenzen; PCMR4 erzeugt Getriebenull mit tieferer Tiefe bei höheren Frequenzen. Die zwei Resonatore haben die gleiche VerbindenLinestruktur mit einem Zeilenabstand von 570 Mil und einem Abstand von 12 Mil, aber gegenüber von Ertragverbindungen. Von den Maßen der zwei PCMRs, sind diese null genügend, korrekte dielektrische Werte mit guter Genauigkeit unter einem Breitbandfrequenzgang zu interpolieren. Jedoch sind die Erstsendung null für PCMR1 und PCMR4 bei 5,2 und 4,2 Gigahertz, beziehungsweise, und ungefähr wiederholend bei jeder Eigenfrequenz über dem Band. Um eine einleitende Simulation von den Resonatoren zu machen, wurden eine Dielektrizitätskonstante von 9,5 und ein dielektrischer Verlust von 0,004 für DPC-Substrat in der ADS-Impulssimulation angenommen.

Der Prüfaufbau bestand einem Netzwerkanalysator Agilent E8364A, einer Universalprüfvorrichtung Anritsu mit zwei K-Verbindungsstückkoaxialinputhäfen und aus einem Bodenfläche unterstützten DPC metallisierten Substrat mit den Mikrobandleiterresonatoren. Darüber hinaus wird eine TR-Logik Kalibrierung bei der Anwendung von DPC fabrizierten Kalibriersätzen, um an der gleichen Bezugsfläche des PCMRs zu kalibrieren angenommen. Die Vergleiche zwischen den simulierten und gemessenen Einfügungsdämpfungen für PCMR1 und PCMR4 werden im Abbildung 3. gezeigt.

Gemessene und simulierte Ergebnisse des Abbildung 4 für den Mikrobandleiter parallel-verbanden Resonator.

Von den Maßen liegt es, dass die angenommenen dielektrischen Werte im Fehler sind, wenn der Fehler bei höheren Frequenzen sich erhöht auf der Hand. Um die korrekte Dielektrizitätskonstante und den dielektrischen Verlust zu extrahieren, werden diese Werte in ADS-Impuls justiert um den Frequenzgang bis das vorausgesagte nullmatch zusammenzubringen das gemessene null. Nach der Justage der dielektrischen Parameter Abbildung 4 zeigt die gepaßten Ergebnisse für zwei PCMRs bis zu 14 Gigahertz. In diesem Fall ist der Aufstieg in diesen zwei Parametern von DPC-Substrat von 9,5 bis 9,75 für die Dielektrizitätskonstante und 0,0004 bis 0,002 für den dielektrischen Verlust, beziehungsweise. Diese Werte sind genauer als die angenommenen Daten bei höheren Frequenzen und können für Substratentwurf und -simulation weit verbreitet sein.

Abbildung 5-Fotografie der 10 Gigahertz parallel-verband Netzfilter unter Verwendung DPC-Technologie.

MIKROWELLEN-SCHALTPLAN

Um die Genauigkeit von extrahierten dielektrischen Daten zu validieren, wurde ein Mikrowellenfilter, der auf einem DPC-Substrat fabriziert wurde demonstriert. Dieses BPF, unter Verwendung parallel-verbundenen Leitungsstruktur, hat eine Mittelfrequenz von 10 Gigahertz, von Bandbreite von 15 Prozent, von 0,1 DB-gleichkräuselungsantwort und von drittrangiger Topologie und wird im Abbildung 5. gezeigt. Das BPF war mit ADS-Impuls unter Verwendung der extrahierten Dielektrizitätskonstante und des dielektrischen Verlustes entworfen und optimiert. Die TR-Logik Kalibriersätze wurden auch auf DPC-Substraten fabriziert, um den Frequenzbereich von 4 bis 14 Gigahertz zu umfassen.

Mit diesen Prüfnormen richtet die der Anritsu-Koaxialität-zumikrobandleiterübergänge Prüfvorrichtung und der Mikrobandleiter mit dem Input aus und Ausgabebausteine des Filters können de-eingebettet werden. Die gemessene Einfügungsdämpfung und die Rückflussdämpfung werden im Abbildung 6. gezeigt, das auf diesen Versuchsergebnissen, eine gute Vorhersage der Filtercharakteristik basiert, wird erzielt, indem man die extrahierten dielektrischen Werte im EM-Simulator verwendet. Die gemessene Einfügungsdämpfung des BPF ist nur 0,5 DB bei 10 Gigahertz. Sie zeigte offenbar, dass der DPC-Prozess, fabriziert mit einem keramischen Substrat- und Kupferleiter, ausgezeichnete verlustarme Leistung an den Kurzwellen zur Verfügung stellt und die ausgezeichnete Fähigkeit anbietet, in den Rfverpacken- und -mikrowellengeräten verwendet zu werden.

Gemessene und simulierte Eigenschaften des Abbildung 6 des 10 Gigahertz DPC parallel-verbanden Netzfilter.

Schlussfolgerung
Dieser Artikel stellt ein DPC metallisiertes Substrat einschließlich den Prozessfluß, elektrische die Eigenschaftenextraktion und einen Mikrowellenschaltplan dar. Wegen des Gebrauches des keramischen Substrates und des metallisierten kupfernen Leiters, erzielt das DPC-Substrat gute elektrische Hochfrequenzeigenschaften. Unterdessen wurde eine einfache Extraktionsmethode, zum der Dielektrizitätskonstante und des dielektrischen Verlustes für das DPC-Substrat zu erhalten vorgeschlagen, und eine 10 Gigahertz parallel-verbundene Linie BPF mit 0,5 DB-Einfügungsdämpfung wurde für weitere Überprüfung errichtet. Dieser Artikel zeigt offenbar, dass das DPC metallisierte Substrat für Rf- und MikrowellenVerpackungsgestaltung ziemlich passend ist, mit seiner ausgezeichneten verlustarmen Leistung.

Hinweise

1. M. Entezarian und R.A.L. Zeichnete, „direktes Abbinden des Kupfers zum Aluminium-Nitrid,“ MaterialsScience und Technik, A-212 im Juli 1996 S. 206-212.

2. J. Schulz-Hart, „Vorteile und Neuentwicklung von Direct prophezeite kupferne Substrate,“ Mikroelektronik-Zuverlässigkeit, Vol. 43, Nr. 3, 2003, S. 359-365.

3. „DPC-direkte überzogenes Kupfer-Dünnfilm-Technologie,“ Zange Hsing, www.ready-sourcing.com/sourcing-news/electronic/dpc.html.

4. S.P. Ru, „Methode für das Entfernen von Lücken in einem keramischen Substrat,“ US-Patent, US 6.800.211 B2, im Oktober 2004.

5. M.K. Das, S.M. Voda und D.M. Pozar, „zwei Methoden für das Maß der Substrat-Dielektrizitätskonstante,“ IEEE-Geschäfte auf Mikrowellen-Theorie und Techniken, Vol. 35, Nr. 7 im Juli 1987 S. 636-642.

6. S.H. Chang, H. Kuan, H.W. Wu, R.Y. Yang und M.H. Weng, „Bestimmung der Mikrowellen-Dielektrizitätskonstante durch die zwei Mikrobandleiter-Linie Methode kombinierten mit EM-Simulation, „Mikrowelle und optische Technologie-Buchstaben, Vol. 48, Nr. 11 im November 2006 S. 2199-2121.

7. H. Yue, Tangenten-Maß K.L. Virga und J.L. Prinz, „der Dielektrizitätskonstante und des Verlustes unter Verwendung einer Stripline-Befestigung,“ IEEE-Geschäfte auf Komponenten, des Verpackens und der Fertigungstechnik, Teil B, Vol. 21, Nr. 4 im November 1998 S. 441-446.

8. P.A. Bernard und J.M. Gautray, „Maß der Dielektrizitätskonstante unter Verwendung eines Mikrobandleiter-Ring-Resonators,“ IEEE-Geschäfte auf Mikrowellen-Theorie und Techniken, Vol. 39, Nr. 3 im März 1991 S. 592-595.

9. E.L. Holzman, „Breitbandmaß der Dielektrizitätskonstante eines Substrates FR4 unter Verwendung eines Parallel-verbundenen Mikrobandleiter-Resonators,“ DER IEEE-Geschäfte auf Mikrowellen-Theorie und der Techniken, Vol. 54, Nr. 7 im Juli 2006 S. 3127-3130.