Az előadás letöltése folymat van. Kérjük, várjon

Az előadás letöltése folymat van. Kérjük, várjon

BUDAPEST UNIVERSITY OF TECHNOLOGY AND ECONOMICS DEPARTMENT OF ELECTRONICS TECHNOLOGY Az LTCC (Low Temperature Co-fired Ceramic) üveg-kerámia szerelőlemezek.

Hasonló előadás


Az előadások a következő témára: "BUDAPEST UNIVERSITY OF TECHNOLOGY AND ECONOMICS DEPARTMENT OF ELECTRONICS TECHNOLOGY Az LTCC (Low Temperature Co-fired Ceramic) üveg-kerámia szerelőlemezek."— Előadás másolata:

1 BUDAPEST UNIVERSITY OF TECHNOLOGY AND ECONOMICS DEPARTMENT OF ELECTRONICS TECHNOLOGY Az LTCC (Low Temperature Co-fired Ceramic) üveg-kerámia szerelőlemezek konstrukciója és technológiája.

2 /42 LTCC szerelőlemezek 2 Az LTCC üveg-kerámia hordozók felépítése LTCC moduláramkör robbantott képe a méretre vágott nyers (kiégetetlen) üveg-kerámia lapokon (v= 30 µm-254 µm) ablakokat, furatokat stb. alakítanak ki, a viákat kitöltik és a lapokra felviszik egyenként a huzalozás, ellenállás stb. rétegeket, minden egyes rétegfelvitelt szárítás követi, a lapokat pakettálják és laminálják, a pakett kiégetése. via keményforrasztással rögzített hűtőlap fémezés

3 /42 Az LTCC szerelőlemezek korszerűsége LTCC szerelőlemezek 3 Az LTCC hordozóban passzív elemek (R;C; L) temethetők el (IPC’s = Integrated Passive Components). Az ábrán látható, hogy az LTCC szerelőlemez anyagválasztéka rendelkezik a legszélesebb permittívitás tartománnyal. LTCC pakett

4 /42 NYERS ÜVEG-KERÁMIA KÉSZÍTÉSE Kiindulási anyagok: alumíniumoxid-por, oldószer, szerves kötőanyag, frittanyag (pl. üveg) adalékanyagok. A fő adalékanyag az alumíniumoxid. Szerves oldószert a viszkozitás beállítása céljából használnak, a frittanyag (őrölt üveg) a beégetés során játszik szerepet. 4 Az adalékanyagok: a beégetett réteg tapadását segítik elő, a szinterelési hőmérsékletet csökkentik, felületi érdességet csökkentik, tömörítik a kerámia szerkezetét, a színét beállítják.

5 /42 Az LTCC hordozó technológiai szekvenciái LTCC szerelőlemezek 5 szinterelés

6 /42 A kiégetetlen üveg-kerámia hordozók választéka LTCC szerelőlemezek 6

7 /42 Nyers (kiégetetlen) üveg-kerámiák tulajdonságai LTCC szerelőlemezek q17 A DuPont 951-es üveg-kerámia hordozó (green tape) tulajdonságai:  hajlékony üveg-kerámia lapok, összetétele: 45 % Al 2 O 3 és frittanyag (üveg=Pb 2 O 5- Ba 2 O 3 -SiO 2 ) por; szerves kötőanyag; oldószer (viszkozitás beállító); adalékok,  a nyers lapok vastagság szerinti választéka: 50; 114; 165; 254 µm,  a nyers lapok kontúrméret: 127x127 mm 2 (5”x5”),  az egymásra építhető rétegek maximális darabszáma: 40,  a hordozón 100 µm szélességű és hídtávolságú vezetőhálózat hozható létre,  a pakett laminálása: 70 ºC-on, 10 percig, 21 MPa (2100 N/cm 2 =3000 psi) nyomáson,  a pakett kiégetése szállítószalagos vagy zárterű kemencében: 3 óra; csúcs 850 ºC,  a kiégetés alatti zsugorodás X,Y irányban: 12.7 ± 0.3 %; v (Z) irányban: 15 ± 0.5 %,  a hővezető képesség: 3.3 W/mK; hőtágulási tényező: ( ºC) 5.8 ppm/ºC,  permittivitás (3 GHz-en) 7.8; vesztességi tényező (3 GHz-en) 60x10 -4,  átütési szilárdság: ≥ 1kV/25 µm.

8 /42 Az üveg-kerámia hordozóknál alkalmazott rétegek LTCC szerelőlemezek 8 BC I J D EF H G együttégethető, forrasztható huzalozás, rányomtatva Ag vezető A Műszaki jellemzőket lásd a következő dián.

9 /42 Az üveg-kerámia hordozóra felvitt rétegek LTCC szerelőlemezek 9

10 /42 A kiégetetlen üveg-kerámia hordozók réteganyagai LTCC szerelőlemezek 10 A DuPont cég a kiégetetlen üveg-kerámia hordozókra (green tape) felvitelre kerülő rétegekre 3 féle pasztarendszert dolgozott ki: Au; Ag; keverék (Au-Ag). Az Ag rendszerhez tartozó paszták tulajdonságai: Technológia; jellemzők huzalozás DP 6146 Ag/Pd via kitöltő DP 6138 Pd/Ag ellenállás CF sorozat acél szitaszövet, 325 mesh szám; emulzió v=12 µmstencil12 µm réteg pihentetés/szárítás; min,ºC/min,ºC--/5,120 10,23/15,120 szárított rétegvastagság12-15 µm µm beégetett rétegvastagság 8-12 µm---- négyzetes ellenállás (R dekadikus értéksor)60 mΩ≤10 mΩ gramm pasztával bevonható felület; cm TK ; ºC / ºC; ppm/ºC--- ±200/±200

11 /42 Az LTCC hordozók stabil dielektrikumok: LTCC szerelőlemezek 11 Permittivitás Frekvencia; GHz Veszteségi tényező A Ferro cég A6-S típusú üveg-kerámia LTCC hordozó dielektromos tulajdonságai. Az LTCC technológiával megvalósított áramkörök 30 GHz feletti frekvencia tartományban is működőképesek.

12 /42 Az LTCC hordozók nagyfrekvenciás alkalmazása LTCC szerelőlemezek 12 Frekvencia; GHz Csillapítás; dB/25.4 mm Cu nélkül Ag Az egyre nagyobb frekvencián dolgozó áramkörök (wireless, mikrohullám stb.) kisebb vesztességü dielektrikumokat és vezető rétegeket igényelnek. Az ábrán kétféle üveg-kerámia hordozó nagyfrekvenciás csillapítását hasonlítottuk össze az FR4 típusú PWB alapanyaggal.

13 /42 Eltemetett huzalozási pályák tervezése LTCC szerelőlemezek 13 Adatok a via átmérő 100 b a via fémezés átmérője 150 c a viák raszter-távolsága 300 d a via fémezés-huzal távolság 100 e a via fémezés-lapka él távolság 400 f a via fémezés-süllyeszték táv. 200 g a huzalozási pálya szélessége 100 h a huzalozási pályák távolsága 100 i a huzalozás-lapka él távolsága 300 j a huzalozás-süllyeszték távolság 200 k a bemunkálás-huzalozás távolság 300 l a bemunkálás-via fémezés táv 300 Méretek µm-ben

14 /42 Eltemetett föld és a tápfesz. rétegek tervezése LTCC szerelőlemezek 14 Adatok a via furat átmérő 100 b a via fémezés átmérője 150 c szigetelési távolság 200 d hídtávolság 100 e a lap széle és föld réteg távolsága 300 f a via fémezés és a lap széle közötti táv. 300 g a süllyesztek széle és a föld réteg táv. 300 h a süllyesztek széle és a via fémezés táv. 300 A méretek µm-ben. vezetőanyaggal kitöltött via

15 /42 A többrétegű huzalozást összekötő viák típusai LTCC szerelőlemezek 15 A többrétegű LTCC hordozókban a viák a vastagság irányú elektromos összekötést vagy a hő vezetését oldják meg. A kiégetetlen üveg- kerámia lapokban a szokásos via átmérők: 125; 175; 250 µm. A gyakorlatban a legnagyobb alkalmazható és kitölthető via átmérő kb. megegyezik a kiégetetlen hordozó vastagságával. alkalmazásával a felső huzalozási réteg síklapú marad!

16 /42 Üveg-kerámia hordozóról készült csiszolat LTCC szerelőlemezek 16 külső Ag huzal üveg-kerámia réteg eltemetett huzalozás via

17 /42 Termo (hőelvezető) viák tervezése LTCC szerelőlemezek µm 250 µm 570 µm 285 µm via kitöltő anyaghővezető képesség arany (Au)50 W/mK ezüst (Ag)100 W/mK padKitöltött via

18 /42 Az ellenállás és a huzalozás rétegek átlapolása LTCC szerelőlemezek 18 adatokmin. távolság max. távolság A B 500 C250 A mérétek µm-ben. Első lépésben a huzalozás rétegeket nyomtatják fel. Ezeket pihentetik, majd beszárítják. Ezt követi az ellenállások felnyomtatása, pihentetése és beszárítása. huzalozás réteg R

19 /42 Eltemetett ellenállások tervezése LTCC szerelőlemezek 19 A beégetett R réteg négyzetes ellenállás választéka: 10 Ω; 100 Ω; 1 kΩ; 10 kΩ; 100 kΩ Az R-ek gyártási tűrése = ±30 % adatokmaxmin a R hossz 2 mm 0,3 mm b R szélesség c elválasztó szélesség b+0.2 mm d R átlapolás 100 µm e huz-R távolság 100 µm f huz- elválasztó távolság 100 µm Az elválasztó réteg alkalmazása megszünteti a huzalozás és ellenállás rétegek között az anyagtranszport folyamatokat.

20 /42 Üveg-kerámia hordozó belső R rétege LTCC szerelőlemezek 20 mérőhálózat eltemetett R-ek minősítéséhez, a hordozó 80x80 mm 2, green tape DP 951, a huzalozás réteg DP 6146 Ag/Pd, az ellenállás réteg DP CF021, R□=100 Ω, az ábrán a beszárított rétegeket tartalmazó green tape lapka látható, ez a lapka kerül be a pakettbe, az ellenállások kivezetése: a lapka fölé elhelyezésre kerülő újabb kiégetetlen lapka fémezett viáin keresztül. BME-ETT 2009

21 /42 Eltemetett többrétegű kondenzátorok tervezése LTCC szerelőlemezek 21 Felülnézet Keresztmetszet max 20 mm felső fegyverzet alsó fegyverzet dielektrikum 1.3 mm 0.25 mm0.5 mm

22 /42 LTCC szerelőlemezek 22 BETEMETETT KONDENZÁTOROK LTCC ÁRAMKÖRÖKBEN

23 /42 Nagy permittivitású rétegek az LTCC pakettben LTCC szerelőlemezek 23 Az eltemetett kondenzátorok felülete csökkenthető ha a fegyverzetek között nagy permittivitású réteget helyezünk el (a kapacitás értéke egyenes arányban áll a permittivitással). Az LTCC hordozókba kétféle módon lehet réteget létrehozni: a nyers üveg-kerámia lapra dielektrikumot felnyomtatni, a dielektrikumból nyers lapokat önteni, majd azt az üveg- kerámia pakettbe rétegezni, együtt laminálni és kiégetni. üveg-kerámia ε=7.8 dielektrikum ε=20 Ag vezető Pl. a BaTiO 3 – üveg ε=1.000 CaZrO 3 -SrTiO 3 -üveg ε=25 via

24 /42 Eltemetett C-k az üveg-kerámia hordozókban LTCC szerelőlemezek 24 üveg-kerámia réteg az eltemetett C fegyverzete nagy ε dielk. via Ha az eltemetett síkkondenzátor dielektrikuma a kiégetés után a 42 µm vastagságú üveg-kerámia réteg (DP951), akkor a fajlagos felületi kapacitás 3.5 pF/mm 2 ± 10 %. párhuzamosan kapcsolt síkkondenzátorok C= εrεAεrεA d

25 /42 Eltemetett induktivitás tervezése LTCC szerelőlemezek 25 adatérték a huzal szélesség 100 b hídtávolság100 c huzal-hordozó él távolság 300 d via furat átmérő 100 e via fémezés átmérő150 f via fémezés hordozó él távolság 300 kitöltött viavia fémezés Az induktivitás értékének növelése érdekében az L- eket 3D felépítéssel állítják elő. A több egymás felett elhelyezkedő LTCC rétegen lévő spirál részeket vezető anyaggal kitöltött viákkal kötik össze (3D struktúra).

26 /42 Kontaktus felületek a chip&wire technikához LTCC szerelőlemezek 26 chiptartó felület via a mikrohuzalkötés helye via pad Az üveg hordozó felületén az IC chipek mikrohuzalos bekötéséhez kontaktus felületeket (pad-eket) alakítanak ki. A pad-ek és az eltemetett huzalozás összekötését viákkal oldják meg (via-in-pad).. Amennyiben a pad-ek raszterosztás távolsága kicsi célszerű a viákat az ábrán látható módon elhelyezni (zigzag).

27 /42 Az LTCC hordozóba süllyesztékek tervezése LTCC szerelőlemezek µm 380 µm 2.5 x via átmérő LTCC hordozó huzalozás réteg chip

28 /42 Védőüveg réteg tervezése LTCC szerelőlemezek 28 adatméret a pad - OCG távolság 100 b OCG hídtávolság 150 c ablak szélessége 150 d hordozó széle - OCG távolság 200 védőüvegréteg (OCG= Over Coat Glass) A méretek µm-ben. Az LTCC hordozóknál az üveg védőréteget a szerelőlemez külső felületén alkalmazzák, védelmi célokból.

29 /42 A többrétegű üveg-kerámia szerelőlemezek (hordozók) alkalmazási területei: LTCC szerelőlemezek 29  a hordozóba többrétegű huzalozási hálózat eltemetése,  passzív alkatrészek (R, C, L) eltemetése a hordozóba,  a hordozóba süllyesztékek és/vagy áttörések kialakítása,  a hordozó felületén vastagréteg R,C,L hálózat létrehozása,  az MCM-C moduláramkörök szerelőlemeze,  nagyfrekvenciás áramkörök megvalósítása (bluetooth modul, erősítő stb.),  SMD alkatrészek gyártása (pl. többrétegű chip kondenzátorok),  tokok előállítására (BGA, Chip Carrier, QFN, PGA stb.),  szenzorok készítésére,  mikrofluidikai csatornák készítése az LTCC hordozókban,  nagy üzemi hőmérsékletű (T≥350ºC) alkalmazásoknál.

30 /42 LTCC technológiával készülő hermetikus tokok LTCC szerelőlemezek 30 LTCC technológiával készülő tok elvi felépítése. kivezetők LTCC A tok alaplapja és egyben az áramkör szerelőlemeze LTCC hordozó. Az LTCC szerelőlemezre beültetett IC chipek és SMD alkatrészek a keret által létesített süllyesztésekben helyezkednek el. A kivezetők az LTCC hordozó szélén kialakított padekhez csatlakoznak, a kereten kívül.

31 /42 LTCC technológiával készült BGA tok alaplap LTCC szerelőlemezek 31 vastagréteg pad Ni elválasztó réteg forrasz bump (ball) flip chip A BGA tok alaplapja, más néven elosztó (interposer) lemeze LTCC hordozó (Bluetooth rádió modul).. LTCC R bump LTCC C chip

32 /42 LTCC technológiával készült BGA tok alaplap LTCC szerelőlemezek 32 LTCC fröccssajtolt műanyag tok

33 /42 RF áramkör LTCC hordozón LTCC szerelőlemezek 33 A többrétegű LTCC áramköri hordozó mérete 55x30 mmxmm. A hordozó anyaga = Ferro A6M

34 /42 LTCC technológiával készült Thomas féle folyadék mennyiség mérő LTCC szerelőlemezek 34 folyadék be folyadék ki AgPd huzalozás 2 mm csatornafűtő elemreferencia termisztor termisztor 2 db termisztor

35 /42 LTCC technológiával készült üveg-kerémia tokok LTCC szerelőlemezek 35 az LTCC technológiával csoportosan készült tokokat, a kiégetési műveletet követően lézerrel darabolják

36 /42 LTCC technológiával készített PGA tokok LTCC szerelőlemezek 36 A BGA (Ball Grid Array) tokok alaplemeze többrétegű LTCC hordozó. Az alul elhelyezkedő süllyesztésbe (cavity) rögzítik az IC chipet. A kemény bronz anyagból készült kivezetőket kemény forrasztással rögzítik. (pl. Au/Sn, T=350 ºC, N 2 atmoszféra)

37 /42 LTCC technológiával készült QFN tokok LTCC szerelőlemezek 37 vastagréteg pad Ni elválasztó réteg forrasz PCB kontaktus felület QFN A QFN (Quad Flat No-lead) üveg-kerámia tokok alaplapja, a beültetési felületükön nem bumpokat hanem jól forrasztható kontaktus felületeket (pads-eket) hordoznak. LTCC PWB

38 /42 Üveg-kerámia többrétegű szerelőlemezek LTCC szerelőlemezek 38 Többrétegű üveg-kerámia hordozó MCM-C modul részére (a viák a pad-eken helyezkednek el). Szerelt MCM-C modul kivezetőkkel ellátva. Az üveg-kerámia hordozó 10 rétegű.

39 /42 Üveg-kerámia többrétegű szerelőlemezek LTCC szerelőlemezek 39 Többrétegű üveg-kerámia szerelőlemez alkalmazása autóelektronikai áramkörökben (Bosch). Disk-drive MCM-C multichip modul áramkör többrétegű üveg-kerámia hordozón.

40 /42 Csak a vastagság irányában zsugorodó LTCC LTCC szerelőlemezek 40 Az újfajta LTCC hordozóknál szereléstechnológiailag nagy előny hogy kontúrméreteik (x;Y) gyakorlatilag változatlanok (≥0.2 %) maradnak, azaz nem zsugorodnak (shrinkage). Ilyen nyers üveg-kerámia lapokat gyárt a Heraeus cég HeraLock néven. Ezek főbb műszaki jellemzőik: adatérték zsugorodás x;y 0.2 % zsugorodás v (Z) % szita mesh száma szárítás 80 ºC-on15 perc beégetés 850 ºC-on9 óra adatérték nyers hordozó v= µm beégetett hordozó v36-91 µm ε (2.5 GHz-en)7.3±0.3 tgδ (2.5 GHz-en)26x10 -4 hőtágulás ºC6.1 ppm/ºC

41 /42 LTCC hordozón felépített HDI vékonyréteg, többrétegű huzalozás LTCC szerelőlemezek 41 HDI = High Density Interconnect (nagy sűrűségű huzalozás). forrasztásgátlókontaktus felület (pad)Cupoliimid réteg HDI LTCC Mivel az LTCC szerelőlemezek felületén nem tudunk HDI huzalozást megvalósítani, ezért azt vékonyréteg többrétegű (pl. Cu-poliimid) hálózattal valósítjuk meg. A HDI huzalozásra pl. sok kivezetéses, finom raszterosztás távolságú alkatrészek befogadásánál van szükség.

42 /42 Ellenőrző kérdések: LTCC szerelőlemezek 42 1.Mutassa be az LTCC hordozók technológiai szekvenciáit. 2.Ismertesse a kiégetetlen üveg-kerámia hordozók néhány tulajdonságát. 3.Milyen alkatrészeket lehet eltemetni az LTCC hordozókban és hogyan. 4.Ismertesse az LTCC üveg-kerámia hordozók alkalmazási területeit. 5.Mutassa be a BGA tokok LTCC technológiával készült elosztó (interposer) lemezét. 6.Rajzolja le az LTCC technológiával készült chip carrier tok felépítését. 7.Milyen módon lehet az LTCC hordozók külső felületén HDI rajzolatot előállítani.


Letölteni ppt "BUDAPEST UNIVERSITY OF TECHNOLOGY AND ECONOMICS DEPARTMENT OF ELECTRONICS TECHNOLOGY Az LTCC (Low Temperature Co-fired Ceramic) üveg-kerámia szerelőlemezek."

Hasonló előadás


Google Hirdetések