Cerámica cocida
Co-disparó cerámica dispositivos son monolíticas , de cerámica dispositivos microelectrónicos donde toda la estructura cerámica de soporte y cualquier conductor, resistiva, y materiales dieléctricos se disparan en un horno al mismo tiempo. Los dispositivos típicos incluyen condensadores , inductores , resistencias , transformadores y circuitos híbridos . La tecnología también se utiliza para el ensamblaje y empaquetado robustos de componentes electrónicos, empaque multicapa en la industria electrónica, como electrónica militar, MEMS , microprocesadores y aplicaciones de RF .
Los dispositivos de cerámica cocidos a fuego lento se fabrican utilizando un enfoque multicapa. El material de partida son cintas verdes compuestas, que consisten en partículas cerámicas mezcladas con aglutinantes poliméricos. Las cintas son flexibles y se pueden mecanizar, por ejemplo, mediante corte, fresado, punzonado y estampado. Se pueden agregar estructuras metálicas a las capas, generalmente mediante relleno y serigrafía. Luego, las cintas individuales se unen en un procedimiento de laminación antes de que los dispositivos se cuezan en un horno, donde la parte polimérica de la cinta se quema y las partículas cerámicas se sinterizan juntas, formando un componente cerámico duro y denso. [1]
La cocción conjunta se puede dividir en aplicaciones de baja temperatura (LTCC) y alta temperatura (HTCC): baja temperatura significa que la temperatura de sinterización es inferior a 1000 ° C (1830 ° F), mientras que la temperatura alta es de alrededor de 1600 ° C (2910 ° F) ). [2] La menor temperatura de sinterización de los materiales LTCC es posible gracias a la adición de una fase vítrea a la cerámica, lo que reduce su temperatura de fusión. [1]
Debido a un enfoque multicapa basado en láminas de vitrocerámica, esta tecnología ofrece la posibilidad de integrar en el cuerpo LTCC componentes eléctricos pasivos y líneas conductoras fabricadas típicamente con tecnología de película gruesa. [3] Esto difiere de la fabricación de dispositivos semiconductores donde las capas se procesan en serie y cada nueva capa se fabrica sobre las capas anteriores.
Historia
Las cerámicas cocidas se desarrollaron por primera vez a finales de la década de 1950 y principios de la de 1960 para fabricar condensadores más robustos. [4] La tecnología se expandió más tarde en los años 60 para incluir estructuras similares a placas de circuito impreso multicapa. [5]
Componentes
Circuitos híbridos
La tecnología LTCC es especialmente beneficiosa para aplicaciones de RF y alta frecuencia. En aplicaciones inalámbricas y de RF , la tecnología LTCC también se utiliza para producir circuitos integrados híbridos multicapa , que pueden incluir resistencias, inductores, condensadores y componentes activos en el mismo paquete. En detalle, estas aplicaciones comprenden dispositivos de telecomunicaciones móviles (0,8–2 GHz), redes locales inalámbricas como Bluetooth (2,4 GHz) y radares en el automóvil (50–140 GHz y 76 GHz). [3] Los híbridos LTCC tienen un costo inicial ("no recurrente") menor en comparación con los IC , lo que los convierte en una alternativa atractiva a los ASIC para dispositivos de integración a pequeña escala.
Inductores
Los inductores se forman imprimiendo bobinados conductores sobre cinta cerámica de ferrita . Dependiendo de la inductancia deseada y las capacidades de transporte de corriente, se puede imprimir un devanado parcial en varios devanados en cada capa. En determinadas circunstancias, se puede utilizar una cerámica sin ferrita. Esto es más común para circuitos híbridos donde estarán presentes condensadores, inductores y resistencias y para aplicaciones de alta frecuencia operativa donde el circuito de histéresis de la ferrita se convierte en un problema.
Resistencias
Las resistencias pueden ser componentes incrustados o agregarse a la capa superior después del disparo. Mediante la serigrafía, se imprime una pasta de resistencias en la superficie del LTCC, a partir de la cual se generan las resistencias necesarias en el circuito. Cuando se disparan, estas resistencias se desvían de su valor de diseño (± 25%) y, por lo tanto, requieren un ajuste para cumplir con la tolerancia final. Con el corte por láser se pueden lograr estas resistencias con diferentes formas de corte hasta el valor de resistencia exacto (± 1%) deseado. Con este procedimiento, se puede reducir la necesidad de resistencias discretas adicionales, permitiendo así una miniaturización adicional de las placas de circuito impreso.
Transformadores
Los transformadores LTCC son similares a los inductores LTCC, excepto que los transformadores contienen dos o más devanados. Para mejorar el acoplamiento entre los devanados, los transformadores incluyen un material dieléctrico de baja permeabilidad impreso sobre los devanados de cada capa. La naturaleza monolítica de los transformadores LTCC conduce a una altura más baja que los transformadores tradicionales bobinados. Además, el núcleo y los devanados integrados significan que estos transformadores no son propensos a fallas por rotura de cables en entornos de alta tensión mecánica. [6]
Sensores
La integración de componentes pasivos de película gruesa y estructuras mecánicas 3D dentro de un módulo permitió la fabricación de sensores LTCC 3D sofisticados, por ejemplo, acelerómetros. [7]
Microsistemas
La posibilidad de fabricar muchos componentes pasivos de película gruesa, sensores y estructuras mecánicas 3D permitió la fabricación de microsistemas LTCC multicapa. [8]
Utilizando la tecnología HTCC, se han realizado microsistemas para entornos hostiles, como temperaturas de trabajo de 1000 ° C. [9]
Aplicaciones
Los sustratos LTCC se pueden utilizar de manera más beneficiosa para la realización de dispositivos miniaturizados y sustratos robustos. La tecnología LTCC permite la combinación de capas individuales con diferentes funcionalidades como alta permitividad y baja pérdida dieléctrica en un solo paquete laminado multicapa y así lograr multifuncionalidad en combinación con un alto nivel de integración e interconexión. También ofrece la posibilidad de fabricar estructuras robustas tridimensionales que permiten, en combinación con la tecnología de película gruesa, la integración de componentes electrónicos pasivos, como condensadores, resistencias e inductores en un solo dispositivo. [10]
Comparación
La tecnología de cocción a baja temperatura presenta ventajas en comparación con otras tecnologías de envasado, incluida la cocción a alta temperatura: la cerámica generalmente se cuece por debajo de los 1000 ° C debido a una composición especial del material. Esto permite la cocción conjunta con materiales altamente conductores (plata, cobre y oro). LTCC también presenta la capacidad de incrustar elementos pasivos, como resistencias, condensadores e inductores en el paquete de cerámica, minimizando el tamaño del módulo completo.
Los componentes HTCC generalmente consisten en multicapas de alúmina o zirconia con metalización de platino, tungsteno y molibanganeso. Las ventajas de HTCC en la tecnología de envasado incluyen rigidez mecánica y hermeticidad , las cuales son importantes en aplicaciones de alta confiabilidad y con estrés ambiental. Otra ventaja es la capacidad de disipación térmica de HTCC, que lo convierte en una opción de empaque de microprocesador, especialmente para procesadores de mayor rendimiento. [11]
En comparación con LTCC, HTCC tiene capas conductoras de mayor resistencia .
Ver también
- Fundición de cinta
- Recorte láser
- Circuito integrado híbrido
Referencias
- ↑ a b Jurków, Dominik; Maeder, Thomas; Dąbrowski, Arkadiusz; Zarnik, Marina Santo; Belavič, Darko; Bartsch, Heike; Müller, Jens (septiembre de 2015). "Visión general de los sensores cerámicos co-cocidos a baja temperatura" . Sensores y actuadores A: Físicos . 233 : 125-146. doi : 10.1016 / j.sna.2015.05.023 .
- ^ Sitio web de AMETEK AEGIS https://www.ametekaegis.com/products/ceramic-htcc
- ^ a b Hajian, Ali; Stöger-Pollach, Michael; Schneider, Michael; Müftüoglu, Doruk; Crunwell, Frank K .; Schmid, Ulrich (2018). "Comportamiento de porosificación de sustratos LTCC con hidróxido de potasio" . Revista de la Sociedad Europea de Cerámica . 38 (5): 2369–2377. doi : 10.1016 / j.jeurceramsoc.2018.01.017 .
- ↑ US 3004197 , Rodriguez, Antonio R. & Wallace, Arthur B., "Condensador de cerámica y método para hacerlo", publicado el 10/10/1961
- ^ US 3189978 , Stetson, Harold W., "Método de hacer circuitos multicapa", publicado el 22/06/1965
- ^ Roesler, Alexander W .; Schare, Joshua M .; Glass, S Jill; Ewsuk, Kevin G .; Slama, George; Abel, David; Schofield, Daryl (2010). "Transformadores planos LTCC para convertidores flyback de alto voltaje" . Transacciones IEEE sobre componentes y tecnologías de embalaje (manuscrito enviado). 33 (2): 359–372. doi : 10.1109 / tcapt.2009.2031872 .
- ^ Jurków, Dominik (2013). "Acelerómetro de cerámica coreada tres axiales de baja temperatura". Microelectronics International . 30 (3): 125-133. doi : 10.1108 / MI-11-2012-0077 .
- ^ Golonka, Leszek; Pawel Bembnowicz; Dominik Jurkow; Karol Malecha; Henryk Roguszczak; Rafal Tadaszak (2011). "Microsistemas de cerámica cocida a baja temperatura (LTCC)" (PDF) . Optica Applicata . 41 (2): 383–388. Archivado desde el original (PDF) el 5 de mayo de 2014 . Consultado el 5 de mayo de 2014 .
- ^ Sturesson, P; Khaji, Z; Knaust, S; Klintberg, L; Thornell, G (1 de septiembre de 2015). "Propiedades termomecánicas y rendimiento de resonadores cerámicos para lectura de presión inalámbrica a altas temperaturas" . Revista de Micromecánica y Microingeniería . 25 (9): 095016. Código Bibliográfico : 2015JMiMi..25i5016S . doi : 10.1088 / 0960-1317 / 25/9/095016 . ISSN 0960-1317 .
- ^ Hajian, Ali; Müftüoglu, Doruk; Konegger, Thomas; Schneider, Michael; Schmid, Ulrich (2019). "Sobre la porosificación de sustratos LTCC con hidróxido de sodio" . Compuestos Parte B: Ingeniería . 157 : 14-23. doi : 10.1016 / j.compositesb.2018.08.071 .
- ^ Rendimiento de ondas milimétricas de paquetes IC de cerámica cocida a alta temperatura de alúmina Archivado el 4 deseptiembre de 2012en la Wayback Machine , Rick Sturdivant, Conferencia IMAPS de 2006, San Diego, CA
enlaces externos
- Animación del proceso de producción de LTCC
- Embalaje (microfabricación)
- Fabricación de electrónica
