La tecnología de película gruesa se utiliza para producir dispositivos / módulos electrónicos, como módulos de dispositivos de montaje en superficie , circuitos integrados híbridos , elementos calefactores , dispositivos pasivos integrados y sensores . La principal técnica de fabricación es la serigrafía ( estarcido), que además de utilizarse en la fabricación de dispositivos electrónicos también se puede utilizar para diversos objetivos de reproducción gráfica. La técnica se conoce en su forma básica hace unos mil años, ya utilizada durante las grandes dinastías chinas. Se convirtió en una de las técnicas clave de fabricación / miniaturización de dispositivos / módulos electrónicos durante la década de 1950. El espesor de película típico, fabricado con procesos de fabricación de película gruesa para dispositivos electrónicos, es de 0,0001 a 0,1 mm. [1]
Los circuitos / módulos de película gruesa se utilizan ampliamente en la industria automotriz, tanto en sensores, por ejemplo, mezcla de combustible / aire, sensores de presión, controles de motor y caja de cambios, sensor para liberar airbags, encendedores para airbags; Lo común es que se requiera una alta confiabilidad, a menudo un rango de temperatura extendido también a lo largo de un termociclado masivo de circuitos sin fallas. [2] Otras áreas de aplicación son la electrónica espacial, la electrónica de consumo y diversos sistemas de medición en los que se necesita un bajo coste y / o una alta fiabilidad.
La forma más sencilla de utilizar una tecnología de película gruesa es un sustrato / placa de módulo, donde el cableado se fabrica mediante un proceso de película gruesa. Además, se pueden fabricar resistencias y condensadores de gran tolerancia con métodos de película gruesa. El cableado de película gruesa se puede hacer compatible con la tecnología de montaje en superficie (SMT) y, si es necesario (debido a tolerancias y / o requisitos de tamaño), las piezas de montaje en superficie (resistencias, condensadores, circuitos integrados, etc.) se pueden ensamblar en una película gruesa. sustrato.
La fabricación de dispositivos / módulos de película gruesa es un proceso aditivo que implica la deposición de varias capas sucesivas (normalmente un máximo de 6 a 8) de capas conductoras, resistivas y dieléctricas sobre un sustrato eléctricamente aislante mediante un proceso de serigrafía . [3]
Como método de fabricación de bajo costo, es aplicable para producir grandes volúmenes de dispositivos pasivos discretos como resistencias , termistores , varistores y dispositivos pasivos integrados .
La tecnología de película gruesa es también una de las alternativas para ser utilizada en circuitos integrados híbridos y compite y complementa típicamente en la miniaturización de la electrónica (partes o elementos / área o volumen) con SMT basado en PCB ( placa de circuito impreso ) / PWB ( placa de circuito impreso) y tecnología de película fina . [4]
Pasos
Un proceso típico de película gruesa constaría de las siguientes etapas:
Láser de sustratos
Normalmente, los sustratos de circuito de película gruesa son Al 2 O 3 / alúmina , óxido de berilio (BeO), nitruro de aluminio (AlN), acero inoxidable , a veces incluso algunos polímeros y, en casos raros, incluso silicio (Si) recubierto con dióxido de silicio (SiO 2 ). , [5] [6] Los sustratos más utilizados para un proceso de película gruesa son 94 o 96% de alúmina. La alúmina es muy dura y, por lo tanto, el tratamiento con láser del material es la forma más eficaz de mecanizarlo. El proceso de película gruesa es también un proceso de miniaturización donde un sustrato normalmente contiene muchas unidades (circuitos finales), con el láser es posible trazar, perfilar y perforar agujeros. El trazado es un proceso de láser en el que se dispara una línea de pulsos de láser en el material y se elimina del 30 al 50% del material, lo que debilita el sustrato, después de que se realizan todos los demás procesos para construir el circuito de película gruesa, los sustratos se pueden dividir fácilmente en unidades individuales. El perfilado se usa mucho, por ejemplo, en el sensor, donde un circuito necesita adaptarse a tubos redondos u otras formas complejas diferentes. Perforación de orificios, proporcione una vía entre los dos lados del sustrato, normalmente los tamaños de los orificios están en el rango de 0,15 a 0,2 mm.
El láser antes de procesar los sustratos tiene una ventaja de costo que el láser o el corte en cubitos con una sierra de diamante después del procesamiento.
Preparación de la tinta
Las tintas para electrodos, terminales, resistencias, capas dieléctricas, etc. se preparan comúnmente mezclando los polvos metálicos o cerámicos necesarios con un disolvente (pastas cerámicas de película gruesa) o pastas poliméricas [7] para producir una pasta para serigrafía. Para lograr una tinta homogénea, los componentes mezclados de la tinta se pueden pasar a través de un molino de tres rodillos. Alternativamente, las tintas listas para usar se pueden obtener de varias compañías que ofrecen productos para el tecnólogo de película gruesa.
Serigrafía y sus mejoras
La serigrafía es el proceso de transferir una tinta a través de una pantalla de malla tejida estampada o una plantilla utilizando una escobilla de goma . [8]
Para mejorar la precisión, se ha desarrollado la densidad de integración y la mejora de la precisión de líneas y espacios de la tecnología tradicional de película gruesa con fotoimagen de serigrafía . Sin embargo, el uso de estos materiales cambia típicamente el flujo del proceso y necesita diferentes herramientas de fabricación.
Secado / curado
Después de dejar un tiempo después de la impresión para que la tinta se asiente, cada capa de tinta que se deposita generalmente se seca a una temperatura moderadamente alta de 50 a 200 ° C (122 a 392 ° F) para evaporar el componente líquido de la tinta y fijar la tinta. capa temporalmente en posición sobre el sustrato para que pueda manipularse o almacenarse antes del procesamiento final. Para tintas a base de polímeros y algunas pastas de soldadura que curan a estas temperaturas, este puede ser el paso final que se requiera. Algunas tintas también requieren curado por exposición a la luz ultravioleta .
Disparo
Para muchas de las tintas para metal, cerámica y vidrio utilizadas en procesos de película gruesa, se requiere una cocción a alta temperatura (generalmente superior a 300 ° C) para fijar las capas en posición permanente sobre el sustrato.
Recorte abrasivo de resistencias
Después de disparar, las resistencias se pueden recortar utilizando un método de corte abrasivo de precisión desarrollado por primera vez por SS White. [9] El método involucra un medio abrasivo fino, generalmente óxido de aluminio de 0.027 mm. El corte abrasivo se alimenta a través de una boquilla de carburo que puede ser de diferentes tamaños. La boquilla avanza a través de la resistencia disparada mientras el elemento de la resistencia se monitorea con los contactos de la sonda y cuando se alcanza el valor final, el chorro abrasivo se apaga y la boquilla se retrae a la posición de inicio cero. La técnica abrasiva puede lograr tolerancias muy altas sin calor y sin agrietamiento de la frita de vidrio utilizada en la formulación de la tinta.
Recorte láser de resistencias
Después de disparar, las resistencias del sustrato se recortan al valor correcto. Este proceso se denomina recorte láser . Muchas resistencias en chip se fabrican con tecnología de película gruesa. Los sustratos grandes se imprimen con resistencias disparadas, se dividen en pequeños chips y luego se terminan, para que puedan soldarse en la placa PCB. Con el corte por láser se utilizan dos modos; ya sea recorte pasivo, donde cada resistencia se recorta a un valor y tolerancia específicos, o recorte activo, donde la retroalimentación se usa para ajustarse a un voltaje, frecuencia o respuesta específicos mediante el recorte láser de las resistencias en el circuito mientras está encendido.
Montaje de condensadores y semiconductores.
El desarrollo del proceso SMT en realidad es una evolución del proceso de película gruesa. Además, el montaje de troqueles desnudos (el chip de silicio real sin encapsulación) y la unión de cables es un proceso estándar, esto proporciona la base para la miniaturización de los circuitos, ya que no es necesaria toda la encapsulación adicional.
Separación de elementos
Este paso suele ser necesario porque muchos componentes se producen en un sustrato al mismo tiempo. Por tanto, se requieren algunos medios para separar los componentes entre sí. Este paso se puede lograr cortando obleas en cubitos .
Integración de dispositivos
En esta etapa, los dispositivos pueden requerir la integración con otros componentes electrónicos, generalmente en forma de placa de circuito impreso. Esto se puede lograr mediante soldadura o unión de cables .
Control de procesos de fabricación de películas gruesas
Hay numerosos pasos en la fabricación de película gruesa, que necesitan un control cuidadoso como rugosidad del sustrato, las temperaturas de curado y tiempos de pastas, seleccionados stencil espesor vs. pega escriba etc., [10] [11] Por lo tanto número de pastas y de procesos usados Los pasos definen la complejidad del proceso y el costo del producto final.
Diseño de circuitos basados en tecnología de película gruesa
Las mismas herramientas de automatización de diseño electrónico o similares que se utilizan para diseñar placas de circuito impreso se pueden utilizar para diseñar circuitos de película gruesa. Sin embargo, la compatibilidad de los formatos de herramientas con la fabricación / fabricante de la plantilla requiere atención, así como la disponibilidad de las reglas de diseño geométrico, eléctrico y térmico para la simulación y el diseño del diseño del fabricante final.
Ver también
- Película delgada
- Dispositivos pasivos integrados
- Termistor
- Tecnología de montaje superficial
- Circuito integrado híbrido
Referencias
- ^ Kasap, S .; Capper, P. (editores) (2017). Manual Springer de materiales electrónicos y fotónicos . Springer International Publishing. págs. 707–721. ISBN 978-3-319-48933-9.CS1 maint: texto adicional: lista de autores ( enlace )
- ^ Lu, B. (2010). "Tecnología híbrida de película gruesa para aplicaciones de automoción". 2010 5ª Conferencia internacional sobre tecnología de circuitos y ensamblaje de envases de microsistemas, Taipei : 1–34. doi : 10.1109 / IMPACT.2010.5699549 .
- ^ Andrew, W. (editor) (1998). Manual de tecnología de microcircuitos híbridos (segunda edición) . Elsevier Inc. págs. 104-171.CS1 maint: texto adicional: lista de autores ( enlace )
- ^ Vandermeulen, M .; Roy, D .; Pirritano, S .; Bernacki, D .; et, al (2004). "Sustratos de película gruesa de alta densidad para soluciones de embalaje de apilamiento de chips 3D miniaturizados". 37º Simposio Internacional de Microelectrónica (IMAPS 2004): Todo en Electrónica ... Entre el Chip y el Sistema . doi : 10.13140 / RG.2.1.1087.3369 .
- ^ Zhang, Z .; et, al. (2011). "Análisis de fallos de resistencias de película gruesa sobre acero inoxidable como elementos sensores". IEEE 12th International Conference on Electronic Packaging Technology and High Density Packaging : 1–5. doi : 10.1109 / ICEPT.2011.6066957 .
- ^ Parikh, MR (1989). "Tecnología de película gruesa para microelectrónica" . Universidad de Lehigh .
- ^ Ulrich, RK; Scharper, LW (2003). Tecnología de componentes pasivos integrados, Introducción . John Wiley e hijos. ISBN 978-0-471-24431-8.
- ^ Romenesko, BM; Falk, PR; Hoggarth, KG (1986). "Tecnología y aplicaciones microelectrónicas de película gruesa". Recopilación técnica de Johns Hopkins APL . 7 (3): 284–289.
- ^ Sistema de recorte . S. White Company, Div. Industrial.
- ^ Yebi, A .; Ayalew, B. (2015). "Control de proceso basado en ecuaciones diferenciales parciales para el curado ultravioleta de resinas de película gruesa" . Revista de sistemas dinámicos, medición y control . 137 (octubre): 101010 / 1–10. doi : 10.1115 / 1.4030818 .
- ^ Willfarht, A .; et., al. (2011). "Optimización del espesor de la plantilla y el depósito de la película de tinta" . ResearchGate, proyecto: Dispositivos termoeléctricos impresos : 6–16.
enlaces externos
- Un curso desarrollado por la Universidad de Tecnología y Economía de Budapest (BTE), Departamento de Tecnología Electrónica sobre Tecnología de productos electrónicos, capítulo "Película Gruesa"
- Un blog de EDN que compara resistencias de película fina y gruesa
- Una presentación que describe el uso de la tecnología de película gruesa para frecuencias de radio.
- Impresión de híbridos de película gruesa
- Componentes de película gruesa para aplicaciones industriales