eng
Выпуск #3/2011
А.Максимов
Многослойные металлокерамические корпуса: преимущества и особенности
Многослойные металлокерамические корпуса: преимущества и особенности
Просмотры: 7501
В различных отраслях промышленности (медицинской, автомобильной и др.), а также в космической и военной технике, широко используются корпуса из низкотемпературной керамики (Low Temperature Cofired Ceramics – LTCC) и высокотемпературных отожженных керамических модулей (High Temperature Cofired Ceramics – HTCC). В статье рассматриваются преимущества, особенности и этапы производства многослойных
металлокерамических корпусов на основе технологии HTCC.
металлокерамических корпусов на основе технологии HTCC.
Отличительная особенность высокотемпературной керамики от низкотемпературной – более высокая температура спекания слоев керамических плат для корпусов: 1500–1600°С (в технологии LTCC температура спекания – менее 1000°С).
Достоинства технологии HTCC:
малые допуски на размеры – благодаря низкому коэффициенту теплового расширения обеспечивается повышенная стабильность размеров корпусов;
коэффициент теплового расширения (КТР) высокотемпературной керамики достаточно близок к КТР кремния, что позволяет монтировать кристаллы непосредственно на керамическое основание;
высокие диэлектрические и тепловые характеристики корпусов: в зависимости от используемой марки керамики электрическая прочность варьируется от 45 до 60 кВ/мм, тангенс угла диэлектрических потерь (tgd) – от 0,006 до 0,0021, а диэлектрическая проницаемость (e) – от 8,5 до 10 в гигагерцовом диапазоне частот;
возможность создания многослойных герметичных керамических плат: высокотемпературная керамика имеет плотную структуру, а после спекания многослойные керамические модули становятся монолитными;
хорошее заполнение переходных отверстий и линий металлизации в плате вольфрамовой пастой;
высокая твердость используемых керамических материалов.
Технология производства высокотемпературных керамических модулей HTCC является наиболее современной и обеспечивает самую надежную герметизацию микроэлектронных изделий. Кратко рассмотрим процесс и этапы производства многослойных металлокерамических корпусов на основе технологии HTCC (рис.1).
1. Основной материал при производстве плат по технологии HTCC – сырой керамический лист: из глинозема Al2O3, SiO2, MgO и других компонентов получают керамическую массу, которую разбавляют толуолом и получают шликер. Из шликера льется керамическая лента (см. рис.1а).
2. В сырых керамических листах (каждый из которых впоследствии станет слоем керамической платы) выполняются переходные и выравнивающие отверстия и пустоты (см. рис.1б).
3. Отверстия в керамических листах заполняются или покрываются вольфрамовой пастой для обеспечения электрических соединений.
4. С помощью трафаретной печати в каждом слое формируются проводники, различные площадки, маркировка и т.д., которые наносятся вольфрамовой пастой на поверхность керамических листов с последующей сушкой и отвердением в печи (см. рис.1, в).
5. Каждый керамический лист с нанесенным рисунком и металлизированными отверстиями совмещается и укладывается в стек в последовательности, определенной при проектировании (см. рис.1г).
6. Проводят вырубку по габариту для отделения плат от общей массы. Поверхности шлифуют (см. рис.1д, е).
7. Выполняют спекание керамики и вольфрамовой металлизации при температуре 1500–1600°С.
8. Для лучшего смачивания припоя перед пайкой все металлические и металлизированные поверхности покрывают никелем.
9. Выводные рамки корпусов, коваровые ободки и теплоотводы к металлическим контактным площадкам припаивают при помощи серебро-медного эвтектического расплава (или чистым серебром) при температуре 800–1000°С.
10. Все открытые металлические и металлизированные поверхности корпуса покрывают металлом (зачастую золотом с подслоем никеля) электролитическим или электролизным методом для защиты от воздействия окружающей среды.
Описанные выше этапы производства представляют собой типовой технологический процесс и в каждом конкретном случае могут уточняться или исключаться.
С начала 2009 года ЗАО "ТЕСТПРИБОР" разрабатывает корпуса для интегральных микросхем и приборов специального назначения и осваивает их производство на основе технологии HTCC. Уже созданы и серийно выпускаются 23 типа металлокерамических корпусов для микросхем и 14 типов металлокерамических и металлостеклянных корпусов для полупроводниковых приборов как для поверхностного монтажа (SMD), так и штыревого типа.
В конце 2010 года была выполнена ОКР "Разработка 256-выводного металлокерамического корпуса типа 4 с посадочными местами для чип-конденсаторов для программируемых логических интегральных микросхем", шифр "Ксилофон-корпус". После этого ЗАО "ТЕСТПРИБОР" приступило к выпуску корпусов 4244.256-3, 4245.240-5, 4245.240-6 и 4245.240-6.01 категории качества "ВП" по утвержденным техническим условиям ТАСФ.301176.002ТУ и ТАСФ.301176.004ТУ (рис.2а, б, табл.1).
Компания также разработала и освоила серийное производство серии металлокерамических корпусов для полупроводниковых приборов SMD-3, SMD-2, SMD-1, SMD-0,5, SMD-0,2. Корпуса изготавливаются по технологии высокотемпературных керамических модулей с использованием алюмооксидной (высокоглиноземистой корундовой) керамики с содержанием оксида алюминия 90–92%. При изготовлении теплоотвода и токопроводящих частей корпуса используется сплав меди и вольфрама, все металлические и металлизированные части основания имеют финишное золотое покрытие. Благодаря этому выполняются повышенные требования по герметичности и температурным характеристикам корпусов (рис.2в, табл.2).
Еще один вид продукции ЗАО "ТЕСТПРИБОР" – безвыводные корпуса типа 5 по ГОСТ 17467-88 с числом выводов 48, 20, 16, выполненных в виде металлизированных контактных площадок (рис.2г, табл.3). По периметру обратной стороны (нижнего слоя) корпуса нанесены выводные площадки для его монтажа на печатную плату в радиоаппаратуре. Они соединены с контактными площадками корпуса через металлизированные пазы в торцах (см. рис.2г). Все металлические и металлизированные части оснований корпусов имеют финишное золотое покрытие.
Таким образом, ЗАО "ТЕСТПРИБОР" предлагает металлокерамические корпуса с различными характеристиками. Кроме этого, предприятие может разработать и изготовить в соответствии с ТЗ заказчика корпуса практически любого уровня сложности с качеством, соответствующим мировым стандартам.
Достоинства технологии HTCC:
малые допуски на размеры – благодаря низкому коэффициенту теплового расширения обеспечивается повышенная стабильность размеров корпусов;
коэффициент теплового расширения (КТР) высокотемпературной керамики достаточно близок к КТР кремния, что позволяет монтировать кристаллы непосредственно на керамическое основание;
высокие диэлектрические и тепловые характеристики корпусов: в зависимости от используемой марки керамики электрическая прочность варьируется от 45 до 60 кВ/мм, тангенс угла диэлектрических потерь (tgd) – от 0,006 до 0,0021, а диэлектрическая проницаемость (e) – от 8,5 до 10 в гигагерцовом диапазоне частот;
возможность создания многослойных герметичных керамических плат: высокотемпературная керамика имеет плотную структуру, а после спекания многослойные керамические модули становятся монолитными;
хорошее заполнение переходных отверстий и линий металлизации в плате вольфрамовой пастой;
высокая твердость используемых керамических материалов.
Технология производства высокотемпературных керамических модулей HTCC является наиболее современной и обеспечивает самую надежную герметизацию микроэлектронных изделий. Кратко рассмотрим процесс и этапы производства многослойных металлокерамических корпусов на основе технологии HTCC (рис.1).
1. Основной материал при производстве плат по технологии HTCC – сырой керамический лист: из глинозема Al2O3, SiO2, MgO и других компонентов получают керамическую массу, которую разбавляют толуолом и получают шликер. Из шликера льется керамическая лента (см. рис.1а).
2. В сырых керамических листах (каждый из которых впоследствии станет слоем керамической платы) выполняются переходные и выравнивающие отверстия и пустоты (см. рис.1б).
3. Отверстия в керамических листах заполняются или покрываются вольфрамовой пастой для обеспечения электрических соединений.
4. С помощью трафаретной печати в каждом слое формируются проводники, различные площадки, маркировка и т.д., которые наносятся вольфрамовой пастой на поверхность керамических листов с последующей сушкой и отвердением в печи (см. рис.1, в).
5. Каждый керамический лист с нанесенным рисунком и металлизированными отверстиями совмещается и укладывается в стек в последовательности, определенной при проектировании (см. рис.1г).
6. Проводят вырубку по габариту для отделения плат от общей массы. Поверхности шлифуют (см. рис.1д, е).
7. Выполняют спекание керамики и вольфрамовой металлизации при температуре 1500–1600°С.
8. Для лучшего смачивания припоя перед пайкой все металлические и металлизированные поверхности покрывают никелем.
9. Выводные рамки корпусов, коваровые ободки и теплоотводы к металлическим контактным площадкам припаивают при помощи серебро-медного эвтектического расплава (или чистым серебром) при температуре 800–1000°С.
10. Все открытые металлические и металлизированные поверхности корпуса покрывают металлом (зачастую золотом с подслоем никеля) электролитическим или электролизным методом для защиты от воздействия окружающей среды.
Описанные выше этапы производства представляют собой типовой технологический процесс и в каждом конкретном случае могут уточняться или исключаться.
С начала 2009 года ЗАО "ТЕСТПРИБОР" разрабатывает корпуса для интегральных микросхем и приборов специального назначения и осваивает их производство на основе технологии HTCC. Уже созданы и серийно выпускаются 23 типа металлокерамических корпусов для микросхем и 14 типов металлокерамических и металлостеклянных корпусов для полупроводниковых приборов как для поверхностного монтажа (SMD), так и штыревого типа.
В конце 2010 года была выполнена ОКР "Разработка 256-выводного металлокерамического корпуса типа 4 с посадочными местами для чип-конденсаторов для программируемых логических интегральных микросхем", шифр "Ксилофон-корпус". После этого ЗАО "ТЕСТПРИБОР" приступило к выпуску корпусов 4244.256-3, 4245.240-5, 4245.240-6 и 4245.240-6.01 категории качества "ВП" по утвержденным техническим условиям ТАСФ.301176.002ТУ и ТАСФ.301176.004ТУ (рис.2а, б, табл.1).
Компания также разработала и освоила серийное производство серии металлокерамических корпусов для полупроводниковых приборов SMD-3, SMD-2, SMD-1, SMD-0,5, SMD-0,2. Корпуса изготавливаются по технологии высокотемпературных керамических модулей с использованием алюмооксидной (высокоглиноземистой корундовой) керамики с содержанием оксида алюминия 90–92%. При изготовлении теплоотвода и токопроводящих частей корпуса используется сплав меди и вольфрама, все металлические и металлизированные части основания имеют финишное золотое покрытие. Благодаря этому выполняются повышенные требования по герметичности и температурным характеристикам корпусов (рис.2в, табл.2).
Еще один вид продукции ЗАО "ТЕСТПРИБОР" – безвыводные корпуса типа 5 по ГОСТ 17467-88 с числом выводов 48, 20, 16, выполненных в виде металлизированных контактных площадок (рис.2г, табл.3). По периметру обратной стороны (нижнего слоя) корпуса нанесены выводные площадки для его монтажа на печатную плату в радиоаппаратуре. Они соединены с контактными площадками корпуса через металлизированные пазы в торцах (см. рис.2г). Все металлические и металлизированные части оснований корпусов имеют финишное золотое покрытие.
Таким образом, ЗАО "ТЕСТПРИБОР" предлагает металлокерамические корпуса с различными характеристиками. Кроме этого, предприятие может разработать и изготовить в соответствии с ТЗ заказчика корпуса практически любого уровня сложности с качеством, соответствующим мировым стандартам.
Отзывы читателей
