Dirigez le substrat métallisé d'en cuivre plaqué et son application sur des circuits à micro-ondes

                     Dirigez le substrat métallisé d'en cuivre plaqué et son application sur des circuits à micro-ondes

Une technique plaquée directe de substrat métallisée par (DPC) d'en cuivre est présentée et caractérisée en cet article. Le substrat métallisé par DPC proposé fournit les principaux avantages de l'excellente gestion thermique et des caractéristiques à haute fréquence, dus à t…

Le processus direct de (DPC) d'en cuivre plaqué sur le substrat en céramique métallisé a été à l'origine créé pour remplacer le processus de cuivre collé direct de (DBC) en raison de son meilleur élém. élect., thermique et performance.1 mécanique comparé à DBC, DPC fournit une force en esclavage très forte entre le substrat d'Al2O3/AlN et le métal de cuivre, dû à l'utilisation d'une couche mince le collage de DPC layer.2 a également une bonne capacité dans le contrôle d'épaisseur pour la couche de cuivre, très de légèrement très à profondément. Pour la conception fine de lancement, une ligne largeur minimum/espacement de conducteur de 3 mils peut être facilement obtenue, et par l'intermédiaire des trous sont remplies de cuivre pour de bonnes caractéristiques électriques et thermiques. À l'aide du substrat proposé de DPC, la représentation supérieure peut être obtenue a comparé à d'autres technologies en termes de ses caractéristiques et applications, qui inclut la densité élevée de circuit, les caractéristiques à haute fréquence exceptionnelles, l'excellente représentation thermique de gestion et de chaleur-transfert, le solderability exceptionnel, et les caractéristiques d'assemblée de fil-liaison. Ces substrats de DPC peuvent donc être très utilisés pour les composants à haute fréquence qui exigent la puissance élevée et le feu vif.

En cet article, la fabrication de DPC est brièvement décrite avec un organigramme de processus, pour présenter plusieurs les attributs principaux de ce processus. Une caractérisation électrique simple pour le substrat de DPC est alors utilisée pour extraire la constante diélectrique et le facteur de dissipation à haute fréquence. En conclusion, des 10 gigahertz, ligne parallèle-couplée filtre passe-bande sont conçus pour valider les paramètres diélectriques extraits et l'excellente représentation à haute fréquence d'un substrat métallisé par DPC.

Dirigez le processus d'en cuivre plaqué
Le processus entier de DPC comporte fondamentalement les étapes montrées sur le schéma 1, qui incluent définir des trous dans le substrat en céramique, pulvérisant un film de cuivre sur le substrat en céramique, formant un film sec sur le film de cuivre, formant un schéma de circuit avec l'exposition et le développement, des avances d'en cuivre d'électrodéposition, élimination du film sec et gravant à l'eau-forte le métal copper.3 de graine les processus détaillés ont été décrits par S.P. Ru, ⁴ avec des explications plus théoriques et des dessins.

Organigramme de processus de DPC du schéma 1.

L'organigramme étant montré, le processus de DPC est commencé en définissant des trous sur le substrat en céramique nu avec un laser. Ces trous peuvent être employés comme par l'intermédiaire des trous à communiquer entre les deux côtés du substrat en céramique s'il est nécessaire pour une certaine disposition conçue spécifique. Puis un film de cuivre, utilisé comme couche en métal de graine, est pulvérisé des bords opposés du substrat en céramique de sorte qu'il soit couvert de couche de cuivre. De l'illustration décrivant le schéma de circuit, un photomask est fait utilisant la technologie conventionnelle de photomask. Le photomask est catégoriquement placé et adhère au film sec sur le substrat en céramique, qui est envoyé dans une chambre de exposition.

Après création d'un vide dans la chambre de exposition, les rayons ultraviolets irradient le film sec par le photomask, qui est polymérisé par le rayonnement ultraviolet. Le film sec, qui n'est pas irradié par les rayons ultraviolets, ne réagit pas et ne garde pas sa composition chimique. Le processus de développement grave à l'eau-forte la partie polymérisée du film sec par le nettoyage chimique ou le nettoyage physique. De cette façon, quelques parties du film de cuivre sont exposées du film sec ; ces parties du film de cuivre formeront le schéma de circuit exigé selon l'illustration du circuit, afin de produire les secteurs de cuivre exigés d'un circuit sur le substrat en céramique. Ainsi, la disposition de circuit peut être imprimée sur le film sec.

Le cuivre est alors déposé pour remplir parties exposées du film sec sur le substrat en céramique, d'épaisseur de conducteur et de largeur appropriées, par une technologie d'électrodéposition pour former le circuit de cuivre. Par les processus ci-dessus, le secteur métallisé de circuit a des caractéristiques minces, plates et douces, et la dissipation thermique est bonne. Puis du nickel et de l'or sont déposés sur l'extrados du cuivre. Le film de nickel empêche les atomes des avances de cuivre répandant dans le film d'or. Le film d'or évite l'oxydation de la surface de conducteur et améliore l'adhérence pour les fils de liaison d'or. Une résistance optique est formée sur l'extrados du cuivre. Le film sec restant sur le substrat en céramique est alors enlevé. Après dépouillement du film sec, le circuit de cuivre est protégé par les films de nickel et d'or. Le processus de cuivre de détachement de film grave à l'eau-forte le film de cuivre non protégé par l'optique résistent.

En raison des processus décrits et des matières employées, plusieurs des attributs principaux du processus de DPC peuvent être récapitulés en tant que ci-dessous :

· Représentation thermique supérieure

· Basses lignes de conducteur de résistance électrique

· Écurie jusqu'à la température > à 340°C

· Emplacement précis de caractéristique, compatible avec l'assemblée de format automatisé et grand

· Ligne fine résolution permettant la haute densité de dispositifs et de circuits

· Fiabilité prouvée

· Construction en céramique mécaniquement rocailleuse

· Coût bas, solution en céramique de haute performance

Les applications du substrat métallisé par DPC peuvent être choisies sur le haut-éclat LED (HBLED), les substrats pour les cellules solaires de concentrateur, l'emballage de semi-conducteur de puissance et le contrôle de moteur des véhicules à moteur. En outre, des substrats de DPC avec l'excellente interprétation électrique peuvent être considérés pour les composants de RF/microwave, qui exigent la perte très basse.

Extraction électrique de propriétés

Afin d'utiliser des substrats de DPC pour des applications de RF/microwave, les propriétés diélectriques doivent être extraites. La caractérisation diélectrique est une question très importante pour des conceptions d'emballage électroniques puisque le comportement électrique est considérablement influencé par la constante diélectrique et la perte diélectrique aux hautes fréquences.

Le microruban de DPC du schéma 2 parallèle-a couplé des résonateurs avec les connexions distinctes de sortie : (a) PCMR1 et (b) PCMR4.

Il y a de nombreuses méthodes rapportées dans le literature.5-8 édité que plusieurs de ces méthodes ont un ou plusieurs limitations, telles que l'instrumentation chère et compliquée, difficile-à-fabriquent des montages, des propriétés diélectriques mesurées seulement valides pour une fréquence particulière, la répétabilité pauvre, et l'incapacité d'obtenir la constante diélectrique et la perte diélectrique. Cependant, en cet article, une approche simple est employée pour obtenir les facteurs diélectriques précis pour davantage de conception et de simulation de substrat.

Holzman a utilisé un type d'ordinateur du résonateur pour extraire le diélectrique data.9 une fois que le circuit est modelé exactement avec un simulateur de (CAD) de conception assistée par ordinateur, les propriétés diélectriques du substrat peut être déterminé en comparant les prévisions du simulateur aux caractéristiques mesurées. Cette approche empirique/analytique a été démontrée par un certain nombre de chercheurs dans le domaine de micro-onde.

Le schéma des résultats mesurés et simulés de 3 pour le microruban parallèle-a couplé des résonateurs : (a) PCMR1 et (b) PCMR4.

Par conséquent, pour extraire des données diélectriques à haute fréquence pour le substrat de DPC, deux ont modifié les résonateurs parallèle-couplés par microruban avec des zéros distincts au-dessus d'une large largeur de bande ont été fabriqués. Le schéma 2 montre les photos des résonateurs parallèle-couplés (PCMR) de microruban. Le PCMR1 montré affecte des zéros de transmission avec plus de profondeur aux fréquences inférieures ; PCMR4 produit des zéros de transmission avec le fond à de plus hautes fréquences. Les deux résonateurs ont la même structure de coupler-line avec une ligne distance de 570 mils et un espacement de 12 mils, mais vis-à-vis des connexions de sortie. Des mesures des deux PCMRs, ces zéros sont suffisants pour interpoler des valeurs diélectriques correctes avec la bonne exactitude sous une réponse en fr3quence à bande large. Cependant, la première transmission zéro pour PCMR1 et PCMR4 sont à 5,2 et 4,2 gigahertz, respectivement, et répétant approximativement à chaque fréquence de résonance au-dessus de la bande. Pour faire une simulation préliminaire des résonateurs, une constante diélectrique de 9,5 et une perte diélectrique de 0,004 ont été assumées pour le substrat de DPC dans la simulation d'élan d'ADS.

L'installation d'essai s'est composée d'un analyseur de réseau d'Agilent E8364A, d'un montage universel d'essai d'Anritsu avec deux ports d'entrée coaxiaux de K-connecteur, et d'un substrat métallisé par DPC soutenu par plan de masse avec les résonateurs de microruban. En outre, un calibrage de circuit de logique à couplage transistor-résistance est adopté à l'aide des kits de calibrage fabriqués par DPC pour calibrer au même plan de référence du PCMRs. Les comparaisons entre les pertes par insertion simulées et mesurées pour PCMR1 et le PCMR4 sont montrées sur le schéma 3.

Le schéma des résultats mesurés et simulés de 4 pour le microruban parallèle-a couplé le résonateur.

Des mesures, il est évident que les valeurs diélectriques assumées soient par erreur, avec l'erreur augmentant à de plus hautes fréquences. Pour extraire la constante diélectrique correcte et la perte diélectrique, ces valeurs sont ajustées dans l'élan d'ADS pour assortir la réponse en fr3quence jusqu'aux matchs zéro prévus le zéro mesuré. Le schéma 4 donne les résultats adaptés pour deux PCMRs jusqu'à 14 gigahertz, après ajustement des paramètres diélectriques. Dans ce cas, la hausse de ces deux paramètres de substrat de DPC est de 9,5 à 9,75 pour la constante diélectrique et 0,0004 à 0,002 pour la perte diélectrique, respectivement. Ces valeurs sont plus précises que les données assumées à de plus hautes fréquences et peuvent être très utilisées pour la conception et la simulation de substrat.

La photographie du schéma 5 des 10 gigahertz parallèle-a couplé filtre secteur utilisant la technologie de DPC.

CONCEPTION DE CIRCUIT À MICRO-ONDES

Pour valider l'exactitude des données diélectriques extraites, un filtre d'hyperfréquences fabriqué sur un substrat de DPC a été démontré. Ce BPF, utilisant une ligne structure parallèle-couplée, a une fréquence centrale de 10 gigahertz, d'une largeur de bande de 15 pour cent, de 0,1 réponses d'égal-ondulation de DB et de topologie de troisième ordre, et est montré sur le schéma 5. Le BPF a été conçu et optimisé avec l'élan d'ADS utilisant la constante diélectrique extraite et la perte diélectrique. Les kits de calibrage de circuit de logique à couplage transistor-résistance ont été également fabriqués sur des substrats de DPC pour couvrir la plage de fréquence de 4 à 14 gigahertz.

Avec ces normes d'essai, les transitions du coaxial-à-microruban du montage d'essai d'Anritsu et le microruban aligne aux ports d'entrée et sortie du filtre peuvent De-être enfoncés. La perte par insertion mesurée et la perte de retour sont montrées sur le schéma 6. basé sur ces résultats expérimentaux, une bonne prévision de la réponse de filtre est réalisée à l'aide des valeurs diélectriques extraites dans le simulateur de fin de support. La perte par insertion mesurée du BPF est seulement 0,5 DBs à 10 gigahertz. Elle a clairement démontré que le processus de DPC, fabriqué avec un conducteur en céramique de substrat et d'en cuivre, fournit l'excellente représentation de bas-perte aux hautes fréquences et offre l'excellente capacité d'être employé dans des dispositifs d'emballage et à micro-ondes de rf.

Le schéma des caractéristiques mesurées et simulées de 6 du DPC de 10 gigahertz parallèle-a couplé filtre secteur.

Conclusion
Cet article présente un substrat métallisé par DPC comprenant l'écoulement de processus, l'extraction électrique de propriétés et une conception de circuit à micro-ondes. En raison de l'utilisation du substrat en céramique et du conducteur de cuivre métallisé, le substrat de DPC réalise de bonnes caractéristiques électriques à haute fréquence. En attendant, une méthode simple d'extraction pour obtenir la constante diélectrique et la perte diélectrique pour le substrat de DPC a été proposée, et une ligne parallèle-couplée 10 par gigahertz BPF avec 0,5 pertes par insertion de DB a été établie pour davantage de vérification. Cet article démontre clairement que le substrat métallisé par DPC est tout à fait approprié au design d'emballage de rf et de micro-onde, avec son excellente représentation de bas-perte.

Références

1. M. Entezarian et R.A.L. A dessiné, « liaison directe de cuivre à la nitrure en aluminium, » MaterialsScience et ingénierie, A-212, juillet 1996, Pp. 206-212.

2. J. Schulz-Dur, des « avantages et nouveauté Direct a présagé les substrats de cuivre, » la fiabilité de la microélectronique, vol. 43, no. 3, 2003, Pp. 359-365.

3. « Technologie DPC-directe de la couche mince d'en cuivre plaqué, » pinces Hsing, www.ready-sourcing.com/sourcing-news/electronic/dpc.html.

4. S.P. Ru, « méthode pour enlever des vides dans un substrat en céramique, » brevet des USA, USA 6 800 211 B2, octobre 2004.

5. M.K. Das, S.M. Voda et D.M. Pozar, « deux méthodes pour la mesure de la constante diélectrique de substrat, » des transactions d'IEEE sur la théorie de micro-onde et des techniques, vol. 35, no. 7, juillet 1987, Pp. 636-642.

6. S.H. Chang, H. Kuan, H.W. Wu, R.Y. Yang et M.H. Weng, « détermination de constante diélectrique de micro-onde par la ligne méthode de deux microrubans ont combiné avec la simulation de fin de support, « la micro-onde et les lettres optiques de technologie, vol. 48, no. 11, novembre 2006, Pp. 2199-2121.

7. H. Yue, mesure de tangente de K.L. Virga et de J.L. prince, « de constante diélectrique et de perte utilisant un montage de Stripline, » des transactions d'IEEE sur des composants, l'emballage et la technologie manufacturière, partie B, Vol. 21, no. 4, novembre 1998, Pp. 441-446.

8. P.A. Bernard et J.M. Gautray, « mesure de constante diélectrique utilisant un résonateur d'anneau de microruban, » transactions d'IEEE sur la théorie de micro-onde et techniques, vol. 39, no. 3, mars 1991, Pp. 592-595.

9. E.L. Holzman, « mesure à large bande de la constante diélectrique d'un substrat FR4 utilisant un résonateur Parallèle-couplé de microruban, » des transactions d'IEEE sur la théorie de micro-onde et des techniques, vol. 54, no. 7, juillet 2006, Pp. 3127-3130.