Con il continuo progresso della tecnologia di packaging microelettronico, la potenza e l'integrazione dei componenti elettronici sono aumentate in modo significativo, il che ha portato ad un aumento significativo della generazione di calore per unità di volume, che ha proposto requisiti più rigorosi per l'efficienza di dissipazione del calore (ovvero , le sue prestazioni di conduzione del calore) della nuova generazione di circuiti stampati. Attualmente, i ricercatori stanno lavorando per sviluppare una varietà di materiali di substrato ceramico con elevata conduttività termica, tra cui nitruro di alluminio (AlN), carburo di silicio (SiC) e ossido di berillio ( BeO). Tuttavia, BeO è limitato dal punto di vista ambientale a causa della sua tossicità; Il SiC non è adatto all'uso come materiale di substrato a causa delle sue elevate proprietà di costante dielettrica. Al contrario, l'AlN è la scelta preferita del materiale di substrato grazie al coefficiente di espansione termica e alla costante dielettrica moderata simili a quelli dei materiali in silicio (Si).
Tradizionalmente, i slurp a film spesso sono progettati principalmente per substrati di allumina (Al2O3), ma la composizione di questi slurp è soggetta a reazioni chimiche quando viene a contatto con substrati AlN, producendo gas, il che rappresenta una seria minaccia per la stabilità e le prestazioni dei circuiti a film spesso. Inoltre, poiché il coefficiente di espansione termica del substrato AlN è inferiore a quello del substrato Al2O3, l'applicazione diretta dell'impasto liquido e del processo di sinterizzazione adatto per il substrato Al2O3 al substrato AlN porterà al problema del disadattamento dell'espansione termica, che porterà influiscono sulle prestazioni del circuito. Pertanto non è consigliabile copiare semplicemente il sistema di materiali e il processo di produzione del substrato Al2O3 sul substrato AlN. Questo articolo descrive in dettaglio il processo di fabbricazione della resistenza progettata per il substrato AlN e studia e analizza le prestazioni della resistenza.
misurazione del coefficiente di temperatura della resistenza
Il coefficiente di temperatura della resistenza (TCR) rappresenta la variazione relativa del valore di resistenza CC del resistore alla temperatura di prova rispetto al valore di resistenza CC alla temperatura di riferimento, ovvero la variazione relativa del valore di resistenza ΔTCR per ogni 1 °C di temperatura tra la temperatura di prova e la temperatura di riferimento:
Dove: R1 è il valore della resistenza alla temperatura di riferimento; R2 è il valore di resistenza alla temperatura di prova. T1 è la temperatura di riferimento; T2 è la temperatura di prova.
La resistenza del film spesso sul substrato AlN è stata misurata mediante TCR. I dati del test del coefficiente di temperatura ad alta temperatura (HTCR) sono stati mostrati nella Tabella 1, mentre i dati del test del coefficiente di temperatura a bassa temperatura (CTCR) sono stati mostrati nella Tabella 2. Dai dati del test, si può vedere che la dimensione del progetto ha un certo effetto dal coefficiente di temperatura della resistenza. Tutti i modelli di resistenza hanno un coefficiente di temperatura positivo su questo substrato AlN e il TCR di FK9931M è inferiore a 150×10-6/â e i restanti modelli sono inferiori a 100×10-6/â.
valutazione della stabilità della resistenza
La resistenza può essere considerata come una struttura di rete tridimensionale composta da molte catene conduttrici. Quando lo strato resistivo è sottoposto a tensione, la catena conduttiva più fragile si romperà o si allungherà localmente, in modo che la capacità conduttiva complessiva verrà ridotta e il valore di resistenza verrà aumentato. Al contrario, quando il coefficiente di dilatazione termica dello strato resistivo è ovviamente inferiore a quello del substrato, la sollecitazione all'interno dello strato resistivo è la pressione. Quando lo strato resistivo è sottoposto a pressione, il contatto tra le particelle sarà più stretto e verrà aggiunta anche una nuova catena conduttiva, migliorando così la capacità conduttiva dell'intero resistore a film spesso e il valore di resistenza sarà ridotto sul macro livello. Poiché il resistore a film spesso è saldamente legato al substrato e il rilascio della tensione è lento, il valore della resistenza cambierà quando il resistore a film spesso viene conservato a una determinata temperatura. Maggiore è la differenza tra il coefficiente di dilatazione termica della resistenza del film spesso e del substrato, maggiore è lo stress all'interno della resistenza del film spesso e maggiore è il tasso di variazione della resistenza del film spesso quando conservata ad alta temperatura.
In base alle diverse dimensioni del progetto, quattro tipi di resistori quadrati sono stati stampati sul substrato AlN e i resistori sono stati regolati tramite laser. Dopo la conservazione a temperatura di 150°C e 1000 ore, è stata confrontata la variazione dei valori di resistenza prima e dopo la conservazione a temperatura. La resistenza di ciascuna resistenza quadrata misura il valore di resistenza di cinque resistori. Come si può vedere dalla Tabella 4 alla Tabella 6, il tasso di variazione del valore della resistenza è inferiore all'1,5% dopo essere stato conservato ad alta temperatura.
In sintesi, con il rapido sviluppo della tecnologia di packaging microelettronico, la potenza e l'integrazione dei componenti elettronici hanno fatto un salto di qualità, ma hanno anche posto sfide senza precedenti all'efficienza di dissipazione del calore del circuito. I ricercatori hanno risposto attivamente a questa sfida esplorando e sviluppando una serie di materiali di substrato ceramico con elevata conduttività termica, tra cui il nitruro di alluminio (AlN) si distingue tra molti materiali candidati per la sua superiore corrispondenza di dilatazione termica e costante dielettrica moderata, ed è diventato il focus della ricerca attuale.
In questo articolo vengono analizzati in profondità i limiti del tradizionale impasto liquido a film spesso nell'applicazione del substrato AlN e viene descritto in dettaglio il processo di produzione della resistenza progettato per le caratteristiche del substrato AlN. I risultati sperimentali mostrano che la resistenza del film spesso sul substrato AlN ha prestazioni stabili, il suo coefficiente di temperatura rientra nell'intervallo accettabile e il tasso di variazione della resistenza è molto piccolo dopo lo stoccaggio ad alta temperatura, il che verifica la fattibilità e l'efficacia del processo di produzione.
In futuro, con l'ulteriore ricerca e ottimizzazione del substrato AlN e del relativo processo di produzione di supporto, abbiamo motivo di credere che il substrato AlN svolgerà un ruolo più importante nel confezionamento di componenti elettronici ad alta densità di potenza e promuovere lo sviluppo dell'industria microelettronica verso prestazioni più elevate e una maggiore integrazione.
