Mikroelektronik paketleme teknolojisinin sürekli ilerlemesiyle birlikte, elektronik bileşenlerin gücü ve entegrasyonu önemli ölçüde artmış, bu da birim hacim başına ısı üretiminde önemli bir artışa yol açmış ve bu da ısı dağıtım verimliliği için daha katı gereklilikler ortaya koymuştur (yani Yeni nesil devre kartlarının ısı iletim performansı). Şu anda araştırmacılar, alüminyum nitrür (AlN), silikon karbür (SiC) ve berilyum oksit ( BeO). Ancak BeO, toksisitesi nedeniyle çevresel açıdan sınırlıdır; SiC, yüksek dielektrik sabiti özelliklerinden dolayı altlık malzemesi olarak kullanılmaya uygun değildir. Buna karşılık AlN, silikon (Si) malzemelere benzer termal genleşme katsayısı ve orta düzeyde dielektrik sabiti nedeniyle tercih edilen alt tabaka malzemesi seçimidir.
Geleneksel olarak, kalın film çamurları temel olarak alümina (Al2O3) substratlar için tasarlanmıştır.ancak bu çamurların bileşimi, AlN substratlarıyla temas ettiğinde kimyasal reaksiyonlara eğilimlidir ve kalın film devrelerinin stabilitesi ve performansı için ciddi bir tehdit oluşturan gazlar üretir. Ayrıca AlN substratının termal genleşme katsayısı Al2O3 substratına göre daha düşük olduğundan Al2O3 substratına uygun bulamaç ve sinterleme işleminin AlN substratına doğrudan uygulanması termal genleşme uyumsuzluğu sorununa yol açacaktır. devrenin performansını etkiler. Bu nedenle, Al2O3 substratının malzeme sistemini ve üretim sürecini AlN substratına kopyalamak tavsiye edilmez. Bu makale, AlN substratı için tasarlanan direncin üretim sürecini ayrıntılı olarak açıklar ve direncin performansını inceler ve analiz eder.
direnç sıcaklık katsayısı ölçümü
Direnç sıcaklık katsayısı (TCR), direncin test sıcaklığındaki DC direnç değerinin referans sıcaklıktaki DC direnç değerine göre göreceli değişimini, yani her 1°C sıcaklık için direnç değerinin ΔTCR bağıl değişimini temsil eder. test sıcaklığı ile referans sıcaklığı arasında:
Burada: R1, referans sıcaklıktaki direnç değeridir; R2, test sıcaklığındaki direnç değeridir. T1 referans sıcaklığıdır; T2 test sıcaklığıdır.
AlN substratı üzerindeki kalın film direnci TCR ile ölçüldü. Yüksek sıcaklık sıcaklık katsayısı (HTCR) test verileri Tablo 1'de, düşük sıcaklık sıcaklık katsayısı (CTCR) test verileri ise Tablo 2'de gösterilmiştir. Test verilerinden tasarım boyutunun belirli bir etkiye sahip olduğu görülmektedir. direncin sıcaklık katsayısına bağlıdır. Tüm direnç modelleri bu AlN alt katmanı üzerinde pozitif bir sıcaklık katsayısına sahiptir ve FK9931M'nin TCR'si 150×10-6/â'den azdır ve geri kalan modeller 100×10-6/â'den azdır.
direnç stabilite değerlendirmesi
Direnç, birçok iletken zincirden oluşan üç boyutlu bir ağ yapısı olarak kabul edilebilir. Direnç katmanı gerilime maruz kaldığında, daha kırılgan olan iletken zincir kopacak veya yerel olarak uzayacak, böylece genel iletken kapasite azalacak ve direnç değeri artacaktır. Tersine, direnç katmanının termal genleşme katsayısı alt tabakanınkinden açıkça daha küçük olduğunda, direnç katmanının içindeki gerilim basınçtır. Direnç katmanı basınca maruz kaldığında parçacıklar arasındaki temas daha sıkı olacak, hatta yeni bir iletken zincir eklenecek, böylece kalın film direncin tamamının iletkenlik yeteneği artacak ve makroda direnç değeri azalacaktır. seviye. Kalın film direnci alt tabakaya sıkı bir şekilde bağlı olduğundan ve gerilim salınımı yavaş olduğundan, kalın film direnci belirli bir sıcaklıkta depolandığında direnç değeri değişecektir. Kalın film direncinin termal genleşme katsayısı ile alt tabaka arasındaki fark ne kadar büyükse, kalın film direncinin içindeki stres de o kadar büyük olur ve yüksek sıcaklıkta depolandığında kalın film direncinin değişim hızı da o kadar büyük olur.
Farklı tasarım boyutlarına göre, AlN substratı üzerine dört çeşit kare dirençli direnç basıldı ve dirençler lazerle ayarlandı. 150â ve 1000h sıcaklıkta depolama sonrasında, sıcaklıkta depolama öncesi ve sonrası direnç değerlerinin değişimi karşılaştırıldı. Her kare direncin direnci, beş direncin direnç değerini ölçer. Tablo 4'ten Tablo 6'ya kadar görülebileceği gibi, yüksek sıcaklıkta saklandıktan sonra direnç değeri değişim oranı %1,5'ten azdır.
Özetle, mikroelektronik paketleme teknolojisinin hızla gelişmesiyle birlikte, elektronik bileşenlerin gücü ve entegrasyonu niteliksel bir sıçrama elde etti, ancak aynı zamanda devre kartının ısı dağıtma verimliliğinde benzeri görülmemiş zorluklar da ortaya çıktı. Araştırmacılar, yüksek termal iletkenliğe sahip bir dizi seramik alt tabaka malzemesini araştırıp geliştirerek bu zorluğa aktif olarak yanıt verdiler; bunların arasında alüminyum nitrür (AlN), üstün termal genleşme uyumu ve orta düzeyde dielektrik sabiti ile birçok aday malzeme arasında öne çıkıyor ve en iyi alternatif haline geldi. mevcut araştırmanın odak noktası.
Bu yazıda, AlN substrat uygulamasında geleneksel kalın film bulamacının sınırlamaları derinlemesine analiz edilmekte ve AlN substratın özelliklerine göre tasarlanan direnç üretim süreci ayrıntılı olarak açıklanmaktadır. Deney sonuçları, AlN substratı üzerindeki kalın film direncinin istikrarlı bir performansa sahip olduğunu, sıcaklık katsayısının kabul edilebilir aralıkta olduğunu ve yüksek sıcaklıkta depolamadan sonra direnç değişim oranının çok küçük olduğunu, bu da üretim sürecinin fizibilitesini ve etkinliğini doğruladığını göstermektedir. 53>
<54> <55>
<56>Gelecekte, AlN substratının ve onun destekleyici üretim sürecinin daha fazla araştırılması ve optimizasyonu ile, AlN substratının yüksek güç yoğunluklu elektronik bileşenlerin paketlenmesinde daha önemli bir rol oynayacağına inanmak için nedenlerimiz var ve Mikroelektronik endüstrisinin daha yüksek performansa ve daha yüksek entegrasyona doğru gelişimini teşvik edin.<57>
