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LTCC sustratos On-off análisis del mecanismo de falla

LTCC sustrato On-off análisis del mecanismo de falla


Resumen: Este paper presenta dos modos de LTCC sustrato falla: cortocircuito y circuito abierto, se analizan y discuten el mecanismo de falla y las contramedidas, también se explora la razón básica de la falla. Desde la perspectiva del diseño de la distribución y la selección de materiales, se desarrolla la solución. El La confiabilidad del experimento de sinterización y el esquema de verificación del experimento ambiental se utiliza para resolver completamente el problema de continuidad insatisfactoria causado por la difusión de plata y el vacío de - laminación entre capas, y puede proporcionar LTCC ciertamente orientación y ayuda para el diseño.

clave palabras: cortocircuito, circuito abierto, diseño de trazado, difusión de plata, de - laminación


1 .LTCC introducción del sustrato

LTCC (Baja temperatura Co-cocido Cerámica) la tecnología es una especie de multicapa tecnología de sustratos que apareció en la década de 1980. LTCC el sustrato tiene las ventajas de altas capas de cableado, baja constante dieléctrica, baja temperatura de sinterización y puede realizar la integración de componentes pasivos. comparado con otra tecnología de integración de componentes pasivos (integración de película delgada, integración de chips, etc.) LTCC La tecnología es una tecnología de integración de sistemas ideal para lograr alta confiabilidad, miniaturización y ligereza de equipos electrónicos. LTCC El sustrato se usa ampliamente en componentes de microondas, dispositivos de radiofrecuencia, filtros y otras industrias, y su desempeño eléctrico es el factor clave que afecta el uso de LTCC dispositivos.

El procesamiento de LTCC el sustrato es como se muestra en Fig. 1, se perfora cada capa de cinta de porcelana en bruto, se presiona la pasta de metal en el orificio, el orificio pasante está metalizado y tiene función conductora, el diagrama del circuito está impreso en la hoja de porcelana cruda con pasta de metal por método de serigrafía, la hoja de porcelana cruda impresa se ordena en secuencia, calentando y aplicando presión para realizar la laminación, el metal conductor y la cinta de porcelana cruda se sinterizan juntos, se descarga la materia orgánica y finalmente se obtiene el sustrato cerámico.

El encendido-apagado fallo de LTCC el sustrato se puede dividir en circuito abierto (ABIERTO) y cortocircuito (CORTO), circuito abierto se refiere al estado del circuito en el que no pasa corriente entre dos puntos del circuito o el valor de impedancia (o resistencia valor) es muy grande, que se caracteriza por el encendido-apagado la resistencia entre dos puntos es mayor que el encendido-apagado umbral (K1); cortocircuito se refiere a la conexión entre dos redes aisladas en el circuito, que se caracteriza por que la resistencia entre dos redes es menor que el umbral de aislamiento (K2).


2.LTCC sustrato cortocircuito


2.1 análisis del mecanismo de falla

El El motivo del cortocircuito es el contacto o la conexión del conductor metálico aislado. Desde Desde el punto de vista de la tecnología de procesamiento, las principales razones del cortocircuito son: interconexión de metales en una misma capa, difusión de metales entre capas, etc. LTCC la red de sustrato ay la red b tienen cortocircuito, la tasa de fallas es 20 %, la información de la red se muestra en la figura 2.Compruebe las dos redes en cada capa de información, red a a través de TopLayer, MIDLayer4, MIDLayer5, MIDLayer7, red b a través de TopLayer, MIDLayer4, MIDLayer6, cada capa de información como se muestra en la figura 3.Tomando en cuenta el proceso de impresión, laminación hay 0-50 de la contraposición desviación, por lo que la red diferente entre el espacio de seguridad de la plataforma adyacente debería ser más que 0,2 mm. La longitud de la placa base es de 36,95 mm, el ancho es de 26,3 mm, desde cada diseño de capa, la distancia de la plataforma adyacente es mucho mayor 0,2 mm, por lo que excluye la interconexión del conductor metálico de la misma capa.

tomando en cuenta las características de LTCC sustrato, cinta de cerámica en bruto en el proceso de sinterización, el aglutinante se descompondrá por completo, reducirá los residuos de carbono, para evitar la inserción pérdida. Si el residuo de carbón es demasiado alto, afectará seriamente el voltaje de ruptura del medio, e incluso afectará la apariencia del sustrato, densidad y resistencia a la flexión. Plata los iones son inestables Cuando el conductor impreso está hecho de pasta de plata, los iones de plata se difundirán a lo largo del espacio, que hace conductora la cinta aislante de cerámica en bruto. como se muestra en la figura 4, de la dirección del espesor, las dos redes tienen cuatro superficies diferentes. se puede ver desde FIG. 3, 1 ocurren entre MIDLayer44 y MIDLayer5, 2 ocurren entre MIDLayerS5 y MIDLaye6, y 3, 4 ocurren entre MIDLayer4 y MIDLayer7. hay 3 capas de medio de cinta de porcelana cruda entre MIDLayer4 y MIDLayer7, y se elimina básicamente la posibilidad de cortocircuito causado por la difusión de la plata.

El la pasta utilizada en cada capa se muestra en la tabla 1. FX30-025 es el ferroA6M cinta de porcelana en bruto a juego con conductor de oro, adecuada para la capa interior y la capa superficial, y CN33-398 es el ferroA6M cinta de porcelana cruda a juego con conductor plateado, adecuada para la capa interior.


tabla 1 sistema de uso de materiales

lodo conductor de capa de mapa

MIDLayer4 FX30-025

MIDLayers CN33-398

MIDLayer6 CN33-398


una es la capa intermedia entrelazada entre el conductor de oro y el conductor de plata, y la otra es la capa intermedia entrelazada entre el conductor de plata y el conductor de plata. El El método de análisis del espectro de energía eds se utiliza para analizar las secciones transversales de uno y dos lugares, y la difusión de plata se encuentra en dos lugares, como se muestra en la figura 5, el lugar blanco brillante en la figura es el elemento de plata, hay una difusión de plata obvia entre las dos capas de conductores.

2.2 medidas de respuesta y verificación experimental

El La razón del cortocircuito entre la red ay la red b es que hay una pequeña brecha en el cinturón de porcelana en bruto después de la sinterización, los iones de plata son inestables y migran, y la difusión de iones de plata conduce a la interconexión entre capas. son dos soluciones al problema: una es cambiar el sistema de uso de materiales, la otra es aumentar la distancia de aislamiento entre los conductores de cortocircuito en las dos redes.

opción 1: cambiar el tamaño utilizado en MIDLayer 5 desde CN33398 a FX30-025, y mantenga los otros sin cambios.


tabla 2 sistema de uso de materiales

antes del cambio después del cambio

capa de mapa lodo conductor capa de mapa lodo conductor

MIDLayer4 FX30-025 MIDLayer4 FX30-025

MIDLayers CN33-398 MIDLayers FX30-025

MIDLayer6 CN33-398 MIDLayer6 CN33-398


esquema 2: El conductor de la red b en MIDLaye6 se mueve a MIDLayer7, de modo que la capa de aislamiento de cinta de porcelana cruda entre las dos redes aumenta desde una capa a dos capas, y la otra permanece sin cambios.

después de que se cambien los dos esquemas, el cortocircuito entre la red de placa base ay la red b de this se realiza un seguimiento del modelo, como se muestra en la tabla 3.

tabla 3 fallo de cortocircuito

número de pruebas / solamente Accesos directos / sólo proporción de cortocircuito

primitivo 360 68 18,9 %

opción 1 360 0 0

opción ii 360 0 0

a través del experimento de sinterización, se encuentra que cambiar el material y agregar la capa aislante puede evitar completamente el problema de cortocircuito causado por la difusión de la plata entre las capas. según el esquema 1, MIDLayers4 y MIDLayer5 son "oro-oro" combinación, MIDLaye5 y MIDLaye6 son "oro-plata" combinación y no se produce ningún cortocircuito. Para verificar la fiabilidad del esquema experimental, el sustrato L1 … L5 procesado por el proceso inicial, el sustrato m1 … M5 procesado por el primer esquema y el sustrato N1 … N5 procesados ​​por el segundo esquema fueron seleccionados para realizar experimentos ambientales. El alta temperatura almacenamiento a baja temperatura Los ciclos de almacenamiento y temperatura se realizaron a su vez, y se probó la resistencia de cada enlace después de la finalización de cada enlace. El Los resultados de la prueba se muestran en la tabla 4.

Desde En la tabla, se puede ver que después de un almacenamiento a alta temperatura, el sustrato de cortocircuito procesado por el proceso inicial se convierte en estado de aislamiento, la proporción es 20 %, por lo que la confiabilidad del sustrato procesado por el proceso inicial es pobre. El encendido-apagado La condición del sustrato procesado por el primer y segundo esquemas no cambia después de la prueba ambiental, y el estado de aislamiento aún se mantiene, por lo que ambos esquemas pueden evitar efectivamente el fenómeno de cortocircuito causado por la difusión de la plata. pasta de oro es más cara que pasta de plata, considerando el costo de producción, se sugiere adoptar el segundo esquema para aumentar el número de capas de aislamiento.


3 LTCC circuito abierto del sustrato

3,1 análisis del mecanismo de falla

El El motivo de la rotura del circuito del sustrato es que la red conductora está rota. Desde Desde el punto de vista de la tecnología de procesamiento, las principales razones de la rotura de la red son el defecto del conductor, el agujero no está lleno, el agujero no está completamente superpuesto con el conductor. La información de la red se muestra en Fig. 7. El pasa a través de TOPLayer, MIDLayer & 8, MIDLayer9, en el que TOPLayer tiene almohadillas P1, P2, MIDLayer8 tiene conductor L1, MIDLayer9 tiene conductor L2.Two los agujeros en la posición 5 pasan a través de TOPLayer, MIDLayerl..MIDLayer7, de manera que p está conectado a L1; 6 agujeros pasan a través de MIDLayer8, de modo que L1 está conectado a L2; 7 agujeros pasan a través de TOPLayer, MIDLayerl .. MIDLayera8, tal que L2 está conectado a P2.

El La tasa de falla de la misma red es tan alta como 82 %, debe haber algunos factores inherentes, no debidos a eventos ocasionales de la placa, como orificios sin llenar, mala calidad de impresión. verifique la pantalla de serigrafía de L1, L2, P1, P2, encontró que la pantalla es normal, línea conductora impresa sin defecto fenómeno; comprobar los datos de perforación, encontró que no hay fenómeno de pérdida, y perforado epigenético la información del orificio del cinturón de porcelana está completa. comprobar si el agujero y la superposición del conductor es suficiente, corte a lo largo de 5, 67 rectificado, encontrado 5 en MIDLayer8 superposición.


3,2 medidas de respuesta y verificación experimental

El motivo de la delaminación es que el orificio y el conductor coinciden mal, el proceso de sinterización no se puede combinar con denso, de el MIDLayer8 El diseño, el lugar en capas, que cubre el orificio en el área del conductor es demasiado grande, y el conductor aquí solo juega un papel en la comunicación, para desarrollar dos soluciones: uno es cambiar el orificio pasante lechada; el otro es reducir el área del conductor cubierta en el orificio pasante.

esquema 1: El agujero pasante se cambia la lechada de CN33-407 a CN33-343, y los otros no se modifican. CN33-407 y CN33-343 son ambos a través de lechada de orificio plateado para FerroA6M.

tabla 5 sistema de uso de materiales

antes del cambio después del cambio

OVERPORE lodos conductores de lodos OVERPORE lodo conductor de lodo

CN33-407 CN33-398 CN33-343 CN33-398

El El segundo esquema consiste en reducir el área del conductor cubierta por los orificios pasantes en el MIDLayer 8.


después de realizar cambios en ambos escenarios, rastree el P1 y P2 conectividad, como se muestra en la tabla 6.

tabla 6 fallo de cortocircuito

número de pruebas / solamente número de circuito abierto / sólo abierto _ circuito _ proporción

primitiva 96 75 78 %

opción 1 96 10 10 %

opción ii 96 0 0

El Los resultados experimentales muestran que el segundo esquema puede resolver completamente el fenómeno de circuito abierto causado por la delaminación, la combinación de la pasta de orificio pasante y la pasta conductora es particularmente importante cuando el área de cobertura de la almohadilla del orificio pasante es demasiado grande, comparando la combinación de la pasta de orificio pasante y la pasta conductora CN33-398 encontró que CN33-343 es mejor que CN33-407, pero aún no puede resolver completamente el problema del circuito abierto.


4 .Conclusión

(1) hay pequeños vacíos en LTCC sustratos después de la sinterización y existe riesgo de cortocircuito si hay diferentes planos entrelazados en redes adyacentes.

(2) El la difusión de plata entre capas no se producirá cuando los conductores de la capa adyacente adoptan "oro pasta-oro pasta" o "oro pasta de plata pasta", y existe el riesgo de difusión de plata entre capas cuando los conductores de la capa adyacente adoptan "plata pasta-plata pasta".

(3) El aumento del número de capas de aislamiento de la red entrelazada puede evitar eficazmente el cortocircuito causado por la difusión de la plata entre las capas.

(4) pasta de agujero pasante debería ser emparejado con pasta conductora, y el área del orificio pasante que cubre el disco debe no ser demasiado grande, de lo contrario expondrá que la combinación de orificio pasante y pasta no es densa, formando orificios y provocando delaminación, lo que resulta en la desconexión de la red.


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