LTCC substrato On-off analisi del meccanismo di guasto
Estratto: Questo paper introduce due modalità di tipico LTCC substrato fallimento: cortocircuito e circuito aperto, il meccanismo di guasto e le contromisure vengono analizzati e discussi, viene anche esplorato il motivo di base del guasto. Da dalla prospettiva della progettazione del layout e della selezione dei materiali, la soluzione è sviluppata. Il l'affidabilità dell'esperimento di sinterizzazione e lo schema di verifica dell'esperimento ambientale sono utilizzati per risolvere completamente il problema della continuità insoddisfacente causata dalla diffusione dell'argento e dal vuoto de - laminazione tra gli strati e può fornire LTCC certamente guida e aiuto per t layout design.
chiave parole: cortocircuito, circuito aperto, progettazione del layout, diffusione dell'argento, de - laminazione
1 .LTCC introduzione del substrato
LTCC (Bassa temperatura Cotto Ceramica) la tecnologia è una specie di multistrato tecnologia del substrato quale è apparso negli 1980. LTCC substrato presenta i vantaggi di strati di cablaggio elevati, bassa costante dielettrica, bassa temperatura di sinterizzazione e può realizzare l'integrazione di componenti passivi. rispetto con altra tecnologia di integrazione di componenti passivi (integrazione di film sottile, integrazione di chip, ecc.) LTCC è una tecnologia di integrazione di sistema ideale per ottenere alta affidabilità, miniaturizzazione e leggerezza delle apparecchiature elettroniche LTCC Il substrato è ampiamente utilizzato in componenti a microonde, dispositivi a radiofrequenza, filtri e altri settori e le sue prestazioni elettriche sono il fattore chiave che influenza l'uso di LTCC dispositivi.
Il elaborazione di LTCC substrato è come mostrato in Fig. 1, ogni strato di nastro di porcellana grezza viene perforato, la pasta di metallo viene pressata in il foro, il foro passante è metallizzato e ha funzione conduttiva, lo schema elettrico è stampato sulla lastra di porcellana grezza con pasta metallica con metodo serigrafico, il foglio di porcellana grezza stampata viene disposto in sequenza, riscaldando e applicando pressione per realizzare la laminazione, il metallo conduttore e il nastro di porcellana grezza vengono sinterizzati insieme, la materia organica viene scaricata e infine si ottiene il substrato ceramico.
Il on-off guasto di LTCC il substrato può essere diviso in circuito aperto (OPEN) e cortocircuito (CORTO), circuito aperto si riferisce allo stato del circuito in quale non c'è corrente che passa tra due punti del circuito o il valore di impedenza (o valore resistenza) è molto grande, quale è caratterizzato dal on-off la resistenza tra due punti è maggiore di il on-off soglia (K1); il cortocircuito si riferisce alla connessione tra due reti isolate nel circuito, che è caratterizzato dalla resistenza tra due reti è minore di la soglia di isolamento (K2).
2.LTCC cortocircuito del substrato
2.1 analisi del meccanismo di guasto
Il motivo del cortocircuito è il contatto o il collegamento del conduttore metallico isolato. Da dal punto di vista della tecnologia di elaborazione, le ragioni principali del cortocircuito sono: interconnessione metallica nello stesso strato, diffusione del metallo tra gli strati, ecc LTCC la rete di substrato a e la rete b hanno un cortocircuito, il tasso di guasto è 20 %, le informazioni di rete sono mostrate nella figura 2.Controllo le due reti in ogni strato di informazioni, rete a attraverso TopLayer, MIDLayer4, MIDLayer5, MIDLayer7, rete b attraverso TopLayer, MIDLayer4, MIDLayer6, ogni strato di informazioni come mostrato nella figura 3.Assunzione in conto della stampa, processo di laminazione ci sono 0-50 della contrapposizione deviazione, quindi la diversa rete tra la distanza di sicurezza del pad adiacente dovrebbe essere più di 0,2 mm. la lunghezza della piastra di base è 36,95 mm, la larghezza è 26,3 mm, da ogni layout di strato, la distanza del pad adiacente è molto maggiore di 0,2 mm, quindi escludere lo stesso conduttore metallico di strato interconnessione.
prendendo in tenere conto delle caratteristiche di LTCC substrato, nastro ceramico grezzo nel processo di sinterizzazione, il legante sarà completamente decomposto, ridurrà il residuo di carbonio, al fine di evitare l'inserimento perdita. Se il residuo di carbonio è troppo alto, influenzerà seriamente la tensione di rottura del mezzo e influenzerà anche l'aspetto del substrato, la densità e la forza di flessione. Argento gli ioni sono instabili. Quando il conduttore stampato è fatto di pasta d'argento, gli ioni d'argento si diffonderanno lungo lo spazio, che rende il nastro isolante in ceramica grezza conduttivo. come mostrato nella figura 4, da la direzione dello spessore, le due reti hanno quattro diverse superfici può essere visto da FIG. 3, 1 si verifica tra MIDLayer44 e MIDLayer5, 2 si verificano tra MIDLayerS5 e MIDLaye6 e 3, 4 si verificano tra MIDLayer4 e MIDLayer7. ci sono 3 strati di nastro di porcellana grezza tra MIDLayer4 e MIDLayer7, e quella possibilità di cortocircuito causato dalla diffusione dell'argento è sostanzialmente eliminata.
Il la pasta utilizzata in ogni strato è mostrata nella tabella 1. FX30-025 è il ferroA6M nastro di porcellana grezza corrispondente al conduttore d'oro, adatto per lo strato interno e lo strato superficiale, e CN33-398 è il ferroA6M nastro in porcellana grezza abbinato a conduttore in argento, adatto per strato interno.
tabella 1 sistema di utilizzo dei materiali
fango conduttore strato mappa
MIDLayer4 FX30-025
MIDLayers CN33-398
MIDLayer6 CN33-398
uno è l'intreccio interstrato tra conduttore d'oro e conduttore d'argento, e l'altro è l'intreccio interstrato tra conduttore d'argento e conduttore d'argento. Il Il metodo di analisi dello spettro energetico eds viene utilizzato per analizzare le sezioni trasversali di uno e due punti e la diffusione dell'argento si trova in due punti, come mostrato nella figura 5, il punto luminoso bianco nella figura è l'elemento d'argento, c'è un'ovvia diffusione d'argento tra i due strati di conduttori.
2.2 misure di risposta e verifica sperimentale
Il la ragione del cortocircuito tra la rete a e la rete b è che c'è un piccolo spazio nel nastro di porcellana grezza dopo la sinterizzazione, gli ioni d'argento sono instabili e migrano e la diffusione degli ioni d'argento porta all'interconnessione sono due soluzioni al problema: uno è cambiare il sistema di utilizzo del materiale, l'altro è aumentare la distanza di isolamento tra i conduttori di cortocircuito nelle due reti.
opzione 1: cambia la taglia usata in MIDLayer 5 da CN33398 a FX30-025 e mantieni altri invariato.
tabella 2 sistema di utilizzo dei materiali
prima della modifica dopo la modifica
fango conduttore strato mappa fango conduttore strato mappa
MIDLayer4 FX30-025 MIDLayer4 FX30-025
MIDLayers CN33-398 MIDLayers FX30-025
MIDLayer6 CN33-398 MIDLayer6 CN33-398
schema 2: Il conduttore della rete b su MIDLaye6 viene spostato in MIDLayer7, in modo che lo strato isolante del nastro di porcellana grezza tra le due reti venga aumentato da uno strato a due strati, e l'altro rimane invariato.
dopo che i due schemi sono cambiati, il cortocircuito tra la rete di base a e la rete b di questo il modello viene tracciato, come mostrato nella tabella 3.
tabella 3 cortocircuito guasto
numero di test / solo Scorciatoie / solo proporzione di cortocircuito
primitivo 360 68 18.9 %
opzione 1 360 0 0
opzione ii 360 0 0
attraverso l'esperimento di sinterizzazione, si è riscontrato che cambiando il materiale e aggiungendo lo strato isolante si può evitare completamente il problema del cortocircuito causato dalla diffusione dell'argento tra strati. secondo lo schema 1, MIDLayers4 e MIDLayer5 sono "oro-oro" combinazione, MIDLaye5 e MIDLaye6 sono "oro-argento" combinazione e non si verifica alcun cortocircuito. In per verificare l'affidabilità dello schema sperimentale, il substrato L1 … L5 elaborato dal processo iniziale, il substrato m1 … M5 elaborato dal primo schema e dal substrato N1 … N5 elaborati dal secondo schema sono stati selezionati per effettuare esperimenti ambientali Il alta temperatura stoccaggio, bassa temperatura il ciclo di conservazione e temperatura sono stati eseguiti a turno, e la resistenza di ogni collegamento è stata testata dopo il completamento di ogni collegamento. Il i risultati dei test sono riportati nella tabella 4.
Da dalla tabella, si può vedere che dopo lo stoccaggio ad alta temperatura, il substrato di cortocircuito elaborato dal processo iniziale diventa uno stato di isolamento, la proporzione è 20 %, quindi l'affidabilità del substrato elaborato dal processo iniziale è scarsa. Il on-off le condizioni del substrato processato dal primo e dal secondo schema non cambiano dopo il test ambientale e lo stato di isolamento viene comunque mantenuto, quindi entrambi gli schemi possono efficacemente evitare il fenomeno di cortocircuito causato dalla diffusione dell'argento. la pasta d'oro è più costosa di pasta d'argento, considerato il costo di produzione, si suggerisce di adottare il secondo schema per aumentare il numero di strati isolanti.
3 LTCC circuito aperto del substrato
3.1 analisi del meccanismo di guasto
Il la ragione dell'interruzione del circuito del substrato è che la rete conduttrice è interrotta. Da dal punto di vista della tecnologia di elaborazione, i motivi principali dell'interruzione della rete sono il difetto del conduttore, il foro non è riempito, il foro non è completamente sovrapposto con il conduttore. le informazioni sulla rete sono mostrate in Fig. 7. Il rete passa attraverso TOPLayer, MIDLayer & 8, MIDLayer9, in cui TOPLayer ha i pad P1, P2, MIDLayer8 ha il conduttore L1, MIDLayer9 ha conduttore L2.Two i fori nella posizione 5 passano attraverso TOPLayer, MIDLayerl..MIDLayer7, in modo tale che p sia connesso a L1; 6 fori passano attraverso MIDLayer8, in modo che L1 è connesso a L2; 7 fori passano attraverso TOPLayer, MIDLayerl .. MIDLayera8, tale che L2 è connesso a P2.
Il il tasso di guasto della stessa rete arriva fino a 82 %, ci devono essere alcuni fattori intrinseci, non dovuti a eventi occasionali della lastra come foro non riempito, scarsa qualità di stampa. controllare lo schermo di stampa dello schermo di L1, L2, P1, P2, ha scoperto che lo schermo è normale, linea conduttore stampato senza difetto fenomeno; controllare i dati di perforazione, ha rilevato che non vi è alcun fenomeno di perdita e epigenetico perforato le informazioni sul foro della cintura in porcellana sono complete. controllare se il foro e la sovrapposizione del conduttore è sufficiente, tagliato lungo 5, 67 molatura, trovato 5 in MIDLayer8 overlap.
3.2 misure di risposta e verifica sperimentale
Il motivo per delaminazione è che il foro e il conduttore coincidono male, il processo di sinterizzazione non può essere combinato con denso, da il MIDLayer8 layout, luogo stratificato, che copre il foro sull'area del conduttore è troppo grande, e il conduttore qui gioca solo un ruolo nella comunicazione, per sviluppare due soluzioni: uno è cambiare il foro passante impasto; l'altro è ridurre l'area del conduttore coperta sul foro passante.
schema 1: Il foro passante il liquame è cambiato da CN33-407 a CN33-343 e altri sono invariati. CN33-407 e CN33-343 sono entrambi liquami con foro d'argento per FerroA6M.
tabella 5 sistema di utilizzo dei materiali
prima della modifica dopo la modifica
OVERPORE liquame conduttore liquame OVERPORE liquame conduttore liquame
CN33-407 CN33-398 CN33-343 CN33-398
Il secondo schema è quello di ridurre l'area del conduttore coperta dai fori passanti nel MIDLayer 8.
dopo aver apportato modifiche in entrambi gli scenari, tracciare il P1 e P2 connettività, come mostrato nella tabella 6.
tabella 6 cortocircuito guasto
numero di test / solo numero di circuiti aperti / solo apri _ circuito _ rapporto
primitiva 96 75 78 %
opzione 1 96 10 10 %
opzione ii 96 0 0
Il i risultati sperimentali mostrano che il secondo schema può risolvere completamente il fenomeno del circuito aperto causato dalla delaminazione, l'abbinamento tra pasta per fori passanti e pasta conduttrice è particolarmente importante quando l'area di copertura del tampone per fori passanti è troppo grande, confrontando l'abbinamento tra pasta per fori passanti e pasta conduttrice CN33-398 ha rilevato che CN33-343 è meglio di di CN33-407, ma non riesce ancora a risolvere completamente il problema del circuito aperto.
4 .Conclusione
(1) ci sono piccoli vuoti in LTCC substrati dopo la sinterizzazione e sussiste il rischio di cortocircuito se ci sono diversi piani interlacciati in reti adiacenti.
(2) Il la diffusione dell'argento interstrato non avverrà quando i conduttori dello strato adiacente adottano "oro pasta-oro pasta" o "oro pasta-argento pasta" e il rischio di diffusione dell'argento interstrato esiste quando gli strati conduttori adiacenti adottano "argento pasta-argento pasta".
(3) aumentando il numero di strati di isolamento della rete interlacciata è possibile evitare efficacemente il cortocircuito causato dalla diffusione dell'argento tra gli strati.
(4) pasta passante dovrebbe essere abbinato con pasta conduttrice e l'area del disco di copertura del foro passante dovrebbe non essere troppo grande, altrimenti esporrà che la combinazione di foro passante e pasta non è densa, formando buchi e causando delaminazione, con conseguente disconnessione della rete.
