חבילת הקרמיקה הקטנה וההרמטית המגנה על שבב צבאי-בנויה כמו מבנה שכבות מיקרוסקופי. יריעות דקיקות של סרט קרמיקה, בדוגמת טונגסטן או מוליכי מתכת חסינים אחרים, מיושרות במדויק, מוערמות, ואז הופכות לבלוק מונוליטי באמצעות חום ולחץ מבוקרים בקפידה. המשטחים המחוממים המשמשים בתהליך זה משמשים כמשטחים החמים המדויקים שבהם מתבצעות למינציה ושריפה משותפת, ומהווים את הבסיס לאריזה מיקרו-אלקטרונית גבוהה-.
בהקשר זה, החבילת מיקרו-אלקטרוניקה קרמית רב-שכבתית מחוממת platenהתהליך מייצג צומת קריטי של מדעי החומרים, הנדסה תרמית וטכנולוגיית אריזה מוליכים למחצה.
תפקידם של פלטות מחוממות בייצור אריזות קרמיות
למינציה של סרטי קרמיקה ירוקים
תהליך הייצור מתחיל בדרך כלל בסרטי קרמיקה ירוקים, המבוססים לרוב על מערכות אלומינה המשמשות בטכנולוגיית High-Temperature Co-Ceramic (HTCC). קלטות אלו מודפסות במסך-בדוגמאות מוליכות טונגסטן ולאחר מכן מוערמות בזהירות למבנים רב-שכבתיים.
לוחות מחוממים משמשים במכבש למינציה הידראולי ליישום:
לחץ אחיד על פני כל הערימה
טמפרטורה מבוקרת מתחת לטווח סינטר מלא
יציבות יישור מכאנית מדויקת
בשלב זה, המטרה אינה דחיסות אלא הדבקה מבוקרת של שכבות לכדי פרפורם יציב מבחינה מכנית.
הפלטה היא סדן שקט, לוהט-חם המחשל ערימה עדינה של אבקה ודיו למבצר מוצק ומגן עבור שבב מחשב.
תהליך-שיתוף ירי וסינטר
צפיפות-בטמפרטורה גבוהה
לאחר הלמינציה, המבנה הקרמי המוערם מועבר לכבשן משותף-בטמפרטורה גבוהה- המצויד בלוחות מחוממים מיוחדים או גופי תמיכה. המערכת פועלת בתנאים אטמוספריים מבוקרים בקפידה, בדרך כלל סביבת גז יוצרת מפחיתה כדי למנוע חמצון של מתכת טונגסטן.
במהלך ירי-משותף:
הטמפרטורות עולות בין 800 מעלות ל-1600 מעלות בהתאם למערכת החומרים
חלקיקי קרמיקה מתכווצים למבנה נוקשה ומונוליטי
מוליכים טונגסטן מתחלבים למסלולים חשמליים רציפים
קלסרים אורגניים נשרפים לחלוטין
לוחות מחוממים או משטחים חמים תומכים חייבים לשמור על:
אחידות תרמית גבוהה
יציבות ממדית תחת טמפרטורה קיצונית
אינרטיות כימית בהפחתת אטמוספרות
עמידות בפני עיוות ועיוות זחילה
כל סטייה בחלוקה התרמית עלולה לגרום לדלמינציה, סדקים או אי רציפות חשמליים.
דרישות חומר ועיצוב עבור פלטנס
חומרים מבניים-בטמפרטורה גבוהה
פלטות המשמשות בעיבוד HTCC מיוצרות בדרך כלל מ:
קרמיקה סיליקון קרביד (SiC).
גבוה-ניקל או סגסוגות מתכת חסינות
חומרי קרמיקה מתקדמים
חומרים אלה נבחרים בשל יכולתם לשמור על:
שטוחות בטמפרטורות גבוהות
יציבות כימית ביצירת אטמוספרות גז
עמידות בפני עייפות תרמית ברכיבה
זיהום מינימלי של מצעים קרמיים
תאימות אטמוספרית
סביבות עיבוד דורשות הפחתת אטמוספרות כדי להגן על מתכת טונגסטן מפני חמצון. לוחות מחוממים חייבים אפוא להישאר אינרטיים מבחינה כימית תחת:
גז יוצר-מכיל מימן
תנאי סינטר-בטמפרטורה גבוהה
מחזורי שהייה תרמית ארוכים
הערת תהליך: החשיבות של שטוחות הפלטה
שטוחות פני השטח של הפלאן היא פרמטר איכות קריטי בכל שלבי הלמינציה והעיבוד התרמי. כל סטייה יכולה להציג:
אי אחידות-בלחץ מקומי במהלך למינציה
שינוי עובי בשכבות קרמיקה
שיפוע מתח פנימי במהלך סינטר
עיוות או עיוות של גיאומטריית החבילה הסופית
נדרש משטח פלטה חלק ומלוטש מאוד כדי למנוע החתמה או טקסטורה של סרט הקרמיקה הרך במהלך -שלב למינציה מוקדם. אפילו אי סדרים מיקרוסקופיים של פני השטח יכולים להתפשט לכדי פגמים מבניים במכשיר הרב-שכבתי הסופי.
אחידות תרמית וביצועים חשמליים
השפעה על שלמות האותות ומהימנות
חבילות קרמיקה רב-שכבתיות משמשות ביישומים-בעלי ביצועים גבוהים כגון:
אלקטרוניקה תעופה וחלל
מערכות הגנה
מודולי RF-גבוהים
אריזת מוליכים למחצה כוח
חוסר אחידות-תרמי במהלך ירי-משותף יכול להוביל ל:
חוסר יישור של דרך פנימית
אי רציפות התנגדות בעקבות טונגסטן
וריאציה של מאפיינים דיאלקטריים
הרמטיות מופחתת של החבילה הסופית
כתוצאה מכך, ביצועי הלוח משפיעים ישירות על-מהימנות המכשיר לטווח ארוך.
אינטגרציה מכנית במערכות תנורים
תפקיד מבני בעיבוד-בטמפרטורה גבוהה
בעיצובים רבים של תנורים, לוחות מחוממים משמשים גם כ:
משטחי אספקת אנרגיה תרמית
מבני תמיכה מכניים לערימות קרמיקה
פונקציה כפולה זו דורשת:
יכולת נשיאת עומס- גבוהה בטמפרטורה גבוהה
התנגדות לחוסר התאמה של התפשטות תרמית
הרכבה יציבה בתוך ארכיטקטורת תנור
הפלטה הופכת למעשה לחלק מסביבת העיבוד התרמי ולא לרכיב כלי נפרד.
מַסְקָנָה
פלטות מחוממות מהוות את הבסיס התרמי והמכני המדויק של ייצור אריזות קרמיקה רב-שכבתיות במיקרו-אלקטרוניקה. באמצעות למינציה מבוקר הדוק ושריפה-בטמפרטורה גבוהה-, מערכות אלו מאפשרות הפיכת סרטי קרמיקה שביר ומשחות מתכת מודפסות למארזים אלקטרוניים חזקים והרמטיים.
בתוך החבילת מיקרו-אלקטרוניקה קרמית רב-שכבתית מחוממת platenתהליך, שטוחות הפלטה, אחידות תרמית ותאימות אטמוספרית הם פרמטרים חיוניים שקובעים את שלמות החבילה הסופית ואת הביצועים החשמליים. המערכת מתפקדת הן ככלי יצירת והן כאלמנט מבני בטמפרטורה- גבוהה, ומבטיחה דיוק ממדי לאורך מחזורים תרמיים קיצוניים.
השבבים המוגנים ביותר בעולם נוצרים בסופו של דבר על מצע של משטחים קרמיים שטוחים לחלוטין, אינרטיים מבחינה כימית ומחוממים בעוצמה, כאשר הנדסה תרמית מדויקת מגדירה את האמינות של מערכות אלקטרוניות מתקדמות.
