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LTCC Substrate Ein-Aus Analyse des Ausfallmechanismus

LTCC Substrat Ein-Aus Analyse des Ausfallmechanismus


Zusammenfassung: This In diesem Artikel werden zwei Modi des typischen LTCC vorgestellt Substrat Versagen: Kurzschluss und Unterbrechung, Ausfallmechanismus und Gegenmaßnahmen werden analysiert und diskutiert, der Grund für den Ausfall wird ebenfalls untersucht Von Aus der Perspektive des Layoutdesigns und der Materialauswahl wird die Lösung entwickelt Die Die Zuverlässigkeit des Sinterversuchs und des Verifizierungsschemas für Umweltexperimente wird verwendet, um das Problem der unbefriedigenden Kontinuität, die durch Silberdiffusion und Hohlraumentfernung verursacht wird, vollständig zu lösen Laminierung zwischen Schichten und kann LTCC liefern sicherlich Anleitung und Hilfe für das Layout

Schlüsselwörter: Kurzschluss, offener Stromkreis, Layoutdesign, Silberdiffusion, de - Laminierung


1 .LTCC Substrateinführung

LTCC (Niedrige Temperatur Co-gebrannt Keramik) Technologie ist eine Art Multilayer Substrattechnologie welche erschien in den 1980er Jahren. LTCC Das Substrat hat die Vorteile hoher Verdrahtungsschichten, niedriger Dielektrizitätskonstante und niedriger Sintertemperatur und kann die Integration passiver Komponenten realisieren verglichen mit andere passive Komponentenintegrationstechnologie (Dünnschichtintegration, Chipintegration usw.) LTCC Technologie ist eine ideale Systemintegrationstechnologie, um eine hohe Zuverlässigkeit, Miniaturisierung und Leichtigkeit elektronischer Geräte zu erreichen LTCC Substrat wird häufig in Mikrowellenkomponenten, Hochfrequenzgeräten, Filtern und anderen Industrien verwendet, und seine elektrische Leistung ist der Schlüsselfaktor, der die Verwendung von LTCC beeinflusst Geräte.

Die Verarbeitung von LTCC Substrat ist wie in Abb. gezeigt In 1 wird jede Schicht rohes Porzellanband gestanzt, die Metallpaste wird in gedrückt das Loch, das Durchgangsloch ist metallisiert und hat eine leitende Funktion, der Schaltplan ist auf die rohe Porzellanplatte mit gedruckt Metallpaste durch Siebdruckverfahren, das bedruckte rohe Porzellanblatt wird nacheinander angeordnet, erhitzt und Druck ausgeübt, um eine Laminierung zu realisieren, das Leitermetall und das rohe Porzellanband werden zusammengesintert, organisches Material wird abgegeben und schließlich wird das Keramiksubstrat erhalten.

Die ein-aus Ausfall von LTCC Substrat kann in unterteilt werden offener Stromkreis (OFFEN) und Kurzschluss (KURZ), offener Stromkreis bezieht sich auf den Schaltungszustand, in dem Es fließt kein Strom zwischen zwei Punkten in der Schaltung oder dem Impedanzwert (oder Widerstandswert ) ist sehr groß, welche ist gekennzeichnet durch ein-aus Der Widerstand zwischen zwei Punkten ist größer als das ein-aus Schwelle (K1); Kurzschluss bezieht sich auf die Verbindung zwischen zwei isolierten Netzwerken in der Schaltung, welche ist dadurch gekennzeichnet, dass der Widerstand zwischen zwei Netzwerken kleiner als ist die Isolationsschwelle (K2).


2.LTCC Substratkurzschluss


2.1 Analyse des Ausfallmechanismus

Die Grund für den Kurzschluss ist der Kontakt oder die Verbindung des isolierten Metallleiters Von Aus Sicht der Verarbeitungstechnologie sind die Hauptgründe für den Kurzschluss :. Metallverbindung in derselben Schicht, Metalldiffusion zwischen Schichten usw. Die LTCC Substratnetzwerk a und Netzwerk b haben einen Kurzschluss, die Ausfallrate beträgt 20 %, die Netzwerkinformationen sind in Abbildung 2 dargestellt Die beiden Netzwerke in jeder Informationsschicht, Netzwerk a über TopLayer, MIDLayer4, MIDLayer5, MIDLayer7, Netzwerk b über TopLayer, MIDLayer4, MIDLayer6, jede Informationsschicht, wie in Abbildung 3 dargestellt in Berücksichtigung des Druck-, Laminierprozesses gibt es 0-50 der Kontraposition Abweichung, so dass das unterschiedliche Netzwerk zwischen den benachbarten Pad-Sicherheitsabständen sollte sei mehr als 0,2 mm Die Grundplattenlänge beträgt 36,95 mm, die Breite 26,3 mm, von Bei jedem Layer-Layout ist der Abstand benachbarter Pads weitaus größer als 0,2 mm, also die gleiche Schicht Metallleiter Verbindung ausschließen.

in aufnehmen berücksichtigen die Merkmale von LTCC Substrat, rohes Keramikband im Sinterprozess, das Bindemittel wird vollständig zersetzt, Kohlenstoffrückstände reduzieren, um den Einfügungsverlust zu vermeiden Wenn Der Kohlenstoffrückstand ist zu hoch, er beeinträchtigt die Durchschlagspannung des Mediums erheblich und sogar das Aussehen des Substrats, die Dichte und die Biegefestigkeit. Silber Ionen sind instabil Wann Der bedruckte Leiter besteht aus Silberpaste, die Silberionen diffundieren entlang der Lücke, die macht das isolierende Rohkeramikband leitend wie in Abbildung 4 gezeigt, von In der Dickenrichtung haben die beiden Netzwerke vier verschiedene Oberflächen kann gesehen werden von FIG. 3, 1 treten zwischen MIDLayer44 auf und MIDLayer5, 2 treten zwischen MIDLayerS5 auf und MIDLaye6 und 3, 4 treten zwischen MIDLayer4 auf und MIDLayer7. Zwischen MIDLayer4 befinden sich 3 Schichten rohes Porzellanbandmedium und MIDLayer7, und diese Möglichkeit eines durch Silberdiffusion verursachten Kurzschlusses ist grundsätzlich ausgeschlossen

Die Die in jeder Ebene verwendete Paste ist in Tabelle 1 dargestellt. FX30-025 ist das ferroA6M passendes Goldleiter-Rohporzellanband, geeignet für die innere Schicht und die Oberflächenschicht, und CN33-398 ist das ferroA6M Rohes Porzellanband passend zum Silberleiter, geeignet für die innere Schicht


Tabelle 1 Materialverwendungssystem

Kartenschichtleiteraufschlämmung

MIDLayer4 FX30-025

MIDLayers CN33-398

MIDLayer6 CN33-398


Eine ist die Zwischenschicht zwischen Goldleiter und Silberleiter, und die andere ist die Zwischenschicht zwischen Silberleiter und Silberleiter Die Das eds-Energiespektrum-Analyseverfahren wird verwendet, um die Querschnitte von einer und zwei Stellen zu analysieren, und die Silberdiffusion wird an zwei Stellen gefunden, wie in 5 gezeigt. Die weiße helle Stelle in der Figur ist ein Silberelement, es gibt eine offensichtliche Silberdiffusion zwischen die zwei Schichten von Leitern.

2.2 Reaktionsmaßnahmen und experimentelle Überprüfung

Die Grund für den Kurzschluss zwischen Netzwerk a und Netzwerk b ist, dass nach dem Sintern eine kleine Lücke im rohen Porzellangürtel vorhanden ist, die Silberionen instabil sind und wandern und die Diffusion von Silberionen zur Zwischenschicht führt sind zwei Lösungen für das Problem: Zum einen soll das Materialverwendungssystem geändert werden, zum anderen soll der Isolationsabstand zwischen den Kurzschlussleitern in den beiden Netzen vergrößert werden

Option 1: Ändern Sie die in MIDLayer verwendete Größe 5 von CN33398 zu FX30-025, und behalten Sie die anderen unverändert


Tabelle 2 Materialverwendungssystem

vor der Änderung nach der Änderung

Kartenschicht Leiteraufschlämmung Kartenschichtleiteraufschlämmung

MIDLayer4 FX30-025 MIDLayer4 FX30-025

MIDLayers CN33-398 MIDLayers FX30-025

MIDLayer6 CN33-398 MIDLayer6 CN33-398


Schema 2: Die Leiter des Netzwerks b auf MIDLaye6 wird nach MIDLayer7 verschoben, so dass die Isolierschicht aus rohem Porzellanband zwischen den beiden Netzwerken von erhöht wird eine Schicht auf zwei Schichten, und die andere bleibt unverändert.

Nachdem die beiden Schemata geändert wurden, wird der Kurzschluss zwischen dem Grundplatennetzwerk a und dem Netzwerk b von this Das Modell wird verfolgt, wie in Tabelle 3. gezeigt

Tabelle 3 Kurzschlussfehler

Anzahl der Tests / nur Verknüpfungen / nur Kurzschlussanteil

primitiv 360 68 18.9 %

Option 1 360 0 0

Option ii 360 0 0

Durch das Sinterversuch wurde festgestellt, dass durch Ändern des Materials und Hinzufügen der Isolierschicht das Kurzschlussproblem, das durch die Silberdiffusion zwischen den Schichten verursacht wird, vollständig vermieden werden kann gemäß Schema 1 MIDLayers4 und MIDLayer5 sind "Gold-Gold" Kombination, MIDLaye5 und MIDLaye6 sind "Gold-Silber" Kombination, und es tritt kein Kurzschluss auf Um die Zuverlässigkeit des Versuchsschemas zu überprüfen, wird das Substrat L1 … L5 verarbeitet durch den anfänglichen Prozess das Substrat m1 … M5 verarbeitet durch das erste Schema und das Substrat N1 … N5 Die nach dem zweiten Schema verarbeiteten Verfahren wurden ausgewählt, um Umweltversuche durchzuführen Die Hochtemperatur Lagerung, Niedertemperatur Lagerung und Temperaturzyklus wurden nacheinander durchgeführt, und der Widerstand jeder Verbindung wurde nach Beendigung jeder Verbindung getestet Die Die Testergebnisse sind in Tabelle 4. aufgeführt

Von Aus der Tabelle ist ersichtlich, dass nach dem Speichern bei hoher Temperatur das durch den Anfangsprozess verarbeitete Kurzschlusssubstrat in einen Isolationszustand übergeht, der Anteil 20 % beträgt, so dass die Zuverlässigkeit des durch den Anfangsprozess verarbeiteten Substrats schlecht ist. Die ein-aus Der Zustand des durch das erste und das zweite Schema verarbeiteten Substrats ändert sich nach dem Umgebungstest nicht, und der Isolationszustand bleibt weiterhin erhalten, so dass beide Schemata das durch Silberdiffusion verursachte Kurzschlussphänomen wirksam vermeiden können Goldpaste ist teurer als In Anbetracht der Produktionskosten wird empfohlen, das zweite Schema anzuwenden, um die Anzahl der Isolationsschichten zu erhöhen


3 LTCC Substrat offener Stromkreis

3.1 Analyse des Ausfallmechanismus

Die Grund für den Stromkreisbruch des Substrats ist, dass das leitende Netzwerk unterbrochen ist. Von Aus Sicht der Verarbeitungstechnologie sind die Hauptgründe für den Netzwerkbruch der Leiterdefekt, das Loch ist nicht gefüllt, das Loch ist nicht vollständig überlappt mit der Dirigent Netzwerkinformationen werden in Abb. angezeigt 7. Die Netzwerk durchläuft TOPLayer, MIDLayer & 8, MIDLayer9, wobei TOPLayer hat Pads P1, P2, MIDLayer8 hat Leiter L1, MIDLayer9 hat Dirigent L2.Two Löcher an Position 5 verlaufen durch TOPLayer, MIDLayerl..MIDLayer7, so dass p mit L1; verbunden ist 6 Löcher verlaufen durch MIDLayer8, so dass L1 ist mit L2; verbunden 7 Löcher gehen durch TOPLayer, MIDLayerl .. MIDLayera8, so dass L2 ist mit P2 verbunden.

Die Die Ausfallrate desselben Netzwerks ist so hoch wie 82 %. Es müssen einige inhärente Faktoren vorliegen, die nicht auf gelegentliche Plattenereignisse wie nicht gefüllte Löcher oder schlechte Druckqualität zurückzuführen sind Überprüfen Sie den Siebdruckbildschirm von L1, L2, P1, P2 und stellen Sie fest, dass der Bildschirm eine normale, gedruckte Leiterlinie ohne ist Defektphänomen; Überprüfen Sie die Perforationsdaten, stellen Sie fest, dass kein Verlustphänomen vorliegt, und perforiert epigenetisch Informationen zum Porzellangürtelloch sind vollständig. prüfe ob Die Überlappung von Loch und Leiter ist ausreichend, entlang 5, 67 Schleifen geschnitten, gefunden 5 in MIDLayer8 Überlappung


3.2 Reaktionsmaßnahmen und experimentelle Überprüfung

Die Grund für die Delaminierung ist, dass das Loch und der Leiter schlecht übereinstimmen, kann der Sinterprozess nicht mit kombiniert werden dicht, von die MIDLayer8 Layout, geschichteter Ort, das Loch im Leiterbereich bedeckend, ist zu groß, und der Leiter spielt hier nur eine Rolle bei der Kommunikation, um zwei Lösungen zu entwickeln: Eine besteht darin, das Durchgangsloch zu ändern Gülle; Die andere besteht darin, die Leiterfläche zu verringern, die auf dem Durchgangsloch abgedeckt ist

Schema 1: Die Durchgangsloch Gülle wird von geändert CN33-407 zu CN33-343 und den anderen sind unverändert. CN33-407 und CN33-343 sind beide durch Silberlochschlamm für FerroA6M.

Tabelle 5 Materialverwendungssystem

vor der Änderung nach der Änderung

OVERPORE Gülle Leiter Gülle OVERPORE Gülle Leiter Gülle

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

Die Das zweite Schema besteht darin, die Leiterfläche zu verringern, die von den Durchgangslöchern in der MIDLayer abgedeckt wird 8.


Verfolgen Sie nach Änderungen in beiden Szenarien P1 und P2 Konnektivität, wie in Tabelle 6. gezeigt

Tabelle 6 Kurzschlussfehler

Anzahl der Tests / nur Anzahl offener Unterbrechungen / nur öffne _ Schaltung _ Verhältnis

primitiv 96 75 78 %

Option 1 96 10 10 %

Option ii 96 0 0

Die experimentelle Ergebnisse zeigen, dass das zweite Schema das durch Delaminierung verursachte Phänomen des offenen Stromkreises vollständig lösen kann, wobei die Übereinstimmung von Durchgangslochpaste und Leiterpaste besonders wichtig ist Der Abdeckungsbereich des Durchgangslochkissens ist zu groß, wenn man die Übereinstimmung von Durchgangslochpaste und Leiterpaste CN33-398 vergleicht fand, dass CN33-343 ist besser als CN33-407, kann aber das Problem der Unterbrechung immer noch nicht vollständig lösen


4 .Fazit

(1) In LTCC gibt es kleine Lücken Substrate nach dem Sintern, und es besteht Kurzschlussgefahr wenn In benachbarten Netzwerken sind verschiedene Ebenen verschachtelt

(2) Die Zwischenschicht-Silberdiffusion tritt nicht auf wenn Die benachbarten Schichtleiter nehmen "Gold Paste-Gold Paste" an oder "Gold Paste-Silber Paste", und das Diffusionsrisiko von Zwischenschicht-Silber besteht wenn die benachbarten Schichtleiter nehmen "Silber Paste-Silber Paste" an.

(3) Durch Erhöhen der Anzahl der Isolationsschichten des Interlaced-Netzwerks kann der durch Silberdiffusion zwischen den Schichten verursachte Kurzschluss wirksam vermieden werden

(4) durch Lochpaste sollte abgeglichen werden mit Leiterpaste und der Bereich der Durchgangslochabdeckscheibe sollte nicht zu groß sein, da sonst die Kombination von Durchgangsloch und Paste nicht dicht ist, Löcher bildet und Delaminierung verursacht, was zu einer Unterbrechung des Netzwerks führt


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