マイクロエレクトロニクスにおける熱管理を強化するための窒化アルミニウム (AlN) 基板上の抵抗器製造の進歩

Aug 29 , 2024

マイクロエレクトロニクスのパッケージング技術の継続的な進化に伴い、電子部品の出力密度が大幅に増加し、その結果、単位体積あたりの発熱量が急激に増加し、新世代の回路基板の性能に関してより厳しい基準が設けられています。放熱効率(熱伝導率)のこと。現在、研究者らは、窒化アルミニウム (AlN)炭化ケイ素 (SiC)酸化ベリリウム (BeO) など、熱伝導率の高いいくつかのセラミック基板材料の探索と開発を積極的に行っています。 )。ただし、BEO は潜在的な毒性のため環境的に制限されています。 SiC は誘電率が高いため、理想的な基板材料とは考えられていません。対照的に、AlN はシリコン (Si) と同様の熱膨張係数と適度な誘電率特性により、基板材料として注目を集めています [7]。 <8>従来、厚膜スラリーは主にアルミナ (Al2O3) 基板に基づいて開発されてきましたが、これらのスラリーの成分は AlN 基板と接触すると化学反応を起こしやすく、ガスを生成するため、厚膜の安定性と性能に重大な脅威をもたらします。フィルム回路。また、AlN 基板の熱膨張係数は Al2O3 基板の熱膨張係数よりも低いため、Al2O3 用に設計されたスラリーや焼結プロセスを AlN 基板上に直接使用すると、熱膨張係数の不整合が生じ、問題が発生します。したがって、Al2O3基板に適用可能な材料系や製造プロセスを安易にAlN基板に移植することは得策ではない。この論文は、AlN 基板上の抵抗器の製造プロセスに焦点を当て、製造プロセスを深く議論し、抵抗器の性能を詳細に評価および分析します。 <10> <11><12> <13> <14> <15>抵抗設計番号<16> <17>AlN 基板の抵抗値と設計正方形の数の関係を決定するために、抵抗テスト プレートを設計しました (図 4 を参照)。抵抗の長さは500~2000μm、幅は500~2500μmです。 4 種類の正方形抵抗の抵抗器を AlN 基板上に印刷し、フィルムを 850 ℃で焼結し、異なる設計サイズの抵抗器の抵抗値を測定しました。<18> <19> <20><21> <22><23> <24>同じサイズの基板3枚の抵抗値を測定し、サイズ抵抗の設計平方数を計算し、3つの抵抗の抵抗値を平均し、抵抗値と抵抗の平方数の関係を求める。 4 種類の正方形の抵抗が形成されます (図 2 を参照)。<25> <26> <27><28> <29>一般的に抵抗印刷の初期値を公称値の80%に設計すると、調整値と歩留まりの向上に最も効果的です。抵抗値と平方数の関係図と組み合わせて、4 つの平方抵抗の設計比率を計算します (表 1 を参照)。 <31> <32><33> <34>抵抗値調整工程<35> <36>実際の厚膜抵抗の製造では、スラリー組成、印刷プロセス、膜厚、焼成、電極マッチングを厳密に管理したとしても、抵抗値と目標値との誤差は±20%に達することがほとんどです。作成した厚膜抵抗体をもとに必要な精度の抵抗値を得るには、その値を調整するしかありません。歩留まりや抵抗値の精度を向上させる上で、値の調整は必須かつ重要な技術である<37>。 <38>AlN基板の抵抗調整のプロセスパラメータは次のとおりです:電流14.5A、Q周波数2500Hz、レーザーポイント距離150。調整後のカットマークの形状分析に基づいて、4つの抵抗カットマークの幅が決まりました。角形抵抗の種類が30μmを超え、カットマークに抵抗や基板の破片がなく、検査書類の関連要件を満たしています。<39> <40>要約すると、マイクロエレクトロニクスパッケージング技術の急速な発展に伴い、回路プレートの放熱効率に対する要件が高まっており、高熱伝導率のセラミック基板材料の研究開発が促進されています。その中でも、窒化アルミニウム (AlN) は、その優れた熱膨張整合性と適度な誘電率特性により、多くの候補材料の中で際立っており、新世代の回路基板材料として人気のある選択肢となっています。しかし、AlN 基板の独自性により、Al2O3 基板と同じ材料系とプロセスによって引き起こされる問題を回避するために、厚膜スラリーと製造プロセスの選択において、対応する調整と最適化を行う必要もあります [41]。 <42>本稿では,抵抗試験板を設計し,抵抗と平方数の関係を測定および分析し,抵抗調整技術を探索することによって,AlN基板上の抵抗製造技術を深く研究した。結果は,抵抗のサイズ比を合理的に設計し,プロセスパラメータを正確に制御することによって,安定した性能と高精度の抵抗をAlN基板上に作製できることを示した。これらの研究結果は、マイクロエレクトロニクスパッケージング分野におけるAlN基板の応用に対する技術的サポートを提供するだけでなく、将来の高出力密度電子部品の放熱問題に対する効果的な解決策も提供します。技術の継続的な進歩に伴い、AlN 基板とそれをサポートする製造プロセスの改善は、マイクロエレクトロニクス産業の持続可能な発展に新たな活力を注入することになります。<43>

Metalized AlN Substrate

FIG. 1 Resistance test layout

FIG. 2 Relation between resistance value and square number of four kinds of square resistance

Table 1. Recommended design ratio of resistors

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