Микромодули и микроелектронни системи с автомобилно приложение

[Mozo]

Реферат


Микромодули и микроелектронни системи с автомобилно приложение


Тема:
Корпусиране на модули работещи при по-високи ускорения и температура


Високотемпературен SiC (силициев карбид) Вграден Чип Модул (Embedded Chip Module-ECM) с двойно метализираща структура


Дисертацията е предназначена да предложи анализ и демонстрация на технология за високотемпературни интегрални мощни електронни модули, за високи температурни (например над 200°C) приложения, включващи висока плътност и работа при ниско натоварване. За постигане на целта това проучване изследва определени подходи като жично бондиране на взаимовръзките и пакетиране, флип-чип и контакт на налягане. Въз основа на изследването, високата температура, многослойната 3-D технология под формата на вграден чип предлага реализиране на разпределяне на по-малко натоварване в механично балансирана структура с двойно метализиран слой.

Термомеханичния анализ на вградения чип (embedded chip module ECM) показва предимствата на охладителната система и изучава материала и структурата за намаляване на термичното индуцирано механично натоварване. В термичния анализ високотемпературния вграден чип (ECM- Embedded Chip Module) има способността да се справи с плътност на мощността до 284 W/in3с топлина на разпръскване 2.1x2.1x0.2см под принудителна конвекция. Проучването доказва, че охладителната система може да бъде намалена с 76% като се използва висока температура в среда при стайна температура.
Освен това шест предложени структури са сравнени с помощта на термо-механичен анализ, за да се получи оптимална структура с еднотипно ниско натоварване. Тъй като чистият молибден (Мо) не може да бъде галваничен, ниският коефициент на термично разширение (CTE) метал Хром (Cr) се подлага като материал за буфериране на натоварването, за да се използва в плоските метализирани слоеве с напълно симетрична ECM (вграден чип) структура. Ето защо е ниско натоварването в областта на чипа с достигнати 126МPa.
В процеса на производство високотемпературният стъклен материал и керамично лепило се прилагат като изолационни слоеве. Особено натоварените буферни слоеве на хромът (Cr) са успешно галванични във високотемпературния (ЕCM) вграден чип посредством процеса на напластяване на твърдия хром. Плоският метализиран слой е осъществен чрез изполване на комбинирана структура с хром (Cr) и меден (Cu) метализиран слой.
Експерименталните оценки, включващи електрическите и топлинни характеристики на ECM модула, са били част от проучването. Правата и обратната характеристика на вградения чип модул (ECM) са представени до 250°C , показващи правилната функционалност на устройството. Изучаването на обратната характеристика на вградения чип модул (ECM) показва, че големият ток на утечка с висока температура не се дължи на опаковането около чипа, но най-вече е причинена от шотки бариерата и пасивния слой на чипа. Накрая, устойчивото състояние и преходните измервания се провеждат по отношение на термични измервания. Устойчивото състояние на термичното измерване се използва да демонстрира понижението в охладителната система. За да се получат термичните параметри в различните слоеве във високотемпературния ECM вграден чип модул, преходното термично измерване се прилага върху един чип ,,ЕCM“ въз основа на температурното охлаждане-долната крива на измерването (намаляването на температурата).



Въведение

1.1.Актуални тенденции в пакетирането на мощна високотемпературна електроника

Налице е нарастващо търсене през последните години на мощна високотемпературна електроника, подходяща за сурови условия, например в двигателите с вътрешно горене на автомобилите и самолетите. Когато модулът има високотемпературна способност, той е не само подходящ за сурова топлинна среда, но също е способен да доведе до намаляване на температурата в околната среда до стайна температура за изискванията на охлаждане. Наличието на силициев карбид (SiC) и галиев нитрид (GaN) в устройствата са увеличили възможностите за високи температури в хибридния схемен дизайн. Въпреки това, пакетираните такива устройства имат недостатъци в електрическите връзки, термичното управление и надеждността при високотемпературни операции/среди.Така че напредването на технологията на пакетиране, пригодена за високи температури, е необходимо. Въпреки че конвенционалните технологии на пакетиране като технологията на жично бондиране и технологията на контакт на налягане, развиват температури до 350°С , те използват небалансирана структура или несъответствие в коефициента на термично разширение на носителя, който постига високо механично натоварване в структурата и може да причини повреда или проблеми с издръжливостта. Триизмерните многослойни технологии на пакетиране имат потенциала да нарушат съществуващите граници. Тъй като триизмерната структура осигурява гъвкавост на многослойния модулен дизайн и също скъсява електромагнитната и термична траектория на жичното бондиране, тя има очевидни подобрения в температурната характеристика, работната честота и плътност на мощността.

1.2.Технология на високотемпературния вграден чип модул (ЕCM)
Докато механично балансираната структура, както и материала на CTE (коеф. на термично разширение) са необходими при висока температура, а триизмерните многослойни технологии на пакетиране са тенденция в мощното високотемпературно електронно пакетиране, това проучване ще развие високотемпературна многослойна триизмерна (3-D) технология на пакетиране под формата на вграден чип модул (ЕCM), за да реализира ниско натоварване в механично балансирана структура с двойно метализирани слоеве и материал на CTE (коефициент на термично разширение) в структурата. В допълнение, един чип може да бъде правилно сглобен за универсални високи температурни приложения чрез структурата на ЕCM (вграден чип модул).

2.Актуална технология за монтаж на модули с високотемпературни приложения в електрониката.

2.1.Технология на жично бондиране.

Технологията на жично бондиране е най-широко разпространена в чип монтажа за високотемпературни приложения. При нормални температурни условия се използва големият диаметър на Al (алуминиеви) връзки на жично бодниране със силициеви мощни устройства. Въпреки това, при високите температури механичната якост на алуминия намалява. Монтажът на връзката между контактните площадки и изводите на корпуса се осъществява с помощта на термокомпресия или ултразвук при използване на меки връзки. При термокомпресията се отчита видът на компонентите в системата. Такъв случай например е използването на златна жица за алуминиеви контактни площадки. Диаграмата на термично равновесие на двукомпонентната система алуминий – злато се характеризира с няколко химични съединения, притежаващи различни свойства. Проблемите се избягват чрез извършване на термокомпресията при по-ниски температури с помощта на ултразвук или чрез монтаж само с ултразвук в защитна атмосфера. Големият диаметър на Au (златото) и Pt (платината) при жичното бондиране е подходящ при условия за високи температури. Златото (Аu) осигурява по-висока проводимост от колкото платината (Pt), но платината има по-голяма якост при високи температури.

Целият материал: