- 07
- Sep
LTCC മെറ്റീരിയൽ ആവശ്യകതകൾ
LTCC മെറ്റീരിയൽ ആവശ്യകതകൾ
എൽടിസിസി ഉപകരണങ്ങളുടെ മെറ്റീരിയൽ പ്രോപ്പർട്ടികൾക്കുള്ള ആവശ്യകതകളിൽ ഇലക്ട്രിക്കൽ പ്രോപ്പർട്ടികൾ, തെർമോമെക്കാനിക്കൽ പ്രോപ്പർട്ടികൾ, പ്രോസസ് പ്രോപ്പർട്ടികൾ എന്നിവ ഉൾപ്പെടുന്നു.
എൽടിസിസി മെറ്റീരിയലുകളുടെ ഏറ്റവും നിർണായക സ്വത്താണ് ഡീലക്ട്രിക് കോൺസ്റ്റന്റ്. റേഡിയോ ഫ്രീക്വൻസി ഡിവൈസിന്റെ അടിസ്ഥാന യൂണിറ്റ് ആയതിനാൽ-റിസോണേറ്ററിന്റെ ദൈർഘ്യം മെറ്റീരിയലിന്റെ ഡീലക്ട്രിക് കോൺസ്റ്റന്റിന്റെ സ്ക്വയർ റൂട്ടിന് വിപരീത അനുപാതമുള്ളതിനാൽ, ഉപകരണത്തിന്റെ പ്രവർത്തന ആവൃത്തി കുറയുമ്പോൾ (നൂറുകണക്കിന് MHz പോലുള്ളവ), ഒരു മെറ്റീരിയൽ ആണെങ്കിൽ കുറഞ്ഞ ഡീലക്ട്രിക് കോൺസ്റ്റന്റ് ഉപയോഗിക്കുമ്പോൾ, ഉപകരണം ഉപയോഗിക്കാൻ കഴിയാത്തത്ര വലുതായിരിക്കും. അതിനാൽ, വ്യത്യസ്ത ഓപ്പറേറ്റിംഗ് ആവൃത്തികൾക്ക് അനുയോജ്യമായ രീതിയിൽ ഡീലക്ട്രിക് കോൺസ്റ്റന്റ് സീരിയൽ ചെയ്യുന്നതാണ് നല്ലത്.
റേഡിയോ ഫ്രീക്വൻസി ഉപകരണങ്ങളുടെ രൂപകൽപ്പനയിൽ പരിഗണിക്കപ്പെടുന്ന ഒരു പ്രധാന പാരാമീറ്ററാണ് ഡീലക്ട്രിക് നഷ്ടം, ഇത് ഉപകരണത്തിന്റെ നഷ്ടവുമായി നേരിട്ട് ബന്ധപ്പെട്ടിരിക്കുന്നു. തത്വത്തിൽ, ചെറുത് മികച്ചതാണ്. റേഡിയോ ഫ്രീക്വൻസി ഉപകരണത്തിന്റെ വൈദ്യുത പ്രകടനത്തിന്റെ താപനില സ്ഥിരത നിർണ്ണയിക്കുന്ന ഒരു പ്രധാന പാരാമീറ്ററാണ് ഡീലക്ട്രിക് സ്ഥിരാങ്കത്തിന്റെ താപനില ഗുണകം.
എൽടിസിസി ഉപകരണങ്ങളുടെ വിശ്വാസ്യത ഉറപ്പുവരുത്തുന്നതിന്, മെറ്റീരിയലുകൾ തിരഞ്ഞെടുക്കുമ്പോൾ നിരവധി തെർമോ-മെക്കാനിക്കൽ ഗുണങ്ങളും പരിഗണിക്കേണ്ടതുണ്ട്. താപ വികാസത്തിന്റെ ഗുണകമാണ് ഏറ്റവും നിർണായകമായത്, അത് സർക്യൂട്ട് ബോർഡിനെ കഴിയുന്നത്ര ലയിപ്പിക്കണം. കൂടാതെ, പ്രോസസ്സിംഗും ഭാവിയിലെ ആപ്ലിക്കേഷനുകളും പരിഗണിക്കുമ്പോൾ, എൽടിസിസി മെറ്റീരിയലുകൾ വളയുന്ന ശക്തി σ, കാഠിന്യം എച്ച്വി, ഉപരിതല പരക്കം, ഇലാസ്റ്റിക് മോഡുലസ് ഇ, ഫ്രാക്ചർ കാഠിന്യം കെഐസി തുടങ്ങിയവ പോലുള്ള നിരവധി മെക്കാനിക്കൽ പ്രകടന ആവശ്യകതകളും പാലിക്കണം.
പ്രോസസ്സ് പ്രകടനത്തിൽ പൊതുവെ താഴെ പറയുന്ന വശങ്ങൾ ഉൾപ്പെടാം: ഒന്നാമതായി, 900 ഡിഗ്രി സെൽഷ്യസിനു താഴെയുള്ള താപനിലയിൽ അതിനെ സാന്ദ്രമായ, പോറസ് അല്ലാത്ത മൈക്രോ സ്ട്രക്ചറാക്കി മാറ്റാം. രണ്ടാമതായി, സാന്ദ്രീകരണ താപനില വളരെ കുറവായിരിക്കരുത്, അതിനാൽ വെള്ളി പേസ്റ്റിലും ഗ്രീൻ ബെൽറ്റിലും ജൈവവസ്തുക്കളുടെ ഡിസ്ചാർജ് തടയരുത്. മൂന്നാമതായി, ഉചിതമായ ജൈവവസ്തുക്കൾ ചേർത്തതിനുശേഷം, അത് ഒരു യൂണിഫോം, മിനുസമാർന്ന, ശക്തമായ പച്ച ടേപ്പിലേക്ക് ഇടാം.
LTCC മെറ്റീരിയലുകളുടെ വർഗ്ഗീകരണം
നിലവിൽ, LTCC സെറാമിക് മെറ്റീരിയലുകൾ പ്രധാനമായും “ഗ്ലാസ്-സെറാമിക്” സിസ്റ്റം, “ഗ്ലാസ് + സെറാമിക്” സിസ്റ്റം എന്നിങ്ങനെ രണ്ട് സംവിധാനങ്ങൾ ഉൾക്കൊള്ളുന്നു. ലോ-മെൽറ്റിംഗ് ഓക്സൈഡ് അല്ലെങ്കിൽ ലോ-മെൽറ്റിംഗ് ഗ്ലാസ് ഉപയോഗിച്ച് ഉത്തേജിപ്പിക്കുന്നത് സെറാമിക് മെറ്റീരിയലുകളുടെ സിന്ററിംഗ് താപനില കുറയ്ക്കാൻ കഴിയും, പക്ഷേ സിന്ററിംഗ് താപനില കുറയ്ക്കുന്നത് പരിമിതമാണ്, കൂടാതെ മെറ്റീരിയലിന്റെ പ്രകടനം വ്യത്യസ്ത അളവിൽ തകരാറിലാകും. കുറഞ്ഞ സിന്ററിംഗ് താപനിലയുള്ള സെറാമിക് മെറ്റീരിയലുകൾക്കായുള്ള അന്വേഷണം ഗവേഷകരുടെ ശ്രദ്ധ ആകർഷിച്ചു. ബാരിയം ടിൻ ബോറേറ്റ് (BaSn (BO3) 2) സീരീസ്, ജർമ്മനേറ്റ് ആൻഡ് ടെല്ലുറേറ്റ് സീരീസ്, BiNbO4 സീരീസ്, Bi203-Zn0-Nb205 സീരീസ്, ZnO-TiO2 സീരീസ്, മറ്റ് സെറാമിക് മെറ്റീരിയലുകൾ എന്നിവയാണ് വികസിപ്പിച്ചുകൊണ്ടിരിക്കുന്ന അത്തരം മെറ്റീരിയലുകളുടെ പ്രധാന ഇനങ്ങൾ. സമീപ വർഷങ്ങളിൽ, സിംഗുവാ സർവകലാശാലയിലെ ഷൗ ജിയുടെ ഗവേഷണ സംഘം ഈ മേഖലയിലെ ഗവേഷണത്തിന് പ്രതിജ്ഞാബദ്ധമാണ്.
LTCC മെറ്റീരിയൽ പ്രോപ്പർട്ടികൾ
എൽടിസിസി ഉൽപ്പന്നങ്ങളുടെ പ്രകടനം പൂർണ്ണമായും ഉപയോഗിച്ച മെറ്റീരിയലുകളുടെ പ്രകടനത്തെ ആശ്രയിച്ചിരിക്കുന്നു. LTCC സെറാമിക് മെറ്റീരിയലുകളിൽ പ്രധാനമായും LTCC സബ്സ്ട്രേറ്റ് മെറ്റീരിയലുകൾ, പാക്കേജിംഗ് മെറ്റീരിയലുകൾ, മൈക്രോവേവ് ഉപകരണ സാമഗ്രികൾ എന്നിവ ഉൾപ്പെടുന്നു. എൽടിസിസി മെറ്റീരിയലുകളുടെ ഏറ്റവും നിർണായക സ്വത്താണ് ഡീലക്ട്രിക് കോൺസ്റ്റന്റ്. വ്യത്യസ്ത ഓപ്പറേറ്റിങ് ആവൃത്തികൾക്ക് അനുയോജ്യമായ രീതിയിൽ 2 മുതൽ 20000 വരെ ശ്രേണിയിൽ ഡീലക്ട്രിക് കോൺസ്റ്റന്റ് സീരിയൽ ചെയ്യേണ്ടതുണ്ട്. ഉദാഹരണത്തിന്, ഹൈസ്പീഡ് ഡിജിറ്റൽ സർക്യൂട്ടുകളുടെ രൂപകൽപ്പനയ്ക്ക് 3.8 ആപേക്ഷിക പെർമിറ്റിവിറ്റി ഉള്ള ഒരു കെ.ഇ. 6 മുതൽ 80 വരെ ആപേക്ഷിക പെർമിറ്റിവിറ്റി ഉള്ള ഒരു സബ്സ്ട്രേറ്റിന് ഉയർന്ന ആവൃത്തിയിലുള്ള സർക്യൂട്ടുകളുടെ രൂപകൽപ്പന പൂർത്തിയാക്കാൻ കഴിയും; 20,000 വരെ ആപേക്ഷിക പെർമിറ്റിവിറ്റി ഉള്ള ഒരു സബ്സ്ട്രേറ്റിന് ഉയർന്ന ശേഷിയുള്ള ഉപകരണങ്ങൾ ഒരു മൾട്ടി ലെയർ ഘടനയിൽ സംയോജിപ്പിക്കാൻ കഴിയും. ഡിജിറ്റൽ 3 സി ഉൽപന്നങ്ങളുടെ വികസനത്തിൽ താരതമ്യേന വ്യക്തമായ പ്രവണതയാണ് ഉയർന്ന ആവൃത്തി. ഉയർന്ന ആവൃത്തിയുടെയും ഉയർന്ന വേഗതയുടെയും ആവശ്യകതകൾ നിറവേറ്റുന്നതിനായി കുറഞ്ഞ ഡീലക്ട്രിക് കോൺസ്റ്റന്റ് (ε≤10) എൽടിസിസി മെറ്റീരിയലുകളുടെ വികസനം എൽടിസിസി മെറ്റീരിയലുകൾക്ക് ഉയർന്ന ഫ്രീക്വൻസി ആപ്ലിക്കേഷനുകളുമായി എങ്ങനെ പൊരുത്തപ്പെടാൻ കഴിയും എന്നത് ഒരു വെല്ലുവിളിയാണ്. FerroA901, DuPont എന്നിവയുടെ 6 സിസ്റ്റത്തിന്റെ ഡീലക്ട്രിക് കോൺസ്റ്റന്റ് 5.2 മുതൽ 5.9 വരെയാണ്, 4110-70C ESL ന്റെ 4.3 മുതൽ 4.7 വരെയാണ്, NEC- യുടെ LTCC സബ്സ്ട്രേറ്റിന്റെ ഡീലക്ട്രിക് കോൺസ്റ്റന്റ് ഏകദേശം 3.9 ആണ്, കൂടാതെ 2.5 വരെ ഡീലക്ട്രിക് കോൺസ്റ്റന്റ് വികസിച്ചുകൊണ്ടിരിക്കുന്നു.
റെസൊണേറ്ററിന്റെ വലിപ്പം ഡീലക്ട്രിക് കോൺസ്റ്റന്റിന്റെ സ്ക്വയർ റൂട്ടിന് വിപരീത അനുപാതമാണ്, അതിനാൽ ഒരു ഡീലക്ട്രിക് മെറ്റീരിയലായി ഉപയോഗിക്കുമ്പോൾ, ഡീലക്ട്രിക് കോൺസ്റ്റന്റ് ഡിവൈസിന്റെ വലുപ്പം കുറയ്ക്കുന്നതിന് വലുതായിരിക്കണം. നിലവിൽ, അൾട്രാ ലോ ലോസ് അല്ലെങ്കിൽ അൾട്രാ-ഹൈ ക്യൂ മൂല്യം, ആപേക്ഷിക പെർമിറ്റിവിറ്റി (> 100) അല്ലെങ്കിൽ> 150 ഡീലക്ട്രിക് മെറ്റീരിയലുകൾ എന്നിവ ഗവേഷണ കേന്ദ്രങ്ങളാണ്. വലിയ കപ്പാസിറ്റൻസ് ആവശ്യമുള്ള സർക്യൂട്ടുകൾക്ക്, ഉയർന്ന ഡീലക്ട്രിക് കോൺസ്റ്റന്റ് ഉള്ള മെറ്റീരിയലുകൾ ഉപയോഗിക്കാം, അല്ലെങ്കിൽ ഒരു വലിയ ഡീലക്ട്രിക് കോൺസ്റ്റന്റ് ഉള്ള ഒരു ഡീലക്ട്രിക് മെറ്റീരിയൽ ലെയർ എൽടിസിസി ഡീലക്ട്രിക് സെറാമിക് സബ്സ്ട്രേറ്റ് മെറ്റീരിയൽ ലെയറിനിടയിൽ സാൻഡ്വിച്ച് ചെയ്യാം, കൂടാതെ ഡീലക്ട്രിക് കോൺസ്റ്റന്റ് 20 നും 100 നും ഇടയിൽ ആകാം. . റേഡിയോ ഫ്രീക്വൻസി ഉപകരണങ്ങളുടെ രൂപകൽപ്പനയിൽ പരിഗണിക്കേണ്ട ഒരു പ്രധാന പാരാമീറ്ററാണ് ഡീലക്ട്രിക് നഷ്ടം. ഇത് ഉപകരണത്തിന്റെ നഷ്ടവുമായി നേരിട്ട് ബന്ധപ്പെട്ടിരിക്കുന്നു. സൈദ്ധാന്തികമായി, ചെറിയത് മികച്ചതാണെന്ന് പ്രതീക്ഷിക്കുന്നു. നിലവിൽ, റേഡിയോ ഫ്രീക്വൻസി ഉപകരണങ്ങളിൽ ഉപയോഗിക്കുന്ന എൽടിസിസി മെറ്റീരിയലുകൾ പ്രധാനമായും ഡുപോണ്ട് (951,943), ഫെറോ (എ 6 എം, എ 6 എസ്), ഹെറസ് (സിടി 700, സിടി 800, സിടി 2000), ഇലക്ട്രോ സയൻസ് ലബോറട്ടറികൾ എന്നിവയാണ്. അവർക്ക് സീരിയലൈസ്ഡ് എൽടിസിസി ഗ്രീൻ സെറാമിക് ടേപ്പ് ഡീലക്ട്രിക് കോൺസ്റ്റന്റ് ഉപയോഗിച്ച് നൽകാൻ മാത്രമല്ല, അനുയോജ്യമായ വയറിംഗ് മെറ്റീരിയലുകൾ നൽകാനും കഴിയും.
എൽടിസിസി മെറ്റീരിയലുകളുടെ ഗവേഷണത്തിലെ മറ്റൊരു ചൂടുള്ള പ്രശ്നം കോ-ഫയർ മെറ്റീരിയലുകളുടെ അനുയോജ്യതയാണ്. വ്യത്യസ്ത വൈദ്യുത പാളികൾ (കപ്പാസിറ്ററുകൾ, പ്രതിരോധങ്ങൾ, ഇൻഡക്റ്റൻസുകൾ, കണ്ടക്ടർമാർ മുതലായവ) സഹ-ഫയറിംഗ് ചെയ്യുമ്പോൾ, ഓരോ ഡൈലെക്ട്രിക് ലെയറിന്റെയും കോ-ഫയറിംഗ് പൊരുത്തം മികച്ചതാക്കാനും സാന്ദ്രത നിരക്കും സിന്ററിംഗും വ്യത്യസ്ത ഇന്റർഫേസുകൾ തമ്മിലുള്ള പ്രതികരണവും ഇന്റർഫേസ് ഡിഫ്യൂഷനും നിയന്ത്രിക്കണം. ഇന്റർഫേസ് പാളികൾക്കിടയിലുള്ള ചുരുങ്ങൽ, സ്പാളിംഗ്, വാർപ്പിംഗ്, ക്രാക്കിംഗ് തുടങ്ങിയ വൈകല്യങ്ങൾ കുറയ്ക്കുന്നതിന് നിരക്കും താപ വികാസ നിരക്കും കഴിയുന്നത്ര സ്ഥിരമാണ്.
പൊതുവായി പറഞ്ഞാൽ, LTCC സാങ്കേതികവിദ്യ ഉപയോഗിച്ച് സെറാമിക് മെറ്റീരിയലുകളുടെ ചുരുങ്ങൽ നിരക്ക് ഏകദേശം 15-20%ആണ്. രണ്ടിന്റെയും സിന്ററിംഗ് പൊരുത്തപ്പെടാനോ പൊരുത്തപ്പെടാനോ കഴിയുന്നില്ലെങ്കിൽ, സിന്ററിംഗിന് ശേഷം ഇന്റർഫേസ് ലെയർ പിളരും; രണ്ട് മെറ്റീരിയലുകളും ഉയർന്ന താപനിലയിൽ പ്രതികരിക്കുകയാണെങ്കിൽ, ഫലമായുണ്ടാകുന്ന പ്രതികരണ പാളി അതത് വസ്തുക്കളുടെ യഥാർത്ഥ സ്വഭാവത്തെ ബാധിക്കും. വ്യത്യസ്ത ഡീലക്ട്രിക് കോൺസ്റ്റന്റുകളും കോമ്പോസിഷനുകളും ഉള്ള രണ്ട് മെറ്റീരിയലുകളുടെ കോ-ഫയറിംഗ് അനുയോജ്യതയും പരസ്പര പ്രതിപ്രവർത്തനം എങ്ങനെ കുറയ്ക്കാം എന്നതും ഗവേഷണത്തിന്റെ ശ്രദ്ധാകേന്ദ്രമാണ്. എൽടിസിസി ഉയർന്ന പ്രകടന സംവിധാനങ്ങളിൽ ഉപയോഗിക്കുമ്പോൾ, ചുരുങ്ങൽ പെരുമാറ്റത്തിന്റെ കർശന നിയന്ത്രണത്തിനുള്ള താക്കോൽ എൽടിസിസി കോ-ഫയർ സിസ്റ്റത്തിന്റെ സിന്ററിംഗ് ചുരുങ്ങൽ നിയന്ത്രിക്കുക എന്നതാണ്. XY ദിശയിലുള്ള എൽടിസിസി കോ-ഫയർ സിസ്റ്റത്തിന്റെ ചുരുങ്ങൽ സാധാരണയായി 12% മുതൽ 16% വരെയാണ്. മർദ്ദരഹിതമായ സിന്ററിംഗിന്റെയോ സമ്മർദ്ദ-അസിസ്റ്റഡ് സിന്ററിംഗ് സാങ്കേതികവിദ്യയുടെയോ സഹായത്തോടെ, XY ദിശയിൽ പൂജ്യം ചുരുങ്ങൽ ഉള്ള വസ്തുക്കൾ ലഭിക്കും [17,18]. സിന്ററിംഗ് ചെയ്യുമ്പോൾ, എൽടിസിസി കോ-ഫയർ ലെയറിന്റെ മുകളിലും താഴെയും എൽടിസിസി കോ-ഫയർ ലെയറിന്റെ മുകളിലും താഴെയുമായി ഒരു ചുരുങ്ങൽ നിയന്ത്രണ പാളിയായി സ്ഥാപിക്കുന്നു. കൺട്രോൾ ലെയറും മൾട്ടി ലെയറും തമ്മിലുള്ള ഒരു നിശ്ചിത ബോണ്ടിംഗ് ഇഫക്റ്റിന്റെയും നിയന്ത്രണ ലെയറിന്റെ കർശനമായ ചുരുങ്ങൽ നിരക്കിന്റെയും സഹായത്തോടെ, എക്സ്, വൈ ദിശകളിലുള്ള എൽടിസിസി ഘടനയുടെ ചുരുങ്ങൽ സ്വഭാവം നിയന്ത്രിച്ചിരിക്കുന്നു. XY ദിശയിലുള്ള അടിവസ്ത്രത്തിന്റെ ചുരുങ്ങൽ നഷ്ടം നികത്താൻ, Z ദിശയിലുള്ള ചുരുങ്ങലിന് അടിമണ്ണ് നഷ്ടപരിഹാരം നൽകും. തത്ഫലമായി, X, Y ദിശകളിലെ LTCC ഘടനയുടെ വലിപ്പത്തിലുള്ള മാറ്റം ഏകദേശം 0.1%മാത്രമാണ്, അതുവഴി വയറിംഗിൻറെയും കുഴികളുടെയും സ്ഥാനവും കൃത്യതയും ഉറപ്പുവരുത്തി, ഉപകരണത്തിന്റെ ഗുണനിലവാരം ഉറപ്പാക്കുന്നു.