Los dispositivos cerámicos cocidos son dispositivos microelectrónicos cerámicos monolíticos en los que toda la estructura de soporte de cerámica y cualquier material conductor, resistivo y dieléctrico se cuecen en un horno al mismo tiempo. Los dispositivos típicos incluyen condensadores , inductores , resistencias , transformadores y circuitos híbridos . La tecnología también se utiliza para el ensamblaje y empaquetado robustos de componentes electrónicos (empaquetado multicapa) en la industria electrónica, como la electrónica militar, MEMS , microprocesadores y aplicaciones de RF .
Los dispositivos cerámicos cocidos se fabrican utilizando un enfoque multicapa. El material de partida son cintas verdes compuestas, que consisten en partículas cerámicas mezcladas con aglutinantes de polímeros. Las cintas son flexibles y se pueden mecanizar, por ejemplo, mediante corte, fresado, punzonado y estampación. Se pueden añadir estructuras metálicas a las capas, normalmente mediante relleno y serigrafía. A continuación, las cintas individuales se unen entre sí mediante un procedimiento de laminación antes de que los dispositivos se cuezan en un horno, donde la parte polimérica de la cinta se quema y las partículas cerámicas se sinterizan entre sí, formando un componente cerámico duro y denso. [1]
La co-combustión se puede dividir en aplicaciones de baja temperatura (LTCC) y alta temperatura (HTCC): baja temperatura significa que la temperatura de sinterización es inferior a 1000 °C (1830 °F), mientras que alta temperatura es de alrededor de 1600 °C (2910 °F). [2] La temperatura de sinterización más baja para los materiales LTCC es posible gracias a la adición de una fase vítrea a la cerámica, que reduce su temperatura de fusión. [1]
Gracias a un enfoque multicapa basado en láminas vitrocerámicas, esta tecnología ofrece la posibilidad de integrar en el cuerpo del LTCC componentes eléctricos pasivos y líneas conductoras que normalmente se fabrican con tecnología de película gruesa. [3] Esto difiere de la fabricación de dispositivos semiconductores , donde las capas se procesan en serie y cada nueva capa se fabrica sobre capas anteriores.
Las cerámicas cocidas conjuntamente se desarrollaron por primera vez a fines de la década de 1950 y principios de la de 1960 para fabricar condensadores más robustos. [4] La tecnología se amplió más tarde en la década de 1960 para incluir estructuras multicapa similares a las placas de circuitos impresos. [5]
La tecnología LTCC es especialmente beneficiosa para aplicaciones de RF y alta frecuencia. En aplicaciones de RF e inalámbricas , la tecnología LTCC también se utiliza para producir circuitos integrados híbridos multicapa , que pueden incluir resistencias, inductores, condensadores y componentes activos en el mismo paquete. En detalle, estas aplicaciones comprenden dispositivos de telecomunicaciones móviles (0,8-2 GHz), redes locales inalámbricas como Bluetooth (2,4 GHz) y radares para automóviles (50-140 GHz y 76 GHz). [3] Los híbridos LTCC tienen un costo inicial ("no recurrente") menor en comparación con los circuitos integrados , lo que los convierte en una alternativa atractiva a los ASIC para dispositivos de integración a pequeña escala.
Los inductores se forman mediante la impresión de bobinados conductores sobre una cinta de cerámica de ferrita . Según la inductancia deseada y la capacidad de transporte de corriente, se puede imprimir un bobinado parcial o varios bobinados en cada capa. En determinadas circunstancias, se puede utilizar una cerámica que no sea de ferrita. Esto es más común para circuitos híbridos donde estarán presentes condensadores, inductores y resistencias y para aplicaciones de alta frecuencia de funcionamiento donde el bucle de histéresis de la ferrita se convierte en un problema.
Las resistencias pueden ser componentes integrados o añadirse a la capa superior después de la cocción. Mediante serigrafía, se imprime una pasta de resistencias sobre la superficie del LTCC, a partir de la cual se generan las resistencias necesarias en el circuito. Cuando se calientan, estas resistencias se desvían de su valor de diseño (±25%) y, por lo tanto, requieren un ajuste para cumplir con la tolerancia final. Con el recorte por láser se pueden lograr estas resistencias con diferentes formas de corte hasta el valor de resistencia exacto (±1%) deseado. Con este procedimiento, se puede reducir la necesidad de resistencias discretas adicionales, lo que permite una mayor miniaturización de las placas de circuito impreso.
Los transformadores LTCC son similares a los inductores LTCC, excepto que los transformadores contienen dos o más devanados. Para mejorar el acoplamiento entre los devanados, los transformadores incluyen un material dieléctrico de baja permeabilidad impreso sobre los devanados en cada capa. La naturaleza monolítica de los transformadores LTCC conduce a una altura menor que los transformadores tradicionales de bobinado de alambre. Además, el núcleo y los devanados integrados significan que estos transformadores no son propensos a fallas por rotura de alambre en entornos de alto estrés mecánico. [6]
La integración de componentes pasivos de película gruesa y estructuras mecánicas 3D dentro de un módulo permitió la fabricación de sofisticados sensores LTCC 3D, por ejemplo, acelerómetros. [7]
La posibilidad de fabricar muchos componentes pasivos de película gruesa, sensores y estructuras mecánicas 3D diferentes permitió la fabricación de microsistemas LTCC multicapa. [ cita requerida ]
Utilizando la tecnología HTCC se han realizado microsistemas para entornos hostiles, como temperaturas de trabajo de 1000 °C. [8]
Los sustratos LTCC se pueden utilizar de forma más beneficiosa para la realización de dispositivos miniaturizados y sustratos robustos. La tecnología LTCC permite la combinación de capas individuales con diferentes funcionalidades, como alta permitividad y baja pérdida dieléctrica, en un único paquete laminado multicapa y, de este modo, lograr multifuncionalidad en combinación con un alto nivel de integración e interconexión. También ofrece la posibilidad de fabricar estructuras robustas tridimensionales que, en combinación con la tecnología de película gruesa, permiten la integración de componentes electrónicos pasivos, como condensadores, resistencias e inductores, en un único dispositivo. [9]
La tecnología de co-combustión a baja temperatura presenta ventajas en comparación con otras tecnologías de envasado, incluida la co-combustión a alta temperatura: la cerámica generalmente se cuece a menos de 1000 °C debido a una composición especial del material. Esto permite la co-combustión con materiales altamente conductores (plata, cobre y oro). LTCC también presenta la capacidad de integrar elementos pasivos, como resistencias, condensadores e inductores en el encapsulado cerámico, minimizando el tamaño del módulo terminado.
Los componentes HTCC generalmente consisten en multicapas de alúmina o circonio con metalización de platino, tungsteno y molibdeno-manganeso. Las ventajas del HTCC en la tecnología de empaquetado incluyen rigidez mecánica y hermeticidad , ambas importantes en aplicaciones de alta confiabilidad y con estrés ambiental. Otra ventaja es la capacidad de disipación térmica del HTCC, que lo convierte en una opción de empaquetado de microprocesadores, especialmente para procesadores de mayor rendimiento. [10]
En comparación con el LTCC, el HTCC tiene capas conductoras de mayor resistencia .
