Како се грејне плоче користе у ламинацији вишеслојних керамичких кондензатора (МЛЦЦ)?

Стотине ултратанких слојева керамике и никла чине сићушне кондензаторе унутар сваког паметног телефона. За спајање ових слојева у чврсти блок неопходна је преса за ламинирање са загрејаном плочом необичне равности и чистоће. Само једна зрнца прашине може уништити читаву серију. У масовној производњи вишеслојних керамичких кондензатора (МЛЦЦ), грејна плоча је више од извора топлоте; то је прецизан инструмент који одређује поузданост компоненти, густину капацитивности и производни принос.

МЛЦЦ поступак ламинације
МЛЦЦ је направљен од наизменичних слојева керамичких диелектричних и унутрашњих металних електрода (обично никла или бакра). Прво се ови слојеви праве као флексибилне 'зелене' керамичке траке. Траке су штампане путем ситоштампа са електродама. Такве штампане траке се слажу, десетине или стотине њих, поравнавају, а затим ламинирају под топлотом и притиском у чврсти монолитни блок. Блок се затим исече на појединачне кондензаторске чипове. Након тога следи дебиндеринг (уклањање везива), синтеровање и терминација.

Процес ламинирања је веома важан. На снопу не сме бити шупљина, раслојавања или промена у дебљини. Неуједначен притисак или температура могу узроковати деформацију керамичких слојева, померање електрода или неравномерно течење система везива, а ови фактори могу довести до електричних кварова у готовом кондензатору. Грејна плоча даје хомогену топлоту под високим притиском која повезује ове слојеве у кохерентну структуру.

Грејна плоча: зашто је то прецизни део
Склоп грејне плоче за МЛЦЦ ламинацију Склоп МЛЦЦ ламинације се углавном састоји од две загрејане плоче (горње и доње) у хидрауличној или механичкој преси. Стог керамичке траке се убацује између плоча. Притисак који врши преса се контролише, често у опсегу од 50–200 кг/цм², а плоче се загревају на температуру од 60–100 степени. Блага температура омекшава полимерно везиво у керамичкој траци, омогућавајући слојевима да се вежу под притиском без топљења електрода.

Захтеви за грејну плочу су тешки:

Равност – површина радне површине треба да буде Тотал Индицатед Руноут (ТИР) од генерално<0.010 mm (10 microns) across the entire platen area and often as tight as 0.005 mm for high-layer-count MLCCs. The deviation is transferred directly onto the laminated stack, resulting in changes in thickness and therefore in capacitance.

Уједначеност температуре - Температура на целој површини плоче треба да се одржава унутар ±1 степен од наведене тачке. Боре или деламинације су резултат неједнаког протока везива узрокованог топлим или хладним регионима. За плоче великог формата (нпр. . 200 мм × 200 мм) може бити могуће коришћење неколико индивидуално контролисаних грејних зона.

Чистоћа и тврдоћа површине - Површина плоче је обично тврди хромирани алатни челик или полирани нерђајући челик са-нелепљивим премазом (нпр. ПТФЕ или дијамантски угљеник). Мора бити без честица јер ће се сваки загађивач уградити у меку зелену керамику и створити недостатак који преживљава синтеровање и производи кратке спојеве или цурење.

Отпорност на хабање - Исте плоче се користе за милионе циклуса. Површина ће бити отпорна на гребање комадима керамичких ивица и остаће у спецификацији равности током година рада.

Дизајн грејне плоче за МЛЦЦ материјал и конструкцију ламинације
Већина МЛЦЦ плоча за ламинацију је машински обрађена или од каљеног алатног челика (нпр. АИСИ Д2 или О1) или од нерђајућег челика (нпр. . 420 или 440 Ц). Челик је ослобођен напрезања, грубо обрађен, термички обрађен до максималне тврдоће (обично 55–60 ХРЦ), а затим прецизно брушен и преливен до коначне равности. У кућиште плоче уграђени су грејачи кертриџа или ливени грејни елементи, обично распоређени по узорку да би се разлике у температури свеле на минимум. За управљање{12}}затвореном петљом су потребни термопарови на неколико локација, обично 9 или више.

Вакуумски канали и филм за ослобађање
Многе МЛЦЦ пресе за ламинацију имају вакуумски канал у доњој плочи спојен на извор вакуума. Ови жлебови држе доњи слој керамичке плоче на месту тако да се не помера када је преса затворена. Порозни филм за ослобађање (нпр. полиестер обложен ПТФЕ) је уметнут између плоче и гомиле да би се избегло лепљење и да се притисак равномерно распореди. Филм за ослобађање се повремено мења да би био чист.

Процедуре за чисту собу
МЛЦЦ ламинација се врши у чистој просторији (обично класе 10.000 или више). Оператери су у хаљинама и рукавицама. Пре сваког покретања производње грејне плоче се чисте са растварачем и марамицама без влакана. Редовни тестови профилометрије показују да се завршни слој (Ра) одржава испод 0,4 µм и да се не формирају огреботине или удубљења.

Уједначеност температуре и стопе повећања зашто је то важно
У МЛЦЦ универзуму, грејна плоча је наковањ на који се избијају перформансе. У термичком аспекту ламинације, постоје два главна фактора:

Уједначеност температуре - Спецификација од ±1 степен на целој радној површини је типична за производњу МЛЦЦ великих количина. За ово архитектура грејних елемената мора бити пажљиво дизајнирана, по могућству са одвојеним грејачима на ивицама да би се смањио губитак топлоте на оквиру пресе. Неке софистициране плоче користе загревање канала-течности (уље или вода) за бољу уједначеност, али грејачи кертриџа са ПИД контролом зоне су преовлађујући.

Контрола брзине - Органска везива у керамичким тракама морају нежно да омекшају. Прерано подизање температуре може довести до снажног испуштања везива или неравномерног протока стварајући шупљине. Дакле, грејна плоча је дизајнирана са пажљиво регулисаном брзином пораста – обично 2–5 степени/минути – и намакањем на задатој вредности 5–20 минута. Плоча се прогресивно хлади након ламинације да би се спречио термички удар.

Напомена о процесу: Споре конзистентне рампе су од највеће важности. Брзо загревање ствара различиту топлотну експанзију керамичких и металних електродних слојева, што доводи до унутрашњих напетости. Они се појављују као пукотине или раслојавање након синтеровања. Програмабилна рампирајућа грејна плоча која је добро-контролисана да би произвела висок-принос.

Утицај на квалитет и принос МЛЦЦ
Грејна плоча директно утиче на три важна параметра перформанси МЛЦЦ:

Толеранција капацитивности – Простор између електрода (дебљина диелектрика) је дефинисан дебљином керамичке траке након ламинације. Не-равна плоча узрокује не-уједначену дебљину кондензатора, тако да капацитивност варира од чипа до чипа.

Издржи напон и струју цурења - Празнине или раслојавања у ламинираном слоју су слабе области које се кваре под напоном. Цео интерфејс је равномерно загрејан и под притиском да би се гарантовало потпуно спајање везива.

Механичка чврстоћа - Лоша ламинација може да доведе до разбијања ломљивих МЛЦЦ-а током сакупљања-и-монтаже или током термичког циклуса на терену. Добро спојен сноп захтева тачну температуру плоче и довод притиска.

У -производњи великог обима (милиони кондензатора дневно), побољшање од 0,1% у грешкама у вези са ламинацијом- одговара хиљадама уштеђених долара и мањем броју кварова на терену.

Плоче за грејање: Одржавање и квалификација
Произвођачи МЛЦЦ-а обично квалификују нове грејне плоче на наменском ламинатору. Пробни рад се врши помоћу инструментираних стекова (са уграђеним термопаровима и филмом осетљивим на притисак). Изрезани-ламинирани блок се процењује под микроскопом за униформност слојева и интегритет интерфејса. Прихватају се само плоче које пролазе ТИР и тестове уједначености температуре

Рутинско одржавање укључује:

Месечна провера равности помоћу мерача на површинској плочи.

Ручни термопарови за недељно мапирање температуре

Свакодневно очистите изопропил алкохолом и проверите да ли има огреботина на површини.

Замените грејаче кертриџа сваких 5.000-10.000 сати рада. Стари грејачи могу створити вруће закрпе.

When a platen is out of flatness spec (say TIR >0,015 мм), шаље се на површинско-брушење и преливање на<0.010 mm. The platen can be surfaced a number of times until it is too thin.

Друге опције и нове методе
Главни процес за МЛЦЦ ламинацију су загрејане металне плоче, док неки продавци траже изостатичку ламинацију. Овим поступком, димњак се поставља у флексибилну мембрану и дроби флуидом под притиском (уљем или гасом) који се загрева спољним грејачима. Ово даје потпуно уједначен притисак, али је спорије и сложеније. Грејане плоче су и даље индустријски стандард за производњу средњег и великог обима због њиховог бржег циклуса и једноставније механичке конструкције.

Други тренд је употреба керамичких плоча (нпр. алуминијум нитрида или силиката) за бољу отпорност на хабање и лакше чишћење. Али они су крхкији и скупљи.

Резиме: Макро{0}}Прецизност у микроелектроници
Заједничка грејна плоча је важан део прецизности у масовној производњи МЛЦЦ. Његова равност и термичка униформност директно утичу на принос и поузданост кондензатора. Потребна вам је равност мерена у микронима и температурна хомогеност од ±1 степен по целој плочи-не као опције, већ као неопходна за спајање стотина ломљивих слојева у монолитни чип. Грејне плоче за МЛЦЦ ламинацију пажљиво су дизајниране, произведене и одржаване, што је добар пример како се микроелектроника ослања на макро{5}}прецизне алате. Тихи партнер сваког доброг кондензатора који се користи у данашњој електронској опреми је чиста, равна, равномерно загрејана плоча.