Los avances en el campo de la cerámica electrónica se están haciendo en los nuevos materiales, en métodos de síntesis del polvo, y en la integración de cerámica. Los componentes de varios compuestos monolíticos (MMC) se aprovechan de tres tecnologías existentes: (1) los métodos y los materiales de la película gruesa, (2) los procesos del condensador de MLC, y (3) el concepto de “cofired” (quemado o calentamiento de los paquetes) según lo presentado en el cuadro 9. El cuadro 10 demuestra una vista detallada de un substrato de cerámica de varios componentes monolíticos.
Figura 9. La cerámica de múltiples capas monolítica (MMCs) derivó del condensador de múltiples capas, del “cofire” de alta temperatura, y de tecnologías de la película gruesa.
Figura 10. vista detallada de un substrato de cerámica de varios componentes monolítico. Capas: (a) Distribución de la señal; (b) resistor; (c) condensador; (d) protección del circuito; y (e) la distribución de energía es separada por (f) capas de barrera.
Los nuevos materiales para empaquetar incluyen el nitruro de aluminio, AlN, el carburo del silicio SiC, y la cerámica cristalina de baja extensión térmica, substituyendo la actual tecnología de empaquetado de alúmina. Según lo demostrado en la tabla 5, estos nuevos materiales ofrecen ventajas significativas para resolver los requisitos futuros de la industria de la microelectrónica. Las características incluyen una conductividad térmica más alta, una constante dieléctrica más baja, compatibilidad del “cofire”, y características de empaquetado.
Propiedades |
AlN |
SiC |
Vidrio-Cerámicas |
90% Al2O3 |
|---|---|---|---|---|
| Conductividad térmica , W/(mK) | 230 |
270 |
5 |
20 |
| RT -400ºCx10-7/ºC | 43 |
37 |
30-42 |
67 |
| Constante dielectrica a 1MHz | 8.9 |
42 |
3.9-7.8 |
9.4 |
| Resistencia a la torción, Kg/cm2 | 3500-4000 |
4500 |
1500 |
3000 |
| Metales de película delgada | Ti/Pd/Au |
Ti/Cu |
Cr/Cu,Au |
Cr/Cu |
| Metales de película gruesa | Ag-Pd Cu |
Au |
Au, Cu, Ag-Pd |
Ad-Pd |
| Metales cofired | W |
Mo |
Au-Cu, Ag-Pd |
W, Mo |
| Capacidad refrigerante, ºC/W en el aire | 6 |
5 |
60 |
30 |
| Capacidad refrigerante, ºC/W en agua | <1 |
<1 |
<1 |
<1 |
Tabla 5. Características del alto rendimiento en cerámicas
El mayor control dimensional y las cintas cada vez más finas en cerámica de múltiples capas son las fuerzas impulsoras para que las técnicas preparen partículas de las características requeridas. La descomposición orgánica del metal y el proceso hidrotérmico son dos métodos de la síntesis que tienen el potencial de producir unos polvos que tienen niveles muy bajos de aglomeración, resolviendo los problemas de la demanda para una fabricación más exacta de la cinta.
Como se declaró anteriormente, el desarrollo de MLCs de funcionamientos múltiples basado en tecnologías existentes ofrece un potencial de crecimiento excelente, puesto que obtiene de los MMCs las posibilidades de los altos substratos del “cofire” (empaquetado) y entierro de los dispositivos superficiales. Al ocultar estos dispositivos superficiales se aumenta la densidad del circuito, conduciendo a una fiabilidad creciente. Por lo tanto, los componentes integrados serán probablemente de una tolerancia más baja y de gama limitada, por lo menos en las etapas de desarrollo tempranas. Los esfuerzos actuales se han dirigido hacia la incorporación del condensador-tipo de múltiples capas planos de la energía y entierro de los componentes de la película gruesa, incluyendo los resistores y los condensadores. La última tecnología de proceso ofrece posibilidades más inmediatas mientras que se desarrolla al cofire en las temperaturas de proceso convencionales de la película gruesa para las cuales una amplia gama de materiales ya existe.
La continua miniaturización del empaquetado electrónico debe considerar el reemplazo de componentes y de procesos usando tales tecnologías de la película fina desarrolladas para los semiconductores como la farfulla, deposición de vapor químico, y solenoide-gel. La farfulla es el proceso por el que un material blanco es bombardeado por los iones de la alta energía que liberan especies atómicas para la deposición en un substrato. La deposición de vapor químico (CVD) implica una corriente gaseosa de los precursores que contienen los componentes reactivos para el material deseado de la película fina, reaccionando generalmente en un substrato calentado. El proceso más reciente para las películas finas, solenoide-gel, utiliza una solución no acuosa del precursor metal-orgánico. Con las hidrólisis controladas, una película fina, adherente es preparada sumergiéndola o cubriéndola en dicha solución. La película secada del "gel" después se cristaliza y densifica con tratamientos de calor. Los progresos futuros de la cerámica electrónica y de los métodos de la película fina se presentan en la tabla 6.
Material |
Aplicación |
Metodos |
|---|---|---|
| PT, PZT, PLZT | Memoria no volátil, ir, detectores piroeléctricos, guías de ondas electro-ópticas y moduladores de luz espaciales | Sol-gel, pulverización catódica |
| Diamante (C) | Herramientas cortantes, semiconductores de alta temperatura, cubiertas de protección óptica | Depositación por vapor químico |
| SiO2, BaTiO3 | Capacitares | Sol-gel, pulverización catódica, depositación por vapor químico |
| Superconductores 1:2:3 | SQUIDs (Superconducting Quantum Interference Devices), nmr, interconexiones |
Tabla 6. Progresos actuales y futuros en la película fina de cerámicas electrónicas.