Фотоструктурированные пасты для применений в 5 G

Фотоструктурированные пасты для применений в 5 G

5 ноября 2019 года

В течении многих лет миниатюризация является основным движителем в электронной промышленности. Это особенно справедливо в отношении печатных плат на керамической основе, имеющей свойства для использования их в платах СВЧ. Постоянно возрастающие технические требования выявили пределы классических толстоплёночных технологий, используемых для производства проводников схемных плат. Однако, сейчас новое поколение толстоплёночных паст и их фотолитографическое структурирование позволяют производить высоко чёткие толстоплёночные структуры, необходимые для применений в 5G.

Более того, этот процесс пригоден для массового производства и промышленных применений, требуя низких инвестиций и минимального увеличения времени производства. Исследователи из Фраунхоферского института керамических технологий и систем (IKTS), продемонстрировали новые пасты на выставке «Продуктроника» в Мюнхене с 12 по 15 ноября 2019 года.

Почти появляется следующее поколение мобильного интернета и мобильной телефонии: пятое поколение или 5G для краткости. Южная Корея, Швейцария и ряд штатов США уже используют 5G. В Германии лицензии на этот стандарт были на аукционе в июне 2019 года. Новая технология также означает, что используемая электроника для передачи и получения сигналов, должна быть более структурированной, чем существующая сейчас. Это равно применимо к антеннам, которые первоначально работали на частоте 3.6 ГГц до переходя на высокие частоты. В терминах миниатюризации, толстоплёночная технология сейчас используется для производства схем, достигших предела. В рамках промышленного использования разрешение в 50 мкм это — абсолютный предел для этого метода. Попросту это означает, что единичные электрические структуры такие, как проводники, имеют минимум ширины 50 мкм. Однако, стандарт 5G требует схем с проводниками 20 мкм и менее.

Структуры с разрешением не толще 20 мкм

Исследователи из Фраунхоферского института керамических технологий и систем (IKTS) в Дрездене, в кооперации с британской компанией MOZAIK, смогли преодолеть эту проблему. Соответствующее лицензионное соглашение подписано в июне 201 9 года. «Мы можем создавать проводники от 20 мкм и менее» — пояснила д-р Катрин Рейнхард, из Фраунхоферского IKTS. «Процесс пригоден для массового производства и промышленного применения при низких затратах». Процесс основан на технологии сеткографической печати, стандартном промышленном методе, поэтому компании смогут продолжить использовать имеющееся у них оборудование. Сеткографическая печать работает следующим образом: сеткотрафарет с желаемым печатным рисунком располагается на подложке, а толстоплёночная паста впрессовывается через проёмы в сетке, создавая рисунок на подложке. На следующей стадии, слой на подложке высушивается и
спекается при высоких температурах, придавая рисунку функциональные характеристики. Однако, нержавеющая проволока в сетке не позволяет получать структуры меньше определённой минимальной толщины. Поэтому, сеткография может только использоваться для создания структур с минимальным разрешением 50 мкм.

Фотопроявляемые пасты добавляют не более 15−30 секунд

Так называемые фотопроявляемые технологии добавляют две дополнительных операции к стандартному процессу. «После высушивания толстоплёночных структур на подложке, далее размещается фотошаблон с окончательной структурой на подложке» — пояснила Рейнхард. Подложка затем засвечивается УФ-светом. Прозрачные места рисунка позволяют УФ-свету проходить через толстоплёночный слой на подложке, где он отверждает полимеры, содержащиеся в пасте. Те части подложки, находящиеся под непрозрачной областью фотошаблона, не засвечиваются УФ-светом, оставляя полимеры в неотверждённом состоянии. Последующий дополнительный шаг включает процесс водного проявления. На этом шаге удаляются эти части слоя неотверждённого полимера, оставляя рисунок на подложке. Поэтому прежние структуры шириной 50 мкм могут быть уменьшены до желаемых 20 мкм в этом процессе, где финальная структура определяется фотошаблоном. Теперь процесс возвращается к обычному, где спекается подложка. Хотя всё это выглядит крайне сложным, весь процесс очень простой. «В общем, две стадии занимают где-то между 15 и 30 сек. каждая» — говорит Рейнхард. «Они легко интегрируются в производственный процесс».
Фотопроявляемые пасты уже доступны для потребителей

Технология фотопроявления включает использование толстоплёночных паст, отверждаемых под воздействием УФ-света, но остающимися без отверждения при дневном. Другими словами, дорогостоящая жёлтая комната не требуется. Ноу-хау фотопроявления состоит в точной регулировке состава пасты. Например, металлизированные пасты содержат металл в виде порошка (серебра, золота или сплавов), формирующего структуры, наряду с УФ-отверждаемым полимером и различными добавками. Если в пасте слишком много металла, то слой при УФ-засветке недостаточно отверждается, вымываясь с подложки в процессе проявления. Если, наоборот, слишком много полимера, то металлическая структура становится пористой и не сможет долго выполнять свою функцию. «Мы должны принять во внимание два дополнительных параметра при проявлении паст: не только функциональность, но и шаги в засветке и проявлении» — говорит Рейнхард. Исследователи из Фраунхоферского IKTS уже достигли этого с пастами, содержащими серебро и золото. Теперь они работают над резистивными пастами и над пастой с платиной. Впервые это исследование приоткрыто на прошедшей выставке «Продуктроника».

Итальянская компания Aurel разрабатывает аналогичные производства, точно соответствующие фотопроявляемым пастам из Фраунхоферского IKTS. Они также показаны на «Продуктронике». «Эта чрезвычайно перспективная технология легко интегрируется в стандартные толстоплёночные процессы — область, в которой Aurel имеет опыт более 50-ти лет» пояснил Фабио Пагнотта, менеджер по продажам и маркетингу в компании. «Мы поэтому выбрали для показа высокоэффективную установку с LED освещением и струйные системы для использования в мелкосерийном и массовом производстве. Прецизионные линии с объединёнными структурами представляют малозатратную альтернативу толстоплёночной и твёрдотельной конструкции радиочастотных и микроволновых модулей, датчиков, чип-компонентов, 3D наслоению и раскладываемым подложкам».

***********************
Компания «БалтМедиа Партнёр» в коммерческом партнёрстве с коллегами помогает внедрению и освоению
эффективной техники и технологии на российском рынке производителей электроники.
По вопросам, связанным с производством электронной продукции, просьба использовать контакт:
Санкт-Петербург, Таллиннское шоссе, 206
Тел. +7 (921) 895−1422, (812) 994−9502
Электронная почта: office@bmptek.ru
Управляющий проекта — Алексей Леонов