CS214261B1 - Keramický substrát pro mikrovlnné integrované obvody - Google Patents

Abstract

Vynález se týká oboru elektrotechnické keramiky a řeší problém výroby keramického substrátu,,tj. deskové podložky používané přo mikrovlnné integrované obvody, pracujících při mikrovlnných frekvencích. Keramický substrát podle vynálezu sestává z izometrických krystalů alfaoxidu hlinitého obsahujících alespoň 99,4 % kysličníku hlinitého a obsahuje 0,5 až 2,5 obj. % uzavřené porozity, přičemž krystaly, které vytváří jednu plochu funkční substrátu mají střední velikost nejvýše 1 /im a výškový rtel.iéf této plochy je tvořen přirozenými krystalovými plochami zmíněných krystalů.· tak, že střední hodnota Ra, kterou je střední aritmetická*odchylka od střední čáry reliéfu, je nejvýše 0,05 ^m. Vynálezu může být využito pro zhotovování mikrovlnných integrovaných obvodů, používaných v miniaturních mikrovlnných zařízeních .

Description

Vynález se týká keramického substrátu,'deskovíté podložky, pro integrované obvody, pracující při mikrovlnných frekvencích.

Integrované obvody, pracující při mikrovlnných frekvencích se mohou vyrábět na podložkách ze speciálních skel, z monokrystalu safíru, případně z jiných materiálů. V poslední době se pokládají ze nejvýhodnější slinuté keramické substráty ze zcela bezporézního průsvitného polykrystalického korundu, zhotovované keramickou technologií. Tyto substráty se dokončují vysokoteplotním výpalem ve vodíkové atmosféře, což má za následek, že korundové krystaly, které vytvá řeji slinutou hmotu sbustrátu narůstají ďo rozměrů několika desítekyirn. Takto vzniklý přirozený povrch substrátu je v podstatě nerovný, což je dáno velikosti povrchových krystalů a jejich reliéfem. Proto je třeba tyto sbustráty dokončovat obroušením a pečlivým vyleštěním povrchové vrstvy. Broušení a leštěni tvrdého korundového materiálu je obtížné a enormně nákladné, takže tyto podložky, substráty, jsou velmi drahé, a proto jejich použití je omezeno jen na mimořádně náročné případy, kdy cena obvodu není významná. Dále je přirozenou vlastností všech keramických materiálů, že obsahují byt i malý podíl uzavřených pórů, které se obroušením povrchové vrstvy odkrývají a vytvářej i vady na obroušeném povrchu, které vážně komplikují vytváření jemných funkčních motivů na povrchu substrátů a vážně snižuje výtěžnost při výrobě obvodů.

Jsou též známy keramické substráty na bázi oxidu hlinitého s přirozeným povrchem a menší velikostí zrna, nežli výše uvedené průsvitné leštěné substráty, ale tyto substráty mají buďto nižší obsah oxidu hlinitého a nepřijatelně vysoké dielektrické ztráty, anebo nejkvalitnější z nich nemají dostatečně hladký.a kvalitní funkční povrch a navíc obsah uzavřených pórů je natolik proměnný, že z toho vyplývající rozptyl dielektrických parametrů je velký a zejména rozptyl permitivity neumožňuje vytváření dostatečně jakostních mikrovlnných integrovaných obvodů.

Uvedené nedostatky odstraňuje keramický substrát pro mikrovlnné integrované obvody podle vynálezu, jehož podstatá spočívá v tom, že sestává z izometrických krystalů alfa - oxidu hlinitého obsahujících alespoň 99,4 % kysličníku zlinitého a obsahuje 0,5 až 2,5 objemového % uzavřené porozity, přičemž krystaly vytvářející jednu funkční plochu substrátu mají střední velikost nejvýše 1yum a výškový reliéf této plochy je tvořen přirozenými krystalovými plochami zmíněných krystalů tak, že střední hodnota Ra, jíž je střední aritmetická odchylka od střední čáry profilu, je nejvýše 0,05/im.

Výhodou substrátu podle vynálezu je zejména hladký, uniformní, jemně krystalický povrch bez prohlubní, důlů a dírek, který umožňuje zhotovení obvodů s celistvými liniemi, bez přerušení a poškození obvodu, způsobených zpravidla dírkami a dalšími poruchami povrchu. Další výhodou tohoto substrátu je velmi malý rozptyl permitivity, související s malým vymezeným podílem uzavřené porozitosti. Dalšími výhodami jsou velká mechanická pevnost související s jemnozrniiou strukturou substrátu, malé dielektrické ztráty. Konečně další výhodou předmětného substrátu jsou oproti dosavadním substrátům z oxidu hlinitého významně nižší výrobní náklady, ježto zcela odpadá nutnost brousit a leštit funkční povrch substrátu.

Příklad

Z práškové keramické hmoty, sestávající z 99,0 % kysličníku hlinitého, 0,12 % kysličníku ho214261 řečnatého a 0,08 % kysličníku chromitého byly keramickými výrobními postupy zhotoveny substrá ty o rozměru 50 x 50 x 0,63 mm. Substráty byly vypáleny při relativně nízké teplotě 1 490 °C a po výpalu byl přirozený povrch těchto substrátů ponechán bez dalších úprav, takže sestával z přirozených krystalových ploch krystalů alfa - oxidu hlinitého. Měřením bylo zjištěno, že substráty mají objemovou hmotnost 3,94 g/cm a že tato hodnota se u jednotlivých substrátů ne 3 liší a to o více jak plus nebo minus 0,01 g/cm , takže substráty mají uzavřenou porozitu přibližně 0,75 až 1,25 objemových %. Dále strukturní měření prokázala, že obě funkční plochy substrátu sestávají z izometrických krystalů alfa - oxidu hlinitého o střední velikosti 0,77 jam. Hladkost povrchu byla změřena dotykovým měřičem drsnosti s diamantovým hrotem typ Hommletester T 100 a nalezená hodnota Ra = 0,03/U^m· b° hodnoty drsnosti jsou zahrnuty nerovnosti o maximální délce vlny 0,025 mm. Při frekvenci 10 GHz byla zjištěna relativní permitivita

9,80 a odchylky u jednotlivých substrátů představovaly nejvýše plus nebo minus 1,45 této - -4 hodnoty. Ztrátový činitel tg delta byl při stejne frekvenci 1,3.10 . Funkční povrchy substra tú byly bez viditelných dírek, prohlubní a jiných vad zasahujících pod ideální rovinu povrchu. Na těchto substrátech byly zhotoveny vzorky integrovaných obvodů, pracujících při mikrovlnných frekvencích, Výtěžnost při zhotovení obvodů byla vyšší nežli u srovnávací serie dosavadních substrátů z oxidu hlinitého s leštěným povrchem, přičemž funkční vlastnosti obvodů by ly zcela srovnatelné.

Keramické substráty podle vynálezu jsou vhodné a výhodné pro zhotovování mikrovlnných integrovaných obvodů, používaných v miniaturních mikrovlnných zařízení.

Claims (1)

1. PŘEDMĚT VYNÁLEZU

   Keramický substrát pro mikrovlnné integrované obvody na bázi oxidu hlinitého vyznačený tím, že sestává z izometrických krystalů alfa - oxidu hlinitého obsahujících alespoň 99,4 % kysličníku hlinitého a obsahuje 0,5 až 2,5 obj. % uzavřené porozity, přičemž krystaly vytvářející alespoň jednu funkční plochu substrátu mají střední velikost nejvýše 1 um a výškový reliéf této plochy je tvořen přirozenými krystalovými plochami zmíněných krystalů tak, že střední hodnota Ra, jíž je střední aritmetická odchylka od střední čáry profilu, je nejvýše 0,05 /im.