Конструирование пленочных элементов

 

Сравнительная характеристика пленочных элементов и технологий их получения. Пассивные элементы схемы могут быть выполнены путем нанесения на подложку или монтажное основание тонких или толстых пленок. Принципиальные различия физических явлений, лежащих в основе получения тонких и толстых пленок, привели к возникновению и развитию двух самостоятельных технологических направлений. Первое из них базируется в основном на вакуумной технологии, второе связано с формированием пленок методом вжигания [31,8,53,54].

Конструкции пленочных элементов (ПЭ) и технологические возможности их изготовления обеспечивают им ряд преимуществ, а именно:

- широкий диапазон номиналов пассивных элементов с хорошими электрическими характеристиками (высокой добротностью, температур­ной и временной стабильностью);

- плавное и дискретное изменение номинальных значений ПЭ, позволяющее получать элементы с любой требуемой точностью, а также осуществлять их функциональную доводку без применения традиционных регулировочных компонентов;

Технологические процессы и оборудование тонкопленочной технологии отличатся более высокой сложностью, чем в толстопленочной. Кроме того, специфика вакуумной технологии обуславливает жесткие требования к чистоте исходных материалов. Эти обстоятельства повышают технологическую себестоимость тонкопленочных ПЭ. Тем не менее только в рамках тонкопленочной технологии может быть достигнута высокая степень интеграции и точность ПЭ.

Процессы и оборудование толстопленочной технологии существенно проще, однако недостаточная точность ПЭ, получаемых в основном цикле, требуетих индивидуальной доводки на последующих этапах.

Выбор базовой технологии, в конечном счете определяется спецификой проектируемой интегральной микросхемы или микросборки: если требования к габаритам и точности являются доминирующими, то предпочтительнее тонкопленочная технология; толстопленочную технологию применяют для изготовления дешевых схем, кроме того, она имеет преимущества при изготовлении мощных гибридных интегральных микросхем (ГИС). В ряде случаев решающим при выборе базовой технологии является имеющееся на предприятии оборудование.

Процесс изготовления ГИС состоит из двух последовательных этапов; на первом - формируется пассивная часть микросхемы, на втором, - осуществляется сборка, монтаж, герметизация.

Изготовление пассивной части ГИС представляет собой комплексный технологический процесс в результате которого на групповых подложках формируются основные функциональные и вспомогательные ПЭ. Основными функциональными элементами являются резисторы, конденсаторы, катушки индуктивности, RС- и LC - цепи с распределенными параметрами. К вспомогательным элементам относятся коммутационные проводники и контактные площадки различного назначения (для подсоединения навесных дискретных компонентов, для подсоединения внешних выводов корпуса, для контроля параметров ПЭ и работоспособности микросхемы на завершающих этапах производства).

Для изготовления пассивной части ГИС наряду о универсальным оборудованием требуется специальная технологическая оснастка, обеспечивающая получение пленочных слоев заданной конфигурации. Исходными документами для изготовления технологической оснастки служат топологические чертежи слоев, разрабатываемые на этапе конструирования ГИС. На основе топологических чертежей с помощью координатографа изготавливаются оригиналы, которые затем многократно переснимают в масштабе 1:1 по отношению к реальной схеме (мультиплицируют), получая эталонный фотошаблон. Эталонный фотошаблон служит основой для получения рабочих фотошаблонов и свободных масок (целевых трафаретов), используемых для получения рисунка тонкопленочной ГИС, и сетчатых трафаретов - для толстопленочных ГИС.

Для изготовления пассивной части ГИС необходим комплект фотошаблонов (трафаретов), состоящийиз 3-7 штук (по числу наносимых слоев). Входящие в комплект фотошаблоны (трафареты) имеют различные, но взаимосвязанные изображения отдельных технологических слоев. Изготовление технологической оснастки является трудоемким и длительным процессом, что предъявляет особо жесткие требования к качеству выполнения конструкторской документации, поскольку даже незначительные изменения в топологии требуют изготовления нового комплекта технологической оснастки.

После изготовления пассивной части ГИС подложку разделяют на отдельные платы, которые поступают на сборку. В процессе сборки осуществляют индивидуальную доводку отдельных ПЭ, монтируют навесные компоненты, проводят проверку работоспособности и выполняют функциональную доводку, если она предусмотрена. На завершающем этапе микросхемы монтирует в герметичные корпуса, опрессовывают или обволакивают влагостойкими компаундами.

Подложка ГИС на которой производится монтаж всех компонентов и ПЭ выполняет следующие функции:

- является основанием, на которой наносятся ПЭ;

- изолирует отдельные элементы и компоненты друг от друга;

- является теплоотводящим элементом конструкции.

К материалу подложки предъявляются требования, обусловленные конструктивным назначением, условиями эксплуатации и технологическими воздействиями, которым подвергаются подложки в процессе производства.

Материал подложки должен обладать высокой механической проч­ностью при малой толщине, хорошими изоляционными свойствами: высо­ким объемным и поверхностным сопротивлением (во избежание токов утечки через подложку); малыми диэлектрическими потерями; небольшой диэлектрической проницаемостью, влияющей на величину паразитных взаимосвязей. С целью обеспечения высокой надежности работы ГИС к материалу подложки предъявляются следующие требования:

- электрофизические свойства материала не должны заметно изменяться с течением времени и при температурных воздействиях в процессе эксплуатации;

- материал подложки должен быть химически инертным, исключаю­щим химические взаимодействия между ПЭ и подложкой в течении всего срока службы;

- материал подложки должен иметь высокую теплопроводность для обеспеченного температурного режима работы ГИС за счет хорошего отвода тепла на корпус и малого температурного градиента на поверхности подложки, исключающего локальные перегревы;

- температурный коэффициент линейного расширения (ТКЛР) материала подложки должен быть близкий к ТКЛР наносимых пленок для снижения внутренних напряжений, которые могут привести к отслаиванию пленок или появлениюв них трещин.

Особенности пленочной технологии требуют, чтобы подложки были с гладкой и плоской рабочей поверхностью при высокой параллельности рабочей и обратной сторон подложки. Шероховатость рабочей поверхности подложек должна составлять: для тонкопленочных ГИС R_z = 0,05-0,1; для толстопленочных = 0,2- 1,6.

Кроме того, материал подложки должен не выделять газов в вакууме, быть теплостойким, т.е. иметь высокую температуру начала тепловой деформации, а также низкую стоимость и недефицитность.

Ни одиниз известных материалов в полной мере не удовлетворяет перечисленным требованиям. Наибольшее распространение получили три группы материалов: стекла, ситаллы и керамика. Электрофизические параметры основных материалов приведены в табл.4.34.

Стекло как наиболее дешевый материал имеет высокие диэлектрические свойства, хорошо обрабатывается и полируется, но является очень хрупкий материалом (при малой толщине), имеет малую тепло­проводность, низкую температуру тепловой деформации, недостаточную химическую стойкость. Для промышленного применения в тонкопленоч­ных ГИС разработаны специальные бесщелочные стекла марок С4I-I и C48-3.

В качестве материала подложек тонкопленочных ГИС чаще всего используются ситаллы - стекла с равномерно распределенной кристаллической фазой, достигающей 95%. Ситаллы характеризуются высокой механической прочностью, влаго- и газонепроницаемостью, большей, чем у стекол, теплопроводностью и химической стойкостью. Однако диэлектрические потери у них соответствуют потерям в стеклах, а операции шлифования и полирования характеризуются большей трудоемкостью. Наиболее часто используют подложки из ситалла марки СТ 50-1, для высокочастотных схем применяют марки СТ38-1 и CT32-I, отличающиеся меньшими диэлектрическими потерями.

 

 

Таблица 4.34

 

Параметры материалов оснований ГИС

 

Материал	ТКЛР X 10^7. ^0С^-1	Коэффициент телопро-водности, , Вт/(м ^. 0С)	Диэлектри-ческая проница-емость,	Тангенс диэлектри-ческих потерь x 10^4	Температура деформации, ^0С
Стекло C4I-I			7,5
Стекло С48-3		1,5
Ситалл СТ50-1		1,5	8,5
Ситалл СТ38~1		1,2	7,4		-
Плавленый кварц Керамика 22ХС		1,2   10,0	3,8   10,0	-
Поликор		35,0	9.0		-
Керамика глазурованная		1,2-1,7	10,0
Керамика бериллиевая			7.5

По сравнению с ситаллами керамические материалы обладают большей теплопроводностью и механической прочностью, малыми диэлектрическими потерями. Однако исходная гладкость поверхности керамических подложек недостаточна, а шлифование и полирование не позволяют достигнуть желаемых результатов, поскольку поверхность становится неоднородной вследствие вскрытия внутренних структурных дефектов - пор и полостей, образовавшихся при выгорании органической связки в процессе отжига заготовок будущих подложек. Подложки из керамики в основном используются для толстопленочных ГИС. Наибольшее распространение получила высокоглиноземистая керамика марки 22ХС, содержащая 94 - 96 % окиси алюминия.

В качестве материала подложек ГИС повышенной мощности применяют керамику на основе окиси бериллия с исключительно высокой теплопроводностью, которая только в 5 раз ниже теплопроводности меди. Применение бериллиевой керамики ограничено ее высокой стоимостью и токсичностью пыли, образующейся при механической обработке. При использовании бериллиевой керамики в качестве подложек тонкопленочных ГИС возникает необходимость в глазуровании рабочей поверхности подложки, что снижает ее теплопроводность.

Подложкииз монокристаллических материалов - кварца, искусственного сапфира, а также металлические подложки с изолирующими грунтовыми слоями не нашли широкого применения вследствие высокой сложности их изготовления.

Тонкие пленки наносят на подложку термическим испарением в вакууме, катодным и ионно-плазменным распылением [31,53,54]. При термическом испарении в вакууме напыляемый материал помещают на испаритель, расположенный в рабочей камере вакуумной установки напротив подложки, и нагревают его до температуры, при которой давление его паров становится выше рабочего давления, в результате чего поток испаренных атомов осаждается на подложку. Нагрев напыляемого материала может быть резистивным (за счет прохождения электрического тока), индукционным (за счет энергии высокочастотного поля) или электронным (за счет энергии пучка электронов, бомбардирующих напыляемый материал).

Термическим испарением в вакууме удается получить наиболее чистые пленки. Достоинствами этого метода является его простота, высокая скорость осаждения пленок, возможность напылять проводящие, резистивные, диэлектрические материалы. Однако этим методом трудно получить пленки из материалов сложного состава, тугоплавких материалов.

При катодном распыления энергия, необходимая для отрыва атомов от испаряемого вещества, получается в результате бомбардировки его поверхности ионами плазмы. Плазму получают возбуждением тлеющего разряда между двумя электродами, находящимися под разностью потенциалов 3 - 6 кВ в среде инертного газа. Положительные атомы плазмы разгоняются в электрическом поле и бомбардируют катод, вырывая с его поверхности отдельные атомы, которые двигаются к подложке и осаждаются на ее поверхность.

Метод ионно-плазменного распыления является разновидностью катодного распыления, при котором для возбуждения дугового разряда используются термоэлектронный катод и анод, а распыляемый материал помещается в плазму в качестве третьего электрода - мишени, находящейся под большим (несколько киловольт) отрицательным потенциалом.

Положительные ионы плазмы направляются к мишени, бомбардируют ее, а выбитые из нее атомы испаряемого вещества летят к подложке. Методами катодного и ионно-плазменного распыления можно напылить тугоплавкие металлы, многокомпозиционные сплавы, получая пленки, характеризующиеся высокой адгезией к подложке, высокой однородностью и равномерностью по толщине.

В тонкопленочной технологии различают два способа осаждения многослойных структур: раздельный и непрерывный При раздельном способе для осаждения каждого слоя пленочной структуры требуется отдельный вакуумный цикл. При непрерывном способе осаждение всех слоев производится за один вакуумный цикл. Каждый из указанных способов имеет свои достоинства. При раздельном способе нет взаимного загрязнения наносимых пленок испаряемыми материалами, проще технологическая оснастка в вакуумной камере, появляется возможность межоперационного контроля элементов микросхемы. При непрерывном способе исключается воздействие атмосферного загрязнения, значительно сокращается время изготовления за счет уменьшения количества циклов откачки вакуумной камеры, легче обеспечивается автоматизация процесса.

Получение рисунка слоев тонкопленочной ГИС возможно масочным методом и методом фотолитографии. Масочный метод основан на осаждении пленок на подложку через маску (щелевой трафарет), представляющую собой тонкую металлическую фольгу толщиной 30-100 мкм со сквозными прорезями в соответствии с требуемым рисунком слоя. Маска закрепляется в маскодержателе, который обеспечивает плотный прижим маски и ее фиксацию по отношению к подложке. Маски в процессе эксплуатации постепенно теряют свою точность вследствие осаждения на них напыляемого материала. Кроме того, маски вносят погрешность в геометрию рисунка вследствие:

- подпыления материала в область тени из-за неплотного прилеганиямаски к подложке;

- затенения (так как маска имеет заметную толщину);

- различия ТКЛР маски и подложки.

Несмотря на перечисленные недостатки; масочный метод широко используется при изготовлении тонкопленочных ГИС, а во многих случаях является незаменимым благодаря исключению действия травильных растворов на пленки, что неизбежно при фотолитографии.

Метод фотолитографии или избирательного фотохимического травления сплошных тонкопленочных слоев позволяет создавать очень сложный рисунок без ограничений конфигурации с высокой точностью геометрических размеров и плотностью размещения элементов в слое. Метод основан на фотопереносе изображения с фотошаблона на светочувствительный слой фоторезиста, нанесенного на сплошную пленку предварительно напыленного на подложку материала. При последующем проявлении изображения отдельные участки фоторезиста растворяются, образуется фоторезистивная маска, защищающая те участки пленки, которые необходимо сохранить. Незащищенные участки пленки удаляются с поверхности подложки химическим травлением, после чего фоторезистивная маска удаляется.

Кроме рассмотренных, используется комбинированный метод, использующий совместно масочный и фотолитографический методы. Масочный метод применяют в мелкосерийном и серийном производстве, точность изготовления R и С составляет 10%. Фотолитографический метод широко используют в крупносерийном производстве, а также для производства микросхем, содержащих только резисторы и вспомогательные элементы. Достижимая точность изготовления пассивных элементов %. Комбинированный метод применяют в серийном производстве, приэтоммаксимальная точность изготовления R и С составляет % и, % соответственно.

На основе промышленного опыта изготовлениятонкопленочныхГИС принята следующая последовательность нанесения слоевпри формировании пассивной части: резисторы, проводники и контактные площадки, межслойная изоляция, проводники, нижние обкладки конденсаторов, диэлектрик конденсатора, верхние обкладки конденсаторов, защитный слой.

При масочном методе последовательность операций технологического процесса совпадает с приведенной выше последовательностью.

Технологический процесс изготовления пассивной части ГИС при фотолитографическом методе может строиться по двум вариантам:

 

Первый вариант:	Второй вариант:
- напыление резистивной пленки; - напыление проводящей пленки; - фотолитография проводящего слоя; - фотолитография резистивного слоя; - нанесение защитного слоя.	-нанесение резистивного слоя; - нанесение проводящего слоя; - фотолитография проводящего и резистивного слоев; - фотолитография проводящего слоя (над резисторами); - нанесение защитного слоя.

При совмещенном методе процесс строится в следующей последовательности;

- нанесение резистивного слоя;

- нанесение проводящего слоя;

- фотолитография проводящего и резистивного слоев;

- фотолитография проводящего слоя;

- нанесение нижних обкладок конденсаторов через маску;

- нанесение диэлектрика через маску;

- нанесение верхних обкладок конденсатора через маску; нанесение защитного слоя через маску.

Для изготовления тонкопленочных ГИС применяется большое разнообразие материалов.

Материалы резисторов. Параметры тонкопленочных резистивных пленок определяются свойствами резистивных материалов, толщиной резистивной пленки и условиями ее формирования. Для создания ГИС необходимы резистивные пленки с удельным поверхностным сопротивлением от десятков до десятков тысяч Ом на квадрат. Чем меньше толщина пленки, тем выше ее , но одновременно повышается ТКЛР, ухудшается временная и температурная стабильность пленок. Поэтому толщина пленки выбирается экспериментально. В качестве резистивных материалов используют чистые металлы, сплавы и микрокомпозиции.

Из чистых металлов для получения резистивных пленок используют хром, тантал, рений и некоторые другие редкоземельные металлы.

Широкое распространение для создания резистивных пленок получили такие сплавы и микрокомпозиции, в состав которых наряду с металлами вводятся диэлектрические (кермет) и полупроводниковые материалы. Проводимость в таких структурах при высоких концентрациях металла осуществляется за счет контактов между металлическими гранулами, а при большом содержании диэлектрика (полупроводника) - смешанный механизм, включающий металлическую проводимость, туннельный эффект и термоэмиссию.

В настоящее время в промышленности используются кермет (50 – 90% Cr, 50-l00% SiO) и металлосилицидные сплавы систем Сr – Si, легированные небольшим количеством железа, никеля, кобальта, вольфрама (МЛТ-3М, PC-3001, PC-3710, PC-5604 К и др.). Основные параметры резистивных материалов приведены в табл. 4.35.

Материалы конденсаторов. Обкладки конденсаторов должны иметь высокую проводимость, коррозионную стойкость, технологическую совместимость с материалом подложки и диэлектрика конденсатора (ТКЛР, близкие к ТКЛР подложки и диэлектрика, хорошую адгезию к подложке и диэлектрику), высокую механическую прочность.

Наилучшим материалом для обкладок конденсаторов является алюминий, который однако, имеет плохую адгезию к подложке. Для предотвращения отслаивания нижней обкладки вначале напыляют подслой титана или ванадия. Верхняя обкладка, напыляемая на диэлектрик, не требует подслоя. Применение золота для обкладок не рекомендуется из-за высокой подвижности атомов и возможной диффузии сквозь диэлектрик, приводящей к короткому замыканию обкладок.

Материал диэлектрика должен иметь хорошую адгезию к подложке и материалу обкладок, обладать высокой электрической прочностью и малыми потерями, иметь высокую диэлектрическую проницаемость и минимальную гигроскопичность, не разлагаться в процессе формирования пленок. В качестве диэлектрических материалов наиболее часто используют моноокиси кремния и германия. В табл.4.36 приведены основные параметры диэлектрических материалов тонкопленочных конденсаторов.

Материалы проводников и контактных площадок. Они должны иметь малое удельное сопротивление, хоровую адгезию к подложке, высокую коррозионную стойкость. Самым распространенным материалом тонкопленочных проводников и контактных площадок в ГИС повышенной надежности является золото с подслоем хрома, нихрома или титана. Подслой обеспечивает высокую адгезию, а золото - нужную проводимость, высокую коррозионную стойкость, возможность пайки и сварки. Толщина золотых пленочных проводников обычно составляет 0,5-1 мкм.

В аппаратуре с менее жесткими требованиями к надежности в качестве проводников используют пленки меди или алюминия с подслоем хрома, нихрома или титана. Для предотвращения окисления меди и улучшения условий пайки или сварки ее покрывают никелем, золотом или серебром. Для пайки медные контактные площадки облуживают. Алюминий обладает высокой коррозионной стойкостью и может использоваться как с защитным покрытием никеля для обеспечения возможности пайки, так и без него, если присоединения навесных элементов осуществляется сваркой. Толщина медных и алюминиевых проводников 1 мкм.

В табл.4.37 приведены основные параметры токопроводящих материалов, подслоя и покрытия.

 

 

Таблица 4.35

Основные параметры тонкопленочных резисторов

 

Материал	Параметры
резистивной пленки	контакт-ных площадок	Удельное поверхност-ное сопротивле-ние пленки , Ом/	Диапазон номиналь-ных значений сопротивле-ний, Ом	Допусти-мая удельная мощность , мВт/мм^2	Температур-ный коэффициент сопротивле-ния х 10 ^4, °C^-1
Хром	Медь (луженая)		50-30000		0,6
Нихром, проволока	Золото с подслоем хрома		1-10000		-2,25
Нихром, проволока Х20Н80	Медь		5-50000		-2,25
Сплав МЛТ-ЗМ	Медь с подслоем ванадия (луженая), с подсло-ем нихрома (защи- щенная никелем)		50-50000		2,0
Сплав РС-3001	Золото с подслоем хрома (нихрома)		100-50000 200-100000		-2,0
Сплав PC-3710			1000-200000		-3.0
Кермет К-50С	Золото с подслоем хрома (нихрома)		100-10000 500-200000 10000-10000000		3,0 -4,0 -5,0

 

Таблица 4.36

Основные параметры диэлектрических материалов тонкопленочных конденсаторов

Материал	Параметры
диэлектрика	обкладок	Удельное поверхност-ное сопротивле-ние пленки, обкладок , Ом/	Удельная емкость   С0, пФ/см^2	Рабочее напряжение Up, B	Диэлектри-ческая проницае-мость при   f = 1кГц	Тангенс угла диэлектри-ческих потерь при f = 1 кГц	Электрическая прочность Е пр,   В/мкм	Температурный коэффициент емкости х 10^4,^0С^-1
Моноокись кремния	Алюми-ний А-99 (ГОСТ 11069-64)	0,2			5,0-6,0	0,01 0,02
Моноокись германия	0,2			11- 12	0,005 - 0,007
Боросиликатное cтекло	0,2.	2500;5000 10000; 15000	24;15 10; 8		0,001- 0,0015		0,35
Стекло электро-вакуумное С41-1	0,2	15000; 20000 30000; 40000	12,6; 10-12.6; 6,3-10; 6,3	5 2	0,002- 0,003		1.5

 

 

Таблица 4.37

Параметры многокомпонентных систем проводников и контактных площадок тонкопленочных ГИС

Материалы подслоя, слоя и покрытия	Толщина слоев, мкм	Удельное поверхностное сопротивление. , Ом/	Рекомендуемый способ контактирования внешних выводов
Подслой - нихром Х20Н80 ГОСТ 2238-58 Слой – золото Зл999,9	0,01-0.03   0.6-0,8	0,03-0,05	Пайка микропаяльником или сварка импульсным косвенным нагревом
Подслой-нихром Х20Н80 Слой – медь МВ (Вакуумноплавленная) Покрытие – никель	0,01 – 0,03   0,6-0,8   0,8 – 0,12	0,02-0,04	Сварка импульсным косвенным нагревом
Подслой – нихром Х20Н80 Слой – медь МВ Покрытие – золото Зл. 999,9	0,01-0,03   0,6-0,8 0,05 –0,06	0,02-0,04	Пайка и микропаяль-ником или сварка импульсным косвенным нагревом
Подслой-нихром Х20Н80 Слой – алюминий А-97	0,01-0,03   0,3-0,5	0,06-0,1	Сварка сдвоенным электродом
Подслой-нихром Х20Н80 Слой - алюминий А99 Покрытие - никель	0,04-0,05   0,25-0,35 0,05	0,1-0,2	Сварка импульсным косвенным нагревом

 

Толстопленочная технология представляет собой процесс нанесения на подложку проводящих, резистивных и диэлектрических паст с последующим их вжиганием.

В состав пасты входят основной (функциональный) материал и вспомогательные материалы, придающие пасте основные технологические и физико-химические свойства.

В качестве основных материалов в проводящие и резистивные пасты входят металлы , сплавы , , , многокомпонентные системы . С целью экономии драгоценных металлов для резистивных паст применяют сплавы и пасты на основе .

Основным материалом для диэлектрических паст конденсаторов служит размельченная керамика с высокой диэлектрической проницаемостью и низким , например керамика на основе титаната бария (). Для межслойной изоляции используют кристаллизующиеся стекла о малым значением диэлектрической проницаемости.

В качестве вспомогательных материалов в пасту входит мелкодисперсное стекло (фритта), осуществляющее после вжигания связывание частиц основного материала между собой и с подложкой, а также органическая связка, служащая для придания пасте необходимых вязкости и поверхностного натяжения, что позволяет ей легко продавливаться через сетчатый трафарети, не растекаясь, закрепляться на подложке, в качестве органической связки исполъзуются органические вещества (смолы, воск, парафин) и растворители.

Характеристики проводящих, резистивных к диэлектрических паст приведены в табл. 4.38, 4.39, 4.40.

Нанесение паст можно производить бесконтактным и контактным способами.

При бесконтактном способе сетчатый трафарет и подложка устанавливаются с некоторым зазором, пасту подают поверх трафарета и передвижением ракеля через отверстия в трафарете продавливают на подложку. Качество трафаретной печати зависит от скорости перемещения и давления ракеля, зазора между трафаретом и подложкой, натяжения трафарета и свойств пасты.Для устранения неравномерности толщины толстопленочных резисторов рекомендуется составлять топологию так, чтобы все резисторы размещались по длине в одном направлении по движению ракеля.

При контактном способе трафарет плотно прижимают к подложке, отделение подложки от трафарета осуществляется вертикальным перемещением без скольжения во избежание размазывания отпечатка пасты. Точность отпечатка при контактном способе выше, чем при бесконтактном.

После нанесения каждого слоя пасты он подвергается термообработке - сушке и вжиганию, в результате чего происходит выгорание органической связки (температура 300-400 ⁰С) и соединение (спекание) частиц основного материала со стеклом и с подложкой (температура 500-1000 °С). Первыми наносят пасты, имеющие наибольшую температуру вжигания. Интервал температур вжигания

Таблица 4.38

Характеристики проводящих паст (ПП)

Обозначение пасты	Удельное поверхностное сопротивление , Ом/	Область применения
ПП- 1	0,05	Проводники, нижние обкладки конденсаторов и контактные площадки первого слоя
ПП - 2	5,0	Верхние обкладки конденсаторов, несмачиваемые припоем при лужении
ПП - 3	0,05	Проводники, нижние обкладки конденсаторов и контактные площадки
ПП - 4	0,05	Проводящие элементы, наносимые на слой диэлектрика

 

Таблица 4.39

Удельное поверхностное сопротивление резистивных паст (ПР)

Обозначение пасты	ПР-5	ПР-100	ПР-500	ПР-1к	ПР-Зк	ПР-6к	ПР-20к	ПР-50к	ПР-100к
Удельное поверхностное сопротивление , Ом/

 

между слоями составляет 50…100 ⁰С. Резистивные пасты вжигают последними, а диэлектрические - в два слоя для исключения сквозных пор в диэлектрике.

Последовательность технологических операций формирования слоев толстопленочной ГИС следующая: формирование проводников, контактных площадок и нижних обкладок конденсаторов; формирование слоя диэлектрика; формирование верхних обкладок конденсаторов; формирование резисторов.

Исходными данными для конструирования пленочного резистора являются: номинал резистора R, Ом; допуск на номинал (точность) , %; мощность рассеяния Р, мВт. Процесс конструирования пленочного резистора включает выбор его формы, материала и расчет его геометрических размеров с учетом конструктивно-технологических ограничений. Наиболее предпочтительна

прямоугольная форма резистора (рис.4.36, а,б,в), где и - длина и ширина резистора; - величина перекрытия контактного перехода. Высокоомные резисторы, у которых , выполняются в виде меандра с контактными

Таблица 4.40

Характеристики паст для диэлектрика конденсаторов (ПК) и

межслойного диэлектрика (ПЛ)

Обозначение пасты	Толщина пленки, мкм	Удельная емкость, С0, пФ/см ^2	Область применения
ПК 1000-30	40-60		Диэлектрик конденсаторов, изоля­ции пересекающихся проводников
ПК 12	40-60		Диэлектрик конденсаторов
ПД-1	60-70		Межслойная изоляция при двух уровнях проводников
ПД-2	50-60		Межслойная изоляция при трех и более уровнях
ПД-3	30-50	-	Верхний защитный слой при использовании ПД-1
ПД-4	30-50	-	Верхний защитный слой при использовании ПД-2

площадками (рис.4.36,г) или регулярного меандра (рис.4.36,д). Низкоомные резисторы изготавливают в виде замкнутого контура (рис.4.36,е).

Расчет геометрических размеров резистора проводится в следующей последовательности.

1. Определяют оптимальное сточки зрения минимума площади под резисторами ГИС сопротивление квадрата резистивной пленки

,

где: - число резисторов; - номинал -го резистора.

2. По табл.4.39 выбирают материал резистивной пленки с удельным сопротивлением, ближайшим по значению к вычисленному . При этом необходимо, чтобы TKС материала был минимальным, а удельная мощность рассеяния - максимальная.

3. Производят проверку правильности выбранного материала с точки зрения точности изготовления резистора.

Полная относительная погрешность изготовления пленочного резистора

состоит из суммы погрешностей

где - погрешность коэффициента формы; - погрешность воспроизведения величины резистивной пленки; - температурная погрешность; - погрешность переходных сопротивлений контактов; - погрешность, обусловленная старением пленки.