Технологічні процеси виробництва комутаційних плат

 

Комутаційна плата (КП) є мікроелектронним аналогом друкованої плати і виконана з використанням мікроелектронної технології. Комутаційну плату створюють на діелектричній основі або на діелектричній плівці, на поверхні яких формують багатошарову систему комутаційних провідників і контактних площинок для монтажу компонентів і безкорпусних ІМС і з'єднання виводів КП із виводами корпуса або друкованої плати (рис. 1.61). В окремих випадках на комутаційних платах створюють плівкові резистори (рис. 1.66). Для виготовлення КП використовують як діелектричні (жорсткі й гнучкі) основи, так і металеві пластини. Елементи КП мають задовольняти такі вимоги: питомий опір провідників 1.10^-4 Ом.м, електрична стійкість міжшарової ізоляції Е 4.10⁹ В/м, опір ізоляції - не менш як 1000 МОм, питома ємність між шарами - не більша 5.10⁴ пФ/м². За роздільною здатністю та точністю виготовлення КП перевагу віддають методам тонкоплівкової технології. Але такі КП обмежують швидкодію гібридних ВІС, створених на їх основі, оскільки мають підвищені значення паразитних міжшарових ємностей. Комутаційні плати, виготовлені за товстоплівковою технологією, мають менші «паразитні» ємності і меншу щільність комутації.

Комутаційна плата є конструкційною основою для створення гібридних ВІС і МЗб. Монтаж компонентів і безкорпусних ІМС можливо виконувати з двох боків КП. В залежності від умов експлуатації, вимог до електричних параметрів комутаційної плати, складності системи комутаційних провідників, типу основи та способу формування плівкових структур, для виготовлення КП використовують такі технології:

- тонкоплівкову технологію на жорсткій діелектричній основі;

- тонкоплівкову алюмінієву технологію на жорсткій діелектричній основі;

- тонкоплівкову технологію на поліімідній плівці;

- товстоплівкову технологію на керамічній основі і ін.

Тонкоплівкові комутаційні плати створюють, у основному, вакуумними методами нанесення провідних і діелектричних плівок з використанням фотолітографії або комбінованого методу формотворення, а товстоплівкові - переважно не вакуумними методами з використанням сіткографії для формотворення.

Технологія комутаційних плат подібна технології виготовлення ГІС та МЗб, але має деякі особливості: на підложці формується, як правило, багатошарова система провідників і основна складність технології комутаційних плат у створенні багатошарової ізоляції та комутації між провідниками в різних рівнях.

1. Тонкоплівкова технологія на жорсткій діелектричній основі. Як основу використовують ситал, на поверхню якого наносять матеріали плівкових провідників першого шару (наприклад, підшар – ванадій, шар – алюміній). Фотолітографією виконують формотворення. На наступній технологічній операції на поверхню першого шару провідників наносять шар діелектрика з низькою діелектричною проникністю для зменшення паразитної міжшарової ємності. Проводять другу фотолітографію, відкривають у діелектричній плівці вікна для виконання міжшарових з’єднань. Виконують хімічне очищення підложок і їх завантажують у вакуумну камеру, де проводять в умовах вакууму додаткове очищення поверхні відкритих областей алюмінієвої плівки від оксиду алюмінію.

Наносять другий шар провідників, який, як і перший, може складатись із двох плівок – ванадій, алюміній. Виконують формотворення другого шару провідників, наносять шар діелектрика і в ньому виконують формотворення.

Такою послідовною процедурою нанесення провідного шару і формотворення в ньому, нанесення діелектричного шару і формотворення в ньому створюють багатошарову комутаційну плату. Якщо для провідників використовують алюміній з підшаром ванадію, то шар провідників, у якому будуть створені внутрішні і зовнішні контактні площинки, додатково можуть покривати нікелем, що розширює технологічні можливості приєднання компонентів до комутаційної плати. Для розглянутої технології кількість шарів провідників обмежено трьома. Діелектричні основи можуть бути виконані із інших жорстких діелектриків, а провідні плівки – із інших металів. На завершення технологічного процесу на поверхню комутаційної плати наносять захисний діелектричний шар, у якому відкривають вікна над внутрішніми і зовнішніми контактними площинками. На рис. 1.68. зображена комутаційна плата, виконана за такою технологією.

2. Тонкоплівкова алюмінієва технологія на жорсткій діелектричній основі. У цій технології для провідників і контактних площинок використовують алюміній, а для міжшарової ізоляції - оксид алюмінію, який створюють анодуванням алюмінієвих плівок. Провідники і контактні площинки з алюмінію створюють локальним анодуванням алюмінієвої плівки крізь захисну фоторезистну маску із зображенням провідників і контактних площинок. Послідовність технологічних операцій створення комутаційної плати зображена на рис. 1.66. Кількість шарів провідників обмежена трьома. Із схеми технологічного процесу можуть виключати технологічні операції створення резисторів, або ці операції переносять на верхні топологічні шари.

3. Тонкоплівкова технологія на поліімідній плівці. Технологія комутаційних плат на поліімідній плівці включає виготовлення двобічних комутаційних плат на поліімідній плівці, суміщення та складання окремих плат у пакети з наступним вакуумним паянням міжплатних з'єднань, приклеювання багатошарової комутаційної плати на алюмінієву основу.

Двобічні комутаційні плати виготовляють за наступною схемою: вирізують поліімідну заготівку, в поліімідній основі методами хімічного травлення крізь фоторезистну маску або лазерним променем створюють перехідні отвори для міжшарової комутації (рис. 1.69, а). Після видалення залишків фоторезиста і очищення підложок з двох боків поліімідної плівки послідовно наносять плівки хром – мідь – хром. Виконують двосторонню фотолітографію, створюють фоторезистну маску обернену до рисунка провідників і контактних площинок і хімічним травленням через маску видаляють поверхневий шар хрому. Проводять електрохімічне осаджування міді і сплаву олово - вісмут на відкриті провідники і контактні площинки (рис. 1.69, б).

Плазмо – хімічним методом видаляють фоторезист, а селективними травниками виконують хімічне травлення трьохшарової структури металів хром – мідь – хром (рис. 1.69, в). Ширина провідників та інтервалів між ними 50 - 100 мкм. Товщина провідникового шару 2 – 2,5 мкм, а при необхідності може бути збільшена гальванічним осаджуванням міді.

Двошарові поліімідні плати комплектують у пакети, на поверхню провідників наносять припій (рис. 1.69, г), складають і суміщують плати і виконують вакуумне паяння пакетів плат (рис. 1.69, д). Пакети плат приклеюють до алюмінієвої основи і проводять електричний контроль. Кількість комутаційних шарів провідників за такою технологіею може сягати 12 – 14.

4. Товстоплівкова технологія на керамічній основі Комутаційні плати за товстоплівковою технологією на керамічних підложках реалізують послідовним нанесенням методами трафаретного друку на берилієву (98% BeO) або високоглиноземисту кераміку (96% Al₂O₃ ) провідникових і діелектричних паст із наступним їх відпалюванням. Послідовність технологічних операцій: на керамічну підложку через трафарет наносять перший шар провідників, виконують його сушіння за нормальної температури і за температури приблизно 125 ^оС, проводять високотемпературне відпалювання за температури приблизно 900 ^оС в атмосфері аргону або азоту. Через трафарет, обернений до трафарету першого шару провідників, на поверхню підложки наносять діелектричний шар, який виконує планарізацію поверхні, проводять сушіння шару за нормальної і підвищеної температури. Через третій трафарет із рисунком перехідних отворів між шарами наносять другий діелектричний шар, який ізолює провідники, виконують його сушіння. Відпалюють одночасно два останні шари діелектрика. На поверхню підложки через трафарет із рисунком, оберненим рисунку попереднього трафарету (для нанесення ізолювального діелектричного шару) наносять провідну пасту. Провідна паста заповнює перехідні отвори в попередньому шарі діелектрика. Проводять сушіння і відпалювання міжшарових провідників. Мінімальна ширина провідників і інтервалів - 250 мкм. Для зменшення ширини провідників необхідно застосовувати дорогі пасти на основі платини та паладію. Нині використовують провідникові пасти на основі чистих металів (золота, срібла, нікелю) та сплавів платина – срібло - золото, паладій - золото, паладій - срібло з поверхневим опором 0,005 - 0,1 Ом / . Для міжшарової ізоляції використовують пасти на основі скла й кераміки. Щоб створити за цією технологією один ізольований провідний шар, необхідно використати чотири трафарети, через які нанести два шари провідної пасти і два шари діелектричної пасти. В сучасному серійному виробництві освоєні технології виготовлення комутаційних плати з 2 - 10 шарами провідників. Комутаційна плата, виготовлена за товстоплівковою технологією, зображена на рис. 1.70.

 

 

Рекомендована література

1. Прищепа М. М. Мікроелектроніка. В 3 ч. Ч. 1. Елементи мікроелектроніки [Текст]: навч. посіб. / М. М. Прищепа, В. П. Погребняк./ Під ред. М. М. Прищепи. – К.: Вища шк., 2004. – 431 с.: іл.

2. Прищепа М. М. Мікроелектроніка. В 3 ч. Ч. 2. Елементи мікросхемотехніки [Текст]: навч. посіб. /М. М. Прищепа, В. П. Погребняк./ Під ред.. М. М. Прищепи. – К.: Вища шк., 2006. – 503 с.: іл.

3. Прищепа М. М. Мікроелектроніка. В 3 ч. Ч. 3. Основи мікротехнології [Текст]: навч. посіб. /М. М. Прищепа, В. П. Погребняк/ Під ред. М. М. Прищепи. – Х.: Нац. аерокосм. ун – т ім.. М. Є. Жуковського “Харк. Авіац. ін – т”, 2011. – 738 с.

4. Прищепа М. М. Мікроелектроніка. Елементи мікросхем. Збірник задач [Текст]: навч. посіб. / М. М. Прищепа, В. П. Погребняк/ Під ред. М. М. Прищепи. – К.: Вища шк., 2005. – 167 с.: іл.

5. Аваев Н. А. и др. Основы микроэлектроники: Учебное пособие для вузов / Н. А. Аваев, Ю. Е. Наумов, В. Т. Фролкин. – М.: Радио и связь, 1991. – 288 с.: ил.

6. Воженин И. Н. и др. Микроэлектронная аппаратура на бескорпусных интегральных микросхемах. / И. Н. Воженин, Г. А. Блинов, Л. А. Коледов и др. Под ред. И. Н. Воженина. – М.: Радио и связь, 1985. – 264 с., ил.

7. Мурога С. Системное проектирование сверхбольших интегральных схем: В 2 – х кн. Пер. с англ. – М.: Мир, 1985. – Кн. 1 – 288 с., ил., Кн. 2 – 290 с., ил.

8. Пономарев М. Ф., Коноплев Б. Г. Конструирование и расчет микросхем и микропроцессоров: Учеб. пособие для вузов. – М.: Радио и связь, 1986. – 176 с.: ил.

9. Соклоф С. Аналоговые интегральные схемы: Пер. с англ. – М.: Мир, 1988. – 583 с., ил.

10. Черняев В. Н. Технология производства интегральных микросхем и микропроцессоров: Учебник для вузов. – 2 – е изд., перераб. и доп. – М.: Радио и связь 1987. – 464 с.: ил.

 

 

ЗМІСТ

РОЗДІЛ 1. ТЕХНОЛОГІЧНІ ПРОЦЕСИ ВИРОБНИЦТВА ІНТЕГРОВАНИХ МІКРОСХЕМ 14

1.1. Технологічні особливості виробництва інтегрованих мікросхем.. 14

1.2. Технологічні процеси виробництва біполярних ІМС.. 17

1.2.1. Технологічні процеси виробництва біполярних мікросхем із ізоляцією елементів обернено зміщеними p - n – переходами. 18

1.2.2. Технологічні процеси виробництва біполярних мікросхем із ізоляцією елементів діелектриком.. 35

1.2.3. Технологічні процеси виробництва біполярних мікросхем із комбінованою ізоляцією елементів. 45

1.3. Технологічні процеси виробництва МДН ІМС.. 55

1.3.1. Технологічні процеси виробництва p -канальних мікросхем.. 59

1.3.2. Технологічні процеси виробництва n -канальних мікросхем.. 81

1.3.3. Технологічні процеси виробництва комплементарних МДН - мікросхем.. 115

1.4. Особливості конструкцій і технологій динамічних елементів пам’яті 140

1.5. Особливості конструкцій і технологій мікросхем на польових транзисторах з керувальним переходом метал - напівпровідник. 143

1.6. Сучасні технології мікроелектроніки і перспективи їх розвитку. 145

1.7. Технологічні процеси виробництва гібридних мікросхем і мікрозбірок. 167

1.8. Технологічні процеси виробництва комутаційних плат. 183

Рекомендована література. 188