книги / Микроэлектроника. Гибридные интегральные функциональные устройства

ских) и бескорпусных БИС в настоящее время незначитель­ но. А микромонтаж кристаллов с жесткими организованны­ ми выводами полностью решает задачи полной автоматиза­ ции данных процессов. Как видно из табл. 2.9, в этом случае суммарная трудоемкость микромонтажа и монтажа кристал­ лов минимальна. В табл. 2.10 приведена относительная оценка стоимости сборки кристаллов в различные корпуса.

Т а б л и ц а 2.9

Т а б л и ц а 2.10

заработная плата и накладные расходы. При выполнении сборочных работ по контрактам стоимость монтажа ИМС в корпус приблизительно в 2 раза выше.

Приведенные данные свидетельствуют о перспективности развития ГИФУ, как конструктивно-технологического на­ правления создания МЭА, так как ГИФУ в основном ком­ плектуется именно бескорпусными ИМС.

ПОДЛОЖКИ И ЭЛЕМЕНТЫ КОММУТАЦИИ ГИФУ

§3.1. Многослойные платы на полиимидной пленке

Как следует из гл. 1 и 2, основными требованиями при создании коммутационных плат ГИФУ являются:

— повышение разрешающей способности рисунка ком­ мутации; при этом важно не только уменьшение ширины проводников и зазоров между ними (50— 100 мкм), но и размера переходных металлизированных отверстий с одно­ го уровня коммутации на другой, а также зазоров между ними и проводниками (до 100 мкм и менее);

— уменьшение шага КП для соединения с выходными КП кристаллов ИМС (желательно до шага КП кристаллов —

ского проектирования на ЭВМ;

—большие размеры плат (до 100 X 100 мм и более);

—высокая степень теплоотвода подложек (оснований) коммутационных плат;

—автоматизация технологических процессов создания плат, переход к групповым способам изготовления на всех операциях, включая операции получения отверстий для металлизированных переходов с одного уровня коммутации на другой;

—максимальное исключение драгоценных металлов и остродефицитных материалов;

—совместимость процессов создания коммутационных плат ГИФУ с процессами осуществления межячеечной и межблочной коммутации.

Наиболее полно этим требованиям удовлетворяют ком­ мутационные платы на основе полнимидных пленок, уста­ новленных на анодированные алюминиевые основания. При­ меняют также многослойные керамические платы (в основ­

ном для создайия ГИФУ на корпусных ИМС — прецизион­ ные печатные платы).

Многослойные платы на полиимидной пленке (МПП — ПМ) формируются на базе двусторонних гибких коммута­ ционных плат толщиной 25—50 мкм, из которых затем изго­ тавливают многослойные пакеты, устанавливаемые на же­ сткое основание. Рассмотрим эти процессы.

Полиимидная пленка, как диэлектрическая основа мно­ гослойных коммутационных плат, обладает наиболее пол­ ным комплексом свойств, необходимых таким материалам. Наряду с высокой прочностью на растяжение, хорошими изо­ ляционными свойствами, высокой химической стойкостью, несгораемостью полиимиду присущ ряд свойств, которые делают его незаменимым в технологических процессах, свя­ занных с вакуумным осаждением пленок и фототравлением. Это прежде всего наиболее высокая среди полимеров темпе­ ратурная устойчивость (не теряет гибкость при температу­ рах жидкого азота и в то же время выдерживает температу­ ры эвтектической пайки кремния с золотом 670 К), отсутст­ вие существенных газовыделений в вакууме до температур 470—500 К, высокая радиационная устойчивость и способ­ ность к равномерному травлению в сильных щелочных средах.

К недостаткам полиимидных пленок можно отнести по­ вышенное водопоглощение и относительно высокую стои­ мость их производства, которая, однако, не столь сущест­ венна для изделий МЭА ввиду малой массы потребляемого материала. На рис. 3.1 представлена структурная схема тех­ нологического процесса изготовления двухуровневой ком­ мутационной платы на основе полиимидной пленки. Сна­ чала с помощью двустороннего фототравления за один цикл формируются отверстия диаметром 20—30 мкм на пленке толщиной 25 мкм и диаметром 50—70 мкм на пленке тол­ щиной 50 мкм; число отверстий может достигать и несколь­ ких десятков тысяч — на площади 100 X 100 и 150 X X 150 мм. Именно при двустороннем фототравлении полиимида достигается благоприятная для вакуумной металлиза­ ции конусообразная форма отверстий, а «проколы» в пленке

Сг толщиной 1—2 мкм позволяет достигнуть большей рав­ номерности, воспроизводимости и силы сцепления с под­ ложкой, чем другие способы металлизации. После избира­

тысяч отверстий в пленке; 4) точное совмещение рисунка отверстий с рисунком платы на обеих ее сторонах, несмотря на усадку пленки; 5) гарантированная металлизация пере­ ходных отверстий.

Промышленные марки полиимидных пленок как отечест­ венные (ПМ, ПИ-40), так и зарубежные (Kapton Н и Карton V) получают путем двухстадийной поликонденсации ангидридов тетракарбоновых кислот и первичных аромати­ ческих диаминов с образованием на первой стадии высокомо­ лекулярной полиамидокислоты и последующей внутримоле­ кулярной циклодегидратацией ее термическим путем с вы­ делением воды. Перечисленные полиимидные пленки изго­ тавливаются на основе диангидрида пиромеллитной кисло­ ты (ПМДА) и 4' 4' диаминодифенилоксида:

где п = 150-=-650. Молекулярный вес упомянутых марок полиимида 60 000—250 000.

Известные до сих пор методы химической активизации поверхности полиимида и его травления связаны с воздей­ ствием на нее сильных щелочей, включая КОН и NaOH. При этом происходит активная деструкция полимера за счет гидролиза О-карбоксиимидных связей. В результате этой реакции возникающие полимерные группы карбоно­ вой кислоты (R СООН) или гидроперекисные группы (R — ООН) приводят к химическому взаимодействию с ато­ мами осаждаемого металла.

Известны физические способы активации поверхности полиимида в плазме тлеющего разряда при плотности тока разряда 10— 103 А/м2 и давлении между электродами 2,7 X XlO2— 2,7 103Па. Более сильное химическое взаимодей­ ствие с осаждаемым металлом наступает при наличии на поверхности полиимида перекисных радикалов (R — О —

— О), С-О-групп и других кислородосодержащих групп, которые возникают при химической обработке разбавленной хромовой смесью на основе серной кислоты при повышенной температуре с последующей термической обработкой (450— 550 К) в инертной атмосфере или в вакууме. Адгезия ваку-

от температуры подложки Тп. Расчетная область ожидае­ мых ВН из-за разницы в температурных коэффициентах расширения пленки и подложки на рисунке заштрихована. Внутреннее напряжение

риала. На рис. 3.4 показана зависимость усадки пленок типа Kapton и ПМ от температуры и времени отжига. Предвари­ тельная термообработка пленок позволяет снизить в 10 раз

усадку, наблюдаемую при последующих технологических циклах.

Однако наиболее существенными являются обратимые ИЛР, которые вызваны, с одной стороны, процессами вла­ гоотдачи и влагопоглощения, а с другой — ВН, возникаю­ щими при вакуумном осаждении металлических пленок. Вклад в ИЛР процессов влагопоглощения может быть учтен в технологическом процессе путем ограничения времени хра-

Рис. 3.4. Зависимость усадки полиимидной пленки А/// от времени |а) / (2 ч) и темпе­

нения пленок в эксикаторе или шкафах с защитной атмосфе­ рой (ШЗА), а также введением дополнительных операций отжига; после удаления влаги происходит восстановление первоначальных размеров.

Наиболее важны ИЛР, возникающие при вакуумном осаждении металлических пленок. На рис. 3.5 представлено изменение линейных размеров ИЛР пленок Kapton после нанесения слоев Сг — Си — Сг т о л щ и н о й 1 мкм в зависимо­

сти от температуры осаждения (учитывался дополнитель­ ный нагрев подложки во время осаждения). С уменьшением температуры осаждения снижается не только ИЛР, но и ее разброс. С учетом приведенных данных для заданных габа­ ритов модуля полиимидной пленки, а также размеров кон­ тактных площадок и переходных отверстий можно опреде­

лить коррекцию комплектов фотошаблонов слоя коммута­ ции. Такая коррекция должна учитывать не только среднее значение ИЛР, но и ее дисперсию. Травителями иолиимидных пленок являются растворы щелочи (КОН или NaOH); для стабилизации процессов травления добавляют моноэтаноламин. Поэтому в качестве контактной маски исполь­ зуют щелочестойкие фоторезисты типа ФН-11. Для улучше­ ния их разрешающей способности применяют допроявление в кислородной плазме высокочастотного разряда; этот про­

Для защиты слоев меди и обеспечения качественной пай­ ки и сварки на контактных площадках гибких схем прово­ дится электрохимическое осаждение олова с присадками висмута, свинца (3—5 мкм), никеля (1—2 мкм) и зблота (1—2 мкм). В качестве основы для электрохимического осаждения олова используют также сернокислый электро­ лит.

ся также в сернокислом электролите с добавками хлористого никеля. Защитное покрытие из гальванического золота осаждается в цитратном кислом электролите.

Установка гибких коммутационных плат на жесткое ос­ нование может быть выполнена различными способами в зависимости от выбранной конструкции гибридных БИС

и ГИФУ Наиболее простым способом является приклейка гибкой двухслойной платы на жесткое основание.

Многослойные платы получают путем установки двух­ слойных плат на жесткое основание с контактными площад­ ками для соединения (рис. 3.6) через фигурные изоляцион­ ные прокладки (из полиимида), причем соединение с кон­ тактными площадками производится с помощью пайки через

§3.2. Теплоотводящие платы ГИФУ

Вкачестве жесткого основания для крепления МПП — ПМ используют металлические пластины с диэлектрической изоляцией, что обеспечивает хороший теплоотвод ячейки.