книги / Технологическое проектирование микросхем СВЧ

противления. Одновременно при нагреве на воздухе возника­ ют окислительные процессы, что вызывает увеличение сопро­ тивления. При импульсной доводке в атмосфере воздуха эти два процесса действуют одновременно.

При пропускании электрического тока необходимо уста­ новить предельное значение напряжения, подаваемого на ре­ зистор, при котором происходит его разрушение. Значение разрушающего напряжения зависит от удельного поверхност­ ного электросопротивления, т.е. толщины пленки. Так, для пленок нихрома с удельным поверхностным электросопроти­ влением 100... 150 Ом оно составляет 290... 320 В при дли­ тельности импульса 0 ,8 ... 1,2 мс.

Разрушающее напряжение увеличивается также с увели­ чением площади резистора (рис. 6.12).

Рис. 6.12. Зависимость разрушающего на­

пряжения Up от площади резистора в:

материал пленки - нихром, рп = 150 Ом; г = = 0,8...0,9 мс

Напряжение, используемое для доводки электросопроти­ вления резисторов, должно составлять (0,85... 0,9)t/p.

Процесс электроимпульсной доводки осуществляют пода­ чей серии импульсов, каждый из которых дает прирост значе­ ния электросопротивления в зависимости от подаваемого на­ пряжения в несколько сотых долей Ом, т.е. применяя этот

противления. Дальнейшее уменьшение электросопротивления возможно при увеличении амплитуды импульса.

Под действием первых 10... 20 импульсов электросопро­ тивление резко уменьшается, что исключает возможность точной подгонки.

В зависимости от материала пленки, номинального зна­ чения электросопротивления и геометрических размеров ре­ зистора его сопротивление изменяется с изменением уровня мощности. Поэтому подгонку в дальнейшем осуществляют за счет повышения импульсного напряжения. Более короткий импульс обеспечивает более низкую температуру подгонки.

Поскольку после прохождения каждого импульса электро­ сопротивление резистора уменьшается, то даже при постоян­ ной амплитуде удельная мощность будет возрастать, что по­ зволит постепенно достичь заданного значения электросопро­ тивления.

Несмотря на возможность осуществления прецизионной подгонки электросопротивлений резисторов, электроимпульсный способ очень трудоемок и имеет ограниченное примене­ ние.

Высокочастотным высоковольтным напряжением мож­ но изменять структуру и свойства пленочных материалов. Этот способ используют для изменения электросопротивления толстопленочных резисторов. Для реализации этого способа к резистору подводится электрод на расстоянии 1 ... 10 мм и подается высокое напряжение 2 ... 10 кВ при частоте 500 кГц. От параметров разряда: длительности воздействия и значе­ ния приложенного напряжения зависит характер и изменения электросопротивления толстопленочных резисторов.

Воздействию разряда легко поддаются резисторы на ос­ нове серебряно-палладиевых, рутениевых и других паст.

На рис. 6.14 приведена зависимость изменения электросо­ противления толстопленочных резисторов на основе рутения от длительности воздействия разряда. Электросопротивление резисторов из оксида рутения и стекла (кривая 1) увеличива­ ется сразу же при подаче разряда, в то время как электросо­ противление резисторов с добавками оксида ниобия (кривая 2)

AR/R,%

Рис. 6.14. Зависимость относительного из­

разряда для различных составов рутение­ вых паст:

10 % Ag, 70 % стекло (зазор между электродом н поверхностью резистора 1 мм; напряжение 2 кВ; частота 500 кГц)

и серебра (кривая 3) первоначально уменьшается, затем про­ исходит рост сопротивления.

Увеличение электросопротивления для всех составов ре­ зисторов по мере увеличения времени обработки связано, повидимому, с разрушением структуры пленок; выгоранием ор­ ганического связующего вещества, появлением пор за счет ча­ стичного распыления основного вещества.

Уменьшение электросопротивления толстопленочных ре­ зисторов, насыщенных серебром и ниобием, в начальной ста­ дии обработки можно связать с миграцией атомов этих ме­ таллов под воздействием сильного электрического поля, что приводит к увеличению их концентрации на поверхности.

На рис. 6.15 показана зависимость между напряжением разряда и изменением электросопротивления рутениевых ре­ зисторов.

Рис. 6.15. Зависимость относительного измене­ ния электросопротивления AR/R резисторов от

напряжения разряда к:

паста 20 % R11O2 , 10 % Ag, 70 % стекло, время обработ­

ки 20 ... 150 с; расстояние между электродом и поверх­ ностью резистора 1 мм

Использование более высокого значения приложенного на­ пряжения, даже при меньшем времени воздействия, позволит получить наибольший эффект в изменении электросопроти­ вления.

Оптимальным напряжением является напряжение 2 кВ (при частоте 500 кГц и зазоре между электродом и пленкой

6.3. Выбор стратегии доводки электросопротивления пленочных резисторов

Выбор стратегий доводки - изменения электросопроти­ вления пленочных резисторов - проводят после анализа ре­ зультатов измерений изготовленной партии подложек, руко­ водствуясь параметрами, характеризующими закон распреде­ ления. Для нормального закона распределения, который явля­ ется основным для технологического процесса изготовления

пленочных элементов в условиях воздействия большого числа независимых (или слабо зависимых) случайных дестабилизи­ рующих факторов, это такие параметры: R - положение цен­ тра группирования и а - среднеквадратичное отклонение.

Возможны следующие случаи соотношений JZ, и RK(но­ минальное значение сопротивления) и 6 (половина поля допус­ ка).

Случай первый: R располагается вне поля допуска слева, т.е. R < Rn- 6 (изготовленная партия имеет заниженные зна­ чения электросопротивлений) и 3<т > й - следует применить групповой способ доводки при условии, что состав и струк­ туру резистивного материала можно изменить воздействием тепла или “мягкой” ионной обработкой в окислительной среде. Если же воздействие этих факторов не приводит к окислению материала пленки и, как следствие, к увеличению электросо­ противления резисторов, то надо применить один из возмож­ ных способов индивидуальной доводки, например лазерный.

При соотношении R < R H - 6 K 3<T <6 достаточно будет применить только групповой способ, который позволит обес­ печить высокий (85... 96 %) выход годных резисторов.

Второй случай, когда R располагается вне поля допуска справа, т.е. Л > Ян+ в (значения электросопротивлений рези­ сторов завышены), является более сложным, так как необходи­ мо уменьшить электросопротивление за счет релаксационных процессов и упорядочения структуры резистивных пленок.

Осуществление процесса упорядочения структуры пленок возможно за счет тепловой обработки в инертной атмосфе­ ре. Однако поведение пленок и связанное с ним уменьшение электросопротивления для различных материалов неодинако­ во. Так, например, уменьшить электросопротивление пленок Сг и NiCr возможно на 2 . . . 5 %, TaN - на 6 . . . 10 %, сплава РС-3710 - на 15 ... 20 %, кермета К50С - на 5 0 ... 60 %.

Способ индивидуальной обработки (при 3<7 > Æ) для уменьшения электросопротивлений резисторов имеет еще бо­ лее ограниченные возможности. Это связано с трудностью осуществления локального воздействия, например, тепловым

потоком на резистивную пленку малой площади (0,01...

...0,1 мм2), а также большой трудоемкостью обработки ка­ ждого резистора.

Для уменьшения электросопротивления каждого резисто­ ра можно использовать электроимпульсный способ (для тон­ ких пленок) и высоковольтный разряд (для толстых пленок).

В третьем случае, когда значение R находится в поле до­ пуска, т.е. RH- 6 < R < RH+ 6, и 3<т > S применим индиви­ дуальный способ доводки, позволяющий увеличить электросо­ противление (при R < JR h ) или уменьшить его (при R > RH).

В целом выбор стратегии доводки электросопротивлений пленочных резисторов при определенных параметрах R и а для партии подложек является компромиссом между техни­ ческими возможностями способа доводки, с одной стороны, и конструктивными особенностями резистора (размеры, форма, расположение по отношению к другим элементам и пр.) и материалом пленки (состав, структура, условия осаждения и пр.), с другой.

МЕТОДЫ ФОРМИРОВАНИЯ КОНСТРУКТИВНО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ СВОЙСТВ СБОРОЧНО-МОНТАЖНЫХ СОЕДИНЕНИЙ

В результате выполнения сборочно-монтажных операций создаются новые электрические свойства. Формирование свойств происходит за счет механиче­ ского размещения и электрического соединения элемен­ тов ГИС СВЧ в единую электрическую цепь* К со­ единяемым элементам относятся платы, ЭРК, СВЧпереходники, тонкие круглые провода и плоские пере­ мычки и др.

Новые свойства образуются путем сочетания свойств исходных элементов, например, платы и по­ лупроводниковых приборов или других электрорадиоком­ понентов (ЭРК); коммутация энергии осуществляется при помощи соединительных элементов.

Самостоятельной сборочно-монтажной операцией является размещение, закрепление и коммутация плат в корпусе.

Сам корпус должен быть подготовлен выполнять электрические и защитные функции; в его основание должны быть установлены и припаяны СВЧ-соедини- тели, низкочастотные вводы энергии, штенгель для откачки воздуха и наполнения газом. Завершающей операцией является установка и соединение способами

сварки или пайки крышки. Монтаж всех элементов кор­ пуса должен обеспечить его герметичность.

7.1. Монтаж ЭРК, полупроводниковых приборов и соединительных элементов

Сборка и монтаж навесных ЭРК предусматривает реше­ ние ряда технических и организационно-методических вопро­ сов. К их числу относятся:

-выбор способа монтажа ЭРК;

-выбор последовательности сборки и монтажа при нали­ чии на плате различных ЭРК;

-обеспечение контроля качества сварного или паяного соединения.

Технологический процесс монтажа полупроводниковых приборов должен обеспечить следующие требования:

-надежность механического соединения элементов;

-надежный электрический контакт проволочных (или ленточных) выводов прибора к контактным площадкам пла­ ты;

-высокую точность монтажа элементов на плате и выво­ дов к проводящим элементам.

Уменьшение размеров микрополосковых плат и размеров навесных ЭРК, повышение требований к точности их разме­ щения требуют разработки более современных способов мон­ тажа ЭРК.

Взависимости от характеристик контактируемых по­ верхностей контактные соединения могут быть выполнены способами микропайки или микросварки.

М и х р о п ай ка . Способы пайки предусматривают исполь­ зование припоя и флюса.

Припой, входя в состав конструкции МЭИ СВЧ, опреде­ ляет электрические и механические свойства паяного соедине­ ния, его эксплуатационную надежность. Для пайки элементов применяют мягкие припои, обычно на основе олова и свинца. Их химический состав и физико-механические свойства при­ ведены в табл. 7.1 и 7.2.

Та б л и ц а 7.1. Химический состав припоев, применяемых в производстве ГИС СВЧ

Та б л и ц а 7.2. Некоторые физикомеханические свойства припоев

Оловянно-свинцовые припои имеют наибольшее примене­ ние. Однако при пайке золотых или серебросодержащих по­ крытий происходит их растворение в припое, с образованием хрупких соединений, имеющих меньшую механическую проч­ ность. В этих случаях используют припои с добавками золота или серебра соответственно.