книги / Микроэлектроника толстых пленок

занное вжигание проводится при повышенных темпе­ ратурах, то вследствие ускорения диффузионных про­ цессов проводящие слои могут замкнуться друг с дру­ гом. Для уменьшения сквозных пор стеклообразный диэлектрический слой наносится дважды. Это увеличи­ вает его толщину и уменьшает распределенную емкость схемы.

Еще недавно этот метод нанесения стеклообразных многослойных диэлектриков применялся довольно успеш­ но. Однако после возникновения необходимости прове­ дения трехили четырехкратных раздельных операций нанесения и вжигания при различных температурах стоимость производства возросла, а процент выхода годных изделий снизился.

В настоящее время некоторыми компаниями разра­ ботаны новые стеклокерамические композиционные ма­ териалы, применение которых позволило избежать вы­ шеуказанных трудностей. Одна группа кристаллизую­ щихся стеклянных композиционных материалов обладает высокой стабильностью геометрических размеров, теп­ ловых и электрических свойств. Эти композиционные материалы могут использоваться и как диэлектрики в многослойной схеме. Они плотны, достаточно тугоплавки, а золотые проводники (или другие драгоценные метал­ лизированные глазури) могут быть размещены верти­ кально и горизонтально в трехмерных структурах. Трех­ мерные структуры не обязательно должны состоять из двух проводящих слоев и диэлектрического слоя между ними; к настоящему времени изготовлены структуры, состоящие из 11 слоев поочередно нанесенных диэлект­ риков и проводников. Если в диэлектрических слоях оставлять окна, то через них можно путем печати нано­ сить межсоединения между металлической разводкой различных слоев. Таким образом, после вжигания таких многослойных пленок верхний и нижний проводящие слои получаются с межслойными контактами, располо­ женными в нужном месте. В диэлектрическом слое могут быть оставлены входные отверстия (окна), че­ рез которые к нижнему слою металлизации можно присоединять полупроводниковые или другие эле­ менты.

5.STONE G. В., Programmable Continuous Trimming: A Systems Approach to High Speed Laser Trimming of Hybrid Microcircuits, 1969 Hybrid Microelectronics Symposium.

6.VAN HISE J. A., Process Variables In Thick-Film Resistor Fabri­ cation, 1969 Hybrid Microelectronics Symposium.

7.HUGHES D. C., Screen Printing of Microcircuits, Presco, Inc., Somerville, New Jersey, 1969.

8.THEOBOLD P. R., DAVIS M. P., BAILEY J. T., Multilayer Com­ posite Substrates For Thick Film Hybrid Circuits, 1969 Hubrid Microelectronics Symposium.

9.LITTELL W. C., Use of Metal Masks to Improve the Printign of

Thick Film Geometries, 1968 Hybrid Microelectronics Symposium.

10.FAGERSTEN E. G., Multilayer Ceramic Interconnect Substrates — Dielectric Substrate Integration, 1968 Hybrid Microelectronics Sym­ posium.

11.CLARK R. J., LUDEN J. W., The Application of the STD Process to Hybrid Microelectronics, Proc. Electronics Components Conf., 1970.

12.LINDEN A. E., TOPFER M. L., COTE R. E., MAYER S. E., ThickFilm Microcircuit Design and Manufacture, NEPCON, 1969.

13.CORONIS L. H., Indirect and Direct Etched Metal Masks for De­ position Control and Fine Line Printing, 1969 Hybrid Microelectro­ nics Symposium.

14.FENSTER H., McHALE P. E„ Fabrication of L. S. H. I. Circuits, Cicruits by Thick-Film Techniques, 1968 Hybrid Microelectronics Symposium.

5. Методы

монтажа

Компоновка гибридной схемы, выбранной при перво­ начальном расчете, требует больших затрат труда и средств. Толстопленочная подложка при сборке служит местом размещения элементов, которые дополняют про­ водники, резисторы и емкости, нанесенные в процессе трафаретной печати. Сюда относятся транзисторы, диоды, интегральные схемы, емкости, индуктивности и т. д. Сле­ дует подчеркнуть, что в ряде случаев предпочитают от­ казаться от изготовления микросхемы именно из-за до­ роговизны комплектации.

Основным требованием, предъявляемым к сборке, является обеспечение совместимости каждого этапа с предыдущим и минимальное искажение характеристик схемы.

5.1. Соединение компонентов пайкой

Наиболее широко используемым процессом соедине­ ния компонентов является низкотемпературная пайка (обычно с помощью сплава свинец — олово). Надежное соединение обеспечивается путем правильного подбора подходящего типа припоя и соответствующего флюса. Для этого необходим подробный анализ материалов, ис­ пользуемых в компонентах, подложке и припое. Например, рассмотрим соединение компонентов, имеющих металли­ зированные молибденомарганцевые выводы, покрытые пленкой никеля и золота с контактными площадками

подложки, состоящими из смеси золота, платины и стекла. Первым подходящим припоем может быть сплав из 63% олова и 37% свинца, который плавится при тем­ пературе 183° С. Этот припой имеет большое сродство к золоту; в зависимости от длительности операции припаивания слой золота может частично или целиком рас­ твориться. В этом случае пайка будет идти по поверх­ ности подслоя золота, в данном случае никеля. Если же

иникель растворится, то сцепления не создастся.

Сдругой стороны, если толщина слоя золота чрез­ мерно велика по отношению к количеству использован­ ного припоя, то возникает хорошо известная проблема охрупчивания золотом, когда место пайки становится механически очень малопрочным. Один из способов пре­ одоления такой трудности состоит в использовании при­ поя олово — свинец с добавкой ~2% серебра, что замед­ ляет скорость растворения золота.

Надо отметить, что материалы с заметным количе­ ством серебра приходится после расплавления защищать от окисления. При обычном методе лужения флюс и при­ пой наносятся расплавлением без какой-либо подготовки поверхности. В случае необходимости применяется очист­ ка металла от загрязнений с помощью вращающихся щеток. Щетки могут быть металлические или из стекло­ волокна. Они оставляют на полируемой поверхности определенное количество осколков «щетины», которые чрезвычайно трудно удалять. По этой причине и с уче­ том стоимости дополнительных операций полировку сле­ дует применять только в тех случаях, когда это крайне необходимо.

Сильно агрессивные флюсы использовать нельзя, даже если металл не совсем подготовлен для лужения. Это связано не только с трудностью удаления флюсов, но и с возможностью повреждения других толстопленоч­ ных элементов, таких, как резисторы или низкотемпера­ турные глазури, которые не обладают достаточной стой­ костью против действия кислоты.

Наиболее распространенным флюсом является белая канифоль. Используются также активированные сорта канифоли и флюсы, содержащие малые добавки слабых органических кислот. Удаление флюса представляет

переделаны по крайней мере один раз. Тем самым они делают схему ремонтопригодной. Однако переделанные соединения обладают пониженной механической проч­ ностью.

Пайка погружением требует применения фонтанчиков или резервуаров с припоем. Подложка должна иметь от­ верстия, через которые пропускаются выводы соответ­ ствующих компонентов схемы и соединяются с контакт­ ными площадками на другой стороне подложки. После того как все компоненты собраны, подложка проводится по поверхности расплавленного припоя или обливается им. Для получения хорошо пропаянных соединений необ­ ходимо предварительно офлюсовывать поверхности под­ ложки. Эта технология точно такая же, какая исполь­ зуется при соединении компонентов схем на печатных платах, и поэтому требуются типы компонентов с выво­ дами, которые после припайки позволяли бы проводить проверку. Система недорогая и проста в сборке, проверке и устранении дефектов. Она обеспечивает также отвод тепла от компонентов и дает соединения с хорошей электропроводностью и механической прочностью. Вслед­ ствие того что все компоненты припаиваются одновре­ менно, подложка испытывает минимальное количество тепловых ударов. Основной недостаток этой системы состоит в том, что она требует относительно больших размеров компонентов и в результате получаются боль­ шие габариты корпусов микросхем.

Пайка оплавлением. В этом методе подложка изго­ товляется с припоем, нанесенным на контактные пло­ щадки. Компоненты выставляются по месту и припой оплавляется нагреванием. Подвод тепла можно осуще­ ствить с помощью теплопроводности, в конвекционной печи, инфракрасным излучением или даже иидукционно. Главное требование сводится к тому, чтобы подвести до­ статочно теплоты и расплавить припой, обеспечив схва­ тывание компонентов с контактными площадками. По­ верхность контактных площадок специально подготов­ ляют к пайке путем металлизации или нанесения слоя припоя. Этим способом обычно соединяют микроминиа­ тюрные компоненты без специальных выводов, что дает малогабаритные корпусированные микросхемы. Припой