книги / Микроэлектроника толстых пленок

нательной защите негерметизированных схем используют достаточно твердые пластики. Для этих целей обычно используются эпоксидные смолы в силу их превосходных высокотемпературных свойств и низкой проницаемости. Такие материалы, как жидкие смолы, применяются и при производстве малых количеств схем для герметиза­ ции компонент в предварительно спрессованных корпусах и при производстве больших количеств изделий. В по­ следнем случае обычно применяется промежуточный слой. Эпоксидной смолой нельзя непосредственно покры­ вать всю подложку, поскольку в трещинах эпоксидной смолы, образующихся при высокой температуре и вслед­ ствие различий коэффициентов расширения, часто по­ являются каналы утечек из-за попадания в эти трещины влаги, что в конечном счете приводит к порче схемы. По этой причине в качестве буферного промежуточного слоя следует применять силикон или уретан.

Если же дискретные элементы схемы или условия ее эксплуатации требуют герметизации, то вся схема по­ мещается в герметический корпус. Методы корпусирования будут рассмотрены в гл. 6.

3.9. Выбор материалов

Как отмечалось в разд. 3.1, 96%-ная окись алюминия широко используется для изготовления подложек толсто­ пленочных гибридных схем. Из полуфабрикатов этого материала можно изготовлять подложки любых геомет­ рических форм, а поверхность подложек очень удобна для нанесения на них пленок. Стоимость таких подложек низка и их легко можно поставлять в больших количе­ ствах. Подложки из окиси бериллия применяются в слу­ чаях, когда нужны подложки с высокой теплопровод­ ностью. Теплопроводность этого материала в 7 раз выше, чем у окиси алюминия, но стоимость выше в 15 раз.

Наилучшим материалом для изготовления провод­ ников являются пасты на основе сплава палладии — се­ ребро, обладающие превосходными электрическими свой­ ствами и стоящие примерно в 4 раза дешевле, чем пасты на основе золота или пасты на основе сплавов золота. Кроме того, пасты на основе сплава палладий — серебро

являются превосходным материалом для контактных площадок резисторов и удобны для припайки. Но эти сплавы нельзя использовать для припайки чипов или для припайки проволочных выводов. Для этих целей лучше использовать пасты с высоким содержанием золота. Ос­ новным недостатком сплава палладий — серебро яв­ ляется миграция серебра. С целью уменьшения этого эффекта был разработан новый сплав палладий — золото. Последний применяется для нанесения контактных пло­ щадок резисторов, он удобен для припайки и, кроме того, может быть использован для присоединения чипов к кор­ пусу и для припайки проволочных выводов. В настоящее время сплав палладий — серебро применяется в изделиях широкого потребления и в промышленности; для военных же целей используются сплавы платина — золото и пал­ ладий— золото.

Все сплавы, из которых изготовляются резисторы, могут быть разделены на два класса. Резисторы, изго­ товленные из сплавов палладий — серебро, очень чув­ ствительны к условиям вжигания и поэтому трудно кон­ тролировать их производство и получать одинаковые значения номиналов в разных партиях. Резисторы, изго­ товленные из сплавов платина — серебро или рутений — серебро, менее чувствительны к условиям вжигания. По­ этому резисторы, изготовленные из этих сплавов, более однородны, а повторяемость результатов от партии к партии у них высокая.

У резисторов этого класса гораздо ниже уровень шумов и более высокая стабильность. Одним из главных преимуществ сплавов палладий — серебро является их дешевизна. Они в 5— 10 раз дешевле, чем резисторы, из­ готовленные из других сплавов. Вследствие этого палла­ диевосеребряные сплавы очень широко используются в изделиях широкого потребления и в промышлен­ ности.

По мере возможности следует избегать герметизации отдельных элементов схемы, поскольку при производстве гибридных схем обычно проводится герметизация всей схемы в большой корпус. Для обеспечения условий, когда каждый последующий процесс производства про­ исходил бы при более низкой температуре, чем преды-

дущий, способ сборки гибридных схем должен устана­ вливаться при проектировании. При этом корпус также должен быть принят во внимание, поскольку корпусирование на втором уровне должно быть совместимо с процессами, используемыми при сборке гибридной схемы. Детально эти вопросы будут обсуждаться в последующих главах.

ЛИ ТЕ Р А ТУ Р А

1.СОХ J. J., State of the Art: Materials For Thick-Film Microcir­ cuitry, NEPCON, 1968.

2.SZEKELY G. S., Alumino: Substrates Reliability Criteria, NEPCON, 1969.

3.STETSON H. W., Recent Progress in Aiuminer Substrate Techno-

bgy, 1968 Hybrid Microelectronics Symposium, ISHM.

4. BUCHANAN R. C., Substrate Surfaces for Microelectronics, Second Symposium on Hybrid Microelectronics ISHM, 1967.

5.HEIL D., Alumina Substrates for Thick-Film Applications, First Thick-Film Symposium, 1967.

6.ZARATK1EWICZ E. A., Thick-Film Materials: Substrates, Conduc­ tors, Resistors, Capacitors, NEPCON, 1967.

7.Screen Printed Hybrid Integrated Circuitry (E. I. DuPont De Ne­ mours Co., Inc.).

8.DE COURSEY D. T., Materials For Thick-Film Technology: State

10.BUDD J. P., Die and Wire Bonding Capabilities of Representative Thick-Film Conductors, Solid Sta te Technology (June 1969).

11.MILLER L. F., Silver Palladium Fired Electrodes, Proceedings Electronics Components Conf., 1968.

12.CURRAN H. J., An Evaluation of Thick-Film Resistor Inks, Procee­ dings Electronic Components Conf., 1968.

13.NESTER H., MASON D., Thick-Film Capacitors, Proc. Electronic Components Conf., 1968.

14.HOFFMAN L. C., COX J. J., Jr., Screen Printed High Q Dielectrics, Proc. Electronic Components Conf., 1968.

15.STEIN S. J., GARVIN J. B., VAIL M., Thick-Film Resistor Pastes For High Performance Use, 1969 Hybrid Microelectronics Sympo­ sium.

16.CORONIS L. H., Indirect and Direct Etched Metal Masks for Deposition Control and Fine Line Printing, 1969 Hybrid Micro­ electronics Symposium.

19.HOFFMAN L. C., Cristallizable Dielectrics, 1968 Hybrid Micro­ electronics Symposium.

20.HERBST D. L., Composition of Thick-Film Resistors, 1968 Hybrid Microelectronics Symposium.

22.LINDEN A. E., TOPFER M. L., COTE R. E., MAYER S. E„ Thick-Film Microcircuit Design and Manufacture, NEPCON, 1969.

4. Оборудование

и процесс

создания

схем

4.1. Топология и фототрафареты

Начальным этапом проектирования гибридных ин­ тегральных схем является разработка топологии по за­ данной принципиальной схеме (фиг. 4.1). Рисунок при­ нятой топологии обычно чертится в масштабе 10:1 или 20:1. Фотооригиналы чаще изготовляются из рубилита или стабилена, а также из прозрачных майларовых лент, покрытых красной пленкой.

Конечный фототрафарет может быть изготовлен ли­ бо нанесением прецизионной фотопленки на прозрачный майлар, либо путем гравировки рубилита. Для многих применений гибридных схем гравировку рубилита мож­ но производить Х-образными ножами. Точность такого метода составляет 0,025 мм на площади 250 X 250 мм, во многих случаях такой точности достаточно. Однако по мере развития микроминиатюризации возникает необхо­ димость повышения точности. Это достигается использо­ ванием координатографов (фиг. 4.2). Координатограф представляет собой прецизионный координатный стол с ручным или программированным управлением.

Для облегчения сборки гибридных схем при созда­ нии фототрафаретов особое внимание должно уделять­ ся месту расположения и размеру контактных площа­ док. Для упрощения процессов нанесения проводящих и резистивных элементов, а также для облегчения про­ цесса подгонки резисторов эти элементы должны распо-

со временем изменяются, тогда как размеры стеклянных фотооригиналов сохраняются постоянными в течение длительного периода времени.

Для получения хорошей контрастности рубилитовый фотооригинал, установленный на фотокопировальном приборе, освещается сзади. После фотографирования изображение трафарета автоматически уменьшается до размеров, определяемых фокусным расстоянием копи­ ровальной фотоустановки. Такие установки уже разра­ ботаны и применяются при производстве полупровод­ никовых интегральных схем. Они вполне удовлетворяют требованиям, предъявляемым к изготовлению фототра­ фаретов для толстопленочных гибридных схем.

Фотокопировальные камеры должны устанавливать­ ся в помещениях с контролируемой температурой. Лю ­ бое изменение размеров станины камеры влияет на мас­ штаб и четкость фотоизображения. После изготовления негатива позитивное изображение получают методом контактной печати. Трафарет фотооригинала необходи­ мо предохранять от коробления и других повреждений. Для предохранения от царапин его нужно сохранять в плоском корпусе при определенных влажности и темпе­ ратуре.

Внастоящее время применяются четыре типа масок:

1)маски, на которые непосредственно наносится свето­ чувствительная эмульсия; 2) маски, на которые готовый рисунок обработанного эмульсионного слоя переносится

спрозрачной ленты; 3) составные металлические маски, на сетку которых наносится металлическая фольга с нужным рисунком; 4) цельнометаллические маски, по­ лученные путем травления на ленте как сетки, так и рисунка схемы. Для изготовления масок с прямым и косвенным нанесением эмульсии применяются сетки из нержавеющей стали или нейлона. Сетки из нержавею­ щей стали используются чаще благодаря тому, что они жесткие и стойки к воздействиям растворителей и дру­ гим веществам, используемым в толстопленочной техно­ логии. Рамки для масок делают из литого алюминия, а их поверхности путем машинной обработки делают плоскопараллельными, что повышает разрешающую

способность печати и воспроизводимость. Сетки натяги­ ваются на алюминиевую раму, зажимаются и обреза­ ются по краям. Число ячеек сетки и толщина проволоки заметно влияют на ширину линии и толщину наносимо­ го рисунка. В табл. 4.1 показано влияние размеров яче­ ек на толщину и электрические свойства резистивных пленок. Размер маски должен соответствовать размеру требуемой схемы; расстояние от краев рисунка до краев маски должно быть не меньше 50 мм. После этого на маску наносится фоточувствительный слой. Для масок с прямым нанесением эмульсии в качестве материала слоя используют поливиниловый спирт или поливинилацетат, сенсибилизированные дихроматом. Эти материалы нано­ сятся однородной пленкой на сетчатую маску. Затем пленки вдавливаются в сетку при помощи ракеля. Перед

тщательно моется и сушится. Результирующая толщина пленки обычно колеблется в интервалах от 0,0125 до 0,025 мм. Очень валено контролировать вязкость мате­ риала наносимой эмульсии, так как это сильно влияет на результирующую толщину. Эмульсия наносится либо ракелем, либо накаткой, либо пульверизатором. Фото­ чувствительный материал наносится только на рабочую часть маски. Остальная часть маски заполняется какимлибо блокирующим веществом типа нитроцеллюлозы или акрилового латекса. Экспонирование осуществляет­ ся мощным источником ультрафиолетовых лучей, таким, как дуговая, ксеноновая или ртутная лампа. Подчерк­ нем, что для полной полимеризации эмульсии свет дол­ жен быть достаточно интенсивным. Незаполимеризированная часть эмульсии смывается водой.

В случае масок с косвенным нанесением эмульсии аналогичным образом обрабатываются фоточувствительные пленки на майларовых подложках. Еще влажную пленку накладывают на маску, а затем сушат. После того как пленка высохла, майларовая подложка отслаи­ вается, оставляя тем самым желаемый рисунок.

Долговечность масок при прямом нанесении эмуль­ сии в десять раз больше, чем при косвенном. Гораздо

Таблица 4.1

Влияние размеров ячеек сетки на толщину пленок и электрические свойства резистивных паст

•) Испытуемые образцы приготовлялись методом трафаретной печати па установке Presco 100В. На диэлектрической подложке типа Alsimag 614, имею­ щей размеры 25X25X0,6 мм, наносились четыре образца прямоугольной формы размерами 0,06X20 мм. Контактные площадки изготовлялись из палладиевоэолотой пасты Du Pont 7553. Контакты вжигались при температуре 1000 °С в те­ чение 10 мин. Резисторы вжигались по стандартной кривой с максимумом тем. пературы 760°С.

*) 1 меш—0,4 ячейки/см. — Прим. ред.

лучше в этом случае совмещение рисунка с маской, так как маску можно совместить с сеткой довольно точно еще до экспонирования. При косвенном нанесении эмуль­ сии экспонированный рисунок переносится на сетку. При этом окончательное совмещение провести нельзя. Основ­ ным преимуществом косвенного нанесения эмульсии является то, что размер ячеек маски не играет сущест­