Гібридні інтегральні мікросхеми

Рисунок 8. Схема процесу одержання плівок катодним розпиленням.

1 – ізолятор;

2 – вакуумна камера;

3 – екран;

4 – катод-мішень;

5 – іон що бомбардує катод;

6 – частинки розпиленого катода;

7 – підкладка;

8 – анод.

2.4 Нанесення товстих плівок.

Товсто-плівкові ГІС виконують методом трафаретного друку послідовного нанесенням на керамічну підкладку різних за складом паст та їх подальшим впалюванням, в результаті утворюється міцна монолітна структура з товщиною плівки 10-70 мкм. 
Функціональні матеріали надають плівкам необхідні фізичні властивості. У процесі впалювання ці частки повинні залишатися у твердій фазі і рівномірно розподілятися в склі за обсягом формованого елементу. 
Залежно від складу функціональної складової розрізняють провідникові, резистивні та діелектричні пасти. 
Провідникові пасти містять порошок благородних металів (срібло, суміш срібло-паладій,золото), який становить 70-80% від загальної маси твердої фази пасти. Паладій вводять для зниження корозії та міграції, а також зменшення вартості пасти. Провідникові пасти повинні забезпечувати низький електричний опір провідників, здатність їх до пайки.

У резистивних пастах кількість функціонального матеріалу визначається питомим опором. Найбільше застосування знайшли резистивні пасти на основі паладію і з'єднань рутенію. У першій з них властивості резистора визначаються оксидом паладію, що утворюється підчас впалювання. 
Більш високою стабільністю опору, меншою чутливість до коливань температури впалювання володіють резистори, виконані на основі діоксиду рутенію. Тому резистивні пасти на основі сполук рутенію стають переважаючими в товстоплівковій технології. 
Діелектричні пасти застосовують для виготовлення конденсаторів.

Нанесення паст проводиться на установці трафаретного друку продавлюванням пасти через отвір сітчастого трафарету. 
Для виготовлення товстоплівкових ГІС потрібно комплект трафаретів для нанесення певного плівкового шару: провідникового, одного або декількох резистивних, ізолюючих іт.д. Кожному трафарету відповідає певний фотошаблон. 
Основним елементом трафарету є сітка з нейлону або нержавіючої сталі з розміром вічка 80-240 мкм. Вибір розміру осередку визначається вимогами товщини і ширини плівкових елементів. Сітка натягується на тримач - алюмінієву рамку, затискається і обрізається по краях. Розмір рамки повинен забезпечити відстань 25-50 мм від країв малюнка схеми до країв трафарету. На натягнуту сітку наноситься шар фоточутливої ​​емульсії. Методом фотолітографії формується необхідний малюнок. Після травлення утворюються вікна в емульсивному шарі, що оголюють сітку, через які при нанесенні буде продавлюватися паста.

Очищена підкладка встановлюється в утримувач підкладки установки трафаретного друку, зверху поміщають утримувач трафарету з необхідним трафаретом. На нього подають відповідну пасту і за допомогою ракеля наносять її на підкладку. Ракель заповнює пастою отвори в трафареті, прогинає його до зіткнення з підкладкою і продавлює пасту через отвори в трафареті. Завдяки властивості тиксотропності шар нанесеної пасти не розпливається по підкладці, зберігаючи малюнок, заданий трафаретом. Від матеріалу і форми робочої частини ракеля залежить якість трафаретного друку. Робочу частину ракеля виготовляють з уретану або поліуретану. Протягом робочого ходу ракель повинен щільно прилягати до трафарету, забезпечуючи сталість тиску, що діє на пасту, що досягається завдяки утримувачю ракеля. 
Крім трафаретного друку можна наносити резистивні пасти під тиском за допомогою пневматичного дозатора.

Рисунок 9. Нанесення пасти через сіткотрафарет (а) контактним та (б) безконтактним методом.

1 – підкладка;

2 – сіткотрафарет;

3 – ракель;

4 – товсто-плівковий матеріал;

5 – нанесений матеріал пасти з певною конфігурацією.

Після нанесення проводиться сушіння і впалювання пасти. При сушінні (120-2000 С) відбувається видалення летких органічних розчинників. Краще використовувати інфрачервону сушку. При інших методах сушіння на поверхні шару пасти може утворитися кірка, що перешкоджає виходу летких речовин, внаслідок чого після впалювання плівка може бути пористою і містити дефекти. 
Збірка ГІМС полягає в установці на підкладку навісних компонентів і їх електричномуприєднання до плівковим провідникам. Як навісних компонентів використовують напівпровідникові безкорпусні ІМС і БІС, а також різні електрорадіоелементи.

Рисунок 10. Схема високоточного трафаретного друку.

1 – сітка;

2 – ракель;

3 – механізм кріплення ракеля;

4 – рамка.

Плівкові конденсатори займають велику площу на підкладці, вимагають декількох циклів нанесення і впалювання. Трудомісткість виготовлення товсто-плівкових конденсаторів обмежують їх застосування, тому в товсто-плівкових ГІМС частіше застосовують навісні конденсатори. У товсто-плівкових ГІС зазвичай використовують плівкові резистори. 
Дискретні напівпровідникові компоненти товсто-плівкових ГІМС мають балочні, гнучкі дротяні жорсткі виводи. Монтаж навісних компонентів на підкладку проводять методом пайки м'яким припоєм або за допомогою струмопровідних клеїв. 
Виготовлену товстоплівкових ГІС встановлюють в корпус і герметизують. Надійність ГМІС, стабільність її параметрів забезпечується на всіх етапах виготовлення.

 

Висновки

Гібридна технологія мікроелектронних пристроїв розвивається і вдосконалюється в напрямку створення конструкцій, що забезпечують високу щільність і точність монтажу напівпровідникових ВІС і НВІС і хороший тепловідвід від цих компонентів. Певні переваги дає поєднання в одному виріб тонко-плівкової і товсто-плівкових технології, що отримала назву дигібридної. 
Таким чином, ГІМС - широко поширений, постійно вдосконалюючийся, розвивається конструктивно-технологічний варіант виготовлення виробів мікроелектроніки. Створення ГІМС та БГІМС - один із ступенів мікромініатюризації мікроелектронних пристроїв, комплексів і систем, перспективний напрям розвитку науково-технічного прогресу в області мікроелектроніки.

 

Список літератури

1. «Микроэлектроника»: Учеб. пособие для вузов. В 9 кн. /под ред. Л.А.Коледова. Кн. 4. Гибридные интегральные микросхемы/ Л.А. Коледов, Э.М. Ильина. – М.: Высш. шк., 1987. – 538с.

2. Коледов Л.А. «Технология и конструкции микросхем, микропроцессоров и микросборок»: Учебное пособие. 2-е изд., испр. И доп. — СПб.: Издательство «Лань», 2007.— 400 с.

3. Малышев И.А. "Технология производства интегральных микросхем". – М.: Радио и связь, 1991.

4. Курносов А.И. «Технология производства полупроводниковых приборов и интегральных микросхем». – М.: Радио и связь, 1982. – 622с.

5. Готра З.Ю. «Технологія електронної техніки»: в 2 томах. – Львів: Львівська політехніка, 2010р. – Т. 2. – 884с.

6. Ефимов И.Е. «Микроэлектроника: проектирование, виды микросхем, функциональная микроэлектроника»: - 2-е изд., перераб., и доп. – М:Высшая школа, 1987. – 416с.

7. Технология тонких пленок. Справочник. Под ред. Л. Майссела, Р. Глэнга. Том 1. М.: Советское радио. 1977. – 184с.

8. Н. И. Сущенцов. «Основы технологии микроэлектроники. Лабораторный практикум». Йошкар-Ола, 2005. – 542с.

9. Ю. Панфилов. Нанесение тонких пленок в вакууме. "Технологии в электронной промышленности, №3’2007", С 76-80.

10. Жан М. Рабаи. «Цифровые интегральные схемы. Методология проектирования» — 2-е изд. — М.: Вильямс, 2007. — 912 с.

11. Пасынков В. В. «Полупроводниковые приборы»: Учебник для вузов — 8-е издание, исправленное. — М.: Лань, 2006. — 480 с.