4 Технологический процесс изготовления микрополосковой свч платы

1. Участок проектирования топологии микроплат.

Работа с САПР на ПЭВМ. На данном участке занимаются разработкой нормативной документации для микрополосковой СВЧ платы.

2. Участок изготовления фотошаблонов.

Оборудование:

• фотоплотер;

• фотонаборные установки;

• установка проявления и травления фотошаблонов.

Изготовление прецизионных фотошаблонов для изделий МЭ. Получение элементов фотошаблонов оптическим и лазерным методами.

Возможности участка:

• типы фотошаблонов: эмульсионные и металлизированные;

• минимальный размер топологии 2 мкм;

• точность изготовления ± 0,2 мкм;

• контроль геометрических размеров на фотошаблоне с точностью ± 0,1 мкм

3. Участок сборки и монтажа микросборок.

Оборудование:

• термоультразвуковые сварочные установки;

• паяльные станции;

• установки монтажа BGA микросхем.

4.Участок напыления тонких плёнок.

Оборудование:

• вакуумные установки термического;

• электронного и ионно-плазменного напыления.

Вакуумное нанесения тонких пленок различных материалов на керамические подложки. Методы напыления: магнетронное напыление при постоянном токе; электронно-термическое испарение; ионно-катодная бомбардировка.

Возможности участка:

• толщина напыляемых пленок от 10 нм до 10 мкм;

• распыляемые материалы: хром, медь, титан, резистивные сплавы, золото, никель.

5.Участок фотолитографии.

Оборудование:

• установки нанесения фоторезиста;

• проявления фоторезиста;

• термообработки фоторезиста;

• экспонирования фоторезиста;

• травления тонких плёнок;

• гальванические установки.

Изготовление полосковых плат СВЧ электроники. Материалы применяемые при изготовлении: поликор, ситалл, Duroid, стеклотекстолит «Rogers». Возможности участка:

• минимальный размер элемента на плате 5 мкм;

• контроль геометрических размеров на фотошаблоне с точностью ± 0,1 мкм

6. Участок прецизионной обработки материалов.

Оборудование:

• установка дисковой резки алмазным кругом;

• лазерные установки обработки металлов и керамики;

• установка сверления и фрезерования микроплат;

• установка лазерной фрезеровки микроплат.

Размерная обработка керамических подложек и плат из фольгированных диэлектриков для изделий МЭ. Лазерная обработка керамических материалов типа поликор, сапфир, ситалл и др. лазерная резка изделий из нержавеющей стали, сплавов алюминия, титана и др. Фрезеровка и сверловка отверстий лазером - минимальный диаметр лазерного пятна 50 мкм, минимальный диаметр отверстий 200 мкм [6].

5 Подложки, материалы тонкопленочных покрытий

Частью конструкции микросхемы является ее подложка. Она выполняет функции: механического основания, изоляции элементов друг от друга, теплоотвода. Подложки выпускаются в виде тонких круглых или прямоугольных пластин. Для полупроводниковых микросхем используют монокристаллические полупроводниковые (кремний, арсенид галлия) и монокристаллические диэлектрические (сапфир, шпинель) подложки. На последних в дальнейшем формируют слой полупроводникового материала, в котором создают элементы микросхем. Их круглая форма определяется способом получения монокристаллических слитков методом вытягивания их из расплава. Для тонкопленочных и гибридных микросхем используют подложки из стекла, стеклокристаллического материала (ситалла) и керамики. Часть подложки, отведенную под одну микросхему, отделенную от других частей вместе со сформированными на ней элементами, в полупроводниковой технологии называют кристаллом, а в пленочной технологии – платой.

Гибридные микросхемы находят широкое применение в современной электронике. Эти микросхемы обладают рядом достоинств, среди которых можно отметить возможность использования разнообразных активных элементов, что позволяет создавать микросхемы с широким диапазоном выполняемых функций. Кроме того, элементы гибридных ИМС обладают высокой температурной и временной стабильностью. Основными конструктивными элементами гибридных микросхем являются: диэлектрическая подложка; пленочные резисторы, конденсаторы, индуктивности, проводники, контактные площадки; навесные полупроводниковые приборы (транзисторы, диоды, микросхемы), навесные пасивные элементы (конденсаторы с большой емкостью, трансформаторы, дроссели и т.д.).

Подложка выполняет роль основания, на поверхности которого формируются по заданному рисунку пленочные элементы микросхемы. К конструкции и материалу подложки предъявляется ряд требований, вытекающих из необходимости обеспечения заданных электрических параметров микросхемы, ее надежности и особенностей технологии изготовления пассивных элементов. Материал подложки должен обладать:

- высоким сопротивлением изоляции, низкой диэлектрической проницаемостью и низким тангенсом угла диэлектрических потерь, высокой электрической прочностью для обеспечения качественной электрической изоляции элементов микросхемы, как на постоянном токе, так и в широком диапазоне частот;

- высокой механической прочностью, обеспечивающей целостность подложки с нанесенными элементами как в процессе изготовления микросхемы (разделение на субподложки, термокомпрессия, пайка, установка подложки в корпус и т.д.), так и при ее эксплуатации в условиях термоциклирования, термоударов и механических воздействий;

- высокой химической инертностью к осаждаемым материалам для снижения временной нестабильности параметров пленочных элементов, обусловленной физико-химическими

процессами на границе раздела пленка-подложка и проникновением ионов из подложки в пленку;

- стойкостью к воздействию высокой температуры в процессе нанесения тонких пленок и термообработки паст при формировании стеклоэмалевых пленок;

- стойкостью к воздействию химических реактивов в процессе подготовки поверхности подложки перед нанесением пленок, при электрохимических обработках и химическом осаждении пленок;

- способностью к хорошей механической обработке (полировке, резке).

Материалы подложки и нанесенных на нее пленок должны иметь незначительно различающиеся температурные коэффициенты линейного расширения (ТКЛР) для обеспечения достаточно малых механических напряжений в пленках, вызывающих их отслаивание и растрескивание при охлаждении подложки после нанесения пленочных элементов. Кроме того, подложки тонкопленочных ИС должны обладать малым газовыделением для устранения атмосферы в камере напылительной установки.

Структура материала подложки и состояние ее поверхности оказывают существенное влияние на структуру выращиваемых тонких пленок и характеристики пленочных элементов. Большая шероховатость поверхности подложки снижает надежность тонкопленочных резисторов и конденсаторов, так как микронеровности уменьшают толщину резистивных и диэлектрических пленок. При толщине пленок около 100 нм допускается высота микронеровностей примерно 25 нм. Следовательно, обработка поверхности подложки для тонкопленочных микросхем должна соответствовать 14 классу чистоты. Толстые пленки имеют толщину 10…50 мкм, поэтому подложки для толстопленочных ИС могут иметь микронеровности до 1 мкм, что соответствует 8…10 классам чистоты. Для обеспечения хорошей адгезии пасты к подложке высота микронеровностей должна быть 50-200 нм.

Габаритные размеры подложек стандартизованы. Обычно на стандартной подложке групповым методом изготовляются несколько плат пленочных микросхем. Безотходное деление стандартной подложки на 2, 3, 4, 6, 8, 12 и более частей дает нормализованный ряд типоразмеров плат. Рекомендуемые к применению типоразмеры плат даны в таблице 2.1. Размеры плат № 3–10 соответствуют посадочным местам стандартных корпусов. Платы с остальными номерами применяются в микросборках. Толщина подложек составляет 0,35…0,6 мм.

Таблица 2 – Типоразмеры плат ГИС

№ типоразмера	Ширина	Длина	№ типоразмера	Ширина	Длина
1 2 3 4 5	96 60 48 30 24	120 96 60 48 30	11 12 13 14 15	5 2,5 16 32 8	6 4 60 60 15
6 7 8 9 10	20 16 12 10 10	24 20 16 16 12	16 17 18 19	8 24 15 20	10 60 48 45

Для изготовления подложек применяются бесщелочные стекла, ситалл и керамика. Электрофизические характеристики ситалла удовлетворяют большинству требований, предъявляемых к материалам подложек, поэтому ситалл нашел наибольшее применение в производстве маломощных тонкопленочных ГИС. Основным недостатком ситалла является низкая теплопроводность [7].

Керамические подложки используются при изготовлении микросхем повышенной мощности благодаря высокому коэффициенту теплопроводности. Наибольшей теплопроводностью обладает бериллиевая керамика (99,5% ВеО). В производстве тонкопленочных ИС керамические подложки предварительно покрывают тонким слоем окиси тантала или бесщелочного стекла (стеклянная глазурь) для получения гладкой поверхности. В толстопленочных ИС в основном применяют высокоглиноземистые керамики 22ХС (96% AL2O3) и «Поликор», характеризующиеся высокой температурой размягчения, так как обжиг высокотемпературных пироэмалей, применяемых при формировании толстопленочных элементов, производится при температурах около 900^оС.