З.Конструктивно-технологические особенности толстопленочных интегральных микросхем
Технология производства гибридных толстопленочных ИМС базируется на нанесении «толстых» (более 10 мкм) слоев различных материалов, которые выполняют роль проводников, у резисторов и диэлектриков в соответствующих конструктивных элементах ИМС, показанных на рисунке 1. Для того чтобы создать заданный рисунок ИМС, используется метод трафаретной печати,—шелкография (сеткография), сущность которой заключается в следующем: паста определенного состава и вязкости с помощью ракеля продавливается через сетчатый трафарет; образовавшийся слой проходит дополнительную обработку (сушку, обжиг, вжигание) для закрепления материала на плате и придания ему заданных электрофизических и механических свойств. Название «толстые пленки» относится в большей степени к технологическому методу их получения, чем к толщине самого слоя.
Рисунок 1.- Конструктивные элементы толстопленочной ИМС.
/ - - керамическая подложка;
— монтажная площадка;
— кристалл диод;
— внешние выводы кристалла; 5—резистор;
— Проводники;
- - электрическая изоляция пересечения;
— конденсатор;
9— диэлектрик конденсатора;
На первых порах развития микроэлектроники толстопленочная технология не могла удовлетворить требованиям точности, стабильности качества и надежности элементов. Однако с развитием этой технологии были найдены методы и материалы, которые позволили эффективно конкурировать с тонкоплёночной технологией. Для иллюстрации в таблице 1 сопоставлены основные параметры полупроводниковых, тонко- и толстопленочных резисторов.
Таблица 1.- Некоторые характеристики полупроводниковых, тонко- и толстопленочных резистивных элементов ИМС.
|
Наименование параметра |
Значение параметров резисторов | ||
|
полупроводниковых |
тонкопленочных |
толстопленочных | |
|
Точность номинала, % |
0,2..0,5 |
0,005. .1,00 |
0,1. .1,0 |
|
Стабильность характеристики в течение года |
2-Ю-4. .0,01 |
2-10-5..0,01 |
0,05..1,0 |
|
ТКС, 10-60N-' |
500..2000 |
1,0.. 100 |
100. .500 |
|
Сопротивление, кОм |
Ю-3. .20 |
5-Ю-3. .50 |
10-3..103 |
|
Удельное поверхностное сопротивление, Ом/м2 |
1..104 |
1..105 |
10. .10* |
|
Допустимый уровень мощности, Вт/см 2 |
0,2 |
0,5 |
3 |
|
Общая точность конструкции, % |
0,01 |
0,1. .2,0 |
1..10 |
|
Толщина слоя, м |
ю-7..ю~б |
10 Л. 10 5 |
ю-4.. ю-3 |
|
Стоимость оборудования, относ, ед. |
100 |
10 |
1 |
|
Обращение с готовой подложкой |
Очень осторожное |
Осторожное |
Без особых предосторожностей |
|
Минимальная ширина линии, м |
10 ~7 |
ю-5 |
10-4 |
Проигрыш в точности толстопленочной технологии нивелируется существенным выигрышем в простоте и экономичности процесса.
Процесс изготовления ИМС при использовании однослойной подложки (простейший случай) начинается с очистки ее поверхности и изготовления трафаретов. Затем методом шелкографии наносят через трафарет требуемый рисунок слоев. После каждого цикла нанесения соответствующего слоя он обжигается для закрепления его на подложке и придания заданных свойств материалу слоя. Поскольку температуры обжига проводящих, резистивных и диэлектрических паст различны, то последовательность нанесения слоев должна быть вполне определенной. Сначала наносится проводящая паста, образующая проводники, контактные площадки и нижние обкладки конденсаторов, а затем—паста для диэлектриков конденсаторов и изоляции возможных пересечений проводников. Третьим слоем наносятся верхние обкладки конденсаторов и пересекающиеся проводники. Наконец, наносятся резистивные пасты, если температура их обжига наименьшая. После изготовления пассивных элементов ИМС производится лужение контактных площадок и подгонка значений электрофизических параметров до номинальных.