4. Конструкционная основа для ис

Материалы для подложек и плат ГИС и ПлИС. Ситаллы, стекла, керамика, металлы и органические материалы. Требования к материалам подложек. Полупроводниковые материалы пластин и кристаллов ПИС и СИС. Методы получения слитков. Этапы получения п/п пластин. Методы получения «пластинчатого» кремния и сапфира (метод Степанова). Требования к п/п материалам пластин. Обозначение и маркировка пластин. Технико-экономические аспекты изготовления пластин для СБИС и УБИС.- Материалы для подложек и плат ГИС и ПлИС. Сталлы, стекла, керамика, металлы и органические материалы. Требования к материалам подложек. Полупроводниковые материалы пластин и кристаллов ПИС и СИС. Методы получения слитков. Этапы получения п/п пластин. Методы получения «пластинчатого» кремния и сапфира (метод Степанова).Требования к п/п материалам пластин. Обозначение и маркировка пластин. Технико-экономические аспекты изготовления пластин для СБИС и УБИС.

Подложкой называется основание в виде заготовки, предназна­ченной для расположения на ней пленочных элементов, навесных компонентов, межэлементных или межкомпонентных соединений и контактных площадок гибридных микросхем. Часть подложки, на которой располагается одна микросхема, называется платой. Под­ложка является важным конструктивным элементом ГИС, БГИС и МСБ, в значительной мере определяющим электрические и механи­ческие характеристики микросхем, их стабильность и надежность. Подложка должна обладать высокими электрическим сопротивле­нием и электрической прочностью, обеспечивать малые потери энергии на высоких частотах (малый тангенс угла диэлектрических потерь), иметь высокую механическую прочность при малой толщи­не, хорошую теплопроводность, а также обеспечивать возможность проведения технологических процессов, т. е. обработки поверхности до высокого класса чистоты, нагревания до температуры 500—600 °С при напылении пленок и т. д.

Наиболее широко применяемыми материалами для подложек являются керамика, ситалл и стекло. Керамикой называются мате­риалы, получаемые спеканием порошков окислов алюминия, берил­лия и других элементов. Основной минералогической фазой кера­мики на основе оксида алюминия является корунд (кристаллофаза — Аl₂О₃). Корундовая керамика обладает способностью образо­вывать вакуумплотные спаи с металлами и сплавами, что позволяет использовать ее не только в качестве материала для подложек и плат, но и для изготовления металлокерамических корпусов микро­схем.

Свойства корундовой керамики зависят от содержания в ней основной фазы, т. е. А1₂О₃. Чем выше содержание А1₂О₃, тем луч­шими характеристиками обладает керамика, однако при этом по­вышается ее стоимость. Наиболее широкое применение находит керамика типа ВК 94-1 (прежнее наименование 22ХС). При удов­летворительных свойствах затраты на ее получение относительно невелики. Керамика с содержанием корунда 99,8% (например, типа ВК 100-1) носит название поликор. В отличие от керамики ВК 94-1 она имеет лучшие электрические характеристики, более высокую теплопроводность, поддается полированию, но обладает более вы­сокой стоимостью.

Для подложек мощных микросхем и микросборок используется керамика на основе окиси бериллия ВеО, называемая также брб-керитом. Ее основное достоинство — высокий коэффициент тепло­проводности, составляющий примерно 2 Вт/(см*град). Однако по­добная керамика с трудом обрабатывается, а пыль, образующаяся при ее обработке, токсична.

Ситаллы представляют собой аморфно-кристаллические стекла. Они допускают обработку поверхности до высокого класса чисто­ты, обладают высокой механической прочностью, удовлетворитель­ной теплопроводностью. Ситаллы очень широко используются в ка­честве подложек для тонкопленочных микросхем. Некоторые свой­ства корундовой керамики и ситаллов наиболее употребительных марок приведены В таблице 4.1.

Бесщелочные стекла марок С41-1, С48-3 и другие иногда приме­няются в качестве подложек микросхем там, где не требуется хо­рошей теплопроводности и значительной механической прочности. Теплопроводность стекол несколько ниже теплопроводности ситал­лов, а прочность на изгиб — меньше приблизительно в два раза. Однако стекла легко обрабатываются до получения качественной гладкой поверхности и довольно дешевы.

Помимо описанных основных материалов, подложки могут из­готавливаться из металлов и полимеров. Стальные и медные под­ложки, покрытые эмалью, иногда находят применение для мощных низкочастотных микросхем. Использование полимерных материа­лов (чаще всего тонких лент из полиимида) целесообразно с точки зрения автоматизации технологического процесса. Кроме того, по­добным микросхемам может быть придана более удобная, чем плос­кая, форма. Например, полиимидная пленка с нанесенными на нее элементами может быть свернута в плотную цилиндрическую спи­раль и т. п.

При изготовлении тонкопленочных микросхем плохо поддаю­щаяся полировке керамика (например, ВК 94-1) для улучшения качества поверхности покрывается глазурью, т. е. тонкой (0,1— 0,2 мм) стекловидной пленкой, прочно сплавляющейся с керамикой. Кроме того, для изготовления толстопленочных микросхем поверх ность подложек должна сохранять определенную шероховатость для улучшения адгезии пленок.

Размеры подложек и плат ограничиваются стандартами. Наибо­лее употребительные размеры подложек и плат из керамики и си-талла приведены ниже.

Длина, мм 60 48 30 24 20 16 16 12 10

Ширина, мм 48 30 24 20 16 12 10 10 8

Кроме того, для крупногабаритных МСБ изготавливаются под­ложки с размерами 120X96 и 96X60 мм. Возможно также исполь­зование плат с размерами, меньшими, чем 10X8 мм, в частности, для производства навесных компонентов (чипов) с нестандартными параметрами (резисторов и т. п.).

Заметим, что платы из ситаллов изготавливаются путем разре­зания подложек с исходными размерами 60X48 мм, а платы из ке­рамики — сразу с необходимыми размерами, поскольку керамика плохо поддается размерному разделению.

Толщина подложки и плат из керамики и ситалла составляет 0,2—1,6 мм. Наиболее часто используются платы толщиной 0,6 мм.