тмиэт / тмиэт / Презентации / Лекции ТМиЭЭТ_тема_7_2020
.pdf
Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет «ЛЭТИ»,
кафедра физической электроники и технологии
Доцент НикитинАндрей Александрович Профессор Шаповалов Виктор Иванович
ТЕХНОЛОГИЯ МАТЕРИАЛОВ И ЭЛЕМЕНТОВ ЭЛЕКТРОННОЙ ТЕХНИКИ
Тема 7
Тема 7. ТИПОВЫЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ
7.1.Технология вакуумных и газоразрядных приборов
7.1.1.Конструкция вакуумного прибора
7.1.2.Технологический маршрут изготовления вакуумного прибора
7.2.Технология твердотельных приборов
7.2.1.Конструкция твердотельного прибора
(транзистор, ИМС, процессор, ПЗС)
7.2.2. Технологический маршрут изготовления кремниевого прибора
7.3. Вакуумная гигиена
1
7.1.Технология вакуумных и газоразрядных приборов
7.1.1.Конструкция вакуумного прибора
Вакуумный корпус |
Клистроны |
Вакуумный
корпус
Катодно- сеточно- анодный узел
Ножка
Усилители и ламповый звук
Вакуумная электронная лампа
Ножка
7.1.2. Технологический маршрут изготовления вакуумного прибора
|
|
Штамповка |
Формообразование |
|
Искровая |
|
Химическая |
Высокий вакуум |
|
|
|
Очистка поверхности |
Электрохимическая |
|
Термическая
Пульверизация
Нанесение покрытий |
|
|
Окунание |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Электрофорез |
|
|
|
|
|
Сборка прибора |
|
Пайка |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Сварка |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Средний вакуум |
|
|
. |
|
|
Откачка прибора |
|
|
||
|
|
Обработка катода |
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Высокий вакуум |
Финишные операции |
Контроль параметров |
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
||
|
|
Испытания |
|
|
|
|
|
|
|
2
7.1.3. Сборка прибора
Детали прибора
|
Керамика |
|
|
|
Металл |
|
|
|
|
|
Металл |
|
|
Стекло |
|
|
|
|
Стекло |
|
|
|
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Пайка |
|
Сварка |
|
|
|
|
|
Пайка |
|
|
|
Пайка |
|
|
|
|
Пайка |
|
|
|
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Пайка (металл, керамика) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||
|
Мягкий Тпл ≤ 450 °С |
|
|
|
|
|
|
|
|
Припой |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Твердый Тпл ≥ 450 °С |
|
|
|
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Сварка |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Механическая |
|
|
|
||||
|
|
Термическая |
|
|
|
|
|
|
|
|
Термомеханическая |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
|
|
Дуговая |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Контактная |
|
|
|
|
|
|
Холодная |
|
|
|
|||||||||||
|
Микроплазменная |
|
|
|
Диффузионная |
|
|
|
|
|
Ультразвуковая |
|
|
|
|||||||||||||||||||||
|
Электронно-лучевая |
Термокомпрессионная |
|
|
|
|
|
|
|
Трением |
|
|
|
||||||||||||||||||||||
|
|
Лазерная |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Взрывом |
|
|
|
||||||
7.1.4. Пайка металлических деталей
Мягкий |
|
Твердый |
|
|
|
|
|||
предел прочности при растяжении 10 - 100 МПа |
предел прочности при растяжении 100 - 500 МПа |
||||||||
Инвар (36%Ni+Fe) 36Н |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Припой |
Т , °С |
|
|
|
Припой |
Т , °С |
|
||
от лат. invariabilis — неизменныйпл |
|
|
|
|
|
|
пл |
|
|
коэффициент теплового расширения ~1,2·10−6/K |
|
|
|
Pt |
1773 |
|
|||
ПОС-61 |
183 |
|
|
|
|
|
|||
в интервале температур от −20 до 100 °C |
|
|
|
|
|
|
|
||
(61%Sn+39%Pb) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Элинвар ПОЦ-89 |
198 |
|
|
|
|
Pd |
1555 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
(89%Sn+11%Zn) |
|
|
|
|
|
ПМН10 |
1100-1400 |
|
|
ПОС-40 |
54%Fe) 29НК |
|
|
|
|
||||
|
|
|
(Cu+10%Ni) |
|
|||||
Ковар (29%Ni, 17%Co и |
|
|
|
|
|
|
|
||
(40%Sn+60%Pb) |
238 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
коэффициент теплового расширения |
|
|
|
|
Ag |
960 |
|
||
ПОС-25 |
|
|
|
|
|
|
|
||
согласованный с коэффициентом теплового расширения |
|
|
|
|
|
||||
(25%Sn+75%Pb) |
260 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
боросиликатного стекла |
|
|
|
|
|
ПМГ10П2 |
900-990 |
|
|
ПОС-15 |
|
|
|
|
|
|
|||
280 |
|
|
(Cu+10%Ge+2%Pd) |
|
|||||
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
Т |
|
|
|
||
(15%Sn+85%Pb) |
Пара |
|
|
|
|
пл, °С |
|
|
|
|
Ковар-Ковар |
|
|
|
ПСр63Ин10 |
685-710 |
|
||
ПОИн-52 |
|
|
|
1083 |
|
||||
125 |
|
|
(63%Ag+10%In+Cu) |
|
|
||||
(52%Sn+48%Zn) |
(29%Ni+17%Co+Fe) |
|
|
ПСр49Н31М |
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
||||
|
Сталь-Сталь |
|
|
540 |
|
||||
|
|
|
|
1083 |
|
||||
|
|
|
|
|
(49%Ag+31%Ni+Cu) |
|
|
||
|
Cu-Cu |
|
|
|
|
960 |
|
|
|
|
Cu-Сталь |
|
|
|
|
780 |
|
|
|
|
|
|
(72%Ag+Cu) |
|
|
|
|
|
|
|
|
Charles Édouard Guillaume |
|
|
|
||||
|
Cu-Ковар |
Шарль Эдуар Гийом |
|
780 |
|
|
|||
|
ПСр72 |
|
|
|
|
||||
|
|
|
(72%Ag+Cu)НП 1920 |
|
|
|
|
|
|
3
7.1.5. Пайка металла с керамикой
Паста Керамическая деталь 
Mo+Mn+Si
70:50:5
|
Нанесение пасты на деталь |
|
|
|
(слой 80-100 мкм) |
|
|
|
Вжигание пасты |
|
|
|
(Т = 1350-1450 °С) |
|
|
|
Зачистка, УЗ мойка |
|
|
|
Слой Ni |
|
|
|
(гальваника) |
|
|
|
. |
Металлическая |
|
Оправка |
Сборка |
||
деталь |
|||
|
|
||
|
Пайка |
|
|
|
(ПСр72) |
|
7
7.1.6. Пайка металла со стеклом
σ |
раст |
≤ 3–10 кг/см2 |
σ |
сжат |
≤ 80–100 кг/см2 |
|
|
|
|
L/L |
|
|
|
3∙10–3 |
|
P |
|
|
|
S |
|
|
|
K |
|
2∙10–3 |
Быстро |
N |
Интервал отжига |
|
|
|
спая |
|
E |
|
R |
1∙10–3 |
|
|
|
|
|
|
T δ1 |
|
|
|
Медленно |
|
|||
|
. |
|
420 |
|
555 |
|||
|
0 δ2 |
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
||
|
150 |
300 |
450 T, °C |
|||||
|
G |
|
|
|
|
|
|
|
δ = 8.0∙10–4 |
– растяжение |
|
|
δ |
2 |
= 2.6∙10–4– сжатие |
||
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
4
7.2.Технология твердотельных приборов
7.2.1.Конструкция кремниевого прибора (транзистор, ИМС, процессор, ПЗС)
KМОП-транзистор
Биполярный транзистор
И2Л транзистор
Т1 Т2 Инж К1 К2 Б
p
n p n n-Si
7.2.2. Технологический маршрут изготовления кремниевого прибора
|
|
|
|
|
|
Нарезка слитка |
|
|
|
|
|
|
Шлиф., полировка |
Формообразование |
Пластина Si |
|
|
Эпитаксия |
||
|
|
|
|
|
||
|
|
Корпус |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
Изготовление чипа |
|
|
|
|
|
Литография |
Групповая технология |
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
Легирование |
Контроль на пластине |
|
|
|
|||
|
|
|
|
Пленки |
||
|
|
|
|
|
|
|
Скрайбирование |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
Механическое |
||
|
|
|
|
|
Лазерное |
|
Сборка прибора |
Пайка |
|
|
|||
|
|
|
|
|
||
|
|
Сварка |
|
|
Эл. лучевое |
|
|
|
|
|
|
|
|
Финишные операции |
Контроль параметров |
|
|
|
Испытания |
|
|
5
7.2.3. Изоляция элементов на чипе
Методы изоляции
Смещенный p-n переход |
Пленка диэлектрика |
Воздушный промежуток |
Диэлектрический материал |
|
|
КНС |
|
Горячее прессование |
|
|
|
|
Декаль |
|
ДИАК |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
Разделит. диффузия |
|
|
|
Эпик-процесс |
||
КИД |
|
|
|
Изопланар |
||
|
|
|
|
|
|
Полипланар |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Эпипланар |
|
|
|
|
|
|
|
7.2.4. Пассивные тонкопленочные элементы
Тонкопленочный резистор |
МДМ конденсатор |
Планарный конденсатор
Тонкопленочная катушка
6
7.2.3.1. Смещенный p-n переход
Разделит. диффузия
Б |
Э |
К |
SiO2 |
p
n
n+
n+
p-Si
КИД (Коллекторная изолирующая диффузия)
|
|
|
|
|
|
Э |
Б К |
|
|
SiO2 |
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
n+ |
|
|
|
p |
|
|
|
|
n+ |
|
|
|
p |
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
n+ |
|
|
|
|
|
|
p-Si |
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
7.2.3.1. Смещенный p-n переход
7
7.2.3.1. Смещенный p-n переход
2
7.2.3.1. Смещенный p-n переход
8
7.2.3.2. Пленка диэлектрика
Изопланар
|
|
|
|
|
Б |
|
|
Э |
|
|
К |
|
|
SiO |
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
p |
p |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
n |
n |
n+ |
|
|
n |
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
n+ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
p-Si |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
7.2.3.2. Пленка диэлектрика
Эпипланар
Полипланар
9
7.2.3.2 Эпик-процесс
7.3.3.4. Кремний-на-изоляторе
|
|
|
Декаль |
|
|
n |
|
|
+ |
|
|
+ |
|
|
|
p |
SiO2 |
n |
|
|
n |
|||
|
|
|
|
|
К |
Б |
Э |
|
Si3N4 |
|
|
Стекло |
|
|
КНС
Б |
Э |
К |
SiO2 |
|
p |
|
|
n
Сапфир
Сращивание пластин |
|
Управляемый скол |
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Гетероэпитаксия |
||
Б |
Э |
К |
SiO2 |
+ |
p |
|
|
n |
|
n |
|
|
|
|
|
|
Сапфир |
||
10