Заводян Лабораторный практикум

было установлено, что при удельном давлении 800-1000 кг/см2 в пластифицированномслоепроисходитпластическаядеформацияпорядка0,3%. Этоозначает,чтокоординатыотверстий,находящихсянарасстоянии100мм,не совпадутсосвоиминоминальнымиположениямина 0,3мм,чтобылоучтено приизготовлениирабочихпуансон-копиров,впротивномслучаенеизбежныбыли бысерьезныетрудностиприсовмещениислоев(разрывыизамыканияцепей).

Приизготовлениипуансон-копировпришлосьотказатьсяоттрадиционных методовсверленияотверстийнакоординатно-расточном станкепотаблице координат из-за большой трудоемкости составления таблиц и управления координатно-расточным станком,большой вероятности внесения ошибки в координату отверстия.Поэтому был применен способ,обеспечивающий производительность,точностьсверлениямножестваотверстийиодновременно учитывающийпоправку0,3% нарасположениеотверстийиз-запластической деформацией керамического слоя.Этотспособ заключается в следующем: изготавливаетсяспециальныйфотошаблонслоя,накоторомизображенытолько точки,соответствующиеотверстияммежслойныхпереходоввмасштабе1,152:1 (фотошаблонэтогожеслоядляполучениятрафаретасцелью металлизации отверстийизготавливалсявмасштабе1,155:1);фотошаблонустанавливаетсяна приспособлении рядом с металлической заготовкой пуансон-копира;затем рабочийспомощьюмикроскопа,укрепленногонашпинделестанка,перемещает стол,совмещаяосьмикроскопасосьюизображенияотверстиянафотошаблоне, ипросверливаетотверстиявзаготовкепуансон-копира.

Как отмечалось выше,пробивка отверстий в заготовках слоя КП производитсянапрессевспециальном штампе.Приэтом прессразвивает усилие110-200тдлясозданияудельногодавления800-1000кг/см2поплощади заготовки слоя 140 мм х 180 мм,при котором полиуретановая подушка превращаетсявпуансон,вырубающийотверстиевкерамике.

Необходимоучесть,чтоотвеличиныудельногодавлениязависитвеличина пластической деформации пластифицированной керамики.Поэтомуналадка оборудованияпроизводитсястаким расчетом,чтобы удлинениеслояпосле пробивкибыловпределах0,3%.

Послепробивкиотверстийвзаготовкахслоевнеобходимаконтрольная

операциясцельюпроверкинаналичиевслоевсехотверстийиотсутствияна поверхностяхкерамическойкрошки,котораявозникаеткактехнологические отходыприпробивкеотверстийииз-заэлектростатическогозарядаприлипаетк поверхностислоя.Основнаямассаэтихкрошекудаляетсянапрессеструей сжатоговоздуха,одиночныекрошкисчищаютсящеткой.

Проверкакачествапробивкиотверстийичистотыповерхности(напредмет отсутствиякрошек)проводитсянаматовомстеклесподсветкойиспомощью линзы.

Металлизацияслоевкерамики

Металлизацией слоев керамики называют этап формирования электропроводящихэлементов коммутации,обеспечивающихэлектрическую связьмеждунаружнымиконтактнымиплощадками,накоторыхвпоследствии монтируются навесные компоненты согласно электрической схеме функциональнойячейки(ФЯ)электронногоустройства(ЭУ);(электрическиецепи проходятповнутренним слоям КП).Наверхнем слоерасполагаютсятолько контактные площадки.Связь между слоями осуществляется с помощью межслойныхпереходов,выполненныхввидеметаллизированныхотверстий0,45-0,50мм.Наоднуизсторонкаждогослоянаносяттопологическийрисунок,

91

включаямежслойныепереходы,которыевопределенныхместахприсборке слоеввпакетыконтактируютспроводникамисоседнихслоев,образуя,таким образом,электрическиецепиКП.

Вконструкторскойитехнологическойдокументации(соответственноКДи ТД) на КП (и МКП) сформулированы определенные требования к металлизирующей(проводящей)пасте.Пастадолжнаобеспечивать:

получениепроводниковсудельнымсопротивлениемнеболее0,020Ом/□; адгезионнуюпрочностькоснованиюплатыКП(сразмерами1ммх1мм) неменее1000г; нанесениепроводниковметодомтрафаретнойпечати; технологическую совместимостьпроцессаформированияпроводников

(тоестьспеканиеивжиганиепасты)спроцессомобжигакерамикиВК94- 1.

Проводящая паста наносится на установке трафаретной печати с применениемметаллическихтрафаретовизбериллиевойбронзы маркиБрБ-2 толщиной0,1ммисетчатыхтрафаретовизнержавеющейсталисокномвсетке 40мкмидиаметромнитей25мкм(см.рис.1).

ТехнологическийпроцессметаллизациислоевзаготовокКП состоитиз следующихэтапов:

нанесения проводников межслойных переходов (металлизация межслойныхпереходов); сушки;

нанесенияпроводящихдорожекипрочихпроводящихэлементов; сушки; контролявнешнеговида;

устранениядефектоввнешнеговида. Приметаллизациимежслойныхпереходовпастананоситсясобратной

стороны слоя через металлический трафарет. Отверстия должны быть полностью заполнены пастой.В противном случае,послезамоноличивания слоевМКП,вмежслойныхпереходахобразуютсяпустоты,которыепослеобжига приводяткмикровздутиям,способствующимобрывамцепейит.п.Допустимое смещениеосейотверстийнакерамическойзаготовкеотносительноосейоконв трафаретесоставляетнеболее0,25мм

.

92

Рис.1. Принцип и средства реализации для трафаретной печати пастообразныхматериалов:а– исходноесостояние;б–нанесение пасты;в–конструкцияракелядлянанесенияпроводящейпасты(либо припойнойпасты).

Сушка заготовок слоев после металлизации проводится на воздухе в течение 12 часов.Эта операция выполняется для того,чтобы исключить смазываниепастынаследующихоперациях.

Проводники обычно наносят на лицевую сторону заготовок также трафаретнойпечатью (контактнойибесконтактной)проводящейпасты,нос применением сетчатыхтрафаретов.Приэтом вместахвыходамежслойных переходов на поверхность заготовки,отверстия дополнительно заполняют проводящейпастой.

Удалениесплатзагрязненийиосветлениеметаллическогопокрытиядля сохранения его паяемости осуществляется в специальных растворах с последующейконвекционнойсушкойпри40-60оСвтечениешестичасов.

Контрольвнешнеговидасводитсякпроверке:качестварисунка,степени заполненияотверстийпастойиотсутствиязагрязненийнаповерхности.

Сборкаипрессованиезаготовоквмонолит(получениеструктурыМКП)

Изготовленныйкомплектзаготовокслоев(всоответствиистребованиями КДиТД)собираютвпакетнасборочномприспособлении,затемприпомощи стационарной пресс-формы на прессе (например,типа ДБ-2432Б)проводят замоноличиваниепоследующемурежиму:

удельноедавление300-400кг/см2; температуранагрева40-60оС; времявыдержкиподдавлением10-15мин.

Для обеспечения качественного выполнения замоноличивания пакета необходимособлюдениеследующихусловий:

слоинедолжныиметьместныхвмятиниутолщений; отклонениетолщиныслояпоплощадидолжнобытьнеболее+0,01мм; непараллельностьверхнейповерхностиотносительнонижнейдолжна бытьнеболее0,05ммнадлине500мм; непараллельность смыкаемых и внешних поверхностей

приспособлениядляпрессованиядолжнабытьнеболее0,02мм; верхняя и нижняя плиты пресса должны быть оборудованы устройством подогрева для обеспечения температуры в пакете собранныхслоев45-55оС; системауправленияпрессомдолжнабытьснабженарелевремени;

93

приспособление для прессования должно иметь четыре базовых штифта; нарабочемместедолжнысоблюдатьсячистотаипорядок.

В процессепоследующего обжига (совместного спеканияселективного проводящего покрытия и керамического материала)происходитвыгорание органическихсвязующих,входящихвсоставкерамическойлентыипроводящей пасты.Поэтомувинтервалетемпературот55до1000оСгазоваясреда(несмотря нато,чтоонасостоитизсмесиводородаиазота)должнаиметьдостаточное количествокислородадляобеспеченияполноговыгоранияиудалениясвязки,а такжедлясозданияопределеннойконцентрациикислородасцельюобеспечения в проводящем слое адгезии между керамикой и металлом.С момента достижениятемпературы1000оСидоконцапроцессаспекания,технологическая среда должна иметь достаточное количество водорода и обладать восстановительными свойствами для обеспечения необходимых электропроводящихсвойствповерхностиметаллизации.Болееполноеспекание керамическогоматериалазависитотмногихфакторови,преждевсегоот:

возможнополногоудаленияорганическойсвязкивовремяобжига;температурыисоставагазовойсредыприобжиге. Монолитыплатобжигаютсявэлектроводородныхтолкательныхпечахтипа

ПВТ-6последующемурежиму:температураобжига1540±20оС;времятолканиялодочки60-90мин;прямоток–газоваясмесьводородасазотом;противоток–сухойводород.

Огнезащитуобеспечивают,используяспециальныелодочкитипаЛБ-1,часть которыхпутемшлифовкипревращаютвподставкисразмерами140ммх20мми устанавливают на стандартную лодочку. Для исключения припеканий шлифованнуюповерхностьподставкипокрываюткамедьюследующегосостава:

наполнителькорундовыйдлятеплоизоляционныхбетонов 62,5%;6%-ныйрастворметилцеллюлозывводе 20,8%;вода 16,7%.

Обеспечение необходимыхприсоединительныхразмеров после обжига МКП достигаетсяпоследующейшлифовкойнаплоскошлифовальныхстанках (например,типаЗГ-71)сприменениемшлифовальныхкруговссинтетическими алмазаминаметаллическойоснове.ШлифуетсяобратнаясторонаМКП,котораяв составеФЯкрепитсякметаллическомуоснованиюблока.

Восстановление металлизации в водороде применяется для снятия окисной пленки с металлизированных поверхностей МКП и выполняется непосредственнопередхимическим никелированием впечитипаПВТ-6при максимальнойтемпературе1350оСсвосстановительнойатмосферой.

Циклтолканиялодочки–20минут. Сцельюобеспечениякачественногооблуживанияконтактныхплощадоки

припайкивыводовкомпонентовкплатепроизводятхимическоеникелирование металлизациинаплате.Толщинахимическогоникеля0,003мм.Дляактивизации контактныхплощадокпередхимическимникелированиемониобрабатываютсяв растворе хлористого палладия.Для улучшения адгезии пленки никеля к металлизированнойповерхностипроводяттермообработкуМКПвконвейерных печахвсредеводородапритемпературе800-900оС.Лужениеосуществляется путем погруженияКП врасплавленныйприпойПОС-61притемпературе200- 260оС.Времялужения – 15 с.Дляболееточного дозированияприпояна контактных площадках знакомест МКП формируют площадки из пропоя, например,трафаретнойпечатьюприпойнойпасты(см.рис.1)споследующимее

94

оплавлением.Это необходимо при использовании на сборочно-монтажных операциях(впроцессеизготовленияячеекнатакихМКП)вкачественавесных компонентовкерамическихкристаллодержателейБИСсмалымшагомвыводов (иливыводныхконтактныхплощадок).

Контрольэлектрическихпараметров платы (проверкасхемы разводки проводников, сопротивления изоляции и сопротивления проводников) проводитсяспомощьюприборовтипаПСР-4иВ7-27а.

Припайкавнешнихвыводов(длямежузловойкоммутации)выполняется твердымприпоемПСр-72вэлектропечах(типаСК-11/16-8)ввосстановительной средепритемпературе840-860оС,соскоростьюдвиженияконвейернойленты38 мм/мин.

Нарис.2представленынаиболееважныеэтапыизготовленияотдельных заготовокиструктуры МКП,получаемыепопакетнойтехнологии(присборке заготовок в пакетс последующим замоноличиванием)и по подложечной технологии(припослойномнаращиваниепроводящихидиэлектрическихслоев поочередно)дляконструкторско-технологическихвариантовсдвухсторонней металлизациейзаготовок.Однако,приодностороннейметаллизациизаготовок (для которой процесс металлизации был описан в предыдущем разделе) технология изготовления МКП значительно упрощается, но плотность коммутациивэтомслучаезаметноуменьшается.

95

Рис.2.Наиболее важные этапы изготовления и структуры МКП на керамическихоснованиях:а…в–получаемыепопакетнойтехнологии; г…ж – по подложечной технологии (по технологии послойного наращивания);а– подготовкаисходныхзаготовок,втом числеи формированиеотверстий;б– созданиекоммутации(втом числе межслойной);в – прессование пакета (замоноличивание);г – подготовка подложки; д – формирование коммутации; е – формирование межслойного диэлектрика; ж – формирование следующих слоев коммутации (этапы е,ж могут повторяться требуемоечислораз);l–керамическаязаготовкасотверстиями;2– сквозныеотверстия,подлежащиеметаллизации;3–коммутирующие элементы;4 – керамическая прокладка (либо диэлектрическое покрытие);5–межслойныйдиэлектрик;6–монолитнаяструктура МКП.

96

Втабл.2приведеныосновныетипыкорундовойкерамики(применяемойв отечественныхпроизводствахМКП),иххимическийсоставиотдельныесведения опрактическиважныхихсвойствах.

Таблица2 Основныесведенияоботечественнойкорундовойкерамике

Длякерамическихкристаллодержателейнаосновемногослойнойкерамики МКПширокоиспользуютлентыизкорундовойкерамикимаркиВК94-1.Керамика ВК94-1нетоксична,нопотеплопроводностинесколькоуступаетбериллиевой керамике,которую иногда применяют в производстве мощных приборов, благодарявысокойтеплопроводностиималомувесу.Широкоеиспользование бериллиевой керамики в технике ограничивается ее токсичностью и дефицитностью.Втабл.3приведеныосновныесвойствакорундовой(ВК94-1)и бериллиевой(ВБ100-1)керамик.

Таблица3 Сравнительныехарактеристикикорундовойибериллиевойкерамик

98

Органическиесоставляющиешликера

Какотмечалосьранее,дляизготовлениякерамическихпленокилилент сначала приготавливают шликер, включающий следующие основные компоненты:минеральную часть,связку(биндер),растворитель,поверхностноактивноевещество(ПАВ).

Основные свойства поливинилбутираля, как широко используемого связующегокомпонента,приведенывтабл.4.

Таблица4 Основныеразновидностиисвойстваполивинилбутираля

Такиесмолы,какполиметилметакрилатная,бутиральацетатцеллюлознаяв качестве связок для литья керамической ленты менее пригодны,чем поливинилбутараль.Полиэтилен,полистирол,поливинилацетат,полиакрилатне полностьювыгорают.

Втабл.5приведены соотношенияосновныхкомпонентовшликеровдля изготовлениялентипленокВК94-1наосновеполивинилбутиральнойсвязки.

Таблица5 Соотношенияосновныхкомпонентовшликеровдляполучения

керамическихлентипленокнаосновеполивинилбутиральнойсвязки

99