книги из ГПНТБ / Скарлетт, Дж. Транзисторно-транзисторные логические интегральные схемы и их применение

2

Изготовление, испытания и надежность ТТЛ ИС

2Л. Изготовление ТТЛ ИС

ТТЛ ИС изготавливаются с помощью планарно-эпитаксиальной технологии. В этой технологии р—«-переходы транзисторов форми­ руются с помощью последовательно выполняемых диффузий приме­ сей р- и «-типа.в эпитаксиальный слой, выращенный на поверхности кристалла. Конфигурации диффузионных областей определяются окнами, вытравливаемыми в слое окиси кремния, образованном на поверхности кристалла; этот слой предохраняет кристалл от сплош­ ной диффузии по всей поверхности. После каждой диффузии выпол­ няется операция образования нового защитного окисного слоя по всей поверхности кристалла,- который затем покрывается фоторези­ стом и заново травится для формирования в нем окон для следующей диффузии. В результате после проведения всех диффузий кристалл оказывается покрытым слоем окиси кремния, толщина которого зависит от количества последовательных диффузий, проведенных на данном участке кристалла. Ступеньки на окисном слое можно различить через микроскоп с 100-кратным увеличением, а конфигу­ рация выполненной на кристалле интегральной схемы легко может быть «прочитана». Резисторы формируются с помощью диффузии примеси /з-типа (базовой диффузии) в эпитаксиальный слой «-типа. Для электрической изоляции резисторов области «-типа, содержа­ щие эти резисторы, подключаются к шине питания с напряжением 5 В, так что все резисторы образуют с этой областью обратно смещен­ ные диоды. Отдельные элементы схемы электрически изолированы друг от друга, так как все они образуют по отношению к подложке или шине питания диоды, которые в нормальном режиме работы схемы смещены в обратном направлении (подразд. 3.1.4).

После диффузии в окисном слое формируются отверстия под контакты ко всем эмиттерным, базовым и коллекторным областям транзисторов, к резисторам и прочим элементам схемы. Затем на поверхность окисного слоя осаждается слой алюминия, который после маскирования фоторезистом травится, образуя совокупность металлических дорожек, соединяющих компоненты ИС (фиг. 2.1).

Проводящие дорожки, идущие к входным и выходным выводам схемы, заканчиваются квадратными или прямоугольными контакт­

рамке с выводами алюминиевых проволочек применяется ультра­ звуковая сварка. Золотые проволочки присоединяются к кристаллу и выводам корпуса с помощью термокомпрессионной сварки (сварки шариком).

2.2.1.4. Сборка и герметизация корпуса. После приварки про­ волочек к кристаллу и внешним выводам крышка керамического корпуса устанавливается на свое место и производится герметиза­ ция корпуса. При сборке в пластмассовый корпус рамка с выводами с припаянным к ней кристаллом опрессовывается пластмассой.

2.2.2. МОНТАЖ 'КРИСТАЛЛА ЛИЦЕВОЙ ПОВЕРХНОСТЬЮ ВНИЗ

2.2.2.1. Монтаж методом «перевернутого кристалла». Кристал­ лы могут быть смонтированы в корпус лицевой стороной вниз и при­ соединены к подложке с помощью маленьких контактных столбиков, сформированных либо на кристалле, либо на подложке в местах, где должно быть соединение между контактными площадками на кристалле и металлизированными дорожками на подложке.

Наиболее часто применяемая подложка в этих случаях представ­ ляет собой небольшую керамическую пластинку, на которой нанесе­ ны металлизированные дорожки, идущие от внешних выводов корпуса, расположенных на краях подложки, к месту монтажа кристалла. В этом случае кристалл может герметизироваться с по­ мощью небольшой керамической полой крышечки, которая покры­ вает кристалл и идущие к нему металлические дорожки.

Используемые в методе «перевернутого кристалла» (flip-chip) контактные столбики могут быть выполнены из алюминия, серебра или свинцовооловянного сплава. Некоторые изготовители гибридных СИС применяют монтаж методом «перевернутого кристалла» для активных приборов, однако пока кажется маловероятным, что ктолибо из изготовителей ИС будет применять этот процесс для монтажа ТТЛ ИС в стандартные корпуса.

2.2.2.2. Сборка в корпуса с балочными выводами. Балочные выводы представляют собой миниатюрные золотые «балочки», кото­ рые формируются на кристалле таким образом, чтобы их концы выступали за края кристалла. Кристалл кладется лицевой стороной вниз на подложку с нанесенной соответствующим образом металли­ зацией и золотые балочки привариваются к концам соединительных дорожек подложки с помощью специальных сварочных установок

(фиг. 2.4).

Эти золотые балочки формируются после последней операции диффузии, но до разделения пластины на кристаллы. В связи с тем что для их формирования вокруг каждого кристалла необходимо дополнительное пространство, промежутки между схемами на пла­ стине должны быть сделаны больше, чем в случае монтажа лицевой поверхностью вверх или методом «перевернутого кристалла».

написания данной книги выпускались заказные гибридные БИС, однако сведения о долговременной тепловой и механической надеж­ ности подобных больших корпусов практически отсутствовали.

Более подробную информацию по монтажу ИС в корпуса можно найти в Трудах конференций Inter-Nepcon, проводимых с 1968 г. ежегодно в Брайтоне

2.3.Контроль ТТЛ ИС

2.3.1. к о н т р о л ь с помощью зондовых головок

Первая проверка годности ТТЛ ИС проводится сразу после изго­ товления пластины до ее скрайбирования и разламывания на от­ дельные кристаллы. Эта проверка выполняется на автоматической установке, снабженной микрозондами. Пластина помещается на столик установки, зонды устанавливаются над первой ИС, опускают­ ся до получения контакта с контактными площадками на кристалле, после чего осуществляется контроль ИС. При этом обычно прове­ ряются статические параметры и, возможно, функционирование ИС. Быстродействие на этом этапе испытаний обычно не проверяется. После проверки одной схемы установка автоматически переходит к следующей и так далее до тех пор, пока не будут проверены все схемы на пластине. Дефектные схемы маркируются каплей краски. Некоторые фирмы применяют для этого магнитные краски, благо­ даря чему дефектные схемы после разламывания пластины на кри­ сталлы удаляются автоматически (фиг. 2.5 и 2.6).-

2.3.2. ПРОВЕРКА ХАРАКТЕРИСТИК И КОНТРОЛЬ КАЧЕСТВА ИС

Следующий этап испытаний — полная проверка статических параметров ИС, смонтированных в корпуса. Это делается на сложных испытательных установках с управлением от ЭВМ, и именно на этом этапе приборы разделяются на «военный» и «гражданский» классы. Сложные элементы, триггеры и т. п. обычно проверяются на функ­ ционирование. Проверка быстродействия может выполняться лишь выборочно, если, конечно, в конкретных технических условиях не оговорена 100%-ная проверка быстродействия. Другие испытания — на устойчивость ИС к ударам, вибрациям и ускорениям и проверка корпусов на утечки (для герметичных корпусов) — также выпол­ няются выборочно.

Полные 100%-ные испытания обычно выполняются только при комнатной (25° С) температуре, а для оценки изменения параметров при заданных граничных температурах делаются соответствующие допущения. Большинство фирм проводит в качестве составной части программы контроля качества выборочные испытания схем из каж­ дой партии на предельной температуре. Однако если ИС предназна­