книги / Технологическое проектирование микросхем СВЧ

персонал: покрытия полов, отделка столов, стеллажей. Ма­ териал тары, в которой транспортируются или хранятся по­ лупроводниковые кристаллы, также способствует накоплению или “стенанию” накопленного электрического заряда.

Ткани, из которых изготавливается спецодежда (халаты), должны иметь малое удельное электросопротивление. Кроме того, они должны быть маловорсистыми и беспыльными. По удельному электросопротивлению синтетические ткани раз­ личаются следующим образом: на основе лавсана - Ю150м-см; капрона - 1014 Ом • см; триацетата - 1012 Ом • см; вискозы - 108 ...1 0 9 Ом • см; ткани из хлопка - 108 ... Ю10 Ом • см. Как видно, ткани из вискозы, хлопка и льна имеют наименьшее удельное электросопротивление, но они более “ворсисты”, т.е. создают условия для сбора пыли и загрязняют “чистый” воз­ дух. Улучшить свойства этих тканей можно, используя раз­ личного вида пропитки, что придает гладкость их поверхно­ сти и антистатические свойства. Положительным свойством антистатических препаратов является их гигроскопичность, т.е. способность удерживания влаги. Наличие влаги приво­ дит к диссоциации электролитов и образованию ионов, кото­ рые нейтрализуют электростатический заряд.

Покрытия полов и обувь также влияют на возникновение статического электричества. Наилучшими антистатически­ ми свойствами обладают материалы для покрытий полов на основе поливинилхлорида, в которые введены различные ан­ тистатические добавки (алкамон, оксамин, эпамин и др.).

Отводу статического электричества, накопленному на те­ ле человека, способствует обувь на кожаной или малоэлектризующейся подошве (с р = 106 ... 108 Ом • см).

Важное значение для защиты бескорпусных полупровод­ никовых приборов имеют материалы для межоперационной и упаковочной тары. Эти материалы должны иметь низкое удельное электросопротивление, что достигается введением в

диэлектрический материал тары электропроводящих частиц или металлизацией поверхности тары.

воздушной среды) сосредоточены в различных видах техноло­ гической документации (ТД). ТД предназначена для проведе­ ния технологических процессов и организации производства МЭИ СВЧ. Информация, содержащаяся в ТД, охватывает техническую сущность технологических процессов и органи­ зационные вопросы, которые позволяют реализовать требова­ ния конструкторской документации (КД) и технических усло­ вий (ТУ) на комплектующие элементы и МЭИ СВЧ в целом.

В зависимости от назначения ТД подразделяется на ос­ новную и вспомогательную. В свою очередь основная ТД под­ разделяется на документацию общего и специального назначе­ ния.

Документом общего назначения является технологиче­ ская инструкция, которая может применяться самостоятельно или в комплекте с другими документами, независимо от при­ меняемых технологических методов изготовления.

Ктехнологическим документам специального назначения относятся те, которые применяются при описании технологи­ ческого процесса изготовления конкретного изделия. К ним относятся маршрутная карта (МК), карта технологического процесса (КТП ), карта типового технологического процесса (КТТП), операционная карта (ОК).

Квспомогательным документам относятся те, которые используют при разработке, внедрении или функционирова­ нии технологических процессов, например, техническое зада­ ние на проектирование технологической оснастки, обоснова­ ние применения драгоценных или дефицитных материалов, акт внедрения технологического процесса и др.

Разработка перечисленных выше разновидностей ТД оп­ ределяется стадией создания аппаратуры: макетный, опыт­ ный образцы, серийное производство; она носит в опреде­ ленной мере рекомендательный характер. Поэтому на ка­ ждом предприятии разработка ТД и ее принадлежность к то­ му или иному виду документа определяется непосредственно разработчиком-технологом - этот фактор и является решаю­ щим.

Ниже приведен ориентировочный перечень ТД, использу­ емой в производстве МЭИ СВЧ.

Технологические инструкции: напыление пленок мето­ дом термического испарения в вакууме; нанесение элементов толстопленочных схем способом трафаретной печати; хими­ ческая очистка подложек; лазерная размерная обработка под­ ложек; алмазное сверление отверстий в подложках; лужение контактных поверхностей; анализ газового состава; контроль герметичности; меднение токопроводящих элементов; золоче­ ние токопроводящих элементов; упаковка изделий; откачка и наполнение корпусов газом; лазерная обработка резисторов и др.

Карты типового технологического процесса: монтаж ЭРК на тонкопленочные платы; монтаж ЭРК на толстопле­ ночные платы; сборка и герметизация СВЧ-модулей (уст­ ройств); корпусирование и герметизация корпусов лазерной сваркой; ремонт СВЧ-модулей (устройств) и др.

Операционные карты: установка накладок на микрополосковые платы; приварка круглых перемычек; приготовле­ ние флюса; приклеивание микрополосковых плат в корпус; приклеивание ЭРК к плате; контроль сварных швов, выпол­ ненных лазерной сваркой; пайка крышек к корпусу; отмывка плат от флюса и др.

Требования ТД, регламентирующие изготовление эле­ ментов МЭИ СВЧ, должны обеспечить определенное качество, т.е. электрические и эксплуатационные характеристики. По­ этому ТД должна содержать положения,.обусловливающие от­ ветственность исполнителей за качество его работы, т.е. кон­ кретные указания об ответственности:

-оператора за обеспечение технологических параметров

итребований вакуумной гигиены при работе с платами, ЭРК

идр.;

-мастера участка за качество используемых материалов, сроки хранения плат и ЭРК, обеспечение параметров воздуш­ ной среды в технологических помещениях;

-наладчика оборудования за своевременный и качествен­ ный ремонт или поддержание в работоспособном состоянии оборудования, удовлетворяющего техническим требованиям;

-обслуживающие службы за обеспечение качества посту­ пающей воды и газов.

ВТД должны присутствовать операции по контролю ка­ чества, при этом на промежуточных этапах контроль может осуществляться непосредственно самим оператором-исполни­ телем; при передаче на другой участок - оператором этого участка, а на заключительных операциях - сотрудником от­ дела технического контроля.

Основные требования, предъявляемые к контролю на от­ дельных операциях, приведены в табл. 8.11.

Та б л и ц а 8.11. Характеристика требований, подлежащих контролю после выполнения технологических операций

Подгонка резис­ При подгонке методом лазерной лучевой обработки

Г л а в а 9

В Л И Я Н И Е У С Л О В И Й Э К С П Л У А Т А Ц И И Н А И З М Е Н Е Н И Е С В О Й С Т В

Э Л Е М Е Н Т О В М Э И С В Ч

Интенсивность отказов или потеря работоспо­ собности МЭИ СВЧ в период эксплуатации зависит не только от внешних факторов, но и от применен­ ных материалов, конструкции и технологии изготовле­ ния, квалификации операторов, выполняющих отдель­ ные операции, состояния вакуумной гигиены и проче­ го, т.е. в процессе разработки при выборе материа­ лов, конструкции и технологии и изготовлении МЭИ СВЧ уже формируются определенные свойства, кото­ рые можно прогнозировать.

В процессе эксплуатации под воздействием внеш­ них (тепло, холод, влага и др.) и внутренних (на­ грев за счет выделяемого тепла) факторов происходит деградация ранее сформированных свойств: изменение электросопротивлений резисторов, емкости конденса­ торов, ухудшение адгезии пленки с поверхностью пла­ ты, изменение прочности сварных соединений и др. В основе этих изменений лежат явления, связанные со структурными и фазовыми превращениями в материале пленки: диффузия, электромиграция, химическое взаи­ модействие вещества пленки с окружающей ее газовой средой и др. В процессе эксплуатации происходит так­ же изменение адгезии пленки с подложкой и внутренних напряжений в пленке.

9.1. Процессы, приводящие к ухудшению свойств пленочных элементов и структур

К наиболее существенным физическим процессам, приво­ дящим к изменению свойств пленочных элементов, относятся миграция и диффузия. Оба эти процесса связаны с переносом массы вещества: в первом - по поверхности, во втором - в объеме. Эти явления происходят в многослойных тонкопле­ ночных и многокомпонентных толстопленочных структурах. Характер их протекания определяется типами взаимодейству­ ющих материалов и условиями эксплуатации. Результатом миграции и диффузии является потеря первоначально сформи­ рованных физических и электрических свойств, что приводит

кпотере работоспособности МЭИ СВЧ.

Миграция. Этот процесс, происходящий за счет пере­ мещения ионизированных частиц металла по поверхности ди­ электрического материала и стимулируемый электрическим полем, носит название электромиграция, а стимулируемый теплом - тепломиграция; действие этих факторов происходит чаще совместно.

Миграционная способность металлов связана с их физиче­ скими свойствами: потенциалом ионизации и теплотой паро­ образования (табл. 9.1); чем больше показатели этих свойств, тем выше миграционная стойкость.

Т а б л и ц а 9.1. Значения физических констант,

характеризующих миграционную способность некоторых металлов

Процесс миграции между двумя металлическими пленоч­ ными проводниками начинается при наличии тонкой пленки воды (более нескольких монослоев), в которой перемещаются ионы. В случае, если к пленочным проводникам подведено

электрическое напряжение, имеет место электрохимическая реакция. Положительные ионы металлов - катионы - мигри­ руют по направлению к катоду, на котором они осаждаются. По мере роста дендритов на катоде образуется “мостик”, ко­ торый растет и достигает другого проводника - анода, обра­ зуется короткое замыкание.

Особое место имеют миграционные процессы в толсто­ пленочных платах, проводники которых содержат, как пра­ вило, серебро, обладающее большой миграционной способно­ стью.

На процесс электромиграции кроме влажности, темпера­ туры и электрического напряжения влияют также те “загряз­ нения”, которые присутствуют во влажной среде, например NaCl и др. В табл. 9.2 приведены результаты электромигра­ ции, оцениваемые по времени полного зарастания зазора меж­ ду двумя толстопленочными проводниками, находящимися в разных средах и имеющих защитное покрытие.

Наличие платины или палладия в составе паст A g - P t и A g - P d понижает растворимость серебра, т.е. образование его ионов в присутствии влаги и электрического поля. Наи­ более “стойкой” является паста A g - P d - P t . Для этой пасты с уменьшением количества серебра и одновременным увели­ чением палладия и платины миграционная способность пони­ жается.

В табл. 9.3 приведены сведения, характеризующие про­ цесс “зарастания” узких зазоров между проводниками, выпол­ ненными из пасты Ag - Pd - P t с различным содержанием ком­ понентов.

Интенсивность миграции серебра в значительной мере за­ висит от содержания палладия в серебряно-палладиевой пасте (рис. 9.1). Как видно, увеличение палладия замедляет мигра­ цию серебра. Оксид палладия, присутствующий в вожженной серебряно-палладиевой пасте, служит эффективным барьером для миграции серебра.

Следует отметить, что имеется принципиальная разница в скорости процессов миграции, происходящих в деионизован­ ной воде и влажном атмосферном воздухе, а именно: скорость

Т а б л и ц а 9.2. Среднее время работы толстопленочных элеменов, изготовленных из различных паст

П р и м е ч а н и е . Внешние условия: относительная влажность 95 %; температура 40 ° С; напряжение 10 В; подложка - алюмооксндная керамика (АЬОэ - 96 %); за отказ принималось: а) зарастание зазора между проводниками; б) появление проводимости между обкладками конденсатора; толщина диэлектрического слоя конденсаторов 60 мкм.

Т а б л и ц а 9.3. Период времени до полного зарастания зазора между проводниками, изготовленными из паст различного состава

Состав паст, % Время, ч, зарастания зазоров при их ширине, мм

П р и м е ч а н и е . Испытания проводились в условиях: отно­ сительная влажность 98 %; температура 25° С; подаваемое напряже­

ние между проводниками 20 В; подложка - алюмооксндная керамика (АЬОз - 96 %); знак 1п означает отсутствие зарастания зазора.