ПИМС и МП. Лекции, задания / УчебнПособ_Р2_1_м

70

Используя те же базовые отверстия, отдельные листы собирают в пакет (рис. 4.20, б), подпрессовывают и штамповкой отделяют периферийную часть с базовыми отверстиями. Пакет подвергают высокотемпературной обработке. При этом протекают два параллельных процесса: вжигание проводящего рисунка в керамику и спекание (взаимная диффузия) частиц окислов, из которых состоит керамическая масса. На первой стадии обжига также происходит разложение и удаление пластификатора (технологической связки). Коммутационные платы на многослойной керамике позволяют реализовать до шести уровней разводки.

Выходящие на поверхность платы монтажные площадки на основе вольфрама или молибдена не допускают сварки и не смачиваются припоем. Для возможности облуживания площадок и последующей пайки на них методом химического осаждения из раствора наносится слой никеля.

В основу технологии с полиимидной плёнкой положено раздельное изготовление платы 7 с плёночными диэлектрическими слоями 8, слоями первого уровня проводной разводки 9 и полиимидной плёнки с отверстиями 1 и двумя последующими уровнями разводки соединений 5 на двух сторонах плёнки, поэтапно представленное на рисунке 4.21. На плате могут быть исполнены плёночные структуры пассивных элементов микросхемы. Отдельно исполняется полиимидная плёнка с отверстиями 1 (см.

рис. 4.21, а), на которой напылением слоя Сr-Cu-Cr образуется проводящий ад- гезионно-буферный слой

2 (см. рис. 4.21, б). Нане-

сением фоторезиста 3 (рис. 4.21, в), электроосаждением (см. рис. 4.21, в) проводящего слоя (Сu c покрытием Sn-Bi) 4 и по-

71

следующим удалением фоторезиста и буферной плёнки под ним формируются на двух сторонах полиимидной плёнки проводные соединения 5 второго и третьего уровней разводки (см. рис. 4.21, д). Электромонтаж полиимидной плёнки на плате 7 исполняется после совмещения с помощью балочных или столбиковых выводов 6 по периметру и выборочно во внутренних точках через отверстия в плёнке (см. рис. 4.21, е), обеспечивая коммутацию между слоями разводки.

Коммутационные платы позволяют успешно преодолевать проблемы увеличения степени интеграции микроэлектронных устройств разнородных по технологии производства кристаллов, пассивных компонент.

4.8 Компоненты ГИС

4.8.1 Введение

Вследствие ограничений плёночных технологий, в конструкциях гибридных микросхем применяются навесные радиоэлементы (компоненты), изготавливаемые по собственной технической документации. Ограничения плёночной технологии на современном уровне её развития могут проявляться вследствие одного из следующих факторов:

–несовместимости с технологией изготовления компонент (полупроводниковые приборы и кристаллы);

–превосходства радиоэлементов, изготавливаемых по иным, в сравнении с плёночными, технологиям, по функциональным, конструктивным, стоимостным параметрам;

–разделения на части (отдельные платы) с последующим объединением их на общих (коммутационных платах) для достижения необходимой степени условия интеграции конструкций.

В состав компонент следует отнести:

–полупроводниковые приборы и кристаллы микросхем;

–моточные изделия при индуктивности обмоток более

(10–20) мкГн;

–конденсаторы ёмкостью более (1000–2000) пФ;

–одиночные резисторы с сопротивлением существенно (десятки раз) отличным от сопротивления квадрата слоя материалов.

72

За пределы плат гибридных микросхем следует выносить:

–перестраиваемые резисторы, индуктивности и ёмкости;

–силовые полупроводниковые приборы и резисторы при рассеиваемой мощности более (0,2–0,5) Вт, если для отвода тепла недопустимо применение тепловых шин, радиаторов;

–конденсаторы ёмкостью более (1–2) мкФ при рабочих напряжениях более (6–10) В;

–переключатели с механическим управлением;

–трансформаторы и катушки с индуктивностью более

1020 мГн;

–резисторы с сопротивлением более (200–300) кОм. Конструкции навесных элементов разнообразны, но испол-

нение компонентов должно удовлетворять требованиям:

–совместимости их конструкций с плоским монтажным пространством плат ГИМС;

–однозначного соответствия ориентации и базировке при монтаже;

–удобства и возможности автоматизации монтажа и электромонтажа.

4.8.2 Конструкции кристаллов

В конструкциях гибридных микросхем применяются три варианта исполнений полупроводниковых приборов кристаллов и плат:

–с гибкими выводами от кристаллов;

–конструкции с жесткими выводами в пределах проекции кристалла;

–конструкции с жесткими выводами, выступающими за пределы проекции кристалла.

На рисунках 4.22, а, б приведены варианты конструкций кристаллов с гибкими выводами.

Отличие изображённой на рисунке 4.22, б конструкции состоит в полном обволакивании кристалла защитным покрытием, тогда как в исполнении 4.22, а покрытие нанесено на кристалл со стороны присоединения гибких выводов. В качестве защитного покрытия преимущественно применяются компаунды на органической основе. Кроме защиты от механических повреждений и

73

Рисунок 4.22

загрязнения поверхности кристалла, покрытие выполняет функцию теплоотводящей оболочки и дополнительной механической связки между кристаллом и гибкими проводниками его выводов. Вариант конструкции, изображённый на рисунке 4.22, а, потенциально соответствует более совершенному отводу тепла при установке кристалла на теплоотводящие шины, благодаря более высокой теплопроводности кремния в сравнении с компаундами и клеями. Размеры конструкции с полным обволакиванием (см. рис. 4.22, б) по высоте (Н) более чем в два раза превосходят высоту конструкции с односторонним покрытием, а по диаметру (D) приблизительно сравнимы с диагональю кристалла этого исполнения. Для идентификации порядка нумерации гибких выводов учитывается факт их ориентации вверх относительно монтажной поверхности кристалла (платы), несимметричное радиальное размещение выводов или явная маркировка одного из выводов для отсчёта номера последующих. Общепринятой является нумерация выводов счётом против движения часовой стрелки при наблюдении кристалла (платы) со стороны размещения элементов, если иные варианты не оговорены в технической документации.

Конструкции кристаллов с гибкими выводами применяются при планировании выпуска небольших партий ГИМС, так как

74

монтажные и электромонтажные операции кристаллов выполня-

платах. Электромонтаж таких компонент выполняется в процессах производства микросбо-

рок на коммутационных платах с оснащением производственных участков необходимым для этих целей оборудованием.

Компоненты с жёсткими выводами (см. рис. 4.24, рис. 4.25) позволяют применить при монтаже и электромонтаже автоматизированное и автоматическое оборудование.

Рисунок 4.24

75

На рисунке 4.24 изображены кристаллы с шариковыми (см. рис. 4.24, а) и столбиковыми (см. рис. 4.24, б) выводами. На рисунке 4.25 изображен кристалл с балочными выводами.

Ориентация кристаллов с жёсткими выводами при монтаже обеспечивается их упорчдоченым размещением на носителе монтируемых кристаллов и программой управления монтажной головкой

автоматических технологических установок. В автоматизированных установках монтажа компонентов с жёсткими выводами ориентация и позиционирование монтажной головки выполня-ется оператором по ключевым указателям монтажной зоны кристалла на плате.

Монтаж и электромонтаж кристаллов с жёсткими выводами на платах совмещается, так как механическое соединение кристалла с платой обеспечивается сварным соединением выводов кристалла с контактными площадками платы. В кристаллах с балочными выводами, в отличие от кристаллов со столбиковыми и шариковыми выводами, обеспечивается открытый доступ к контролю качества соединений кристалла с платой.

4.8.3 Конструкции конденсаторов

При суммарной площади плёночных конденсаторов более 1 см2 целесообразно применять миниатюрные навесные конденсаторы. Промышленно выпускаются керамические конденсаторы типов К10-9, К10-9м и К10-17, стеклокерамические типа К22-4, керамические конденсаторные матрицы типа К10-27, предназначенные для применения в качестве компонентов ГИМС. Стеклокерамические конденсаторы типа К22-4 с электродами из алюминиевой фольги предназначены для применения в герметизированных ГИС, где они могут заменять конденсаторы типов К10-9 и К10-17 с электродами из благородных металлов. Электролитические оксидно-полупроводниковые конденсаторы типов К52-6,

76

К53-15 и другие используют в миниатюрных конструкциях блоков аппаратуры на печатных платах совместно с микросхемами. Варианты конструктивных исполнений конденсаторов изображены на рисунке 4.26. Выпускаются конденсаторы с нелужеными и лужеными исполнениями контактных поверхностей. Размеры конденсаторов зависят от величины ёмкости и температурного коэффициента. Номинальные значения ёмкости навесных конденсаторов определяются нормированными числовыми значениями рядов Е6-Е192.

Рисунок 4.26

Конденсаторы типов К10-9, К10-17 исполняются с нормированными значениями температурного коэффициента групп П33, М47-М1500 и группами температурного изменения емкости Н10Н30, Н30, Н90, в диапазоне температур –60...+85 С. Относительно емкости при 20 °С изменения емкости конденсаторов составляют от ±10 % (Н10) до ±50 % (Н90). Конденсаторы типа К22-4 выпускают только одной группы по ТКЕ (Н10).

В линейных ГИС, содержащих по несколько конденсаторов одинаковой емкости, нашли применение матрицы керамических

78

Номинальные значения сопротивлений навесных резисторов определяются нормированными числовыми значениями рядов Е6-Е192.

Размеры резисторов исполнений С2-12, С3-3 приведены в таблице 4.15.

Таблица 4.15 — Размеры резисторов исполнений С2-12, С3-3

Резистивным материалом навесных резисторов являются металлодиэлектрические, металлооксидные плёнки и композици-

онные пасты с температурным коэффициентом сопротивления

(10–3–10–4) 1/град.

4.8.5 Индуктивные компоненты ГИМС

Индуктивные компоненты исполняются на магнитных сердечниках, что позволяет концентрировать магнитное поле, ограничить взаимную связь витков катушки с окружающими электро- и магнитнопроводящими объектами, в десятки раз повысить индуктивность и добротность катушек. На рисунке 4.29 изображен навесной индуктивный элемент на тороидальном магнитном сердечнике.

Размеры (диаметр D и высота Н) катушек индуктивности и их совокупностей определяются размерами плат и высоты полости корпуса. Внешний диаметр катушек D для ГИМС ограни-

79

чивается по максимуму значением (6–8) мм при высоте катушки H не более (2–2,5) мм. Минимальный диаметр провода для намотки катушек вследствие снижения механической прочности ограничивается значением 0,1 мм (в изоляции). Для типовых тороидальных магнитных сердечни-

ков с отношением диаметров (2–2,5) при коэффициенте заполнения окна медью 0,15 максимальное число витков катушек может достигать (80–100). Индуктивность тороидальных катушек с магнитным сердечником определяется по формуле

где μ эф — эффективная магнитная проницаемость сердечника; N — число витков катушки;

Ѕсер — средняя площадь поперечного сечения сердечника,

см2;

Lcр — длина средней силовой линии сердечника, см.

При эффективной магнитной проницаемости (10–20) единиц индуктивность достигает (0,8–1,5) мГн. Добротность таких катушек определяется омическим сопротивлением провода катушки на постоянном токе (0,5–1) Ом. В расчёте на названное число витков могут исполняться многообмоточные моточные изделия (трансформаторы). Допустимые токи в миниатюрных катушках в расчёте на допустимую плотность тока более 2 А/мм2 определяются для диаметра провода не менее 0,07 мм. Относительная магнитная проницаемость материала тороидальных сердечников находится в достаточно широком диапазоне значений от 2–5 до 2000–3000 и в отсутствие немагнитных зазоров магнитной цепи может рассматриваться как эффективное значение μ эф.