4.3. Тема 5. Гибридные интегральные схемы и микросборки

Гибридные интегральные схемы (ГИС) и микросборки (МСБ) основное применение получили в специализированных САУ ЛА. Тем не менее, на ГИС была построена широко распространенная в свое время американская система IBM360, ставшая в последствии прототипом ЕС ЭВМ.

ГИС и МСБ могут быть аналоговыми, цифровыми и аналого-цифровыми.

МСБ, в отличие от ГИС, разрабатываются под конкретную аппаратуру, они могут быть корпусными и бескорпусными, характеризуются меньшей степенью унификации, как в части подложек с печатной схемой, так и в части монтируемых на нее навесных компонентов.

Печатные элементы и межэлементные соединения ГИС и МСБ получают в основном методами тонко- и толстопленочной технологии.

Подложки

Подложки служат диэлектрическим и механическим основанием для пленочных элементов и навесных компонентов, а также выполняют функцию теплоотвода.

Основные параметры подложек: диэлектрические характеристики (объемное и поверхностное удельное сопротивление, относительная диэлектрическая проницаемость, тангенс потерь); теплопроводность; химическая стойкость (к обрабатывающим реактивам) и химическая инертность (к осаждаемым маиериалам); термическая стойкость (к высокотемпературным методам обработки); механическая прочность и обрабатываемость; плоскостность и шероховатость поверхности; влагопоглощение; отсутствие газовыделений при большой температуре и вакууме; согласованность температурного коэффициента линейного расширения (ТКЛР) с ТКЛР материалов наносимых пленок; стоимость.

Наибольшее распространение в ГИС и МСБ получили подложки из ситалла и керамики размеров 60х48 мм, толщиной 0,5…1,0 мм.

Ситаллы - стеклокристаллические материалы, получаемые термической обработкой стекол, в результате чего, формируется однородная, полностью или частично кристаллическая структура с размерами кристаллов порядка 1 мкм. Ситаллы характеризуются низким ТКЛР, высокой химической стойкостью, невысокой теплопроводностью (коэффициент теплопроводно­сти К_т = 1... 1,5 Вт/(м·К)), диапазон рабочих температур составляет от –60°С до +700°С.

Ситалловые подложки (например, СТ-50-1) являются наиболее распространенными в тонкопленочных ГИС. Так как минимальная толщина пленочных элементов (в частности, резисторов) может составлять десятые доли мкм, то для их надежного функционирования шероховатость подложки должна быть не ниже 12...14 класса (R_а 0,025 мкм). С этой целью на рабочую сторону ситалловых подложек (при их изготовлении) наносят глазурь.

Толстопленочные схемы работают, как правило, с большими мощностями, а при их изготовлении используется высокотемпературная обработка – вжигание паст при 500...1000 °С. Поэтому подложки для толстопленочных схем должны обладать высокой теплопроводностью и термостойкостью. Этим требованиям удовлетворяют подложки из окисной керамики, такие как: ВК 94-1 (22ХС), ВК 100-1 (Поликор), Брокерит, термостойкость которых превышает 2000°С.

Наибольшее распространение в толстопленочных ГИС и МСБ получили подложки типа ВК 94-1 (алюмооксидная керамика с содер­жанием оксида алюминия около 94%). Характеризуются высокой химиче­ской стойкостью, шероховатость поверхности после обработки соответствует 8...10 классу (R_а = 0,1-0,4 мкм), хоро­шая теплопроводность (К_т = 13,4 Вт/(м·К)).

ВК 100-1 (алюмооксидная керамика с содер­жанием оксида алюминия более 99%). Отличается лучшей теплопроводностью (К_т = 31,5 Вт/(м·К)) и возможностью получения 12 класса шероховатости поверхности. Последнее обстоятельство позволяет использовать поликор и для тонкопленочных схем. Но подложки из него значительно дороже традиционных (СТ-50-1 и ВК 94-1).

Брокерит – керамика, 99,7% которой составляет окись бериллия. Обладает высоки­ми механическими и электрическими свойствами, а также химической стойкостью. Теплопроводность ее выше, чем у некоторых ме­таллов и сплавов (К_т =210 Вт/(м·К)). Существенным недостатком является токсичнсоть ее паров и пыли.