Конструкционная основа для ис
4. Конструкционная основа для ис
Материалы для подложек и плат ГИС и ПлИС. Ситаллы, стекла, керамика, металлы и органические материалы. Требования к материалам подложек. Полупроводниковые материалы пластин и кристаллов ПИС и СИС. Методы получения слитков. Этапы получения п/п пластин. Методы получения «пластинчатого» кремния и сапфира (метод Степанова). Требования к п/п материалам пластин. Обозначение и маркировка пластин. Технико-экономические аспекты изготовления пластин для СБИС и УБИС.- Материалы для подложек и плат ГИС и ПлИС. Сталлы, стекла, керамика, металлы и органические материалы. Требования к материалам подложек. Полупроводниковые материалы пластин и кристаллов ПИС и СИС. Методы получения слитков. Этапы получения п/п пластин. Методы получения «пластинчатого» кремния и сапфира (метод Степанова).Требования к п/п материалам пластин. Обозначение и маркировка пластин. Технико-экономические аспекты изготовления пластин для СБИС и УБИС.
Подложкой называется основание в виде заготовки, предназначенной для расположения на ней пленочных элементов, навесных компонентов, межэлементных или межкомпонентных соединений и контактных площадок гибридных микросхем. Часть подложки, на которой располагается одна микросхема, называется платой. Подложка является важным конструктивным элементом ГИС, БГИС и МСБ, в значительной мере определяющим электрические и механические характеристики микросхем, их стабильность и надежность. Подложка должна обладать высокими электрическим сопротивлением и электрической прочностью, обеспечивать малые потери энергии на высоких частотах (малый тангенс угла диэлектрических потерь), иметь высокую механическую прочность при малой толщине, хорошую теплопроводность, а также обеспечивать возможность проведения технологических процессов, т. е. обработки поверхности до высокого класса чистоты, нагревания до температуры 500—600 °С при напылении пленок и т. д.
Наиболее широко применяемыми материалами для подложек являются керамика, ситалл и стекло. Керамикой называются материалы, получаемые спеканием порошков окислов алюминия, бериллия и других элементов. Основной минералогической фазой керамики на основе оксида алюминия является корунд (кристаллофаза 
— Аl2О3). Корундовая керамика обладает способностью образовывать вакуумплотные спаи с металлами и сплавами, что позволяет использовать ее не только в качестве материала для подложек и плат, но и для изготовления металлокерамических корпусов микросхем.
Свойства корундовой керамики зависят от содержания в ней основной фазы, т. е. А12О3. Чем выше содержание А12О3, тем лучшими характеристиками обладает керамика, однако при этом повышается ее стоимость. Наиболее широкое применение находит керамика типа ВК 94-1 (прежнее наименование 22ХС). При удовлетворительных свойствах затраты на ее получение относительно невелики. Керамика с содержанием корунда 99,8% (например, типа ВК 100-1) носит название поликор. В отличие от керамики ВК 94-1 она имеет лучшие электрические характеристики, более высокую теплопроводность, поддается полированию, но обладает более высокой стоимостью.
Для подложек мощных микросхем и микросборок используется керамика на основе окиси бериллия ВеО, называемая также брб-керитом. Ее основное достоинство — высокий коэффициент теплопроводности, составляющий примерно 2 Вт/(см*град). Однако подобная керамика с трудом обрабатывается, а пыль, образующаяся при ее обработке, токсична.
Ситаллы представляют собой аморфно-кристаллические стекла. Они допускают обработку поверхности до высокого класса чистоты, обладают высокой механической прочностью, удовлетворительной теплопроводностью. Ситаллы очень широко используются в качестве подложек для тонкопленочных микросхем. Некоторые свойства корундовой керамики и ситаллов наиболее употребительных марок приведены В таблице 4.1.
Бесщелочные стекла марок С41-1, С48-3 и другие иногда применяются в качестве подложек микросхем там, где не требуется хорошей теплопроводности и значительной механической прочности. Теплопроводность стекол несколько ниже теплопроводности ситаллов, а прочность на изгиб — меньше приблизительно в два раза. Однако стекла легко обрабатываются до получения качественной гладкой поверхности и довольно дешевы.
Помимо описанных основных материалов, подложки могут изготавливаться из металлов и полимеров. Стальные и медные подложки, покрытые эмалью, иногда находят применение для мощных низкочастотных микросхем. Использование полимерных материалов (чаще всего тонких лент из полиимида) целесообразно с точки зрения автоматизации технологического процесса. Кроме того, подобным микросхемам может быть придана более удобная, чем плоская, форма. Например, полиимидная пленка с нанесенными на нее элементами может быть свернута в плотную цилиндрическую спираль и т. п.
Рекомендуемые материалы
При изготовлении тонкопленочных микросхем плохо поддающаяся полировке керамика (например, ВК 94-1) для улучшения качества поверхности покрывается глазурью, т. е. тонкой (0,1— 0,2 мм) стекловидной пленкой, прочно сплавляющейся с керамикой. Кроме того, для изготовления толстопленочных микросхем поверх ность подложек должна сохранять определенную шероховатость для улучшения адгезии пленок.
В лекции "3 Подпространства и линейные оболочки" также много полезной информации.
Размеры подложек и плат ограничиваются стандартами. Наиболее употребительные размеры подложек и плат из керамики и си-талла приведены ниже.
Длина, мм 60 48 30 24 20 16 16 12 10
Ширина, мм 48 30 24 20 16 12 10 10 8
Кроме того, для крупногабаритных МСБ изготавливаются подложки с размерами 120X96 и 96X60 мм. Возможно также использование плат с размерами, меньшими, чем 10X8 мм, в частности, для производства навесных компонентов (чипов) с нестандартными параметрами (резисторов и т. п.).
Заметим, что платы из ситаллов изготавливаются путем разрезания подложек с исходными размерами 60X48 мм, а платы из керамики — сразу с необходимыми размерами, поскольку керамика плохо поддается размерному разделению.
Толщина подложки и плат из керамики и ситалла составляет 0,2—1,6 мм. Наиболее часто используются платы толщиной 0,6 мм.
