Коледов Л.А. - Технология ИС (1086443), страница 40
Текст из файла (страница 40)
5 в сзяушвый зазор; 6 †:г злеитрнчесиая жести псллажкв; вари б, У в аагез синий слой, 2- раввляший слой; 3 - заисит ый пй, 4 в гибкая литл к рче иая псллпжиа, б - кпнусссбразнсе атверс е; вариант е à — ал)езноггиый слой, 2 — провов ший свай мрвс и ур ня, 2 — признавший слой прага уран я, 4 — впалушннй вазнрт 5 — ппл пжка; 6 — аш ый слой Коммутация с использованием неорганических диэлектрич е с к и х с л о е в по структуре тождественна тонкопленочному конденсатору: в качестве изоляционного слоя используются такие отработанные в технологии материалы, как моноокись кремния или германия, двуокись кремния, окись алюминия, стекла; в качестве проводников — золото с подслоем хрома, алюминий.
Предельная толщина диэлектрических слоев, получаемых методами вакуумного осаждения, обычно не превышает 3...4 мкм; паразитная емкость в местах пересечений проводников при этом значительна (до 1 .2 пФ при ширине проводников 100 мкм). Поэтому необходимо наносить слои толщиной не менее 50 мкм, ио надежная металлизация переходных ступенек такой глубины методами вакуумной технологии практически невозможна. Коммутация с использованием органических диэлектрических слоев отличается простотой технологии нанесения слоев, обладающих хорошими диэлектрическими свойствами при высокой разрешающей способности рисунка. Коммутация с использованием воздушного зало р а в качестве диэлектрической изоляции пересечений проводников и многоуровневой (здесь уместно сказать многоэтажной) разводки весьма перспективна в связи с малой диэлектрической проницаемостью воздуха и малой вследствие этого задержкой распространения сигнала в линии.
Последняя, как известно, обратно пропорциональна корню квадратному из диэлектрической проницаемости среды, в которой размещены проводники. Мостики второго уровня разводки (рис. 5.13, а, и) могут изготовляться различными способами, в частности методом контактной маски. Многоуровневая алюминиевая коммутация с диэлектрической изоляцией из окиси алюминия создается следующим образом: после нанесения первого сплошного слоя алюминиевой разводки проводящие дорожки первого уровня формиручотся нс травлением, н локальным анодиым окислением отдельных участков алюминиевого слоя и превращения их в А)зОз. Затем после окисления поверхности и формирования контактных окон напыляется второй слой алюминия и процесс анодирования повторяется.
Существенными ограничениями этого метода многоуровневой коммутации являкэтся повышенная паразитная емкость между уровнями из-за малых толщнн изолирующего слоя, а также наличие в отдельных местах шунтирующих включений иеокисленного алюминия вследствие трудностей подключения всех ано'" дируемых участков к электродам установки электролитического анодиревания.
Многоуровневая коммутация с использованием т е р м о и л а с т и к о в (см. рис 5.12, б) состоит из первого уровня коммутации и избирательно вырагцениых металлических столбиков, которые в дальнейшем будут соединены со вторым уровнем коммутации. На подложку с большой точностью монтируются кристаллы полупроводниковых микросхем (контактными плогцадками вверх), и подложка сверху покрывается термопластиком, имеющим ТКЛР близкий к ТКЛР подложки и кремния. В дальнейшем проводятся избирательное травление термопластика с целью обнажения переходных столбиков и выводов кристалла, нанесение верхнего слоя металлизации и формирование его рисунка.
Известны и некоторыс другие методы монтажа кристаллов запрессовкой в пластмассу, однако в основном их принцип такой же. К достоинствам этих методов следует отнести совмещение процессов монтажа кристаллов и создания многоуровневой коммутации, высокую плотность упаковки кристаллов, эффективный теплоотвод (если подложка выполняется из металла). Недостатки: высокая стоимость изготовления гибридной микросхемы (в случае 172 некачественного выполнения операции в брак уходит вся подложка с годными кристаллами), низкая ремонтопригодность. Многоуровневая коммутация гибридных БИС и микросборок с применением гибких полипмидных плат и жестких металлических оснований.
Увеличение функциональной сложности БИС и МСБ приводит к обострению проблем коммутации и теплоотвода. Эти проблсмы успешно решаются применением конструктивно-гехнологичсского варианта, в котором функции несущей конструкции теплоотвода и подложки БИС выполняет металлическая (алюминиевая) плата, покрытая слоем анодного окисла, а функции коммутационной печатной платы — система гибких полиимидных пленок толщиной 40..60 мкм с нанесенными на них методом тонкопленочной технологии проводящими дорожками. Двустороннуою металлизацикв пленки и боковых поверхностей вытравленных в ней отверстий (см. рис.
5.13, б) осуществляют термовакуумным напылением многослойной пленки Сг — Сц — Сг толщиной 1...2 мкм с последующим гальваническим наращиванием меди (13...16 мкм) и сплава Бп — В1 толщиной 7...10 мкм. На плате из анодированного алюминия создан один слой проводников и резисторов (рис. 5.12, 5.!4), два или большее число слоев разводки могут быть созданы на полиимидной пленке Рис. 5.14.
Фрагмент топологии слоя проводников н резисторов на алюминиевой нвллажке, покрытой елеем анолного окисла 113 1 7 4 9 Ы л 4 7 д1 з 4 175 Рис. 5.15. Двуслойиая гибкая комчутапионная плата на полиимидной пленке с двумя ортогоиальными системами сигнал~ныл проводников, шинами питания, контактными площадками и переходными отверстиями (рис.
т5.13, б, 5.15). Коммутационные переходы с одной стороны гибкой платы на другукт осуществляются системой металлизированных отверстий (рис. 5.13, б). Эксплуатационные и электрофизнческие характеристики двухслойной разводки на полнимидной пленке (рис. 5.15) следующие: удельная емкость паразитной связи между двумя слоями разводки не превышает 80 пФутсмй.
Это дает значение паразитпой емкости в месте пересечения не более 0,02 пФ; пробивное напряжение в местах пересечений значительно превышает возможный диапазон значений рабочего напряжения (свыше 1000 В), что обеспечивает высокую надежность многослойной разводки; вероятность короткого замыкания и обрыва перехода между слоями не превышает 10 '...1О '. Такова же вероятность обрыва при переходе со слоя на слой от полиимидной пленки к жесткому основанию через переходные отверстия с заполнением их припоем (рис. 5.!б, б, г).
Гибкие коммутационные платы присоединяю~ к анодированной алюминиевой подложке методом групповой пайки, для чего на подложке сформированы контактныс площадки, покрытые припоем. На полиимидных гибких платах в соответствующих контактным пло- 174 Рис. 5.15. Конструктивно-технологические варианты присоединения двухуровневой коммутапин иа полиимидной пленке к жесткому осиоваиипу путем посадки на клей (а), сварки с мета.тлическимн столбиками, сформированными на жестком основании (б), крепления балочных выводов (и) и вакуумной пайки переходных отверстий (г). 7 — красса ., й--о»сломка т ксстко оспе еп 5 — т бк й ол т крыт лл к кол .комй плате ка поли вле, б — клей, 5 — о.кпппт, б - утапоп о кы.
7. ырор пр в пыс пе пол жке сталбпкж а в йалотлые выволы щадкам местах имеются переходные металлизированные отверстия. При подогреве системы подложка — гибкие платы в условинх вакуума (вакуумная пайка) припой поднимается по переходным отверстиям и, застывая, образует прочные коммутационные соединения и одновременно механическое крепление.
Для изоляции между гибкими платами с разводкой на обеих сторонах используют прокладки из полиимидной пленки с системой отверстий в местах межслойных переходов. Бескорпусные полупроводниковые БИС и другие навесные компоненты могут быть смонтированы как на коммутационных полиимидных пленках, так и непосредственно на металлической плате через окна, вытравленные в гибких платах. В качестве металлических подложек гибридных БИС используются пластины из алюминиевого сплава АМГ-3 (3,2...3,8 ог' Мд, 0,3...0,6 олс Мп, остальное А)) толщиной порядка 1...1,5 мм, на рабочей поверхности которых методом анодного окисления в соответствующих электролитах создается диэлектрический слой А!й05 толщиной 50...100 мкм.
Сплав АМГ-3 — один из немногих упрочияемых алюминиевых сплавов, на которых может быть получена путем шлифовки и полировки шероховатость обработки поверхности, соответствующая 12-му классу ()с,=0,2 мкм), что, в свою очередь, позволяет получить равномерную по толщине и свойствам пленку диэлектрика на рабочей поверхности подложек. Глубокое анодное окисление алюминиевых подложек осуществляется в электролите иа основе щавелевой кислоты с добавками лимонной и борной кислот при плотностях тока 1,5...2,0 Ау'дм'. Полиимидные пленки играют в производстве гибридных тонкопленочных БИС на металлическом основании все более возрастаю- щую роль. В будущем они, видимо, займут такое же место в производстве микроэлектронной аппаратуры, какое сейчас занимают печатные платы из текстолита.
Гибкая полиимидная пленка обладает высокой прочностью на растяжение, отличными изоляционными свойствами (е,= — 3,5; 1йгб=З 10 ' на частоте 1 кГц); электрической прочностью (150...275 1Ов В/м), химической стойкостью, несгораемостью. Она имеет высокую радиационную и наиболее высокую среди полимеров температурную устойчивость (не теряет гибкости при температурах жидкого азота и выдерживает температурные воздействия до +400" С). С)па обладает хорошим набором технологических свойств, делающих ее незаменимой в процессах, связанных с вакуумным осаждением металлических пленок и фотолитографией: отсутствие газовыделения в вакууме до температур 200...250" С, устойчивость к воздействию кислот и способность к травлению в сильных щелочных средах. 7)олиилиды — это синтетические органические полимеры, содержащие в молекуле имидную группу — А й —, где А — остаток молекулы полиимида (не сле- -55 00 дует путать с полиамндами, солержащими в молекуле амидные гр>ппы — СΠ— НН вЂ” ).
Это твердые вещества белого или желтого цвета, обладающие нысокой термостойкостькь радиационной стойкостью и хорошими электроизоляционными свойствами. Помимо использования в электронной технике полиимиды нашли большое применение в электротехничесной промышленности, авиации и космической технике в виде пленок, лаков, волокон, клеев. Полнимиды —.
представители целого ряла полимеров, которые разработаны за последние три деся~иле~ия в связи с развитием космонавтики, ракетной тсхнини, строительством сверхзвуковых самолетов и глубо-' коволных устройств. Общий принцип строения таких полимеров состоит в сцеплении ароматических и гетероцинлических колец, которые кроме углерода включают, атомы и лругих химических элементов, например азота или кислорода. Полиимиды образуются при поликонденсации тетракарбоновых кислот или их производных с диаминами.
Наиболее важкый из полиимидов тот, который обычно и используют в технике в настоящее время, образуется при полинонденсации диангидрида тетракарбоновой (пиромеллитовой) кислоты с ароматическим лиамином, например с диаминодифилиловым эфиром. После специальной термической обработня он образует показанную иа рис. 5.!7, а, б структуру. При формировании такнк полимеров образуется структура связи молекул, похожая на лестничную. В ней разрыв одной связи хотя и приводит к дефекту в пепи полимера, но не вызывает расщепления полимера на более короткие цепи.
В этом причина выдающихся механических свойств О О и и термостойности полиимнда. Полиимидная пленка не претерпевает существенных изменений структуры и формы в течение )00 000 ч прн нагрузке 85 Н/ммт и температуре 200 ' С. Пленка выдерживает восьмилетнее применение при 250' С и ие становится хрупкой. Она может выдерживать без разрушения кратковременное повышение температуры даже до 400' С. Полнимид — это материал трудновоспламеяяющийся н самогасящийся. Весь этот бунет выдающихся свойств высоно ценится конструкторами.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
