Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 2)

- чувствительность к изменению температуры. С ростом температуры сопротивление п/п падает. Св-во используется для создания приборов регистрирующих колебания температуры.

- изменение сопротивления при их освещении. Это св-во используется в фотоприборах.

- чувствительность к магнитным полям и др. видам излучения (рентгеновскому, инфракрасному и т. д.).

Элементы III и V групп периодической системы элементов Менделеева, чаще всего используются в п/п примеси: III – Na, Mg, Al, Si, P, S, Cl. V – Cu, Zn, Ga, Ge, As, Se, Br. Элементы III и V групп отличаются по числу электронов во внешней эл-ой оболочке. Введение в п/п примесей называют легированием.

Получение слитков (один из способов).

Чистый п/п материал расплавляется в тигле, изготовленном из графита очень высокой степени чистоты. В расплав добавляется небольшой кусочек п/п содержащий известное кол-во необходимой примеси, навеска. Для получения равномерного распределения примеси тигель непрерывно вращается. В тигель опускается затравка – кусочек п/п кристалла с соответствующей ориентацией кристаллической решетки. Медленное вытягивание затравки из расплава с одновременным вращением в противоположном направлении по отношению к тиглю, дает возможность получить слиток с единой кристаллической структурой – монокристалл. Длинна монокристалла может достигать более 1м в диаметре: 86, 100, 150, 200, 250 мм.

Основы п/п технологии.

Основной конструкцией п/п микросхемы (м/с) служит пластина монокристаллического кремния, обладающего электропроводностью р-типа с выраженным на нём слоем кремния n-типа. Для получения такой пластины используется определённая последовательность технологических процессов.

1. базовые процессы изготовления кристаллов ИС, БИС, СБИС.

1.1 Резка слитка и механическая обработка пластин кремния.

Операции резки, шлифовки и полировки пластин Si является первым на этапе физического конструирования м/с, т. е. создание требуемых геометрических размеров и форм с необходимой точностью. Слиток на специальном станке разрезают диском с алмазной режущей кромкой. Диск закреплённый на станке вращается с частотой 5000 об/мин. Слиток Si с помощью держателя и механизма подачи, подается на режущую кромку т. о. срезается пластина толщиной 0,3 – 0,5 мм. Затем пластина механически шлифуется с обеих сторон для придания плоско параллельности и полируется с рабочей стороны. Шлифовка и полировка пластин производится с использованием последовательно нескольких алмазных паст, порошков. Зерно пасты: 0,25 – 5 мкн. Для очистки поверхности от загрязнений после шлифовки и полировки, пластины проходят химическую обработку с применением растворителей и кислот и деионозированной воды, очищенной с помощью ионообменных смол.

1.2 Эпитаксиальные наращивания.

Процесс нанесения слоёв с упорядоченной кристаллической структурой на поверхность подложки. В зависимости от параметров требуемых транзисторов и др. эл-тов м/с, эпитаксиальный слой меняется по типу электропроводности, толщине, удельному сопротивлению и конфигурации. Процесс проводится в реакторе, представляющем собой кварцевую трубу, помещённую в индуктор высоко частотного генератора. Si пластина расположенная на графитовой подставке нагревается до 1200⁰С в атмосфере водорода, затем в реактор вводится соляная кислота HCl и происходит стравливание поверхностного слоя пластины, для удаления нарушенной кристаллической структуры загрязнений. Осаждающиеся атомы мигрируют по поверхности пластины пока не займут место в кристаллической решетке. Тетрахлорид вводится.

В результате на поверхности пластины Si осаждается монокристаллический слой – эпитаксиальный слой скорость наращивания - 1микрон/1мин.

1.3 Диффузия (образование p-n перехода).

С процесса диффузии начинается процесс конструирования м/с. Формирование p-n переходов ведётся с помощью процесса диффузии. Для проведения диффузии в донорной или акцепторной примесей пластины Si проходят высокотемпературный нагрев в парах примеси. В практике интегральной технологии, диффузия проводится в кварцевых трубах, печах, в которых температура поддерживается с точностью до ± 0,5⁰С. Пластины Si помещаются в кварцевую трубу, через которую пропускают инертный газ аргон, предварительно насыщенный атомами примеси.

Атомы примеси переносятся потоком газа в зону расположения пластин. Режим диффузии определяется: температурой зоны диффузии; временем прохождения газа; скоростью.

p-n переход образуется по всей поверхности пластины, однако при изготовлении м/с необходимо проводить диффузию в строго определённых участках пластины с заданной геометрией. Для этого нужно защитить остальную часть пластины от проникновения примесей.

1.4 Окисное маскирование.

Хорошей маской для защиты поверхностей Si от примесей при диффузии, является двуокись кремния SiO₂. Маскирующие свойство SiO₂ основано на разности коэффициентов диффузии SiO₂ и Si. Скорость диффузии в SiO₂ намного меньше чем в Si, поэтому за время диффузии, примесь проникает в толщу окиси на незначительную глубину и не доходит до поверхности Si. Для получения окисной маски пластина кремния термически окисляется в потоке чистого кислорода.

Выращивание маскирующего окисла проводится при температуре 900 – 1200⁰С, время процесса термического окисления от единиц до десятков мин., толщина выращиваемого окиса 0,2 ÷ 0,6 мкн. Для проведения локальной диффузии т.е. получение эл-ов м/с нужно в окисной маске сделать окна соответствующих размеров.

1.5 Фотолитография.

Фотохимические процессы, позволяющие проводить гравировку слоев на поверхности пластины путём селективного травления с защитой необходимых участков фоторезисторов. С помощью литографии получаются необходимые топологические и геометрические размеры эл-ов м/с. Сущность фотохимических операций: пластину Si помещают на центрифугу и на поверхность пластины наносят слой светочувствительной эмульсии – фоторезиста. Фоторезист стоек к воздействию кислот, однако он становится растворимым в проявителях после облучения ультрафиолетовым излучением. Через фотошаблоны (негатив) (стеклянную пластину с рисунком в виде непрозрачных участков) проводится экспонирование слоя фоторезиста. После этого фоторезист проявляют т. е. в растворителе удаляют фоторезист с засвеченных участков. Затем подвергают температурному дублению. После травления удаляют окиси с участков незащищенных фоторезистами.

Используя технику фотолитографии можно получить рисунок в тонком слое металла, нанесённом на поверхность пластины Si. При изготовлении ИС процессы диффузии, окисления и фотолитографии проводят последовательно несколько раз.

1.6 Вакуумное напыление.

Применяется для нанесения на поверхность пластины Si плёнок металла и диэлектрика. Под металлический колпак с добавлением 0,1 ÷ 1 мПа помещается пластина Si и испаритель, представляющий собой обычную вольфрамовую нить, на которую навешиваются испаряемый материал. Нить нагревается до высокой температуры. Испаряемый материал распыляется прямолинейно во все стороны от испарителя и конденсируется на поверхности пластины Si.

2. Фотошаблон.

При изготовлении п/п м/с используется комплект фотошаблонов с различными рисунком. С помощью этих рисунков получают изолирующие области, формируют базы транзисторов и резисторов, эмиторные области, контактные площадки, внутренние соединения. Размеры рисунков на фотошаблонах составляют десятки микрон, поэтому для изготовления фотошаблонов используется аппаратура снабженная оптикой с высокой разрешающей способностью.

Процесс изготовления фотошаблона состоит из:

1. вычерчивание оригиналов.

2. первое уменьшение (изготовление промежуточных негативов).

3. второе уменьшение и получение многократно повторяющихся рисунков (мультипликация).

4. изготовление рабочих копий фотошаблонов с эталонного комплекта.

Мультипликация – Si-ая подложка (пластина) значительно больше сформированной на ней ИС, поэтому для использования всей рабочей поверхности Si пластины необходимо иметь фотошаблон с многократно повторяемым чертежом ИС.

Пример:

На кристалле 45х45 мм можно разместить 600÷800 ИС.

Основы технологии сборки.

При сборки ИС учитывается не только эксплуатационные хар-ки (эл-кие параметры, устойчивость к климатическим и механическим воздействиям, надёжность и стоимость), но и такие св-ва как технологичность сборки узлов ЭВМ, перспектива автоматизации сборки.

3.1 Основные требования к монтажу м/с.

Должен обеспечивать:

1. механическую прочность соединения в условиях механических и климатических воздействий

2. хороший тепловой контакт с теплоотводящим эл-ом корпуса м/с.

3. высокую надежность эл-ких соединений в течение всего срока службы.

ЛЕКЦИЯ 3

4. Устойчивость технического процесса, а так же возможность его автоматизации.

5. ремонто способность – возможность замены кристаллов в дефектами м/с, с многокристальных модулей.

При монтаже нельзя применять в-ва активно взаимодействующие с Si пластиной. Используя 100 методов монтажа кристаллов м/с, отличающихся применяемыми материалами, технологиями, режимами, физическими процессами, а так же конструкцией выводов. Выбор метода монтажа определяется конструкцией м/с и конечной целью конструирования. Чаще всего применяются наиболее простые способы монтажа, заключающиеся в прикреплении кристалла м/с к корпусу путём напайки или приклеивания, и по очередным соединениям контактной площади к выводу корпуса, прочными гибкими проволочными выводами (большая трудоёмкость). Современные методы монтажа кристаллов м/с позволяют присоединить все выводы кристалла одновременно одну операцию, это достигается с помощью специальных твёрдых выводов: шариковых, балковых и паучковых, на п/п пластине или кристалле.

3.2 Напайка кристалла.

Обеспечивает хороший тепловой контакт с корпусом и позволяет заменять дефективные кристаллы. Для припайки кристаллов пригодны припайки марок ПОС, а так же двух компонентные эвтектичные сплавы. Пример сплава золото-кремний: 94% - 6%. Мягкие припои подвержены усталости при циклических изменениях температуры. Твёрдые припои практически лишены этих недостатков. Кристаллы напаиваются либо в печи, либо в специальной установки. При напайки в печи, корпус и кристаллы помещают в специальные кассеты, обеспечивающие нужное расположение соединяемых деталей. Затем кассеты нагревают до нужной температуры, среди нейтрального газа (аргон, азот).

3.3 Приклеивание.

Закрепление кристалла м/с каплей кремней органического лака, эпоксидной смолы, с последующей термообработкой 150 – 200⁰С. Недостатки – низкая теплопроводность, невозможность замены дефектных кристаллов.

3.4 Термокомпресстия.

Эл-кие соединение контактных площадок кристалла с выводами корпуса, выполняются с термокомпрессией, а так же микросваркой и пайкой. Метод основан на адгезии металла, при повышенной температуре и давлении, достаточной для пластической деформации одного из металлов.

Принцип: Прочность этого термического соединения достаточно высока. Усилие для разрыва превышает прочность вывода. По способу нагрева место соединения различают: термокомпрессионною с непосредственным, косвенным и комбинированным нагревами. Для создания термокомпрессионных соединений применяются золото и алюминий. Они высоко электропроводны, пластичны и образуют низкотемпературные соединения.

3.5 Сварка.

Сварка при которой соединения получаются только взаимной диффузией металла называется – диффузионной. Сварка применяется для монтажа кристаллов трёх видов:

• со сдвоенным электродом

• косвенный импульсный нагрев

• ультразвуковая

Перечисленные методы позволяют приваривать гибкие золотые, алюминиевые и медные выводы, к различным тонкоплёночным покрытиям. Режимы сварки подбираются экспериментально в зависимости от способа сварки, размеров и материалов соединяемых деталей, а так же масштаба производства, производительности, допустимого локального терма удара.

3.6 Качество термокомпрессионных и сварных соединений.

Качество контролируют с помощью микроскопов по внешнему виду, прочность проверяют напряжением проволоки или приложением заданного сдвигающего усилия.

3.7 Выводы м/с.

Шариковые выводы используют при монтаже кристалла в перевернутом виде, т. е. монтажом вниз.

Шариковые выводы получают различными способами: электрическое осаждение; вакуумное распыление; пайка медного шарика к кристаллу. Палочные выводы – полосы металла выступающие за край кристалла. Их получают электрическим осаждением золота. Выводы изготавливают одновременно на всей пластине. Кристаллы с балочными выводами можно монтировать лицом и вверх и вниз. Пауковые выводы, как и балочные, представляют собой тонкие полоски металла, присоединяемые к каждому кристаллу м/с. Ширина концов выводов 100 – 300 мкн. Расстояние между центрами 200 – 400 мкн. Кристалл м/с с пауковыми выводами можно монтировать в корпуса или на подложку, с помощью термоэлектрической или ультразвуковой сварки.

9 СЕМЕСТР.

ЛЕКЦИЯ 1

ОБЩИЕ ВОПРОСЫ КОНСТРУИРОВАНИЯ И ПРОИЗВОДСТВА ЭВМ.

I. Классификация ЭВМ:

стационарные; транспортируемые; портативные. Эти три группы по совокупности значений климатическим, механическим, радиационным. Т.е. по ВВФ (внешним воздействующим факторам), делят на семь групп:

1. Стационарные ЭВМ, работающие в отапливаемых помещениях.

2. Стационарные ЭВМ, работающие в отапливаемых ЭВМ помещениях.

3. Транспортируемые (возимые) ЭВМ, установленные на автомобилях и других дорожной технике. Бортовые, строй техники, и другие, т.е. работающие на ходу.

Характеристики

Список файлов лекций