Аксенова И.К., Мельников А.А. Основы конструирования радиоэлектронных приборов (1986) (1092050), страница 24
Текст из файла (страница 24)
Для защиты тонкопленочной части МСБ чаще других используется фоторезист ФН-11 с толщиной пленки 1,2 — 1,8 мкм. В пастах, применяемых для получения диэлектрических пленок в конденсаторах толстопленочных ГИС, в качестве наполнителей используются диэлектрики с высокой диэлектрической постоянной, например двуокись титана ТВОА или титанат бария ВаТ10а.
Удельная емкость конденсаторов на основе этих пленок 4 10" пФ/смн. Пленки для изоляционной прослойки в местах пересечения проводников создаются на основе фритты без наполнителя, которая имеет малую диэлектрическую постоянную и, следовательно, обеспечивает малую паразитную емкость ((0,01 пФ/смн). Проводники и контактные площадки. Тонкопленочные проводники в ГИС служат для соединения пассивных тонкопленочных элементов и создания контактных площадок для присоединения активных навесных элементов и внешних выводов. Тонкопленочные проводящие материалы должны обладать высокой электропроводностью, хорошей адгезией к подложке, способностью к сварке или пайке, химической инертностью.
Материалами с высокой электропроводностью являются золото, серебро. алюминий, медь. Однако пленки этих металлов не удовлетворяют всей перечисленной совокупности свойств и поэтому для получения тонкопленочных проводников используются многослойные композиции. Эти композиции включают подслой (толщиной (1 —:3) 10-Я мкм) из материала, обеспечивающего хорошую адгезию (обычно хром, нихром или ванадий), слой из материала с высокой электропроводностью (чаще всего медь вакуумной плавки толщиной 0,4 — 0,8 мкм) и покрытие (толщиной (5 —:8) 10-А мкм) из химически инертного материала с хорошей способностью к сварке или пайке (как правило, никель или золото).
Ориентировочное значение удельного поверхностного сопротивления квадрата проводящей пленки р,=0,02 —:0,05 Ом/П и зависит от толщины пленки и применяемых материалов. Проводящие пасты для толстопленочных ГИС должны обладать низким удельным сопротивлением слоя ((О,1 Ом/П) и обеспечивать возможность присоединения активных элементов методами пайки нли сварки. Наполнителями для проводящих паст являются благородные металлы. Наименьшее удельное сопротивление слоя имеют пасты с золотом и платиной (0,002— 124 0,005 Ом/П). Пасты с другими благородными металлами и их смесями имеют удельное сопротивление слоя от 0,02 до 0,10 Ом/П в зависимости от толщины пленки и содержания наполнителя. Пленочный монтаж. В МСБ с помощью пленочных коммутационных проводников осуществляется электрическое соединение пленочных элементов и навесных компонентов в соответствии с принципиальной электрической схемой.
Активными элементами МСБ наряду с ИМС все чаще становятся бескорпусные БИС. Объединение их / с нг: г/ гу и я/ г о и г Л,;,о,э' о Рис. 6.4, Варианты построения коммутационных плат: а — с многаслаяным пленочным монтаже» с нзаляцнеа в областях пересеченна прованннков; б — со сплошным слоем нзоляцмн н оннамн в областях контакта проволннков разлнчных слоев: / — область нзолнрованного пересече. ння праволннков; г — область нонтакта проволннков в функционально сложную схему возможно на основе использования коммутационных плат с многоуровневой разводкой. Сейчас разработано и используется несколько технологических методов изготовления коммутационных плат: платы с многослойным тонкопленочным, толсто- пленочным или комбинированным монтажом; многослойные керамические подложки; платы с пленкой — носителем пленочных коммутаЦионных проводников.
Два варианта построения коммутационных плат с многослойным пленочным монтажом показаны на рис. 8.4. Для уменьшения паразитной емкости в областях пересечения проводников применяют материал с малой диэлектрической проницаемостью и увеличивают толщину изолирующего слоя. Однако с ростом толщины изолирующего слоя увеличивается высота ступенек и затрудняется получение однородного металлического покрытия в областях ступенек. Такая плата имеет два уровня разводки. Многослойные толстопленочные структуры получают последовательным нанесением и вжиганием проводящих и изолирующих слоев. Материалы этих слоев должны быть согласованы с ТКЛР подложки. Изолирующие слои необходимо изготавливать беспористыми для устранения коротких замыканий металлизации, а для повышения выхода годных плат и увеличения количества слоев применять двукратное нанесение и вжигаиие материала изолирующего слоя., При этом уменьшаются паразитные емкости за счет увеличения толщины диэлектрика.
Количество уровней разводки достигает шести. В коммутационных платах на основе многослойных керамических подложек число уровней разводки повышается до восьми. Последовательность технологических операций при изготовлении многослойной керамики состоит в изготовлении керамических листов с отверстиями для межуровневых переходов, получении на этих листах металлической разводки методами толстоплеиочной технологии, металлизацни отверстий, составлении из керамических листов пакета в соответствии с технологией разводки каждого уровня и спекания пакета (рис.
6.5). Особенностью керамических листов, применяемых для изготовления плат, является их высокая эластичность. Керамические листы представляют смесь собственно керамического порошка и связующего полимера, нолимеризующегося под действием давления и температуры. Все операции до спекания (мехаиическая обработка, металлизация, сборка в пакет) проводятся на сырых керамических листах. Спекание осуществляется в контролируемой газовой среде, на последней стадии — в вакууме. При выборе металлов для разводки необходимо учитывать, что их температура плавления должна быть выше температуры спекания керамики. Благодаря большой толщине межуровневого изоляционного слоя (до 100 мкм и более) эти коммутационные платы имеют более низкие паразитные емкости по сравнению с толстопленочными и особенно тонкопленочными платами.
Минимально возможная ширина проводников в ннх составляет 150 мкм, т. е, сравнима с шириной проводников в тонкопленочных ГИС, и несколько меньше, чем в толстопленочных (здесь 200 — 250 мкм). В коммутационных платах с пленкой-носителем используют тонкую (50 — 60 мкм) полиимидную пленку-носитель коммутационных проводников.
Двустороннюю металлизацию поверхностей пленки и боковых поверхностей вытравленных в ней отверстий для соединения проводников слоев осуществляют термовакуумным напылением толщиной, 1 — 2 мкм с последующим гальваниче- ским наращиванием толщиной 20 — 30 мкм по контуру, определяемому слоем фоторезиста, и лужением перехода. На неметаллизированных поверхностях подслой удаляют вместе с фоторезистом. Затем через прокладки с металлизированиыми переходами совмещают все точки и спекают столбики луженых капиллярных отверстий (Я40 мкм) с помощью прижима, вакуума и высокой температуры (допустимая температура термообработки для полиимидной пленки — до 400 'С).
Число уровней Рнс. б.б. Структура комму- 1 таннонной платы на основе многослойной керамики с металлнвнрованнымн пере- коднымн отверстиями: С вЂ” керамический лист; т — металлическа» раааодка; 3 — металлиаироваииое иерекодиое от. аерстие разводки у таких плат доведено до десяти. Перспективно применение пленки-носителя в МСБ с аиодированной алюминиевой подложкой.
Конструкция характеризуется высокой надежностью, технологичностью, механической прочностью и эффективным отводом теплоты от навесных компонентов. Большие размеры коммутационных плат с алюминиевой подложкой (100Х200 мм) позволяют существенно сократить количество проволочных связей и тем самым повысить плотность компоновки и надежность РЭА. Разработка схемы соединений. Сущность разработки топологии состоит в определении взаимного расположения пленочных элементов, выборе их формы, расчете геометрических размеров, компоновке навесных компонентов н пленочных элементов и размещении их на подложке в увеличенном масштабе. Разработка топологии проводится в три этапа: разработка схемы соединений на подложке; расчет геометрических размеров пленочных элементов; разработка эскиза топологии. Основной задачей разработки схемы соединений является выбор такого расположения активных компонентов и пленочных элементов, при котором обеспечивается минимум длины соединительных проводников и числа пересечений между ними.
Исходными данными являются принципиальная электрическая схема с перечнем элементов, общие конструктивные требования и конструктивные данные на- 1лу весных компонентов. Рекомендуется следующий порядок разработки схемы соединений: на принципиальной электрической схеме выделяют пленочные элементы и навесные компоненты; намечают порядок расположения компонентов и элементов; вычерчивают на миллиметровке условные изображения пленочных элементов, навесных компонентов и соединительных проводников. После составления схемы соединений необходимо еше раз рассмотреть возможности уменьшения длины проводников и числа их пересечений за счет перестановок навесных компонентов и пленочных элементов, изменения их ориентации, а также перестановок идентичных выводов у навесных компонентов.
Расчет геометрических размеров пленочных элементов. Исходными данными для расчета геометрических размеров пассивных элементов МСБ являются перечень элементов принципиальной электрической схемы и технологические требования и ограничения, которые задаются технологическими методами их изготовления. Основные конструкторские требования и технологические ограничения, необходимые при разработке тонко- и толстопленочных МСБ и расчете геометрических размеров пассивных элементов, представлены в табл.
6.3 в виде минимальных геометрических параметров (все размеры в мкм), Резисторы. Пленочные резисторы выполняются на подложках в виде полосок прямоугольной или специальной формы из металла, специальных сплавов (напыленных) или резнстивных паст (вожженных). Концы полосок перекрываются контактными площадками, выполненными из металлов или паст с высокой электрической проводимостью. Основной характеристикой резистора является его электрическое сопротивление (Ом): /с=р(/Я, где р — удельное объемное сопротивление материала, Ом.ммз/м; / — длина резистора, м; Я вЂ” плошадь поперечного сечения, мм'.
Выражая /с через параметры резистивной пленки, получаем /ха=р„//(ЬЬ), где р„ — удельное сопротивление пленки, Ом ммз/м; Ь и Ь вЂ” ширина и толщина пленочного резистора, мм. Толщину резистивной пленки выбирают с учетом требуемого значения р,, температурной стабильности, условий эксплуатации и технологических методов изготовления. Для каждого резистивного материала можно указать такие пределы изменения толщины, которым соответствуют малые изменения удельного поверхностного сопротивления, и отно- Таблица 63 Параметры 10 100 !О Погрешность линейных размеров элементов и рассгояиий между ними при их расположении в одном слое Расстояние между элементами, расположенными в одном слое Перекрытие элементов, расположенных в разных слоя х Расстояние между элементами, расположенными в разных слоях Расстояние от элемента до края подложки Ширина резистора Длина резистора Ширина пленочных проводников Размеры контактных площадок Расстояние от края компонента до края: подложки другого компояента элемента контактной площадки Длина гибкого вывода навесного активного компонента без дополнительного крепления 300 300 100 200 200 100 400 200 100 600 200 100 300 100 600 600 200 100 100 50 100Х150 400Х400 !ООХ150 400 600, 400 400 3000 400 600 400 400 3000 1000 !000 1000 900 3000 Ф х М вЂ” фотолхтографнч«сках м масочках техкологкн наготоалекха такхоплехочхых ГИС; т — тостоалееочхах технологие.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
