tehnologiya-uluchsheniya-parametrov-kachestva-podlozhek-nitrida-alyuminiya (781561), страница 2

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

Текст из файла (страница 2)

1 - подложка; 2 - нижняя обкладка; 3 - диэлектрик; 4 - верхняя обкладка; 5 - компенсатор

Базовой конструкцией следует считать вариант, показанный на рис. 4, а.

Особенностью такой конструкции является то, что контур диэлектрика выходит за пределы обкладок, а верхняя обкладка вписывается в контур нижней. По этой причине неточность совмещения мало влияет на номинальное значение емкости. Это позволяет выполнять нижнюю обкладку и диэлектрик более простым масочным методом. Активная площадь обкладок может достигать 5 мм². Диапазон получаемых емкостей - в пределах (3...5) 10³ пФ. Выводы выполняют также в одну сторону или под прямыми углами. Конфигурация обкладок принимается чаще прямоугольной, но может быть и произвольной в зависимости от конфигурации свободных мест на микросхеме.

При малых емкостях погрешность совмещения оказывается значительной и в этом случае (рис. 4, б) с противоположной стороны от вывода предусматривается компенсатор 5.

В случае емкостей в десятки пикофарад достаточно пересечения проводящих пленок, разделенных диэлектриком (рис. 4, в). Эта конструкция малочувствительна к взаимным смещениям элементов.

Гребенчатые конденсаторы (рис. 4, г) используют в высокочастотных устройствах. В них роль диэлектрика выполняют подложка и воздушный зазор между обкладками 2 и 4. Диапазон емкостей не превышает 30 пФ.

Если необходимо выполнение емкостей малых номиналов, то можно воспользоваться конструкцией последовательно включенных конденсаторов (рис. 4, д), а при емкостях в единицы или доли пикофарад использовать как конденсатор два проводника, расположенных на близком расстоянии (рис. 4, е).

1.3 Выбор материалов элементов ИМС

1. Подложки.

Если говорить в общем, то подложки в ГПИС играют очень важную роль. Во-первых, подложка служит диэлектрическим и механическим основа­нием для пленочных элементов и навесных компо­нентов, а также теплоотводом. Во-вторых, от мате­риала подложки и его обработки существенно зави­сят параметры осаждаемых пленочных слоев (особенно в тонкопленочной технологии) и надеж­ность всей микросхемы в целом.

Для обеспечения заданных электрических пара­метров микросхем материал подложки должен обладать:

1) высоким коэффициентом теплопроводности для эффективной передачи тепла от тепловыделяю­щих элементов (резисторов, диодов, транзисто­ров) к корпусу;

2) высокой механической прочностью, обеспечи­вающей целостность подложки с нанесенными эле­ментами как в процессе изготовления микросхе­мы (разделение на платы, термокомпрессия, пайка, установка платы в корпус и т. д.), так и при ее экс­плуатации в условиях термоциклирования, тер­моударов и механических воздействий;

3) высокой химической инертностью к осаждаемым материалам, снижением временной нестабильно­сти параметров пленочных элементов, обуслов­ленной физико-химическими процессами на гра­нице раздела пленка/подложка и проникновени­ем ионов из подложки в пленку. Наличие в составе подложек легкоподвижных щелочных элементов может привести к значительному увеличению по­верхностной электропроводности и даже к кор­розии пленок, поэтому в таких случаях на по­верхность подложек наносят стой окисла, не имею­щего ионной проводимости в рабочих условиях;

4) стойкостью к воздействию высокой температуры в процессе формирования элементов и установки навесных компонентов;

5) стойкостью к воздействию химических реактивов в процессе подготовки поверхности подложки перед нанесением пленок, при электрохимических обработках и химическом осаждении пленок;

6) минимальной неровностью поверхности, особен­но волнистостью, которая влияет на четкость линий при фотолитографии;

7) высокой плотностью для исключения интенсив­ного газовыделения;

8) способностью к хорошей механической обработке (полировке, резке).

В настоящее время нет такого материала для подложек, который в одинаковый мере удовлетворял бы этим разнообразным требованиям. Многие органические материалы не могут быть использованы в качестве подложек, поскольку изготовление пленочных элементов ведется в вакууме и при повышенных температурах. Поэтому для подложек используют в основном ситалл и керамику.

2. Резисторы.

Материал, применяемый для полу­чения резистивных пленок, должен обладать:

1)возможностью получения широкого диа­пазона стабильных во времени сопротив­лений;

2)низким температурным коэффициентом;

3) низким уровнем шумов;

4) малыми значениями паразитных параме­тров;

5) требуемой мощностью рассеивания;

6) высокой коррозионной стойкостью;

7) минимальной занимаемой площадью.

Структура пленки резистора сказывается на величине электрического сопротивления образца. Поэтому основной параметр – электросопротивление – характеризует сопротивление пленки в Омах на квадрат. Значение сопротивления пленочного резистора определяется по формуле:

где – удельное объемное сопротивление, – переходное сопротивление областей контактов резистивной и проводящей пленок; – толщина резистивной пленки.
У высокоомных резисторов сопротивление областей контакта обычно значительно меньше сопротивления резистивной пленки, поэтому:

где – удельное поверхностное сопротивление; - коэффициент формы резистора.

Основные характеристики материалов, применяемых для резистивных пленок, приведены в таблице 1.

3. Конденсаторы.

Большинство характеристик тонкопленочных конденсаторов (величина номинала, стабильность, рабочее напряжение, температурная и временная стабильность, частотные свойства, добротность, полярность, надежность и др.) зависят от выбранных материалов и технологии изготовления.

Материал, применяемый для изготовления диэлектрических слоев, должен иметь хорошую адгезию к материалам подложки и обкладок, не вступать с ними в химические реакции. Диэлектрическая пленка должна быть достаточно плотной, иметь высокую электрическую прочность, малые диэлектрические потери, незначительную величину температурного коэффициента линейного расширения (ТКЛР), сравнимую с ТКЛР подложки, иметь высокую диэлектрическую проницаемость и не разлагаться при нагревании. Лучше других этим требованиям удовлетворяют характеристики диэлектриков, приведенных в таблице 1.

1.4 Конструктивно-технологические ограничения при проектировании тонкопленочных ИМС

В таблице 2 показаны ограничения для различных способов изготовления пленочных элементов. В числителе и знаменателе графы М/Ф показаны ограничения соответственно для масочного (М) и фотолитографического (Ф) методов; в графе МФ/ЭИ в числителе/знаменателе приведены данные для комбинированного масочно-фотолитографического и электронно-ионного метода; графа ТА – данные по танталовой технологии.

Таблица 1

Таблица 2

2 Обоснование выбора подложек нитрида алюминия для

тонкопленочных ИМС

Растущий спрос на силовые полупроводниковые модули высокой мощности, высокой надежности и приемлемой стоимости обусловлен непрерывно развивающимся рынком силовых преобразовательных устройств: приводов, систем управления энергопотреблением, источников бесперебойного питания, импульсных источников питания, электрических транспортных средств и т.д.

Основные требования, предъявляемые к законченному силовому модулю – минимальные габариты и низкая стоимость материалов и процесса производства в сочетании с высокими техническими характеристиками, устойчивостью к воздействиям окружаюшей среды и практически абсолютной безотказностью. Конструкция совремнного модуля должна обеспечивать минимальные значения переходных тепловых сопротивлений и распределенных индуктивностей силовых шин в сочетании с высоким напряжением изоляции.

Керамика является одним из самых распространенных изоляционных материалов. Широкое применение керамических материалов объясняется их высокими механическими и электрическими свойствами, недеффузионностью исходных материалов, сравнительной простотой технологии изготовления, невысокой стоимостью изделий. Керамика негигроскопична, термостойка. мехпническая прочность на сжатие, растяжение, изгиб достаточно для практического использования.

Преимущество нитрида алюминия перед другими материа­лами обусловлено уникальным сочетанием его физических и электрических характеристик: высокой теплопроводности, хороших электроизоляционных свойств, умеренного коэффи­циента теплового расширения при относительно невысокой стоимости. В последнее время ряд зарубежных фирм, вы­пускающих электронные компоненты, переходят на использо­вание нитрида алюминия практически во всех областях, где раньше традиционно применялась окись бериллия. Наиболее интенсивно нитрид алюминия используется для изготовления корпусов и подложек интегральных схем, мощных транзисто­ров, поглотителей и оконечных нагрузок.

При создании радиоэлектронных приборов, где остро встает вопрос охлаждения приемников излучения до уровня темпера­тур порядка 150—160 К, требуется использование новой компо­нентной базы, обеспечивающей экстремальное значение пока­зателя «мощность — частота» и одновременно оптимизацию их массогабаритных характеристик. Используемые при этом кон­струкционные материалы должны иметь высокую теплопровод­ность, хорошие изолирующие свойства и высокую прочность.

Всего этого можно достичь при переходе от традиционных конструкционных материалов — плат и подложек на основе Al₂O₃ и BeO — к использованию ке­рамики на основе нитрида алюминия.

В таблице 3 приведены наиболее важные сравнительные электрофизические характеристики предлагаемой для использова­ния керамики из нитрида алюминия (AlN) и керамики из оксида бериллия (BeO) и оксида алюминия (Al₂O₃).

Таблица 3

Выпускаемая в настоящее время керамика из нитрида алю­миния уступает керамике из оксида бериллия и оксида алюми­ния по значениям диэлектрических потерь, однако обладает высокими теплофизическими и электротехническими характе­ристиками, экологически чистая и относительно недорогая (ее удельная стоимость в 5-7 раз ниже удельной стоимости керами­ки из оксида бериллия).

Характеристики

Список файлов курсовой работы