Московский ордена Ленина, ордена Октябрьской революции

и ордена Трудового Красного знамени

государственный технический университет им. Н.Э. Баумана

Кафедра «Электронные технологии в машиностроении»

Расчетно-пояснительная записка

по курсовому проекту

«Технология улучшения параметров качества подложек нитрида алюминия»

Студент ( Алексеев И.Ю. ) Группа МТ11-82

Руководитель проекта ( Ивченко Е.А. )

Москва

2013

ЗАДАНИЕ

на курсовой проект по курсу «Основы электронных технологий»

1. Тема проекта: Вакуумная установка электродуговой очистки

2. Техническое задание

Рассчитать и спроектировать вакуумную систему и разработать компоновочный чертёж установки электродуговой очистки.

Исходные данные:

1. Принципиальная схема установки

2. Форма и габариты (объем) рабочей камеры: Цилиндрическая горизонтальная, 5 куб.м.

3. Материал стенок рабочей камеры: 12Х18Н10Т

4. Предельный вакуум: 0,1 Па

5. Рабочее давление: 1 Па

6. Время откачки: 30 минут

7. Температура стенок камеры: 293 К

8. Калибровочные вакууметры

9. Температура прогрева

10. Рабочий вакуум: безмасляный

11. Материал образца: Сталь 3

12. Размеры образца: Лента 3000x300x3 мм

13. Получаемое покрытие

14. Примечание

* Поток газовыделения с поверхностей внутрикамерных элементов принять равным нулю

1. Содержание графической части проекта

Лист 1. Вакуумная принципиальная схема, эквивалентные схемы откачки

Лист 2. Циклограмма работы установки, график зависимости давления от времени откачки

Лист 3. Компоновочный чертёж вакуумной установки в 3D

Лист 4. Сборочный чертёж рабочей камеры

Лист 5. Чертежи деталей и узлов

1. Объем проекта

Графические работы в объеме 5 листов выполняются на ПК с помощью программы АВТОКАД, либо, по согласованию с руководителем, вручную. По согласованию с руководителем допускается вывод на печать графических материалов в формате, отличном от А1.

Расчетно-пояснительная записка на 30-40 листов формата А4 печатается в редакторе WORD.

Реферат

Графические работы в объеме 5 листов с помощью программ Autodesk Inventor Professional 2012 и CorelDRAW X6. Записка в объеме 40 листов выполнена с использованием среды Word и содержит 18 рисунков, 10 таблиц.

Целью проекта является анализ влияния предварительной обработки керамических подложек на выходные параметры качества ИМС, анализ методов уменьшения шероховатости подложек нитрида алюминия.

Оценены требования к топологической точности основных изделий тонкопленочных ИМС: тонкопленочных резисторов и тонкопленочных конденсаторов. Рассмотрены материалы, использующиеся в формировании тонкопленочных элементов ИМС.

Показано, что для уменьшения шероховатости подложек нитрида алюминия нужно производить два этапа обработки: полировка и ионно-лучевая обработка.

Рассмотрено два метода нанесения пленки нитрида алюминия на подложку и два ионных источника.

Для реализации ионно-лучевой полировки была спроектирована оснастка.

Оглавление

Стр.

Введение ………………………………………………………………………….5
1 Обоснование выбора вакуумной схемы …………………………………….…5
2 Проектировочный расчёт системы откачки …………………………………...7

2.1 Расчёт геометрических параметров камеры …………….………….…7

2.2 Расчёт потока газовыделения со стенок камеры ……………...………7

2.3 Выбор насосов ………………………………………………………...…8
2.4 Расчет проводимости трубопроводов …………………………………10

3 Проверочный расчет …………………………………………………………….12

3.1 Расчёт быстроты откачки ………………………………………………12

4 Расчёт времени откачки ………………………………………………………....13
5 Расчет толщины стенок камеры из условия прочности ………………….……14

5.1 Расчет обечайки ……………………………………………………...….14

5.2 Расчет эллиптического днища ………………………………………….18

5.3 Расчет крышки …………………………………………………………..20

6 Расчет электрического вакуумного ввода ………………………………..…….21

7 Расчет фторопластового уплотнения ………………………………………..…22

Заключение ………………………………………………………………..……..24

Список использованных источников …………………………………..………25

Спецификации ……………………………………………………………….…..26

Введение

Повышение надежности и долговечности микросхем, полупроводниковых приборов и микроструктур остается одной из главных проблем современной микроэлектроники. Экономическое значение этой проблемы очевидно. Как показал статистический анализ, главной причиной

выхода из строя полупроводниковых приборов и устройств является не их механическая поломка, а электрические пробои или утечки тока, обусловленные и зависящие от совершенства структуры приповерхностного слоя и поверхностных дефектов подложки, являющейся основной несущей конструкционной базой микросхем и микроэлектронных устройств. При механической обработке подложек не всегда используются наиболее эффективные средства снижения дефектности поверхности и нарушений структуры материала, а также учитываются конкретные условия работы. По этой причине наша страна и другие технически развитые страны несут огромные материальные затраты, связанные с выходом из строя большого

количества приборов и устройств, снижением срока их эксплуатации,

вынужденной заменой на новые.

С уменьшением топологических размеров возрастает отношение поверхность/объем, что приводит к ужесточению требований к пассивации и обработке поверхности структур.

Таким образом, для повышения качества и срока службы ИМС необходимо использовать новые материалы подложек с лучшими показателями качества, например, нитрид алюминия, разрабатывать новые и усовершенствовать классические методы обработки поверхности подложек.

1 Технологический анализ элементов тонкопленочных ИМС

Интегральная микросхема (ИМС) - вполне установившийся термин, означающий конструктивно законченное изделие микроэлектронной техники, выполняющее определенную функцию преобразования и обработки информации (сигнала), изготовленное в едином технологическом цикле, воспринимаемое (неразделимой частью) как компонент в устройстве электронной техники.

Интегральные микросхемы чаще всего имеют ряд общих конструктивных признаков (рис. 1).

Рис. 1. Конструкция интегральной микросхемы:

1 - подложка или кристалл; 2 - корпус; 3 - крышка; 4 - внешние выводы;

5 - гибкие выводы

Основной, определяющей тип ИМС, частью является подложка или кристалл 1. В ней или на ее поверхности формируются элементы, реализующие схемотехническую задачу. Корпус 2, крышка 3, внешние 4 и гибкие 5 выводы выполняют ряд вспомогательных задач: защиту от внешних воздействий, коммутацию входных и выходных сигналов, удобство монтажа и т. п.

В зависимости от типа подложки и способа реализации элементов различают полупроводниковые и пленочные ИМС.

В полупроводниковых ИМС элементы выполняются непосредственно в поверхностном слое на небольшом расстоянии друг от друга с коммутацией в виде тонкопленочных дорожек на поверхности.

В полупроводниковых ИМС выполняются с хорошей воспроизводимостью выходных параметров активные элементы (транзисторы, диоды и др.), в то же время нерационально из-за большой площади изготавливать пассивные элементы.

Эта особенность позволяет выполнять множество различных устройств типа генераторов, пускателей, детекторов и др. Применение таких ИМС дает существенное уменьшение веса (массы), габаритов, снижения энергопотребления, повышения надежности. На полупроводниковых ИМС удается организовать наиболее компактные устройства.
В пленочных ИМС элементы выполняются на поверхности пассивной подложки (стекло, керамика, ситалл и др.) в виде тонких и толстых пленок.
В пленочных ИМС затруднительно получение активных элементов, однако есть прекрасные возможности для формирования всего набора пассивных (резисторы, конденсаторы, катушки индуктивности и др.) элементов достаточно широкого диапазона номиналов с хорошей воспроизводимостью.

Указанные типы микросхем не взаимозаменямые или конкурирующие, а скорее дополняющие друг друга. В частности, на поверхности полупроводниковых ИМС могут выполняться в виде пленок пассивные элементы (резисторы, конденсаторы и др.). Такие ИМС называют совмещенными, однако они не распространены из-за малого диапазона номиналов пассивных элементов. Комбинация пленочных пассивных электрорадиоэлементов (ЭРЭ) на диэлектрической подложке с активными полупроводниковыми бескорпусными компонентами (транзисторами, диодами, полупроводниковыми ИМС) позволила создать так называемые гибридные ИМС (ГИС). Это дает возможность выполнять сложнейшие микроустройства, используя полупроводниковые планарные ЭРЭ и ИМС, выпускаемые серийно по сложной технологии. Разработка и изготовление гибридных ИМС доступна большему числу предприятий как с точки зрения конструкторской проработки, так и по технологической реализации небольших серий множества устройств.

В особенности это относится к гибридным толстопленочным ИМС, технология которых не требует сложного оборудования.

Гибридные интегральные ИМС, включающие навесные пассивные компоненты (конденсаторы, резисторы индуктивности и др.), активные полупроводниковые ЭРЭ и бескорпусные полупроводниковые ИМС, обычно называют микросборками.

1.2 Элементы тонкопленочных ИМС

Пленочные транзисторы использовались до настоящего времени ограниченно ввиду низкой воспроизводимости выходных параметров. Развитие молекулярно-лучевой эпитаксии, проработка технологии активных элементов на поликристаллическом и аморфном кремнии позволят в дальнейшем восполнить этот пробел. Однако в настоящее время в пленочных ИМС используются полупроводниковые транзисторы и диоды как компоненты, т.е. сборочные единицы, выполняемые в отдельном технологическом процессе.

Пленочные резисторы как элементы различаются большим конструктивным разнообразием и частично представлены на рис. 2.

Рис. 2. Пленочные резисторы:

а – полосковый; б – z-образный; в – меандр; г,д - составные

При использовании различных резистивных материалов и выбранных топологий в пленочном исполнении можно выполнять широчайший диапазон номинальных значений. Если требуется высокая точность выходных параметров, то можно использовать последующую подгонку. Обычно в этих случаях применяют удобные для подгонки конфигурации, например приведенные на рис. 3.

Рис. 3. Конфигурации плавно подгоняемых тонкопленочных резисторов

Подгонка выходного параметра осуществляется удалением резистивной пленки в направлении, показанном на рисунке стрелкой. Грубая подгонка достигается подрезкой перпендикулярно продольной оси, плавная - параллельно. Точность плавной подгонки может составлять сотые доли процента и более рационально ее применять для тонкопленочных структур.

а) в) д)

Пленочные конденсаторы являются распространенными элементами пленочных и гибридных ИМС и обеспечивают номинальные значения емкости до 5000 пФ. Основные конструкции представляют собой трехслойные структуры метал-диэлектрик-металл, различающиеся топологией. Некоторые из конструкций показаны на рис. 4.

б) г) е)

Рис. 4. Конструкции пленочных конденсаторов:

а - трехслойный с выводами в разные стороны; б - трехслойный с компенсатором; в - в виде пересекающихся дорожек; г - гребенчатый;

д - в виде последовательно включенных конденсаторов; е - в виде параллельно расположенных проводящих пленок;