Технология изготовления аналогов реактивностей

March 20, 2011 by admin Комментировать »

Рис.30. Схема аналога трансформатора на операционном усилителе и диодной оптопаре

Наиболее простой способ объединения пассивных элементов состоит в создании требуемого рисунка пассивной части схемы на диэлектрической подложке и присоединении к ней интегральных схем (чипов) и конденсаторов. Если требования к точности элементов и их стабильности невысоки, то используется толстопленочная технология. При высоких требованиях к этим параметрам применяется тонкопленочная технология.

Лнолиз схем полупроводниковых аналогов реактивно- стей показывает, что для их временной и температурной стабильности необходимы высо&остабильные пассивные элементы. Поэтому предпочтительной является технология изготовления гибридных схем на основе тонких пленок. Что же необходимо предпринять для изготовления полупроводниковых анаяогоз реактивностей в виде тонкопленочных гибридных интегральных схем? Следует отметить, что весь процесс изготовления тонкопленочных гибридных интегральных схем разделяется на ряд этапов. На первом этапе выбирается схема аналога реактивности, удовлетворяющая предъявляемым требованиям. Затем преходится ее анализ с точки зрения выделяемой элементами мощности, точности изготовления пассивных элементов, темпера!урной стабильности, диапазона изменения номиналов и так далее. На следующем этапе осуществляется расчет геометрических размеров пленочных элементов. После этого составляется эскиз топологии, т.е. размещения на подложке как разрабатываемых пассивных элементов, так и навесных комплектующих, входящих в состав данного устройства. На заключительном этапе производится контроль разработанной топологии. Каждый из этапов зависит от конкретного устройства, условий его применения [63—65]. Для изготовления аналогов реактивности в виде гибридной интегральной микросхемы можно использовать типовые процессы тонкопленочной технологии, основанные на вакуумных методах нанесения пленок и формировании конфигурации с помощью масок и фотолитографии. Наиболее универсальным способом образования тонких пленок из неорганических веществ, металлов, диэлектриков является способ термического испарения в вакууме. Процесс получения пленок путем термического испарения в вакууме состоит из трех стадий: испарении вещества, переноса испаренного вещества к подложке, конденсации паров вещества на подложке. Для испарения вещество нагревают. При этом чаще всего используют джоулево тепло, выделяющееся в проводниках при прохождении через них электрического тока. Скорость испарения, т.е. количество вещества, испаряемого в одну секунду с одного квадратного сантиметра поверхности испарителя, вычисляется по формуле: V = 6 10"4 М/Т, где V — скорость испарения (г/см2*с); М — молекулярный вес испаряемого вещества; Т — абсолютная температура испаряемого вещества. Из данного соотношения видно, что все вещества начинают испаряться при температуре выше абсолютного нупя. Испарение объясняется тем, что кинетическая энергия молекул и атомов в поверхностном слое жидиости или твердого тела настолько превышают среднюю при данной температуре, что они отрываются от поверхности и распространяются в свободном пространстве. С повышением температуры этот процесс усиливается, пары вещества создают над поверхностью определенное давление. Оторвавшись от поверхности носителя или от пограничного слоя, молекулы испаряемого вещества попадают в "пролетное пространство", в котором они перемещаются в направлении к подложке. Для исключения рассеивания потока вещества при столкновениях с атомами остаточных газов необходимо создать такое разряжение, при котором свободный пробег молекул испаряемого вещества превышает длину пролетного пространства, т.е. расстояние между испарителем и подложкой. Пролетное пространство в установках обычно составляет (10 — 20) см. Двигаясь от испарителя к подложке со скоростью 500 м/с, молекула с испаренного вещества сталкивается с подложкой и отдает ей часть своей энергии. Сохранив некоторый избыток энергии, молекула вещества мигрирует по поверхности подложки, теряя избыток энергии и стремясь к тепловому равновесию с подложкой. Миграция происходит в потенциальном поле, рельеф которого представляет собой распределение сил связи (сил Ван-дер-Ваальса) по поверхности подложки и характеризуется наличием потенциальных "ям" и "бугров". Встретив на своем пути потенциальный "бугор", (т.е. при слабой связи с подложкой), молекула может покинуть подложку (вторичное испарение, десорбция), а при встрече с потенциальной "ямой" (сильная связь с подложкой) или с другой мигрирующей молекулой и вступив с ней в сильную (металлическую) связь молекула теряет избыток энергии и фиксируется на подложке, становясь при этом центром кристаллизации.

Различают четыре стадии процесса роста: образование зародышей, срастание или коалесценция островков, образование каналов, образование непрерывной пленки. Наименьшие зародыши, которые можно получить и заметить в электронном микроскопе, составляют (20 — 30)* 10"8 им. При этом они растут преимущественно в направлениях, параллельных подложке, что свидетельствует о том, что рост происходит за счет поверхностной диффузии адсорбированных атомов на подложке. Сплошная пленка образуется за счет срастания островков, имеющих произвольную относительную ориентацию, которая подчиняется случайному закону распределения. Поэтому слои получаются поликристаллическими. Однако размер зерен в готовых слоях много больше среднего расстояния между начальными зародышами. Во время срастания островков происходит рекристаллизация, при которой в каждом зерне объединяется сто и более первоначальных зародышей.

Преимуществом рассматриваемого технологического процесса получения гибридных микросхем является то, что на всю поверхность ситалловой подложки (предварительно тщательно химически очищенной) термически наносят сплошные пленки резистивных и проводящих материалов. Это позволяет использовать вакуумные установки с большой производительностью. Создав сплошные резистивные и проводящие слои на ситалловой подложке, переходят ко второй группе процессов, которые состоят из этапов формирования геометрических размеров пассивных элементов при помощи литографии.

Формирование необходимой кофигурации пленочных резисторов осуществляют с помощью свободных и контактных масок. Свободные маски — это биметаллические трафареты, располагаемые в вакуумной камере между испарителем и подложкой, через которые напыляют слои необходимой конфигурации. Контактные маски — это фотошаблоны, которые используются для формирования элементов гибридных микросхем химическими методами (обычным методом травления) с применением фоторезистов и фотолитографии. Контактные маски обеспечивают меньшие размеры, большую точность и воспроизводимость пленочных элементов. Фотошаблон представляет собой плоскопараллельную пластину из прозрачного материала, например кварцевое стекло, на которое нанесен рисунок в виде прозрачных или непрозрачных для света участков, образующих топологию одного из пленочных слоев пассивной части аналога реактивности. Фоторезисты являются светочувствительными материалами и после проявления и задуб- ливания оказываются устойчивыми к воздействию агрессивных сред (кислот, щелочей). Свет, действуя на материалы, либо разрушает молекулы, либо вызывает их дополнительную полимеризацию (позитивные или негативные фоторезисты). Позитивный фоторезист при освещении разрушается и при проявлении удаляется с освещенных участков. Негативный фоторезист при освещении полимеризуется (задубливается) и не разрушается. Стойкость фоторезиста к химическим воздействиям в*ос- новном зависит от химического состава. Однако его толщина и адгезия к подложке также имеют большое значение.

Резистивные пленки по своим электрофизическим свойствам отличаются от массивного’материала. Обладая мелкозернистой структурой, пленки металлов и сплавов характеризуются высокой концентрацией термодинамически неустойчивых дефектов структуры (вакансии, избыточные атомы, границы зерен, неравномерность фазового состояния и так далее). Это основная причина нестабильности электрических характеристик резисторов.

Для стабилизации параметров резисторов используют термическую и термотоковую обработку. Термическая обработка при температурах, превышающих температуру эксплуатации, позволяет повысить стабильность пленочных резисторов за счет отжига дефектов пленки, снятия механических напряжений, стабилизации структуры и фазового состояния. Термическую обработку резисторов осуществляют двумя способами: отжигом в вакууме и на воздухе. Отжиг в вакууме производят после напыления резистивной пленки. При этом за счет укрупнения кристаллитов происходит увеличение металлической Проводимости, что вызывает смещение TKR в сторону положительных значений с одновременным уменьшением удельного поверхностного сопротивления р^. При термической обработке на воздухе повышение стабильности достигается за счет окисления поверхности, что снижает интенсивность окислительно-восстановительных процессов, происходящих в пленке при ее эксплуатации.

Токовая стабилизация достигается совершенствованием структуры и окислением поверхности пленки при воздействии теплоты от проходящего через резистор тока. Способ стабилизации резисторов выбирается с учетом свойств резистивного материала и условий эксплуатации. Достигаемая стабильность резисторов составляет (0,1 — 0,5)% за 5000 часов хранения или (0,5 — 1,0)% при работе в течение 1000 часов. Необходимость подгонки параметров пленочных резисторов обусловлена двумя факторами. Во-первых, технологической невоспроизводимостью электрических и геометрических параметров пленочных элементов. Во-вторых, требуемой функциональной точностью выходных параметров гибридных микросхем. При существующих процессах формирования пленочных резисторов данная погрешность может быть не хуже (5 — 10)%.

При необходимости получения сопротивления резисторов с отклонением от номинальных значений менее 1% необходимо использовать различные методы подгонки. Наибольшее распространение получили способы групповой обработки с использованием удельного поверхностного сопротивления за счет окисления поверхности пленки. Для индивидуальной подгонки применяют термотоковый и лазерный способы. При индивидуальной подгонке процесс осуществляется в контролируемом режиме. Лазерная подгонка изменяет эффективную длину и ширину пленочных резисторов и может быть как дискретной, так и плавной. Для исключения влияния лазерной подгонки на стабильность резисторов место подгонки локализуется у края резисторов. При этом на стадии проектирования предусматривают специальные подгоночные участки. Плавная (точная) подгонка позволяет обеспечить точность до 0,05%. В настоящее время в качестве подложек маломощных схем наибольшее распространение получил ситалл, размеры которого составляют (60-48) мм2.

Основными методами разделения подложек на платы являются: скрайбирование алмазным резцом и ломка, сквозная резка алмазными дисками, резка лазерным лучом. МЪнтаж плат на основание корпуса (так же как монтаж кристаллов и компонентов на платы гибридной микросхемы) осуществляется соединением клеями и компаундами. Такие соединения отличаются простотой процесса, низкими температурами отвердения, достаточной механической прочностью и надежностью. При этом склеиваемые поверхности должны быть тщательно обезжирены и хорошо высушены. Приклеивание производится путем посадки плат (так же как кристаллов, компонентов) на каплю клея, либо на подсушенный клей.

В процессе сборки аналогов реактивностей выполняют большой объем работ по электрическому соединению, например, выводов кристаллов и компонентов с внутренними контактными площадками платы и периферийных контактных площадок платы с выводами корпуса. В зависимости от средств, применяемых при выполнении соединений, различают проволочный и беспроволочный монтаж. При этом для его осуществления (в зависимости от формы и материалов выводов кристаллов* и материала площадок) применяют различные методы микроконтактирования: пайку, термокомпрессионную и ультразвуковую сварку, сварку косвенным импульсным нагревом. Данные методы обеспечивают высокое качество сварки. К числу достоинств методов следует отнести кратковременность теплового воздействия, высокую производительность.

Для уменьшения влияния механических, климатических и других внешних воздействий на микросхемы их герметизируют в гелиевой атмосфере и проверяют герметичность гелиевым течеискателем (поиск малых течей) либо погружают в кипящие жидкости (масло, эти- ленгликоль) — поиск больших течей.

Оставить комментарий

микросхемы мощности Устройство импульсов питания пример приемника провода витков генератора выходе напряжение напряжения нагрузки радоэлектроника работы сигнал сигнала сигналов управления сопротивление усилитель усилителя усиления устройства схема теория транзистора транзисторов частоты