Технология изготовления пассивной части микросборок
Лабораторная работа № 1
Технология изготовления пассивной части микросборок
Цель работы:1) изучить основные методы и особенности получения тонких пленок в вакууме; 2) ознакомиться с технологическим процессом изготовления тонкопленочной части микросборок методом термического испарения в вакууме; технологическим и контрольным оборудованием; 3) приобрести практические навыки работы с технологическим и контрольным оборудованием; 4) оценить качество получаемых пленок.
Продолжительность работы- 4ч.
Теоретические сведения
Тонкие пленки (толщиной менее 1 мкм) в производстве микросборок (МСБ) используются для изготовления пассивных элементов: резисторов, конденсаторов, индуктивностей, контактных площадок, межэлементной коммутации, межслойной изоляции и т.д. Среди многих методов изготовления тонких пленок (термического испарения, ионно-плазменного распыления, химического, электрохимического и пиролитического осаждения и др.) предпочтительными оказываются методы осаждения пленок в вакууме как позволяющие получать пленки из любых материалов с наилучшими электрофизическими параметрами при высокой их воспроизводимости. Именно эти методы положены в основу тонкопленочной технологии.
Таким образом, сущность тонкопленочной технологии состоит в управляемом нанесении пленочных покрытий в вакууме методами направленного осаждения на подложки (или платы) частиц из потока испаряемого либо распыляемого материала. Одним из широко распространенных методов осаждения тонких пленок в вакууме является хорошо освоенный метод термического испарения в вакууме. Его основные достоинства: высокая чистота получаемых пленок, простота технологического процесса и высокая эксплуатационная надежность. Современные установки вакуумного напыления, в том числе и реализующие метод термического испарения, оборудованы Системой ионной очистки поверхности подложек в плазме тлеющего разряда, что существенно повышает качество получаемых пленок и воспроизводимость их характеристик.
Таблица 1
Температуры плавления, кипения, испарения металлов,
Наиболее часто применяемых при изготовлении МСБ
| Металл | Температура T,°С | ||
| плавления | кипения | испарения* | |
| Алюминий Ванадий Вольфрам Медь Молибден Никель Тантал Титан Хром |
*Приведена условная, практически установленная температура испарения, при которой давление насыщенного пара вещества составляет приблизительно 1,3 Па. Температуры плавления и кипения указаны для давления 101,3∙103 Па.
Таблица 2
Температурыи скорости испарения металлов
Таблица 3
Сравнительная характеристика методов
Таблица 4
Контроль качества пленок, полученных осаждением в вакууме
После окончания технологического цикла получения тонких пленок и развакуумирования рабочей камеры установки вакуумного напыления на подложках с осажденными пленками контролируются следующие параметры:
- адгезионная прочность в системе пленка - подложка;
- сопротивление резисторов и допуск на него с учетом номинального сопротивления (если используется масочный метод получения конфигурации элементов);
- емкость конденсаторов и допуск на нее с учетом номинальной емкости (если в МСБ имеются тонкопленочные конденсаторы);
- удельное поверхностное сопротивление (четырехзондовым методом) резистивных и высокоэлектропроводящих пленок (при отработке технологии нанесения пленок (и летучем контроле) для фотолитографического метода получения конфигурации элементов);
- точность совмещения пленочных элементов (при масочном методе контроль выполняется после завершения процесса получения пленочных элементов, а при фотолитографическом методе - после проведения фотолитографии в осажденных слоях пленок), а также точность, непрерывность поля и контура и т.д. полученного рисунка элементов (четкость края, отсутствие протравов, недотравов и др.);
- внешний вид пленочных структур для выявления возможных дефектов (кластеров, непропылов, подпылов и др.);
- зернистость получаемых пленочных структур (по эталону).
Порядок выполнения работы
Рекомендуется следующий порядок выполнения работы.
1. Ознакомиться с техникой безопасности и правилами работы с оборудованием.
2. Получить у лаборанта подложки из ситалла, маски слоев, напальчники, химическую посуду, пинцет, секундомер, материалы для испарения (медь, ванадий, сплав резистивный РС-3710)
3. Провести химическую очистку подложки кипячением в моющем растворе следующего состава: дистиллированная вода - 100 мл, перекись водорода 30%-ная - 320 мл, аммиак 25%-ный - 8 мл (подложка должна быть полностью погружена в раствор).
Кипятить в течение 20 мин. Затем извлечь подложку пинцетом (осторожно, так как высокая температура) и погрузить в стакан с дистиллированной водой. Промыть подложку с 4 - 5-кратной сменой дистиллированной воды в течение 2 – 3 мин.
4. Поместить подложку в сушильный шкаф лицевой стороной вверх и сушить при температуре 200 0С в течение 15 мин.
Примечание. Химическую очистку проводить с обязательным использованием всех средств, обеспечивающих безопасную работу с химреактивами, и в предварительно очищенной химической посуде.
5. Установить подложку в подложкодержателе и карусели (рис.7).
Примечание. При использовании масочного метода получения конфигурации элементов пленочной МБС необходимо маски (для резистивного и проводящего слоев) закрепить в маскодержателях, а затем на карусели (см. рис.7, поз. 2).
6. Загрузить навеску ванадия в первый испаритель (для испарения материала адгезионного подслоя).
7. Загрузить навеску меди во второй испаритель.
8. Загрузить порошок сплава РС-3710 в вибробункер.
9. Установить "свидетеля" на кронштейн (предварительно определив число квадратов на "свидетеле", для чего произвести замеры длины и ширины "свидетеля", а частное от деления длины на ширину составляет число квадратов на "свидетеле").
Примечание. При использовании масок установить маскодержате-ли над позициями соответствующих испарителей.
10. Опустить колпак и откачать камеру до давления не ниже 6,65 Па. Для этого:
- нажать кнопку гидроподъемника "НИЗ" (рис.8);
- закрыть нижний; вентиль управления вакуумной системой, соединяющий механический насос с паромасляным (см. рис.7, поз. 12 и описание к вакуумной установке);
-открыть верхний вентиль, соединяющий механический (форвакуумный) насос с
подколпачным устройством (см. рис.7, поз. 13),для чего повернуть его на 45° и медленно вытянуть на себя. Медленное вытягивание предотвращает "захлебывание" механического насоса большими порциями воздуха в первый момент откачки воздуха из подколпачного пространства (рабочей камеры);
-выждать 3-4 мин и переключить датчик термопарного вакуумметра ВИТ в положение V1, при этом в положении "ИЗМЕРЕНИЕ" ВИТ показывает давление остаточных газов в рабочей камере. Показание ВИТ в милливольтах переводится в соответствующее давление по градуировочному графику к описанию прибора.
11. Провести ионную очистку подложек и подколпачного устройства следующим образом:
- при достижении в рабочей камере давления 6,65 Па (давление определяется по градуировочному графику) переключатель "ВОДА И КОЛПАК" поставить в положение "ХОЛ. ВОДА" и установить тумблер "ИСПАРИТ." в положение "РАЗРЯД", при этом загорится красная сигнальная лампочка (если тумблер не включает высокое напряжение,
- попросить лаборанта проверить блокировки и выключатель-автомат установки);
- поставить переключатель шкалы измерительного прибора (слева на пульте управления) в положение 600 мА (см. рис.8);
- подать высокое напряжение, повернув ручку трансформатора на передней панели по часовой стрелке до получения тока разряда 60-100 мА;
- провести очистку в течение 4-5 мин, при этом в рабочей камере наблюдается фиолетовое свечение; 
- выключить разряд в следующей последовательности: снизить напряжение до нуля, тумблер "ИСПАРИТ." перевести в положение "ОТКЛ." (см. рис.8, внизу).
12. Закрыть верхний вентиль при достижении давления 2,66 Па и открыть нижний вентиль (см. рис.7 и описание к вакуумной установке).
13. При достижении разрежения 0,133 Па переключить датчик в положение V2 и включить ионизационный манометр (см. описание ВИТ) в такой последовательности:
- включить тумблер "СЕТЬ" и установить переключатель в положение "ПРОГРЕВ";
- включить тумблер "НАКАЛ", а переключатель установить в положение "ОБЕЗГАЖИВАНИЕ", выждать 2 - 4 мин;
- поставить переключатель "РОД РАБОТЫ" в положение "ЭМИССИЯ" и ручкой "УСТАНОВКА ЭМИССИИ" установить ток эмиссии, равный 50 мкА;
- переключатель "РОД РАБОТЫ" поставить в положение "ИЗМЕРЕНИЕ" и произвести отсчет показаний, переводя милливольты в давление по градуировочному графику;
- при достижении остаточного давления в рабочей камере порядка 2,66-10-3 Па установку считать готовой к испарению и осаждению материалов.
14. Провести осаждение резистивного материала на подложку, предварительно установив переключатель "ИСПАРИТЕЛЬ" в положение 2 (см. описание к вакуумной установке). Осаждение сплава РС-3170 осуществлять при токе испарителя, равном 200 А, температуре подложки не более 300 ± 20 °С до достижения (по показаниям тестера) сопротивления "свидетеля" Rсв, соответствующего удельному поверхностному сопротивлению резистивного материала ρs равному 1 кОм/м2 ( 
, где К - количество квадратов осажденной пленки "свидетеля", определенное в п. 9).
Для этого необходимо:
- включить вибропитатель, поставив тумблер "ВИБРОПИТАТЕЛЬ" в положение "ВКЛ" (см. рис 8);
- присоединить проводники "свидетеля" к клеммам тестера АВО-5М1;
- включить нагреватель подложек, для чего поставить тумблер "НАГРЕВАТЕЛЬ" в положение "РУЧН" и подождать до установления требуемой температуры (см. рис.8 и описание к вакуумной установке);
- поставить переключатель испарителей в нужное положение;
- нажать кнопку "600 А" (см. рис.8);
- включить тумблер "ИСПАРИТЕЛЬ" и подать напряжение, вращая ручку трансформатора "ТОК" по часовой стрелке (см. рис.8 и описание к вакуумной установке);
- разогреть испаритель (до начала испарения материала) и через 3 с открыть заслонку (см. описание к вакуумной установке);
- при сопротивлении "свидетеля " Rсв равном рассчитанному, закрыть заслонку;
- снять напряжение испарителя (ручку "ТОК" повернуть влево до упора), выключить тумблер "ИСПАРИТЕЛЬ".
15. Провести осаждение ванадия на подложку (при токе испарителя 370 А, времени испарения 20 с, температуре подложки 220 ± 10 °С) в последовательности:
- включить нагреватель подложек, для чего поставить тумблер "НАГРЕВАТЕЛЬ" в положение "РУЧН." и подождать до установления требуемой температуры (см. рис.8);
- поставить переключатель испарителей (см. описание к вакуумной установке) в нужное положение (1,2,3);
- нажать кнопку "600 А" (см. рис.8);
- включить тумблер "ИСПАРИТЕЛЬ" и подать напряжение вращением ручки трансформатора "ТОК" по часовой стрелке (см. рис.8);
- разогреть испаритель (до начала испарения материала) и через 3 - 4 с открыть заслонку (см. описание к вакуумной установке и рис.7 и 8);
- провести испарение материала в течение необходимого времени и закрыть заслонку;
- снять напряжение испарителя (ручку "ТОК" повернуть влево до упора), выключить тумблер "ИСПАРИТЕЛЬ".
16. Поставить переключатель "ИСПАРИТЕЛЬ" в положение "1" (см. описание к вакуумной установке) и провести осаждение меди на подложку (при токе испарителя 280 А, времени испарения 2 мин и температуре подложки 300 ± 10 °С) в последовательности, аналогичной п.15 (с учетом требуемого положения переключателя испарителей).
17. Провести термостабилизацию подложек с тонкими пленками выдерживанием их при температуре 350 ± 20 °С в течение 30 мин. в условиях вакуума (2,66-10-3 Па) для стабилизации характеристик тонких пленок;
18. Отключить высокий вакуум и уменьшить до 120°С температуру подложек (см. описание к вакуумной установке). Выдержать подложки с пленками до получения требуемого Rсв (по показаниям тестера);
19. Выключить нагреватель, охладить подколпачное устройство до температуры ≤70°С, после чего рабочую камеру разгерметизировать, медленно открывая натекатель (см. рис.7, поз. 14).
20. Извлечь подложки из рабочей камеры и оценить их качество (в соответствии с выбранными и согласованными с преподавателем критериями), используя ранее указанные методики. Сформулировать выводы по результатам контроля качества и занести их в отчет.
Требования к отчету
Отчет должен содержать:
1) титульный лист;
2) формулировку цели работы и краткие теоретические сведения;
3) структурные схемы технологических процессов с указанием режимов осаждения (времени, температуры, давления) тонких пленок из разных материалов с учетом метода получения конфигурации пленочных элементов;
4) результаты расчета Rсв выбор оценочных критериев и методов контроля; оценку качества полученных пленок (или пленочных элементов);
5) выводы.
К отчету необходимо приложить образец с полученной тонкопленочной структурой (либо тонкопленочными элементами).
Контрольные вопросы
1. Какие правила техники безопасности необходимо соблюдать при работе с УВН?
2. Какие пленки в микроэлектронике называют тонкими?
3. Начертите основные узлы УВН и объясните их назначение.
4. В чем сущность метода осаждения пленок термическим вакуумным испарением? Какие другие методы получения тонких металлических, резистивных и диэлектрических пленок вы знаете? Перечислите материалы, применяемые для получения тонких пленок термическим испарением в вакууме.
5. Что такое сублимация и какова ее роль в процессе получения пленок термовакуумным испарением?
6. Назовите контролируемые технологические параметры при проведении осаждения пленок в УВН. Укажите методы контроля этих параметров.
7. Расскажите о назначении и изготовлении масок, о назначении фотошаблонов.
8. Какие вы знаете испарители? Назовите критерии их выбора.
9. Какие подложки используются для получения тонкопленочных структур и каковы критерии их выбора?
10. Какие процессы происходят при испарении материалов в вакууме?
11. Каким образом происходит формирование пленок на подложках при термовакуумном испарении?
12. Как выбирают оптимальную температуру подогрева подложки?
13. Поясните зависимость ρ и ТКС от толщины пленок, получаемых термовакуумным испарением.
14. Каковы преимущества ионно-плазменных методов осаждения пленок перед термовакуумным испарением?
15. Изложите свое представление о катодном распылении.
16. Каков принцип реализации ионно-плазменного распыления в трехэлектродной системе?
17. В чем сущность магнетронного распыления?
18. Чем отличается магнетронное распыление от плазмотронного?
19. Как выбирают оптимальную скорость осаждения материалов при термовакуумном методе получения тонких пленок?
20. Изложите свое представление об адгезии. Какие факторы и почему определяют адгезионную прочность в системе пленка - подложка?
21. Каково влияние степени разрежения и состава остаточных газов на качество получаемых пленок?
22. С какой целью проводят очистку подложек перед осаждением пленок в вакууме? Какой вид очистки подложек наиболее эффективен?
23. Поясните принцип измерения низкого и высокого вакуума.
24. Почему важно уметь оценивать прочность адгезионной связи пленки с подложкой и пленок из различных материалов между собой? Как оценивается адгезионная прочность в производственных условиях?
25. Укажите последовательность осаждения материалов в данной работе. Почему она не может быть другой?
26. Чем отличается тонкопленочная структура при масочном методе формирования рисунка элементов от структуры при фотолитографическом методе?
27. Какие вы знаете методы оценки качества получаемых тонких пленок (или пленочных элементов)? В чем их сущность.
28. Укажите возможные дефекты пленок, полученных термовакуумным испарением, и причины их возникновения.
29. Назовите наиболее перспективный метод получения тонких пленок в вакууме и приведите соответствующие аргументы.
Литература
1. Черняев В.Н. Технология производства интегральных микросхем и микропроцессоров. - М.: Радио и связь, 1987. - 464 с.
2. Черняев В.Н. Физико-химические процессы в технологии РЭА. М.: Высшая школа, 1987. - 376 с.
Приложение
МИИ-4
Интерференционный микроскоп МИИ-4 (рис.П1,а) предназначен для визуальной оценки и измерения высоты неровностей тонкообрабо тайных поверхностей и толщины тонких пленок. Если опенка непрозрачна в видимом свете, то перед измерением следует на тестовой подложке получить "ступеньку" - резкую боковую границу пленки на подложке (для этого часть пленки маскируют, например нанесением на нее лака ХСЛ, после чего другую часть пленки удаляют травлением до подложки).
В поле зрения микроскопа одновременно видны исследуемая поверхность и интерференционные полосы (рис.П 1,6). На исследуемой поверхности в местах выступов или впадин (т.е. перепада высот или ступеньки) интерференционные полосы искривляются (т.е. смещаются). Величина смещения полос характеризует размер неровностей и измеряется винтовым окулярным микрометром. Прибор МИИ-4 позволяет измерять высоту неровностей в пределах от 1 до 0,03 мкм (при увеличении 490х).
Порядок работы с микроскопом следующий.
1. Включить освещение (фонарь) микроскопа, для чего перевести тумблер на кожухе трансформатора в положение "ВКЛ".
2. Поместить измеряемый объект (подготовленную к измерениям подложку с пленкой) на предметный столик микроскопа.
3. Микрометрическим винтом добиться четкого изображения поверхности измеряемого объекта, а вращением предметного столика вокруг вертикальной оси микроскопа получить в его освещенном поле видимости вертикальное изображение границы пленка - подложка.
4. Повернуть рукоятку интерференционной головки так, чтобы указатель стоял вертикально, при этом на изображение поверхности объекта накладываются интерференционные полосы.
5. Вращением окулярного микрометра добиться совпадения направления интерференционных полос с горизонтальной осью его шкалы.
6. При работе с имеющимся освещением (монохроматическим светом с длиной волны 0,54 мкм) все измерения проводятся по двум самым ярким черным полосам. Горизонтальную ось шкалы окулярного микрометра совместить с серединой первой черной полосы и произвести первый замер по барабанчику N1, затем переместить горизонтальную ось шкалы на середину второй яркой черной полосы и произвести второй замер N2 (см. рис.П1,б, где пунктиром показаны положения горизонтальной оси шкалы при измерениях).
7. Произвести замер в делениях барабанчика величины смещения первой выбранной черной полосы на границе ее искривления N1*. Таким образом, разность N1 - N2 является шагом между соседними интерференционными полосами, a N1 - N1* - величиной смешения интерференционной полосы. Вычислить толщину исследуемой пленки по формуле
, мкм,
где n - число интервалов между полосами; 0,27 мкм - половина длины волны монохроматического света.
8. Отключить лампу, убрать исследуемый образец, результаты измерений и расчетов занести в отчет.
Лабораторная работа № 2
Печатных плат
Печатная плата (ПП) является не только несущим конструктивом электронного устройства, но и коммутационным узлом, обеспечивающим электрическое соединение навесных компонентов в единый функциональный узел, их механическое крепление, а также теплоотвод при эксплуатации изделия. Классифицируют ПП обычно по конструкторско-технологическим особенностям их реализации, иногда по разновидности основных применяемых материалов (например, изоляционного основания платы и др.), либо по наиболее характерному технологическому этапу в общем процессе производства плат, либо по функциональному назначению устройств с их применением и др. Так в зависимости от числа коммутационных слоев (уровней коммутации или слоев металлической разводки) различают ПП односторонние (ОПП), двусторонние (ДПП) и многослойные или многоуровневые (МПП). В зависимости от степени жесткости (или гибкости) изоляционного основания плат различают жесткие и гибкие ПП (МПП), а также комбинированные, т.е. жестко-гибкие (или гибко-жесткие) ПП. Если в основу классификации положен такой признак, как материал несущего основания платы, то различают ПП на диэлектрическом основании (например, стеклотекстолитовые, керамические, полиимидные, пластмассовые и др.), на металлическом основании (стальные, алюминиевые или из алюминиевых сплавов, на основе медь-инвар-медь и др.), на полупроводниковом основании (например, кремниевые), а также гетерослойные (стеклотекстолит-полиимид, полиимид-алюминий, керамика-полиимид и др.). По особенностям формирования основания ПП могут быть плоскими, рельефными, либо объемными; по плотности коммутирующих элементов и типу конструкции используемых навесных компонентов различают платы для традиционного монтажа* и для поверхностного монтажа**; по функциональному назначению различают ПП для мощных устройств, мощных СВЧ устройств, цифровых быстродействующих устройств, устройств измерительной техники и т.п. Самую многочисленную классификационную группу ПП представляют их конструкторско-технологические разновидности (около 200 разновидностей). Платы, в которых коммутирующими элементами являются не только печатные проводники, но и объемные провода, называются печатно-проводными (ППП).
Обычно в платах создаются отверстия, имеющие разное назначение. Монтажные отверстия служат для установки в них и монтажа навесных компонентов; переходные – для межслойной коммутации; базовые (фиксирующие) – для ориентации и фиксации плат при технологической обработке, для сборки в пакет и т.д.; технологические – для тестирования, теплоотвода и других целей. Иногда, если это предусмотрено конструкцией ПП, некоторые функции, выполняемые отверстиями, могут быть совмещены, например межслойная коммутация и монтаж навесных компонентов.
* - у ПП для традиционного монтажа плотность монтажа характеризуется шириной и шагом коммутирующих элементов 1,25 мм и более, а также конструкцией используемых навесных компонентов, пригодный для монтажа в отверстиях плат.
** - ПП для поверхностного (высокоплотного) монтажа (обычно называемые коммутационными платами (КП)) с шириной и шагом коммутационных элементов 1,25 мм и менее требуют применения навесных компонентов в микрокорпусах, либо бескорпусных, в том числе на лентах-носителях. Такие платы отличаются также применением более прецизионных технологий производства.
Наиболее простыми по конструкции и технологии изготовления являются ОПП обычно без металлизированных, но иногда и с металлизированными отверстиями. В связи с ограниченной площадью размещения рисунка схемы такие платы применяются для простых электронных устройств бытового и вспомогательного назначения.
ДПП с обеих сторон основания, как правило, диэлектрического, имеют проводящие рисунки, соединенные между собой в необходимых местах с помощью металлизированных отверстий и контактных площадок. Такие платы применяют для изготовления более сложных изделий. Пока менее распространены ДПП на металлическом основании с нанесенным на него диэлектрическим покрытием из стекла, либо стеклоэмали или лака (например, полиимидного).
МПП состоят из чередующихся слоев изоляционных и токопроводящих материалов, сформированных в соответствии с топологией для каждого слоя. Между различными коммутационными слоями МПП, как правило, формируют межслойные электрические соединения. Различия конструкторско-технологических вариантов МПП во многом связаны со способами соединения токопроводящих слоев между собой. Реализуются эти способы путем создания различных межслойных коммутационных переходов, например, через сквозные металлизированные отверстия в структуре платы; через металлизированные отверстия в отдельных слоях (глухих отверстиях) платы; через окна, сформированные фотолитографией либо трафаретной печатью; через неметаллизированные отверстия (сквозные и глухие) с помощью объемных проводящих деталей, полосок фольги, заполнения припоем разновысотных глухих отверстий с имеющимися на их дне открытыми контактными площадками и др. (рис. 1). Гибкие ПП имеют эластичное диэлектрическое основание и выполняются, как правило, двусторонними с металлизированными отверстиями и контактными площадками для пайки навесных компонентов. Многослойные ГПП обычно формируют на основе полиимидной пленки. Гибкие шлейфы состоят из одного или нескольких диэлектрических слоев, на которых размещаются печатные проводники. Гибкие плоские кабели состоят из 2 - 60 тонких проводников диаметром до 30 мкм, залитых или запрессованных в эластичную полимерную оболочку, например, полиэтиленовую, поливинилхлоридную, лавсановую и т.д., но нередко их изготавливают с применением диэлектрических оснований - пленок из аналогичных полимерных материалов и печатных проводников.
Жестко-гибкие конструкции ПП открывают новые возможности для монтажа электронных устройств, поскольку позволяют соединить друг с другом МГШ общим гибким слоем почти при любом их расположении без соединителей и электрического монтажа, в результате чего снижаются массогабаритные показатели изделия, исключаются ошибки при монтаже, сокращается время испытаний и ремонта, снижается стоимость сборки. Гибкий слой с коммутацией в этом случае является общим для двух соединяемых МПП и обязательно содержит пленочное защитное покрытие коммутации на соединительном участке.
Печатно-проводные платы представляют собой (см.рис.1,е) сочетание ДПП и монтажных проводов (в виде изолированных проводников диаметром 0,1-0,2 мм). Применение ППП целесообразно для сокращения сроков проектирования (примерно в два раза) и освоения сложной аппаратуры (для макетирования), а также иногда для мелкосерийного производства сложных изделий, поскольку стоимость ППП в сравнении с МПП для таких изделий сокращается на 20 - 40 %.
Рельефные платы отличаются от прочих тем, что их проводники формируют в канавках, предварительно изготовленных (на одной или двух поверхностях диэлектрического основания) в соответствии с топологией коммутирующих элементов (рис. 2). Материал проводника, находящийся вне канавок, обычно сошлифовывают. Данная конструкция плат может быть и многослойной, а их производство экологически более чистым, чем других ПП, при минимальной стоимости.
Объемные платы представляют собой монтажные узлы, в которых заглубленный (в объеме платы) монтаж навесных компонентов (обычно бескорпусных) осуществляется одновременно (либо последовательно) с формированием коммутирующих элементов. Диэлектрическое основание таких плат чаще всего содержит углубления для посадки и крепления в них компонентов. Электрическое соединение компонентов иногда осуществляется в процессе формирования коммутирующих элементов (рис. 3).
Таблица 1
Распределение погрешностей
Таблица 2
Сравнительная характеристика перспективных методов получения металлических покрытий
| №№ п/п | Метод металлизации | Краткая характеристика особенностей реализации метода |
| Жидкостные Методы | ||
| Химическое осаждение | Осаждение в химических растворах при протекании окислительно-восстановительных реакций в присутствии катализатора (катализатором служит обычно палладий, который наносится на поверхность материала основания платы при ее активации). Процесс более сложный, чем электролиз. Толщина покрытий равномерная. Стоимость покрытий в 3-4 раза выше гальванических, а адгезия, физико-химические свойства и электросопротивление химических покрытий уступают электролитическим (гальваническим) покрытиям. Требует специальной подготовки поверхности заготовки перед осаждением. Низкая скорость осаждения 1-2,4 мкм/ч (при малых скоростях качество покрытий лучше). Толщина покрытий 1-30 мкм. Процесс трудноуправляемый. | |
| продолжение табл.2 | ||
| Гальваническое осаждение | Осаждение в электролитах (преимущественно в сернокислых), качество пленок зависит от электрохимических, электрических и геометрических условий осаждения, требует электропроводящего подслоя. Неравномерное осаждение на углах, ребрах, выступах поверхности основания. Рабочие толщины покрытий составляют 35-75 мкм (для стенок отверстий 25-30 мкм). Для повышения качества покрытия необходим, тщательный подбор электролита и контроль параметров технологической среды (плотности тока на электродах, состава электролита, физико-химических и механических свойств осадков по определенным критериям, рассеивающей способности электролита, равномерности осадка в отверстиях, температуры процесса осаждения и др.) | |
| Вакуумные методы | ||
| Плазменное осаждение | В вакуумной камере размещены медные перфорированные электроды, создается электрический разряд в специальной технологической среде, газ превращается в плазму, из которой (а также с частично распыляемых электродов) медь осаждается на стенки отверстий. Направление газового потока периодически меняется на противоположное. Производительность и однородность покрытия выше, чем для методов 1 и 2. Рекомендуется в основном для металлизации отверстий. | |
| Лазерно-электрический метод (ЛЭМ) | Совмещение в одном процессе лазерного излучения и импульсного конденсированного электрического разряда (инициируемого лучом лазера) для создания электроэрозионного потока в зоне, близлежащей от места формирования покрытия. Рекомендуется для металлизации отверстий (на стенках отверстий получены качественные металлические покрытия без разрывов и наволакиваний материала заготовки при средних толщинах 5-10 мкм). | |
| Пиролитическое разложение металлоорганики (плазмо-химическое осаждение) | Разложение тетракарбоната никеля Ni(CO)4 начинается при температуре 45-60 °С в вакуумном реакторе. Пленки имеют большую адгезию в сравнении с методами 1-4 при температуре подогрева основания платы до 180 °С с применением дополнительной очистки в низкотемпературной плазме высокочастотного разряда (частота высокочастотного поля 13,5 МГц, мощность генератора 1 кВт). Наибольшая адгезия получена при температуре нагрева подложки 150°С. Рабочая температура процесса осаждения 130-180°С. О качестве металлизации отверстий сведения отсутствуют. | |
| Электронно-лучевое испарение | Максимальная толщина металлических пленок 10-15 мкм на неорганических основаниях. Нельзя использовать основания из полимерных материалов с низкой нагревостойкостью. Скорость осаждения 10-100 нм/с, энергия частиц 0,2 эВ. Удельное сопротивление в 1,5-2 раза превышает удельное сопротивление массивной меди. О качестве металлизации отверстий сведения отсутствуют. | |
| Магнетронное распыление (либо ионно-плазменное) | Можно получить толщину пленок большую, чем при методе 6. Удельное сопротивление пленочной меди отличается от удельного сопротивления массивной меди не более, чем на 4 %. Пленки с высокой коррозионной стойкостью (скорость окисления пленок меди только в 1,7 раза превышает скорость окисления пленок золота). Скорость осаждения 300 нм/с, энергия частиц 50 эВ, плотность плазмы 1023 см-3. Высокое качество пленок, даже на поверхностях с большим рельефом. Выбор материалов оснований плат не ограничен (т.е. возможна металлизация материалов с малой термостойкостью). | |
| Магнетронное с плазменным ускорителем (эрозионным плазмотроном) распыление | Высокая степень ионизации испаряемой меди (энергия частиц 1000 эВ, плотность плазмы 1024 см-3) обеспечивает получение слоев квазиаморфной структуры с удельным сопротивлением, близким к удельному сопротивлению массивной меди. Скорость осаждения меди 1-3 мкм/мин. Пленки имеют самую высокую адгезию в сравнении с другими методами. Возможно осаждение на любые материалы оснований плат, в том числе с металлизацией отверстий. Исследования данного метода направлены на решение задач по уменьшению температуры подложки (менее 150 °С), снижение доли капельной фазы в конденсате и др. |
экологии и поиски в этой связи альтернативных экологически чистых технологий. Освоение новых технологий вакуумной металлизации (в основу которых положены методы осаждения электропроводящих покрытий в вакууме) для производства ПП и МПП (см. табл. 1) позволяет в отдельных случаях решить несколько проблем сразу, хотя и требует прецизионного оборудования и средств контроля технологического процесса. Использование сухих пленочных фоторезистов в производстве ПП перспективно не только в связи с увеличением выхода годных плат (до 90%) за счет улучшения качества защитной маски (особенно перед химическим меднением),но и вследствие сокращения числа операций при формировании маскирующего покрытия, а также возможности организация непрерывного экологически более чистого (чем традиционные) производственного цикла для получения рисунка коммутации в герметично замкнутом объеме.
Основные технологические процессы получения многоуровневой коммутации при изготовлении МПП охарактеризованы в табл. 2, где их перспективность представлена с точки зрения плотности рисунка коммутирующих элементов, электрофизических параметров, а также одного из показателей оценки надежности плат.
Формирование монолитной структуры МПП осуществляется с применением следующих технологий:
- пакетной, основанной на методе набора в пакет базовых слоев, т.е. отдельных заготовок (после создания на них одно- или двусторонней коммутации и металлизации переходных отверстий), обычно чередуемых со специальными прокладками с последующим их скреплением путем прессования, склейки, вакуумной пропайки через сквозные металлизированные отверстия и т.д. Для повышения точности совмещения и качества межслойных соединений в пакете важно не только использование точных систем базирования (при формировании базовых отверстий в основаниях заготовок) и тонких диэлектрических оснований заготовок, но и правильный выбор технологического варианта и режимов процесса скрепления базовых слоев в пакете (попарное либо одновременное прессование и др.). Количество слоев МПП в этом случае ограничивается в основном допустимой погрешностью совмещения межслойных переходов базовых слоев, которая возрастает с увеличением количества таких слоев;