Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Содержание

Введение - 2 -

Часть 1. Аналитический обзор - 5 -

1.1 Требования к подложкам ИМС - 5 -

1.1.1 Характеристика материала - 6 -

1.1.2 Обоснование применения материала - 10 -

1.2 Технология получения материала - 12 -

1.3 Процесс механической обработки материала - 14 -

1.3.1 Резка слитков на подложки - 14 -

1.3.2 Шлифовка - 16 -

1.4 Процесс разделения - 18 -

1.4.1 Скрайбирование - 18 -

1.4.2 Ломка подложек на платы - 20 -

Часть 2. Расчётное задание - 22 -

2.1 Определение суммарного припуска на механическую обработку - 22 -

2.2 Определение исходной толщины заготовки - 22 -

2.3 Определение исходной массы заготовки - 23 -

2.4 Определение годового расхода материала - 23 -

2.5 Определение исходной массы материала - 24 -

2.6 Определение полезной массы материала - 24 -

2.7 Определение коэффициента использования материала - 25 -

Заключение - 26 -

Список литературы - 27 -

Введение

В настоящее время микроэлектроника является важнейшим направлением в создании средств вычислительной техники, радиотехники и автоматики.

Основополагающая идея микроэлектроники - конструктивное объединение элементов электронной схемы - приводит к тесной взаимосвязи схемотехнических, конструкторских и технологических решений при создании интегральных микросхем (ИМС). Главная задача всех этапов проектирования - это обеспечение высокой надежности ИМС. Это заключается в устойчивой работе при низких уровнях мощности (малая допустимая мощность рассеяния), в условиях сильных паразитных связей (высокая плотность упаковки) и при ограничениях по точности и стабильности параметров элементов.

Потенциальная надежность ИМС оценивается с учетом возможностей выбранного структурно-топологического варианта ИМС и его технологической реализации.

Конструктор определяет оптимальную топологию, выбирает материалы и технологические методы, обеспечивающие надежные электрические соединения, а также защиту от окружающей среды и механических воздействий с учетом технологических возможностей и ограничений.

Подбирается наилучшая структура технологического процесса обработки и сборки, позволяющая максимально использовать отработанные, типовые процессы и обеспечивать высокую производительность труда, минимальные трудоемкость и стоимость с учетом конструкторских требований.

Для обеспечения качества и надежности ИМС должны быть разработаны методы контроля на всех этапах производства, в частности входного контроля основных и вспомогательных материалов и комплектующих изделий, контроля в процессе обработки, межоперационного контроля полуфабрикатов и выходного контроля готовых изделий.

В данной курсовой работе рассмотрена технология изготовления плат тонкопленочных гибридных интегральных микросхем.

Гибридные интегральные микросхемы (ГИМС) - это интегральные микросхемы, в которых пассивные элементы выполняются по толстопленочной или тонкопленочной технологии, а активные элементы являются навесными, т.е. компонентами.

Такой метод проектирования ИМС обеспечивает большие производственно-экономические выгоды и расширяет схемотехнические возможности выбора оптимальных режимов работы ИМС. Степень миниатюризации ГИМС определяется количеством используемых навесных компонентов, для реализации которых необходима определенная площадь, и геометрическими размерами пленочных элементов. ГИМС создаются на подложке с хорошими изоляционными свойствами, поэтому материал подложки не оказывает влияния на электрические связи элементов.

ГИМС заняли доминирующее положение в устройствах СВЧ, причем, как показывает опыт, для устройств, работающих на частотах до 1 ГГц, с успехом можно применять толстопленочную технологию, поскольку она не требует жестких допусков и высокой точности нанесения и обработки пленок.

Для устройств, работающих на более высоких частотах, когда необходимо обеспечить прецизионное нанесение пленочных элементов очень малых размеров, предпочтительнее тонкопленочная технология. ГИМС применяются также в тех случаях, когда требуется получить конденсаторы большой емкости или резисторы, предназначенные для работы с большими электрическими мощностями.

Таблица 1 - Исходные данные

1	Материал	Стекло С - 48
2	Размер заготовки	S = 60 ? 48 мм
3	Типоразмер платы	№10 10 ? 12 мм
4	Толщина платы l	0,4 мм
5	Годовой план N	1500000 штук
6	Выход годного по обработке	V1 = 80%
7	Выход годного по плате	V2 = 83%

Часть 1. Аналитический обзор

1.1 Требования к подложкам ИМС

Требования к материалам подложек. Конструкция гибридной интегральной схемы предполагает наличие подложки, в большинстве случаев диэлектрической (аморфной, поликристаллической, монокристаллической), на которой размещаются плёночные пассивные и навесные активные и пассивные элементы. Подложка обеспечивает не только размещение этих элементов, но и сама может являться частью гибридной интегральной схемы. В частности, величина связей емкостных и индуктивных между отдельными элементами схемы определяется диэлектрической постоянной материала и толщиной подложки, что можно использовать при создании конденсаторов и индуктивностей. Многие электрические и механические свойства элементов, особенно резисторов и проводников, зависят от свойств материала и шероховатости поверхности подложки. Подложка может выполнять функцию элемента корпуса, т, е. в этом случае она должна обеспечивать также герметизацию микросхемы.

В идеальном случае подложка должна обладать малой удельной электропроводностью, химической инертностью, плоской и гладкой поверхностью, высокой диэлектрической прочностью, высокой удельной теплопроводностью, низкой стоимостью, малым разбросом по подложке значения диэлектрической постоянной, высокой химической и физической стойкостью при нагревании до 500°С в вакууме или на воздухе, температурным коэффициентом линейного расширения, по возможности, близким к температурному коэффициенту линейного расширения формируемых слоев. Увеличивающийся уровень интеграции приводит к требованию повышения коэффициента теплопроводности материала подложки. Для тонкопленочных микросхем важны гладкая поверхность и отсутствие газовыделения в вакууме. Необходимо, чтобы диэлектрические потери в подложках высокочастотных и СВЧ-микросхем были малы, а диэлектрическая проницаемость слабо зависела от температуры. Одним из материалов подложек тонкопленочных микросхем является стекло. Применяются также ситалл - кристаллическая разновидность стекла, алюмооксидная керамика - смесь окислов в стекловидной и кристаллической фазах (основные компоненты Al₂О₃ и SiO₂). Перед нанесением тонких пленок поверхность подложек должна быть тщательно очищена.

Для толстопленочных микросхем используют керамические подложки с относительно шероховатой поверхностью (высота неровностей порядка 1 мкм). Подложка должна обладать повышенной теплопроводностью, так как толстопленочная технология характерна для мощных гибридных микросхем. Поэтому применяют высокоглиноземистые (96 % Al₂O₃) и бериллиевые (99,5% BeO) керамики.

1.1.1 Характеристика материала

Силикатные стекла по их электрическим свойствам (диэлектрическим потерям и электропроводности) можно подразделить на три группы:

1) щелочные стекла без тяжелых окислов или с незначительным их содержанием. Эта группа распадается на две подгруппы:

a) натриевые стекла;

b) калиевые и калиево-натриевые стекла;

В эту группу входит большинство обычных стекол;

2) щелочные стекла с высоким содержанием тяжелых окислов, например силикатно-свинцовые и бариевые;

3) бесщелочные стекла, в которые входит также чисто кварцевое стекло (плавленый кварц).

Свойства и химический состав стекол представлен в таблицах 2-4.

Таблица 2 - Свойства стеклянных подложек

Свойство стекла	Тип стекла
	Натрийкальцевое	Щелочноцинковоборосиликатное	Кальциевый алюминосиликат	Плавленый кварц	Алюмоборосиликат	Фоточувствительное стекло
Точка напряжения °С	472	506	670	990	613	422
Точка отжига °С	512	539	710	1050	650	452
Точка размягчения °С	696	696	910	1580	820	350
Коэффициент линейного термического расширения 10° К	9,2	7,2	4,6	0,56	4,5	8,3
Плотность, т/м3	2,47	2,51	2,63	2,2	2,76	2,36
Коэффициент преломления	1,51	1,53	--	1,458	1,53	--
Объемное удельное сопротивление Ом м	103,6	105,9	101,8	109,2	100,4	--
Диэлектрическая проницаемость	6,5	6,7	6,4	3,9	5,8	6,5
Диэлектрические потери (tg?)	0,01	0,0046	0,0013	0,00002	0,0011	0,033
Коэффициент Пуассона	0,24	--	0,26	0,17	0,28	--
Химическая стойкость, мг/см3, при условиях: 5% НС1 при 100 °С в течение 24 ч	0,5	2,0	0,3	0,7	3,7	--
Химическая стойкость, мг/см3, при условиях: 5% NaOH при 99 °С в течение 6 ч	0,1	0,1	0,1	0,03	0,3	--

Таблица 3 - Электрофизические параметры материалов подложек ГИС

Параметр	Материал
	Стекло	ситаллСТ50-1	плавленый кварц
	С41-1	С48-3
Класс чистоты обработки поверхности	14	14	13 - 14	14
Температурный коэффициент линейного расширения ТКЛР при Т=20300 С	(412)·10-7	(482)·10-7	(502)·10-7	55·10-7
Коэффициент теплопроводности, Вт/(м·С)	1	1,5	1,5	7 - 15
Диэлектрическая проницаемость при f=106 Гц и Т=20 С	7,5	3,2 - 8	5 - 8,5	3,8
Тангенс угла диэлектрических потерь при f =106 Гц и Т=20 С	20·10-4	15·10-4	20·10-4	--
Объемное сопротивление при Т=25 С, Ом·см	1017	1014	--	1015
Электрическая прочность, кВ/мм	40	40	--	--

Таблица 4 - Типовые составы стекол и ситаллов для подложек

Стекло	Типовой состав, % масс
	SiO2	Na2O	K2O	CaO	BaO	MgO	Al2O3	B2O3	As2O3	TiO2	ZnO	Окислы редкоземельных металлов
Натрийкальциевое	67,7	15,6	0,6	5,6	2,0	4,0	2,8	1,5	--	--	--	--
Щёлочно-цинково-боросиликатное	64,4	6,2	6,9	--	--	--	4,1	10,3	--	3,1	5,4	--
Боросиликатное	80,5	4,1	0,5	--	--	--	2,5	12,8	--	--	--	--
Алюмосиликатное	61,5	0,1	--	11,4	--	8,2	18,7	--	--	--	--	--
Плавленый кварц	99,5	--	--	--	--	--	--	--	--	--	--	--
Модифицированный	50,2	--	--	--	25,1	--	10,7	13	0,4	--	--	--
Алюмосиликат	49,2	--	--	4,3	25,1	--	10,3	10,5	--	--	--	--
Стекло С-48-3	54,0	--	--	13,5	8,0	--	18,5	--	--	--	6,0	--
Стекло С-41-1	74,8	4,2	1,6	--	--	--	1,4	18,0		--	--	--
Ситалл СТ-32-1	34,0	--	--	--	--	9,0	23,0	--	--	18,0	--	16,0
Ситалл СТ-38-1	37,0	--	--	--	--	21,0	24,5	--	--	17,5	--	--
Ситалл СТ-50-1	60,5	--	--	8,5	--	7,5	13,5	--	--	10,0	--	--

Стекла марок С37...С41, С48...С54, С72...С76, С87...С97, С120 удобны в обработке, так как температура их размягчения невысока (800...900 К), они обладают нагревостойкостью 400...550 К, достаточной для применения в качестве баллонов ЭВП и корпусов ИС. Чтобы обеспечить свариваемость с различными металлами, выпускаются сорта стекол с тклр, меняющимся в пределах (40...120) * 10^-7 К^-1, причем его значение входит в наименование марки. Так, стекло С-48 имеет ТКЛР 48-10^-7 К^-1. По значению ТКЛР стекла делятся на группы: вольфрамовую - С37...С41, молибденовую - С48...С54, титановую - С72... С76, платиновую - С87... С97, железную - С120.

Наибольшее распространение при изготовлении ЭВП имеют стекла молибденовой группы С48, С49, С52, по ТКЛР точно согласованные с коваром. Один из их недостатков - проницаемость для атмосферного гелия и снижение вакуума при длительной эксплуатации.

1.1.2 Обоснование применения материала

В настоящее время нет такого материала для подложек, который в одинаковой мере удовлетворял бы этим разнообразным требованиям. Многие органические материалы не могут быть использованы в качестве подложек из-за температурных режимов формирования элементов микросхем. Исключение составляют лишь некоторые полимерные материалы, например лавсан и полиамид. Поэтому для подложек используют в основном стекла и керамики. Монокристаллические подложки из-за их высокой стоимости используются для гибридных интегральных схем в редких случаях.

Преимущества стекол по сравнению с другими материалами состоят в следующем:

1. Совершенная изотропия свойств и их объемная однородность, обусловленная самим методом получения - затвердеванием хорошо гомогенизированных расплавов.

2. Малая газопроницаемость, вакуумплотность.

3. Низкая адсорбционная способность, стабильность и абразивная устойчивость поверхности, позволяющие легко дегазировать и отмывать стеклянную аппаратуру.

4. Широкий диапазон составов стекол и возможность изменять в соответствии с предъявляемыми требованиями многие физико-химические свойства: электрические, механические, оптические, теплофизические.

5. Высокая технологичность: обработка специфически стеклодувными способами, которая не может никак повлиять на свойства стекла и его структуру, ибо «хуже она быть не может, а лучшей быть не должна». Стекла свариваются друг с другом, металлами, полупроводниками, керамикой - с любыми материалами, обладающими достаточной теплостойкостью. Стекла удобно получать в виде тонких пленок вакуумтермическими методами.

Стеклам присущи следующие недостатки и ограничения: низкая теплопроводность; хрупкость, низкая механическая прочность; низкая точность обработки стеклодувными методами.

Лучшими и наиболее широко применяемыми в мировой практике являются боросиликатные и алюмосиликатные сорта стекол. Применение щелочных стекол ограничено нестабильностью их свойств, поскольку при нагреве наблюдается их выщелачивание. Главным преимуществом стекол является возможность получения гладких поверхностей непосредственно при вытягивании из расплава, что резко удешевляет процесс изготовления подложек для гибридных схем. К недостаткам подложек из стекла следует отнести малую теплопроводность, что не позволяет их применять при повышенном нагреве элементов схемы. При сильном нагреве предпочтительнее использовать стекло «пирекс», кварцевое стекло, ситаллы и керамические материалы. Стекла имеют значительный разброс величины объемного удельного сопротивления, тангенса угла диэлектрических потерь и температуры размягчения. Поскольку в состав практически всех стекол входит кремнезем, химическая стойкость стеклянных подложек невысока, и в ряде случаев необходимо применять специальные меры по защите поверхностей слоями окислов или нитридов.

1.2 Технология получения материала

Стекла обычно изготовляют путем смешивания сырых исходных материалов, расплавления их в конвейерной печи с последующей вытяжкой из расплава. Оптимальные условия плавления и изготовления зависят в основном от вязкости стекла. Большинство процессов стеклообразования начинается при «точке текучести», когда вязкость становится равной 10⁴ Па·с.

Стекла, содержащие окислы щелочных металлов, например натрийкальциевое стекло, могут быть вытянутыми при средних давлениях и отожжены при довольно низких температурах (700 - 1000°С). Изменение толщины для тонких (до 1,5 мм) слоев стекла достигается регулированием скорости вытягивания.

Вязкость боросиликатных (рисунок 1, кривые 5, 6) стекол в интервале обработки не изменяется быстро. Контроль толщины слоя за счет вытягивания осуществлять нельзя, поэтому ленту расплавленного боросиликатного стекла пропускают между валиками. При этом зачастую из-за изменений в составе стекла и скорости охлаждения на поверхности стекла часто образуются линии вытяжки, которые устраняются шлифовкой. Модифицированные боросиликатные стекла (рисунок 1, кривые 11, 12) имеют более крутые кривые вязкости и более пригодны для вытягивания, однако их изготовление связано с рядом проблем: трудностью регулирования температуры резистивным нагревом из-за высокого удельного сопротивления и высокой вязкости, затрудненным отжигом, склонностью к растрескиванию и наличием газовых включений.



Рисунок 1 - Зависимость вязкости стекол от температуры

Стекло получается при быстром охлаждении расплавленного сырья, так как при медленном охлаждении расплава увеличивается вероятность перехода вещества в кристаллическое состояние; быстрое охлаждение, сопровождаемое быстрым возрастанием вязкости, приводит к тому, что молекулы вещества не успевают образовать кристаллическую решетку и остаются закрепленными в тех случайных положениях, где их застало повышение вязкости, препятствующее молекулярным перемещениям.

Стекла изготовляются («варятся») в печах. В крупном заводском производстве применяют ванные печи, а для получения небольших количеств стекла с точно выдержанным составом - горшковые печи.

Сырьем для изготовления стекол служат следующие материалы: кварцевый песок SiO₂, сода Na₂CO₃, поташ К₂СО₃, известняк СаСО₃, доломит CaCO₃ * МgСО₃, сульфат натрия Na₂SO₄, бура Na₂B₄O₇, борная кислота Н₃ВО₃, сурик РЬ₃О₄, каолин, полевой шпат и т. п.

Сырьевые материалы измельчают, отвешивают в нужных соотношениях и тщательно перемешивают; полученную при этом шихту загружают в стеклоплавильную печь. Здесь шихта плавится, летучие составные части (H₂O, CO₂, SO₃) из нее удаляются, а оставшиеся окислы химически реагируют между собой, в результате чего образуется однородная стекломасса, которая и идет на выработку стеклянных изделий.

Горячее стекло благодаря своей пластичности легко обрабатывается путем выдувания (ламповые баллоны, химическая посуда), вытяжки (листовое стекло, трубки, штабики), прессования, отливки и т. п. Нагретые стеклянные части приваривают друг к другу, а также к деталям из других материалов (металлы, керамика и др.). Таким образом, из стекла можно получать изделия весьма сложной конфигурации.

Листовое стекло изготовляется на машинах Фурко посредством вытягивания стеклянной полосы через шамотную щелевую фильеру, погруженную в расплавленную стекломассу; ламповые баллоны производятся на машинах-автоматах чрезвычайно большой производительности.

Изготовленные теми или иными способами стеклянные изделия должны быть подвергнуты отжигу, чтобы устранить опасные механические напряжения в стекле, возникшие при быстром и неравномерном его остывании. При отжиге изделие нагревают до некоторой достаточно высокой температуры («температура отжига»), а затем весьма медленно охлаждают.

1.3 Процесс механической обработки материала

1.3.1 Резка слитков на подложки

Для изготовления микросхем слиток стекла должен быть разрезан на подложки. Для этого в качестве режущего инструмента применяют металлические диски с внутренней алмазной режущей кромкой (рис. 2). Толщина диска 0,1...0,15 мм. Слиток закрепляется на специальной оправке приклеиванием либо торца, либо цилиндрической поверхности.



Рисунок 2 - Металлический диск с внутренней алмазной режущей кромкой

Способ резки зависит от вида крепления слитка (рис. 3, а, б). Режущий инструмент (диск) растягивается и закрепляется в специальном барабане на головке шпинделя станка для резки. Слиток разрезается кромкой с алмазной крошкой при вращении шпинделя. Частота вращения шпинделя составляет 3000...5000 об/мин. Скорость подачи слитка перпендикулярно оси режущего диска составляет 40...50 мм/мин (для слитков диаметром более 60мм - не более 20...30 мм/мин). После отрезания очередной пластины с помощью автоматической системы происходит возврат слитка в исходное положение, а также перемещение его на заданный шаг.

Устройство для закрепления слитка позволяет поворачивать слиток в горизонтальной и вертикальной плоскостях на требуемые углы по отношению к плоскости вращения алмазного диска и тем самым обеспечивает ориентированную резку. Станок снабжен системой подачи воды для охлаждения режущего диска и вымывания отходов резки.

Поверхность подложек, полученных после резки, не удовлетворяет требованиям, которые предъявляют к качеству поверхности стекла при планарной технологии. Механически нарушаемые слои, возникающие в результате воздействия абразивного материала, и лежащие под ними слои с большими механическими напряжениями.



Рисунок 3 - Схема установки для резки алмазным диском: а - внутренний способ резки; б - гребенчатый способ резки

1 - барабан; 2 - диск; 3 - алмазное покрытие; 4 - оправка; 5 - пластина; 6 -- слиток.

Толщина нарушенного слоя после резки диском 10 - 30 мкм в зависимости от скорости вращения диска. Поскольку в ИС глубина, на которой располагаются p-n переходы, составляет единицы и десятые доли микрона, наличие нарушенных слоев толщиной 10 - 30 мкм неприемлемо. Микронеровности на поверхности не должны превышать 0,02 - 0,1 мкм. Это выше требований 14 - го класса чистоты обработки поверхности, в то время как чистота обработки поверхности подложек, отрезанных алмазным диском, соответствует только 7 - 8 классам.

скрайбирование микросхема подложка плата

1.3.2 Шлифовка

Шлифовка подложек производятся на плоскошлифовальных станках (рис. 4). В зависимости от типа используемого микропорошка выбирается материал поверхности шлифовальщика. Для микропорошков М14…М5, используемых при шлифовке подложек, применяют стеклянный шлифовальщик. При обработке подложек на рабочий шлифовальщик устанавливаются три головки с наклеенными подложками. Головки удерживаются от перемещения по шлифовальщику специальными направляющими кронштейнами с опорными роликами. За счет силы трения, возникающей между соприкасающимися поверхностями рабочего шлифовальщика и головок, последние получают вращение вокруг своих осей. Это вращение головок создает условия для более равномерного шлифования.

При шлифование микропорошками М14…М5 используют водные суспензии с соотношением воды к абразиву 3: 1. Поэтому в станке для шлифовки предусмотрены мешалка для перемешивания абразивной суспензии и капельница для ее дозирования.

Рисунок 4 - Схема плоскошлифовального станка и расположения головок

Принята определенная последовательность операций при механической обработке подложек, при которой учитывается, что толщина снимаемого слоя на каждой операции должна превышать толщину нарушенного слоя, образованного на предыдущей операции.

Таблица 5 - Микропорошки для шлифовки подложек стекла С-48

Марка	М14	М10	М7	М5	АСМ7/5	АСМ5/3	АСМ3/2	АСМ2/1	АСМ1/0,5
Размер, мкм	14..10	10..7	7..5	5..3	7..5	5..3	3..2	2..1	1 и мельче

Таблица 6 - Последовательность операций шлифовки

Тип порошка	Толщина нарушенного слоя, мкм	Скорость удаления материала, мкм/мин	Класс чистоты поверхности
М14	20 - 30	3	7
М10	15 - 25	1,5	8 - 9
АСМ 3/2	9 - 11	0,5 - 1,0	12 - 13
АСМ 1/0,5	5 - 7	0,35	13
АСМ 0,5/0,3	Менее 3	0,25	13 - 14
АСМ 0,3/0,1	--	0,2	14

1.4 Процесс разделения

1.4.1 Скрайбирование

Подложки на отдельные платы разделяют путем скрайбирования и последующей ломки.

Метод скрайбирования заключается в нанесении на поверхность подложки со стороны структур рисок резцом в двух взаимно перпендикулярных направлениях. Риски делают шириной 20 - 40 мкм и глубиной 10 - 15 мкм. Под рисками образуются напряженные области, и при слабом механическом воздействии подножка разламывается по нанесенным рискам.

Механическое скрайбирование

В установке для скрайбирования столик с подложкой совершает возвратно-поступательные движения относительно резца (рис. 5). При прямом ходе резец наносит риску по всей длине подложки. При обратном ходе резец приподнимается, пропуская столик с подложкой, а стол осуществляет поперечную подачу на шаг. После нанесения всех рисок в одном направлении столик с подложкой поворачивают на 90° и наносят систему поперечных рисок.

В качестве режущего инструмента используют резцы в виде трехгранной или четырехгранной пирамиды из натурального или синтетического алмаза, ребра которых используют попеременно для нанесения рисок. Для стекла можно использовать стеклорезы, режущая часть которых выполнена по форме четырехгранной усеченной пирамиды. Нагрузка на резец в этом случае 1,5--2,5 Н. Средняя стойкость режущего ребра ~ 3500 резов.

Для получения глубоких рисок требуется увеличение нагрузки на резец, что ведет к его износу и увеличению дефектной зоны (теряется полезная площадь подложки).

Рисунок 5 - Скрайбирование алмазным резцом: а - нанесение рисок; б - подложка с рисками; в - конструкция алмазной пирамиды

Лазерное скрайбирование

Алмазный резец может быть заменен лучом лазера (Рис 6.). При воздействии мощного сфокусированного (до 25 мкм) лазерного луча риски образуются испарением узкой полосы. Это позволяет в несколько раз повысить скорость резания по сравнению с механическим скрайбированием. При этом ширина разреза не превышает 30 мкм, а глубина разреза - 100 - 200 мкм. При лазерном скрайбировании можно выполнять многократные проходы (с перефокусировкой) вплоть до полного разделения подложки, что позволяет избежать ломки. Также отсутствуют сколы и микротрещины. Недостатком данного метода является необходимость защиты поверхности от частиц распыляемого материала.

Вспомогательные операции (установка и ориентация подложки, перефокусировка при повторных резах, установка режимов резания и др.) должны быть автоматизированы, т. к. скорость резки высока. Также автоматизация процесса обеспечивает безопасность оператора, у которого могут быть сильные ожоги из-за попадания луча установки.

Рисунок 6 - Схема лазерного скрайбирования стеклянной подложки

1.4.2 Ломка подложек на платы

Ломка подложек одна из самых важных операций. При неправильном разламывании даже хорошо проскрайбированных подложек возникает брак (царапины, сколы, неправильная геометрическая форма кристаллов и т.п.). В процессе ломки подложка лежит рисками вниз на гибкой опоре (резиновая подкладка), а стальные или резиновые валики диаметром 10 - 20 мм с небольшим давлением прокатывают пластину последовательно в двух взаимно перпендикулярных направлениях. Разлом происходит вначале на полоски, а затем на отдельные прямоугольные или квадратные платы. Движение валика должно осуществляться строго параллельно направлению скрайбирования для ломки по нанесенным рискам. Для избежания смещения полосок или отдельных плат относительно друг друга между подложкой и роликом вводят эластичную тонкую пленку, что помогает сохранить исходную ориентацию плат и исключить их произвольное разламывание и царапанье друг о друга. Для ломки проскрайбированных подложек используют различные установки, например, полуавтоматические установки ЭМ-202А, ПЛП-1 и др.

Часть 2. Расчётное задание

2.1 Определение суммарного припуска на механическую обработку

Z = Z_ГШ + Z_ТШ

где Z - сумма припусков на обработку, Z_ГШ - припуск на грубую шлифовку, Z_ТШ - припуск на точную шлифовку.

Z_ГШ = (? + H_Ш)·2, H_Ш = k·d_АБ

где ? - высота микронеровностей, H_Ш - высота нарушенного слоя,

Используем абразив М10: ? = 25 мкм, d_АБ = 10 мкм (см. таблицы 5 и 6):

Z_ГШ = (25·10^-6 +2,5·10·10^-6)·2 = 10^-4 м.

Z_ТШ = (? + H_Ш)·2, H_Ш = k·d_АБ

где ? - высота микронеровностей, H_Ш - высота нарушенного слоя, k - коэффициент нарушений (k = 2,5), d_АБ - диаметр абразивного зерна.

Следовательно:

Используем абразив АСМ 3/2: ? = 11 мкм, d_АБ = 3 мкм (см. таблицы 5 и 6):

Z_ТШ = (11·10^-6 +2,5·3·10^-6)·2 = 3,7·10^-5 м.

Откуда Z = 10^-4 + 3,7·10^-5 = 1,37·10^-4 м.

2.2 Определение исходной толщины заготовки

l_? = l + Z

где l - необходимая толщина заготовки.

l_? = 0,4·10^-3 + 1,37·10^-4 = 5,37·10^-4 м.

2.3 Определение исходной массы заготовки и массы обработанной пластины

m_? = ?·l_?·S

m=?·l·S

где ? - плотность стекла (для С-48 ? = 2,76 т/м³), S - площадь заготовки.

m_? = 2,76·10³·5,37·10^-4·(60·48)·10^-6 = 4,269·10^-3 кг.

m=2,76·10³·0,4·10^-3·(60·48)·10^-6=3,18·10^-3 кг.

2.4 Определение количества плат, получаемых из 1 подложки:

;

Определение количества материала, необходимого для выпуска годового плана:

1) Определение количества подложек или пластин, запущенных на разделение:

;

.

2) Определение числа заготовок, запущенных на обработку

;

.

2.5 Определение исходной массы материала

M = Q₃·m_?

Получаю M =187500·4,269·10^-3 = 800,43кг.

2.6 Определение полезной массы материала

M_П = N·m

где m - масса обработанной заготовки.

m = ?·l·S

m = 2,76·10³·0,4·10^-3·(10·12)·10^-6 = 1.325·10^-4 кг.

M_П = 1500000·1.325·10^-4 = 198.75 кг.

2.7 Определение коэффициента использования материала

Заключение

В курсовой работе был разработан технологический процесс для изготовления платы тонкопленочной гибридной интегральной микросхемы из материала стекло С-48. При этом коэффициент использования материала для рассмотренных производственных условий составил 24%. Технологический процесс нельзя использоваться на производстве, он требует обязательных доработок на стадии обработке заготовок (64%). Также по возможности и на остальных стадиях.

Список литературы

1. Андреев В.М., Бронгулеева М.Н., Дацко С.Н. Материалы микроэлектронной технике - М.: Радио и связь 1961 - 352с., ил.

2. Березин А.С., Мочалкина О.Р. Технология и конструирование интегральных микросхем - М.: Высш. шк 1988 - 336с., ил.

3. Богородетский Н.П., Пасынков В.В. Материалы в радиоэлектронике - М.: Госэнергоиздат 1989 - 352с., ил.

4. Ефимов И.Е., Козырь И.Я. Основы микроэлектроники: Учебник для вузов. - 2-е изд., перераб. и доп. -- М.: Высш. шк., 1983. - 384 с., ил.

5. Коледов Л.А. Конструирование и технология микросхем. Курсовое проектирование - М.: Высш. шк., 1984. - 231 с., ил.

6. Коледов Л.А. Технология и конструкции микросхем, микропроцессоров и микросборок: Учебник для вузов. - М.: Радио и связь,1989. - 400 с., ил.

Размещено на Allbest.ru