Топология гибридной схемы

Перевод напыляемого материала в парообразное состояние - сублимация. При этом в области образования паров происходит испарение материала, который нагревается до тех пор, пока давление его паров не превысит давление остаточных газов. При этом наиболее нагретые молекулы, обладающие большой кинетической энергией, могут отрываться с поверхности материала или расплава.

Перенос пара от источника испарения к подложке. Область переноса должна составлять 10-20 см. Для того чтобы молекулы испаряемого вещества имели прямолинейную траекторию, длина свободного пробега молекул должна не менее чем в 10 раз превышать длину области переноса.

Конденсация пара на подложке. Данный процесс зависит от температуры подложки и плотности атомарного потока. Атомы испаряемого вещества адсорбируются на подложке после хаотической миграции по поверхности. В результате миграции атомы сталкиваются, образуя скопления, которые являются более устойчивыми к реиспарению. Наименьшие группы, для которых частота отрыва атомов меньше частоты присоединения, называются критическим зародышем. В процессе конденсации к критическому зародышу присоединяются другие мигрирующие частицы, что приводит к образованию сплошной плёнки. Структура плёнки определяется размерами критических зародышей и частотой их зарождения.

Процесс испарения и качество получаемой плёнки определяется конструкцией испарителей. Существующие испарители можно разделить на две группы:

С непосредственным подогревом;

С косвенным подогревом.

В случае непосредственного подогрева в качестве испаряемого материала могут использоваться ленточные или проволочные образцы, так как необходимо обеспечить прохождение тока через испаряемый материал. Основным преимуществом испарителей с непосредственным подогревом является то, что отсутствие подогревающих элементов позволяет снизить загрязненность напыляемой плёнки. Недостаток: скорость испарения и количество испаряемого вещества - ограничены. Кроме того, необходимо иметь одинаковое сечение материала на всем его протяжении, во избежание местного перегрева. Чаще всего используется в лабораторных условиях.

Испарители с косвенным подогревом подразделяют на резистивные, радиационные, индукционные, электронно-лучевые и дуговые.

Резистивные испарители являются наиболее универсальными, так как позволяют испарять как токопроводящие, так и токонепроводящие вещества. Вещества или материалы используют в виде порошка, гранул, проволоки или ленты. Для сведения к минимуму загрязнения плёнки в результате испарения, материал испарителя должен соответствовать следующим требованиям: испаряемый материал в расплавленном состоянии должен хорошо смачивать подогреватель и при этом не вступать в химическую реакцию с материалом подогревателя. В основном подогреватели изготавливают из вольфрама, молибдена или тантала. При напылении многокомпонентных составов, типа МЛТ, применяют взрывное испарение или микродозирование. При этом необходимо, чтобы температура ленты нагревателя была примерно на 200C выше, чем температура испарения самого тугоплавкого вещества сплава.

Электронно-лучевые испарители. Испаряемый материал представляет собой сплошную проволоку, на свободный конец которой воздействует электронный луч. Для обеспечения однородности испарения сложных веществ применяют кратковременный нагрев порядка 1 нс. Данный метод позволяет испарять тугоплавкие вещества и сплавы.

Индукционные испарители. Материал, подлежащий испарению, окружается индуктором, которой представляет собой несколько медных водоохлаждаемых витков. При этом отсутствует взаимодействие испаряемого вещества и нагревателя.

Ионное распыление. Основано на явлении разрушения твёрдых материалов при бомбардировке их поверхности ионизированными молекулами разряжённого газа. Данный процесс позволяет избежать высоких температур и получать плёнки из тугоплавких материалов. Различают следующие виды ионного распыления:

Катодное распыление;

Ионно-плазменное распыление (трехэлектродная система с термокатодом);

Магнетронное распыление. Данная система является вариантом диодной системы. Метод основан на использовании скрещенных магнитного и электрического полей для повышения эффективности ионизации рабочего газа и создания над поверхностью катода области плотной плазмы.

Напыление элементов схемы

Существуют различные методы нанесения и формирования конфигураций элементов, межэлементных соединений и контактных площадок тонкоплёночных схем. Наиболее известными являются:

Метод свободной маски;

Метод фотолитографии или контактной маски;

Комбинированный метод, основан на совмещении масочного и фотолитографического методов.

В случае применения свободной маски говорят о раздельном цикле или однооперационном цикле и непрерывном цикле или многооперационном цикле получения элементов. При раздельном цикле плёночные структуры осаждаются на одну или несколько подложек на отдельной технологической установке. При этом исключается взаимное загрязнение плёнок, технологическая оснастка более проста и возможно выполнение межоперационного контроля. Однако имеет место загрязнение напылённых плёнок в атмосфере воздуха и длительность технологического процесса значительно возрастает. Это связано с необходимостью создания вакуума и разгерметизации после каждого напыления. При непрерывном методе все слои последовательно осаждаются за один вакуумный цикл. Для этого используются установки, в которых в каждый из отсеков вмонтирован свой испаритель и соответствующая маска. Каждая позиция защищена экраном для предотвращения загрязнения испаряемых материалов друг другом. Подложки, расположенные на карусельном устройстве, совмещаются с маской, перемещаясь на ту или иную позицию. Напыление происходит сразу на всех позициях. Метод свободной маски имеет основное преимущество, связанное с возможностью многократного использования масок, кроме того, обладает высокой производительностью и экономичностью. Но он имеет и ряд недостатков. Так, например, он не пригоден для изготовления схем с очень малыми и очень точными размерами, так как вследствие неплотного прилегания маски происходит подпыление рисунка и его размытость.

В случае необходимости создания точных структур с малыми размерами используют метод фотолитографии или контактной маски. В качестве материала контактной маски используют фоторезист. Контактная маска образуется на поверхности подложки и предназначена для однократного использования. Для получения тонкоплёночных структур с помощью контактной маски применяют методы прямой и обратной фотолитографии.

Метод прямой фотолитографии. На подложку наносят плёнку будущего материала, покрывают его слоем фоторезиста, после экспонирования с фотошаблона и проявления на поверхности появляется фоторезистивная маска, через окна которой производят травление нанесённого слоя. Затем контактная маска удаляется с помощью растворителя, а на подложке получается соответствующий рисунок слоя.

Метод обратной фотолитографии. На подложку наносят слой фоторезиста, толщина которого в 2 раза больше толщины предполагаемого слоя. Затем производят фотолитографию через фотошаблон, образуя, таким образом, негатив предполагаемой схемы.

После на поверхность наносят материал формируемого элемента и помещают подложку в слабый травитель. Фоторезистивная маска под воздействием растворителя отслаивается и удаляется вместе со слоем материала, расположенного на ней.

Комбинированный метод. В данном случае фотолитографией формируют сложные по топологии элементы, а с помощью маски - простые. Так, например, если плата ГИС не содержит конденсаторов, то применяют следующие типовые технологические процессы:

Последовательно напыляют резистивные полосы через свободную маску. Затем наносят сплошной проводящий слой, выполняют фотолитографию проводящего слоя, а затем наносят защитный слой.

Наносят сплошной резистивный слой, выполняют фотолитографию, а затем с помощью свободной маски напыляют проводники и контактные площадки.

При выборе того или иного варианта технологического процесса учитывают требования к точности формирования рисунка и масштаб производства. Обычно метод свободной маски применяется в мелкосерийном и серийном производстве с точностью изготовления элементов порядка 10%. Фотолитография используется в массовом производстве при требуемой точности 1 - 5%. Кроме стандартных технологий используют и другие.

Танталовая технология. Она позволяет получить на основе одного материала полный рисунок схемы. При этом для резистивных и проводящих слоёв применяют катодное распыление, а диэлектрические слои получают анодированием танталовых плёнок.

Электронно-лучевая технология применяется для изготовления схем, содержащих только плёночные резисторы и проводники. При этом резистивный и проводящий слои наносят на всю площадь подложки, а для формирования требуемого рисунка сканируют подложку электронным лучом по заданной программе.

Метод резистивной матрицы. Данный метод применяется для получения сложных схем с высокой точностью. Для этого на ситалловую подложку напыляют 4 слоя: МЛТ, хром, золото и фоторезист. Затем выполняют экспонирование через фотошаблон. Далее получают фоторезистивную маску, используемую для травления слоя золота. Затем удаляют фоторезистивную маску и продолжают травление. Таким образом, образуются контактные площадки и проводники из золота с подслоем хрома. Далее наносят фоторезист и, после задубливания, получаем маску для травления нижнего слоя МЛТ. С помощью растворителя удаляют фоторезист и получают готовый элемент.

Таблица 1 - Расчёт токов резисторов

гибридный усилитель интегральный схема

Значения показателей резисторов представлены в таблице 2, материалы, из которых изготовлены резисторы, приведены в таблице 3.

Общие параметры: габариты - мкм, площадь - кв. мкм.

Процесс проектирования начинают с расчёта физических параметров пассивных элементов - резисторов и конденсаторов. Результаты расчёта параметров резисторов представлены в таблице 2.

Таблица 2 - Расчёт параметров резисторов

Материалы, из которых изготовлены резисторы, представлены в таблице 3.

Таблица 3 - Материалы для изготовления резисторов

Максимально допустимая удельная мощность рассеяния для резистивных паст: 30-80 мВт/кв. мм (в программе 40 мВт/кв. мм).

Последовательность нанесения слоёв.

1. Наносится паста для проводящих слоёв, контактных площадок и для нижних обкладок конденсаторов (на данной схеме конденсаторы отсутствуют).

2. Наносится диэлектрическая паста для конденсаторов и площадок для пересечения проводников.

3. пересекающиеся проводники и верхние обкладки конденсатора.

4. Паста для резистивных элементов.

После расположения всех элементов на плате получена схема представленная на рисунке.

Топологическая схема

Расчёт коэффициента использования площади вычисляется по формуле 1:

K=, где Si - площадь i-того элемента; (1)

S0 - площадь кристалла.

K=51,4 / 120 = 43%

Плотность упаковки:

 (эл/см²),

где N - количество элементов на кристалле,

S - площадь кристалла.

Коэффициент использования: =19,5%.

Заключение

В результате выполнения лабораторной работы был найден оптимальный вариант взаимного расположения элементов схемы, при котором обеспечиваются высокие показатели эффективности производства и качества ГМС, изготовленной по тонкопленочной технологии. При толстопленочной технологии расстояние от края навесного компонента до края платы, края другого компонента больше, чем при тонкопленочной технологии. Площадь резисторов при тонкопленочной технологии больше, чем при толстопленочной (так как резисторы при толстопленочной технологии изготавливаются из материалов, имеющих большее удельное сопротивление).

Размещено на Allbest.ru