Многокристальные модули на основе анодированного алюминия

Размещено на http://www.allbest.ru/

Многокристальные модули на основе анодированного алюминия

Многокристальные модули (МКМ), как известно, являются более совершенной версией гибридных интегральных микросхем, в частности, имеют более высокую степень интеграции, тактовую частоту (150?300 МГц), плотность мощности (50 Вт/см²). Возрастающие требования к функциональной сложности МКМ заставляют искать новые конструктивно-технологические решения в области компоновки и межсоединений. Одним из таких решений является использование металлических оснований, имеющих ряд неоспоримых преимуществ: высокую механическую прочность и теплопроводность, повышенную помехозащищенность и возможность использования в качестве корпуса МКМ. Более того, если стоимость единицы площади диэлектрических оснований растет с увеличением их площади экспоненциально, то стоимость металлических практически не зависит от размера. В этой связи наиболее перспективным является использование в конструкции МКМ алюминиевых оснований, особенно если учесть, что алюминий является единственным металлом, на поверхности которого можно получить высококачественное диэлектрическое покрытие толщиной в десятки и сотни микрометров путем электрохимического превращения алюминия в его собственный оксид Al₂O₃.

При разработке многоуровневых систем межсоединений (МСМ) для МКМ на алюминиевой подложке наиболее подходящим конструктивно-технологическим решением является использование подложки не только в качестве несущего основания, но и для потенциальных слоев (шины "земли" и питания). В этом случае необходимо сформировать контактные переходы от подложки (выходы на "землю") в диэлектрическом слое оксида алюминия (L vias) и матрицу вертикальных теплоотводящих столбиков (T vias), позволяющих увеличить количество отводимого от МСМ тепла.

В настоящее время для соединения с шиной заземления, в качестве которой применяют металлическую подложку, используют металлизированные пропаянные отверстия или островки алюминия, полученные лазерной обработкой участков заземления на полностью готовой схеме. Однако столбиковые выводы из припоя не имеют механизмов ослабления напряжений при термоциклировании и не могут быть использованы в конструкциях МКМ из материалов с разными температурными коэффициентами расширения (ТКР). Кроме того, в технологии столбиковых выводов из припоя невозможно использовать одновременно Si- и GaAs-кристаллы из-за различия ТКР. Другие варианты заземления с помощью подложки, описанные, в основном, в иностранных патентах, весьма трудоемки при конкретной реализации и требуют освоения дорогостоящего оборудования.

С учетом таких факторов, как увеличение размеров исходных пластин-подложек, уменьшение размеров элементов топологии (до 10 мкм) и необходимость обеспечения при этом их высокой воспроизводимости по всему полю, увеличение размеров кристаллов-чипов (до 160 мм ²) с числом выводов от 350 до 1000, а следовательно, и модулей на пластинах, представляется целесообразным формирование теплоотводящих столбиков и контактных переходов на "землю" в анодированной алюминиевой подложке.

Основным элементом конструкции МКМ-А является Al-подложка, которая используется в качестве несущей основы и в которой формируется матрица вертикальных теплоотводящих столбиков Т vias и контактные переходы от "земляной" шины (подложки) L vias. Ранее проведенные исследования показали, что пористые оксиды алюминия имеют высокие диэлектрические и физико-механические свойства и поэтому пригодны к применению в качестве изоляционного слоя оснований МКМ [1].

Алюминий высокой степени чистоты при обработке методом двухступенчатого анодирования образует высокоупорядоченные плотноупакованные матрицы нанопор в оксиде алюминия с диаметром пор от 1 до 200 нм и более, расстоянием между порами, равным двум их диаметрам, и высоким соотношением глубины пор к их диаметру от 1 до 10 000 и более. Для создания автоэмиссионных катодов такие матрицы заполняют металлом их электрохимической обработкой в растворах солей металлов. Управляющий электрод (сетка) формируется в результате вакуумного напыления металла на поверхность стенок пор и позволяет управлять потоком электронов. Используя различные технологические приемы, над поверхностью катодов можно создать анод и получить фактически аналог электронной лампы, а формируя такие микролампы в локальных местах и соединяя их соответствующим образом, можно реализовать вакуумную БИС. На рис. 1 показаны микрофотографии полученных структур, выполненные с помощью сканирующего электронного микроскопа. многокристальный модуль теплопроводность

Поперечное сечение матричных автоэмиссионных катодов с контрольным электродом схематически представлено на рис. 2.

а б

Рис. 1. Высокоупорядоченные матрицы пор в анодном диоксиде алюминия, заполненные никелем: а - вид сверху; б - поперечное сечение

Рис. 2. Поперечное сечение матричных автоэмиссионных катодов с управляющим электродом: 1 - диэлектрическая матрица анодного оксида алюминия; 2 - металлические эмиттеры; 3 - управляющий электрод; 4 - металлическая подложка [1].

Литература

1. Сокол В.А. Электрохимическая технология микро- и наноэлектронных устройств. Доклады БГУИР №3, 2004. С. 18-26.

Размещено на Allbest.ru