Подложки ГИС и МСБ

Сравнительная характеристика некоторых методов катодного распыления

Наиболее эффективен магнетронный тип распыления.

Подложки выполняют следующие основные функции:

Ø являются основанием для группового формирования на них микросхем;

Ø являются элементом конструкции, выполняющим роль механической опоры;

Ø обеспечивают теплоотвод и электрическую изоляцию элементов;

Материал подложек должен обладать:

Ø высоким удельным электрическим сопротивлением изоляции, малым тангенсом угла диэлектрических потерь и низкой диэлектрической проницаемостью высокой электрической прочностью;

Ø высоким коэффициентом теплопроводности;

Ø высокой механической прочностью в малых толщинах;

Ø высокой химической инертностью к осаждаемым материалам;

Ø высокой физической и химической стойкостью к воздействию высоких температур в процессе напыления или термообработки паст;

Ø стойкостью к воздействию химических реактивов при выполнении технологических процессов;

Ø незначительным газовыделением в вакууме;

Ø способностью к хорошей механической обработке;

Кроме того материал подложек должен быть недорогим. Чистота рабочей поверхности подложек после окончательной обработке должна соответствовать 13 – 14 классам для тонкопленочных ГИС (МСБ) и не хуже 8-го для толстопленочных ГИС.

Оптимального материала для подложек, удовлетворяющего всем вышеперечисленным требованиям, не существует, поэтому используют стекло, керамику, ситалл, фотоситалл, полиамидные пленки, металл покрытый диэлектриком.

Из стеколв качестве подложек лучшими являются боросиликатные и алюмосиликатные сорта. Достаточная гладкая поверхность стекол получается в результате листового проката. К недостаткам подложек их стекла необходимо отнести малую теплопроводность, низкую механическую прочность. Основные применяемые марки стекол: С41-3, С48-3, при повышенном нагреве – «Пирекс» и кварцевое стекло.

Для подложек тонко- и толстопленочных ГИС из керамических материалов наибольшее распространение получили керамики на основе окиси бериллия (брокерит) и окиси алюминия (поликор). Бериллиевая керамика (99,5% ВеО) обладает хорошими тепловыми свойствами, но по прочности уступает поликору. Керамика марки 22ХС на основе окиси алюминия (96% AL₂O₃) имеет высокую механическую прочность, стабильность электрических и физических характеристик в широком температурном диапазоне, но имеет относительно низкую теплопроводность.

Общим преимуществом керамических подложек по сравнению со стеклянными является их высокая теплопроводность (более чем в 200 раз). К недостаткам керамики относятся высокая шероховатость поверхности. Полировка загрязняет поверхность и, следовательно, изменяет свойства керамики. Снижение шероховатости достигается глазурованием поверхности тонким слоем стекла или окиси тантала.

Для увеличения плотности гибридного монтажа используют многослойные керамические подложки. Подобные подложки широко применяются при производстве многокристальных ГИС. На каждом слое керамики имеется свой рисунок, выполненный в металлической пленке. В качестве металлических слоев используют пасты на основе тугоплавких металлов: молибдена, вольфрама и их окислов.

Ситалл – стеклокерамический материал, получаемый путем кристаллизации стекла. Ситалл выдерживает резкие перепады температур: от 60 до 700°С, обладает высокими электрическим сопротивлением и электрической прочностью. Ситалл обладает высокой химической стойкостью к кислотам, газонепроницаем и имеет малую газоотдачу при высоких температурах. По механической прочности ситалл в два-три раза прочнее стекла.

Фотоситалл – стеклокерамический материал, получаемый путем кристаллизации светочувствительного стекла, состоящего из окиси кремния, окиси лития, окиси алюминия и окиси калия. Теплопроводность фотоситалла превышает теплопроводность ситалла в несколько раз.

Гибкие подложки из полимерных материалов – полиамидных пленок толщиной 40-50 мкм допускают двустороннее вакуумное нанесение металлических пленок для создания двухслойной разводки и фототравление отверстий для создания металлизированных переходов между слоями. Достоинством гибких подложек являются способность принимать форму корпуса сложной конструкции, малые толщины и масса, ударопрочность.

Металлические подложки с покрытием тонким (40-60 мкм) слоем диэлектрика являются наиболее перспективными для ГИС и МСБ. В качестве подложек используют алюминиевые пластины с анодированной поверхностью, стальные пластины покрытые стеклом или полиамидным лаком и другие. Подобные подложки улучшают теплоотвод от активных компонентов, обеспечивают высокую жесткость конструкции ГИС (МСБ). Металлические платы могут также являться одной из шин разводки и частью корпуса ГИС (МСБ).