 |
Требования к подложкам ГПИС
|
|
|
|
Подложки являются основным для группового формирования на них ИМС, главным элементом конструкции ИМС и микросборок, выполняющих роль механической опоры, обеспечивают теплоотвод и электрическую изоляцию элементов.
Подложка – заготовка, предназначается для нанесения на нее гибридных и пленочных ИМС, межэлементных и (или) межкомпонентных соединений, а также контактных площадок.
Материал подложки должен обладать:
1. Высоким удельным электрическим сопротивлением изоляции, низкой диэлектрической проницаемостью и малым тангенсом угла диэлектрических потерь, высокой электрической прочностью для обеспечения качества электрической изоляции элементов и компонентов как на постоянном токе, так и в широком диапвзоне частот;
2. Высокой механической прочностью в малых толщинах, обеспечивающей целостность подложки как в процессе изготовления ИМС, так и при ее эксплуатации в условиях климатических и механических воздействий;
3. Высоким коэффициентом телопроводности для эффективной передачи теплоты от тепловыделяющих элементов и компонентов к корпусу (для ИМС) или элементам конструкции блока (для микро сборок);
4. Высокой химической инертностью к осаждаемым материалам для снижения временной нестабильности параметров пленочных элементов, обусловленной физико-химическими процессами на границе раздела пленка-подложка;
5. Высокой химической и физической стойкостью к воздействию высокой температуры в прцессе нанесения тонких пленок, термообработки паст при формировании толстых пленок и сборки ИМС;
6. Стойкостью к воздействию химических реактивов при электрохимических и химических методах обработки и формирования пленочных элементов;
|
|
|
7. Минимальным газовыделением в вакууме во избежание загрязнения наносимых пленок;
8. Способностью к хорошей механической обработке (полированию повехности, резке).
Кроме того материал подложки должен иметь температурный коэффициент линейного расширения (TKL) по возможности близким к TKL напыляемых материалов пленок для обеспечения достаточно малых механических напряжений в пленках, быть недефицитным и недорогим.
Структура материала подложки и состояние ее поверхности оказывают существенное влияние на структуру наносимых пленок и параметры пленочных элементов. Большая шероховатость поверхности подложки, наявность на ней микро неровностей уменьшают толщину наносимых пленок, вызывают локальное изменение электрофизических свойств пленок и тем самым снимают воспроизводимость параметров пленочных элементов и их надежность. Поэтому для обеспечения высокой надежности и воспроизводимости параметров пленочных элементов подложки должны иметь минимальную шероховатость поверхности, быть без пор и трещин и предельно чистыми.
Так при нанесении тонких пленок толщиной до 100 нм допустимая высота микро неровностей не должна превышать 25 нм.
Толстые пленки наносят толщиной до 50 мкм, поэтому подложки для толстопленочных ИМС может иметь микронеровности до 2 мкм.
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, поскольку изготовление пленочных элементов микросхем ведется в вакууме и при повышенных температурах. Исключение составляет лишь некоторые полимерные материалы, например лавсан. Поэтому для изготовления подложек используют в основном стекло, керамику ситаллы и фотоситаллы.
Стекло
Из стекол лучшим для подложек являются боросиликатное и алюмосикатные сорта. Путем листового проката этих стекол получают достаточно гладкую поверхность, непребигая к полированию. Полирование уменьшает микронеровности (менее 10 нм), но они значительно дороже листового проката. Кроме того, при полировании стеклянных подложек ……………… ухудшается их поверхосные свойства.
|
|
|
Применение щелочных стекол ограничено нестабильностью их свойств, поскольку при нагреве в электрическом поле наблюдается интенсивное выщелачивание. К недостаткам подложек из стекла следует отнести такие: малую теплопроводность, что не позволяет применять их при повышенном нагреве. При интенсивном нагреве предпочтительней стекло “ пирекс “, а также кварц и кварцевые стекла.
Керамика
Керамическими материалами для подложек тонкопленочных и толстопленочных микросхем является керамика на основе окиси алюминия, керамика, “Поликор“ и бериллиевая керамика. Бериллиевая керамика (99.5 % ВеО) обладает хорошими тепловыми свойствами, по прочности уступает керамике из окиси алюминия. Керамика на основе окиси алюминия (96 % Al2O3) имеет высокую механическую прочность, стабильность, электрических и физических характеристик в широком температурном диапазоне, однако значительно уступает бериллиевой керамике по теплопроводности.
Важным преимуществом по сравнению со стеклами является их высокая тепловпроводность. Тка, например, керамика на основе окиси бериллия имеет в 200…250 раз большую теплопроводность, чем стекло. Однако, даже незначительная добавка некоторых примесей (например, окиси алюминия) резко снижает теплопроводность керамики.
К недостатком керамики относится значительная шероховатость поверхности. Микро неровности необработанной керамики могут составлять несколько тысяч ангстрем и сильно уменьшаются после полирования, однако полирование может загрязнять поверхность и изменить свойства керамики. Существенное снижение шероховатости достигается глазурованием поверхности керамики тонким слоем окиси танталом. При этом высокая теплопроводность керамической основы сочетается с гладкой поверхностью стеклянной глазури.
Ситалл
Ситалл – стеклокерамический материал, полученный путем теплообработки (кристаллизации) стекла. По свойствам ситалл превосходит исходное стекло. В отличие от большинства высокопрочных, тугоплавких кристаллических материалов ситалл обрабатывается. Его лугко прессовать, вытеснять, пресовать и отливать центробежным способом.
|
|
|
Температура деформации ситалла выше температуры начала размегчения исходного стекла. Ситалл выдерживает в воздушной среде резкие перепады температуры от -60 до +700 ˚С. Он обладает высоким электрическим сопротивлением, который несколько уменьшается с повышением температуры. По электрической прочности ситалл неуступает лучшим видам вакуумной керамики, а по механической прочности он в два три раза прочнее стекла. Ситалл обладает высокой химической стойкостью к кислотам, не порист, дает незначительную объемную усадку газонепроницаемости и имеет малую газоотдачу при высоких температурах.
Фотоситалл
Фотоситалл – стеклокристаллический материал получаемый путем кристаллизации светочувствительного стекла, состоящий из окиси кремния (75 %), окиси лития (11.5 %), окиси алюминия (10 %) и окиси калия (3.5 %) с небольшими добавками азотно-кислого серебра и двуокиси цезия. Фотоситалл устойчив к кислотам, обладает высокой механической и термической стойкостью его теплопроводность в несколько раз превышает теплопроводность ситалла.
Подложки из стекла имеют размеры: 50 х 50, 48 х 60, 60 х 96, 100 х 100, 96 х 120 мм; из ситалла: 48 х 60, 60 х 96, 96 х 120 мм; из «Поликора» 24 х 30 мм.
Толщина подложки составляет 0.6 и 1.6 мм, 6непаралельность плоскости не превышает 0.05 мм.
|
|
|
