Этапы изготовления устройства в виде гибридной ИМС
Создание микросхем начинается с подготовки подложек. Применяют диэлектрические подложки квадратной или прямоугольной формы размерами до 10 см и толщиной 0,5…1 мм. Они должны удовлетворять ряду требований: иметь высокую механическую прочность, хорошую теплопроводность, быть термостойкими, химически инертными к осаждающим веществам, иметь хорошую адгезию к ним.
Для тонкоплёночных ИМС (толщина плёнки 0,1мкм) важна гладкая поверхность и отсутствие газовыделения в вакууме. Необходимо, чтобы диэлектрические потери в подложках высокочастотных и СВЧ – микросхемах были малы, а диэлектрическая проницаемость слабо зависела от температуры. Основным материалом подложек тонкоплёночных микросхем является ситалл – кристаллическая разновидность стекла. Применяются также алюмооксидная керамика – смесь окислов в стекловидной и кристаллической фазах (основные компоненты Al2O3 и SiO2).
Перед нанесением тонких плёнок поверхность подложек должна быть тщательно очищена.
Для толстоплёночных микросхем (толщина плёнок более 20мкм) используют керамические подложки с относительно шероховатой поверхностью (высота неровностей порядка 1мкм). Подложка должна обладать повышенной теплопроводностью, т.к. толстоплёночная технология характерна для мощных гибридных микросхем. Поэтому применяют высокоглинозёмистые (96 % Al2O3) и бериллиевые (99,5 % ВеО) керамики.
Технологический цикл гибридных микросхем, аналогичен полупроводниковым, можно разделить на два этапа. Первый включает процессы формирования на подложках пассивных плёночных элементов и проводников соединений. В тонкоплёночных микросхемах для этой цели применяют операции нанесение тонких плёнок. Рисунок формируется непосредственно в процессе нанесения плёнок с помощью накладных трафаретов либо в процессе фотолитографии. Фотолитография – способ нанесения печатных форм, в результате которой в защитном полупроводниковом слое пластины вскрываются окна. После фотолитографии обязательно проводят травление материала. Далее следует процесс диффузии – ввод в открытые окна примеси. В толстоплёночных микросхемах пассивные элементы создают методом трафаретной печати. Основными достоинствами толстоплёночной технологии являются простота, высокая производительность и малая стоимость, однако размеры элементов получаются значительно больше, а их плотность – существенно ниже, чем в тонкоплёночной. В конце первого этапа на подложках формируют матрицу одинаковых структур, каждая из которых соответствует одной микросхеме, т.е. пассивные части микросхем создаются групповыми методами. Последовательность операций первого этапа определяется конкретной структурой гибридной микросхемы (тонко- или толстоплёночная, набор пассивных элементов и др.)
|
|
|
Второй этап – контрольно – сборочный, начинается с контроля пассивных элементов на подложках. Достаточно большие размеры элементов позволяют осуществлять подгонку их параметров, например, с помощью лазера. Далее производят разрезание подложек, установку их в корпус, монтаж дискретных компонентов, соединение контактных площадок с выводами корпуса, герметизацию корпуса, контроль и испытания. Контрольно – сборочные операции индивидуальны для каждой микросхемы и в основном на 80 % определяют трудоёмкость изготовления и стоимость.
|
|
|
Процесс изготовления плёночных резисторов
Структура плёночных резисторов ГИС показаны на рисунке 3.6 а, б, в, г
(1 – резистивный слой, 2 – металлические контакты). В зависимости от требуемого сопротивления резистор может иметь конфигурации полоски (рисунок 3.6 а), параллельных полосок с металлическими перемычками (рис.3.5 г) либо меандр (рисунок 3.6 в).
г)
Рисунок 3.6- Конфигурации пленочных резисторов: а) – прямоугольная полоска, длина больше ширины; б) – прямоугольная полоска, длина меньше ширины; в) – меандр; г) – группа последовательно соединенных полосок.
|
|
|
Тонкоплёночные резисторы наносят путём осаждения на диэлектрическую основу резистивного материала. Нанесение тонкоплёночных резисторов в основном производится с помощью термического и катодного напыления.
Термическое напыление: Основой данного метода является превращение вещества плёнки в газообразное состояние с последующей конденсацией паров на материал подложки. Для перевода твёрдого вещества в газообразное состояние требуется, чтобы собственное давление газообразного вещества превысило внешнее давление. Для увеличения собственного давления необходимо нагреть материал плёнки и одновременно снизить давление внутри установки. Подложка предварительно очень тщательно очищается.
Катодное напыление плёнки: процесс напыления происходит в газообразном приборе, заполненном нейтральным газом при низком давлении (10-1…10-2мм рт.ст.). Материал плёнки расположен на катоде, подложка на аноде. Между анодом и катодом создаётся напряжение в несколько тысяч Вольт. Положительные ионы газа устремляются к катоду и, получив под действием такого напряжения большое ускорение, ионы бомбардируют его поверхность, выбивая из неё вещества плёнки, часть выбитых атомов диффундирует к аноду и осаждается на подложке. При этом процессе возможно осаждение сложных плёнок, а также тугоплавких металлов, как, например, вольфрам, молибден, платина.
|
|
|
Тонкоплёночные резистивные слои из нихрома толщиной менее 0,1 мкм наносят вакуумным испарением и обеспечивают до 300 Ом/квадрат. Сопротивление слоя до нескольких кОм/квадрат имеют плёнки тантала, получаемые катодным напылением. Большим сопротивлением до 10 кОм/квадрат обладают тонкие плёнки резистивных сплавов, например кремния и хрома в различных процентных соотношениях. Ещё большим 50 кОм/квадрат имеют плёнки керметов – смесей диэлектрического материала с металлом (например, Sio и Cr).
Тонкоплёночные резисторы применяют не только в гибридных, но и в некоторых полупроводниковых микросхемах, например в аналоговых диапазона СВЧ на арсениде галлия. Резистивный слой в них наносят непосредственно на поверхность нелегированной подложки.
В кремниевых цифровых БИС используют резистивные слои поликристаллического кремния толщиной 0,2…0,3 мкм, сопротивление которых в зависимости от концентрации легирующих примесей изменяется в широких пределах до 10 Мом/квадрат. Такие резисторы располагают над транзисторами, чтобы уменьшить площадь кристалла. Большое сопротивление резисторов уменьшается с ростом температуры. Поликремневый резистор малой длины (несколько микрометров) имеет нелинейную ВАХ, обусловленную тем, что между отдельными зернами поликремния (размером 0,1 мкм) существуют потенциальные барьеры (высотой 0,2 В), препятствующие прохождению электронов.
Для получения толстоплёночных резисторов применяют пасты, содержащие в качестве функциональной фазы частицы Pd и Ag2O.Сопротивление слоя толщиной 15…20 мкм лежит в пределах от 50Ом/квадрат до 1 Мом/квадрат в зависимости от процентного соотношения между Pd и Ag2O. Для уменьшения технологического разброса до 1…10% применяют индивидуальную подгонку резисторов. В качестве материала подложки в толстоплёночных ГИС используют, как правило керамику, обладающую большой термостойкостью, механической прочностью и теплопроводностью; для нанесения на подложку плёнки пасты, которую изготовят из наполнителя – металлов и диэлектриков, керамических материалов и стекла, а также органически связующих веществ, обеспечивающих вязкость пасты. Пасту на поверхность наносят с помощью специальных трафаретов по определённому рисунку. После нанесения пасты, производят её сушку при температуре 80…1250 С. При сушке из пасты удаляется связывающее органическое вещество. Затем производится обжигание пасты для получения хорошей адгезии с подложкой и требуемых параметров элементов.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
В данной курсовой работе был рассмотрен принцип действия усилителя на полевом и биполярном транзисторах. Дано обоснование разработки структурной и принципиальной схемам и проектированию его с помощью плёночной технологии. Проведён расчёт всех элементов схемы, выбраны подходящие типы транзисторов, которые соответствуют заданному коэффициенту усиления по напряжению. Рассчитана и построена амплитудно–частотная характеристика усилителя и произведена проверка на допустимые частотные искажения в области нижних и верхних частот.
Выбраны материалы изготовления резисторов и конденсаторов, произведён расчёт размеров элементом. Разработан топологический чертёж двухкаскадного усилителя в виде гибридной микросхемы.
Даны общие сведения о технологических процессах изготовления полупроводниковых и гибридных микросхем.
Применение ИМС в электронике – это перспективное направление. ИМС дают большие преимущества в надёжности, габаритах, массе, стоимости, мощности по сравнению со схемами, выполненными на дискретных элементах.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. А. Н. Игнатов, Н. Е. Фадеева. Разработка интегрального аналогового устройства. Методические указания к курсовой работе.- Новосибирск, СибГУТИ, 2006.- 36 стр.
2. Цыкина А.В. Проектирование транзисторных усилителей - М.:Связь,1976
3. Степаненко И.П. Основы микроэлектроники - М.: Радио и связь, 1980.
4. Пельман Б.Л. Транзисторы для аппаратуры широкого применения. Справочник. – М.: Радио и связь, 1981.
5.
Дата добавления: 2016-01-05; просмотров: 18; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!