Технологічні особливості товстоплівкових мікросхем

Товстоплівкові мікросхеми являють собою гібридні схеми, пасивна частина яких (провідники і контактні площинки, резистори, конденсатори) створюється на основі плівок товщиною в десятки мікрометрів. Для формування конфігурації плівкових елементів замість фотолітографії використовується трафаретний друк пастами спеціального складу. Після друкування та попередньої сушки плівкові елементи підлягають термообробці з метою забезпечення необхідних електрофізичних параметрів елементів і міцної адгезії до підкладки. В зв’язку з цим, як матеріали для підкладки використовують деякі види кераміки, які мають високі фізико – механічні показники.

Товстоплівкова технологія є високоекономічною, але простота процесу і економічність має своїм наслідком великий розкид в значеннях електричних параметрів, що пояснюється недоліками трафаретного друку. Це призводить до необхідності ввести в технологічний процес операцію підгонки резисторів і конденсаторів.

Підгонка товстоплівкових резисторів заключається у видаленні частини їх матеріалу, в результаті чого їх опір зростає. Підгонка товстоплівкових конденсаторів пов’язана з видаленням частини верхньої обкладки, в результаті чого ємкість конденсаторів зменшується. Спрощена схема технологічного процесу показана на рис.1.

Рисунок 1 - Спрощена схема виготовлення плівкових елементів товстоплівкових ГІМС

В залежності від призначення пасти ділять на провідникові, резистивні, діелектричні для конденсаторів і діелектричні для ізоляції між шарами та пасти для поверхневого захисту. Для контактних площинок застосовують також спеціальні пасти, які не спікаються, але покращують подальший процес пайки.

Функціональними складовими пасти являються частинки неорганічних речовин (металів, окислів металів, солей які визначають основні властивості майбутніх елементів (провідників, резисторів, діелектриків). В процесі спікання шару ці частинки повинні залишатися в твердій фазі і рівномірно розподілятися по об’єму елементу.

Конструктивна складова – частинки скла з температурою плавлення нижче температури спікання (<600˚С). Склад конструкційної складової повинен забезпечувати адгезію до підкладки біля 100 МПа.

Технологічна складова необхідна для надання пасті друкарських властивостей (паста повинна мати відповідну в’язкість). В процесі спікання така складова (ланолін, каніфоль, вазелінова олія) повинна усуватися за рахунок розкладання.

В пастах для друкування провідників основним компонентом являється срібло, паладій, рідше – золото (розмір частинок – декілька мікрометрів). Співвідношення металевого порошку і конструкційної складової має значення ~ 9:1. В цих умовах має місце масовий (суцільний) контакт металевих частинок.

В технологічній собівартості товстоплівкових мікросхем вартість пасти на основі цінних металів може сягати 50%. В зв’язку з цим велика увага приділяється розробці пасти на основі неблагородних металів: алюмінію, міді, нікелю. Пасти на основі міді можна спікати, вони крім того, можуть підлягати пайці. Пасти на основі алюмінію і нікелю можна тільки спікати.