4.2 Подложки и платы гимс
Подложки и платы являются диэлектрическим несущим основанием, на котором размещаются пленочные элементы и компоненты. Для элементов и компонентов платы являются и теплоотводящей частью конструкции ИМС. Для обеспечения заданных электрических параметров микросхем материал подложки должен удовлетворять ряду требований:
для эффективной передачи тепла от тепловыделяющих элементов и компонентов (резисторов, диодов, транзисторов) к корпусу должен иметь высокую теплопроводность;
для обеспечения целостности конструкции как в процессе производства (разделение на платы, монтаж и электромонтаж компонент и платы в корпус и т.д.), так и при ее эксплуатации (термоциклирование, термоудары, механические воздействия) должен иметь высокую механическую прочность;
должен характеризоваться высокой химической инертностью к осаждаемым материалам для снижения временной нестабильности параметров пленочных элементов и стойкостью к воздействию высокой температуры в процессах формирования элементов и установки навесных компонентов;
должен быть инертным к воздействию химических реактивов в процессах электрохимических обработок и химическом осаждении пленок.
Материал подложки и наносимые на её поверхность пленки для снижения механических напряжений в пленках, отслаивание и растрескивание при термоударах должны быть совместимыми по температурным характеристикам.
В качестве материала подложек маломощных ГИС применяются бесщелочные боросиликатные стекла С41-1, С48-3 и ситаллы (стеклокристаллические материалы). Стекла широко применялись в ранних конструкциях микросхем. По мере отработки технологии широкое распространение в качестве подложек получили ситаллы и иные виды керамики, которые по всем показателям, кроме может быть стоимости, превосходят стёкла. Для толстоплёночных и микросхем повышенной мощности в качестве материала подложек и плат применяют высокотемпературные керамики 22ХС (96 % Al2O3) и «Поликор». Для особо мощных микросхем применяется бериллиевая керамика (99,5 % ВеО), превосходящая ряд металлов по теплопроводности, и покрытые диэлектриком металлические основания из сплавов алюминия или стальные. Параметры ряда распространённых материалов подложек и плат приведены в табл. 4.1.
Таблица 4.1— Параметры материалов подложек и плат ГИМС
К качеству обработки поверхности подложек и плат предъявляются высокие требования в части шероховатости и неровности поверхности подложки. Так для тонкопленочных резисторов и конденсаторов при толщине пленок около 0,1 мкм допускается высота микронеровностей не более 0,025 мкм, что соответствует 14 классу чистоты поверхности. Для толстоплёночных конструкций при толщине плёнок 10...50 мкм микронеровности могут достигать 1...3 мкм, что соответствует 8...10 классам чистоты поверхности. Более того, в связи со спецификой сеткографической технологии нанесения толстых плёнок, высота микронеровностей должна быть не менее 50...200 нм.
Качественный теплоотвод, высокая механическая прочность и жесткость конструкции обеспечиваются при металлических подложках: алюминиевых, покрытых слоем диэлектрического окисла Al2O3, или эмалированных стальных.
Габаритные размеры подложек стандартизованы. Обычно на стандартной подложке групповым методом изготавливают несколько плат гибридных микросхем. Платой (с этим наименованием она вписывается в документы конструкторской документации) называется часть подложки с расположенными на ее поверхности пленочными элементами одной ГИС (гибридной микросхемы). Деление подложки на части, кратные двум и трем, (на 2, 3, 4, 6, 8, 12 и далее) образует нормализованный ряд типоразмеров плат. Рекомендуемые размеры плат приведены в табл. 4.2. Платы типоразмеров 3–10 приводимой таблицы соответствуют размерам посадочных мест в типовых корпусах ГИС. Толщина подложек составляет 0,35...0,6 мм. Размеры подложек имеют только минусовые допуски в пределах 0,1...0,3 мм.