3. Технологія створення інтегральних схем і елементної бази гібридних імс.
Особливістю конструювання гібридних інтегральних мікросхем являється з’єднання конструктивних та технологічних рішень, зв’язаних із формуванням тих чи інших компонентів схеми. Подивимося основні етапи ізготовлення гібридних інтегральних мікросхем.
І етап –аналіз принципової електричної схеми та дослідження можливостей її реалізації у вигляді плівковоїгібридної мікросхеми. На цьому етапі визначають типи використовуваних елементів, їх номінальні параметри, виявляють, які елементи будуть виготовленні в плівковому виконанні, а які – в дискретному, а також число і росположення контактних площ.
ІІ етап –розробіток топологічної структури плівкової мікросхеми. Топологічне креслення мікросхем це конструкторський документ, визначаючий орієнтацію та взаємне розташування усіх елементівмікросхеми на площині підложки, а також форму та розміри пассивних елементів.
ІІІ етап –виготовлення фотошаблонів та масок. На основі топологічного креслення в фотолабораторії виготовляють мініатюрні фотошаблони, розміри яких співпадають зрозмірами мікросхеми. Фотошаблони виконують на фотопластинках с дозволяючою здібністю порядка 400 ліній/мм. На їх основі виробляють маски (трафарети), через які напиляють необхідні матеріали. В якості підложек для масок використовують нікеліровану мідну фальгу, фальгу із нержавіючої сталі, із бронзи і т.д.
Необхідний малюнок маски можно отримати пропалюванням підложек електронним промінем чи травленням. Найбільше поширення отримал другий спосіб. Щоб отримати малюнки травленням підложки, користуються способом фотолітографії. В процессі фотолітографії використовується полімерний матеріал – фоторезист.
Виготовлення металевихмасок способом фотолітографії показано на малюнку 6. На підложок маски тонким шаром наноситься фоторезист. Після просушки на нього наноситься фотошаблон та ультрофіолетовими променями, під дією яких фоторезист полімеризується, проходить експонування. Після цього підложку протравлюють кислотою. Ділянки, не захищенні полімеризованим фоторезистором, витравляються наскрізь, утворюючи потрібний малюнок. Полімеризований фоторезист смивають органічним розчинником.
При виготовленні плівкових мікросхем маски можуть використовуватися багаторазово.
IV етап –нанесення плівкових пасивнихелементів мікросхеми. Існують декілька способів отримання тонкоплівкових елементів. Найбільше поширення отримали вакуумне напилення та катодне роспилення.\
Рис. 7. Фотолітографічний метод виготовлення металевих масок:
а – підкладка з нанесенимфоторезистором;
б – експонування через шаблон:
в – підкладка після травлення;
г – готова маска після видалення фоторезиста
( 1- фоторезист; 2 – підкладка ; 3- фотошаблон)
Мал. 8. Установка випаровування в вакуумі :
1 – паромасляний насос; 2- манометри; 3- плита
з герметизованою прокладкою; 4- заслінка; 5- оглядове
вікно;6- ковпак; 7- анод;8- підкладка; 9- маска;
10- випаровувач; 11- вакуумний насос; 12- гвинти.
Мал. 9. Установка для катодного розпилення:
1-обертаючийся вхід; 2- заслонкаж; 3- катоджд;
4-ковпак; 5- заземлений екран; 6- підкладка;7-анод;
8- нагрівач; 9- базова плита; 10- підвід інертного газу;
11- підвід реактивного газу;
12- фланець високовакуумного заслона.
На мал. 8. Показана конструкція установки для запилення в вакуумі.
Установка складається з плоскої плити 3 з герметизованою прокладкою. На плиту встановлюють склянний або металевий ковпак 6 з оглядовим вікном 5. На деякій відстані від випаровувача 10 влаштовується підкладка 8, на яку повинна бути нанесена плівка. Для отримання очікуваного малюнка схеми використовуються маски 9. Випаровування здійснюється після відкачки до вакуума порядка 10-3 Па. В цьому випадку атоми випаровуванної речовини поширюються прямолінійно, та осідая на підложці, утворюють шар плівки потрібної товщини.
Для отримання плівок із тугоплавких матеріалів використовують катодне розпилення. Схема установки для катодного розпилення показана на мал. 9. Розпилювальний матеріал служить катодом. На анод подається висока напруга (біля 20 кВ). Підкладу та маску розташовують на невеликій відстані від катода (1 – 5см). Із установки відкачують повітря, після чого у неї подають інертний газ, утворюючи під ковпаком тиск порядком 0,1- 1 Па. Під дією високої напруги в установці утворюється іонівація газу. Важкі іони, потрапляючи на катод, руйнують його. Частинки катода розлітаються у різні сторони і осідають на підкладці, утворюючи на ній шар плівки необхідної товщини та форми.
V етап – встановлення дикретних елементів. Для з’єднання навісних активних елементів з плівковим монтажом використовується пайка низькотемпературними припоями, що виключає пошкодження приборів та порушення адгезії металезованих ділянок підложки із-за перегріву. Пайкапроводиться мініатюрними механізованими паяльниками з автоматизованим дозуванням припоя та авторегулюванням температури нагрівання зони з’єднання.
VI етап – конструктивне оформлення мікросхеми. Використовуються два способи захисту плівкових гібридних мікросхем від впливу зовнішніх факторів та від механічних пошкоджень: безкорпусний захист ( герметизація за допомогою міцних корпусів різного типу). Корпусний захист ркомендується використовувати при довгій ( більше десяти діб) експлуатації мікросхем в умовах підвищеної вологості.
Корпус повинен мати достатню механічну пружність, малу масу та габарити, добру електричну ізоляцію. Крім цього, всередині нього потрібно підтримувати достатньо стабільні температурні умови.
Для гібридних інтегральних мікросхем застосовують в основному три види корпусів: металевосклянний круглий, металокерамічний плоский та металевосклянний плоский.
Металевосклянний круглий корпус типа ТО має вісім, десять чи дванадцять виводів, направлених в один бік перпендикулярно площі основи. Круглі корпуси мають високу механічну пружність та достатню надійність. До їх недоліків можна віднести низьке використання об’єму корпуса, а також малу густину упаковки корпусів у блоці.
В теперішній час для захисту мікросхеми все більше застосовуються плоскі корпуси з виводами, направленими в протилежні боки.