Толстые пленки в микроэлектронике, страница 2

Толстые плёнки находят широкое применение в мощных схемах. Поэтому важно, чтобы подложки были хорошим проводником тепла.

Термическое расширение подложки и плохое соответствии его термическому расширению композиции оказывают влияние на многие электрические характеристики. Заметим, что общая стабильность толстоплёночной схемы частично зависит от наличия такого соответствия. Для получения наилучших характеристик важно чтобы подложки изготовлялись с жёсткими допусками, сохраняющимися в течении всего процесса изготовления и работы толстоплёночной схемы.

Многие из перечисленных требований подложкам исключают применение для их изготовления большой части материалов. Есть только одна группа материалов, которую можно серьёзно рассматривать в качестве материалов для подложки, - это поликристаллическая керамика. Керамика является материалом, соответствующие которого – обычно неорганические окислы – в результате высокотемпературной обработки переходят в пригодную для использования форму. Термин «поликристаллический» здесь относится к материалам, в котором отдельные частицы или зёрна скреплены связующим веществом, расположенным по границам зёрен. Для подложек применяется керамика трёх типов: на основе окиси бериллия, титаната бария и окиси алюминия.

Бериллиевая керамика имеет высокую теплопроводность и применяется для мощных схем.

Керамика на основе титаната бария характеризуется высокой диэлектрической постоянной. Используя подложку в качестве диэлектрика конденсатора, можно получать большие ёмкости. Керамика на основе окиси алюминия обладает наилучшими характеристиками, являясь наиболее распространённым материалом для подложек.

1.1.б.  Изготовление подложек.   

Изготовление глиноземистых подложек производится по типичной технологии керамического производства. Тонкий порошок глинозёма вместе с другими добавками спекается при высокой температуре и получается мелкозернистая поликристаллическая структура – керамика. Добавки, в основном окись магния, окись кальция и двуокись кремния, служат флюсом, снижающим температуру спекания до приемлемой. Чистый глинозём трудно было бы спекать даже при температуре 2000°С, в то время как добавка 4-6% других окислов снижает температуру спекания до 1700°С и ниже без заметного изменения его электрических характеристик.

Тонкие порошки различных окислов смешиваются на шаровой или валковой мельнице. Частицы всех порошков имеют размеры порядка 1мкм и меньше. В некоторых случаях для лучшего перемешивания к порошкам добавляется вода. В процессе помола происходит некоторое дальнейшее уменьшение размеров частиц, но главной целью является получение гомогенной смеси. После помола смесь высушивается с применением метода распыления. Затем из порошка прессуют заготовки требуемой формы на механическом или гидравлическом прессе, эта операция может выполняться на одно- или многопозиционном прессе с применением твёрдосплавного инструмента. Производительность однопозиционного пресса может достигать 3600 изделий в час. На многопозиционном прессе, если отнести стоимость инструмента к большому количеству изделий, этот процесс оказывается весьма экономичным.

Для экспрессного макетирования на подложках с большим числом отверстий или на подложках больших размеров применяется литьё керамической плёнки в виде ленты. Порошки окислов смешиваются с органическими добавками, а затем отливается плотная гибкая лента, содержащая окись алюминия и другие добавки окислов. Процесс литья может осуществляться отдельными партиями (групповой) или непрерывно.

При групповом процессе подвижный контейнер с жидкой смесью окислов и соответствующих органических добавок движется над стеклом или пластмассовой пластиной с гладкой поверхностью. Материал вытекает из контейнера и выравнивается лезвием, прикреплённым к контейнеру. Затем лента высушивается и отделяется от стекла (пластмассы). Если материал отливается на органической плёнке можно проводить обжиг в печи, не отделяя ленты от органической плёнки.