Материалы проводников и контактных площадок
Ведение
Теоретические сведения
Интегральная микросхема (ИМС) – это конструктивно законченное изделие электронной техники, выполняющее определенную функцию преобразования информации и содержащее совокупность электрически связанных между собой электрорадиоэлементов (ЭРЭ), изготовленных в едином технологическом цикле.
По способу изготовления различают полупроводниковые и пленочные ИМС.
· в полупроводниковых ИМС все ЭРЭ и часть межсоединений сформированы в приповерхностном слое полупроводниковой (обычно кремниевой) подложки.
· в пленочных ИМС пассивные ЭРЭ изготовлены в виде совокупности тонких (менее 1мкм) или толстых (10-50 мкм) пленок, нанесенных на диэлектрическую подложку.
Гибридные ИМС (ГИС) представляют собой комбинацию пленочных пассивных ЭРЭ с миниатюрными бескорпусными дискретными активными приборами (полупроводниковыми ИМС, транзисторами, диодами), расположенных на общей диэлектрической подложке.
ЭРЭ, которые являются неотъемлемой составной частью ИМС и не могут быть выделены из нее как самостоятельное изделие, называют элементами ИМС, а дискретные активные ЭРЭ ГИС – навесными компонентами (или просто компонентами), подчеркивая тем самым, что их изготовляют отдельно в виде самостоятельных приборов, которые могут быть приобретены изготовителем ГИС как покупные изделия. В отличие от дискретных компонентов элементы ИМС называют интегральными (интегральный резистор, интегральный диод).
Конструирование и технология тонкопленочных ГИС.
Подложки тонкопленочных ГИС
Подложки ГИС являются диэлектрическим и механическим основаниями для расположения пленочных и навесных элементов и служат для теплоотвода.
Для маломощных ГИС можно применять бесщелочные боросиликатные стекла С41-1 и С48-3, а также ситаллы. По сравнению с ситаллами стекла имеют меньшую теплопроводность, что не позволяет использовать их при повышенных уровнях мощности. Ситалл имеет ряд преимуществ перед стеклами:
- он хорошо обрабатывается,
- выдерживает резкие перепады температуры,
- обладает высоким электрическим сопротивлением,
- газопроницаем,
- по механической прочности в 2-3 раза прочнее стекла.
Для мощных ГИС применяют керамику поликор, а для особо мощных ГИС – бериллиевую керамику, имеющую очень высокую теплопроводность.
Недостатком керамики является значительная шероховатость поверхности, что затрудняет получение воспроизводимых номиналов тонкопленочных элементов. По этой причине керамику 22ХС используют только для толстопленочных ГИС. Увеличение класса чистоты обработки поверхности путем глазурования керамики слоем бесщелочного стекла приводит к значительному уменьшению теплопроводности.
В случаях когда требуется обеспечить хороший теплоотвод, высокую механическую прочность и жесткость конструкции, применяют металлические подложки: алюминиевые подложки, покрытые слоем анодного оксида, или эмалированные стальные подложки.
Материалы элементов тонкопленочных ГИС
Материалы резисторов
Для создания ГИС необходимы резистивные пленки с удельным поверхностным сопротивлением от десятков до десятков тысяч Ом на квадрат. Чем меньше толщина пленок, тем выше 
, но одновременно повышается ТКR, а также ухудшается временная и температурная стабильность пленок.
В качестве резистивных материалов используют чистые металлы и сплавы с высоким диэлектрическим сопротивлением, а также специальные резистивные материалы – керметы, которые состоят из частиц металла и диэлектрика (например, Cr и SiO). Широко распространенны пленки хрома и тантала. На основе керметов получают высокоомные резисторы. Наиболее распространенный кермет, в состав которого входят хром и моноокись кремния (50-90% Cr, 50-10% SiO). В зависимости от содержания хрома можно получить резистивные пленки с удельным сопротивлением от сотен Ом на квадрат до десятков килом на квадрат, обладающие высокой стабильностью. Однако в связи с тем, что свойства керметных пленок в сильной степени зависят от технологических факторов, резисторы имеют худшую воспроизводимость номиналов и больший ТКR по сравнения с металлическими. Наиболее часто используют сплавы РС-3001, РС-3710 (37.9% Cr, 9.4% Ni, 52.7% Si), МЛТ-3М (43.6% Si, 17.6% Cr, 14.1% Fe, 24.7% W).
Материалы конденсаторов
Обкладки конденсаторов должны иметь высокую проводимость, коррозионную стойкость, технологическую совместимость с материалом подложки диэлектрика конденсатора: ТКЛР, близкие к ТКЛР подложки и диэлектрика, хорошую адгезию к подложке и диэлектрику, высокую механическую прочность.
Наилучшим материалом для обкладок конденсаторов является алюминий, который, однако, имеет плохую адгезию к подложке.
Материал диэлектрика должен иметь хорошую адгезию к подложке и материалу обкладок, обладать высокой электрической прочностью и малыми потерями, иметь высокую диэлектрическую проницаемость и минимальную гигроскопичность, не разлагаться в процессе формирования пленок. В качестве диэлектрических материалов наиболее часто используют моноокиси кремния и германия.
Материалы проводников и контактных площадок
Они должны иметь малое удельное сопротивление, хорошую адгезию к подложке, высокую коррозионную стойкость. Самым распространенным материалом тонкопленочных проводников и контактных площадок в ГИС повышенной надежности является золото с подслоем хрома, нихрома или титана. Подслой обеспечивает высокую адгезию, а золото – нужную проводимость, высокую коррозионную стойкость, возможность пайки и сварки.
В аппаратуре с менее жесткими требованиями к надежности в качестве проводников используют пленки меди или алюминия с подслоем хрома, нихрома или титана. Для предотвращения окисления меди и улучшения условий пайки или сварки ее покрывают никелем, золотом или серебром.