В толстопленочных гибридных микросхемах

Толстые (десятки микрометров) пленки получают нанесением на подложку специальных паст через накладные трафареты при последующей термообработке (высушивании и вжигании), обеспечивающей необходимые электрические параметры пленок и их адгезию к подложке. Пасты содержат три основные составляющие: функциональную, конструкционную и технологическую.

Функциональная составляющая – это частицы неорганических веществ (металлов, оксидов металлов и др.), определяющих свойства будущих пленок (проводящих, резистивных, диэлектрических). В процессе вжигания эти частицы остаются в твердой фазе и равномерно распределяются по объему слоя. Конструкционная составляющая – частицы стекла, температура плавления которого ниже температуры вжигания. В процессе вжигания расплавленное стекло смачивает частицы функциональной составляющей, образуя однородную суспензию, а после охлаждения и затвердения получается пленка, прочно сцепленная с подложкой. Технологическая составляющая играет роль временной связки, смачивающей твердые частицы и придающей пасте пластичность. Эта составляющая содержит органические вещества (ланолин, канифоль и др.), в которые добавляется растворитель. Растворитель впоследствии испаряется в процессе сушки, а основное вещество разлагается или сгорает при вжигании и полностью удаляется из пленки.

Для получения проводящих пленок (соединений, обкладок конденсаторов, контактных площадок) используют пасты, содержащие в качестве функциональной составляющей порошки хорошо проводящих металлов (размеры частиц – единицы микрометров). Соотношение содержания металлического порошка и стекла в пасте примерно 9:1. Широко распространены пасты на основе смеси порошков серебра и палладия: сопротивление проводящей пленки толщиной 10...25 мкм не более 0,05 Ом/ð. В некоторых случаях (например, при повышенных требованиях к надежности и стабильности параметров) используют золотые пасты. Для контактных площадок применяют дополнительное покрытие припойными (лудящими) пастами, не подлежащими вжиганию и упрощающими процесс последующей пайки выводов. С целью снижения стоимости микросхем стремятся использовать пасты на основе неблагородных металлов (Cu, Al, Ni). Однако пленки на основе Аl и Niневозможно паять, что затрудняет монтаж дискретных элементов и выводов. Во избежание окисления пленки, содержащие Сu, надо вжигать в атмосфере нейтрального газа (Аr), что усложняет технологический процесс.

При многослойной системе проводников для межслойной изоляции применяют диэлектрические пасты. Получаемые пленки должны иметь малую диэлектрическую проницаемость для снижения паразитных емкостей. Пасты изготавливают на основе стекол, которые являются одновременно функциональной и конструкционной составляющими. При толщине пленки до 70 мкм обеспечивается паразитная емкость около 100 пФ/см². Эти же пасты применяют для получения защитных покрытий.

Резистивные пасты включают в себя в качестве функциональной составляющей частицы металла и оксида металла (например, Pd и Ag₂O), а диэлектрические пасты для конденсаторов – порошок с высокой диэлектрической проницаемостью (например, сегнетоэлектрик).

Пасты наносят на подложку через трафареты. Наиболее широко распространены трафареты, основой конструкции которых служит сетка из тонкой (30...40 мкм) проволоки из нержавеющей стали с размером ячеек порядка 100 мкм. На сетку нанесена пленочная маска (например, фоторезистивная), полученная с помощью фотолитографии и задающая требуемый рисунок. Минимальные размеры формируемых элементов (разрешающая способность) – сотни микрометров, что существенно больше, чем в тонкопленочной технологии, поэтому плотность элементов невысока. Трафарет выдерживает 400...2000 циклов печати, после чего заменяется.

Пассивные элементы имеют большой разброс электрических параметров (около 30 %). Это объясняется невысокой точностью воспроизведения топологических размеров при трафаретной печати, неконтролируемостью толщины пленок, а также физико-химических процессов при вжигании. В большинстве случаев необходима индивидуальная подгонка резисторов и конденсаторов, например, лазерным методом, производимая автоматизированными установками по заданной программе.

В качестве примера приведем типовую последовательность создания слоев пассивной части толстопленочной гибридной микросхемы: печать, сушка и вжигание проводников и нижних обкладок конденсаторов: печать и сушка диэлектрика; печать и сушка верхних обкладок конденсаторов; совместное вжигание диэлектрика и верхних обкладок; печать, сушка и вжигание резисторов; подгонка параметров элементов; нанесение защитного покрытия и облуживание контактных площадок.