Розглянуто технологічні процеси виробництва багатошарових інтегральних схем на основі кераміки з низькою температурою випалу. Проведено аналіз їх впливу на результатs проведення обчислювального моделювання напружено-деформований-них станів і, як наслідок, довговічності бортовий радіоелектронної апаратури.

Анотація наукової статті за технологіями матеріалів, автор наукової роботи - Пономарьов Сергій Васильович, Сунцов Сергій Борисович


Область наук:
  • технології матеріалів
  • Рік видавництва: 2010
    Журнал: Доповіді Томського державного університету систем управління і радіоелектроніки
    Наукова стаття на тему 'Аналіз впливу технологічного процесу виготовлення багатошарових інтегральних схем на основі кераміки з низькою температурою випалу на результати моделювання напружено-деформованого стану модулів для бортової радіоелектронної апаратури. огляд '

    Текст наукової роботи на тему «Аналіз впливу технологічного процесу виготовлення багатошарових інтегральних схем на основі кераміки з низькою температурою випалу на результати моделювання напружено-деформованого стану модулів для бортової радіоелектронної апаратури. огляд »

    ?УДК 621.396.6

    С.В. Пономарьов, С.Б. Сунцов

    Аналіз впливу технологічного процесу виготовлення багатошарових інтегральних схем на основі кераміки з низькою температурою випалу на результати моделювання напружено-деформованого стану модулів для бортової радіоелектронної апаратури. огляд

    Розглянуто технологічні процеси виробництва багатошарових інтегральних схем на основі кераміки з низькою температурою випалу. Проведено аналіз їх впливу на результатs проведення обчислювального моделювання напружено-деформованих станів і, як наслідок, довговічності бортовий радіоелектронної апаратури. Ключові слова: багатошарові інтегральні схеми, кераміка з низькою температурою випалу, технологія виготовлення, надвисокочастотна техніка, напружено-деформовані стани, радіоелектронна апаратура.

    Розвиток інтегральної технології зробило можливим виконання окремих елементів і цілих функціонально закінчених вузлів як цифровий, так і високочастотної частин пристрою у вигляді малогабаритних інтегральних схем (ІС).

    Новітні багатошарові технології дозволяють об'єднувати всі пасивні компоненти надвисокочастотного (НВЧ) тракту, включаючи антену, в єдину ІС. Використання тривимірної конструкції дозволяє створювати мініатюрні структури з високим ступенем інтеграції і відкриває широкі можливості для поліпшення електродинамічних, масогабаритних, кліматичних, економічних та інших параметрів.

    Перші об'ємні ІС СВЧ-діапазону, ідея створення яких логічно слідувала з досвіду розробки напівпровідникових ІС з високим ступенем інтеграції, використовували монолітно-інтегральну технологію. Останнім часом широкого поширення набула гібридна технологія багатошарових ІС СВЧ-діапазону на основі кераміки з низькою температурою випалу (КНТО), аспектам впливу виробництва яких на довговічність конструкцій, а отже, і надійність модулів на основі КНТО для перспективної бортовий радіоелектронної апаратури (РЕА), і присвячена дана робота.

    В технології багатошарових ІС на основі КНТО можна виділити два самостійних процесу [1]: виготовлення керамічних листів і виготовлення багатошарових структур на їх основі.

    Виготовлення керамічних листів являє собою процес, в якому композитний растрів у вигляді суспензії, що складається з частинок кераміки, боросилікатного скла і різних модифікаторів, наноситься на плоску поверхню, яка називається основою.

    Технологічний процес виготовлення багатошарових структур на основі готових листів КНТО складається з декількох етапів (рис. 1).

    Спочатку листи нарізаються в розмір за допомогою різака або лазерного променя помірної потужності, щоб запобігти передчасному випал КНТО. Матеріали DuPont Green Tape перед проведенням наступних технологічних операцій вимагають попередньої просушки.

    Потім механічним способом або лазером в листах пробивають отвори для між-шарових з'єднань.

    На наступному етапі на керамічні листи методом трафаретного друку наноситься малюнок топології провідних шарів.

    Після заповнення отворів для міжшарових з'єднань і нанесення провідних шарів проводиться сушіння протягом 5-30 хв при температурі 80-120 ° С в залежності від типу матеріалу.

    Керамічні листи з нанесеним топологічним малюнком збираються в «стек», і потім під тиском зводяться разом - ламинируются. Існує два способи ламінування. Перший спосіб - так зване одновісне ламінування - полягає в тому, що стопка листів поміщається на 10 хв під механічний прес з тиском в 200 бар, розігрітий до 70 ° С. Даний спосіб не підходить для багатошарових структур, в яких передбачається наявність порожнин, розкритих вікон і т.д. основною проблемою

    208

    ТЕХНОЛОГІЯ наноелектроніки СВЧ

    одноосного ламінування є «розтікання» кераміки на краях. Це призводить до зміни товщини окремих ділянок кожного листа, що в ряді випадків виявляється критичним, особливо для СВЧ-застосувань [2].

    Пробивання і заповнення Друк

    межсловних з'єднань провідних шарів

    "Сира" кераміка

    нарізка аркушів

    Збір в "стек" і ламінування

    Випал Монтаж навісних

    елементів

    Мал. 1. Технологічний процес виготовлення багатошарових ІС на КНТО

    Другий спосіб - ізостатичне ламінування. Стопка листів в вакуумі упаковується в фольгу і піддається тиску в 350 бар в камері з гарячою водою. Температура і час витримки приблизно такі ж, як і в випадку одноосного ламінування. при цьому способі вдається домогтися менших деформацій керамічних листів в порівнянні з одноосьовим ламінуванням.

    На заключному етапі ламінований стек з керамічних листів поміщається в піч, де листи спікається між собою в процесі випалу. Характерний температурний профіль випалу КНТО структур представлений на рис. 2.

    Мал. 2. Температурний профіль випалювання кераміки марки DuPont Green Тарі 951

    Wl

    i-I

    Час, хв

    Етапи 1, 3 і 5 на графіку температурного профілю (див. Рис. 2) відповідають періодам нагрівання та охолодження кераміки, етап 2 (тривалістю 20 хв) призначений для вигоряння органічних складових, а етап 4 (тривалістю 30 хв) - це безпосередньо процес спікання шарів кераміки, коли відбувається формування єдиної структури.

    У процесі випалу в керамічних листах вигорають сполучні компоненти, внаслідок чого багатошарова структура дає усадку. Для кераміки DuPont Green Tape 951

    усадка знаходиться в межах 12-16% (± 0,2%) - в напрямку координат х і у, і в межах 15-25% (± 0,5%) - в напрямку z координати (товщина).

    У зв'язку з процесом усадки кераміки підлягає зміні її питома щільність, яка варіюється в межах, згідно діаграмі на рис. 3.

    1,424 1,428 1,432 1,436 Питома щільність, г / см3

    1,44

    Мал. 3. Кореляція питомоїщільності кераміки в залежності від усадки в площині XY

    На рис. 4 показаний процес усадки керамічного і металевого матеріалів в залежності від температури. Тут АТ - різниця температур на початковому етапі усадки, і А? показує різницю в кінці спікання. Внаслідок різниці значень температурних коефіцієнтів лінійного розширення матеріалів усадка металу на 15% спостерігається при температурі приблизно в 700 ° С, тоді як кераміка досягає зазначеного значення усадки при температурі в 850 ° С.

    Мал. 4. Графік залежності усадки кераміки і металу від температури

    Висновок. Дані обставини призводять до появи в технологічному процесі випалу багатошарових ІС, відмінних від нуля напруг і деформацій, різного роду розщеплення, розшарувань, здуття модуля, неврахування яких, як передбачається, позначиться на результатах проведення обчислювального моделювання напружено-деформованих станів і, як наслідок, довговічності бортовий радіоелектронної апаратури.

    Робота виконана в порядку реалізації Постанови № 218 Уряду РФ і договору № 2148 від 05.07.2010 р ТГУ з ВАТ «ІСС» ім. академіка М.Ф. Решетнева.

    література

    1. Yoshihiko Imanaka. Multilayered Low Temperature Cofired Ceramics (LTCC) Technology. - Berlin: Springer, 2004. - 230 р.

    2. Сімін А. Багатошарові інтегральні схеми надвисоких частот на основі кераміки з низькою температурою випалу / А. Сімін, Д. Холодняк, І. Вендік // Компоненти та технології. - 2005. - № 5. - С. 190-196.

    Пономарьов Сергій Васильович

    Канд. фіз.-мат. наук, зав. лабораторією НДІ ПММ ТГУ

    Тел .: 8-903-952-81-97

    Ел. пошта: Ця електронна адреса захищена від спам-ботів. Вам потрібно увімкнути JavaScript, щоб побачити її.

    Сунцов Сергій Борисович

    Начальник відділу конструювання бортовий РЕА

    ВАТ «Інформаційні супутникові системи» ім. академіка М.Ф. Решетнева (м Железногорськ)

    Тел .: 8-908-020-38-25

    Ел. пошта: Ця електронна адреса захищена від спам-ботів. Вам потрібно увімкнути JavaScript, щоб побачити її.

    Ponomarev S.V., Suncov S.B.

    An influence analysis of technological process of the multilayered integrated circuits manufacturing with the use of low burning temperature ceramics on the stress-strain state simulation results of the onboard electronic equipment modules. Review

    The technological processes for manufacturing the multilayered integrated circuits based on low temperature burning ceramics are considered. The analysis of their influence on the computer simulation results of the stress-strain state and, as a consequence, the durability of onboard electronic equipment, is carried out.

    Keywords: multilayered integrated circuits, low burning temperature ceramics, production technology, microwave technology, stress-strain state, radioelectronic equipment.


    Ключові слова: багатошарові інтегральні схеми / кераміка з низькою температурою випалу / технологія виготовлення / надвисокочастотна техніка / напружено-деформовані стани / радіоелектронна апаратура

    Завантажити оригінал статті:

    Завантажити