Hordozók Hibrid Integrált Áramkörök, k, HIC Az alábbi bemutató egyes ábráit a Dr. Illyefalvi Vitéz Zsolt Dr. Ripka Gábor Dr. Harsányi Gábor: Elektronikai technológia, ill. Dr Ripka Gábor: Hordozók, alkatrészek és szereléstechnol stechnológiák c könyvek k CD mellékleteib kleteiből l vettem át, a szerzők k hozzájárul rulásával. Mechanikai tartás Nagy szilárds rdság g kis vastagság g esetén n is Jó darabolhatóság Egyenletes lemezvastagság, g, síklaps klapúság, felületi leti érdesség: max 1..2 µm m (vastagréteg) teg) Villamos szigetelés: s: felületi, leti, térfogati t alkáliszeg liszegény anyagok Hőelvezetés: terhelhetőség Hőtágulás: illeszkedjen a réteghez, r TK romolhat Felületi leti tisztaság A szigetelőalap alapú hibrid IC-k típusai, főf jellemzői Szigetelőanyag hordozón integrált passzív v hálózath beültetett aktív v (diszkrét t passzív) elemek. Rugalmas gyárt rtás, kis sorozatokban is gazdaságos, gos, elsősorban sorban berendezés-orient orientált eszközk zként. Anyag üveg (Corning 7059) Al 2 O 3 zafír kvarc Hővez. kép. p.w/mk 0,0003 0,021 0,021 0,0008 Hőtág. 10-6 /K 4,6 6,0 5 6,6 0,55 ε rel 5,75 9,5 9,4..11, 5 3,75 tgδ 10-3 3,6 0,3 0,1 0,1 Felületi leti érd. µm 0,02 0,03..0,15 0,025 0,025 BeO 0,13 6,0 6,4 0,3 0,4 Vékonyréteg n x 10 n n x 100 nm Vákuumtechnikai eljárások: gőzölés, g porlasztás Hordozó: üveg Min. vonalszéless lesség: 25-50 50 µm Vastagréteg teg 10 50 µm Szitanyomtatással felvitt paszták Hordozó: : (Al 2 O 3, AlN, BeO) Min. vonalszéless lesség: 125-250 250 µm Azonos (hasonló) beültethető elemkészlet Vékonyréteg HIC Réteganyagok rétegek jó tapadás kis fajlagos ellenáll llás zajszegény kontaktus lágyforrasztható vagy huzalkötésre alkalmas Rétegrendszerek: Al, NiCr-Ni Ni, NiCr-Au Au, Cr-Cu Cu-Au, Ti-Au Au, Ti-Pd Pd-Au, Ti-NiCr NiCr-Au Ellenáll llás rétegek R = 10 1000 1000 Ω/ TK kisebb ± 100 ppm Értékek stabilitása sa (öregedés, szemcseszerk. változás, korrózi zió,, oxidáci ció) TK együttfut ttfutás Anyagok: Ta (TaN), NiCr 1
Szigetelőrétegek tegek Típusok: Kondenzátor dielektrikum Kereszteződések sek közötti szigetelés Anyagok: Ta 2 O 5, SiO,, SiO 2, MgF 2, Si 3 N 4 Átlátszó vezető bevonat Kijelzők k nézeti n oldalán R: 10Ω 1k 1kΩ Fényáteresztés: s: ~ 80% Fotolitografálhat lható Anyag: ITO: In 2 O 3 SnO 2 Elektronsugaras gőzölésg Magasabb hőmérsh rséklet nagyobb op-ú anyagok is gőzölhetők Kisebb felületr letről Csak a saját t anyaggal érintkezik, tisztább Nagyobb rétegr tegnövekedési sebesség Elektronsugár tégely Hűtő -víz Vákuumpárologtatás Katódporlaszt dporlasztás Vákuumtechnológiák k előnye: tisztaság Forrást stól l adott távolst volságra a hordozón n a részecskr szecskék kondenzálódnak dnak Ha p ~ 10-5 mbar, az átlagos szabad úthossz λ ~ 1m, a részecskr szecskék k egyenes vonalban (ütk( tközés, szennyeződés s nélkn lkül) l) érik el a hordozót. Nagyvákuum térbe t Ar gáz 0,1..10..100mbar nyomásig, elektronok ütköznek az Ar atomokkal Ar + ionok létrehozása Gázkisülés Target nagy negatív v potenciálon, Ar + beleütk tközik, bevonó anyag részecskr szecskéit löki l ki lerakódik a hordozón Nagyobb rétegr tegépülési sebesség, Nem kell magas hőm. h target (- kv) Triódás katódporlasztás anód - Ar katód + - szelep hordozó szivattyú kupola forgatás Vákuumgőzölő: Anyag felfűtése, hogy a gőznyomása 10-4 10-3 mbar legyen Közvetlen fűtésf Közvetett fűtés: f W csónak (magas op,, nem ötvöződik) Hordozók k gömbfelg mbfelületen, leten, forgatva. Rétegvastagság g számíthat tható, mérhető Ötvözet gőzölés: g figyelemmel a gőznyomg znyomás-különbségre vagy flash gőzölés áram hordozók búra forrás szivattyú Reaktív porlasztás A nemesgáz z mellett még g olyan gázt g is kevernek a vákumtérbe, amely a targetből kilépő atomokkal reagál és s beépül l a rétegbe. r Pl: TaN,, Si 3 N 4, Al 2 O 3 Rádiófrekvenciás porlasztás Szigetelőanyagok porlasztására ra Target nem töltt ltődik fel Target potenciálja folyamatosan negatív 2
A legfontosabb fejleszté fejlesztési terü területek Egyé Egyéb vé vékonyré konyréteg technoló technológiá giák CVD: Chemical Vapour Deposition PVD: Physical Vapour Deposition Sol gel: gel: oldatbó oldatból hidrolí hidrolízis kondenzá kondenzáció ció szemcsenö szemcsenövekedé vekedés rétegszerkezet képz. pz. Self assembly: önszervező nszerveződő nanostruktú nanostruktúrák Rajzolat kialakí kialakítása Fotolitográ Fotolitográfia, fia, folyé folyékony reziszt, reziszt, felvitel centrifugá centrifugálással A ré rétegek nagy ré része nehezen maratható maratható LiftLift-off technika =fordí =fordított rezisztmaszkos eljá eljárás A tiszta hordozó hordozón fotorezisztbő fotorezisztből alakí alakítjuk ki a negatí negatív ábrá brát Erre gő gőzöljü ljük (porlasztjuk) a ré réteget Gőzölt réteg Reziszt Hordozó Érté rtékbeá kbeállí llítás Gyakorlatilag csak ellená ellenállá llás Utó Utólag R csak nö növelhető velhető R=ρ l w s Bármelyik tag vá változtatható ltoztatható, de leggyakoribb l növelé velés ( s csö csökkenté kkentés) w csö csökkenté kkentés: Ta, Ta, TaN anó anódos oxidá oxidálás 3
Lézeres érté rtékbeá kbeállí llítás VHICVHIC-k felé felépítése R pá pálya hosszá hosszának nö növelé velése Folyamatos: bevá bevágás az R felü felületbe Szakaszos: rö rövidzá vidzárak átvá tvágása Nd:YAG Nd:YAG lé lézer Beá Beállí llítás alatt folyamatos R mé mérés Ellenállás Ellenállá s Kerá Kerámia hordozó hordozó Al2O3, AlN Nyomtatott vezető vezetőhálózat, passzí passzív elemek Pasztá Paszták Komponensek: Funkcioná Funkcionális anyag Végleges kö kötőanyag (üvegkerá veg) Átmeneti kö kötőanyag Szerves oldó oldószer (viszkozitá (viszkozitás, tixotró tixotrópia) pia) Speciá Speciális adalé adalékok Paszta tí típusok Vastagré Vastagréteg hibrid IC pasztá paszták Követelmé vetelmény: jó vezető vezetőképessé pesség, kompatibilitá kompatibilitás a tö többi pasztá pasztával, tapadá tapadás a hordozó hordozóhoz köthető thető, forrasztható forrasztható PdPd-Ag, Ag, PtPt-Ag, Ag, PdPd-Au, Au, PtPt-PdPd-Ag, Ag, Au, Cu Beé Beégeté getéskor a fé fémes és az üveges fá fázis szé szétvá tválik, tapadá tapadás, vezeté vezetés is javul. Üvegtart. vegtart. kb. 2020-30% fém üveg Az alá alábbi bemutató bemutató egyes ábrá bráit a Dr. Illyefalvi Vité Vitéz Zsolt Dr. Ripka Gábor Dr. Harsá Harsányi Gá Gábor: Elektronikai technoló technológia, ill. Dr Ripka Gábor: Hordozó Hordozók, alkatré alkatrészek és szerelé szereléstechnoló stechnológiá giák c kö könyvek CD mellé mellékleteibő kleteiből vettem át Ellená Ellenállá lláspasztá spaszták Funkcionális fázis: fém, fémoxid Üvegfázis nagyobb arányban R nő az üvegfázis növelésével R PdPd-Ag tartomá tartomány 100Ω 100Ω - 100k Ω TKR (ppm (ppm)) ±300 ±500 AuAu-PtPt-Ir 100Ω 100Ω - 10M Ω ±100 RuO2 100Ω 100Ω - 10M Ω ±50 Bi2Ru2O7 100Ω 100Ω - 10M Ω ±100 4
Vastagré Vastagréteg beé beégető gető kályha hőprofilja Ellená Ellenállá llás Szigetelő Szigetelőpasztá paszták Pasztasorozat deká dekádonké donként 10 Ω - 10M Ω deká dekádonké donként, a köztes érté rtékek kikeverhető kikeverhetők Összeté sszetétel: vezető 20% vezető: kötőanyag: 50% oldó 27% oldószer: Szigetelő Szigetelőréteg: crossover/ crossover/multilayer Kondenzá Kondenzátor dielektrikum Védőréteg 1: szerves anyagok kiégnek 2:Üvegkomponens megolvad 3: a funkcionális fázis szemcséi összeépülnek 4: lassú hűtés Beé Beégető gető kemence Crossover: Crossover: több ré réteg egymá egymáson diffú diffúzió zió nem lehet rétegenké tegenként beé beégeté getés üvegkerá veg Üveg összeté sszetétel, első első hőkezelé kezeléskor lá lágyul, megolvad, majd lehű lehűlés közben kristá kristályosodik. Op (kristá (kristály)>tl (üveg) 2. Ré Réteg beé beégeté getésekor az alsó alsó réteg má már nem lá lágyul, nem olvad meg. Kondenzá Kondenzátor dielektrikumok: Anyaga: üvegkerá veg, ferroelektromos kristá kristály BaTiO3 1pF/mm2 0,3nF/mm2 Fegyverzet: Au, Ag Rétegek kompatibilitá kompatibilitása Védőréteg: alacsony OpOp-ú üveg Technoló Technológia Szitanyomtatá Szitanyomtatás Beé Beégeté getés Követelmé vetelmények: Adott ré rétegvastagsá tegvastagság 10 80 (200) µm Rajzolatfinomsá Rajzolatfinomság Algú Algútkemencé tkemencében Tervezett hőprofil Szabá Szabályozott kemencekemence-atmoszfé atmoszféra 4 6-8 zó zónás kemencé kemencék Multichip modulok Önálló lló egysé egység: Közös hordozó hordozón tö több IC chip Integrá Integrált vezető vezetőhálózat Beá Beágyazott passzí passzív elemek Típusok: MCMMCM-L: (laminá (laminált), fő főképp NYÁ NYÁK technoló technológiá giával MCMMCM-C: (kerá (), vastagré vastagréteg technoló technológia (magas és alacsony hőmérsé rsékleten égetett) MCMMCM-D: (deposited (deposited)) vé vékonyré konyréteg technoló technológiá giával MCM-L 5
HTCC: High Temperature Co-Fired Ceramic Hordozó Al 2 O 3, kiéget getés ~1600 C-on, fémezés s csak Mo,, W Többrétegű,, eltemetett passzív v elemek, felszínen vastagréteg teg IC Furatok készk szítése se még m g nyers állapotban LTCC: Low Temperature Co- Fired Ceramic Hordozó üveg, kiéget getés 850 C-on, vezető és ellenáll llásanyagok, mint vastagrétegn tegnél Többrétegű,, eltemetett passzív elemek, felszínen vastagréteg teg IC Furatok készk szítése se még m g nyers állapotban MCM típusok t összehasonlításasa IBM Power5 CPU using MCM-C technology as a 95x95 mm module MCM-D Többrétegű vékonyréteg modul Gyárt rtás: 1. Poliimid film készk szítés s folyadékf kfázisból l centrifugálással 2. Al fémezés s leválaszt lasztása sa PVD (CVD) eljárással 3. Fotolitográfia fia,, nedves maratás 4. Poliimid réteg centrifugálása 5. Via maratása 6. 1 5 lépések l ismétl tlése 6