Eredmények és feladatok a hibrid vastagréteg technikában ETO

D U T K A TIBOR—DR. SZABÓ W O L L I T Z E R GYÖRGY:

LÁSZLÓ—

Eredmények és feladatok a hibrid vastagréteg technikában ETO

Általános áttekintés A magyar elektronikai ipar előtt álló hosszú t á v ú feladatok, elektronikai a l k a t r é s z i p a r u n k jelenlegi helyzete, egyre fokozottabban előtérbe állítják az alkatrészipar megoldásra v á r ó kérdéseit, a korszerű alkatrészek fejlesztésének és termelésének prob­ lémáit. A I V . ötéves t e r v i d ő s z a k b a n elért eredmények, hosszú t á v ú prognózisok sokoldalúan elemzett adatai azt m u t a t j á k , hogy a félvezető alapú integrált á r a m ­ körök és az elektromechanikai elemek mellett a szi­ getelő alapú integrált á r a m k ö r ö k v o n a t k o z á s á b a n v á r h a t ó az igények legdinamikusabb fejlődése, és en­ nek megfelelően sűrűsödnek a megoldásra v á r ó fel­ adatok is. E t e r m é k c s o p o r t n a k , berendezésorientált és integrált jellegénél fogva közvetlen k i h a t á s a lesz a berendezések á r a m k ö r i felépítésének korszerűsé­ gére, ezért az igényeknek nemcsak a minőségi és mennyiségi v o n a t k o z á s a lesz fontos, hanem a funk­ ció/egység száma is. A szigetelő alapú vastag- és vékonyréteg á r a m k ö r i technika m a g á b a n hordozza egyrészt a t o v á b b i i n ­ tegrálás lehetőségét (többrétegű t e c h n i k á k ) , másrészt egyenes folytatásaként t e k i n t h e t ő a passzív RC elemek fejlődésének. Biztosra vehető a felhasználás kiterjesztése az igen nagy frekvenciás t a r t o m á n y o k r a , t o v á b b á a bővülő alkalmazási k ö r t szolgáló technológiai eljárások d i ­ namikus változása. A z á r a m k ö r ö k berendezésorien­ t á l t jellege m i a t t igen fontos feladat lesz a berende­ zésgyártó és alkatrészipar közötti szoros, alkotó e g y ü t t m ű k ö d é s biztosítása. Ebben az alkatrészcsoportban rendkívül h a t é k o n y kutatás-fejlesztésre és intenzív gyártásbevezetésre lesz szükség, ha lépést akarunk tartani a világ alkat­ résziparában végbemenő fejlődéssel és k i akarjuk elégíteni a berendezésgyártó iparunk igényeit. A szigetelő alapú i n t e g r á l t á r a m k ö r ö k termékcso­ portjából a t o v á b b i a k b a n a vastagréteg á r a m k ö r ö k ­ kel foglalkozunk részletesebben, de egyes esetekben utalunk a hibrid integrált á r a m k ö r ö k teljes techno­ lógiai választékára. Az elmúlt évtized kutatási-fejlesztési eredményei­ nek a l a p j á n (az alaptechnológia beállítása 1969 — 70. években t ö r t é n t meg H I K I — R E M I X e g y ü t t m ű k ö ­ dés keretében, felhasználva a passzív alkatrészek t ö b b m i n t 40 éves hazai fejlesztéséből származó ta­ pasztalatokat is), h a z á n k jelenleg saját k u t a t ó - és •kísérleti g y á r t ó bázissal rendelkezik a hibrid integ­ r á l t technika minden lényeges v á l t o z a t a területén. Természetesen egy adott technológia, e s e t ü n k b e n a v a s t a g r é t e g á r a m k ö r i technológia nem ö n m a g á é r t terjedt el, a l k a l m a z á s á t és elterjedését a felhasznál­ h a t ó s á g és a gazdaságosság h a t á r o z z á k meg. Ma m á r

621.3.049.776.21

a vastagréteg á r a m k ö r i technológiával előállított á r a m k ö r ö k e t , a k á r ellenálláshálózatról, a k á r h i b r i d kivitelről legyen szó, számítógépekben, m ű s z e r e k b e n , erősítőkben, híradástechnikai berendezések építőele­ m e i k é n t , a gépjármű elektronikában, a s z ó r a k o z t a t ó elektronikában, a gyógyászatban, a r a k é t a t e c h n i k á ­ ban, az űrhajózásban e g y a r á n t felhasználják, s al­ kalmazási területeik száma egyre növekszik. B á r a hibrid technika viszonylag rövid m ú l t r a te­ k i n t vissza, alkalmazása jelentősen elterjedt és a v i ­ lág teljes elektronikai alkatrész-felhasználásában f i ­ gyelemre méltó h á n y a d o t képvisel napjainkban is és a jövőben m é g i n k á b b , ahogy azt a k ö v e t k e z ő t á b l á z a t is mutatja: Megnevezés

1965

1975

1985

A világ teljes elektronikai alkatrész-felhasználása (m$)

9870

21 319

45 654

Ebből: hibrid IC (m$)

388

953

2442

Részarány (%)

3,9

4,5

5,2

Megiegyxés: a táblázat az ELECTRONIC INDUSTRIES A S S O C I A T I O N ( E I A ) e g é s z világra v o n a t k o z ó , 1965—1975. é v i t é n y - és prognózisadatainak felhasználásával készült (Washington, 1972. m á j u s ) .

Egyes források szerint: — A z USA 1972. évi integrált á r a m k ö r i f o r g a l m á b a n a hibrid á r a m k ö r ö k és integrált hálózatok é r t é k ­ ben 18,7?/o-ot képviseltek. — N y u g a t - E u r ó p á r a v o n a t k o z ó becslések a h i b r i d á r a m k ö r i termelés értékben kifejezett n ö v e k e d é ­ sét 1970—75 k ö z ö t t évi 38%-ban a d t á k meg, míg 1975—80 k ö z ö t t évi 29% növekedést v á r n a k . — J a p á n b a n a hibrid á r a m k ö r ö k területén 1980-ra 1975-höz képest háromszoros növekedés v á r h a t ó , ami a hibrid á r a m k ö r ö k 16 — 18%-os részesedését eredményezi a teljes integrált á r a m k ö r i forgalmon belül, az 1970. évi 8%-kal szemben. — A z I S H M , az á r a m k ö r g y á r t ó k a t és felhasználó­ k a t m a g á b a foglaló Nemzetközi H i b r i d M i k r o ­ elektronikai Társaság 1977. évi közlése szerint az USA 1977. évi teljes h i b r i d integrált á r a m k ö r i g y á r t á s a 1,2 m r d $-t, a n y u g a t - e u r ó p a i g y á r t á s mintegy 200 m $ - t t e t t k i és a növekedés tenden­ ciája különösen az USA-ban s z á m o t t e v ő . Ezen tekintélyes termelés t ú l n y o m ó többsége vastag­ réteg t e c h n i k á r a épül. Az előzőekből l á t h a t ó , hogy a hibrid á r a m k ö r ö k , s ezen belül a vastagréteg á r a m k ö r ö k i r á n t i igény folyamatosan növekszik, és figyelembe véve az elekt-

205

HÍRADÁSTECHNIKA

ronikai ipar termékei i r á n t hosszú t á v o n megnyilvá­ nuló érdeklődést, ezek az igények szinte korlátlanok. Melyek azok az előnyök, amelyek a szigetelő alapú i n t e g r á l t á r a m k ö r ö k e t és ezen belül a v a s t a g r é t e g á r a m k ö r ö k e t a felhasználók részére vonzóvá teszik? Ezek a következőkben foglalhatók össze: — A z á r a m k ö r egyedi igények alapján megtervez­ h e t ő és paramétereiben maximálisan igazodhat a berendezés különleges követelményeihez. — A m i n t a p é l d á n y o k viszonylag gyorsan, átlag 3 h ó n a p alatt elkészíthetők és a berendezés fejlesz­ tésekor felmerülő igények, tapasztalatok alapján az á r a m k ö r m ó d o s í t h a t ó . " — K i s sorzatú igény is biztosíthat gazdaságos gyár­ tást. — A szilárd hordozóanyaggal t ö r t é n ő színterelés és a nemesfémek alkalmazása az á r a m k ö r ö k nagy­ fokú megbízhatóságát eredményezik. — A v a s t a g r é t e g h á l ó z a t b a — a feladatnak megfe­ lelően — tetszés szerinti a k t í v és pásszív hibrid elem, illetve ezek kombinációja, valamint félve­ zető alapú integrált á r a m k ö r ö k is (tokozott vagy chip kivitelben) b e ü l t e t h e t ő k . — Nagy előnye ennek a technológiának egyéb tech­ nológiákkal szemben a különleges tisztasági k ö ­ v e t e l m é n y e k t ő l mentes a d d i t í v előállítási- folya­ mat. — A diszkrét elemekből szerelt egységekhez képest csökkent a forrasztási helyek és egyéb csatlako­ zási pontok száma. — A félvezető technikához k é p e s t a szükséges gépi b e r u h á z á s o k viszonylag csekélyek, a berendezések a g y á r t á s i folyamatban sokszorosan és rugalma­ san k i h a s z n á l h a t ó k . — A folyamat a u t o m a t i z á l á s a á teljességig fokoz­ h a t ó . Egyes nemzetközi számvetések 9—3%-os b é r k ö l t s é g h á n y a d d a l számolnak. — A kis térfogat és csekély súly m i a t t jelentős anyagm e g t a k a r í t á s adódik, amely különösen a nemes­ fémek v o n a t k o z á s á b a n figyelemreméltó. — A technológiai folyamat során környezetszennye­ ző anyag nem keletkezik. — A z alkalmazott hordozó k e r á m i á k jó elektromos tulajdonságai, az alkatrészek és vezetők geomet­ riája, elrendezése kedvező, jól r e p r o d u k á l h a t ó nagyfrekvenciás t u l a j d o n s á g o k a t eredményez, amelyek 10 GHz feletti f r e k v e n c i a t a r t o m á n y b a n is felhasználhatóvá teszik a v a s t a g r é t e g techno­ lógiát. — Ugyanazon geometriai m é r e t mellett különböző nagyságrendbe t a r t o z ó ellenállásértékek valósít­ h a t ó k meg, dekadikus fajlagos ellenállású paszta sorozatokkal. — Azonos technológiával állítható elő vezető-szige­ telő-ellenállás h á l ó z a t o k rétegrendszere, és ez biz­ tosítja a csoportos integrálás lehetőségét, a na­ gyobb bonyolultságot, nagyobb megbízhatóságot. — A j ó minőségű szigetelőpaszták a t ö b b jelsíkos (multilayer), t e h á t h á r o m dimenziós hálózatok elkészítését is lehetővé teszik. — A v a s t a g r é t e g á r a m k ö r ö k hőleadása a j ó h ő v e ­ zető képességű k e r á m i a h o r d o z ó k közvetítése ú t ­ j á n egyszerűen biztosítható (kis hőellenállású tokkonstrukció).

206

X X I X . É V F . 7. S Z .

— A vastagréteg á r a m k ö r i elemek a r ö v i d idejű t ú l ­ terheléseket, hőlökéseket jól elviselik. A jó h ő ­ vezető képességű hordozó ezen felül g á t o l j a me­ leg pontok kialakulását. A jelenlegi vastagréteg technológia az 1960-as évek technológiájától nem az a l a p v e t ő eljárások te­ k i n t e t é b e n különbözik, hanem fejlettségi szintjében, minőségi m u t a t ó i b a n , és alkalmazási t e r ü l e t é h e k je­ lentős kibővülésében változott meg. A k o r á b b i R h á l ó z a t o k mellett bonyolult h i b r i d á r a m k ö r ö k , s ő t igen nagy á r a m k ö r i bonyolultságot j e l e n t ő komplex hibrid á r a m k ö r ö k is egyre nagyobb s z á m b a n készül-* nek. A vastagréteg technológia rövid ismertetése A szitanyomtatott vastágréteg hibrid á r a m k ö r ö k elő­ állítását a következőkben megadott technológiai fo­ l y a m a t á b r a alapján ismertetjük ( 1 . á b r a ) . A k o n k r é á r a m k ö r ö k n é l értelemszerűen t ö b b lépés is kimarad­ hat. (Az ismertetésben feltüntetett s z á m o k megegyez­ nek a technológiai folyamatábra megfelelő s z á m o z á s á t val.) Az á r a m k ö r ö k kifejlesztése (1) a h i b r i d i n t e g r á l t á r a m k ö r i t e c h n i k á b a n szoros e g y ü t t m ű k ö d é s t k í v á n a technológusokkal, mert a r é t e g t e c h n i k á b a n a ha­ g y o m á n y o s alkatrészek tulajdonságaitól a l a p v e t ő e n eltérő á r a m k ö r i elemválaszték és m e g v a l ó s í t á s lehet­ séges, i l l . gazdaságos. A végleges kapcsolási rajz és á r a m k ö r i követel­ ményrendszer alapján készül a mesterrajz 10...20szoros nagyítással, majd erről a m e s t e r f o t ó (2) 16-... 20-szoros kicsinyítéssel. A mesterfotóról k o n t a k t m á ­ solással készítik a szitamaszkot, a m i t feszes szitaszö­ vetre rögzítenek. A rétegek v a s t a g s á g a és egyenletes­ sége az alapanyagok minőségétől (hordozók, p a s z t á k ) , a s z i t a n y o m t a t ó berendezés beállításától és a szita finomságától, valamint feszességétől függ. Az elkészített szitamaszkkal precíziós szitanyom­ t a t ó berendezések egymás u t á n i lépésekben (4—9) n y o m t a t j á k a vezető, szigetelő és é l l e n á l l á s p a s z t á k a t (5) a megfelelően t i s z t í t o t t a l u m í n i u m o x i d k e r á m i a hordozóra (3). A vezető réteg biztosítja az á r a m k ö r i elemek elekt­ romos összeköttetését, a hibrid elemek szerelhetősé­ gét, valamint az á r a m k ö r ö k k i v e z e t ő lábsorának rögzítését. A vezető rétegek legfontosabb jellemzője a t a p a d ó ­ szilárdság és a vezetőképesség. H a egy á r a m k ö r b e n szigetelt vezető kereszteződést vagy k a p a c i t á s t kell megvalósítani, szigetelő/dielektromos rétegek szita­ n y o m t a t á s a válik szükségessé. A szigetelő/dielektro­ mos rétegek legjelentősebb jellemzői a relatív d i elektromos állandó és veszteségi t é n y e z ő nagysága, szigetelési ellenállása és k o m p a t i b i l i t á s a a t ö b b i p a s z t á v a l , i l l . a technológia lépéseivel. A t ö b b r é t e g ű s t r u k t ú r á k vezető-szigetelő-vezető rétegeit ismételt n y o m t a t á s s a l és beégetéssel lehet k i ­ a l a k í t a n i (8). Az ellenállásértékek nagyságrendjétől függően m á s és m á s típusú paszta alkalmazása szükséges a k ü l ö n ­ b ö z ő ellenállások megvalósításához. Á l t a l á b a n leg­ feljebb h á r o m különböző fajlagos ellenállású p a s z t á t alkalmaznak egy-egy á r a m k ö r előállításánál.

DUTKA T.-DR.

SZABÓ L . — W O L L I T Z E R

A szitanyomtatott vastagréteg

© ©

G Y . :H I D R I D VASTAGRÉTEG T E C H N I K A

hibrid áramkörök

technológiai

folyamatábrája

Aramkor kifejlesztés (tervezés, deszkpmode/l bemérés, kapcsolási rajz, áramköri követelmények kidolgozása.

Mesterfotók készítése Sziták készítése Szihmaszkok készítése

Tisztított Al 0 Kerámia hordozó z

Alsó vezető reteg szitanyomtatása és beégetése

3

©

Alkalmas paszták illeszkedő pasztasorok

t

T

Szigetelő jdielektromos réteg síitqnyomtatása és beégetése

©

Második vezető réteg szitanyomtatása és beégetése

(D

TJsméTlodoen vezeTo^szige] \te/ö rétegek szitanyomía-\ jósa beégetése |

©

Ellenallasretegek nyom­ tatása és beégetése (paszta típusonként)

ha nem megfelelő: mester foto módo­ sítás

Elektromos mérések (szúrópróba) J Ellenállás, , érték mó dosi tas

T

Kivezetők, hibrid alkat­ Kivezetösor, hibrid részek felszerelése alkatrészek

T Funkcionális mérés

I

®

Tokozás bélyegzés

«•

\

®

Vegmeres

Tokozás anyagai Típus és megbízhatósági vizsgálatok IH550-DSW11

1. ábra

Az ellenállások fontos jellemzője az ellenállásérték, t ű r é s , hőfoktényező és zajtényező. A n y o m t a t o t t és é g e t e t t ellenálláshálózatokat az ellenállások mérésével ellenőrzik, szúrópróbaszerűen, vagy kritikus h á l ó z a t o k n á l minden p é l d á n y o n (11). Amennyiben a mérési adatok szerint valamelyik paszta fajlagos ellenállása; esetleg egy különleges a l a k ú vagy elhelyezkedésű ellenállás é r t é k e eltér a tervezett é r t é k t ő l , ú g y a megfelelő mesterfotót m ó ­ dosítják (10) és új szitamaszkot készítenek. Szűkebb — á l t a l á b a n 5—10%-nál szigorúbb — t ű ­ rés igénye esetén a k í v á n t é r t é k beállítása az ellen­ állások beégetése u t á n homokfúvással vagy lézer­

sugárral t ö r t é n i k (12). Az értékbeállítást ( t r i m m e l é s t ) mérés és a hibrid alkatrészek, valamint a k i v e z e t ő sor felszerelése k ö v e t i (13, 14). A funkcionális mérés (15) a l a p j á n megfelelőnek m i ­ n ő s í t e t t á r a m k ö r ö k t o k o z á s r a (16,17) k e r ü l n e k , majd a t o k o z á s u t á n minősítő végmérésen (18) esnek á t . A s z a b v á n y előírásai szerint az egyes g y á r t o t t t é t e ­ lekből statisztikai módszerekkel kiemelt á r a m k ö r ö k t í p u s - és megbízhatóság vizsgálatra k e r ü l n e k (19). A t o v á b b i a k b a n a v a s t a g r é t e g technika jellegzetes a l a p a n y a g a i r ó l és területeiről adunk rövid értékelést, úgy mint:

207

HÍRADÁSTECHNIKA

— — — — —

kerámiahordozók, vastagréteg paszták, értékbeállítási m ó d o k , tokozási m ó d o k , felhasználható hibrid alkatrészek.

2

3

— ismétlődő, hirtelen hőmérséklet-változásnak jól ellenáll, a v a s t a g r é t e g t e c h n i k á b a n alkalmazott fémpaszták 800—1000 °C körüli beégetési h ő m é r ­ sékletén is f o r m a t a r t ó ; — hővezető képessége k b . egy nagyságrenddel na­ gyobb az üvegnél, s így megfelelő hődisszipáció biztosítható; — kompatibilis a v e z e t ő p a s z t á k k a l , i l l . a felvitt r é ­ tegekkel; — nagy fajlagos felületi és térfogati ellenállása k ö ­ v e t k e z t é b e n az á r a m k ö r elemei k ö z ö t t i villamos átvezetést a minimálisra csökkenti; — stabil és kedvező dielektromos sajátosságokkal rendelkezik; — jól ellenáll a homokfúvásos értékbeállításnál fel­ lépő igénybevételnek; — gazdaságos, b á r előállítási á r a magasabb^ a hagyo­ m á n y o s szilikát k e r á m i á k vagy üvegek előállítási áránál. A v a s t a g r é t e g á r a m k ö r i felhasználásra legalkalma­ sabb a 96% A 1 0 t a r t a l m ú lapka. Ennek oka a k ö ­ v e t k e z ő k b e n k e r e s e n d ő : a v a s t a g r é t e g előállítási el­ j á r á s a k e r á m i á b a n levő üvegfázis és a vastagréteg paszta a n y a g á n a k üvegkomponense k ö z ö t t i kölcsön­ h a t á s o n alapul. A k e r á m i á b a n az üvegfázis — amely a szemcsenövekedést gátló adalékok és az alumínium­ oxid kölcsönhatásakor keletkezik a színterelés h ő m é r ­ sékletén — biztosítja a „ v a s t a g r é t e g e k " jó t a p a d á s á t , ugyanis a vastagréteg p a s z t á k a beégetés alatt ehhez az üvegfázishoz k ö t n e k . Tekintettel arra, hogy ma­ gasabb (pl. 99,5%) alumíniumoxid tartalom mellett nem alakul k i a hordozóban ilyen üveges fázis, az ilyen hordozóra a szitanyomással felvitt szokásos v a s t a g r é t e g adhéziója gyenge. A tapasztalatok sze­ r i n t adhézió szempontjából a legkedvezőbb a D6% A 1 0 t a r t a l m ú kerámiahordozó. 90% A 1 0 tartalom alatt a k e r á m i á k gyakran mutatnak nem egyenletes adalékelosztást, ami a pasztaanyagokkal t ö r t é n ő re­ akció a l k a l m á v a l az ellenállásértékek nagy szórásá­ hoz vezet. A teljesség k e d v é é r t megemlítjük, hogy ú j a b b a n kifejlesztettek olyan — ü v e g k o m p o n e n s t nem t a r t a l ­ mazó — vastagréteg vezető p a s z t á k a t , melyeknél a réteg és a hordozó közötti kötés kémiai reakció ú t j á n j ö n létre. Ezek az ú n . „ f r i t t m e n t e s " p a s z t á k nagy tisztaságú alumíniumoxid-hordozók esetében is alkalmazhatók. A 96%-os A 1 0 típusú k e r á m i á k m a n a p s á g leg­ gyakrabban alkalmazott előállításakor finom szem­ csés p o r t hoznak létre, nedves vagy száraz közegű őrléssel. A szükséges a d a l é k o k a t fémoxidok formájá­ ban j u t t a t j á k az őrleménybe. Vastagréteg célokra 2

3

3

2

2

208

3

2

3

Ideiglenes k ö t ő a n y a g felhasználásával t ö r t é n n e k a ma legismertebb és leggyakoribb formázások, ame­ lyek a k ö v e t k e z ő k : ,

A v a s t a g r é t e g t e c h n i k á b a n legelterjedtebben alumí­ niumoxid (A1 0 ) kerámiahordozó l a p k á k a t alkalmaz­ nak. A z ilyen t í p u s ú hordozó előnyei a k ö v e t k e z ő k :

2

sz.

á l t a l á b a n 3—6% Si0 -t adagolnak, az A 1 0 tiszta­ sága 99,5—99,7%; az alkáli tartalom nem lehet t ö b b 0,2%-nál.

Hordozók

2

X X I X . É V F . 7.

3

— Öntés. A z egyik leghagyományosabb módszer. L é ­ nyege, hogy előzetes k i v á k u u m o z á s u t á n sík lap­ ra vagy mozgó fóliára öntik a m a s s z á t , a vastag­ ságot éles késsel t ö r t é n ő lehúzással állítják be. A szárítás műveletét m é r e t r e v á g á s k ö v e t i , 15% lineáris zsugorodást véve alapul. — Száraz sajtolás. Az őrleményhez segédanyagot adagolnak, amelyből g r a n u l á t u m készül. A gra­ n u l á t u m o t 1000 k p / c m nyomással f o r m á k b a saj­ tolják. — Kalanderezés vagy hengerlés Szerves segédanyag hozzáadásával teszik képlékennyé az A l 0 - a t . Az így kapott tésztaszerű masszát egy vagy t ö b b henger k ö z ö t t fokozatosan a k í v á n t vastagságra nyújtják, majd az így kapott anyagot a k í v á n t méretekre vágják. — Extruddlás. Szerves segédanyag h o z z á a d á s á v a l a plasztifikált masszát v á k u u m - e x t r u d e r segít­ ségével szalag alakban hozzák l é t r e , amelyet szárítás u t á n a k í v á n t m é r e t e k r e darabolnak. 2

2

3

Az A 1 0 k e r á m i á k felületi érdessége 0,3—2,0 \im k ö z ö t t v á l t o z h a t , az alkalmazástól függően. K e v é s b é igényes alkalmazáshoz megfelelő az 1,0—2,0 [xm felületi érdesség is, ami egyszerű k o p t a t á s s a l is elér­ h e t ő . E n n é l finomabb felület m á r csak csiszolással, polírozással valósítható meg, ami e g y ú t t a l jelentősen emeli az á r a t is. A zsugorítás u t á n i felületi érdesség függ a kiindu­ lási alapanyag szemcseméretétől és az a d a l é k menynyiségétől. Minél d u r v á b b a formázásra szánt alap­ anyag szemcsemérete, és minél t ö b b a d a l é k o t t a r t a l ­ maz, a n n á l érdesebb lesz a kész lapka felülete. A felületi érdesség alacsonyan t a r t á s a mellett k ü ­ lönös figyelmet kell fordítani arra, hogy a l a p k á k v a s t a g s á g á b a n helyi elvékonyodások, vagy k r á t e r e k ne forduljanak elő, mert ezeken a helyeken a felvitt pasztaréteg egyenetlen lesz, ami k á r o s az á r a m k ö r kialakítása szempontjából. Ugyancsak k á r o s a k a „ k i d u d o r o d á s " okozta hibák is, m e r t előfordulhat p l . hogy ezeken a helyeken a vezetőréteg megszakad. Hasonló h i b á k a t okozhat a lapka hullámossága is. Már utaltunk arra, hogy a v a s t a g r é t e g t e c h n i k á b a n a legelterjedtebben a 96%-os a l u m í n i u m o x i d t a r t a l m ú h o r d o z ó k a t használják- A tapasztalatok szerint ez az összetétel biztosítja leginkább a ma elterjedt vezetőés ellenálláspaszták h a s z n á l a t á n á l , k e d v e z ő árszin­ ten, a jó t a p a d á s t , a megbízhatóságot és a r e p r o d u k á l ­ hatóságot. Az á r a m k ö r g y á r t ó i tevékenység elősegítésére egyre t ö b b g y á r t ó vállalat hoz forgalomba r o v á t k á k k a l osz­ t o t t , n y o m t a t á s u t á n tördelhető l a p k á k a t . Ezeket a r o v á t k á k a t valamilyen mechanikus módszer vagy lézersugár segítségéyel „írják be" a l a p k á k b a . Az ismertetett vastagréteg k e r á m i a h o r d o z ó k m é ­ retei a nemzetközileg általánosan elterjedt inch m é ­ retsorhoz igazodnak, de speciális m é r e t e k is előfor­ dulnak. 2

3

D U T K A T . — D R . SZABÓ L . — W O L L I T Z E R

GY.: HIBRID VASTAGRÉTEG

TECHNIKA

K ü l ö n kell hangsúlyozni, hogy az eredményes vas­ tagréteg á r a m k ö r g y á r t á s egyik alapfeltétele az alkal­ mazott k e r á m i a minősége és mérettűrése, amely je­ lentős m é r t é k b e n befolyásolja a sorozatgyártás kiho­ zatali százalékát. Különleges alkalmazásokhoz n á t r o n ü v e g és berilliumoxid (BeO) hordozót is használnak. Ez u t ó b b i ­ nak rendkívül jó a hővezető képessége, ezért nagy teljesítményű á r a m k ö r ö k n é l igen j ó tulajdonságú hordozóanyag lehet. Elterjedését azonban magas ára és a g y á r t á s k o r fellépő mérgező h a t á s o k korlátozzák. É r d e k e s műszaki újdonságot jelentenek az üveg­ mázzal bevont acélhordozók. E l ő n y e i : olcsó, jó h ő ­ vezető képességű, kellő mechanikai szilárdságú. Nor­ mál vagy alacsony hőmérsékletű p a s z t á k k a l való m u n k á r a alkalmas.

többezer órás igénybevétel h a t á s á r a is r e n d k í v ü l kedvező. Mindezek oda vezettek — megfelelő technológiai felkészültséggel párosulva —, hogy a k o r á b b a n csak vékonyréteg technológiával előállítható, egyes k ü ­ lönleges elektronikai építőelemek, mint p l . szűrőháló­ zatok, additív ellenállásmodulok stb. ma m á r vas­ tagréteg hibrid hálózatokkal h e l y e t t e s í t h e t ő k . Nagy előnyt jelent a vastagréteg technológiában a szitanyomással k ö n n y e n felvihető szigetelőanyagok bevezetése. A szigetelőpaszták összetétele a v e z e t ő ­ pasztákhoz hasonló, azzal a különbséggel, hogy a fémkomponens elmarad, helyette az ü v e g k o m p o n e n s t módosítják vagy kerámia jellegű anyagokat hasz­ n á l n a k fel. A szigetelőanyagokat felhasználják:

Vastagréteg paszták és kompatibilitásuk kérdései

— ellenállások védelmére külső b e h a t á s o k ellen, — szigetelőrétegek kialakítására egymás fölé nyom- t á t o t t vezetőrétegek k ö z ö t t , — dielektrikum kialakítására k é t vezető k ö z ö t t kon­ denzátor készítésére.

A vastagréteg technika t a l á n leglátványosabb fejlő­ dése a különféle pasztaféleségek területére a legjel­ lemzőbb. A n y o m t a t á s h o z alkalmazott p a s z t á k f i ­ nomra őrölt fémből, főleg nemesfémekből és oxidjaik­ ból állanak, k ö t ő a n y a g k é n t pedig üvegport, külön­ böző t i x o t r ó p tulajdonságú anyagokat és szerves oldószereket tartalmaznak. A fémek és az adalék­ anyagok a r á n y a i m e g h a t á r o z z á k a felhasználási te­ rületeket. Ezek lehetnek vezetőrétegek, szigetelők (dielektrikumok), i n d u k t i v i t á s o k és ellenállások. Nagy vezetőképességű vezető réteg eléréséhez ara­ nyat, ezüstöt és nikkelt, platina /aranyat, p a l l á d i u m / aranyat, palládium / e z ü s t / aranyat, palládium / r é z / ezüstöt, nagy tartószilárdságú és jó forraszthatósági követelmények kielégítéséhez platina / e z ü s t ö t és pal­ l á d i u m / ezüstöt alkalmaznak. Az arany különösen előnyös, ha huzalkötés alkalmazása is szükséges. A vezetőpaszták terén újdonság a frittmentes paszta. A z ilyen pasztából előállított réteg — szerke­ zetében — közelebb áll a teljesen fémes réteghez. Az adhézióval kapcsolatban e m l í t e t t előnye mellett a r é ­ teg üvegmentessége kedvező a huzalkötés szempont­ jából, valamint jók a nagyfrekvenciás tulajdonságai. A frittmentes és az üvegkötésű paszták k ö z ö t t állnak az új fejlesztésű ú n . „ k e v e r t k ö t é s ű " vezetőpaszták. A vastagréteg ellenálláspaszták fémek, fémoxidok (főleg ruthenium, irídium, tallium, palládium, indium és ezüstoxid), üvegszerű k ö t ő a n y a g o k és egyéb ada­ lékok keverékéből állnak. A v a s t a g r é t e g á r a m k ö r g y á r t ó k rendkívül széles választék közül v á l o g a t h a t ­ nak. A jelenlegi ellenálláspasztákkal elérhető é r t é k t ű r é s jobb, m i n t ± 1 % 10 k ü . . . 5 0 0 k ü t a r t o m á n j ' b a n . A szélsőséges értékeknél a g a r a n t á l t tűrésmező na­ gyobb ( ± 2 % ) , míg 50 M i i felett ± 5 % - r a n ő a t ű r é s ­ mező értéke. Az ellenállások hőfoktényezője a pasz­ t a t í p u s t ó l és a fajlagos ellenállástól függően 500 k i i alatt ± 2 5 0 p p m / ° C - ± 100 ppm/°C k ö z ö t t lehet, míg 500 k Q fölött ± 2 5 0 p p m / ° C a jellemző érték. E p a s z t á k k a l lehetőség van olyan teljesítmény­ szintek elérésére, amelyeket n é h á n y évvel ezelőtt csak a legjobb minőségű vékonyréteg ellenállásokkal sikerült megvalósítani. E z e n k í v ü l a legújabb ellen­ álláspasztákból előállított ellenállások stabilitása

Különösen meggyorsult a fejlődés az u t ó b b i t e r ü ­ leten. K o r á b b a n nyomtatott vastagréteg k o n d e n z á t o ­ rokat nem nagy m é r t é k b e n alkalmaztak. A folyama­ tos fejlesztés azonban oda vezetett, hogy ma m á r elegendő nagy K - j ú anyagok állnak rendelkezésre ahhoz, hogy gazdaságos m é r e t ű s z u b s z t r á t u m o k le­ gyenek előállíthatók az elérni k í v á n t k a p a c i t á s h o z . A gyártási folyamat során nagy figyelmet kell for­ dítani a különféle vezető-, ellenállás- és szigetelő­ anyagok, -rétegek kellő kompatibilitására. Különösen fontossá v á l t a kérdés a többrétegű technológia egyre általánosabbá válása n y o m á n . A technológiai és á r a m k ö r i célkitűzések elérése érdekében olyan vezető és szigetelő pasztarendszereket kellett kidolgozni, amelyeknél: — a vezető p á l y á k anyaga igen magas (700... 1000 °C) hőmérséklet h a t á s á r a sem reagál a szi­ getelőréteg a n y a g á v a l , — nem lép fel jelentős, dielektrumba irányuló anyag­ diffúzió, - a vezető- és szigetelőréteg többszöri újraégetés esetén sem lágyul meg annyira, hogy jelentős m é r t é k ű „ ú s z á s i " , „leomlási" vagy „összecsúszási" jelenség léphessen fel, — a rétegek elektromos tulajdonságai igen gyors működésű á r a m k ö r i komplexumok megvalósu­ lását is lehetővé teszik. Az új p a s z t á k megjelenésével egy időben n a g y a r á ­ n y ú fejlesztői tevékenység folyik a nemesfémeknél olcsóbb, vagy legalábbis a piaci áringadozástól füg­ getlen alapfémek alkalmazási lehetőségeinek felde­ rítésére. A ma használatos legtöbb v a s t a g r é t e g paszta nemesfémeket tartalmaz: p l a t i n á t , palládiumot, ezüs­ t ö t , amelyeknek ára az elmúlt években gyorsan emel­ kedett. • Az a g y á r t ó , aki nem nemesfémből, p l . rézből, nikkelből vagy alumíniumból állít elő v e z e t ő p a s z t á t , előnyhöz j u t t a t j a a vastagréteg előállítókat. Ezen a területen igen t e v é k e n y e n dolgoznak és számos g y á r t ó cég, i l l . vegyi üzem t a n u l m á n y o z z a a kérdést. E g y a r á n t foglalkoznak levegőn és semleges g á z b a n égethető nem nemesfém alapú v e z e t ő p a s z t á k és

209

HÍRADÁSTECHNIKA

ezekkel kompatibilis teljes pasztarendszerek fejlesz­ tésével, ami új t á v l a t o t n y i t h a t a v a s t a g r é t e g tech­ nika terjedésében. Vastagréteg ellenállások értékre állítása A v á s t a g r é t e g ellenállások é r t é k é t az értékre állítás során csak növelni lehet (keresztmetszet-csökkentés, bemetszés ú t j á n ) . A v a s t a g r é t e g t e c h n i k á b a n a k é t legelterjedtebb trimmelési módszer a homokfúvás és a lézersugár alkalmazása. A homokfúvásos trimmelési eljárás lényege a nagy se­ bességű k e r á m i a szemcsék k o p t a t ó h a t á s á n alapul. A k o p t a t ó k e r á m i a p o r t s ű r í t e t t levegő viszi m a g á ­ val és gyorsítja fel. A szemcsék egyenletes adagolá­ sát, az egyenletes homoksugarat a száraz k e r á m i a p o r rezgetésével érik el. A k í v á n t ellenállásérték kellő pontosságú beállítá­ s á t a folyamatos ellenállásmérés és a folyamat auto­ matikus beállítása bitosítja. A trimmelési pontosság a berendezésen beállított p a r a m é t e r e k t ő l (levegőnyo­ m á s , előtolás, adagoló l y u k á t m é r ő ) és a trimmelés módszerétől (vágás i r á n y a és geometriája) függ. A szűk t ű r é s ű ellenállások kétlépcsős sebességű be­ állítást igényelnek. !g A homokfúvásos eljárásnál felnyitjuk az ellenállás saját védőüveg-rétegét, de hősokk nem éri a réteget — nem é p í t ü n k be mechanikai feszültséget a rétegbe. A módszer h á t r á n y a viszont, hogy durva felbontású és nem tiszta művelet. A szóródó és a felületen elke­ rülhetetlenül v i s s z a m a r a d ó kerámiaszemcsék fino­ mabb rajzolatú vagy ellenállásérték-változásra k é ­ nyes rendszereknél zavart okozhatnak. A lézersugaras trimmelési eljárás korszerű, mert ter­ melékeny, tiszta, igen pontos értékre állítást és finom felbontású m u n k á t tesz lehetővé. Az é r t é k r e állítás során a sugár mozgatása és a folyamat leállítása te­ hetetlenségmentes. A rétegek b e v á g á s á t nagy energiasűrűségű lézer­ sugár végzi a réteg elgőzölögtetése útján. A lézersu­ g á r csekély átmérője m i a t t a v á g a t szélessége 10— 20 ptm, ami változatos trimmelési m ó d o k a t tesz le­ hetővé. Leggyakoribb módszerek: — egyszeri keresztirányú v á g á s , — többszöri keresztirányú vágás, — L alakú v á g á s . Az egyszeri keresztirányú vágásnál a trimmelési sebesség nagy és az ún. forró pont kialakulása szem­ pontjából ez a legkritikusabb. A többszöri keresztirányú vágásnál a trimmelési sebesség lépcsős és a forró pontok az ellenállás hossztengelye m e n t é n eloszlanak. A legjobbnak t a r t o t t „ L " vágásnál a forró pontok vonal m e n t é n helyezkednek el és a kétféle i r á n y ú vágás az értékre állítás a l a t t i ellenállás-változás szem­ pontjából k é t nagyon eltérő sebességű v á g á s n a k fe­ lel meg. A lézersugaras eljárás — mint m á r e m l í t e t t ü k — pontos és tiszta m ű v e l e t , ezért a k t í v trimmelésre is kiválóan alkalmas. -A lézersugaras trimmelési eljárásnál a réteget igen nagy teljesítménysűrűségű lézersugár gőzölögteti el,

210

X X I X . 1 É V F . 7. S Z .

t e h á t a v á g a t m e n t é n n a g y m é r t é k ű helyi felmelege­ dés, hősokk éri a réteget, ami az é r t é k s t a b i l i t á s t je­ lentősen, befolyásolhatja. A p a s z t a g y á r t ó cégek k i ­ fejlesztettek speciális, lézerrel t r i m m e l h e t ő paszta­ t í p u s o k a t is. A z ilyen pasztákból l é t r e h o z o t t ellen­ állásrétegek lézeres m e g m u n k á l á s á n á l a beépülő mechanikai feszültség lényegesen kisebb. A lézetrirmmelhető ellenállásréteg lényege olyan üvegkomponens, amely a lézerimpulzusok h a t á s á r a megolvad, bevonja a v á g a t oldalát és a hirtelen lehű­ léskor kevésbé lesz feszültségtelített. Tokozás A korszerű teljesítmény- és megbízhatósági szintek elérése érdekében mind az a k t í v , mind a passzív ele­ mek mechanikai és klimatikus b e h a t á s o k elleni v é ­ delmet — t e h á t burkolatot — igényelnek. M a n a p s á g r e n d k í v ü l sok, egymástól eltérő tokozási forma léte­ zik, ami egyelőre nem teszi lehetővé k e v é s számú, s z a b v á n y o s í t o t t kivitel alkalmazását. A hibrid áramköröknél a nyomtatott h á l ó z a t , az arra szerelt különböző „ h i b r i d " elemek mechanikai és klimatikus behatásokkal szembeni érzékenysége rendkívül eltérő. A szükséges v é d e l m e t a b e é p í t e t t alkatrészek, az alkalmazásból adódó k ö v e t e l m é n y és a megengedhető árszint együttesen h a t á r o z z á k meg. E n y h é b b követelmények esetén elégendő lehet a m á r t á s s a l vagy fluidizációs eljárással f e l v i t t m ű g y a n ­ ta burkolat. A m ű g y a n t a b e v o n a t ú á r a m k ö r ö k álta­ l á b a n egysoros huzal- vagy szalagkivezetővel készül­ nek, álló kivitelben. Igényesebb alkalmazásokhoz a h i b r i d integrált á r a m k ö r t fém- vagy m ű a n y a g tokba helyezzük és a tokot epoxigyantával töltjük k i . Ezen k i v i t e l i for­ m á n á l álló és fekvő modul e g y a r á n t h a s z n á l a t o s egy- vagy kétsoros szalag, vagy r i t k á b b a n huzalkivezetővel. Professzionális jellegű felhasználásoknál mutatko­ zó igények kielégítése forrasztással vagy hegesztés­ sel lezárt fémházas, illetve kerámia hermetikus toko­ zással oldható meg. A hermetikus t o k o k szinte k i ­ zárólag fekvő elrendezésűek. A kivezetések — ame­ lyek lehetnek csapok vagy szalagkivezetők — k é t sorban helyezkednek el. Az e m l í t e t t kiviteli v á l t o z a t o k teljesítik azokat a követelményeket, amelyeket á l t a l á b a n a v a s t a g r é t e g hibrid áramköri elemekkel szemben t á m a s z t a n a k , nevezetesen: kis méret, az á r a m k ö r szerelés előtti mérésének lehetősége, a félvezető i n t e g r á l t á r a m k ö ­ rökkel kompatibilis alak, k i v i t e l és szerelhetőség. A teljesség k e d v é é r t megemlítjük, hogy nagyberen­ dezésekben, elsősorban ott, ahol a szerelési k u l t ú r a ezt megengedi, burkolatlan v a s t a g r é t e g á r a m k ö r ö k e t és h á l ó z a t o k a t is alkalmaznak, k i h a s z n á l v a azt az előnyt, hogy a vastagréteg rendszerek — amennyi­ ben szerelés során durva mechanikai b e h a t á s o k nem érik — n o r m á l klímafeltételek k ö z ö t t stabilak. A bur­ kolatlan hálózatok, különösen v á l l a l a t o n belüli fel­ használásnál olcsóbbak, m é r e t r e k e d v e z ő e k . E n n é l a k i v i t e l i megoldásnál a rétegellenállásokat, vagy a h á l ó z a t egy részét v é k o n y , n y o m t a t o t t üveg vagy m ű a n y a g réteggel t a k a r j á k .

DUTKA T.-DR.

SZABÖ L . — W O L L I T Z E R

A vastagréteg áramkörök diszkrét alkatrészei A hibrid integrált t e c h n i k á k n á l — v a s t a g r é t e g eljá­ rásnál szitanyomás és égetés, v é k o n y r é t e g eljárásnál vákuumgőzölés vagy porlasztás ú t j á n — az ellen­ állások, a vezető hálózat, a kontaktusfelületek és r i t ­ k á b b a n egyes k o n d e n z á t o r o k , i n d u k t i v i t á s o k készül­ nek a szigetelő hordozón. Minden egyéb szükséges elektronikai alkatrész a kivezetésekkel e g y ü t t sze­ relési műveletek során kerül az i n t e g r á l t réteg elemek­ kel b o r í t o t t hordozóra. Ezek a kézi vagy termelé­ keny, gépi szereléssel b e ü l t e t e t t diszkrét alkatrészek — félvezető i n t e g r á l t á r a m k ö r ö k , tranzisztorok, dió­ d á k , k o n d e n z á t o r o k — elvben a ma használatos teljes diszkrét alkatrészválasztékból tetszés szerint választ­ h a t ó k . A v a l ó b a n használatos alkatrészválasztékot gyakorlati tényezők h a t á r o z z á k meg; így elsősorban az alkalmazott szerelési-tokozási rendszer, majd a megengedhető külméretek, alak, súly, egyes esetek­ ben a hibrid á r a m k ö r r e l szemben t á m a s z t o t t eszté­ t i k a i követelmények, választék és készletezési prob­ l é m á k és nem utolsó sorban árszempontok. A szerelési technológia k é t szempontból befolyá­ solja döntő m é r t é k b e n a beépíthető diszkrét elemek, az ú n . hibrid elemek választékát. Az első szempont a szerelési művelet jellege, ami lehet forrasztás vagy a félvezető technikából ismert huzalos kötés. A máso­ dik szempont, hogy ez a m ű v e l e t kézi ú t o n , egyedi beültetéssel, vagy gépi ú t o n tömegszerűen kerül k i ­ vitelezésre. A tokozási rendszer befolyása a hibrid elem v á ­ lasztékra a m á r ismertetett h á r o m t o k v á l t o z a t h o z kapcsolódik. A z egyszerű m ű g y a n t a burkolat, a m ű ­ g y a n t á v a l k i ö n t ö t t tok, v á g y a hermetikus t o k lehet meghatározó k i v i t e l i forma. Kézi szerelés, forrasztás esetén az a l k a l m a z h a t ó diszkrét elemek választéka az egyszerű m ű g y a n t a burkolattal készülő, nem tokozott kivitelű hibrid á r a m k ö r ö k n é l a legkevésbé k ö t ö t t , ez — m i n t em­ l í t e t t ü k , egyben a legolcsóbb és legrégebbi k i v i t e l i v á l t o z a t . E n n é l a szerelési-tokozási megoldásnál m i n ­ den diszkrét elem megengedett, döntő k ö v e t e l m é n y az alacsony á r , ezen felül szinte csak külalaki, eszté­ t i k a i szempontok korlátoznak. H a s z n á l a t o s hibrid elemek a diszkrét és integrált félvezető eszközök, valamint k e r á m i a , t a n t á l és e s e t e n k é n t — a m ű g y a n ­ t a burkolási m ű v e l e t e t elviselő — m ű a n y a g fólia dielektrikumú k o n d e n z á t o r o k . Bizonyos m é r t é k b e n szűkíteni kell ezt a teljesen k ö t e t l e n választékot kézi szerelés esetén is a m ű g y a n ­ ta kiöntésű tokozott hibrid á r a m k ö r i kivitelnél. É z esetben a korlátozó tényező elsősorban a diszkrét elem alakja, k ü l m é r e t e , hiszen a tokban a rendelkezésre álló hely m á r k o r l á t o z o t t . Egyetlen n a g y m é r e t ű , el­ sősorban nagy magassági m é r e t ű diszkrét elem tekin­ télyes m é r t é k b e n növeli a h i b r i d á r a m k ö r össztérfog a t á t . I t t általánosan h a s z n á l h a t ó k a speciálisan r é ­ tegtechnikai felhasználásra tervezett diszkrét elemek, elsősorban azok a s z u b m i n i a t ű r transzisztorok, dió­ d á k és integrált á r a m k ö r ö k , melvek közvetlenül sík lapra forraszthatók. Ezek „Micro E " , SOT, i l l . SO típusszámon v á l t a k közismertté. A kerámia konden­ zátorok közül huzalkivezetős s z u b m i n i a t ű r és az ú n . chipkondenzátorok használatosak. U t ó b b i a k féme-

GY.: HIBRID VASTAGRÉTEG

TECHNIKA

zett homlokfelületű, t ö b b r é t e g ű k o n d e n z á t o r o k h u ­ zalkivezető és burkolat nélkül. Általánosan alkal­ m a z z á k a kisméretű csepp, vagy fémházas t a n t á l kondenzátorokat. Lényegesen szűkebb a megengedhető hibridelem­ választék abban az esetben, ha a szerelési m ű v e l e t e t részben, vagy egészben gépi ú t o n végzik. A szerelési művelet ma költségkihatás szempontjából a h i b r i d ­ á r a m k ö r - g y á r t á s egyik kritikus művelete, és egyedi, kézi jellegénél fogva, emberi tényező m i a t t a m e g b í z ­ h a t ó s á g o t is döntően befolyásolja. É r t h e t ő ezért, hogy általános törekvés, hogy ezt a műveletet, vagy ennek egy részét gépi ú t o n oldják meg. A gépesítés, vagy később az a u t o m a t i z á l á s a diszk­ rét elemeknek az integrált hálózatba való pozícionált b e r a g a s z t á s á t és ezt követően a forrasztott k ö t é s e k létrehozását célozza. M i n d a k é t részművelet gépesí­ tése csak erre a célra alkalmas hibrid elemekkel old­ h a t ó meg. Meghatározó tényező, hogy ezen d i s z k r é t alkatrészek kivezetőinek csatlakozó felületei egy sík­ ba essenek, a csatlakozó felületek f o r r a s z t h a t ó k le­ gyenek és gépi forrasztáshoz megfelelő a csatlakozási felületeken előónozott állapotban legyenek beszerez­ hetők. Gépi szerelésre ma elsősorban a m á r e m l í t e t t „Micro E " kivitelű félvezető eszközök és a k e r á m i a , i l l . csillám chipkondenzátorok jönnek s z á m í t á s b a . A gépi beültetésre való alkalmasság e r e d m é n y e z t e azt, hogy a félvezető g y á r a k mind nagyobb félvezető­ eszköz-választékot hoznak ilyen kivitelben forgalom­ ba és a n ö v e k v ő sorozatnagyság egyben azt e r e d m é ­ nyezi, hogy ezek ára erősen csökkenő t e n d e n c i á t m u ­ tat. Ma m á r ezeknek a speciális félvezető eszközök­ nek az á r a alig magasabb, m i n t a megfelelő n o r m á l tokozott v á l t o z a t . Természetesen t ö b b mikrotokozott és f o r r a s z t h a t ó félvezető konstrukció jelent és jelenik meg a piacon az e m l í t e t t e n kívül, melyek azonban nem terjedtek el ilyen erős m é r t é k b e n és g y á r t á s u k egy idő u t á n megszűnik, vagy a viszonylag kis sorozat m i a t t csak magasabb árszinten és lényegesen kisebb v á l a s z t é k ­ ban szerezhető be. Megemlítenénk a k e r á m i a z s á m o lyos, ú n . L I D kivitelű félvezetőket, vagy a Texas cég SATAN eszközeit. Komoly érdeklődést k e l t ő , új k i ­ vitelű eszköz viszont a hajlékony fóliára szerelt for­ r a s z t h a t ó félvezető integrált á r a m k ö r . Elsősorban az automata szerelés, i l l . forrasztás ér­ dekében kifejlesztett chip kivitelű t a n t á l k o n d e n z á ­ torok szélesebb körű felhasználását magas á r u k kor­ látozza. A teljesség k e d v é é r t i t t említjük meg, hogy h i b r i d elemként hibrid integrált á r a m k ö r b e b e é p í t h e t ő k r é ­ tegtechnikával készített elemek, i l l . e l e m k o m b i n á ­ ciók is valamely műszaki, vagy gazdasági előny ér­ dekében, í g y például v a s t a g r é t e g á r a m k ö r b e beépít­ h e t ő k vékonyréteg sík ellenállások, vagy ellenállás­ kombinációk, ha a tervezett á r a m k ö r b e n csak egy­ k é t ellenállás igényel vékonyréteg p a r a m é t e r e k e t . Ennek ellentettjeként vékonyréteg i n t e g r á l t h á l ó z a t ­ ba chip e l e m k é n t b e ü l t e t h e t ő v a s t a g r é t e g t e c h n i k á ­ val készült ellenállás, ha egy pozícióban különlegesen nagy ellenállásérték szükséges, vagy nagy a disszi­ páció. U g y a n í g y gyakori és hazai megoldásoknál elő­ szeretettel alkalmazzuk a vékony- és v a s t a g r é t e g technika kombinációját egy hibrid i n t e g r á l t á r a m k ö r i

211

HÍRADÁSTECHNIKA

tokon belül. A k é t rétegtechnika együttes alkalma­ zása ellenállás v o n a t k o z á s b a n különösen nehéz fel­ adat megoldását is lehetővé teszi. Ma a hibrid integrált á r a m k ö r i t e c h n i k á b a n az em­ l í t e t t szerelési, tokozási v á l t o z a t o k az u r a l k o d ó k v i ­ lágszerte. A hazai megoldásoknál ezen belül elsősor­ ban a tokozott v á l t o z a t terjedt el az egyszerű m ű ­ gyanta burkolattal szemben. Lényegesen kisebb mennyiségben alkalmazzák a hermetikusan tokozott h i b r i d integrált á r a m k ö r i k i v i t e l t . A z I S H M hivat­ kozott információja szerint a hermetikusan tokozott á r a m k ö r ö k részaránya a teljes h i b r i d integrált á r a m ­ k ö r i g y á r t á s b a n 5%-nál kevesebb a hermetikusan to­ kozott eszközök magas egységárát figyelembe v é v e , a d a r a b s z á m szerinti a r á n y t e h á t ennél is alacso­ nyabb. A hermetikusan tokozott hibrid integrált á r a m k ö ­ r ö k szinte kizárólag tokozatlan chip félvezető esz­ közre épülnek és a szerelésüknél alkalmazott techno­ lógia huzalos kötés. Egy tokon belül kerülni kell a forrasztott és a huzalos kötés kombinációját, t e h á t az a l k a l m a z h a t ó hibrid elem választéka erősen kor­ l á t o z o t t . E n n é l a megoldásnál azonban a cél is m á s ; a megvalósítandó á r a m k ö r á l t a l á b a n többrétegű h á ­ lózatra épülő multichip rendszer. Az elmúlt évek során m á s felépítésű rendszerek is elterjedtek, de egyes nagy vállalatoktól eltekintve, nem arattak á t ü t ő sikert. Ezek a közbenső rendsze­ rek olyan speciális félvezető eszközre épültek, me­ lyek méretben a chip kivitelhez állnak közel, mégis tokozottnak t e k i n t h e t ő k , kivezetővel rendelkeznek és így egyedi mérésük az eszközök beszerelése előtt megoldható. Ilyen félvezetőeszköz-konstrukció a beam-lead, és a flip-chip. Lényeges h á t r á n y u k az előbb említett előnyök mellett, hogy beültetésük speciális berendezéseket k í v á n , viszonylag magas á r o n , á l t a l á b a n k o r l á t o z o t t v á l a s z t é k b a n , rendkívül k o r l á t o z o t t számú forrásból szerezhetők be. A szerelési-tokozási rendszereket és a diszkrét v á ­ lasztékot összefoglalva megállapítható, hogy a ma technikája a m ű a n y a g g a l tokozott, vagy m ű g y a n t a b u r k o l a t ú hibrid integrált á r a m k ö r ö k e t és a gépi sze­ relést helyezi előtérbe, t e h á t hibrid e l e m k é n t az erre a célra tervezett speciális s z u b m i n i a t ű r félvezető esz­ közöket, kerámia és t a n t á l chip k o n d e n z á t o r o k a t al­ kalmazza. A jövő útja ezzel szemben a multichip eszközök felé mutat. A jelenlegi hazai helyzet A magyar népgazdaság 1975. december 18-án tör­ vényerőre emelt ötödik ötéves tervében foglaltak szerint az elektronikai alkatrészek termelését a terv­ időszak során 120-130%-kal kell növelni. A t e r v t ö r ­ v é n y nem részletezi, de a l k a t r é s z i p a r u n k helyzetéből adódik, hogy egyes területeken, elsősorban a legkorkorszerűbb műszaki színvonalat képviselő a l k a t r é ­ szeknél ennél is nagyobb növekedéssel kell számolni. A vastagréteg á r a m k ö r ö k t e r ü l e t e pedig éppen ebbe a kategóriába tartozik. Ismeretes, hogy a I V . ötéves terv során — az a d o t t s á g o k h o z és lehetőségekhez képest — magas színvonalú k u t a t á s t , fejlesztést v é g e z t ü n k a külön­ féle hibridtechnológiák, s ezen belül a v a s t a g r é t e g

212

XXIX.

É V F . 7. S Z .

hibrid áramkörök,, ellenálláshálózatok kidolgozása érdekében. A R E M I X és a H I K I a I V . ötéves t e r v i d ő s z a k b a n elért eredményeire t á m a s z k o d v a folytatja é s széle­ síti közös tevékenységét az V . ötéves t e r v i d ő s z a k b a n is. Ennek egyik láncszeme az a k é t és féléves közös program, amelynek célja a g y á r t á s gazdaságosságá­ nak növelése, valamint a k u t a t á s i , feljesztési e r e d m é ­ nyek t ö m e g g y á r t á s b a n t ö r t é n ő h a s z n o s í t á s a . A hibrid á r a m k ö r ö k elterjesztése, a kellő piaci ke­ reslet kialakítása világszerte, így h a z á n k b a n is b i ­ zonyos türelmi időt, a felhasználói kedv növeléséhez szükséges propagandatevékenységet igényel, hasonló­ an minden új termékhez. Ennek oka r é s z b e n az lehet, hogy a felhasználók nem ismerik kellő mélységben a hibrid technológiai lehetőségeket, részben a diszk­ rét alkatrészekkel történő tervezéshez k i a l a k u l t szem­ léletet k í v á n j á k á t ü l t e t n i a hibrid k a p c s o l á s o k meg­ tervezéséhez. Az így kidolgozott k a p c s o l á s o k a t — egy- k é t egészen egyszerű megoldástól eltekintve — min­ den esetben teljesen á t kell dolgozni. Mindezekhez hozzá lehet tenni, hogy a fejlesztendő á r a m k ö r t ö b b é kevésbé h a g y o m á n y o s berendezésben k e r ü l t felhasz­ nálásra, t e h á t nem gyökeresen új t e r m é k keletkezik, hanem egy m á r kialakult rendszer bizonyos fokú kor­ rekciója. N y i l v á n v a l ó , hogy egy új rendszertechnikai meg­ oldás kidolgozása, amely lényegesen ú j t e r m é k e t eredményez, költségigényesebb és nagyobb kockák á z a t t a l is jár. É r t h e t ő , hogy a b e r e n d e z é s g y á r t ó k a gazdasági szabályozók adta lehetőségeken belül igyekeznek minél kisebb k o c k á z a t o t v á l l a l n i . De ép­ pen az új ötéves terv elvárásai olyanok — p l . t ő k é s export fokozása —, amelyek megkövetelik, hogy a g y á r t a n d ó berendezések rendszertechnikája korszerű alkatrészkészletre épüljön. Ennek k i a l a k í t á s á h o z v i ­ szont elengedhetetlenül szükséges a technológiai szak­ emberek és a rendszerfejlesztők k o r á b b i a k n á l szer­ vezettebb, magasabb fokú e g y ü t t m ű k ö d é s e . Egy ilyen e g y ü t t m ű k ö d é s keretében a hibrid á r a m k ö r ö k e t megvalósító szakembereket m á r a berendezésfejlesz­ tés első fázisában be kell kapcsolni a t e r v e z ő i mun­ k á b a , s részt kell venniök a rendszer kidolgozásában is. Felismerve a felhasználók és áramkör-előállítók ezen szoros e g y ü t t m ű k ö d é s é n e k jelentőségét, az O M F B t á m o g a t á s á v a l létrejött a H í r a d á s t e c h n i k a i Ipari K u t a t ó Intézetben a H i b r i d á r a m k ö r i Alkalma­ zástechnikai Szolgálat, melynek feladata a hibrid á r a m k ö r ö k hazai felhasználásának elősegítése, a m ű ­ szaki és gazdasági szempontból e g y a r á n t előnyös al­ kalmazási lehetőségek felkutatása. A Szolgálat lehétővé teszi m á r a berendezések fejlesztési szakaszá­ ban a személyes kapcsolatok k i a l a k u l á s á t a berende­ zésgyártó vállalat szakemberei és a H I K I á r a m k ö r tervezői k ö z ö t t . A hibrid integrált á r a m k ö r i alkal­ mazástechnikai m u n k á b a n j á r t a s szakemberek a be­ rendezésfejlesztők és az alkatrész-technológusok k ö ­ zötti interface szerepét töltik be. A hibrid technika fő feladata, hogy célorientált, t e h á t az egyes berendezésekhez egyedien kifejlesz­ t e t t á r a m k ö r ö k e t állítson elő. Ilyen m ó d o n az alkat­ részintegráció lehetőségét biztosítja o t t , ahol ez a meglevő félvezető integrált á r a m k ö r ö k k e l nem old-

DUTKA T.-DR.

SZABÓ L . — W O L L I T Z E R

h a t ó meg műszaki vagy gazdasági okból. Külföldi adatok igazolják, hogy az ilyen — felhasználói igény a l a p j á n tervezett — á r a m k ö r ö k a teljes hibrid á r a m ­ köri felhasználásnak t ö b b m i n t 70%-át teszik k i . Emellett azonban n é h á n y különleges területen le­ hetőség van katalógus típusok kifejlesztésére és gyár­ t á s á r a hibrid kivitelben. A legfontosabb általános felhasználású á r a m k ö r ö k közül kiemelnénk az a k t í v RC szűrőket, nagyfrek­ venciás széles sávú erősítőket (5—860 MHz-es frek­ v e n c i a t a r t o m á n y b a n ) , nagyfrekvenciás osztott pa­ r a m é t e r ű csillapítókat, D / A , A / D konvertereket, lo­ garitmikus erősítőket, feszültség-frekvencia és frek­ vencia-feszültség konvertereket. Pozitív t e n d e n c i a k é n t kell értékeljük azt a t é n y t , hogy ma m á r az ország legjelentősebb elektronikus berendezésgyártói a k á r „ c u s t o m design", a k á r kata­ lógus á r a m k ö r ö k felhasználása révén kapcsolatban állnak a hibridtechnikával, ami v o l u m e n é t tekintve 1976-ban félmilliós d a r a b s z á m ú hibrid á r a m k ö r i fel­ használással jellemezhető. A g y á r t á s volumene egyre gyorsabban növekvő tendenciát mutat — mind többféle hibrid á r a m k ö r t alkalmaznak és á r a m k ö r t í p u s o n k é n t is növekszik a g y á r t o t t darabszám. Összefoglalás Az előzőekben megkíséreltük röviden á t t e k i n t e n i a vastagráteg hibrid technika jellegzetességeit, az előtte

GY.: HIBRID VASTAGRÉTEG

TECHNIKA

álló lehetőségeket. L á t h a t ó , hogy ez a t e r ü l e t egyre jelentősebb s ú l y t képvisel a teljes elektronikai a l k a t ­ rész-felhasználásban és egyre korszerűbb m ó d o n t ö r ­ ténik az á r a m k ö r ö k előállítása. H a z á n k b a n nagy lehetőségek állnak a h i b r i d vas­ tagréteg á r a m k ö r ö k előtt. A meglevő kísérleti g y á r t ó bázis révén is rendkívül flexibilis, magas m ű s z a k i színvonalat képviselő termékek á l l h a t n a k a beren­ dezésgyártók rendelkezésére. Ezek fokozottabb felhasználása érdekében a jelen­ leginél szorosabb és h a t é k o n y a b b kapcsolat k i a l a k í ­ t á s a folyamatban van a felhasználók és g y á r t ó k k ö ­ z ö t t , i l y m ó d o n is elősegítve az V . ötéves t e r v i d ő s z a k ­ ban az elektronikai ipar előtt álló feladatok teljesí­ tését. IRODALOM [1] W. Funk: Dickschichttechnologie Philips Technische Rundschau 35. 156—162. 1975/76. Nr. 5. [2] Péter Kirby Thick film advances simplify complex hibrid modulé design. Electronic Engineering. Vol. 48 No. 577. 35—38. March 1976. [3] Jerry Lyman: Advances in materials, components, processes, ensure hibrid prosperity in the L S I age. Electronics July 22. 1976. 92—109. [4] Proceedings of the European Hybrid Microelectronic Conference. Bad Homburg. 1977. X X V I I I . előadás: G. C. Waite: Economic progress of thich film hybrids in the USA.

x