Hordozó Hordozók • Mechanikai tartá tartás
Hibrid Integrált Áramkörök, HIC 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
– Nagy szilá szilárdsá rdság kis vastagsá vastagság eseté esetén is – Jó darabolható darabolhatóság – Egyenletes lemezvastagsá lemezvastagság, sí síklapú klapúság, felü felületi érdessé rdesség: max 1..2 µm (vastagré (vastagréteg)
• Villamos szigetelé felületi, té térfogati ⇒ szigetelés: felü alká alkáliszegé liszegény
anyagok
• Hőelvezeté terhelhetőség elvezetés: terhelhető • Hőtágulá réteghez, TK romolhat gulás: illeszkedjen a ré • Felü Felületi tisztasá tisztaság
át, a szerző szerzők hozzá hozzájárulá rulásával.
Anyag
Hővez. vez. kép.W/mK
Hőtág. 10-6/K
εrel
tgδ tgδ 10-3
Felü Felületi érd. µm
üveg
0,0003
4,6
5,75
3,6
0,02
kerá kerámia Al2O3
0,021
6,0
9,5
0,3
0,03… 0,03… ..0,15
zafí zafír
0,021
5…6,6
9,4..11, 5
0,1
0,025
kvarc
0,0008
0,55
3,75
0,1
0,025
kerá kerámia BeO
0,13
6,0
6,4
0,3
0,4
A szigetelő szigetelőalapú alapú hibrid ICIC-k típusai, fő fő jellemző jellemzői • Szigetelő Szigetelőanyag hordozó hordozón • integrá integrált passzí passzív há hálózat • beü beültetett aktí aktív (diszkré (diszkrét passzí passzív) elemek. Rugalmas gyá gyártá rtás, kis sorozatokban is gazdasá gazdaságos, első elsősorban berendezé berendezés-orientá orientált eszkö eszközké zként.
(Corning 7059)
Vékonyré konyréteg HIC Réteganyagok Vékonyré konyréteg
Vastagré Vastagréteg
• n x 10… 10…n x 100 nm • Vákuumtechnikai eljá eljárások: gő gőzölés, porlasztá porlasztás • Hordozó Hordozó: üveg
• 10… 10…50 µm • Szitanyomtatá Szitanyomtatással felvitt pasztá paszták
• Min. vonalszé vonalszélessé lesség: 2525-50 µm
• Hordozó Hordozó: kerá kerámia (Al2O3, AlN, AlN, BeO) BeO) • Min. vonalszé vonalszélessé lesség: 125125-250 µm
Vezető rétegek • • • •
jó tapadá tapadás kis fajlagos ellená ellenállá llás zajszegé zajszegény kontaktus lágyforrasztható gyforrasztható vagy huzalkö huzalkötésre alkalmas
Rétegrendszerek: Al, Al, NiCrNiCr-Ni, Ni, NiCrNiCr-Au, Au, CrCr-CuCu-Au, Au, TiTi-Au, Au, TiTi-PdPd-Au, Au, TiTi-NiCrNiCr-Au
Ellená Ellenállá llás ré rétegek • R□ = 10… 10…1000 Ω/□ • TK kisebb ± 100 ppm • Érté rtékek stabilitá stabilitása – (öregedé regedés, szemcseszerk. szemcseszerk. változá ltozás, korró korrózió zió, oxidá oxidáció ció)
• TK együ együttfutá ttfutás
Anyagok: Ta (TaN), TaN), NiCr
Azonos (hasonló) beültethető elemkészlet
1
Elektronsugaras gő gőzölés
Szigetelő Szigetelőrétegek Típusok: • Kondenzá Kondenzátor dielektrikum • Kereszteződések kö közötti szigetelé szigetelés • Anyagok:
Átlá tlátszó tszó vezető bevonat • • • •
• Ta2O5, SiO, SiO, SiO2, MgF2, Si3N4
Kijelző Kijelzők né nézeti oldalá oldalán R: 10Ω 10Ω…1kΩ 1kΩ Fényá nyátereszté teresztés: ~ 80% Fotolitografá Fotolitografálható lható Anyag: ITO: In2O3 SnO2
Vákuumpá kuumpárologtatá rologtatás
• Magasabb hő hőmérsé rséklet ⇒ nagyobb opop-ú anyagok is Elektrongőzölhető lhetők sugár • Kisebb felü felületrő letről • Csak a sajá saját anyaggal érintkezik, ⇒ tisztá tisztább • Nagyobb ré rétegtegnövekedé vekedési sebessé sebesség
tégely
Hűtő -víz
Kató Katódporlasztá dporlasztás
• Vákuumtechnoló kuumtechnológiá giák elő előnye: tisztasá tisztaság • Forrá Forrástó stól adott tá távolsá volságra a hordozó hordozón a ré részecské szecskék kondenzá kondenzálódnak • Ha p ~ 10-5 mbar, az átlagos szabad úthossz λ ~ 1m, a ré részecské szecskék egyenes vonalban (ü (ütkö tközés, szennyező szennyeződés né nélkü lkül) érik el a hordozó hordozót.
Triódás katódporlasztás
• Nagyvá Nagyvákuum té térbe Ar gáz 0,1..10..100mbar nyomá nyomásig, elektronok ütkö tköznek az Ar atomokkal ⇒ Ar+ ionok létrehozá trehozása • Gázkisü zkisülés • Target nagy negatí negatív potenciá potenciálon, + Ar beleü beleütkö tközik, bevonó bevonó • anyag ré részecské szecskéit lö löki ki ⇒ lerakó lerakódik a hordozó hordozón • Nagyobb ré rétegé tegépülési sebessé sebesség, • Nem kell magas hő hőm.
anód szelep -
-
Ar
hordozó +
target (- kV)
katód szivattyú
kupola forgatás
Vákuumgő kuumgőzölő: • Anyag felfű felfűtése, hogy a gőznyomá znyomása 10-4…10-3 mbar legyen • Közvetlen fű fűtés • Közvetett fű fűtés: W csó csónak (magas op, op, nem ötvö tvöződik) • Hordozó Hordozók gö gömbfelü mbfelületen, forgatva. • Rétegvastagsá tegvastagság szá számítható tható, mérhető rhető • Ötvö tvözet gő gőzölés: figyelemmel a gő gőznyomá znyomás-különbsé nbségre vagy flash gőzölés
hordozók
búra
forrás
Reaktí Reaktív porlasztá porlasztás
• Rádió diófrekvenciá frekvenciás
• A nemesgá nemesgáz mellett porlasztá porlasztás még olyan gá gázt is • Szigetelő Szigetelőanyagok kevernek a vákumté kumtérbe, rbe, porlasztá porlasztására amely a targetbő targetből • Target nem tö töltő ltődik fel kilé kilépő atomokkal reagá reagál • Target potenciá álja potenci és beé é p ü l a ré é tegbe. be r folyamatosan negatí negatív • Pl: Pl: TaN, TaN, Si3N4, Al2O3
áram szivattyú
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
Vezető
Ellenállás
Vezető
Vezető
Ellenállá s
• Kerá Kerámia hordozó hordozó Al2O3, AlN • Nyomtatott vezető vezetőhálózat, passzí passzív elemek
Pasztá Paszták Komponensek: • Funkcioná Funkcionális anyag • Végleges kö kötőanyag (üvegkerá vegkerámia) • Átmeneti kö kötőanyag • Szerves oldó oldószer (viszkozitá (viszkozitás, tixotró tixotrópia) pia) • Speciá Speciális adalé adalékok
Vezető
Paszta tí típusok
Vastagré Vastagréteg hibrid IC
• Vezető Vezetőpasztá 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 vegkerámia 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 vegkerámia, 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 (kerámia), 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 CoCo-Fired Ceramic
LTCC: Low Temperature CoCoFired Ceramic
• Hordozó Hordozó Al2O3, kié kiégeté getés ~1600° ~1600°C-on, ⇒ fémezé mezés csak Mo, Mo, W • Többré bbrétegű tegű, eltemetett passzí passzív elemek, felszí felszínen vastagré vastagréteg IC • Furatok ké készí szítése mé még nyers kerá kerámia állapotban
• Hordozó Hordozó üvegkerá vegkerámia, kié kiégeté getés 850° 850°C-on, vezető vezető és ellená ellenállá llásanyagok, mint vastagré vastagrétegné tegnél • Többré bbrétegű tegű, eltemetett passzí passzív elemek, felszí felszínen vastagré vastagréteg IC • Furatok ké készí szítése mé még nyers kerá kerámia állapotban
MCM tí típusok összehasonlí sszehasonlítása
IBM Power5 CPU using MCM-C technology as a 95x95 mm module
MCMMCM-D Többré bbrétegű tegű vékonyré konyréteg modul Gyá Gyártá rtás: 1. Poliimid film ké készí szítés folyadé folyadékfá kfázisbó zisból centrifugá centrifugálással 2. Al fémezé mezés levá leválasztá lasztása PVD (CVD) eljá eljárással 3. Fotolitográ Fotolitográfia, fia, nedves maratá maratás 4. Poliimid réteg centrifugá centrifugálása 5. Via maratá maratása 6. 1 – 5 lé lépések ismé ismétlé tlése
6
