Современная электроника №4/2019

СОВРЕМЕННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ 18 WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 4 2019 Металлизация керамических подложек с использованием лазера и теплового переноса металлизационного слоя В работе представлены результаты исследований по разработке технологии получения топологических рисунков на поверхностях подложек из различных керамических материалов с использованием лазера для гравировки и металлизации сформированного рисунка. Разработанная технология может быть использована для нанесения металлического покрытия на поверхность диэлектриков и полупроводников и для формирования металлизированных топологических рисунков. Юрий Непочатов (nuk3d@mail.ru ) В ВЕДЕНИЕ Основным элементом конструкции гибридных интегральных схем (ГИС) является металлизированная керами- ческая подложка, на которой располо- жены рисунок в виде печатной схемы, пассивные элементы (индуктивности, конденсаторы и резисторы) и сило- вые полупроводниковые кристаллы. При этом она выполняет две основ- ные функции: во-первых, осуществля- ет электрическую изоляцию токове- дущих шин топологического рисунка, расположенных на одной стороне, друг от друга, а также от токоведущих шин на другой стороне; во-вторых, переда- ёт тепло, выделяемое активными эле- ментами, на теплоотводы и радиаторы. Керамическая подложка обладает следу- ющими свойствами: имеет относитель- но высокуюмеханическуюи электриче- скую прочность, низкие диэлектриче- ские потери при высокой температуре, обладает малым коэффициентом тепло- вого расширения, способностью обра- зовывать соединения с металлами. Зна- чительная часть керамических подло- жек в радио- и электронной технике подвергается металлизации. Металли- зационное покрытие наносят на под- ложку для создания токопроводящего слоя на определённой её части, к кото- рой присоединяют полупроводнико- вый кристалл и выводы, соединяющие изделие с корпусом полупроводниково- го прибора. Металлизация может также выполнять роль электродов конденса- торов, витков катушек индуктивностей и промежуточного слоя для соедине- ния подложки с арматурой корпуса с помощью пайки. Метализационный слой создаёт смачивающуюся припо- ем поверхность и позволяет получить прочное соединение керамической подложки с металлом методом пайки. Существуют 2 вида металлизации: тон- коплёночная и толстоплёночная. Полу- чение топологического рисунка явля- ется центральным процессом произ- водства ГИС, изготавливаемых как по тонко-, так и по толстоплёночной тех- нологии. При тонкоплёночной техно- логии толщина слоёв составляет 10 мкм и менее, а при нанесении покрытия по толстоплёночной технологии тол- щина превышает 10 мкм. Стандартом отрасли в части получения топологи- ческого рисунка по толстоплёночной технологии сегодня является трафа- ретная печать, которая обеспечивает разрешение около 100 мкм. В связи с меньшими затратами на техпроцесс металлизации по толстоплёночной технологии в большинстве случаев на поверхность керамики наносят пасту из порошков тугоплавких металлов и затем её вжигают. Металлизация вжига- нием пасты позволяет получить надёж- ный и прочный рисунок печатной схе- мы, исключающий опасность обрыва. Нанесение на поверхность керамики пасты, состоящей из тонкодисперс- ного металла на органической связке, осуществляется различными способа- ми: с помощью кисточки, пульвериза- цией, методом наложения и окунания, накаткой гравированным валиком, тра- фаретной печатью (шелкографией) и с помощью металлизационной лен- ты [1]. В последнем случае изготовле- ние такой ленты производится на спе- циальных машинах. Полимерная лен- та с небольшой скоростью движется по горизонтальному плоскому столу под специальным бункером, имеющим тон- кующель шириной несколько меньше ширины ленты. Паста из бункера сквозь щель ровным слоем ложится на поли- мерную ленту. Получаемая толщина металлизационного слоя, отливаемо- го на ленту, может варьироваться от 10 до 100 мкм. В процессе движения ленты паста высыхает, и лента с металлизаци- онным слоем наматывается на барабан. В таком виде лента может храниться длительное время. Перенос металлиза- ционного слоя на поверхность керами- ческих деталей может осуществляться так называемым тепловым способом. Для этого детали нагревают до темпера- туры +90…+100°С и плотно прижимают к полимерной плёнке со стороныметал- лизационного слоя, который под воз- действием температуры приклеивается к поверхности керамики, чётко повто- ряя след соприкосновения детали [2]. В последние годы в микроэлектро- нике сложилась тенденция повыше- ния степени интеграции, т.е. создания во всё большем количестве всё более сложных и более функциональных изделий на всё меньшем пространстве подложки, платы или корпуса. Дости- гается это за счёт дальнейшей миниа- тюризации компонентов, уменьшения межсоединений, повышения предель- ных рабочих частот и распараллели- вания вычислительных или обрабаты- вающих мощностей в одном приборе, перехода от плоских к «трёхмерным» структурам и т.д. Примером, наглядно демонстрирующим этот тренд, явля- ется то, что в настоящее время топо- логические размеры серийно про- изводимых структур вплотную при- близились к 15–20 нм для цифровой электроники, а для многих решений аналоговой и СВЧ-электроники давно перевалили границу в 1 мкм. Для все- го многообразия современных изде- лий микроэлектроники одновремен- но с их миниатюризацией необходи- мо повышение точности, надёжности и увеличение выхода годных в процессе производства. Всё перечисленное под- тверждает необходимость создания соответствующих новых технологий.