Основы толстоплёночной технологии

Толстые плёнки толщиной в несколько десятков мкм применяют для изготовления пассивных элементов в гибридных толстоплёночных микросхемах, а также проводников и изолирующих слоёв в некоторых типах многоуровневых коммутационных микроплат.

Высокая надёжность толстоплёночных элементов обусловлена прочным сцеплением с керамической подложкой, которое достигается процессом вжигания пасты в поверхностный слой керамики.

В целом толстоплёночная технология состоит из ряда последовательных идентичных циклов. При формировании каждого слоя (резистивного, проводящего, диэлектрического и т.п.) используют соответствующие пасты, которые через сетчатый трафарет наносят на подложку, подвергают сушке и вжиганию. По завершении формирования всех слоёв все резисторы и конденсаторы проходят подгонку (обычно лазерную) до заданной точности.

Толстоплёночные пасты

В готовом (вожжённом) состоянии толстоплёночный элемент состоит из мелких функциональных частиц, находящихся в массовом контакте друг с другом и "склеенных" стеклом с невысокой (400-500°С) температурой плавления.

Для приготовления паст в смесь порошков функциональных частиц и низкотемпературного стекла добавляют технологическую связку, обычно органические масла. В процессе вжигания нанесённых элементов она должна разлагаться и полностью удаляться из слоя.

Трафаретная печать

Трафарет представляет собой проволочную сетку из нержавеющей стали или капроновой нити с нанесенным на нее фотоспособом защитным рисунком. Сетка вмонтирована в металлическую рамку. Керамическая подложка устанавливается под трафаретом с зазором, обеспечивающим деформацию сетки в пределах ее упругости. Для этого размеры сетки должны быть существенно больше размеров рисунка. После нанесения дозированного количества пасты движением ракеля паста продавливается через открытые участки трафарета и переносится на подложку. Таким образом, контакт трафарета с подложкой происходит по линии, движущейся вместе с ракелем.

Сушка полученного отпечатка преследует цель удалить летучие компоненты технической связки.

Вжигание

 Рис. 3. Температурный цикл вжигания пасты.

 

На первой стадии скорость подъема температуры относительно невысока, происходит разложение органической связки и ее удаление с помощью интенсивной вытяжной вентиляции. На второй стадии скорость роста температуры повышают, происходит плавление низкотемпературного стекла и образование суспензии твердых функциональных частиц в расплавленном стекле. Собственно вжигание происходит на третьей стадии при постоянной температуре. При этом имеет место как химическое (взаимодействие окислов стекла и керамики), так и физическое (заполнение стеклом открытых поверхностных пор керамики) сцепление покрытия с подложкой. После выдержки (~10 мин.) изделия медленно охлаждают (четвертая стадия) во избежание внутренних напряжений. Общая продолжительность цикла порядка одного часа.

В зависимости от масштабов производства вжигание осуществляют в камерных печах периодического действия (мелкосерийное производство), либо в туннельных печах непрерывного действия (крупносерийное и массовое производство).