Технология сборки микросхем

Полупроводниковые микросхемы могут быть однокристальными (монолитными) и многокристальными (микросборками). Однокристальная микросхема может иметь индивидуальный герметизированный корпус с внешними выводами для монтажа на печатной плате, или быть бескорпусной и входить в состав микросборки.

Коммутационные платы микросборок

Коммутационная плата микросборки представляет собой миниатюрный аналог многослойной печатной платы. На поверхности коммутационных плат монтируются компоненты микросборки - бескорпусные интегральные микросхемы (кристаллы), микроплаты с группой интегральных тонкопленочных резисторов (согласующих входы и выходы ИС), одиночные объемные миниатюрные конденсаторы (в качестве развязывающих элементов). Высокая плотность монтажа требует и высокого разрешения коммутационного рисунка. В отличие от печатных плат его получают путем осаждения тонких пленок в вакууме с последующей фотолитографией, или с использованием толстопленочной технологии. Коммутационные проводники должны находиться на нижних уровнях платы, а на поверхность должны выходить только монтажные площадки для сварки или пайки выводов (перемычек) компонентов.

В зависимости от материала изолирующих слоев и способа их формирования коммутационные платы можно разделить на четыре типа: а) тонкопленочные с использованием осаждения в вакууме; б) тонкопленочные с использованием окисления алюминия в электролите (анодирование); в) толстопленочные; г) на основе многослойной керамики.

Тонкопленочные платы

Формирование слоев (уровней) платы выполняется на общей подложке из электроизолирующего материала (ситалл, поликор и др.) путем повторяющихся циклов "осаждения тонкой пленки в вакууме - фотолитография".

Рис. 2. Структура тонкопленочной коммутационной платы (нижние уровни)

Осажденный сплошной слой электропроводящего металла (чаще всего алюминия) после фотолитографии превращается в систему проводников, перпендикулярных плоскости чертежа. В этой системе предусматриваются расширенные площадки для контактных переходов на следующий уровень. В осажденном затем в вакууме изолирующем слое с помощью фотолитографии получают окна для контактных переходов, и вновь осаждается электропроводящий слой, в котором фотолитографией формируют систему проводников, ортогональных к нижележащим. При этом через окна в изолирующем слое создается контактный переход. Эти циклы повторяются вплоть до последнего, верхнего уровня металлизации. В последнем изолирующем слое вскрываются лишь окна над монтажными площадками: площадками для электромонтажа компонентов и периферийными площадками для монтажа микросборки в целом в модуле следующего уровня (например, на печатную плату ячейки).

Нетрудно заметить, что с первого же цикла обработки в многоуровневой системе возникает и развивается рельеф, создающий ступеньки в изолирующих и проводящих слоях (на рис. 2 отмечены кружками). Эти участки являются потенциальной причиной отказа: в первом случае пробоя изоляции, во втором разрушения проводника. 

Тонкопленочные платы на основе анодированного алюминия

Сохранение плоскостности покрытий на каждом этапе обработки обеспечивает применение в качестве изолирующих слоев окиси алюминия (Al₂O₃), получаемой путем окисления алюминиевого покрытия в электролите. В зависимости от режимов электролитического окисления (анодирования) можно с малой скоростью роста получить пленку Al₂O₃ с высокими электрическими свойствами, или ускоренно получить пленку с пониженными электрическими свойствами. В первом случае плотную пленку получают на мягких режимах (малые плотности тока) и используют для изоляции смежных уровней проводников. Во втором случае пористую пленку формируют на форсированных режимах (высокие плотности тока) и используют для изоляции соседних проводников одного уровня, причем снижение пробивной напряженности пленки компенсируется увеличением толщины пленки.

Рис. 3. Последовательность формирования коммутационной платы на основе анодированного алюминия (нижние уровни).

На рис. 3 показано содержание одного (первого) цикла обработки. После осаждения на подложку 1 сплошного слоя алюминия 2 на поверхности формируют фотомаску 3, рисунок которой соответствуют рисунку промежутков между будущими проводниками. Выполнив на мягких режимах избирательное анодирование алюминия, получают тонкий (~0,2мкм) и плотный слой 4 Al₂O₃ (рис. 3,а). Далее (рис. 3,б) фотомаску удаляют и выполняют анодирование на форсированных режимах на всю толщину пленки 5 (маской при этом служит тонкий плотный слой окисла). Путем фотолитографии (рис. 3,в) удаляют участки тонкого окисла, не защищенные фотомаской 6, для создания контактных переходов и напыляют (рис. 3,г) следующий сплошной слой алюминия 7 (второй уровень металлизации). Затем описанный цикл повторяется.

На поверхности полностью изготовленной платы должен находиться слой плотного окисла, удаленный лишь с монтажных площадок.