Technologie thick film a její aplikace a provedení v případě hybridních obvodů

Technologie thick film pro MCM s integrovanými obvody
Technologie thick film je nejrozšířenější technologií při výrobě hybridních obvodů, především pak jejich multipackage/multichip verzí.
Tato technologie je používána především k propojování, případně pak k výrobě některých základních součástek jako jsou rezistory, které je možno vytvářet i přímo na podkladovém materiálu. Elektricé modelování a studie totiž prokázaly, že Cu/polyimidová multilevel thin-film (MLFT) stuktura na keramické-kompozitní podložce má vhodnou impedanci a přenosovou dobu. Tím umožňují redukovat počet vstev keramiky podkladu.

Substrát
Jako substrát se dají použít nejrůznější materiály. Z nejčastějších jmenujme Al2O3. Al2O3/Mo, je substrát s metalickými Molibdenovými podložkami pro lepší přichycení IO nožiček.
Trocha terminologie (shora dolu):

TSM = top surface metallurgy - jedná se zpravidla o několik vrstev thick film.
C4 pads jsou body sloužící k přichycení vlastních čipů k substrátu, Sn/Pb (cín).
Substrát - zpravidla vrstvená keramika.
I/O pads jsou vstupně výstupní body celého MMC obvodu. Většinou jěště pokovované, např. Ni/Au.
BSM = bottom surface metallurgy - vstva polymerů, spíše tlumícího chrakteru.


Vlastní vrstva thick film
Na podkladovém materiálu je v případě vedlejšího obrázku naneseno několik vstev. Spodní je vrstva záchytná, dále jsou dvě vrstvy vodivé (Cu/polyimid), vstva zemnící a zakončovací metalická vrstva po připojování součástek. Vodivé vrstvy mají tloušťku 13um a rozestupy 25um. Požadovaná tloušťka metalické vrstvy 4.5um bude vyžadovat ještě další úpravy povrchu.


Postup výroby thick film vrstev je schematicky na následujícím obrázku (lze zvětšit). Jsou na něm dvě základní metody: leptání (substractive etching) a nebo vyřezávání (pattern electroplating) vzoru.
Leptání: Cu/Cr/Cu materiál je chemicky leptán, části nekryté fotorezistem jsem odstraněny. Z podstaty leptání vyplývá, že dochází k mírnému vyleptání i pod fotorezistem (je vidět na obrázku). Při leptání vrstev 3-6um bylo dosaženo zaleptání asi 1.2x tloušťka vrstvy. Chromová vrstva tlustá 250 Å má dva významy. Zaprvé zlepšuje přilnavost a za druhé umožňuje díky svým reflexním vlastnostem lepší kontrolu. Měď je leptána rozstřikovaným roztokem amonium persulfátu. Důležitá je kontrola zaleptání, i při dobré kontrole dochází k variabilitám tloušťky +-5um.
Při vyřezávání lze kontrolovat zhruba s přesností na +-3um, což je dáno vlastnostmi fotolitografie. Měď je pro vodivé vrstvy vybírána pro její příznivé vlastnosti. Tato technologie je však dražší a náročnější proto se používá méně.

Jak je vidět z výše napsaného, technologií výroby thin/thick vrstev je mnoho. Jedna z nich je také zmíněna v úvodním článku.

Výsledný obvod pak vypadá třeba takto:


Technologie pro výrobu/montáž analogových součástek
Jedná se o montáž v podstatě na stejný typ substrátů. Připevňované součástky mají v tomto případě ale trochu jiné dimenze, tedy nejedná se o technologii tak náročnou jako v předchozím případě.
Technologie thic film je zde využívána především k výrobě propojení součástek. Taktéž rezistory jakožto samostané součástky jsou vyráběny technologií thick film. (obrázky lze zvětšit)

Výsledný hybridní obvod pak vypadá zhruba tak, jak ukazuje následující obrázek. Na substrátu (Al, keramika atd.) jsou v tomto případě připevněny z jedné strany křemíkový čip (integrovaný obvod), tenkovrstvý rezistor a další součástky, oddělené izolací, případně překryté ochranou skleněnou nebo jinou vrstvou. Z druhé strany pak je např. vícevrstvý kondenzátor.



Zdroje

[1] IBM Research (doporučuji zájemcům téměř o cokoli)
[2] Meritek


 

(c) 2001 Adam Přibyl