СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ГИБРИДНОЙ ИНТЕГРАЛЬНОЙ СХЕМЫ СВЧ-ДИАПАЗОНА
METHOD TO MAKE HYBRID INTEGRAL CIRCUIT OF MICROWAVE BAND

Изобретение относится к электронной технике, а именно к способам изготовления гибридных интегральных схем СВЧ-диапазона.
Известен способ изготовления гибридных интегральных схем СВЧ-диапазона [1], включающий изготовление на лицевой стороне диэлектрической подложки топологического рисунка металлизации пленочных проводников и монтажных площадок для расположения кристаллов навесных компонентов. Расположение и закрепление кристаллов навесных компонентов, а именно кристаллов полупроводниковых приборов, конденсаторов и т.п. на монтажных площадках. Соединение контактных площадок кристаллов навесных компонентов с пленочными проводниками топологического рисунка металлизации, а также выполнение всех других внутрисхемных соединений проволочными проводниками, используя термокомпрессионную сварку.
Недостатками данного способа являются низкие электрические характеристики:
- во-первых, из-за длительного воздействия высокой температуры порядка 300°С. на кристаллы полупроводниковых приборов в процессе термокомпрессионной сварки;
- во-вторых, из-за высокой паразитной индуктивности проволочных проводников;
- в-третьих, из-за низкой воспроизводимости формы и большой длины соединительных проводников.
Известен способ изготовления гибридной интегральной схемы СВЧ-диапазона [2], включающий:
- изготовление на лицевой стороне диэлектрической подложки топологического рисунка металлизации пленочных проводников и, по крайней мере, одной монтажной площадки для расположения, по крайней мере, одного кристалла навесного компонента;
- изготовление группы плоских балочных соединительных проводников в виде выводной рамки;
- расположение, совмещение и соединение внутренних концов группы плоских балочных соединительных внутрисхемных проводников с контактными площадками кристаллов полупроводниковых приборов, расположенных на лицевой стороне кристаллов навесного компонента;
- установку, совмещение и закрепление кристалла навесного компонента - полупроводникового прибора с присоединенной выводной рамкой;
- соединение внешних концов плоских балочных выводов соединительных проводников с пленочными проводниками топологического рисунка металлизации;
- удаление технологических частей выводной рамки;
- расположение кристаллов навесных компонентов на монтажные площадки осуществляют либо одновременно, либо в определенной последовательности;
- соединение внешних концов плоских балочных выводов с пленочными проводниками топологического рисунка металлизации осуществляют либо непосредственно, либо и/или посредством кристаллов навесных компонентов;
- выполнение оставшихся внутрисхемных соединений разваркой проволочными проводниками.
Недостатком данного способа является:
- невозможность выполнения всех внутрисхемных соединений в едином технологическом цикле в составе выводной рамки и тем самым увеличение трудоемкости;
- высокая паразитная индуктивность проволочных соединительных проводников, что ухудшает электрические характеристики схемы.
Известен способ изготовления гибридных интегральных схем СВЧ-диапазона, в котором для подключения кристалла навесного активного компонента - полупроводникового прибора используют группу плоских пленочных балочных соединительных проводников, выполненную на полимерном носителе. Способ включает:
- изготовление на лицевой стороне диэлектрической подложки топологического рисунка металлизации пленочных проводников и посадочных площадок для расположения кристаллов активных навесных компонентов;
- изготовление на одной стороне пленочного полимерного носителя группы плоских пленочных балочных соединительных внутрисхемных проводников,
- изготовление отверстий в полимерном носителе под концами пленочных соединительных внутрисхемных проводников,
- расположение, совмещение и соединение внутренних концов группы плоских балочных соединительных внутрисхемных проводников, выполненных на полимерном носителе, с контактными площадками, расположенными на лицевой стороне кристаллов активных навесных компонентов;
- расположение кристаллов активных навесных компонентов на посадочные площадки;
- соединение внешних концов группы плоских балочных соединительных внутрисхемных проводников с пленочными проводниками топологического рисунка металлизации [3].
Использование для подключения навесного компонента - кристалла полупроводникового прибора группы плоских пленочных балочных соединительных проводников позволило:
- во-первых, улучшить электрические характеристики за счет использования плоских балочных соединительных проводников, имеющих меньшую паразитную индуктивность по сравнению с проволочными проводниками;
- во-вторых, увеличить прочность соединении и тем самым увеличить надежность гибридной интегральной схемы.
Однако предложенный способ не предусматривает удаление полимерного носителя с плоских пленочных балочных соединительных проводников, что оказывает влияние на проходящий сигнал и тем самым ухудшает электрические характеристики. Кроме того, в способе не предусматривается выполнение всех внутрисхемных проводников на полимерном носителе, а лишь подключение активного навесного компонента - кристалла полупроводникового прибора к пленочным проводникам топологического рисунка металлизации.
Техническим результатом изобретения является улучшение электрических характеристик, снижение трудоемкости изготовления и повышение надежности.
Данный технический результат достигается тем, что в известном способе изготовления гибридной интегральной схемы СВЧ-диапазона, включающем изготовление на лицевой стороне диэлектрической подложки топологического рисунка металлизации пленочных проводников и, по крайней мере, одной посадочной площадки для расположения, по крайней мере, одного кристалла навесного компонента, изготовление на одной стороне пленочного полимерного носителя рисунка плоских пленочных соединительных внутрисхемных проводников, содержащего, по меньшей мере, одну группу для подключения активного полупроводникового прибора, изготовление отверстий в полимерном носителе под концами пленочных соединительных внутрисхемных проводников, расположение, совмещение и соединение внутренних концов, по меньшей мере, одной группы пленочных соединительных внутрисхемных проводников с контактными площадками, по меньшей мере, одного кристалла активного навесного компонента - полупроводникового прибора, расположение кристаллов активных навесных компонентов на посадочные площадки, совмещение рисунка плоских пленочных соединительных внутрисхемных проводников с пленочными элементами топологического рисунка металлизации и закрепление кристаллов активных компонентов на посадочных площадках, присоединение внешних концов группы пленочных соединительных внутрисхемных проводников к пленочным проводникам топологического рисунка, на диэлектрической подложке до посадки активных навесных компонентов располагают и закрепляют кристаллы пассивных компонентов, на полимерном носителе пленочные соединительные внутрисхемные проводники изготавливают для выполнения всех соединений, концы соединительных внутрисхемных проводников соединяют с топологическим рисунком непосредственно или посредством пассивных компонентов, затем удаляют пленочный носитель.
Пленочные соединительные внутрисхемные проводники могут быть изготовлены нанесением на полимерный носитель адгезионного слоя металла, на который наносят проводящий металлический слой, а затем на него наносят слой гальванического золота. Удаляют с концов пленочных соединительных внутрисхемных проводников, расположенных над отверстиями, адгезионный слой металла и проводящий металлический слой, пленочные проводники топологического рисунка металлизации покрывают золотом, внутрисхемные проводники присоединяют контактной сваркой.
Достижение лучшего результата обеспечивает изготовление полимерного носителя толщиной, равной 0,005-0,2 мм.
Отверстия в полимерном носителе для соединения внутрисхемных проводников с кристаллами пассивных компонентов изготавливают размером, превышающим размеры кристаллов пассивных компонентов на величину от 0,1 до 1 мм, что улучшает сборку.
Посадочные площадки могут быть изготовлены в углублениях на лицевой стороне диэлектрической подложки, глубина которых обеспечивает расположение поверхностей кристаллов навесных компонентов заподлицо с диэлектрической подложкой.
Выполнение плоских пленочных внутрисхемных соединительных проводников для всех соединений на полимерном носителе обеспечивает:
- снижение паразитной индуктивности по сравнению с проволочными проводниками тем самым обеспечивает улучшение электрических характеристик;
- повышение воспроизводимости их длины и формы, возможность их группового изготовления, группового совмещения с топологическим рисунком металлизации и присоединения в едином технологическом процессе, что снижает трудоемкость;
- повышение прочности соединительных внутрисхемных проводников.
Установка и закрепление на посадочные площадки в составе топологического рисунка, выполненного на диэлектрической подложке, кристаллов пассивных навесных компонентов - конденсаторов позволяет снизить тепловые воздействия на активные компоненты и тем самым улучшить электрические характеристики схемы и, кроме того, применить групповые и автоматизированные методы сборки (установки и закрепления) и тем самым снизить трудоемкость изготовления.
Совмещение и присоединение внутренних концов группы внутрисхемных соединительных проводников, предназначенных для подключения кристаллов активных полупроводниковых приборов (отдельно от всей схемы) позволяет снизить тепловое воздействие на кристаллы полупроводниковых приборов, чувствительных к тепловым воздействиям, и тем самым улучшить электрические характеристики схемы.
Совмещение с топологическим рисунком металлизации пленочных проводников, установку и закрепление кристаллов активных полупроводниковых приборов на посадочных площадках осуществляют после присоединения к ним рисунка пленочных соединительных внутрисхемных проводников на пленочном носителе, что позволяет производить дальнейшую сборку, а именно, всех остальных пленочных соединительных внутрисхемных проводников групповыми автоматизированными методами и тем самым снизить трудоемкость изготовления схемы
Присоединение внешних концов группы соединительных внутрисхемных проводников к пленочным проводникам топологического рисунка непосредственно или посредством кристаллов пассивных навесных компонентов и последующего соединения концов, оставшихся пленочных проводников, с топологическим рисунком металлизации пленочных проводников позволяет изготовить интегральную схему со всеми плоскими пленочными соединительными внутрисхемными проводниками и тем самым улучшить ее электрические характеристики, по сравнению со схемой, изготовленными с проволочными проводниками за счет снижения паразитной индуктивности, повысить надежность схемы за счет увеличения соединительных внутрисхемных проводников.
Удаление пленочного носителя из интегральной схемы позволяет исключить его влияние на электрические сигналы, проходящие в проводниках, и тем самым улучшить ее электрические характеристики по сравнению с прототипом.
Нанесение золотого покрытия на пленочные проводники топологического рисунка и посадочные площадки, а также выполнение плоских пленочных соединительных внутрисхемных проводников нанесением на полимерный носитель адгезионного слоя металла, на него проводящего слоя металла, а затем гальванического осаждения золота, с последующим удалением с концов плоских пленочных внутрисхемных проводников, расположенных над отверстиями, в местах, предназначенных для присоединения плоских пленочных соединительных внутрисхемных проводников контактной сваркой облегчает сборку и тем самым снижает трудоемкость изготовления схемы.
Использование полимерного носителя толщиной 0,005-0,2 мм позволяет:
- во-первых, сохранить жесткость конструкции плоских пленочных соединительных внутрисхемных проводников на пленочном носителе и тем самым облегчает совмещение с топологическим рисунком, а значит, уменьшает трудоемкость изготовления;
- во-вторых, обеспечивает определенный воздушный зазор между пересекающимися проводниками и повышение воспроизводимости формы и длины соединительных внутрисхемных проводников, что снижает их паразитную индуктивность и, следовательно, улучшает электрические характеристики.
Ограничение толщины полимерного носителя:
- сверху 0,2 мм обусловлено тем, что с ростом толщины носителя увеличивается длина плоских пленочных соединительных внутрисхемных проводников, а это приводит к ухудшению электрических характеристик схемы;
- снизу 0,005 мм необходимостью обеспечения величины воздушного зазора между пересекающимися проводниками схемы.
Изготовление в полимерном носителе отверстий для соединения внутрисхемных проводников с кристаллами пассивных компонентов размером, превышающим размеры кристалла пассивного компонента на величину от 0,1 до 1 мм, обеспечивает расположение полимерного носителя ниже поверхности кристалла, что облегчает сборку, поскольку плоские пленочные соединительные внутрисхемные проводники располагаются ближе к топологическому рисунку металлизации, а это снижает трудоемкость изготовления.
Посадочные площадки изготавливают в углублениях на лицевой стороне диэлектрической подложки, глубина которых обеспечивает расположение поверхностей кристаллов навесных компонентов заподлицо с диэлектрической подложкой, а именно лицевые поверхности кристаллов навесных компонентов и лицевая поверхность диэлектрической подложки расположены в одной плоскости. Соединения находятся в одной плоскости, что облегчает сборку и тем самым снижает трудоемкость изготовления схемы.
Изобретение поясняется чертежами.
На Фиг.1 представлен фрагмент гибридной интегральной схемы СВЧ-диапазона, изготавливаемой с использованием предлагаемого способа, где:
1 - диэлектрическая подложка;
2 - топологический рисунок металлизации;
3 - активный навесной компонент;
4 - пассивный навесной компонент;
5 - посадочные площадки;
6 - рисунок плоских пленочных соединительных внутрисхемных проводников;
7 - полимерный носитель;
8 - группа плоских пленочных соединительных внутрисхемных проводников для подключения кристаллов активных компонентов - полупроводниковых приборов;
9 - отверстия в полимерном носителе;
10 - контактные площадки активных компонентов-кристаллов полупроводниковых приборов;
11 - экранная заземляющая металлизация;
12 - верхние обкладки конденсатора;
13 - нижние обкладки конденсатора;
14 - связующее электропроводящее вещество.
На Фиг.2 представлен фрагмент гибридной интегральной схемы СВЧ-диапазона, изготавливаемой с использованием предлагаемого способа, содержащий только пленочные элементы (штыревые направленные ответвители (мосты Ланге)), где:
15 - концы плоских пленочных соединительных внутрисхемных проводников.
На Фиг.3 представлен фрагмент гибридной интегральной схемы СВЧ-диапазона, изготавливаемой с использованием предлагаемого способа, с удаленным пленочным носителем 7, где:
15 - концы плоских пленочных соединительных внутрисхемных проводников.
На Фиг.4 представлен фрагмент гибридной интегральной схемы СВЧ-диапазона, изготавливаемой с использованием предлагаемого способа, посадочные площадки 5 расположены в углублениях на лицевой стороне диэлектрической подложки 1, где:
16 - фигурное углубление в лицевой стороне диэлектрической подложки.
12
10
Пример. Способ изготовления гибридных интегральных схем СВЧ-диапазона, например балансного усилительного каскада. Способ включает: изготовление диэлектрической подложки 1 из поликора с размерами 12×15×0,5 мм, на лицевой стороне которой изготовляют топологический рисунок металлизации 2 пленочных проводников и посадочные площадки 5 со структурой металлизации Cr (0,02 мкм) напыленный - Cu (1 мкм) напыленная - Cu(3 мкм)гальваническая - Ni (0,6-0,8 мкм) гальванический - Au(3 мкм)гальваническое. На противоположной стороне подложки 1 выполнена экранная заземляющая металлизация 11 с аналогичной структурой. На подложку 1 производят посадку кристаллов пассивных компонентов 4, например КРПГ757761.002 конденсатор керамический ТСО707002 ТУ пайкой нижних обкладок на посадочные площадки припоем золото-кремний ПЗлКр970 эвтектического состава при температуре 420°C с использованием установки ЭМ-4075. Пленочный носитель 7 выполнен толщиной 100 мкм на основе флюорена (дифиниленметан CH МРТУ6-09-4143-67 (ТУ 6-09-3102-78)[4] с добавлением 10% окиси алюминия. На одной стороне носителя 7 способом фотолитографии изготавливают рисунок пленочных соединительных внутрисхемных проводников 6 путем последовательного химического осаждения никеля 0,1-0,2 мкм, гальваническим осаждением меди 1 мкм (фотолитографическим изготовлением топологического рисунка пленочных соединительных внутрисхемных проводников 6, гальваническим осаждением золота толщиной 7-9 мкм и фотолитографическим удалением технологических проводников). В пленочном носителе 7 вытравливают окна 9 в местах, предназначенных для присоединения всех плоских пленочных соединительных внутрисхемных проводников 6 к топологическому рисунку металлизации 2, и стравливают с концов пленочных соединительных внутрисхемных проводников 6, расположенных в окнах 9, химически осажденный никель 0,1-0,2 мкм и гальванически осажденную медь толщиной 1 мкм.
Кристаллы активных полупроводниковых приборов 3, например полевых транзисторов с барьером Шотки типа 3П612А-5, устанавливают в специальной оправке, накладывают пленочный носитель 7 с группой плоских пленочных соединительных внутрисхемных проводников 6 для подключения активных компонентов - кристаллов полупроводниковых приборов 3, совмещают их внутренние концы с контактными площадками 10 активных компонентов - кристаллов полупроводниковых приборов 3 и приваривают методом термозвуковой сварки на установке ЭМ-4120А при температуре 160°С. В местах посадки транзисторов на посадочные площадки топологического рисунка 5 наносят клей ЭЧЭ-С ЫУО 028052 ТУ. Устанавливают кристаллы транзисторов на посадочные площадки 5, одновременно совмещая рисунок плоских пленочных соединительных внутрисхемных проводников 6 с топологическим рисунком металлизации 2, например, с использованием знаков совмещения, специально изготовленных в составе плоских пленочных соединительных внутрисхемных проводников 6 и в составе топологического рисунка металлизации 2 и закрепляют кристаллы транзисторов 3 на посадочных площадках 5 сушкой клея при температуре 125°С в течение 2,5 ч. Далее соединяют рисунок плоских пленочных соединительных внутрисхемных проводников 6 с топологическим рисунком металлизации 2, используя контактную сварку расщепленным электродом на установке "Контакт-3А" при комнатной температуре. Удаляют пленочный носитель 7 возгонкой (испарением) при температуре 300°С, затем струей воздуха удаляют порошок окиси алюминия.
Применение предложенного способа дополнительно позволяет автоматизировать процесс сборки и использовать групповую технологию изготовления на диэлектрических подложках максимального размера, выпускаемого промышленностью, например 48×60×0,5 мм в случае применения поликоровых подложек, и тем самым снизить трудоемкость изготовления.
Источники информации
1. Микроэлектронная аппаратура на бескорпусных интегральных микросхемах. И.Н.Важенин, Г.А.Блинов, Л.А.Коледов и др. Под ред. И.Н.Важенина. - М.: Радио и связь, 1985, с.131-133.
2. Патент РФ №2314595, МПК Н01 21/84, приоритет 10.01.2006 г. / Способ изготовления гибридной интегральной схемы СВЧ-диапазона. В.А.Иовдальский, Ю.И.Молдованов, В.Г.Моргунов, В.Г.Виноградов.
3. Монтаж микроэлектронной аппаратуры. Г.Я.Гуськов, Г.А.Блинов, А.А.Газаров. - М.: Радио и связь, 1986 г. - С.176 (С.109-110).
4. Справочник: "Химические реактивы и высокочистые химические вещества", - Москва, изд. "Химия", 1990 г., с.479.