Wytwarzanie monokryształów:
1. Metoda Czochralskiego-kryształ w tyglu topiony w tyglu kwarcowym(zamknięty w tyglu grafitowym). Wsad ładujemy w tyglu i w atmosferze gazu obojętnego się odbywa proces. Wytwarzanie zaczyna się od zanurzenia zarodka w polikrzemie, a nastepnie narastanie polikrystaliczne(płytki w wielkości ok.300mm).

2.Metoda przetapiania strefowego- pręt z krzemu polikrystalicznego. Pręt przetopiony od dołu do góry na zarodek krystalizacji i wtedy jest narastanie polikrystaliczne.

Obróbka pręta krystalicznego- nie jest to regularny walec. Po wyciągnięciu trzeba go obrobić. Krzem jest bardzo twardy. Obróbka metoda szlifowania. Obrabiamy część walcowa jak i część bazową. Operacja orientowania monokryształu (optycznie lub laserowo). Po zobaczeniu jak jest zorientowany tnie się monokryształ piła tarczową (grubość 50 µm) z nasypem wewnętrznym (grubość z nasypem ok. 200µm). Piła napięta jest na bębnie. Piła bardzo szybko się obraca. Drganie piły nie mogą przekroczyć 1µm. Jeżeli drgania się powiększają to trzeba zwiększyć naciąg piły na bembnie. Po pocięciu naplasterki musimy ja obustronnie szlifować na szlifierkach planetarnych. Po szlifowaniu wkładamy do specjalnych kaset, są krawędziowane(aby zlikwidowac ostre krawędzie, specjalna tarczą zaokrąglamy krawędzie) Później jest mycie, z jednoczesnym podtrawianiem. Na koniec polerujemy płytki, ale polerowana jest tylko jedna strona. Płytki naklejamy na tarcze nośne, dociskamy do tarczy polerskiej (obrót i ruch oscylacyjny). Później wkładamy płytki do gorącej wody, wosk przyklejający się topi następuje odklejanie tarcz nośnych. Następnie myjemy płytki natryskowo i dokonujemy pomiarów parametrów: geometrii i zanieczyszczeń.

Krzem na płytki jest materiałem bardzo czystym, jest 10^-7-10^-12 % zanieczyszczeń.

Dlaczego stosujemy kwarc na tygle? Dlatego że SiO₂ nie zanieczyszcza wsadu przy wysokiej temperaturze, dlatego tygle buduje się z kwarcu. Przy topieniu krzemu tygiel mięknie, dlatego umieszczony jest w tyglu grafitowym.

Zarodek krystalizacji to kawałek pręta monokrystalicznego.

Wydajność procesu zależy od średnicy i pojemności tygla.

Metoda Floating Zone (przetapianie strefowe)

rys

Cewka przesuwa się od do góry topiąc pręt. Roztopiony pręt spływa na zarodek monokrystaliczny i tworzy się rdzeń. Średnica takiego monokryształu to ok. 100mm. Aby uzyskac większe średnice to elementy trzeba ustawic mimośrodowo.

Krystalizacja metoda Bridgemana- pojemnik z wsadem polikrzemowym przesuwa się wzdłuż grzejnika, a następnie stygnie jako monokryształ.

Po obróbce mechanicznej (obcięcie końców i obrobienie walca na walec dokładny) tniemy walec na płytki. Ale trzeba go najpierw odpowiednio zorientować, aby ciąć wzdłóż określonych płaszczyzn.

Orientacja:

- metoda optyczna (dokładność kilka stopni) Źródło światła, przesłona i wytrawiona powierzchnia monokryształu. Podajemy mieszanki trawione, powstają figury.

Jeżeli zaobserwujemy taka figurę to możemy stwierdzić, że kryształ jest dobrze zorientowany.

- metoda Rentgenowska, jest jeden kąt padania promieni Roentgena na odpowiednia płaszczyznę monokryształu przy którym to kącie promieniowanie całkowicie się odbija. Kąta szukamy manipulując monokryształem, jest to tzw. Kąt Bragga.

Po zorientowaniu kryształu możemy przystąpić do cięcia. Na ramie były napięte taśmy lub druty, na tym się cieło.

Rys

Ten element wprowadzał element w ruch posuwisto zwrotny, a posypany materiał ścierny ciął monokryształ.

Inne narzędzia do cięcia:

- tarcze z nasypem zewnętrznym

- tarcze z nasypem wewnętrznym (do obu- nasyp diamentowy dla bardzo małych średnic.

Na ciętych powierzchniach powstają uszkodzenia. Największe przy cięciu taśma i piła z nasypem zewnętrznym. Mniejsze przy cięciu taśma z nasypem wewnętrznym (jedynie ta jest stosowana teraz)

WYKŁAD 2

Przekrój przez tranzystor

rys

Przebieg wykonania tranzystora

rys

Epitaksja- wytwarzanie świeżej warstwy monokrystalicznej na monokrysztale podłoża

Procesy do wykonania tranzystora:

- wytworzenie warstw epitaksjalnych

- wytworzenie warstw dielektrycznych (np. warstwy tlenkowe) rola warstw maskujących, izolacyjnych, rola warstw pasywujących (ochronnych),

- podstawowy proces obróbki tych warstw to fotolitografia - sposób obróbki fotochemicznej

- proces dyfuzji lub proces implantowania jonów

- proces wytwarzania metalizacji, uzyskuje się sieć połączeń wewnętrznych i kontakty do połączeń z elementami zewnętrznymi

Epitaksja: rodzaje warstw: a)warstwa homoepitaksjalna b)warstwa heteroepitaksjalna

a)warstwa homoepitaksjalna- na podłożu np. typu n wytwarza się warstwę typu n)

b)warstwa heteroepitaksjalna- na podłożu np. typu n wytwarza się warstwę typu p)

Potrzebne są atomy krzemu!

Metody do pobierania krzemu do wytwarzania warstw epitaksjalnych:

- metoda CVD (chemical vapour deposition) osadzanie chemiczne z fazy gazowej. Pierwiastek, z którego chcemy uzyskać warstwę epitaksjalną uzyskujemy na drodze reakcji chemicznej. Używa się do tego halogenku krzemu redukowanego wodorem SiCl₄+2H₂→Si+4HCl jest to process wysokotempteraturowy, więc krzem jest wprowadzany w postaci pary, które osadzają się na płytkach podłożowych, wbudowują się w monokrystaliczną warstwę podłoża i tworzą warstwę.

Wykonywane są następujące operacje, ułożenie płytek na grzejniku, płukanie komory reakcyjnej azotem, płukanie wodorem, podgrzanie podłoża do 1180st.C, włączenie przepływu gazowego chloroworu przez komorę reakcyjną i trawienie płytek krzemowych w gazowym HCl, odcięcie dopływu gazowego, płukanie wodorem.

Urządzenia do wykonywania warstw epitacjalnych: komory reakcyjne (pozioma, pionowa, baryłkowa)- wynika to z kierunku przepływu gazu nośnego, który zawiera atomy z których wykonana zostanie warstwa

Po wytworzeniu warstwy epitacjalnej wytrawia się warstwę maskującą (tlenkowa np. SiO₂₎, można ja wytrawić wieloma (chyba 6) metodami

Wytwarzanie warstwy SiO₂:

a) utlenianie termiczne - najważniejsza metoda

b) utlenianie anodowe ( elektrolityczne lub gazowe)

c) CVD osadzanie chemiczne z fazy gazowej

Różna gęstość warstwy SiO₂ w różnych metodach, wiąże się to z porowatością tlenków, każda metoda daje różną porowatość, czyli różna gęstość, nam najbardziej zależy aby mieć duża gęstość

Ad a) Utlenianie termiczne *w suchym tlenie, *w wilgotnym tlenie *w parze wodnej Si⁺_(s)+O_2(g)→SiO_2(s)

Si_(s)+2H₂O(g) →SiO_2(s)+2H_2(g) Temperatura 900-1200 st.C jest to proces wysokotemperaturowy, wysoka temperatura bo utlenianie ma charakter dyfuzyjny.

Rys.

grubośc warstwy zależy od długości trwania procesu

Wprowadza się czasami gazowy chlorowodór aby rozrywał wiązania przy powierzchni, aby tlen mógł głębiej, łatwiej dyfundować

Utlenianie termiczne w parze wodnej, Hydrox(=hydrogen Oxide) parę wodna uzyskuje się na skutek odparowania wody, do komory wprowadza się wodór i tlen, które w reakcji spalania tworzą czysta parę wodną.

Utlenianie anodowe

anoda - płytka krzemowa, katoda-metal szlachetny (platyna)

rys.

warstwa tlenkowa, atomy krzemu z płytek są wyrywane, łączą się z tlenkiem z elektrolitu i tworzą warstwę rosnącą

rys.

tu jednak grubość SiO₂ jest ograniczona_, SiO₂ jako dielektryk w pewnym momencie izolować

(Technologia wytwarzania mikrosystemów MEMS)

warstwy azotkowe, jak i warstwy trójtlenku glinu, nowe warstwy dielektryczne, chemiczne osadzanie z fazy gazowej CVD

niska temperatura parowania AlCl₃+3H₂+3CO₂→Al₂O₃+6HCl+3CO powyższa reakcja przebiega dwuetapowo

CO₂+H₂→H₂O+CO 2AlCL₃+3H₂O→Al₂O₃+6HCl

Fotolitografia

Litografia- litos kamień(z grec.)

Jest to proces który składa się z co najmniej 8 operacji:

*przygotowania płytki podłożowej, *nałożenia warstwy kopiowej(emulsji światłoczułej) *suszenie wstępne warstwy kopiowej *centrowanie i naświetlanie warstwy kopiowej *wywołanie warstwy kopiowej *suszenie końcowe (hartowanie warstwy kopiowej) *trawienie w 3 odmianach (mokre, suche plazmiczne, reaktywne trawienie jonowe) *usuwanie zbędnej warstwy kopiowej (stropowanie)

Są to podstawowe operacje, czasem występuja jeszcze inne operacje.

Przygotowanie powłoki jest ważne, bo p wytworzeniu warstwy SiO₂, warstwa ta ma typ budowy siloksenowy, SiO₂, bez zanieczyszczeń, jednak w wyniku nieodpowiedniego magazynowania następuje absorpcja grup OH (typ silanolowy) lub nawet absorpcja wody. Trzeba wrócic do budowy typu siloksenowego, wygrzewanie w suchym azocie w temperaturze 300st.C Dla typu zanieczyszczonego, silanolowego, adhezja (przyczepność) jest bardzo słaba. Na powierzchni płytek nakłada się warstwy kopiowe: A)negatywowe (pod wpływem światła UV polimeryzują) B)pozytywowe (nakładają się pod wpływem naświetlania światłem UV)

Negatywowe monomery, cynamonian winylu

Pozytywowe przed nałożeniem emulsji płytkę pokrywa się roztworem primera, zwiększa przyczepność powierzchni płytki. Emulsje są dostarczane w postaci płynu, a nakładane są poprzez rozwibrowanie specjalnymi wirówkami, następnie podsuszanie najpierw azotem potem w specjalnych piecach w temperaturze 90st.C (negatywowe) a potem w temp. 110st.C (pozytywowe), po suszeniu wstępnym jest centrowanie i naświetlanie. Znaki bazowe musza być aby dobrze rozmieścić (centrować) kolejne maski.

Wykład 3

Fotomaski:

-miękkie(fotograficzne)+(emulsje lipmanowskie, drobnoziarniste)(ziarno <200nm),bardzo tanie, le przy naświetlaniu stykowym maja bardzo krótką żywotność(nie wiecej niż 10 naświetleń) małe odbicie światła

-twarde - (chromowe lub z tlenków chromu lub żelaza)duża twardość, lepsza rozdzielczość, cena wysoka, maja bardzo duża żywotność.

Fotomaski fotograficzne nie są stosowane w dużej produkcji. Różne klasy płaskości występują(selcted,ultra,micro)producenci Kodak ,Agfa.

Sam proces wytwarzania fotomasek jest bardzo skomplikowany. Mając fotomaskę przystępuje się do naświetlania światłem UV.

Sposoby:

-stykowe(w praktyce tylko stosowany rodz.)

-zbliżeniowe

-projekcyjne

Stykowe: płytka i fotomaska maja znaki bazowe do centrowania i ustawiania maski z plytka. Maska styka się z płytka i naświetla się UV.

Zbliżeniowe naświetlanie: fotomaska oddalona jest o kilka um od płytki i wtedy naświetlana ,jednak pogarszało to otrzymana rozdzielczość, obecnie nie używana .Powiększenie żywotności maski.

Projekcyjne: fotomaska całkowicie oddzielona od płytki oddzielonej, układ optyczny do przenoszenia naświetlania UV. Powiększenie żywotności maski.

Wywoływanie:

-metoda natryskowa-cały czas podawany jest świeży wywoływacz, który może być łatwo kontrolowany(spring spray).Po tym wywoływaniu mamy odsłonięte obszary, które maja być usunięte w procesie trawienia.

Po wywołaniu musi być suszenie końcowe(hartowanie emulsji)

Temperatura tego procesu jest o 20Cwyzsza od suszenia wstępnego(110-140C).W trakcie tego suszenia emulsja nabiera pełnej odporności na czynniki trawiące.

Wiec przechodzimy do trawienia:

a)mokre(w roztworach trawiących)dla Si i jego związków roztwór kwasu fluorowodorowego

b)plazmowe

-chemiczne

-fizyczne

Mieszanina trawiąca jest bardzo żrąca, tak że jedna emulsja tego nie wytrzyma, dlatego potrzebna jest warstwa pośrednia(np. dwutlenku krzemu).Najpierw obrabiany jest dwutlenek, który robi za maskę osłaniająca azotek ,który trawimy.

Trawienie anizotropowe(PIE)

Trawienie plazmowe: w komorze znajduje się gaz, wytworzenie dużego pola elektrycznego, zjonizowanie gazu(->plazma)Trawienie plazmowe, mieszanina neonowo-freonowa,gdy stosujemy gaz obojętny(argon)->trawienie fizyczne-> Intensywne bombardowanie powierzchni trawionej i jej rozpylanie.

Dla trawienia fizycznego nie ma podtrawiania,a dla chemicznego i mokrego jest. Czasem podtrawianie jest potrzebne.

Gazy stosowane w trawieniu plazmowym(freon z tlenem, freon z wodorem, freon z gazem obojętnym).

Teraz przechodzimy do domieszkowania:

Typu p: Akceptory - pierwiastki III grupy układu okresowego

Typu n: Donory - pierwiastki III grupy układu okresowego

Dyfuzja- proces wysokotemp. 1200C, na tyle wysoka ,żeby następowało rozrywanie wiązań w materiale, w którym robimy domieszkę, żeby łatwiej wchodziły w ten materiał atomy domieszki.

Dyfuzja(podział):

-w układzie zamkniętym - rura reakcyjna ,w której zachodzi dyfuzja jest obustronnie zamknięta

-w układzie otwartym - przebiega przy przepływie gazu nośnego przez rurę reakcyjna

-w układzie próżniowym( obniżone ciśnienie tu występuje)

Układ zamknięty: może być realizowany w piecu jednostrefowym, lub w piecach dwustrefowych( niezależna temp. dla źródła domieszki i niezależna dla procesu dyfuzji).

Odmiany ukł. otwartego zależą od rodzaju źródła domieszki:

-stałe(P2O5)

-ciekłe( gaz nośny podawany na saturator)

-gazowe(gaz nośny i gazy dyfuzyjne)

-powierzchniowe.Bezpośrednio na płytce półprzewodnikowej

Proces dyfuzji składa się z 2 faz:

-predyfuzja(dyfuzja wstępna)

Otrzymujemy koncentrację przy powie

rzchni względem tzw. funkcji blędu:

-redyfuzja

Metoda dyfuzji w ukł. Otwartej rury z zastosowaniem powierzchniowego źródła domieszek -najczęściej stosowana.

Japończycy zeszli do rozdzielczości 0,14um dla fotolitografii.

Implantowanie jonów - nowa technologia. Wstrzeliwanie działem jonowym określonej porcji domieszki w określony obszar, może się odbywać w niskiej temperaturze(pokojowej nawet),proces prowadzony w próżni(dlatego jest bardzo czysty).

Implantator składa się z:

-źródło jonów

-soczewki magnetyczne(formujące wiązkę)

-układy napięciowe nadające wiązce określoną energie

-soczewki ,szczeliny korygujące kształt wiązki jonów

-układ sterowania

-komora z uchwytem do płytek

-układy pomp zapewniające próżnię potrzebną do procesu

Wykonanie metalizacji:

Te same metody metalizacji są stosowane w układach cienkowarstwowych.

Metalizacja jest to cienka (1-1,5um) warstwa Al. Lub Al. Z dodatkiem stopowym krzemu Si.

Metody metalizacji:

-próżniowe (prowadzone w próżni, o wielkości większej lub mniejszej).Wykonuje się to w próżni, gdyż aby materiał z którego wykonujemy warstwę mógł dobrze dojść na miejsce gdzie ma być umieszczonym, wtedy jest odpowiednia droga swobodna.

Średnia droga cząsteczki przy określonym ciśnieniu: L= C/p.

Ze wzoru wynika, że droga swobodna wydłuża się wraz ze spadkiem ciśnienia.

Metody wykonywania metalizacji (próżniowe)

-naparowywanie próżniowe. Urządzenie składa się z komory próżniowej, zespołu pompującego, po osiągnięciu próżni włącza się przepływ prądu przez wyparownik, który silnie się nagrzewa, to co się na nim znajduje zaczyna wyparowywać, nad przesłona jest jakaś maska, która pozwala osiągnąć wzór metalizacji. Metalizacja jest prowadzona na całą powierzchnie płytek, potem nakłada się emulsje światłoczuła, a następnie metoda fotolitografii wytrawia. Ważna jest kontrola grubości poprzez zastosowanie płytki kwarcowej(testowej) o określonej częstot. Drgań własnych. Przy parowaniu metalizacja osadza się na tej płytce i wzrost masy powoduje zmiane częstotliwości rezonansowej układu. Wyparownik jest w postaci drutu- temp. topnienia metalizacji musi być mniejsza niż wyparownika oraz wyparownik musi dać się zwilżyć przez metalizacje. Materiał wyparownika nie może wchodzić w reakcje z materiałem wyparowanym. Wolfram, molibden, tytan -materiały na wyparowniki, mają bardzo duże temp. topnienia. Jednak gdy mamy odparować te właściwe materiały to stosuje się tygle ceramiczne, ale jest problem z nagrzewaniem. Stosowane jest wtedy nagrzewanie strumieniem elektronów.

Na anodzie (chłodzonej woda) stoi tygiel ceramiczny z subst. do odparowania. Emisja dużej ilości wolnych elektronów na katodzie ,które biegną do anody a po drodze jest tygiel ceramiczny i jest on bombardowany. Przy tego typu grzaniu nie ma możliwości nagrzewania tygla i nie ma reakcji miedzy materiałem wyparownika(tygla ceramicznego)a materiałem odparowanym

- rozpylanie katodowe. Wzbudzone jony chemicznie obojętne bombardują powierzchnie materiału z którego chcemy otrzymać warstwę metalizacji,<-> bombardowanie targetu (katody) i stad docieramy do płytki na której chcemy uzyskać metalizacje. Różnica z naparowywaniem próżniowym - rozpylanie dobywa się w próżni średniej a nie jak w naparowywaniu w wysokiej.

Proces wykonywania jakiejś warstwy jest robiony tak ze inny materiał jest napylany a inny osadza się na płytce, bo po drodze może dojść do reakcji. Np. targetem może być Si ale po drodze reaguje z tlenem i otrzymujemy SiO2-rozpylanie reaktywne.

Występują tu 2 rodzaje pomp:

• rotacyjna (obrotnica- olejowa)

• Root'sa -dwuwirnikowa

To był pierwszy stopień.

Drugi stopień:

-pompa dyfuzyjna - odpompowanie jakiegos rodzaju oleju, który pociaga ze sobą gaz połączony z komorą próżniową

-pompy kriostatczne(z wymrazaniem)

W półprzewodnikach stosuje się rodzaje metalizacji:

-jednowarstwowa

-wielowarstwowa(np. gdy chcemy użyć złota które ma słabą adhezje na Si krzemu)

-wielopoziomowa (2 lub więcej poziomów ->metalizacja z odpowiednim wzorem, warstwa izolacyjna, znowu metalizacja)- w układach o dużej skali integracji.

Ważne jest aby odpowiednio sprawdzić wytworzone struktury, aby nie instalować wadliwych, odpowiednie testowanie płytek z wykonanymi elementami.

Rozdzielanie płytki na poszczególne struktury, na folie nakleja się płytkę i na odpowiednim urządzeniu jest ta płytka rozdzielona. Nacina się je piłami diamentowymi(tarcze z wewnętrznym i zewnętrznym nasypem diamentowym). Nacięcie jest wykonywane na 80% grubości płytki i dopiero wtedy wykonywane jest nacięcie. Następnie zakłada się folie na ekspander(pierścień rozciągający) i rozciągamy ,aby je łatwiej było pobrać. Pobieranie następuje za pomocą zsawek. Zsawka pobiera strukturę podcisnieniem. Ale jest potrzebne specjalne urządzenie, które ma trzpień i pod spodu foli pozwoli jej strukturze wyskoczyć z folii. Zsawka pobiera strukturę z folii i przenosi ja na miejsce jej zamocowania tej struktury, które może być różnymi podłożami. Mogą to być tzw. paski montażowe.

Taka strukturę można zamocować poprzez:

-lutowanie, pierwsza metoda, ale to nie jest tradycyjne lutowanie ,lutowanie na stop lutowniczy złoto - krzem AuSi, o składzie eutektycznym-bo ma najniższa temp. topnienia. Przy tym lutowaniu nie dostarcza się w ogóle lutowia. Wyspa która się lutuje jest złocona, może być naparowana warstwa eutektyki Au-Si nie ma osobnego doprowadzenia lutowia. Ten sposób mocowania struktury był przez długie lata stosowany. Podobnie można robić lutując na ceramikę i szkło. Problemy występują przy próbach montowania na tworzywa sztuczne(laminat, szkło) ->dlatego wymyślono:

-klejenie termoutwardzalne na bazie żywic epoksydowych. Kleje przewodzące z dodatkiem metalicznym. Po naparowaniu strukturki na do pola montażowego trzeba jakies pola kontaktowe z paskiem.

Montaż drutowy - cienkie druty(25um)

Zgrzewanie w stanie stałym, nie dopuszcza się do uplastycznienia w żadnym z etapów zgrzewania, nie ma przejścia w stan ciekły.

a)zgrzewanie termokompresyjne (TC)

b) zgrzewanie ultrakompresyjne (US-ultra sonic)

c) zgrzewanie termoultrakompresyjne (TS)

Termokompresja: np. t.kulkowa - na końcu drutu jest kulka ,przy montażu tranzystorów było stosowane. Miedzy elektroda i drutem wyładowanie elektryczne i zatopienie kulki w łuku elektrycznym.

Montaż drutowy

termokompresja

Parametry które odgrywają ważną rolę: energia cieplna, nacisk, czas

Pod wpływem energii cieplnej przynajmniej 1 z łączonych materiałów ulega uplastycznieniu. Pod wpływem uplastycznienia i docisku dwóch łączonych powierzchni zostają wyrównane nierówności i mogą wystapić siły van der waalsa, łączenia miedzyczast. Materiał musi dobrze uplastyczniać się w niewysokich temp, dobre połączenie mech. Temp. procesu=450⁰C

Złoto Au4N- złoto o czystości 99,99%

Wady->są one łączone do aluminiowych pól kontaktowych i te 2 materiały mają tendencję do tworzenia związków międzymetalicznych, z których jeden ma współczynnik rozszerzalności cieplnej b. różny od pozostałych. Skoki tempertatury powodują naprężenia w obszarze złącza, a te mikropęknięcia i może dojść do złamania-> purpurowa zaraza

Ultrakompresja

Parametry technologiczne: czas, nacisk. Zamiast energii cieplnej użyto energię ultradźwiękową. Budowa-> przetwornik piezolektryczny, koncentrator(wzmacnia drgania i przenosi na) sonotrode(ampl. drgań 1-4um). Drgania ultr. Rozwiązują wiązania w materiałach łączonych co powoduje ich uplastycznienie i wyrównanie mikronierówności. Materiał na drut Al lub Al z dodatkami stopowymi. Termokompresja jest jednak wydajniejsza co wynika z budowy kapilary i sonotrody(ultrakompresja jest ciężka do zautomatyzowania)

Termoultrakompresja

Zamiast tradycyjnej kapilary zastosowano kapilarę o średnicy takiej jak sonotroda i jest ona wprowadzana w drgania. Temp. procesu = 150⁰C, kapilara zapewnia wysoką wydajność procesu.

Wykład 5

Montaż bezdrutowy

Flip-chip

W normalnej strukturze tranzystorowej pokryto dodatkową warstwę pasywujacą, zrobionao w niej okno i wprowadzono kulki miedziane, które lutowano i powstały pola kontaktowe sferyczne. Zmieniejszenie liczby operacji montażowych do jednej. Pola kontaktowe mogą być wykonywane z miedzi lub złota, są one galwanicznie pokrywane związkami złota, wtedy taką strukturę łatwo jest przylutować do pól na obudowie.

Flip chip klejony

kleje izotropowe(przewodzenie we wszystkich kierunkach), kleje anizotropowe(w jednym tylko kierunku)- mniejsza koncentracja cząsteczek przewodzących.

Taśma(folia) klejąca- na płytkę podłożowąz poletkami kontaktowymi nakłada się taśmę kontakty na strukturce mają ostre końce i mogą połączyć się z poletkami na płytce poprzez przebicie punktowe folii.

Beam -Lead(z wyprowadzeniami belkowymi)

Przedłużenie poletek kontaktowych poza gabaryty struktury.

Ale te struktury przy usuwaniu trzeba rozsunąć, ale nie da się tego mechanicznie zrobić, tylko jakieś trawienie.

TAB(automatyczny montaż na nośniku taśmowym)

Nośnik na folii z tw. szt. które w b. szerokim zakresie temp. i wilgotności nie zmienia swoich wymiarów. Uformowan podobnie jak taśma filmowa. Naklejana jest folia miedziana , metodami fotolitografii utworzony jest w niej odpowiedni wzór. W tej metodzie wyprowadzenia mogą być przyłączane bezpośrednio do struktury(punkt po punkcie lub wszystkie naraz). Proces w pełni automatyzowalny. Najlepszą metodą jest Flip-Chip bo w TABie-wystepuja ograniczenia polaczen.W drutowym 250poł,w TABie 700poł. A pol sferycznych w F-Chipe duzo wiecej.

Typy układów scalonych

-monolityczne - wszystko się znajduje w jednej strukturce krzemowej, wykonane w jednej technologi

-hybrydowe(mieszane) - wykonany różnymi technikami

-cienkowarstwowe(kilkaset nm)- podłoże szklane lub ceramika szkliwiona, metalizacja przez naparowywanie próżniowe i rozpylanie kat.

-grubowarstowe(dziesiąte częsci mm)- podłóże cermika szkliwona(ceramika alundowa z Al2O3), metalizacja- sitodruk- sito odpowiedni wzór, nakładamy pastę(w skład której wchodzi drobno mielone szkliwo, czynniki nadajace odpowiednie właść. - metal, tlenki) po nałożeniu pasty - wypalanie. Można to robić w ten sposób-wykorzystując pasty światłoczułe- sitodruk, suszenie, fotomaska, naświetlanie,rozpuszczalnik, wywoływanie, wypalanie- lepsze upakowanie się w ten sposób otrzymuje

ASIC- układy składające się z wielu bramek logicznych, takie ukł. były robione bez metalizacji, dopiero gdy klient chciał jakis konkretny układ wtedy odpowiednio łączono bramki i wykonywano metalizację.

metoda COB(chip on board)

struktura półprzewodnikowa montowana jest bezpośrednio na płytce. Zamiast tworzyć podłoża szklane czy ceramiczne w COB wykorzystano klasyczne płytki drukowane(laminat FR4) i na nie bezpośrednio montowano struktury.

MCM(multi-chip module)

W jednej obudowie na jednej płytce jest od kilku do kilkunastu struktur(ale el. biernych)

- MCM -L- podłoże- laminat szklano- epoksydowy, złe odprowadzanie ciepła, niska cena

- MCM -C -podłoże- LTTC na bazie AL2O3, b. dobre odprowadzanie ciepła, średnia cena

- MCM -D - podoże - krzem, b. dobre odprowadzanie ciepła, wysoka cena

proces wykonywania obudowy z ceramiki LTTC

ceramika w postaci arkusza, jest cięty na odpowiednie wymiary, wycina się otwory(na el. półprzew., ukł. scalone) płytki po kilka składa się w pakiet, suszy, wypala, a na końcu obrabia galwanicznie(dorabia się styki)

rodzaje obudów:

-szklane(nieużywane już)

-metalowe- w nich montuje się układy hybrydowe, w półprzew. elementy mocy(np. tyrystory)

-ceramiczne- do układów hybrydowych(ceramika alundowam i berylowa)

-plastikowe(tworzywa sztuczne)- najczęściej stosowane,

-DIP (duel in package)- 2 rzędy wyprowadzeń- do montażu przewlekanego

-PLCC(plastic chip carrier), QFP(Quad flat pack)- montaż powierzchniowy

hermetyzacja - zabezpieczenie układów hybrydowych przed szkodliwym działaniem różnorodnych czynników zewnętrzną.

-prasowanie przetłoczne

-fluidyzacja(w zbiorniku tworzone jest podłoże fluoidalne, podbne do cieczy), przez porowatą płytę wpompowuje się powietrze

-zalewanie żywicą epoksydową

Wykład 7

Montaż może być prowadzony różnymi metodami:

- montaż przewlekany (CHT)

- metoda SMT - technologia montażu powierzchniowy

- montaż mieszany, który łączy w sobie montaż przewlekły i powierzchniowy.

Większe upakowanie można uzyskać w montażu powierzchniowym niż w powlekanym.

Montażem obwodów drukowanych nazywamy operację osadzania podzespołów podzespołów elementów na płytce drukowanej oraz ewentualne ich mocowanie, jeśli jest ono przewidziane.

Fazy montażu: *montaż wstępny *główny *uzupełniający *montaż elementów dobieranych w trakcie uruchamiania ..

Względem zastosowanej metody montażu podział jest następujący: *montaż ręczny *montaż zmechanizowany *półautomatyczny *automatyczny

Schemat procesu technologicznego wytwarzania modułów: pobieranie i kompletacja elementów → ← sprawdzenie lutowości → ← przygotowanie elementów → montaż wstępny → lutowanie na fali i mycie → montaż sprawdzający i uzupełnienie

Sprawdzanie lutowości - miara lutowości jest kąt zwilżenia Θ, jeśli jakas powierzchnia nie jest zwilzona przez metal to kąt zwilżania jest w zasadzie 90st.< Θ<180st.

Rys

Mamy do czynienia ze złym zwilżaniem

0st.-90st dobre zwilżanie

rys

Θ=0st. Zwilżanie całkowite

Rys

Jeżeli w procesie montażu badamy lutowośc to badamy ten kąt zwilżania,

Jeśli Θ>30st. Należy przygotowac operacje które poprawia lutowość.

Rys

Montaż głowny może być przeprowadzany jedną z tych metod, może to być: *ręczny, *zmechanizowany, *półautomatyczny, *automatyczny.

Produkcja jednostkowa małoseryjna, wtedy montaż ręczny, zmechanizowany przy średnioseryjnej produkcji, dla wieloseryjnej mamy montaż półautomatyczny przy produkcjach masowych jest montaż automatyczny.

Montaż podzielony jest na fazy:

- montaż wstępny, osadza się elementy, które wymagaja działania siły, np. *z powodu kształtu lub wymiarów ne mogą znajdowac się w pojemnikach typowych dla stanowiska montażu głównego *sposób montażu odbitego od przyjętego na stanowisku montażu głównego, *operacje osadzania i zamocowania mogłyby spowodowac uszkodzenia innych elementów

- montaż głóny, sposób montażu, lutowanie tych elementów które nie sa montowane w montażu wstępnym lub uzupełniającym

- montaż uzupełniający: *elementy nie odporne na gwałtowne zmiany temperatury (elementy w obudowach z niektórych tworzyw sztucznych) *elementy nie odporne na czynniki myjące (potencjometry, przekaźniki, przełączniki) *elementy mające warstwę lakieru nie odpornego na czynniki myjące *elementy mające obudowe lub części składowe nie odporne na czynniki myjące.

Elementy , które stosujemy nie są wykonane dokładnie lecz z tolerancją i aby uzyskać odpowiednie działanie funkcjonalne dokładne trzeba stosować elementy regulowane.

W sprzęcie wojskowym unika się elementów regulowanych a tam wprowadza się elementy które dobiera się w trakcie testowania i uruchamiania.

Rys

Osadzanie i mocowanie elementów przewlekanych, metody mocowania na płytkach obwodów:

- za pomocą czynnika stabilizującego

- przez odkształcenie plastyczne ( rozgniecenie lub podgięcie wyprowadzonego elementu- tylko w przypadku modułów elektrycznych nie napowielanych)

- mocowanie sprężyste (gdy modul elektryczny ma być napowielanych) ,

Wyprowadzenia elementów nie są odkształcone prosto do osi, tylko pod kątem, mocowanie przez odgięcie

Montaż przewlekany

Lutowanie na fali, metody:

-jednokierunkowe pojedyncze

-jednokierunkowe podwójne

-dwukierunkowe

warunki prawidłowego lutowania na fali:

-wyjście płytki obwodu lutowanego z fali powinno następować z taką prędkością, aby względem cząsteczek spoiwa wypływających z dala ta prędkość była równa 0

-przy takiej prędkości i określonej szerokości fali czas kontaktu każdego miejsca lutowanego z roztopionym spoiwem powinnien być wystarczając, by spoiwo przekazało odpowiednią porcję ciepłą i zwilżyło powierzchnie łączone

-transporter i płytka powinny być ustawione pod kątem 4-7⁰ do poziomu- nadmiar spoiwa łatwiej odpływa

-usytuowanie płytki w pionie ma być takie żeby górna powierzchnia płytki przypadała w połowie grubości płytki

-napięcie pow. spoiwa dostatecznie małe, aby było możliwe zwilżanie lutowanych powierzchni i równocześnie nie zachodziło nadmierne wyciąganie spoiwa z fali na płytkę na jej wyjściu

występuje efekt „cienia”-napięcie pow. ciekłego lutowia nie pozwala na zwilżenie tylnych poletek lutowniczych, aby się go pozbyć stosuje się wydłużenie poletek lutowniczych

Topniki to substancje żrące które likwidują zanieczyszczenia na pow. lutowanych co ułatwia proces lutowania. Im topnik bardziej zaaktywowany tym bardziej intensywne mycie musi być zastosowane po procesie utleniania

Rodzaje topników:

-bez aktywatorów

-średniozaaktywowane

-zaaktywowane

rodzaje mycia:

-mycie na fali

-mycie natryskowe na fali

-mycie w parach

montaż powierzchniowy:

polega na tym, że elem. I podzespoły stosowane do tego montażu mają tak ukształtowane wyprowadzenia, że mogą być one położone na poletkach kontaktowych na płytkach drukowanych. Pastę lutowniczą nakłada się na poletka kontaktowe metodą druku szablonowego(jak sitodruk, ale zamiast sit sa szablony- cienka, stalowa blacha z wykonanymi otworami przez które przeciska się pastę lutowniczą

technologia lutowania rozpływowego

nałożenie pasty lutowniczej metoda druku szablonowego, pasta zabezpiecza przed przesuwaniem się elementu, który na niej jest położony, element zanosi się do pieca, pasta się topi i lutuj element; piece tunelowe konwekcyjne

lutowanie na fali

elementy pow. muszą być dodatkowo klejone

-nałożenie kleju,

-położenie na klej elem. powierzchni

-utwardzanie kleju

tak przyklejone elementy wprowadza się na folię gdzie odbywa się lutowanie

nakładanie kleju:

-igiełkowo

-za pomocą dozownika ciśnieniowego

-dozowanie kleju drukiem sitowym

wysokość kropli kleju musi być większa od wysokości wyprowadzenia i metalizacji

nakładanie pasty lutowniczej:

- igiełkowo

-z dozowników ciśnieniowych

- dysze dozujące

kleje - warunki

- jednoskładnikowe

- długi okres przechowywania

-długi czas wykorzystania

-krótki czas wiazania

- stała lepkość w czasie klejenia

-odporność na temp lutowania

pasty lutownicze

zawiesina proszku lutowia na mieszaninie spoiwa(lepiszcza), ziarna o kształcie sferycznym, nieregularnym, do tego dodaję się róznego rodzaju składniki.

---