CCF20090228004

Technologia grubowarstwowa

Wewnętrzne warstwy struktur wielowarstwowych są najczęściej wykorzystywane do realizacji układów pasywnych (n.p. filtry, sprzęgacze kierunkowe), jednak coraz częściej pojawiają się w nich planarne elementy pasywne wykonywane technologią grubowarstwową.

Niezbędne połączenia pomiędzy warstwami metalizacji uzyskiwane są przy pomocy pometalizowanych otworów, wstępnie przygotowanych w trakcie przygotowania poszczególnych warstw podłożowych a następnie metalizowanych po sklejeniu lub spieczeniu struktury.

Najczęściej stosowane są następujące sposoby łączenia warstw:

-    zgrzewanie pod ciśnieniem warstw wykonanych przy użyciu specjalnych podłoży organicznych z nie zakończonym procesem polimeryzacji (ang. prepregs);

zgrzewanie pod ciśnieniem warstw wykonanych z podłoży organicznych przy użyciu dielektrycznych folii adhezyjnych o właściwościach zbliżonych dó właściwości podłoży;

-    spiekanie w „niskiej” (n.p 850 °C) temperaturze warstw wykonanych na nic wypalonych podłożach wypełnionych proszkiem ceramicznym (często AI₂0₃) (ang..LTCC-Low Temperaturę Cofired Ceramies). Technologia ta umożliwia realizację układów zawierających kilkadziesiąt warstw a dzięki dobrym parametrom podłoży można ją stosować do 40 GHz.

W porównaniu z tcclinologią cienkowarstwową główne . > różnice leżą w technice wykonywania masek i nanoszenia warstw . y przewodźącycli, rczystywnycli i dielektrycznych. Odbywa się to w .sposób podobny do drukarskiej techniki sitodruku. Maska jest wykonana na siatce metalowej o bardzo ma łych wymiarach okien (Rys. 2.1 (a)) w talu sposób, że przez obszary niezabezpieczone można wciskać półpłynne materiały (tzw. atrament)'), zawierające potrzebny składnik - dobry przewodnik, metal o dużej rczystywności lub dielektryk. Na Rys. ^:2.1(b) pokazano przykład układu, do którego Wykonania posłużyła maska z Rys. 2 .1(a). Proces rozprowadzania atramentu;    przez

przemieszczanie tzw. raki i pokazano na Rys: 2.2. Po zdjęciu maski atrament jest wypalany w piecu z odpowiednim czasowym rozkładem temperatury. Ze względu na maksymalną temperaturę przekraczającą 800 °C podłożami przy tej technologii mogą być tylko materia ly z grupy materia łów nieorganicznych (najeżę ścicj A1₂0j).

Zaletą technologii grubowarstwowej jest stosunkowo niski koszt aparatury i możliwoś ć wykonywania rezystorów oraz kondensatorów'; wrndą - mniejsza dok I ad noś ć (maska siatkowa!) oraz nieco gorsze jak w technologii cienkowarstwowej parametry warstw przewodzących..

Rys. 2.1. (a) Fragment maski do grubowarstwowego MUS (szerokość ścieżki 100 [pm); (b) większy fragment układu wykonanego przy pomocy tej maski.

Kierunek ruchu rałdi

Atrament

Pod lo że

Rys. 2^2. Nanoszenie atramentu -na pod 1 o że przez maskę

2.5. Hybrydowe układy wielowarstwowe

Jednym z podstawowych zadań stawianych przed technologią b.w.cz. jest miniaturyzacja układów i urządzeń. N.p., nawet przy uwzględnieniu małych wymiarów- układów b.w.cz. współczesny telefon komórkowy nie mógłby istnieć bez zastosowania technologii umożliwiającej pełne' wykorzystanie nie tylko powierzchni lecz również objętości obudowy.

Służy temu technologia układów wielowarstwowych. Wykorzystywane w niej są podobne podłoża jak w technologii HMUS, często jednak przygotowane do późniejszego sklejenia w odpowiednim procesie technologicznym.

Na Rys. 22 przedstawiono tytułem przykładu koncepcję 5-warstwowego HMUS (ilość warstw jest zgodna z ilością poziomów metalizacji, które zaznaczono linią pogrubioną). W przykładzie tym przyjęto, że górny poziom metalizacji służy do wykonania układu mikropaskowego (Łj. układu wykorzystującego niesymetryczną linię paskową NLP), następny poziom metalizacji stanowi „płaszczyznę ziemi” NLP i jednocześnie górną „płaszczyznę ziemi” struktury wykorzystującej symetryczną linię paskową SLP, kolejny poziom to struktura SLP, następny poziom to dolna płaszczyzna ziemi SLP a jednocześnie płaszczyzna ziemi struktury NLP wykorzystującej najniższy poziom metalizacji. Układ z Rys. 22 można złożyć n.p. z 4 warstw odpowiednio pometalizowanych podłoży dielektrycznych.

dielektryk

podłożowy

Rys.'2.3. Przekrój 5-warstwowego HMUS. Pokazane zostały poziomy metalizacji oraz przykłady 4-ch otworów pometalizowanych łączących poziomy 1 z 3, 1 z 5 oraz „płaszczyzny ziemi” z wyprowadzeniami na zewnątrz.

2.6.    Monolityczne mikrofalowe układy scalone MMUS

.

Technologia ta służy do wykonywania kompletnych układów mikrofalowych, zawierających tak elementy pasywne jaki i aktywne, realizowane w kolejnych procesach technologicznych. Stosuje się te materiały podłożowe, które służą do wykonywania tradycyjnych i nowych wersji mikrofalowych przyrządów półprzewodnikowych: przede wszystkim krzem Si i arsenek galu Ga As a również węglik krzemu SiC, , germanek krzemu SiGe, fosforek indu InP. Typow e podłoża mają średnicę ok. 5 cali i pozwałają na jednoczesną realizację tysięcy układów.

Technologia MMUS jest bardzo skomplikowana. Opiera się na wielokrotnych procesach nanoszenia warstw, maskowania, usuwmnia obszarów nie chronionych maskami, zmian właściwości obszarów półprzewodników' przez wprowadzanie domieszek drogą Łzw. implantacji jonów (bombardowania jonami o wysokiej energii). Pojawiają się procesy' litograficzne dostosowane do wymogów ukladowycłi (n.p. obszary bramki tranzystorów polowych o szerokości poniżej 1 pm): ełektronolitografia, naświetlanie materiałów światłoczułych laserem). Typowy proces technologiczny na arsenku galu mający na celu wykonanie układu zawierającego tranzystory połowę, induktory, kondensatory, rezystory i połączenia zawiera ok. 40 operacji, nic licząc operacji czyszczenia. Nowoczesna aparatura technologiczna jest jednak wysoce zautomatyzowana i pozwala na osiąganie wystarczającego z punktu widzenia ekonomii uzysku produkcyjnego powyżej 70 %. W Polsce technologia MMUS nie jest dostępna, można jednak realizować swoje projekty i produkcją współpracując z wyspecjalizowanymi firmami zagranicznymi.

2.7.    Technologia mikroclcktromechanicznych układów mikrofalowych (ang. MEMS - Microelctromechanical Systems)

W dziedzinie techniki mikrofalowej jest najmłodsza technologia, której przypisuję się dużą przyszłość, szczególnie w zakresie fal milimetrowych.

Technologia MEMS oparta jest na technologii obróbki krzemu drogą rozmaitych procesów maskowania i