Способ изготовления микросхем

 

СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ МИКРОСХЕМ , включающий формирование отверстий в керамической подложке обработкой электронным или лазерным лучом и заполнение отверстий проводящей пастой, отличающийся тем, что, с целью повышения разрешающей способности процесса и повышения надежности электрических соединений микросхем, перед формированием отверстий в керамической подножке на ее поверхность наносят слой материала на основе полимера, температура испарениг1 или разложения которого равна или ниже температуры плавления материала керамической подложки, например, ил основе этилцеллюлозы.

СОЮЗ C0Bl. !СKliX

СОЦИЛЛИС ТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (sl)s Н 05 К 3/00

ГОСУДАРCTBЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 2707396/21 (22) 04.01.79 (46) 30.09.92. Бюл, ¹ 36 (72) Е.А. Ангервакс, В.С; Зиновьев и А.П.

Соколов (53) 621.396.6-181.48 (088.8) (56) Патент США ¹ 3562009, кл. 427-43, 1971.

Патент Японии ¹ 39932, кл. 5964, 1974. (54)(57) СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ МИКРОСХЕМ, включающий формирование отверстий в керамической подложке обработкой

Изобретение относится к области радиоэлектроники, преимущественно, к микроэлектронике, и может быть использовано при изготовлении радиоэлектронной аппаратуры в миниатюрном исполнении.

Проблема получения проводящих переходов через толщу плоского изолятора является одной из filBBHblx в технологии и конструировании радиоэлектронных устройств, Особенно острой эта проблема становится в условиях перехода производства на интегрально-групповые методы обработки изделий, в частности объектов микроэлектроники, какими являются, например, гибридные интегральные схемы, Наиболее полное решение этой проблемы может быть достигнуто путем металлизации отверстий, выполненных в диэлектрической подложке.

Известен способ изготовления микросхем, основанный на одновременном формировании отверстий и металлизации стенок отверстий за счет обработки подлож. Ж „„873861 А1 электронным или лазерным лучом и заполнение отверстий проводящей пастой. о т л ич а ю шийся тем, что, с целью повышения разрешающей способности процесса и повышения надежности электрических соединений микросхем, перед формированием отверстий в керамической подложке на ее поверхность наносят слой материала на основе полимера, температура испарения или разложения которого равна или ниже температуры плавления материала керамической подложки, например, н» основе этилцеллюлозы. ки электронным или лазерным лучо л в вакууме.

Этот способ не соответствуе1 интегрально-групповому принципу. он мало про- р изводителен и, следовательно. дорог, и, кроме того, надежность соединения не может быть высокой. Другим существенным недостатком является недостаточное использование технических средств и при- О" емов, широко применяемых в производстве, микросхем, что увеличивает производст венные расхсды, ° Ъ

Наиболее близким по технической сущности к.изобретению являегся способ изготовления микросхем, вк п оча!ощий формирование отверстий в керамической подложке обработкой электроHíülM или лазерным лучом и заполнение отверс!ий проводящей пастой. Данный способ. основанный на трафаретной печати, соответствует интегрально-группогому принц!873861

15 т-> )2 > пу и характеризуется высокой экономичностью процесса.

К недостаткам способа относятся следующие:

1. Использование плотно прижатого трафарета по всей плоскости подложки, в отличие от обычно применяемой установки его с зазором, означает необходимость проектировать и изготавливать специализированное оборудование для печати, сокращает срок службы трафаретов, приводит к увеличению затрат времени на прижим и отжим трафарета, что приводит к повышению себестоимости изделий.

2. В силу неидеальности трафарета и подложки между ними всегда будет оставаться зазор, в который будет. затекать проводящая паста вследствие действия капиллярных сил, что ухудшает изолирущие свойства подложки, ограничивает разрешающую способность процесса и уменьшает надежность электрических соединений микросхем.

Целью изобретения является повышение разрешающей способности процесса и повышение надежности электрических соединений микросхем.

Поставленная цель достигается тем, что в способе изготовления микросхем, включающем формирование отверстий в керамической подложке обработкой электронным или лазерным лучом и заполнение отверстий проводящей пастой. перед формированием отверстий в керамической подложке на ее поверхность наносят слой материала на основе полимера, температура испарения или разложения которого равна или ниже температуры плавления материала керамической подложки, например, на основе этилцеллюлозы;

При выполнении отверстий в подложке путем плавления и удаления расплава одновременно удаляют участки слоя на основе полимера в окрестности отверстия, в результате чего образуется контактная маска, обеспечивающая избирательную защиту подложки при заполнении отверстия проводящей пастой. Затем на обычном оборудо, вании, применяемом для трафаретной печати, снабженном вакуумным присосом для удержания подложки, проводят заполнение отверстий в подложке и КоНТВКТНоА маске проводящей пастой. При этом, поскольку контактная маска смыкается с подложкой без зазора, а трафарет контактирует с подложкой только при продавливании через него пасты, устраняется растекание пасты по поверхности подложки, ухудшающее разрешающую способность печати и повышенный износ трафаретов. Необходимость

55 применять специапизировянное об>с>рудование для металлизации отверс1ттй в подложке также снимается.

Применяя для пробивки отверстии луче вой нагрев (электронным лучом или лязерным) . можно обеспечить тяко11 режим обработки, в результате которой диаметр отверстий в слое на основе полимера О будет больше диаметра отверстий в подлох<ке

d. Изменением параметров рехсимэ обработки и толщины слоя тг можно ттобттться такого состояния, когда объем отверстия в слое будет равен или больше объема отверстия в подложке, что выра>каетс» сооптошением где h — толщина подло>кки.

4ерез трафарет, диаметр Отверстий в котором д меньше диаметра отверстий в слое (д < 0), проводят зяттс>ттттение проводящей пастой отверстий в слое. откуда под действием капиллярных сил и вакуума оня перетекает в отверстия в подложке Поверхность rlopëî>kêè и слоя оста<т1ся сствершенно свободной от загрязнения пастой, Наиболее широки применяемым материалом подложки для Toлстопленочнь х схем является алюмоокисная керамика марки 22ХС, имеющая температуру ппявттения о

2000 С. Практически удобным является использование B качестве контактной масr.и пленок полимерных материалов или композиций на их основе. 1 . к. все известные в настоящее время полимеры ра;пя аютвя или испаряются при температурях 200--500" С. процесс формирования контзктной маски будет идти достаточно интенсивно, Поскольку удаление материала подложки из обьема отверстия осуществляется путем выдавливания расплава действием его паров, интенсивное испарение или разложение материала на основе полимера создает эффект "паровой подушки", препятствующий прилипанито расплавленных частиц к поверхности подложки Испярение (или разлом<ение) материала ня основе полимера происходи в кольцевой зоне вблизи краев отверстия, ÷òî ч обуслов-. ливает получение в контактной тл тске отверстий увеличенного по сравнению с отверстиями в подлох<ке диаме r ря. гто улучшает условия заполнения их проводящей пастой и позволяет создать нздсх<ныи электрической контакт с проводникями схемы расположенными на поверхности подложки. Кроме того, указанное свойство магери873861 ала на основе полимера позволяет вскрывать в нем пазы и окна для формирования проводников схемы тем же методом, что и формирование отверстий в подложке, и достигать при этом более высокого разрешения. чем при обычной печати через трафарет.

В зависимости.ат конкретных требований технологии контактная маска на основе полимера может быть удалена механическим, химическим или термическим путем, либо сохранена в качестве технологического или изолирующего слоя.

Необходимость в сохранении контактной маски возникает, в частности, если требуется не только провести металлизацию отверстий, на получить также печатные проводники или другие элементы, например, резисторы. Для этого достаточно лучевым нагревом вскрыть пазы и окна только в слое на основе полимера, задав соответствую, щий режим, и провести печать, как указано

20 выше. В том случае, если материал контактной маски достаточно прочен, чтобы выдержать механическое воздействие ракеля, возможно проведение печати без накладного трафарета, В этом случае обработку слоя, т. е. формирование контактной маски, проводят о несколько приемов: под отверстия и проводники, под резисторы и т. д. При этом возникают две проблемы: увеличение сопротивления проводников и миграционные процессы, ухудшающие изолирующие свойства подложки. Одновременное решение

35 обеих этих проблем достигается путем введения в состав материала на основе полимера минерального наполнителя. например, стеклосодержащих порошков окислов меа образует изолирующие прослойки между

Составитель

Редактор Е.Гиринская Техред М,Моргентал Корректор Т.Палий

Заказ 4055 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород. ул.Гагарина. 101 таллов, в результате чего при вжигании паст полученная контактная маска не удаляется, 40 смежными элементами печатного рисунка..

Если при этом обеспечить совпадение коэффициентов усадки проводящей пасты и контактной маски, та поверхность изделия будет оставаться плоской, чта позволяет осуществлять повторную печать, как описано выше и получить, т. о. многослойную структуру, Подобные операции можно воспроизвести также и на второй сторонЕ подложки, что позволит сократить количества изолирующих слоев или исключить их вовсе, а также реализовать двухсторннюю конструкцию схемы, Пример. На подложку иэ алюмаокисной керамики толщиной 0,5 мм с двух сторон наносят слой этилцеллюлозы толщиной

100 мкм. Электронным лучом пробивают от,верстия в подложке, диаметр которых на входе луча 130 мкм, на выходе луча: — 100 мкм. Диаметр отвеостий s полимерной пленке составляет на входе луча приблизительно 200 мкм. на выходе луча — около 150 мкм.

Режим пробивки отверстий .

Ускоряющее напряжение — 105 кВ;

Ток луча — импульсный, амплитудой. 4 мА:

Частота импульсов — 50 Гц, длительность 0,9 мс;

Число импульсов на пробивку одного отверстия — 6;

Движение луча относительно подложки или координатного стала с подложкой при неподвижном луче в слое на основе полимера прорезают пазы на всю толщу слоя, соответствие рисунку проводников.сначала для одной, затем для другой стороны подложки.

Режим обработки:

Ускоряющее напряжение — 105 кВ.

Так луча — импульсный, амплитудой 1 мА. длительностью.0,2 мС. частотой 800 Гц.

Скорость движения луча относительно подложки — 4 мм/с.

При таком режиме в слое этилцеллюлозы образуются пазы с минимальной шириной 50 мкм, подложка при этом не повреждается.

На подложку со стороны входа луча наносят проводящую пасту, излишек которой удаляют ракелем при одновременной вакуумной протяжке через отверстия и подсушивают.

Такую же операцию проводят над второй стороной подложки, после чего проводят обжиг. в процессе которого слой этилцеллюлозы сгорает,