Архитектура Аудит Военная наука Иностранные языки Медицина Металлургия Метрология
Образование Политология Производство Психология Стандартизация Технологии


Платы микроэлектронной аппаратуры.



 

Дальнейшая микроминиатюризация электронной аппаратуры основана на широком использовании бескорпус­ных ИМС и микросборок частного применения, что ведет к существен­ному улучшению массогабаритных ха­рактеристик, теплообмена и повышению надежности изделий. Применение бескорпусных ИМС привело к созданию новых методов конструирования, потребовало дальнейшего совершен­ствования технологии коммутационных плат и внедрения ме­тодов микроэлектроники в производство ЭА. Современное кон­структивно-технологическое по­строение ЭА позволило выде­лить несколько уровней элек­трических соединений, каждый из которых имеет свои специ­фические особенности сборки и монтажа: соединение ИМС и БИС на пас­сивной подложке гибридных ИМС и БИС, соединение гибридных ИМС и БИС на коммутационных платах ячеек, соединения между ячейками в блоке, соединения между блоками в аппа­ратуре. Таким образом, выделилась новая конструктивно-технологическая общность – микроэлектронная аппаратура (МЭА).

Наиболее распространенными ме­тодами коммутации функциональных модулей МЭА являются многослой­ные печатные платы, толстопленочная многослойная разводка, разводка на многослойной керамике, толстопле­ночная многослойная разводка на жестких и гибких платах. Для повыше­ния плотности монтажа используют полуаддитивную и аддитивную техно­логию формирования слоев, а в субтрактивных процессах переходят на тонкую (9 мкм) и сверхтонкую (5 мкм) фольгу. Это позволяет исключать или уменьшать боковое подтравливание линий и изготавливать слои МПП с шириной токопроводящих дорожек 125-250 мкм.

Толстопленочная многослойная разводка выполняется путем последовательного нанесения на жесткую диэлектрическую подложку проводящих и диэлектрических паст методом трафаретной печати и последующего их вжигания. Коммутационные платы могут достигать размеров 100x120 мм, а изготавливают их на керамических основаниях из оксида алюминия (поликор, 22ХС) или оксида бериллия (брокерит). Разработанные токопро-водящие пасты на основе золота, се­ребра, никеля или сплавов платина-серебро-золото, палладий-золото, пал­ладий-серебро, палладий-медь-се­ребро обеспечивают удельное сопро­тивление (0, 005-0, 1)·10-6 Ом·м. Для межслойной изоляции применяют пасты пленочной технологии.

Необходимость улучшения теплоотвода от мощных радиоэлементов и ИМС при работе в условиях повы­шенных температур способствовала появлению МПП с разводкой слоев на жестких металлических основани­ях. В качестве материала основы ис­пользуется алюминий, сталь, ковар (сплав железа с никелем и кобальтом), титан, которые покрываются смолой, эмалью или легкоплавким стеклом. Самым экономичным материалом из этой группы является сталь с нане­сенной пленкой эмали, в состав кото­рой входят оксиды магния, кальция, кремния, бора, бериллия, алюминия или их смеси, связка (поливинилхлорид, поливинилацетат, метилметакри-лат) и пластификатор. Пленка соеди­няется с основанием путем прокатки между вальцами с последующим спе­канием. Таким образом можно созда­вать многослойные структуры с раз­личными механическими и электри­ческими характеристиками.

Изолирующий слой на поверхности алюминия получают нанесением эпок­сидной смолы или анодным оксиди­рованием. Варьируя состав электро­лита и режим электролиза, формиру­ют оксидные пленки толщиной от нескольких десятков до сотен микрон с удельным сопротивлением 109- 1010 Ом·м. Проводящие слои и мон­тажные переходы осуществляют химико-гальванической металлизацией. Недостатком ПП на металле является снижение быстродействия из-за силь­ной связи сигнальных проводников с металлическим основанием.

Высокие механическая прочность, химическая стойкость и объемное со­противление (1010 -1013 Ом·м), низ­кие водопоглощение (0-0, 02 %) и газовыделение при нагреве привели к созданию многослойных коммутацион­ных плат на керамической подложке путем прессования, литьем под давле­нием или отливкой пленок. Процесс получения плат из керамических пле­нок позволяет снижать их шерохова­тость до 0, 02-0, 1 мкм, разнотолшин-ность до ±(0, 01-0, 05) мм и расширять технологические возможности при из­готовлении МПП. Он состоит в сле­дующем. Мелкоизмельченное сырье (песок кварцевый, марганец углекис­лый, оксид хрома, глинозем) тщатель­но смешивают с технологической связ­кой, состоящей из поливинилбутираля, дибутилфталата, этилового спирта, и загружают в литьевую машину. Под действием собственного веса керами­ческая масса равномерно истекает че­рез фильеру и попадает на подложку из полиэтилентерефталата толщиной 30-100 мкм и шириной 120 мм, кото­рая со скоростью 0, 6 м/мин разматы­вается из рулона. Между фильерой и подложкой по всей ее ширине уста­навливается одинаковый зазор 0, 15- 0, 2 мм, который определяет толщину заготовки. После отливки керамиче­скую пленку разрезают на отрезки длиной 150-200 мм, собирают в паке­ты и уплотняют, пропуская через вальцы. Заготовки вырубают на гид­равлическом прессе, пробивают мон­тажные отверстия и используют в сы­ром виде либо обжигают в печи сна­чала при температуре 1100°С в тече­ние часа, а затем при температуре 1600°С в течение 24 ч. Полученные пластины шлифуют алмазными кругами для обеспечения разнотолщинности не более 25 мкм, относительного отклонения от плоскопараллельности не более 10%, высоты микронеровно­стей 0, 1-0, 5 мкм. Размеры керамиче­ских ПП не превышают 150× 150 мм.

Существуют два варианта получе­ния многослойных керамических плат (МКП). По первому варианту прово­дят раздельное спекание слоев, после­довательно наращиваемых на готовую керамическую подложку, металлизи­рованную по толстопленочной техно­логии. Процесс обеспечивает получе­ние МКП с числом слоев до 10. Для металлизации отверстий применяется та же проводящая паста, что и для создания проводников. Заполнение отверстий пастой происходит либо за счет ее всасывания посредством ва­куума, либо путем прессования между двумя слоями. По второму варианту сначала изготавливают листы из пла­стифицированной керамики с отвер­стиями для межслойных переходов. На них по толстопленочной техноло­гии наносят рисунок слоя токопроводящими пастами, выполняют перехо­ды с одного слоя на другой, затем из листов составляют пакет и совместно спекают (рис. 2.41).

 

Рис. 2.41. Многослойная керамическая плата.

1-цепи питания; 2-БИС; 3-контактная площадка;

4-столбик припоя; 5-8 –слои; 9-выводы.

 

Метод позволяет изготавливать МКП с числом слоев до 20-30 с минимальной шириной про­водников 0, 4 мм и диаметром пере­ходных отверстий 0, 15 мм. Недостат­ком этого метода является 17-20 %-й разброс геометрических размеров плат от партии к партии из-за большой усадки керамики при обжиге, что пре­пятствует автоматической сборке и тес­товому функциональному контролю.

Многослойная разводка на гибких по­лимерных платах является одним из перспективнейших направлений в об­ласти монтажа МЭА, так как позволя­ет принимать форму корпуса любой конфигурации, обеспечивает малые толщины и массу, ударопрочность. Она эффективна при создании межъ­ячеечной и межблочной коммутации. Для ее изготовления используется полиэфирная, фторопластовая или полиэтиленовая пленка, обладающая высокими удельным, объемным и по­верхностным сопротивлением, низкой диэлектрической проницаемостью, хо­рошей теплопроводностью, радиацион­ной стойкостью, минимальным газо­выделением в вакууме. Но эти пленки плохо травятся, обладают низкой ра­бочей температурой, большой усад­кой. Этих недостатков лишена поли-имидная пленка, которая наряду с вы­сокой прочностью на растяжение и термостойкостью (400°С) хорошо тра­вится в сильных щелочах.

Получают гибкие МПП по субтрактивной, полуаддитивной и аддитивной технологии. Переход с одного слоя на другой осуществляют химико-гальва­нической металлизацией. Технологи­ческий процесс изготовления слоев МКП на полиимидной пленке осуще­ствляется по двум вариантам: на вакуумно-металлизированной и химически-металлизированной основе. Для первого процесса принята следующая технологическая цепочка: вакуумная металлизация – обезжиривание – сушка – декапирование – про­мывка – гальваническое меднение – никелирова­ние – нанесение сплава олово – висмут. Второй про­цесс включает травление диэлектрика в растворе щелочи для придания ше­роховатости и повышения адгезии металлизации, сен­сибилизацию в растворе SnCl2, сушку, экспониро­вание через фотошаблон, активирование в растворе PdCl2, химическую и (при необходимости) электрохи­мическую металлизацию.

МКП на полиимидной пленке формируются на базе двусторонних гибких коммутационных плат. Гиб­кие платы из полиимида имеют толщину 25-50 мкм. Материалу наряду с высокой прочно­стью на растяжение, хорошими изо­ляционными свойствами, химической стойкостью, несгораемостью присущи свойства, которые делают его незаме­нимым в процессах, связанных с ва­куумным осаждением пленок и фото­травлением. Это прежде всего наибо­лее высокая среди полимеров темпе­ратурная устойчивость (он не теряет гибкость при температурах жидкого азота и в то же время выдерживает температуры эвтектической пайки кремния с золотом до 400 °С), отсут­ствие существенных газовыделений в вакууме при температуре 250°С, вы­сокая радиационная устойчивость и, наконец, способность к равномерному травлению в сильных щелочах.

К недостаткам полиимидных пленок можно отнести несколько повышен­ное водопоглощение и относительно высокую стоимость их производства, которая, однако, не столь существен­на для изделий МЭА ввиду малой массы потребляемого материала. На рис. 2.42 представлена схема изготов­ления двухуровневой коммутации на основе полиимидной пленки.

 

 

Рис. 2.42. Схема изготовления двухуровневой коммутации на полиимидной пленке.

 

Вначале с помощью двустороннего фототрав­ления за один цикл формируются от­верстия диаметром 20-30 мкм и диа­метром 50-70 мкм на пленке толщи­ной 50 мкм в количестве нескольких тысяч на площади 60× 48 мм и не­скольких десятков тысяч на площади 100× 100 и 150× 150 мм. При двусто­роннем фототравлении полиимида до­стигается благоприятная для вакуум­ной металлизации конусообразная форма отверстий, а проколы в пленке фоторезиста не вызывают появления лишних отверстий (травление на этих участках происходит приблизительно на половину толщины платы).

Вакуумная металлизация полиими­да слоем Сг-Сu толщиной 1-2 мкм позволяет достигать большей равномерности, воспроизводимости и силы сцепления с подложкой, чем другие способы. После избирательного уси­ления металлизации слоем гальвани­ческой меди с защитным покрытием из электрохимических сплавов оло­во-висмут, олово-никель или оло­во-свинец получается двусторонняя коммутационная плата, которая обла­дает высокой надежностью мест пере­сечений и переходов. Для защиты слоев меди и обеспечения качествен­ной пайки и сварки на контактных площадках гибких схем проводится электрохимическое осаждение олова с присадками висмута или свинца (3- 5 мкм), никеля (1-2 мкм) и золота (1-2 мкм).

Установка гибких коммутационных плат на жесткое основание может быть выполнена различными спосо­бами в зависимости от выбранной конструкции микросборок и ячеек. Наиболее простым способом является приклейка гибкой двухслойной платы на жесткое основание с контактными площадками для соединения через фигурные изоляционные прокладки из полиимида, причем соединение с контактными площадками произво­дится путем пайки через переходные металлизированные отверстия в двух­слойных платах - там, где они не изолированы полиимидными про­кладками. Усилие разрушения паяного соединения составляет в среднем 0, 5Н для отверстия диаметром 70 мкм и 2, 3Н для отверстия диаметром 250 мкм. Пайка в вакууме позволяет обеспечивать наиболее воспроизводи­мые условия протекания группового процесса, так как в этом случае нет необходимости ограничивать время пайки из-за окисления жидкого при­поя. Этот фактор является в данном случае чрезвычайно важным ввиду то­го, что пайка происходит на развитой поверхности с регулярным расположением соединений. Кроме того, сниже­ние парциального давления кислорода в камере пайки способствует диссоциа­ции оксидов и, следовательно, улучше­нию смачивания отверстий припоем.

В ТП изготовления двусторонних коммутационных плат, несмотря на его простоту, имеется ряд особенно­стей, которые определяют в итоге спе­цифику получения качественных плат. К ним необходимо отнести следую­щие:

– качество исходной полиимидной пленки;

– активацию поверхности, без которой хорошее контактное взаимо­действие с вакуумосажденным слоем металла невозможно;

– обеспечение равномерности травления до десятков тысяч отверстий в пленке;

– точное со­вмещение рисунка отверстий с рисун­ком коммутации на обеих сторонах, несмотря на усадку пленки;

– гаранти­рованную металлизацию переходных отверстий.


Поделиться:



Популярное:

Последнее изменение этой страницы: 2016-05-30; Просмотров: 1183; Нарушение авторского права страницы


lektsia.com 2007 - 2024 год. Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав! (0.023 с.)
Главная | Случайная страница | Обратная связь