Пасты для толстопленочных ГИС

Нанесение материала толстых пленок, в состав которых, как пра­вило, входят металл, окисел металла и стекло, на плату осуществля­ют продавливанием через сетчатый трафарет, имеющий закрытые и открытые участки. Для трафаретной печати материал толстых пленок должен иметь консистенцию пласты. Пасты подразделяют на проводящие (для проводников, контактных площадок и обкладок конденсаторов), резистивные и диэлектрические (для конденсаторов, изоляционных и защитных слоев).

В состав паст входят основные материалы, придающие пленкам необходимые для их функционирования физические свойства и вспомогательные материалы, придающие пастам основные технологические и физико-химические свойства. В качестве основных материалов в проводящие и резистивные пасты входят металлы Ag, Au, Pt, Pd, In, Os, Ro, сплавы Pt—Аu, Pd—Ag, Pd—Аu, мно­гокомпонентные системы Pd—PdO—Ag.

С целью экономии драгоценных металлов для формирования резисторов применяют сплавы Ag—Ru, Bi—Ru, Ru—Ir и пасты на основе рутения.

Основным материалом для диэлектрической пасты служит размельченная керамика с высокой диэлектрической проницаемостью и низким tg δ, например керамика на основе ВаТiOз. Для межслойной изоляции используют кристаллизующиеся стекла с малым значением диэлектрической проницаемости. Для хорошего сцепле­ния пленки с платой и связывания частиц основного материала между собой в состав паст вводят порошок стекла (чаще всего висмутоборосиликатные стекла). Для придания пасте необходимой вязкости и поверхностного натяжения, позволяющих ей легко проникать через трафареты и, не растекаясь, закрепляться на плате, вводят дополнительные органические вещества и растворители. В состав паст входит примерно ²/₃ основного вещества и стекла и ¹/₃ органических добавок. Характеристики проводящих и резистивных паст приведены в табл. 1—2.

Таблица 1 Характеристики проводящих паст (ПП)

Таблица 2 Удельное поверхностное сопротивление ps резистивных паст (ПР)

3 Основные технологические операции изготовления толстопленочных ГИС

Очистка плат. Перед первым нанесением паст платы подвергают очистке и термическому отжигу при температуре 600—620°С.

Нанесение паст.Нанесение паст можно производить двумя спо­собами: бесконтактным и контактным.

При, бесконтактном способе подложку, на которую нужно нанести пасту, устанавливают под сетчатым трафаретом с некоторым зазором; пасту подают поверх трафарета и передвижением ракеля через отверстия в трафарете переносят на подложку в виде столбиков, копирующих отверстия в сетке (см. рис. 1). Растекаясь, столбики соединяются, образуя такой же рисунок, как на трафарете. Сетчатые трафареты изготовляют и

Рис. 1. Схема процесса трафаретной печати бесконтактным способом: 1— ракель; 2— паста; 3 — трафарет; 4 — плата; 5 — отпечаток пасты

Качество трафаретной печати зависит от скорости перемещения и давления ракеля, зазора между сетчатым трафаретом и платой, натяжения трафарета и свойств насты. Необходимо строго соблюдать параллельность платы, трафарета и направления движения ракеля.

Для устранения неравномерности толщины резисторов рекомендуется составлять топологию так, чтобы все резисторы располагались по длине в одном направлении по движению ракеля. По этой же причине не рекомендуется проектировать длинные и узкие, а также короткие и широкие резисторы.

При контактном способе трафаретной печати плату устанавливают под трафаретом без зазора. Отделение платы от трафарета осуществляют вертикальным перемещением без скольжения во избежание размазывания отпечатка пасты. При контактном способе пасту можно наносить пульверизацией с помощью рас­пылителя. Точность отпечатка при контактном способе выше, чем при бесконтактном.

Термообработка паст.Пасты после нанесения подвергают термообработке—сушке и вжиганию. Сушка необходима для удаления из пасты летучих компонентов (растворителя). Сушку проводят при температуре 80—150°С в течение 10—15 мин в установках синфракрасным (ИК) нагревом. ИК-излучение проникает в глубь слоя пасты на всю его толщину, обеспечивая равномерную сушку без образования корочки на поверхности.

Вжигание производят в печах конвейерного типа непрерывного действия с постепенным повышением температуры до максимальной, выдержкой при ней и последующим охлаждением. Ряд печей содержит приставки ИК-сушки, что позволяет объединить эти операции.

Вначале при термообработке происходит выгорание органической связи (температура 300—400° С, при этом скорость нагрева во избежание образования пузырьков не должна превышать 20 град/мин). Во второй, центральной температурной зоне конвейерной печи происходит сплавление частиц основных материалов между собой с образованием проводящих мостиков и спекание их со стеклом и керамической платой при температуре 500—1000° С. На выходе из печи платы охлаждают с небольшой скоростью во избежание их растрескивания и отслаивания пленок от плат.

Пасты для создания проводящих слоев вжигают при температуре 750—800°С, пасты диэлектрика конденсаторов и изоляционный слой — при 700—750° С, верхние обкладки конденсаторов — при 700—720° С, диэлектрик защитного слоя — при 620—650° С, резисторы — при 600—650° С. Для исключения появления сквозных пор в диэлектри­ке конденсаторов его наносят в два слоя, причем каждый слой сушат и вжигают отдельно.

Если одна и та же паста наносится на обе стороны платы, то возможны раздельное нанесение и вжигание пасты с каждой стороны, а также нанесение и сушка пасты с одной стороны, нанесе­ние, сушка и вжигание пасты с другой стороны при одновременном вжигании ранее нанесенной пасты.

Последовательность технологических операций нанесения и термообработки паст при производстве толстопленочной ГИС следует выбирать такой, чтобы каждая последующая операция имела более низкую температуру вжигания по сравнению с предыдущей. Последними наносят и вжигают резистивные пасты. Возможны такие варианты:

1) для схем с однослойной разводкой, содержащих проводники, конденсаторы и резисторы, — формирование проводников, контактных площадок и нижних обкладок конденсаторов; формирование слоя диэлектрика; формирование верхних обкладок конденсаторов; формирование резисторов;

2) для схем с двухслойной разводкой, содержащих проводникии резисторы, — формирование проводников; нанесение межслойной изоляции с отверстиями для контактных переходов; формирование второго слоя проводников; формирование резисторов;

3) для схем с трехслойной разводкой, содержащих проводникии резисторы, — формирование проводников, шин питания и внешних контактных площадок, нанесение диэлектрика межслойной изоляции с окнами для контактов; формирование второго слоя проводников и контактов к первому слою; нанесение еще одного слоя изоляции; формирование верхнего слоя проводников; формирование защитного диэлектрика; формирование резистивных слоев.

Последовательность нанесения слоев указана для одной стороны платы, при использовании второй стороны эта последовательность сохраняется.

Сначала производят грубую подгонку выжиганием пленки поперек резистора, затем точную — вдоль резистора (рис. 3, а).Выжигание резистивной пленки под углом (рис. 3, б)позволяет сов­местить грубую и точную подгонку.

Если при лазерной подгонке сопротивление резистора только увеличивается за счет уменьшения его ширины, то отжиг нагревом до температуры 400—500°С позволяет изменить сопротивление в обе стороны, поскольку при этом меняются свойства резистивных пленок.

Подгонка конденсаторов.Для толстопленочных конденсаторов используют воздушно-абразивную подгонку удалением части верхней обкладки абразивом. Это сложная малопроизводительная операция, при осуществлении которой возможно повреждение диэлектрика и нижней обкладки, что снижает выход годных схем.

В толстопленочных ГИС широко применяют навесные малогабаритные конденсаторы. Монтаж навесных компонентов производят теми же методами, что и для тонкопленочных ГИС.

Защита толстопленочных ГИС. Ее осуществляют глазурованием поверхности сформированной пленочной структуры стеклами с низкой температурой размягчения, не превышающей 500°С во избежание изменения параметров резисторов. Толщина защитного диэлектрического слоя 30—60 мкм, сопротивление изоляции более 10¹² Ом при постоянном напряжении 100 В.

Если толстопленочная ГИС устанавливается в корпус, то защиту с использованием глазурования, как правило, не производят.

Сборка. После нанесения и вжигания всех слоев пассивной части схемы производят подгонку пленочных элементов, монтаж навесных компонентов, армирование (установку выводов) и герметизацию. Толстопленочные ГИС герметизируют в металлополимерные, металлокерамические, керамические и пластмассовые корпусы или заливкой стеклоэмалью.

Для осуществления контроля в процессе подгонки контактные площадки элементов должны быть облужены. Армирование можно производить до и после подгонки. Выводы и контактные переходы ввиде проволочекустанавливают перед подгонкой, а рамочные выводы, соединенные между собой на общей рамке, на заключительном этапе сборки перед герметизацией. После герметизации рамку обрубают и выводы разъединяют.

Дата добавления: 2014-03-13; просмотров: 580; Нарушение авторских прав

Мы поможем в написании ваших работ!