Mikroelektronika 1

Mikroelektronik

TECHNOLOGIA PÓŁPRZEWODNIKOWA

Dr inż. Regina Paszkiewicz

TECHNOLOGIA CIENKOWARSTWOWA

Prof. Stanisław Osadnik (C-2 p. 105)

TECHNOLOGIA GRUBOWARSTWOWA

Prof. Leszek Golonka (M-3 ul. Długa)

Tel. 355 48 22 ; e-mail:

leszek.golonka@pwr.wroc.pl

Laboratorium Mikrosystemów

Grubowarstwowych

http://www.tml.wemif.net

PORÓWNANIE TECHNOLOGII

TECHNOLOGIA

PÓŁPRZEWODNIKOWA

- najdroższa (długie serie tanie)

- najwyższa klasa czystości

pomieszczeń

- najmniejsze wymiary (nano,

mikro)

- elementy bierne i czynne, MEMS

TECHNOLOGIA

CIENKOWARSTWOWA

- droga

- średnia klasa czystości

pomieszczeń

- wymiary mikro

- głównie elementy bierne,

sensory

TECHNOLOGIA

GRUBOWARSTWOWA

- najtańsza (krótkie serie

niedrogie)

- wymiary mikro

- elementy bierne, obudowy,

sensory

Technologie wzajemnie się

uzupełniają

TECHNOLOGIA PÓŁPRZEWODNIKOWA

Wytwarzanie czystego oraz jednorodnie

domieszkowanego krzemu

oczyszczanie chemiczne

(czystość

99,9%)

oczyszczanie strefowe

(krzem

polikrystaliczny)

TECHNOLOGIA CIENKOWARSTWOWA

Układy cienkowarstwowe

najczęściej

wytwarza się metodami nanoszenia w

próżni (naparowywanie termiczne,

rozpylanie) cienkich warstw

przewodzących, rezystywnych i

dielektrycznych na podłoża izolacyjne

(szkło, ceramika).

Inne metody osadzania warstw:

- osadzanie elektrochemiczne

- utlenianie anodowe

- utlenianie termiczne

- pyroliza (z fazy gazowej)

- metoda Langmuira-Blodgett (warstwy

organiczne)

TECHNOLOGIA GRUBOWARSTWOWA

Układy grubowarstwowe

wytwarza się

nanosząc techniką sitodruku warstwy

przewodzące, rezystywne

i dielektryczne na podłoża izolacyjne

(ceramika). Warstwy poddawane są

następnie obróbce termicznej.

Układy

wysokotemperaturowe

temperatura wypalania

700 - 1000

Układy

niskotemperaturowe

(polimerowe) -

temperatura utwardzania

100 - 350

TECHNOLOGIA GRUBOWARSTWOWA

Plan wykładu:

1. Informacje ogólne

2. Etapy wytwarzania

3. Układy wysokotemperaturowe

4. Układy niskotemperaturowe

(polimerowe)

5. Układy wielowarstwowe typu MCM

(LTCC)

LMG

system laserowy AUREL

sitodrukarka DEK

piec komorowy

piec tunelowy BTU

Laboratorium Mikrosystemów

Grubowarstwowych

http://www.tml.wemif.net

TECHNOLOGIA GRUBOWARSTWOWA

screen printing w = 300

 m

FODEL w = 100

 m

Bluetooth module on LTCC
substrate

2,4 GHz

TECHNOLOGIA GRUBOWARSTWOWA

Plan wykładu:

Informacje ogólne

Etapy wytwarzania

3. Układy wysokotemperaturowe

4. Układy niskotemperaturowe

(polimerowe)

5. Układy wielowarstwowe typu MCM

(LTCC)

Technologia grubowarstwowa – materiały i

właściwości

grubość warstw

 5 - 15 m

(35 - 45 m - dielektryk)

szerokość ścieżek (min)

 300 m

(50 m - druk precyzyjny

15 m - fotolitografia)

warstwy przewodzące – Au, Ag, PdAg . . .

rezystancja powierzchniowa  5 m/

warstwy rezystywne – RuO

, IrO

, Bi

, . . .

rezystancja powierzchniowa R



= 10  10

/

TWR  50 ppm/K

TECHNOLOGIA GRUBOWARSTWOWA

Plan wykładu:

1. Informacje ogólne

Etapy wytwarzania

3. Układy wysokotemperaturowe

4. Układy niskotemperaturowe

(polimerowe)

5. Układy wielowarstwowe typu MCM

(LTCC)

Mikroelektronika

1. Zalety i wady technologii grubowarstwowej.

Podłoża dla układów wysokotemperaturowych

– materiały,

właściwości.

3. Skład past rezystywnych cermetowych

(wysokotemperaturowych) - rodzaje składników

i ich rola.

4. Definicje i wartości parametrów elektrycznych

rezystorów

cermetowych (R



, ZTWR, GTWR,

, p

TECHNOLOGIA GRUBOWARSTWOWA

Układy grubowarstwowe

wytwarza się

nanosząc techniką sitodruku warstwy

przewodzące, rezystywne

i dielektryczne na podłoża izolacyjne

(ceramika). Warstwy poddawane są

następnie obróbce termicznej.

Układy

wysokotemperaturowe

temperatura wypalania

700 - 1000

Układy

niskotemperaturowe

(polimerowe) -

temperatura utwardzania

100 - 350

TECHNOLOGIA GRUBOWARSTWOWA

PODŁOŻA

OBUDOWA

TEST

CIĘCIE

MONTAŻ

KOREKCJA

WYPALANIE

SUSZENIE

SITODRUK

SITA

PROJEKT

PASTY

Etapy wytwarzania układu grubowarstwowego

Etapy wytwarzania - podłoża

Materiały:

- ceramika alundowa ( 96%
Al

)

- ceramika AlN
- ceramika berylowa
- podłoża stalowe

Właściwości:

- odporność na wysokie
temperatury
- izolacja elektryczna
- przewodność cieplna
- rozszerzalność termiczna
- wymiary geometryczne

Etapy wytwarzania - podłoża

Ceramika

AlN

BeO

LTCC

Przewodność
termiczna [W/m

140-

170

10-35

150-

250

2-3

Rozszerzalność
termiczna [10

-6

/K]

4,6

7,3

5,40

5,8-7

Rezystywność [

4x10

> 10

Przenikalność
dielektryczna  (1
MHz)

9,5

5,9-9

Etapy

wytwarzania

PODŁOŻA

OBUDOWA

TEST

CIĘCIE

MONTAŻ

KOREKCJA

WYPALANIE

SUSZENIE

SITODRUK

SITA

PROJEKT

PASTY

Pasty wysokotemperaturowe

•

składnik podstawowy

w. przewodzące - Au, Ag, PdAg, ...
w. rezystywne - RuO

, IrO

, Bi

, ...

•

szkło

PbO - B

- SiO

(ρ, α, η=f (T)

•

nośnik organiczny

rozpuszczalnik

- korekcja η,

- zmniejszenie napięcia pow.
- poprawa zwilżalności

etyloceluloza - przyczepność do
podłoża po suszeniu

w temperaturze 120

Wydajność past

Pokrycie

powierzchni

[cm

/g]

Sito

[M]

Pt-Au
Pd-Ag
Pt-Ag

Cu
Pasta
dielektrycz
na

45 ÷ 55

40 ÷ 45
65 ÷ 75
55 ÷ 65

65 ÷ 75
75 ÷ 85

325

200
200
200

240
200

Grubość emulsji : 10 ÷ 12 μm

Pasty przewodzące

□

= 2 ÷ 100 m/□

wypalane w powietrzu:

Au, PtAu, PdAu

Ag, PtAg, PdAg

wypalane w azocie:

- zastosowanie
- wymagania

Pasty przewodzące

Rezystancje powierzchniowe R



różnych warstw przewodzących

Materi
ał



[m/]

Materi

ał



[m/]

2  10

PdAg

10  50

Pt-Au

15 

100

50  80

Pd-Au

10 

100

2  10

7  40

proces wypalania w atmosferze azotu

Pasty

rezystywne

Najczęściej tlenki
platynowców

Bi O

Pirochlor

Ruty
l

6-7

RuO

IrO

struktura rutylu

struktura
pirochloru

Pasty rezystywne

Podstawowe właściwości:

Rezystancja powierzchniowa (R



)



= /d = 10 10

[/],

gdzie:

 - rezystywność warstwy rezystywnej

d – grubość warstwy

TWR

Temperaturowy współczynnik rezystancji (TWR)

TWR

= (R

– R

)x10

/[R

– T

)] =  (50300) [ppm/K]

gdzie:

- rezystancja w temperaturze T

Zimny TWR (T

= 25

C, T

= -55

Gorący TWR (T

= 25

C, T

= 125

TWR

TWR = (R

– R

)x10

/[R

– T

)]

Zimny TWR (T

= 25

C, T

= -55

Gorący TWR (T

= 25

C, T

= 125

-55

125

Temperatura ( C)

Rezystancja

Obciążalność

Obciążalność (

)

–

maksymalna gęstość mocy dla warstwy

rezystywnej

= p/s

= 8  15 [W/cm

]

(dla podłoży alundowych 96% Al

chłodzonych swobodnie)

gdzie: p

–gęstość mocy w warstwie

p - moc rozproszona w warstwie
s

– powierzchnia warstwy rezystywnej

Dopuszczalna gęstość mocy

(

) -

dla całego podłoża

podłoża alundowe 0,25  1 [W/cm

]

Document Outline