Усилитель-ограничитель

 

     2.3 Выбор платы и корпуса

     2.3.1 Материал подложки  

     Подложки  ГИС являются диэлектрическими и  механическими основаниями для расположения пленочных навесных компонентов и служат для теплоотвода. Для обеспечения заданных электрических свойств материал подложки должен обладать:

• высоким коэффициентом теплопроводности для эффективной передачи тепла от тепловыделяющих элементов к корпусу;
• высокой механической прочностью, обеспечивающей целостность подложки с нанесенными элементами, как в процессе эксплуатации, так и в процессе эксплуатации микросхемы в условиях термоударов и механических воздействий;
• высокой химической инерцией к осажденным материалам для снижения временной нестабильности параметров пленочных элементов, обусловленной физико-химическими процессами на границе раздела пленка-подложка и проникновением ионов из подложки в пленку;
• стойкостью к воздействию высоких температур в процессах формирования элементов и установки навесных элементов;
• стойкостью к воздействию химических реактивов в процессе подготовки поверхности подложки перед нанесением пленок, при обработке и химическом осаждении пленок.

     Материалы подложек и нанесенных на нее пленок должны иметь незначительно различающиеся ТКЛР для обеспечения достаточно малых механических напряжений пленок, вызывающих их отслаивание при охлаждении подложки после нанесения пленочных элементов.

     Платы толстопленочных ГИС должны быть дешевыми, иметь высокие механическую прочность, теплопроводность, термостойкость и химическую стойкость. Наиболее подходящими  материалами для плат толстопленочных  ГИС являются высокоглиноземистая  керамика 22ХС, поликор и керамика на основе окиси бериллия. По сравнению с ситаллами керамики и стекла имеют большую теплопроводность, что позволяет их использовать при повышенных уровнях мощности.

     Самую высокую теплопроводность имеет  бериллиевая керамика, однако при массовом производстве, из-за высокой токсичности окиси бериллия, ее не используют. Керамику типа «поликор» применяют для создания многослойных толстопленочных БИС.

     В условиях массового производства используют платы из керамики 22ХС.

     Для данной микросхемы целесообразно выбирать в качестве подложки керамику 22ХС толщиной 0,8мм со следующими параметрами [1]:

• класс чистоты обработки поверхности 8;
• температурный коэффициент линейного расширения при Т=20 300 ^°С (60±5)·10^-7;
• коэффициент теплопроводности  λ_t= 10 Вт/(м·^°С);
• диэлектрическая проницаемость при ƒ= 10^° С и Т=20^°Гц, ɛ = 10,3.

     Выбираем  способ защиты ГИС. Основным способом защиты ИМС от воздействия дестабилизирующих  факторов (температуры, влажности, солнечной радиации, пыли, механических воздействий) является герметизация. Ее осуществляют с помощью специально разработанных конструкций – корпусов, в которых размещают ИМС, либо нанесением защитных материалов непосредственно на поверхность ИМС.

     Толстопленочные ГИС герметизируют в металлополимерные, керамические и пластмассовые корпуса. 

     2.4 Разработка топологии платы 

     В разрабатываемой ГИС навесным компонентом  является транзистор марка SB1−05. Это кремниевые транзисторы, структура n-p-n. Масса не более 0,02г.

Таблица 5 – геометрические размеры транзистора

 

     Ориентировочная минимальная площадь под элементы на плате:

    ₍₂₇₎

  где – коэффициент запаса площади, определяемый количеством элементов в схеме, их типом и сложностью связей между ними, ориентировочно ; – площади, занимаемые всеми резисторами, конденсаторами и контактными площадками; – суммарная площадь, занимаемая навесными компонентами.

  

     Ориентировочная минимальная площадь под элементы на плате удовлетворяет выбранной плате.

     В данной работе выбрано корпусное исполнение микросхемы и используется стандартная плата АБ7.817.064 с параметрами [1]:

• ширина 8,51мм;
• длина 20 мм;
• толщина 0,8 мм;
• количество отверстий (выводов) 18.

     Метод герметизации – прессовка с использование  пластмассы.

     Размещая  элементы на плате, необходимо соблюдать  следующие основные правила: минимум длины соединений, минимум пересечений.

     Разработанная топология должна обеспечивать нормальное функционирование микросхемы при выбранном ее конструктивном исполнении и заданных условиях эксплуатации, таким образом, принятое при разработке топологии решение в первую очередь должно соответствовать электрической принципиальной схеме, удовлетворять конструкторским и технологическим требованиям, а также выбранным методам контроля, отличаться просто реализацией.

 

     3.Технология изготовления ГИС 

     Технологический маршрут изготовления ГИС строится на основе топологического чертежа и содержит перечень и последовательность выполняемых операций.

     Технология  изготовления ИМС состоит из двух основных процессов:

• процесс изготовления платы;
• сборочный процесс.

     В процессе изготовления платы формируются элементы микросхемы. Существует несколько методов формирования элементов на плате. Для формирования слоев микросхемы используется сеткография.

     После операций формирования слоев необходимо проводить операции контроля и операции очистки поверхности.

     Сборочный процесс содержит следующие операции:

• разделение подложек на платы;
• монтаж платы в корпус;
• монтаж навесных компонентов на плату;
• разварка выводов;
• герметизация;
• термотренировка;
• приемно-сдаточные мероприятия;
• маркировка и упаковка.

 

     3.1 Подготовка поверхности 

     В условиях массового производства используют платы из керамики 22ХС, изготовляемые  прессованием порошков или методом  шликерного литья с последующим обжигом при температуре 1650^°С.

    Точность  изготовления пассивной части микросхемы в значительной мере зависит от плоскостности и шероховатости платы. Максимальная кривизна поверхности (микронеровность) не должна превышать 4 мкм на 1 мм. Шероховатость (микронеровность) рабочей поверхности платы должна быть не ниже 8-го класса (высота неровностей 0,32 – 0,63 мкм). Более высокая чистота обработки поверхности платы не нужна, так как адгезия толстых пленок к шероховатости поверхности лучше, а влияние микронеровностей мало сказывается на свойствах пленок толщиной 10 – 70 мкм.

     Для получения качественной толстопленочной  схемы нужно тщательно очистить поверхность подложки. Сильные кислоты  и щелочи для этого не применяются  из-за опасности вытравливания материала подложки, используется ультразвуковая очистка в водной среде, отжиг в печах.

     Температура отжига выбирается в зависимости  от состава и материалов подложки. Качество очистки влияет на адгезию пленок к подложке. 

     3.2. Нанесение пленок 

     После очистки и отжига платы на нее  наносят и вжигают поочередно с обеих сторон проводящую пасту для формирования проводников, контактных площадок, после чего формируется диэлектрик для пересечения проводников. 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 отверстие в трафарете переносят на подложку в виде столбиков, копирующих отверстия в сетке. Растекаясь, столбики соединяются, образуя такой же рисунок, как и на трафарете. Сетчатые трафареты изготавливают из капрона, нейлона или нержавеющей стали.

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

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

     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 минут. В установках с инфракрасным нагревом ИК – излучение проникает вглубь слоя пасты на всю ее 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 содержат приставки ИК – сушки, что позволяет объединить эти операции.

     В начале при термообработке происходит обгорание органической связи при температуре 300^° – 400^°С, при этом скорость нагрева во избежание образования пузырьков не должна превышать 20^°С/мин.