osnove tehnologije integriranih i tiskanih veza
TRANSCRIPT
OSNOVE TEHNOLOGIJE
INTEGRIRANIH I TISKANIH
VEZA
POVIJESNI PRIKAZ RAZVOJA
POLUVODIČKE TEHNOLOGIJE Godina Otkriće Godina Otkriće
1947. točkasti tranzistor 1962. TTL
1950. monokristal germanija 1962. ECL
1951. spojni tranzistor 1962. MOS monolitni integrirani sklop
1952. monokristal silicija 1963. CMOS
1954. maskiranje oksidom 1964. Linearni monolitni integrirani sklop
1954.komercijalni silicijev spojni
tranzistor1966. MSI
1955. tranzistor s difundiranom bazom 1968. MOS memorija
1958. monolitni integrirani sklop 1969. LSI
1959. planarni tranzistor 1970. MOS kalkulatorski čip
1960. epitaksijalni tranzistor 1971. mikroprocesor
1960. MOS FET 1972. I2L
1960. Schottkyjeva dioda 1975. VLSI
1961.komercijalni monolitni integrirani
sklop (RTL)1977. mikroračunalo
1962. DTL
Proučavanje oksidnih slojeva silicija dovelo je do pojave planarnog
postupka, koji je omogućio porast složenosti elektroničke opreme.
Rezultat porasta složenosti elektroničke opreme je težnja za
minijaturizacijom i integracijom složenijih cjelina i čak cijelih
sustava.
Integrirani sklopovi dijele se prema namjeni na:
-digitalne (logičke) i
-analogne (linearne);
a prema tehnološkom postupku izrane na:
-monolitne i
-hibridne.
STUPANJ INTEGRACIJE
MONOLITNIH SKLOPOVA Pod stupnjem integracije podrazumijeva se broj komponenata
ostvarenih u jednom monolitnom integriranom sklopu, tj. unutar
jednog čipa. Prema stupnju integracije, monolitni integrirani sklopovi
mogu se podijeliti u skupine:
niskog stupnja integracije - SSI-sklopovi (small-scale integration),
srednjeg stupnja integracije - MSI-sklopovi,
visokog stupnja integracije - LSI-sklopovi,
vrlo visokog stupnja integracije - VLSI-sklopovi,
ultravisokog stupanja integracije - ULSI-sklopovi.
U SSI tehnologiji ostvaruju se čipovi sa 100 ili manje komponenata
po sklopu. U MSI su čipovi sa 100 – 1000 komponenti, u LSI s 1000
– 10000, u VLSI preko 10000 komponenti u jednom čipu. U ULSI
tehnologiji postiže se stupanj integracije od milijun i više komponenti
po integriranom sklopu.
PLANARNI PROCES Monolitni integrirani sklopovi formiraju se planarnim procesom.
Uvođenjem tog procesa u poluvodičku tehnologiju silicij je zamijenio
germanij i postao osnovni materijal u elektronici. Naziva se planarnim
zbog toga što taj proces rezultira u približno planarnoj (ravninskoj)
strukturi iako se komponente formirane tim procesom protežu u sve tri
dimenzije. Planarne dimenzije ostvarenih komponenata redovito su
puno veće od volumnih, jer je prodiranje pojedinih komponenti u
volumen silicijeve pločice vrlo malen u usporedbi s njenom debljinom.
Pri tome površina silicijeve pločice ostaje relativno ravna i nakon
primjene svih postupaka planarnog procesa.
Planarni proces sastoji se od pet osnovnih postupaka. To su:
• epitaksijalni rast,
• oksidacija silicijeve površine,
• fotolitografija,
• difuzija primjesa,
• metalizacija.
U ovisnosti o konačnom proizvodu, taj se proces ponavlja više puta.
Skica planarnog procesa
Priprema silicijevih pločica
Poluvodički monokristali najčešći su oblik u kojemu se poluvodički
materijal upotrebljava. Kako je većina poluvodiča umjetnog porijekla,
razvijeno je niz različitih postupaka dobivanja monokristala.
Na svojstva poluvodiča, osim primjesa, utječu i kristalografski defekti,
kao što su: točkasti, linijski ili plošni. Najvažniji postupci rasta kristala
iz taljevine za dobivanje velikih i homogenih monokristala su:
Bridgemanov, Czochralskoga i postupak lebdeće zone.
Polikristalni silicij, koji je osnovni materijal, dobija se iz trgovačkog
ferosilicija. Klorovodikom se silicij prevede u triklorsilan, koji se čisti,
te se reakcijom s vodikom dobiva čisti polikristal u obliku granulata ili
polikristaličnih štapova (tzv. ingota). Kao granulat služi za dobivanje
monokristala postupkom Czochralskog, a u obliku štapa postupkom
lebdeće zone.
Priprema silicijevih pločica Planarni proces počinje od silicijeve monokristalne pločice (engl.
wafera). Ona se dobija iz monokristalnog štapa silicija koji se reže u
pločice debljine 250 – 650 m posebnim pilama u obliku koluta ili danas
laserom.
Takvim se rezanjem u kristalnu strukturu unosi minimalan broj defekata.
Na površini pločica ostaje mehanički oštećena, pa se pločice zato bruse i
poliraju. Pomoću abrazivnog sredstva (npr., Al2O3) odbrusi se dio
pločice, a zatim se površina pločice poliranom tkaninom ispolira do
visokog optičkog sjaja. Obično je poliranje kemijsko-mehaničko.
Silicijske pločice su pravilnog kružnog oblika s jednim ravnim bridom.
Taj se ravni brid, još dok je monokristal u obliku šipke, oblikuje tako da
predstavlja jedan, točno određen kristalografski smjer. Točnost tog brida
tehnologijski je važna za pravilan raspored čipova po pločici s obzirom
na kasnije lomljenje silicijske pločice u pojedine čipove.
Kristalografska orijentacija podloge mora biti takva da je smjer rasta u
epitaksiji nekoliko stupnjeva otklonjen od tog smjera, jer će u protivnom
epitaksijalni sloj nepravilno stepeničasto rasti.
Epitaksijalni rast Pločice se koriste kao klica za rast kristala epitaksijalnim postupkom.
Rast kristala istog materijala kao što je klica naziva se homoepitaksija,
a klica se tad zove supstrat. Moguće je da na nekom supstratu naraste i
neki drugi materijal, uz uvjet da taj materijal kristalizira u istom tipu
kristalne rešetke i da se parametri rešetke međusobno bitno ne razlikuju.
Takav rast naziva se heteroepitaksija.
Primjenom epitaksijalne tehnike na podlozi P-tipa raste sloj N-tipa
nanošenjem atoma silicija i atoma primjesa. Proces se odvija na visokoj
temperaturi od preko 1000C. Debljina epitaksijalnog sloja obično
iznosi 3-10 m.
Epitaksijalni rast silicijeva kristala vrši se u tzv. epitaksijalnom
reaktoru. U epitaksijalnom reaktoru se silicijeve pločice sa čistom i
kemijski poliranom površinom zagrijavaju.
Epitaksijalni rast Tokom epitaksijalnog rasta plinovi koji sadržavaju silicijeve atome
struje preko zagrijanih silicijevih pločica. Kao noseći plin
upotrebljava se vodik sa silicij-tetrakloridom (SiCl4) ili silanom
(SiH4). Ova dva spoja silicija su ujedno i njegov izvor za proces.
Vodikovom redukcijom silicij-tetraklorida ili pirolitičkom
dekompozicijom silana oslobađaju se silicijevi atomi, koji se
natalože na površini silicijevih pločica:
HClSiHSiCl Co
42 1250
24
SiHSiH Co
2
1000
4 2Zbog prirode epitaksijalnog procesa, silicijevi atomi se talože
ravnomjerno na kristalnu strukturu pločice. Zato raste debljina
pločice. Ovako se taloži intrinzični silicij.
Kako je za ostvarenje raznih elektroničkih komponenti potrebno imati
P i N tip poluvodiča, oni se unose tokom procesa u kontroliranim
iznosima donorskih ili akceptorskih atoma u struju nosećeg plina,
čime se talože na pločici zajedno sa silicijevim atomima.
Epitaksijalni rast Nedostatak epitaksijalnog procesa je mogućnost pojave većeg broja
različitih kristalnih defekata, koji nepovoljno djeluju na električne
karakteristike. Ti kristalni defekti reduciraju vrijeme života manjinskih
nosilaca u epitaksijalnom sloju, povećavaju odvodne struje reverzno
polariziranih PN spojeva i izazivaju lokalne naponske proboje.
Epitaksijalni slojevi su električne otpornosti od 0,001 do 100 cm.
Za epitaksiju monokristala potrebne su temperature supstrata veće od
1000C, a kremene stijenke posude reaktora moraju biti hladne kako se
na njima ne bi nataložio silicij. U jednadžbi 5.1 silicij na desnoj strani je u krutom
agregatnom stanju, dok su sve ostalo plinovi.
Klorovodikom je moguće odstraniti (odjetkati) silicij. Silicij se može
jetkati u reaktoru i bez klorovodika reakcijom:
gdje je samo elementarni silicij s lijeve strane u čvrstom stanju.
24 2SiClSiSiCl
Oksidacija Oksidacija ili pasivizacija površine silicija najčešće se postiže
termičkim rastom silicij-dioksida ili pirolitičkom depozicijom
silicij-nitrida. Pasivizirajući dielektrični sloj na površini pločice ima
tri osnovna zadatka:
• služi kao difuzijska maska za selektivnu difuziju primjesa u silicij;
• štiti PN spojeve na površini silicija od vanjskih utjecaja;
• služi kao dielektrik MOS-kondenzatora i tranzistora, te kao izolator
preko kojeg se nanose metalne veze među pojedinim komponentama
monolitnog integriranog sklopa.
Termičkim rastom oksida ili nanošenjem nekog drugog dielektričkog
sloja na površinu pločice s epitaksijalnim slojem osigurava se
pasivizacija, što znači da površina kemijski teško reagira s
vanjskim elementima i spojevima. Tipična debljina oksidnog sloja je
0,1 m. Ponekad se oksidacija vrši izravno na podlozi, bez
epitaksijalnog sloja.
Oksidacija
Oksidni se sloj nanosi na silicijevu površinu termičkom oksidacijom u
atmosferi kisika ili vodene pare pri temperaturi od 900 do 1200C prema
reakcijama:
Si + O2 SiO2
Si + 2H2O SiO2 + 2H2(5.6)
Kako je silicij-nitrid znatno manje osjetljiv na ionske utjecaje od silicij-
dioksida, ponekad se upotrebljavaju pasivizirajući slojevi sa silicij-
nitridom umjesto silicij-dioksida, posebno kad se žele realizirati
monolitni integrirani sklopovi otporni na ionske utjecaje.
Fotolitografija Procesu fotolitografije prethodi postupak izrade maski za difuziju i
metalizaciju. Ovisno o vrsti sklopa i tehnološkom postupku, broj potrebnih
maski obično varira između tri i osam. Optička maska, izrađena u obliku
fotonegativa, prenosi se na površinu silicija prekrivenog oksidnim slojem
fotolitografskim postupkom.
Koraci u fotolitografskom postupku: a) nanošenje fotorezista na oksidni sloj, b)
djelovanje ultraljubičastog svjetla na fotorezist, c) a-područje nepolimeriziranog
fotorezista, d) odstranjenje nepolimeriziranog fotorezista, e) odstranjenje oksidnog sloja,
f) odstranjenje polimeriziranog fotorezista
Fotolitografija Prvi korak je pokrivanje površine silicijeve pločice fotoosjetljivom
emulzijom, poznatom kao fotorezist.
Ako se želi u oksidnom sloju napravit otvor za selektivnu difuziju
primjesa, na optičkoj maski područje koje odgovara otvoru za difuziju
mora biti neprozirno za ultraljubičasto svjetlo.
Pod djelovanjem ultraljubičastog svjetla dolazi do polimerizacije
fotorezista u osvijetljenom dijelu, dok u neosvijetljenom dijelu
fotorezist ostaje nepolimeriziran.
Vrsta fotorezista koji se polimerizira pod utjecajem ultraljubičastog
svjetla naziva se negativni fotorezist. Djelovanjem odgovarajućeg
razvijača, odstranjuje se nepolimerizirani fotorezist iz neosvijetljenog
dijela. Na polimerizirani fotorezist taj razvijač ne djeluje. Postoji i
pozitivni fotorezist, te se postupak može analogno odvijati s njim.
Fotolitografija
Na fotorezist se preslikava negativ optičke maske, jer neprozirnom
polju u njoj odgovara otvor u sloju fotorezista. Djelovanjem
fluorovodične kiseline uklanja se sloj silicij-dioksida s površine koja
nije prekrivena polimeriziranim fotorezistom. Kiselinom se uklanja
preostali sloj silicij-dioksida s odgovarajućim otvorima za difuziju
primjesa.
Za postupak fotolitigrafije važna je izrada maski. Zahvaljujući
računalnom dizajnu, topografski podaci o maski unose se na
magnetsku vrpcu. U posebnom uređaju iz podataka nastaje slika u
mjerilu 10:1, a u redukcijskoj kameri se reducira na stvarne
dimenzije.
Difuzija Difuzijom primjesa P-tipa na epitaksijalni N-sloj (ili N-tipa na epitaksijalni
P-sloj), formira se PN-spoj. Pri difuziji područje gdje difundiraju primjese je
šire od prozora predviđenog maskom u fotolitografskom postupku. Tako PN-
spoj dolazi na površinu silicijeve pločice ispod oksidnog sloja.
Sam difuzijski proces služi za upravljivo unošenje primjesa u pločicu kroz
difuzijske prozore. Proces je učinkovit pri visokim temperaturama. Difuzija
se obavlja u difuzijskim pećima. Difuzija je volumna pojava, ali je
zadovoljavajuće i opisivanje jednodimenzionalnim modelom.
Trajanje depozicije fosfora je 10 do 20 minuta pri temperaturama od 800 do
1100 C, a dubina prodiranja fosfora je manja od 0,2 m. Površinska
koncentracija fosfora određena je temperaturom depozicije. Istovremeno se,
u praksi, uz dušik pušta i kisik, kako bi površina silicija lagano oksidirala.
Nakon depozicije, jetkanjem se uklanja oksidni sloj bogat fosforom. Difuzija
je za sve primjese ista, a depozicija se razlikuje prema vrsti primjese i
njenom agregatnom stanju.
U praksi se može razlikovati dva slučaja difuzije: difuzija iz neograničenog
izvora i difuzija iz ograničenog izvora primjesa.
Difuzija
Shema ureĎaja za difuziju primjesa u silicij
Metalizacija Ovaj postupak služi za izradu metalnih kontakata s pojedinim
komponentama monolitnih sklopova, kao i za vanjske veze preko sloja
oksida. Kod unipolarnih tranzistora, ovim se postupkom formiraju i
upravljačke elektrode. Najčešće se za metalizaciju koristi aluminij.
Aluminij ostvaruje neispravljački kontakt sa silicijem, te ima nizak
iznos električne otpornosti, dobro prianja na sloj silicijevog dioksida i
dobro odvodi toplinu, pa je zato vrlo pogodan za kontakte.
Jedan od načina kako se aluminijski tanki film nanosi na površinu
pločice je vakuumsko naparavanje. U uvjetima visokog vakuuma
isparava aluminij. On se naparuje na površinu silicijeve pločice. Taj
tanki metalni (aluminijski) film obično je debljine 0,5 do 2 m, te se
nanosi po cijeloj površini pločice. Kako bi se uklonio s dijelova gdje
nisu potrebni, ili čak poželjni, metalni kontakti, koristi se
fotolitografski postupak. Fotolitografijom se uklanja metal sa svih
dijelova pločice, osim tamo gdje je potreban kontakt. Preostali metal se
legira kako bi se konačno formirali kontakti i veze među
komponentama preko sloja oksida (npr. SiO2).
Ionska implantacija i ostali postupci Jedan od postupaka koji su korisna nadopuna planarnoj tehnologiji je i
ionska implantacija.
Pod njom se podrazumijeva kontrolirano unošenje atoma primjesa u
poluvodič djelovanjem jakog električnog polja. Za tu namjenu se
koriste razni postupci elektronske balistike i optike kako bi se ioni
fokusirali i ubrzali, te odvojili od neželjenih iona prije udara u metu, tj.
poluvodičku pločicu.
Raspodjela implantiranih primjesa može se aproksimirati Gaussovom
raspodjelom. Dubina prodora čestica ovisi o njihovoj kinetičkoj
energiji, koja, pak, ovisi o jakosti električnog polja.
Jedan od tehnologijskih postupaka kojim se metal nanosi na površinu
supstrata ionskim bombardiranjem je naprašivanje (engl. sputtering
postupak prevlačenja filmom premještanjem čestica oslobođenih
bombardiranjem ionima).
UreĎaj za naprašivanje metala
Ionska implantacija i ostali postupci Silicijske pločice se stave na anodu, a katoda je izvor metala. Pod utjecajem
magnetskog polja elektroni se iz nastale plazme otklone i tako ne dolaze do
poluvodiča, a naprašeni se materijal bolje iskorištava pri naparivanju.
Ugrađivanje poluvodičkog čipa u kućište vrši se da bi se poluvodičkim
elementom spretnije rukovalo, da bi se zaštitio od vanjskih utjecaja i zbog
boljeg toplinskog rasipanja.
Kemijski postupci koji se obavljaju su:
- čišćenje osnovnog materijala (silicija), koje se obavlja uzastopnim
pranjem u razrijeđenim otopinama različitih kiselina;
- ispiranje, koje se vrši u deioniziranoj i steriliziranoj (najčešće
ultraljubičastim zračenjem) vodi nakon svake uporabe kiseline;
- jetkanje silicij-dioksida, koje se obavlja nakon svake difuzije i
metalizacije, a vrši se u vodenim otopinama i plinskoj plazmi;
- jetkanje silicija, kako bi se postigla bolja kvaliteta materijala;
-jetkanje metalnih slojeva (npr. aluminij se jetka u otopini dušične i
fosforne kiseline).
Ionska implantacija i ostali
postupci
Kontrola tehnologijskih postupaka najbitnija je kod poluvodičkih
proizvoda zbog njihove osjetljivosti na razne utjecaje. Osim električnih
svojstava, provjeravaju se i kemijska i mehanička svojstva. Koriste se
spektrometri, mikroskopi, te razni drugi složeni elektronički uređaji.
Zaštitini slojevi se postavljaju na poluvodičke elemente da bi se zaštitili
od atmosferskih utjecaja.
Industrijski planarni postupak
Početak izrade: a) supstrat N-tipa, b) silicijski ingot, c) izgled
izrezanog ingota - silicijske tanke pločice
Druga faza: a) rast N-tipa silicija, b) vanjski izgled epitaksijalnog
reaktora, c) unutrašnjost epitaksijalnog reaktora
Formira se n-sloj epitaksijalnim rastom u epitaksijalnom reaktoru.
Primjese se unose plinskim mlazom.
Industrijski planarni postupak Oksidacijom nastaje sloj silicijevog dioksida koji
služi za pasivizaciju površine pločice. Taj sloj je
debljine 0,15 m. Reakcija se odvija na
temperaturi 1100C. Nanosi se tekući sloj fotorezista.
a) b) c)
d)
Formiranje sloja fotorezista
rotacijom (a, b, c), d) ureĎaj za
kapanje fotorezista
Industrijski planarni postupak Pločica se peče dok fotorezist donekle ne otvrdne. Nakon izrade maske, ona se
postavlja na pločicu. Pločica se izlaže ultraljubičastom zračenju. Fotoosjetljiva
komponenta fotorezista rastvara se na izloženim djelovima, stvarajući kiselinu.
Zatim se fotorezist razvija. Ostatak fotorezista se opet peče, a hidrofloridna kiselina
se koristi za uklanjanje oksida u otvorima. Fotorezist se potpuno uklanja. (Nijedan
poznati fotorezist ne može opstati na visokim temperaturama).
Postavljanje maske izlaganje UV zračenju razvijanje
fotorezista
a) b) c)
skica konačnog rezultata obrade u ovoj fazi
Industrijski planarni postupak
g) h) i)
j) k) l)
g) ureĎaj za izlaganje UV-zračenju, h) kemijsko urezivanje, i) urezivanje kiselinom,
j), k), l) različiti izgledi peći za pločice
Industrijski planarni postupak
m) n)
m) rotiranje i sušenje pločice, n) pakovanje pločica u odnosu na veličinu ljudskih ruku
Nakon fotolitografije, planarni proces se nastavlja difuzijom primjesa. U pećici pri
950C pločice se dopiraju s oksidiranim borovim nitridom (bor je primjesa p-tipa).
Dopiranje p-tipom obavlja se termalnom difuzijom ili ionskom implantacijom.
ionski implanter
vanjski izgled ureĎaja
Industrijski planarni postupak Nakon difuzije primjesa, obavlja se postupak metalizacije, kojim se
realiziraju kontakti s pojedinim područjima sklopa. Za metalizaciju se
može koristiti metalni vodič, kao aluminij. Aluminij se uparava u
silicijsku površinu, gdje se kondenzira.
Položaj dopiranog bora (crveno),
b) uparavanje aluminija,
c) ureĎaj za uparavanje
aluminija u silicijsku
površinu
Ponavlja se fotolitografski postupak tako da se aluminij dublje ureže u
pločicu. Nakon pečenja na 475 C naprava je spremna za testiranje.
Industrijski planarni postupak
a) b) c)
d) e)
Slika 22: a) Svaki odrezak je integrirani krug (64-bitni RISC mikroprocesorski odrezak -
Motorola), b) odrezak poluvodičke pločice se vezuje na izvode kućišta, c) električni
kontakti se spajaju žicama kao na slici (Kulicke & Sotta Industries, Inc.), d) dualni
umetnuti paket (AMD Corporation), e) četverostruko pakovanje (Quad Package Device,
Siemens AmG)
HIBRIDNI INTEGRIRANI
SKLOPOVI: TEHNIKE TANKOG I
DEBELOG FILMA
sklopova i sustava. Paralelno s monolitnim integriranim sklopovima
razvijaju se i mikroelektronički sklopovi u tehnici debelog i tankog filma.
U oba slučaja kao podloga služi tanka pločica od izolacijskog materijala
(npr. keramičkog).
Današnji mikroelektronički sklopovi
temelje se na siliciju i planarnoj
tehnologiji. To nije i jedini mogući
pristup minijaturizaciji elektroničkih
HIBRIDNI INTEGRIRANI SKLOPOVI:
TEHNIKE TANKOG I DEBELOG FILMA
Hibridni integrirani krugovi su oni kod kojih se kombiniraju različite
tehnike i tehnologije integracije. Pasivne komponente se realiziraju ili u
tehnici tankog ili u tehnici debelog filma, a aktivne komponente
uglavnom standardnom poluvodičkom tehnologijom, te se dodaju kao
diskretne komponente, tj. čipovi.
U tehnici tankog filma pasivne komponente se izvode vakuumskim
naparavanjem otporničkih, vodljivih i dielektričnih tankih slojeva ili
filmova na pasivnu podlogu. Umjesto vakuumskog naparavanja, može
se koristiti tehnika ionskog raspršivanja. Ionsko raspršivanje izvodi se
u uvjetima niskog tlaka u atmosferi plemenitog plina.
U hibridnim sklopovima u tehnici debelog filma pasivne se
komponente dobivaju postupkom sitotiska. Tiskanjem vodljivih,
otporničkih i dielektričnih pasta kroz otvore u vrlo finom situ nastaju
pasivne komponente sklopa.
Tehnika debelog filma Tehnološki proces realizacije sklopa u tehnici debelog filma sastoji se od nanošenja
izolacijskih, dielektričnih, vodljivih i otporničkih materijala u obliku paste,
primjenom postupka sitotiska, na podlogu koja je sačinjena od izolacijskog
materijala. Nakon toga se vrši toplinska obrada. Paste su materijali koji se
postupkom sitotiska nanose na površinu podloge i osiguravaju željena svojstva
debeloslojnih komponenti. Prema električnim svojstvima, paste se dijele na:
• vodljive,
• otporničke,
• dielektrične i
• izolacijske.
Prikaz postupka sitotiska: a) početni položaj sita, paste i protiskivača, b) protiskivač tjera
pastu kroz otvor u situ i nanosi je na podlogu, c) položaj sita, paste i protiskivača na
kraju postupka
Tehnika debelog filma Paste se sastoje od tri bitne komponente:
• funkcionalnog materijala,
• trajnog veziva i
• organskih dodataka.
Funkcionalni materijal je onaj koji osigurava željena električna svojstva, kao što je
otpor kod otporničkih pasta, vrlo veliki otpor kod izolacijskih pasta i sl. Permanentno
ili trajno vezivo drži pastu na okupu i veže je s podlogom. Organski dodaci
osiguravaju svojstva pasti potrebna za sitotisak.
Otvori u situ za protiskivanje paste dobivaju se tako da se sito premaže fotorezistom i
osuši. Kontaktnim kopiranjem filma definiraju se otvori u fotorezistu kroz koje će se
protiskivati pasta. Nakon kopiranja slijedi razvijanje kojim se odstrani nepolimerizirani
fotorezist. Sito se ispere i osuši, stavi u okvir i zategne. Zatim se postavi paralelno s
podlogom, iznad nje, te se pokreće protiskivač.
Nakon sitotiska čeka se 10-20 minuta dok se pasta ne homogenizira, pa se potom vrši
sušenje na temperaturi od 70 do 250 C. Suši se od 15 do 30 minuta. Za vrijeme
sušenja ispare organska otapala dodana pastama radi osiguranja potrebnih svojstava za
proces sitotiska. Poslije sušenja u pećima za sušenje ili s pomoću infracrvenih grijača,
podloga s pastom ulazi u peć s točno propisanom temperaturom, gdje se sinterira
materijal od kojeg se sastoji pasta.
Tehnika tankog filma Tehnike tankog filma su: vakuumsko naparavanje i ionsko raspršenje.
Podloge za tankoslojne sklopove obično su od keramike ili stakla.
Podloga mora biti vremenski i temperaturno stabilna. Od podloge se
zahtjeva:
• glatka površina,
• temperaturni koeficijent širenja što bliži onome koji imaju slojevi
nanešeni na podlogu,
• visoka mehanička čvrstoća,
• visoka toplinska vodljivost,
• otpornost na kemikalije koje se koriste pri proizvodnji,
• minimalna poroznost da se spriječi prodor nečistoća iz podloge u
tanke slojeve sklopa pri depoziciji,
• visoka električna otpornost,
• nizak faktor gubitaka,
• prihvatljiva cijena,
• uniformna fizikalna svojstva.
Razlike izmeĎu tehnike tankog i
debelog filma Glavna razlika između tankoslojne i debeloslojne tehnike je u postupcima izrade
pasivnih komponenti. U tehnici tankog filma slojevi su debljine oko 1 m, a u
tehnici debelog filma 10 – 50 m. Ponekad se i pasivne komponente također
dodaju diskretno. Aktivne komponente redovito se dodaju kao čip-komponente,
iako se u tankoslojnoj tehnici mogu izvoditi i izravno vakuumskim
naparavanjem.
Tehnika tankog filma omogućuje gušće pakiranje vodljivih traka. Razmak
između traka može biti 50 m, dok je isti u tehnici debelog filma 250 m.
Sklopovi u tehnici debelog filma podnose veće snage zbog razlike u debljinama
vodljivih staza i dopuštenih struja. Frekvencijski opseg sklopova u tehnici
tankog filma je veći od onoga u tehnici debelog filma. Kako tehnika tankog
filma ne zahtjeva visokotemperaturne postupke, ali zahtjeva visoki vakuum,
jeftinija je oprema za proizvodnju u tehnici debelog filma.
I debeloslojna i tankoslojna tehnika mogu poslužiti u proizvodnji kvalitetnih
pasivnih komponenti. Aktivne komponente obično se dodaju kao diskretne
poluvodičke komponente, tkz. čip-komponente. U tehnici tankog filma moguće je
pojedine aktivne komponente formirati i izravno na podlozi.
RAZLIKE IZMEĐU MONOLITNE I
HIBRIDNE TEHNIKE Često se postavlja pitanje za koju se tehniku odlučiti: za izvedbu
monolitnih ili hibridnih sklopova. Isto tako, često se postavlja pitanje
budućnosti tih dviju tehnika. Da bi se moglo odlučiti koju tehniku
primijeniti, potrebno je znati koje su razlike, što je funkcija sklopa, koji
su uvjeti okoline i radni zahtjevi. Tehnolozi sukladno tome odabiru
najpovoljnije rješenje.
Osnovne razlike između monolitne i hibridne tehnike su:
-tehnika tankog filma može koristiti u izradi unipolarnih, ali ne i
bipolarnih tranzistora, a debelog i tankog filma se koristi za izradu
pasivnih komponenti;
-u hibridnoj tehnici se aktivni elementi dodaju kao čipovi, a oni mogu
biti izrađeni monolitnom tehnikom. S druge strane, monolitna tehnika
omogućuje realizaciju velikog broja različitih vrsta aktivnih i pasivinih
komponenti postupkom planarne tehnologije;
RAZLIKE IZMEĐU MONOLITNE I
HIBRIDNE TEHNIKE -monolitna tehnika omogućuje veću gustoću pakiranja od hibridne, te je
stoga povoljnija za izradu sklopova koji imaju veliki broj komponenti;
-pouzdanost monolitnih sklopova je veća od pouzdanosti hibridnih iste
složenosti;
-razvoj monolitnih sklopova puno je kompliciraniji i skuplji od razvoja
hibridnih sklopova, pa se s njom izrađuju samo standardni digitalni ili
analogni sklopovi koji služe u velikom broju primjena. Za proizvodnju u
manjim serijama hibridni sklopovi su u pogledu cijene prihvatljiviji od
monolitnih, a kod velikih serija je obrnuto.
Monolitna i hibridna tehnika nisu konkurentske tehnike. Monolitna tehnika
pogodnija je za one sklopove koji se proizvode u velikim serijama i imaju
visok stupanj integracije, a hibridna je tehnika povoljnija za proizvodnju
onih sklopova koji se rade u manjim serijama, s manjim brojem
komponenata i za specijalne namjene. Tako se npr. aktivni elementi
dobiveni planarnim postupkom mogu spajati s pasivnim elementima većeg
sklopa u hibridnoj tehnici.