DE3321779A1 - MICROSTRIPELINE AND METHOD FOR THEIR PRODUCTION - Google Patents
MICROSTRIPELINE AND METHOD FOR THEIR PRODUCTIONInfo
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Description
9O98-45MR-OO3829O98-45MR-OO382
GENEiAL ELECTRIC COMPANYGENEiAL ELECTRIC COMPANY
Mikrostreifenleitung und Verfahren zu ihrer HerstellungMicrostrip line and method of making it
Die Erfindung bezieht sich allgemein auf die Herstellung von Hybridmikroelektronikschaltungen. Insbesondere betrifft die Erfindung die Herstellung von Mikrostrip- oder Mikrostreifenleitungen unter Verwendung eines Dickschichtverfahrens auf einem Hybridschaltungssubstrat. Sie schafft eine neue Herstellungstechnik, die weniger Arbeit und weniger Spezialausrüstung als bekannte Dickschichttechniken erfordert und viele der Schwierigkeiten beseitigt, die bei der bekannten Dickschichtherstellungstechnik auftreten.The invention relates generally to the manufacture of hybrid microelectronic circuits. In particular concerns the invention relates to the manufacture of microstrip or microstrip lines using a thick film process on a hybrid circuit substrate. It creates a new manufacturing technique that is less Requires labor and less specialized equipment than known thick film techniques and many of the difficulties eliminated, which occur in the known thick film manufacturing technique.
Einige der Probleme, die bei der Fertigung von Mikrowellenhybridschaltungen auftreten, sind in der Veröffentlichung THE MICROWAVE HYBRID CIRCUIT: FABRICATION-PROCESSING CONSIDERATIONS von William J. MacDonald der Film Microelectronics, Inc., 17 A Street Burlington, Mass., und von Charles A. Wheeler von Sanders Associates, Inc. Microwave Division, Nashua, New Hampshire, beschrieben. Die AutorenSome of the problems encountered in the manufacture of microwave hybrid circuits appear in the publication THE MICROWAVE HYBRID CIRCUIT: FABRICATION-PROCESSING CONSIDERATIONS by William J. MacDonald of Film Microelectronics, Inc., 17 A Street Burlington, Mass., And by Charles A. Wheeler of Sanders Associates, Inc. Microwave Division, Nashua, New Hampshire. the authors
* β Λ * η ti H »* β Λ * η ti H »
- J2T- - J2T-
weisen darauf hin, daß HF-Strom, der durch einen Schichtleiter fließt, dem sogenannten Skineffekt unterliegen kann. Die Stromkonzentration an der Grenzfläche zwischen dem Substrat (Keramik) und der Metallisierung stellt gewisse Anforderungen an die Schichtdicke (Leiterdicke) und den Haftmechanismus der Schicht.indicate that RF current passing through a shift leader flows, can be subject to the so-called skin effect. The current concentration at the interface between the substrate (Ceramic) and the metallization make certain demands on the layer thickness (conductor thickness) and the adhesive mechanism the shift.
Bei Mikrowellenfrequenzen sind die Leitungskenndaten einer Schichtleitung eine Funktion, wenigstens zum Teil, der Leitungsbreite und der scharfen Randbegrenztheit sowie der Leitungsdicke. Bei Anwendung der Kupfersilbertechnik und anderer Dickschichtkupfertechniken ist es möglich, eine Mikrostripresonatorleitung herzustellen, die eine ausreichend niedrige Dämpfung und einen hohen Q-Wert (Güte) hat, was bei modernen Schaltungen gegenwärtig verlangt wird. Es ist jedoch nicht ausreichend möglich, sowohl die Breite, die scharfe Randbegrenztheit und die Dicke der auf das Substrat aufgebrachten Dickschichtleitung genau zu steuern. Bei Anwendung der bekannten Techniken wird, wenn mehrere Kupferschichten gedruckt werden, um die gewünschte Eindringtiefenoder Hautdicke herzustellen, durch das Überlappen der Schichten jede scharfe Begrenztheit des Randes zerstört, und die Breite der Mikrostreifenleitung wird ungewiß. Dadurch wird die Vorhersagbarkeit der Mikrostreifenleitungskenndaten reduziert. At microwave frequencies, the line characteristics of a stratified line are a function, at least in part, of the Line width and the sharp edge delimitation as well as the Line thickness. When using the copper-silver technique and other thick-film copper techniques, it is possible to use a To produce a microstrip resonator line that has a sufficiently low attenuation and a high Q value, what is currently required in modern circuits. However, it is not sufficiently possible to have both the width, to precisely control the sharp edge delimitation and the thickness of the thick film line applied to the substrate. at Application of known techniques is made when making multiple layers of copper can be printed to produce the desired depth of penetration or skin thickness by overlapping the layers any sharp delimitation of the edge is destroyed and the width of the microstrip line becomes uncertain. This will reduces the predictability of the microstrip line characteristics.
Es ist möglich, eine gute Kontrolle der Breite, der scharfen Begrenztheit des Randes und der Dicke unter Verwendung von Dünnschichttechniken zu erzielen, bei denen Chrom-Gold oder Chrom-Nickel-Gold durch Zerstäubung auf das Substrat aufgebracht wird. Die Anwendung der Dünnschichttechniken erfordert jedoch aufwendige und teuere Maschinen. Die Kosten schließen die Anwendung dieser Techniken, ausgenommen bei der Massenproduktion, aus.It is possible to have good control of the width, the sharp Limitation of the edge and the thickness can be achieved using thin film techniques in which chrome-gold or chrome-nickel-gold by sputtering onto the substrate is applied. However, the use of thin-film techniques requires complex and expensive machines. the Cost excludes the use of these techniques except in mass production.
Beispielshalber beinhaltet ein bekanntes Dünnschichtverfahren zum Herstellen von Dünnschichtmikrostreifenleitungen folgende Verfahrensschritte:By way of example, includes a known thin film process for fabricating thin film microstrip lines the following process steps:
1. Vakuumbedampfung (d.h. entweder durch Aufdämpfung oder Zerstäubung) mit ungefähr 50 nm 1500 A) Titan auf ein 99,5 !-Al2O3-Substrat.1. Vacuum vapor deposition (ie either by vapor deposition or sputtering) with approximately 50 nm 1500 Å) titanium on a 99.5! -Al 2 O 3 substrate.
2. Vakuumbedampfung mit Kupfer, bis die Gesamtdicke 2 \xm beträgt. Das ergibt eine phasierte metallisierte Cu-Ti-Schicht, die eine hohe Haftfähigkeit auf dem Aluminiumoxidsubstrat hat.2. Vacuum vapor deposition with copper until the total thickness is 2 \ xm . This results in a phased metallized Cu-Ti layer which has a high adhesion to the aluminum oxide substrate.
3. Kupfer wird dann als galvanischer Überzug auf die aufgebrachte Metallisierung aufgebracht, um die Metalldicke auf 27 um zu vergrößern, d.h. es werden 25 um Cu galvanisch niedergeschlagen.3. Copper is then applied as a galvanic coating on the applied metallization to reduce the metal thickness to 27 µm, i.e. 25 µm Cu are deposited galvanically.
4. Das gewünschte Muster wird dann in Photomaskentechnik unter Verwendung eines flüssigen Photolacks hergestellt, der belichtet und entwickelt wird, so daß öffnungen in dem Photolack zurückbleiben, wo das Muster verbleiben soll.4. The desired pattern is then produced in photomask technology using a liquid photoresist, which is exposed and developed, leaving openings in the photoresist where the Pattern should remain.
5. 10-12 iim Gold werden dann als galvanischer überzug auf das freiliegende Kupfer aufgebracht.5. 10-12 iim gold is then applied as a galvanic coating on the exposed copper.
6. Der Photolack wird entfernt, wobei eine durchgehende Kupferebene zurückbleibt, die ein als galvanischer überzug aufgebrachtes Goldmuster trägt.6. The photoresist is removed, leaving a continuous layer of copper, known as a galvanic gold pattern applied to the coating.
7. Das Kupfer und das Titan werden dann von dem Substrat weggeätzt. Das Goldmuster dient als Maske, so daß das Kupfer und das Titan unter dem Gold nicht weggeätzt werden.7. The copper and titanium are then etched away from the substrate. The gold pattern serves as a mask, like this that the copper and titanium under the gold are not etched away.
Das sich ergebende metallisierte Muster enthält deshalbThe resulting metallized pattern therefore contains
50 nm (500 Ä) Titan50 nm (500 Å) titanium
1950 nm (19500 A) durch Vakuumbedampfung aufgebrachtes Kupfer1950 nm (19500 Å) applied by vacuum evaporation copper
25 urn als galvanischer überzug aufgebrachtes Kupfer25 urn applied as a galvanic coating copper
10-12 μπι als galvanischer überzug aufgebrachtes Gold.10-12 μπι applied as a galvanic coating Gold.
Die Verfahrensschritte, die erforderlich sind, um eine Mikrostreifenleitung dieser Art herzustellen, erfordern ein beträchtliches Ausmaß an Arbeit und an Spezialausrüstung. Die oben dargelegte Dickschichttechnik ist einfacher ..und erfordert weniger Arbeit und weniger Spezialausrüstung.The procedural steps that are required to create a microstrip line Manufacture of this type requires a considerable amount of labor and specialized equipment. The thick film technique outlined above is simpler ... and requires less work and less specialized equipment.
Ein kleines Beispiel von US-Patentschriften veranschaulicht die bekannten Techniken zum Herstellen von mikroelektronischen Schaltungen:A small example of US patents illustrates the known techniques for making microelectronic Circuits:
US-PS 4 152 679U.S. Patent 4,152,679
US-PS 3 808 049U.S. Patent 3,808,049
US-PS 3 274 328U.S. Patent 3,274,328
US-PS 2 257 629.U.S. Patent 2,257,629.
Auf diese US-Patentschriften wird bezüglich weiterer Einzelheiten verwiesen. Die Aufzählung dieser US-Patentschriften ist nicht erschöpfend, sondern ist nur ein kleines Beispiel der US-Patentschriften, die sich auf das Gebiet, zu dem die Erfindung gehört, beziehen.Reference is made to these US patents for further details. The listing of these US patents is not exhaustive but is just a small sample of the US patents relating to the field to which the Invention belongs, relate.
Zum überwinden der Schwierigkeiten, die bei dem Herstellen von Mikrostreifenleitungen unter Verwendung der bekannten Dickschichttechniken auftreten, ohne daß auf die Anwendung der teueren und komplizierten Dünnschichttechniken zurückgegriffen werden muß, schafft die Erfindung eine neue Dickschichtfertigungstechnik. To overcome the difficulties encountered in the manufacture of microstrip lines using the known thick film techniques occur without affecting the application the expensive and complicated thin-film techniques are used must be, the invention creates a new thick film manufacturing technique.
Gemäß der Erfindung wird auf ein Substrat eine erste Kupferschicht gedruckt, die eine hohe Haftfähigkeit an demAccording to the invention, a first copper layer is applied to a substrate printed, which has high adhesiveness to the
-Js - -Js -
Al2O3-Substrat hat. Diese erste Schicht wird benutzt, um die Breite und den Rand der Mikrostreifenleitung genau festzulegen. Eine zweite Kupferschicht wird auf die erste Schicht aufgebracht. Diese zweite Schicht kann eine niedrigere Dämpfung als die erste Schicht und eine geringere Haftfähigkeit an dem Al2O- als die erste Schicht haben. In Kombination mit der ersten Schicht wird jedoch die Haftfähigkeit der fertigen Leitung die gestellten Mindestanforderungen übersteigen. Die zweite Schicht wird benutzt, um die Dicke der Leitung bis zu einem gewünschten Wert aufzubauen, beispielweise fünf Hautdicken oder HF-Eindringtiefen bei 150 MHz. Sie wird mit einer Breite aufgebracht, die etwas kleiner ist als die Breite der ersten Schicht. Das erlaubt, daß die erste Schicht weiterhin die Breite und den Rand der Mikrostreifenleitung festlegt.Al 2 O 3 substrate. This first layer is used to precisely define the width and edge of the microstrip line. A second layer of copper is applied to the first layer. This second layer can have a lower damping than the first layer and a lower adhesion to the Al 2 O- than the first layer. In combination with the first layer, however, the adhesion of the finished cable will exceed the minimum requirements. The second layer is used to build the line thickness to a desired value, e.g. five skin thicknesses or RF penetration depths at 150 MHz. It is applied with a width that is slightly smaller than the width of the first layer. This allows the first layer to continue to define the width and edge of the microstrip line.
Unter Verwendung dieser Technik ist es möglich, alle Vorteile des doppelten Drückens von Dickschichtkupfer zu erzielen, wie beispielsweise mehrere Hautdicken, niedrige Dämpfung und hoher Q-Wert, und zwar ohne die nachteiligen Auswirkungen des doppelten Drückens, nämlich Verlust an Breitenkontrolle und scharfer Randbegrenztheit.Using this technique it is possible to get all the advantages of double spinning thick film copper, such as multiple skin thicknesses, low attenuation, and high Q without the detrimental effects Effects of double pressing, namely loss of latitude control and sharp margins.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher beschrieben. Es zeigtAn embodiment of the invention is described in more detail below with reference to the drawing. It shows
Fig. 1 eine Schnittansicht der MikrostreiFig. 1 is a sectional view of the microstrip
fenleitung, nachdem die erste Schicht zum genauen Begrenzen ihres Randes und ihrer Breite aufgebracht worden ist, undfenleitung after the first layer has been applied to precisely limit its edge and width has been, and
Fig. 2 eine Schnittansicht der MikrostreiFigure 2 is a sectional view of the microstrip
fenleitung nach dem Aufbringenfen line after application
einer zweiten Schicht, deren Breite schmaler als die der ersten Schicht ist und die benutzt wird, um die Dicke der Leitung zu vergrößern, ohne die scharfe Randbegrenztheit der ersten Schicht zu zerstören. a second layer, the width of which is narrower than that of the first Layer is and is used to increase the thickness of the pipe without the sharp edge delimitation destroy the first layer.
Gemäß Fig. 1 beginnt das Fertigungsverfahren mit dem Bereitstellen eines herkömmlichen Substrats 10. Das Substrat kann ein herkömmliches Aluminiumoxidsubstrat sein, das bei bekannten Hybridschaltungsfertigungsverfahren benutzt wird. Eine erste Dickschichtkupferschicht 12 wird aufgebracht. Diese erste Kupferschicht wird vorzugsweise aus DP 9923, bei dem es sich um ein mit Glasfritte gebundenes Dickschichtleitermaterial handelt, hergestellt. DP 9923 ist ein Produkt der E.I. DuPont Nemours Company, Inc. (DuPont) und ist vollständig auf deren Datenblatt Nr. E-11728 (9/76) beschrieben. Die Schicht 12 wird mit genauer Kontrolle der linken und rechten Randteile 14 und 16 aufgebracht, so daß eine präzise Kontrolle über die Breite 18 der Schicht erzielt wird. Das DP 9923 hat eine ausreichende Haftfähigkeit, um fest an dem Substrat 10 zu haften.According to FIG. 1, the manufacturing process begins with the provision of a conventional substrate 10. The substrate can be a conventional alumina substrate used in known hybrid circuit fabrication method is used. A first thick film copper layer 12 is applied. This first copper layer is preferably made of DP 9923, which is a thick-film conductor material bonded with a glass frit acts, manufactured. DP 9923 is a product of E.I. DuPont Nemours Company, Inc. (DuPont) and is completely on their data sheet no. E-11728 (9/76). Layer 12 is with close control of the left and right edge portions 14 and 16 are applied so that precise control over the width 18 the layer is achieved. The DP 9923 has sufficient adhesiveness to adhere firmly to the substrate 10.
Fig. 2 zeigt die übrigen Fertigungsschritte. Nachdem die Schicht 10 gebrannt worden ist, wird eine zweite Schicht 20 auf die erste Schicht gedruckt. Die Schicht 20 wird aufgebracht, um die Gesamtdicke der Mikrostreifenleitung auf die gewünschte Anzahl von Hautdicken oder HF-Eindringtiefen zu bringen. Die zweite Schicht 20 besteht vorzugsweise aus DP 9925, bei dem es sich um ein reaktives gebundenes (Oxidkupfer)Kupferleitermaterial handelt, das eine geringere Dämpfung als das DP 9923 hat, welches für die Schicht 12 benutzt wird. DP 9925 ist ebenfalls ein Produkt vonFig. 2 shows the other manufacturing steps. After layer 10 has been fired, a second layer is created 20 printed on the first layer. Layer 20 is applied around the total thickness of the microstrip line to the desired number of skin thicknesses or RF penetration depths bring to. The second layer 20 is preferably composed of DP 9925, which is a reactive bonded one (Oxide copper) Copper conductor material, which is a lower Has attenuation than the DP 9923 which is used for layer 12. DP 9925 is also a product of
DuPont. Die Schicht 20 wird so aufgebracht, daß ihre Breite 22 kleiner ist als die Breite 18 der Schicht 12. Auf diese Weise werden die präzise Kontrolle über die Breite 18 und die schärfe Begrenzung der Randteile 14 und 16 nicht beeinträchtigt. Die Kenndaten der Mikrostreifenleitung, die durch die scharfe Randbegrenztheit und die Breite bestimmt werden, werden durch denjenigen Teil der Leitung festgelegt, der sich dem Substrat 10 am nächsten befindet. Durch Hinzufügen der Schicht 20 auf der Oberseite der Schicht 12 kann die gewünschte Anzahl von Hautdicken erzielt werden, ohne daß die präzise Kontrolle über die Breite und die scharfe Randbegrenztheit beeinträchtigt wird, die sich durch die Verwendung eines präzise kontrollierbaren Mediums für die Schicht 12, wie DP-9923-Kupfer, ergibt. In Fig. 2 ist die Grenzlinie 24 zwischen den Schichten 12 und 20 gestrichelt dargestellt. DP 9925, das eine niedrigere Dämpfung hat, kann zum Herstellen der Schicht 20 benutzt werden, ohne daß eine präzise Randkontrolle wie für die Schicht 12 erforderlich ist. Bei Bedarf können zusätzliche Schichten auf die Schicht 20 gedruckt werden, um die gewünschte Hautdicke herzustellen, solange die zusätzlichen Schichten eine Breite haben, die kleiner ist als die der Schicht 12, so daß deren präzise Randfestlegung nicht beeinträchtigt wird.DuPont. The layer 20 is applied so that its width 22 is smaller than the width 18 of the layer 12. On this In this way, the precise control over the width 18 and the sharp delimitation of the edge parts 14 and 16 are not impaired. The characteristics of the microstrip line, determined by the sharp edge delimitation and the width are determined by that part of the line that is closest to the substrate 10. By adding The desired number of skin thicknesses can be achieved without using layer 20 on top of layer 12 that the precise control over the width and the sharp edge delimitation, which are affected by the Using a precisely controllable medium for layer 12, such as DP-9923 copper, results. In Fig. 2 is the Boundary line 24 between layers 12 and 20 is shown in dashed lines. DP 9925, which has a lower damping, can be used to make layer 20 without the precise edge control required for layer 12 is. If necessary, additional layers can be printed on layer 20 to the desired skin thickness as long as the additional layers have a width which is smaller than that of the layer 12, so that the precise definition of which is not impaired.
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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8139 | Disposal/non-payment of the annual fee |