PL63567B1 - - Google Patents

Description

Dotycza one glównie wyników badan wlasnosci elektrycznych warstwy dielektryku, w znacz¬ nym stopniu sprzecznych miedzy soba. Istnieja wzmian¬ ki o stosunku tego typu kondensatorów w cienkowar¬ stwowych mikroukladach jako kondensatorów bezpo¬ srednio naparowywanych na plytce podlozowej mikro¬ ukladu lub wykonanych w formie oddzielnych elemen¬ tów.Kondensatory wykonywane bezposrednio na plytce podlozowej mikroukladu otrzymywane sa przez kolejne naparowanie przez odpowiednie maski mechaniczne warstw aluminium, monotlenku krzemu i aluminium.Tak wykonane kondensatory posiadaja liczne slabe miejsca, w których sa zwarte lub zwarcia nastepuja w czasie pracy. Wystepuje takze znaczny rozrzut stalej dielektrycznej naparowanej warstwy, co pociaga za so- ha niepowtarzalnosc pojemnosci otrzymywanych kon¬ densatorów zarówno w ramach jednego naparowania, jak i miedzy poszczególnymi naparowaniami warstwy dielektryku. Powoduje to nieznaczny uzysk kondensato¬ rów i ich zawodnosc.Celem niniejszego wynalazku jest opracowanie spo¬ sobu wytwarzania kondensatorów cienkowarstwowych o 10 15 20 25 30 powtarzalnych i stabilnych parametrach elektrycznych i wysokiej niezawodnosci.Kondensatory wedlug niniejszego wynalazku moga byc wykonywane zarówno bezposrednio na powierzchni plytki podlozowej mikroukladu, jak i w formie konden¬ satorów dyskretnych tzn. kondensatorów wykonanych w postaci oddzielnych elementów, specjalnie przystosowa¬ nych do zautomatyzowanego montazu czolowego w mi¬ kroukladach hybrydowych cienkowarstwowych lub gru¬ bowarstwowych. Kondensatory wykonane wedlug niniej¬ szego wynalazku moga byc takze wykonywane jako kondensatory konwencjonalne przystosowane do mon¬ tazu w ukladach drukowanych.Rozwiazanie postawionego zadania technicznego uzy¬ skano w wyniku dlugotrwalych badan wplywu warun¬ ków naparowywania warstwy dielektryku na wlasnosci i powtarzalnosc parametrów elektrycznych kondensato¬ rów i ustaleniu, ze stosunek liczby molekul tlenu do liczby molekul monotlenku krzemu winien wynosic od 8 do 50.W kondensatorze wedlug wynalazku wielowarstwowa struktura pozostaje bez zmian w stosunku do rozwiazan znanych. Jednakze grubosc naparowanych okladek alu¬ miniowych wynosi 0,1—0,5 \im. Proces naparowania warstw aluminium przebiega w prózni nie gorszej niz 10—* Tr i z mozliwie maksymalna szybkoscia.Najwazniejszym elementem kondensatora cienkowar¬ stwowego jest warstwa dielektryku. Otrzymuje sie ja przez wyparowanie monotlenku krzemu ze zródla pary ogrzewanego oporowo. Stosuje sie zródla kominowe 63567 4 charakteryzujace sie powtarzalna charakterystyka emisji, co w polaczeniu z odpowiednio dobrana wirujaca prze¬ slona pozwala uzyskac jednakowa grubosc naparowanej warstwy na calej dostepnej powierzchni nosnika pod¬ lozy.Przed rozpoczeciem parowania monotlenek krzemu umieszczony w zródle pary musi byc odgazowany, tak aby podczas podwyzszania temperatury zródla próznia nie psula sie o wiecej niz o dwa rzedy wielkosci. Paro¬ wanie nie moze byc rozpoczete przed uzyskaniem w stanowisku prózniowym prózni gorszej niz 5»10—6 Tr przy zródle rozgrzanym do temperatury, w której na¬ stepuje powolne parowanie monotlenku krzemu, co mo¬ ze byc latwo zaobserwowane dzieki zmianom zabarwie¬ nia przeslony zródla pary.Bezposrednio przed rozpoczeciem parowania na pod¬ loze, do komory prózniowej nalezy przez zawór dawku¬ jacy wpuscic gaz utleniajacy i jego cisnienie skorolowac z zamierzona szybkoscia naparowywania, tak aby pod¬ czas naparowywania stosunek efektywnej liczby molekul tlenu Noa i molekul monotlenku krzemu Nsio jedno¬ czesnie uderzajacych w podloze zawieral sie w grani¬ cach od 8 do 50. Ten warunek jest spelniony dla pew¬ nego obszaru szybkosci naparowywania Vp i cisnien gazu utleniajacego, obszaru zakreskowanego na fig. 1.W tym bowiem obszarze uzyskac mozna dobre para¬ metry elektryczne kondensatorów oraz bardzo mala ich zaleznosc od zmian parametrów procesu technologiczne¬ go nanoszenia warstwy dielektrycznej. Ten ostatni fakt ma ogromne znaczenie przy seryjnej produkcji konden¬ satorów cienkowarstwowych, gdzie niewielkie nie kon¬ trolowane zmiany parametrów procesu technologiczne¬ go sa nieuniknione.Wplyw stosunku liczby molekul tlenu Nq2 do liczby molekul monotlenku krzemu Nsio jednoczesnie uderza¬ jacych w podloza, na podstawowe parametry elektrycz¬ ne kondensatorów pokazanych jest na fig. 2.W omawianym przedziale 8—50 stosunku No2/Nsio wartosci podstawowych parametrów kondensatorów sa w zasadzie stale. Uzyskanie powtarzalnosci parametrów kondensatorów nie stanowi tu zadnego problemu, bo¬ wiem w calym tym zakresie zmiennosci stosunku N02/NSio mozna uzyskac nastepujace parametry: przeni- kalnosc dielektryczna e = 4,25; tangens kata strat tg 8 < 10*10—*; wytrzymalosc dielektryczna Ep = 5 MV/cm.Ponizej dolnej granicy omawianego przedzialu wyste¬ puje zdecydowany wzrost tangensa kata strat oraz prze- nikalnosci dielektrycznej wraz ze zmniejszaniem sie wartosci stosunku N0fl}/Nsio- Zmiany No2/Nsio przy za¬ chowaniu nie zmienionych pozostalych parametrów pro¬ cesu technologicznego beda w tym przypadku powodo¬ waly zmiany pojemnosci wytwarzanych kondensatorów.Zapewnienie powtarzalnosci parametrów kondensatorów miedzy kolejnymi procesami, a nawet w ramach tego sa¬ mego procesu, jest tu sprawa trudna, niekiedy wrecz niemozliwa.No, Przy —:— = 2 przenikalnosc dielektryczna £ « 5, NSiO tangens kata strat tg 8«5-10—4, wytrzymalosc di- No2 elektryczna Ep « 8 MV/cm, zas przy —:— = 1 prze- NSiO nikalnosc dielektryczna er^5,5, tangens kata strat tg 8 « 30* 10—*, wytrzymalosc dielektryczna Ep«4,5 MV/cm.Powyzej górnej granicy omawianego przedzialu wy¬ stepuje gwaltowny wzrost tangensa kata strat i tak: Noa przy —— = 60 tangens kata strat tg 8 « 30-10—4 NSiO No2 przy —:— = 80 tangens kata strat tg 8« 60-10—* NSiO No2 Przy ^— = 10° tangens kata strat tg 8^120.10-4.NSiO Dodatkowym ograniczeniem uzytecznego przedzialu parametrów procesu technologicznego jest cisnienie tlenu w komorze prózniowej. Cisnienie to nie moze byc wyzsze niz 2*10—* Tr. Przy wyzszych bowiem cisnie¬ niach obserwuje sie gwaltowny wzrost tangensa kata strat, który w skrajnych przypadkach osiagnac moze wartosc 10—2, oraz tendencje do luszczenia sie warstwy dielektryku.Proces nalezy prowadzic bez dodatkowego ogrzewa¬ nia podloza. Podczas calego procesu naparowywania musi byc utrzymywana stala jego szybkosc regulowana automatycznie lub recznie na podstawie wskazan kwar¬ cowego lub jonizacyjnego miernika szybkosci naparo¬ wywania.Po naparowaniu warstwy dielektryku nastepuje zmia¬ na masek mechanicznych na maski odwzorowujace ksztalt drugiej okladki oraz naparowania drugiej oklad¬ ki kondensatora. Operacja ta wykonywana jest iden¬ tycznie jak operacja naparowywania pierwszej (dolnej) okladki kondensatora. Tak otrzymany kondensator na¬ lezy poddac obróbce termicznej w temperaturze powy¬ zej 350°C w atmosferze powietrza przez okres czasu za¬ lezny od temperatury obróbki. Przy temperaturze 450°C wystarczajaca jest obróbka 1-godzinna.Struktura zostaje skompletowana przez naparowanie przez odpowiednie maski mechaniczne warstw kontak¬ towych normalnie stosowanych i umozliwiajacych luto¬ wanie lub inny sposób montazu.Nastepna operacja technologiczna jest regeneracja slabych miejsc, która wykonuje sie poprzez obciazenie kazdego kondensatora napieciem przekraczajacym po¬ nad czterokrotnie wartosc napiecia pracy, ze zródla do¬ starczajacego w przypadku wystapienia przebicia impul¬ sy pradowe okreslonej mocy. Podczas regeneracji górna okladka kondensatora musi byc spolaryzowana dodat¬ nio.Po procesie regeneracji na czynna czesc kondensato¬ ra (tzn. te czesc, w której dielektryk znajduje sie po¬ miedzy okladkami kondensatora) nalezy naniesc war¬ stwe pasywacyjna, np. metoda napylania katodowego pradami wielkiej czestotliwosci warstwe teflonu przez odpowiednia maske mechaniczna.Przedstawiony wynalazek umozliwia powtarzalne wy¬ konywanie kondensatorów cienkowarstwowych o wyso¬ kiej niezawodnosci i nastepujacych parametrach: prze¬ nikalnosc dielektryczna e«4,25 tangens kata strat tg 8 « (2-HO)-10—*, wytrzymalosc dielektryczna Ep = 5 MWcm, temperaturowy wspólczynnik pojemnosci TWC<150.10-6/°C.Kondensatory wykonane wedlug opisanej technologii posiadaja stabilnosc lepsza niz 0,1% na 1000 godzin pod napieciem równym podwojonemu napieciu nominalne¬ mu i temperaturze 70°C.Wedlug niniejszego wynalazku wykonywane sa kon¬ densatory dyskretne tzn. kondensatory wykonane w po¬ lo 15 20 25 30 35 40 45 50 55 6063567 staci oddzielnych elementów, do ukladów hybrydowych cienkowarstwowych. Tok postepowania jest nastepujacy: Plytki podlozowe szklane o wymiarach 20X30 mm poddawane sa starannemu myciu. Nastepnie w odpo¬ wiednim uchwycie plytka razem z maska okreslajaca ksztalt pierwszej okladki kondensatora zostaje umiesz¬ czona na czaszy sferycznej w komorze prózniowej, po czym nastepuje naparowanie warstwy aluminium.Po naparowaniu maska zostaje zamieniona na maske okreslajaca ksztalt dielektryka, a zródlo pary — na zró¬ dlo umozliwiajace wyparowanie monotlenku krzemu.Konkretnie do tego celu stosowane jest zródlo komino¬ we Drumhelera. Komora prózniowa, w której jest napa¬ rowywana warstwa monotlenku krzemu, wyposazona jest w karuzele i wirujaca w przeciwnym kierunku prze¬ slone o ksztalcie zapewniajacym równomierna grubosc warstwy w granicach 15%.W tak wyposazonej komorze prózniowej zostaja napa- rowane jednoczesnie 64 plytki, z których kazda zawiera 96 kondensatorów, co daje lacznie 6144 kondensatory o pojemnosci do 100 pF i napiecia pracy 24 V. W przy¬ padku kondensatorów o wyzszej pojemnosci ich liczba na jednej plytce o wymiarach 20X30 mm ulega zmniej¬ szeniu.Sam proces naparowania dielektryku jest prowadzony w nastepujacy sposób. Po odpompowaniu komory próz¬ niowej do cisnienia 10-H5 Tr rozpoczyna sie proces od¬ gazowywania zródla pary. Stopniowaniu rozgrzewaniu zródla pary towarzyszy pogarszanie sie prózni. Odgazo¬ wywanie zródla przy stopniowym podnoszeniu jego temperatury jest prowadzone az do osiagniecia prózni 5*10—6 Tr, co trwa od 10 do 50 min., zaleznie od tego, czy parowanie z danego zaladowania zródla pary jest parowaniem pierwszym, czy jednym z dalszych. W przypadku parowania pierwszego czas odgazowania jest dluzszy.Przez caly czas odgazowywania zródlo jest zasloniete przeslona. Po odgazowaniu zródla pary, przez zawór dawkujacy umieszczony na szczycie komory zostaje wpu¬ szczony do komory prózniowej tlen techniczny. Po usta¬ bilizowaniu sie cisnienia 10—4 Tr przeslona zakrywaja¬ ca zródlo pary zostaje usunieta, a szybkosc naparowy¬ wania, mierzona za pomoca ukladu z rezonatorem kwarcowym umieszczonym centralnie na szczycie komo¬ ry prózniowej, jest utrzymywana na poziomie 0,1—0,3 um/sek. Proces jest prowadzony az do momentu napa¬ rowania warstwy dielektryku o grubosci 600 jun. 5 Po zakonczeniu parowania warstwy dielektryku naste¬ puje zamiana maski na maske okreslajaca ksztalt dru¬ giej okladki kondensatora i nastepnie naparowanie war¬ stwy aluminium. Plytki z naparowana struktura sa wkladane do komory termicznej o temperaturze 450°C 10 na okres 1 godz. Po zakonczeniu obróbki termicznej i wystygnieciu plytek z naparowana struktura sa one po¬ nownie wkladane, razem z maskami okreslajacymi ksztalt lutowalnych kontaktów, do komory prózniowej, w której nastepuje naparowanie kontaktu o strukturze 15 chrom lub nichrom-zloto.Tak wykonane kondensatory poddawane sa procesom: regeneracji napieciem 100 V oraz napylania warstwy pa- sywacyjnej teflonu.Nastepna, operacja jest cynowanie kontaktów i ciec'- 20 calej plytki na poszczególne elementy. Z kolei nastepuje sprawdzenie tolerancji pojemnosci, wielkosci i stabilno¬ sci pradu uplywu. Prad uplywu kondensatorów zakwali¬ fikowanych jako dobre nie moze przekraczac i uA przy napieciu 50 V. 25 PL PL

Claims (2)

1. Zastrzezenia patentowe 1. Sposób wytwarzania stabilnych kondensatorów 30 cienkowarstwowych naparowywanych prózniowo o strukturze — warstwa aluminium — warstwa dielektry¬ ka — warstwa aluminium — warstwa kontaktowa, z warstwa dielektryka otrzymana przez naparowanie próz¬ niowe monotlenku krzemu, znamienny tym, ze proces 35 naparowywania dielektryka jest prowadzony w scisle okreslonym obszarze zmiennosci stosunku liczby mole¬ kul tlenu do liczby molekul monotlenku krzemu jedno¬ czesnie uderzajacych w podloze, który wynosi od 8 do 50. 4Q 2. Sposób wedlug zastrz. 1 znamienny tym, ze napa¬ rowywanie prowadzi sie w obecnosci tlenu lub innego gazu utleniajacego, a szybkosc naparowywania jest scisle kontrolowana.KI. 21 g, 10/02 63567 MKP H 01 g, 3/06 Fiql igó • W Fig.

2. WD A-l. Zam. 1366. Naklad 250 egz. PL PL