RU2040128C1

RU2040128C1 - Process of manufacturing boards for hybrid integrated circuits

Info

Publication number: RU2040128C1
Authority: RU
Inventors: В.К. Смолин
Original assignee: Научно-исследовательский институт измерительных систем
Priority date: 1992-08-14
Filing date: 1992-08-14
Publication date: 1995-07-20

Abstract

FIELD: electronics. SUBSTANCE: photoresist is applied to metal substrate. Then two- side photolithography with formation of negative pattern of circuit conductors and electrochemical precipitation into windows of photoresist mask of metal selectively etched with reference to substrate material are conducted. Dielectric base is pressed on one side of substrate and etching of it is carried out till breaks are formed in regions of crossings of circuit conductors. Additional conductor elements of rectangular shape equidistantly placed from circuit conductors and from each other are formed during formation of photoresist mask simultaneously with pattern of circuit conductors on substrate side. Smaller side of additional element is equal to doubled thickness of substrate. Etching process is stopped after etching away of formed additional conductors. EFFECT: enhanced productivity and quality of hybrid integrated circuits. 4 cl

Description

Изобретение относится к электронной технике, а именно к способам создания плат для гибридных интегральных схем и микросборок с двухуровневой разводкой, а также изготовления коммутационных плат для монтажа блоков на основе интегральных схем. The invention relates to electronic equipment, and in particular to methods of creating boards for hybrid integrated circuits and microassemblies with two-level wiring, as well as the manufacture of patch boards for mounting blocks based on integrated circuits.

Известен способ изготовления пленки для гибридных интегральных схем (ГИС), включающий нанесение фоторезиста на металлическую подложку, двустороннюю фотолитографию, электрохимическое осаждение металла, селективно травящегося по отношению к подложке, формирование в центральной части подложки покрытия из диэлектрического компаунда и травление подложки на всю толщину в областях, не защищенных фоторезистом и электрохимически осажденным металлом [1]
Однако этот способ не позволяет получать проводники двух уровней и соединения между ними одновременно без введения дополнительных операций, что снижает функциональные возможности плат.A known method of manufacturing a film for hybrid integrated circuits (GIS), including applying a photoresist to a metal substrate, double-sided photolithography, electrochemical deposition of a metal selectively etched relative to the substrate, forming a coating of a dielectric compound in the central part of the substrate and etching the entire thickness of the substrate in regions not protected by photoresist and electrochemically deposited metal [1]
However, this method does not allow to obtain conductors of two levels and connections between them simultaneously without introducing additional operations, which reduces the functionality of the boards.

Наиболее близким к заявляемому является способ изготовления плат для гибридных интегральных схем, включающий нанесение фоторезиста на металлическую подложку, двустороннюю фотолитографию, электрохимическое осаждение металла, селективно травящегося по отношению к подложке, формирование в центральной части подложки покрытия из диэлектрического компаунда и травление подложки на всю толщину в областях, не защищенных фоторезистом и электрохимически осажденным металлом. В процессе двусторонней фотолитографии на металлической подложке формируют маску из фоторезиста с элементами рисунка проводников схемы гантелеобразной формы, а травление подложки в областях, не защищенных фоторезистом и электрохимически осажденным металлом, проводят до образования разрывов в металлической подложке в областях пересечения проводников схемы [2]
В указанном решении электрическая изоляция пересекающихся проводников схемы обеспечивается благодаря подтравливанию металла подложки по всему периметру пленочных проводников переменной ширины, расположенных на незащищенной стороне подложки. В результате под наиболее узкой частью, т.е. под пересечением проводников первого уровня, в подложке образуются разрывы, а под наиболее широкой частью остаются опорные элементы в виде столбиков из материала подложки. В полученной структуре проводники первого уровня будут соединены перемычками в виде арок на втором уровне. В результате отпадает необходимость в формировании раздельного диэлектрического слоя, что позволяет формировать пленочные проводники обоих уровней одновременно, а это резко снижает себестоимость платы.Closest to the claimed one is a method of manufacturing boards for hybrid integrated circuits, including applying a photoresist to a metal substrate, two-sided photolithography, electrochemical deposition of a metal selectively etched relative to the substrate, forming a dielectric compound coating in the central part of the substrate, and etching the entire thickness of the substrate into areas not protected by photoresist and electrochemically deposited metal. In the process of double-sided photolithography, a mask of a photoresist is formed on a metal substrate with dumbbell-shaped circuit conductors, and the substrate is etched in areas not protected by a photoresist and electrochemically deposited metal until gaps in the metal substrate are formed at the intersection of the circuit conductors [2]
In this solution, the electrical insulation of the intersecting circuit conductors is ensured by etching the substrate metal along the entire perimeter of the variable width film conductors located on the unprotected side of the substrate. As a result, under the narrowest part, i.e. under the intersection of the first level conductors, gaps are formed in the substrate, and under the widest part there are supporting elements in the form of columns of the substrate material. In the resulting structure, the conductors of the first level will be connected by jumpers in the form of arches on the second level. As a result, there is no need to form a separate dielectric layer, which allows the formation of film conductors of both levels at the same time, and this sharply reduces the cost of the board.

Недостатком данного способа является то, что удаление металла подложки в местах пересечения проводников можно проконтролировать либо после изготовления платы по функционированию ГИС, либо путем прозванивания проводников, т.е. процесс травления не контролируется в достаточном объеме при выполнении операции. Кроме того, в зависимости от габаритов платы, насыщенности рисунка и других факторов, момент образования разрывов в местах пересечения проводников будет наступать неодновременно, т.е. объективно существует вероятность возникновения брака при выпуске широкой номенклатуры изделий. The disadvantage of this method is that the removal of the substrate metal at the intersection of the conductors can be controlled either after the manufacture of the board for the operation of the GIS, or by calling the conductors, i.e. the etching process is not controlled to a sufficient extent during the operation. In addition, depending on the dimensions of the board, the saturation of the pattern and other factors, the moment of formation of gaps at the points of intersection of the conductors will occur at the same time, i.e. objectively, there is a likelihood of a marriage occurring in the production of a wide range of products.

Целью изобретения является повышение точности изготовлений ГИС. The aim of the invention is to improve the accuracy of the manufacture of GIS.

Предложен способ изготовления плат для гибридных интегральных схем, включающий нанесение фоторезиста на металлическую подложку, двустороннюю фотолитографию с образованием негативного рисунка проводников схемы, электрохимическое осаждение в окна фоторезистивной маски металла, селективно травящегося по отношению к материалу подложки, припрессовывание диэлектрического основания с одной стороны подложки, травление подложки до образования разрывов в областях пересечения проводников схемы и контроль платы, при этом при формировании фоторезистивной маски одновременно с рисунком проводников схемы на стороне подложки, подвергаемой травлению, формируют дополнительные проводниковые элементы прямоугольной формы, эквидистантно расположенные от проводников схемы и друг от друга, причем меньшая сторона дополнительного элемента равна удвоенной толщине подложки, а процесс травления прекращают после стравливания сформированных дополнительных проводников. A method for manufacturing boards for hybrid integrated circuits is proposed, including applying a photoresist to a metal substrate, two-sided photolithography with the formation of a negative pattern of circuit conductors, electrochemical deposition in the windows of a photoresist mask of metal selectively etched with respect to the substrate material, pressing the dielectric base on one side of the substrate, etching the substrate to the formation of gaps in the areas of intersection of the conductors of the circuit and the control board, while forming the resistive mask simultaneously with the pattern of the circuit conductors on the side of the substrate to be etched, additional rectangular conductor elements are formed that are equidistant from the circuit conductors and from each other, the smaller side of the additional element being equal to twice the thickness of the substrate, and the etching process is stopped after etching of the formed additional conductors .

Новым является то, что при формировании фоторезистивной маски одновременно с рисунком проводников схемы на стороне подложки, подвергаемой травлению, формируют дополнительные проводниковые элементы прямоугольной формы, эквидистантно расположенные от проводников схемы и друг от друга, причем меньшая сторона дополнительного элемента равна удвоенной толщине подложки, а процесс травления прекращают после стравливания сформированных дополнительных проводников. What is new is that when a photoresist mask is formed simultaneously with the pattern of circuit conductors on the side of the substrate to be etched, additional rectangular conductor elements are formed that are equidistant from the circuit conductors and from each other, the smaller side of the additional element being equal to twice the thickness of the substrate, and the process etching is stopped after etching of the formed additional conductors.

Процесс травления определяется скоростью протекания различных реакций при взаимодействии травящего раствора с обрабатываемой поверхностью, в том числе удалением продуктов реакции из зоны обработки. В зависимости от размеров, плотности размещения и геометрии обрабатываемого рельефа обмен между отработанными компонентами раствора и остальным его объемом будет происходить неодинаково, что в конечном итоге определяет скорость травления и профиль элементов поверхности на различных участках. Введение на обрабатываемой поверхности дополнительных маскирующих элементов, эквидистантно отстоящих от элементов схемы и друг от друга, повышает однородность обрабатываемых зон обрабатываются межэлементные участки одинаковой ширины. При изотропном травлении подложки момент отделения дополнительных элементов свидетельствует об образовании разрывов в местах пересечения проводников, так как величина подтрава с каждой стороны под проводником будет равна толщине подложки (коэффициент травления в этом случае считается нормальным). The etching process is determined by the rate of various reactions during the interaction of the etching solution with the treated surface, including the removal of reaction products from the treatment zone. Depending on the size, density and geometry of the processed relief, the exchange between the spent components of the solution and the rest of its volume will not be the same, which ultimately determines the etching rate and the profile of surface elements in different areas. The introduction of additional masking elements on the treated surface, which are equidistant from the circuit elements and from each other, increases the homogeneity of the treated zones, the inter-element sections of the same width are processed. With isotropic etching of the substrate, the moment of separation of the additional elements indicates the formation of gaps at the intersection of the conductors, since the amount of ghosting on each side under the conductor will be equal to the thickness of the substrate (the etching coefficient in this case is considered normal).

Дополнительные проводниковые элементы формируют на всей свободной поверхности подложки для контроля равномерности обработки материала. Additional conductor elements are formed on the entire free surface of the substrate to control the uniformity of the processing of the material.

Дополнительные проводниковые элементы размещают в один ряд вдоль контура проводников обрабатываемой поверхности подложки для упрощения изготовления инструмента фотошаблона. Additional conductor elements are placed in a row along the contour of the conductors of the processed surface of the substrate to simplify the manufacture of a photomask tool.

Дополнительные проводниковые элементы формируют в виде квадрата для упрощения изготовления дополнительных проводниковых элементов. Additional conductor elements are formed in the form of a square to simplify the manufacture of additional conductor elements.

Размещение, количество и форма дополнительных проводниковых элементов зависят от принятых норм по проектированию топологии, возможностей изготовления фотошаблонов и применяемой при фотолитографической обработке техники. Рабочий фотошаблон можно получить последовательным или одновременным экспонированием фотоэмульсионной плас- тины через промежуточные фотошаблоны, один из которых содержит элементы, соответствующие основным проводниковым элементам, а другой выполнен в виде сетки, шаг которой равен шагу выполнения топологии основных проводниковых элементов. The placement, quantity and shape of additional conductor elements depend on the accepted standards for the design of the topology, the possibilities of making photo masks and the technique used in photolithographic processing. A working photo template can be obtained by sequential or simultaneous exposure of the emulsion plate through intermediate photo templates, one of which contains elements corresponding to the main conductor elements, and the other is made in the form of a grid, the step of which is equal to the step of the topology of the main conductor elements.

В качестве материала ленточного носителя использовалась медная фольга или пластина из бериллиевой бронзы БрБ2 толщиной 0,1 мм. Изготовление платы велось с использованием технологических операций, применяемых при создании биметаллических и трехслойных трафаретов для вакуумного напыления. As the material of the tape carrier, copper foil or a BrB2 beryllium bronze plate 0.1 mm thick was used. The board was manufactured using the technological operations used to create bimetallic and three-layer stencils for vacuum deposition.

П р и м е р. После подготовки поверхностей обеих сторон ленты из медной фольги нанесли позитивный фоторезист ФП-383. Для экспонирования использовали конверт из двух совмещенных между собой пленочных фотошаблонов, запаянных по двум сторонам. Заготовку помещали в конверт, фиксировали с помощью вакуумной рамки и производили экспонирование на установке двухстороннего экспонирования; затем проявляли и сушили фоторезист. Электрохимическое осаждение никеля толщиной 10 мкм окна фоторезиста осуществляли в сульфаминовом электролите никелирования. Затем удаляли фоторезист, промывали и сушили подложку. PRI me R. After preparing the surfaces of both sides of the copper foil tape, a positive photoresist FP-383 was applied. For exposure, an envelope of two combined film photomasks sealed on two sides was used. The blank was placed in an envelope, fixed with a vacuum frame, and exposed to a two-side exposure; then developed and dried photoresist. Electrochemical deposition of nickel with a thickness of 10 μm of the photoresist window was carried out in a sulfamic nickel plating electrolyte. Then the photoresist was removed, washed and the substrate was dried.

Для защиты одной из сторон подложки от травления, а также для герметизации навесных элементов и придания жесткости плате использован полимерный материал СП-30 с усадкой 0,3% и температурным коэффициентом линейного расширения 30х10. Температура заливки в пресс-форме составляла 135-137^оС.To protect one of the sides of the substrate from etching, as well as to seal the hinged elements and give rigidity to the board, polymer material SP-30 with a shrinkage of 0.3% and a temperature coefficient of linear expansion of 30x10 was used. The pouring temperature in the mold was 135-137 ^about C.

Травление осуществляли погружением платы в селективный травитель, не разрушающий пленочных проводников. Процесс травления прекращали, когда дополнительные проводниковые элементы полностью удалялись с обрабатываемой поверхности платы. Затем платы промывали в деионизованной воде и высушивали. Etching was carried out by immersion of the board in a selective etch that does not destroy the film conductors. The etching process was stopped when additional conductor elements were completely removed from the treated surface of the board. Then the boards were washed in deionized water and dried.

В зависимости от вариантов дальнейшего монтажа плата может быть подвергнута дополнительной заливке отверждающим компаундом с высокой текучестью в исходном состоянии, достаточной для его затекания в изолирующие воздушные промежутки мест пересечения. Depending on the options for further installation, the board can be subjected to additional pouring with a curing compound with high fluidity in the initial state, sufficient for it to flow into the insulating air gaps of the intersection points.

Claims

1. METHOD FOR PRODUCING BOARDS FOR HYBRID INTEGRAL CIRCUITS, including applying a photoresist on a metal substrate, two-sided photolithography with the formation of a negative pattern of circuit conductors and electrochemical deposition in the windows of a photoresist metal mask selectively etched with respect to the substrate material, pressing the dielectric base on one side etching the substrate to the formation of gaps in the areas of intersection of the conductors of the circuit and the control board, characterized in that when forming Using a photoresist mask simultaneously with the pattern of the circuit conductors on the side of the substrate to be etched, additional rectangular conductor elements are formed that are equidistant from the circuit conductors and from each other, the smaller side of the additional element being equal to twice the thickness of the substrate, and the etching process is stopped after etching of the formed additional conductors.

2. The method according to p. 1, characterized in that the additional conductive elements are formed on the entire free surface of the substrate.

3. The method according to p. 1, characterized in that the additional conductive elements are placed in one row along the contour of the conductors of the processed surface of the substrate.

4. The method according to PP. 1 to 3, characterized in that the additional conductive elements are formed in the form of a square.