RU2715412C1 - Многослойная коммутационная плата СВЧ-гибридной интегральной микросхемы космического назначения и способ её получения (варианты) - Google Patents
Многослойная коммутационная плата СВЧ-гибридной интегральной микросхемы космического назначения и способ её получения (варианты) Download PDFInfo
- Publication number
- RU2715412C1 RU2715412C1 RU2019138189A RU2019138189A RU2715412C1 RU 2715412 C1 RU2715412 C1 RU 2715412C1 RU 2019138189 A RU2019138189 A RU 2019138189A RU 2019138189 A RU2019138189 A RU 2019138189A RU 2715412 C1 RU2715412 C1 RU 2715412C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- substrate
- metallization
- dielectric layer
- hybrid integrated
- microwave
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 41
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title description 9
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 77
- 239000010410 layer Substances 0.000 claims abstract description 75
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 claims abstract description 41
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims abstract description 30
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims abstract description 30
- PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N gold Chemical compound [Au] PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 23
- 239000010931 gold Substances 0.000 claims abstract description 23
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 claims abstract description 21
- 239000011229 interlayer Substances 0.000 claims abstract description 9
- 230000000694 effects Effects 0.000 claims abstract description 6
- 238000001465 metallisation Methods 0.000 claims description 63
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 22
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 claims description 22
- 239000010703 silicon Substances 0.000 claims description 22
- 239000010949 copper Substances 0.000 claims description 17
- 238000005530 etching Methods 0.000 claims description 16
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 claims description 11
- 238000001755 magnetron sputter deposition Methods 0.000 claims description 11
- 238000004381 surface treatment Methods 0.000 claims description 8
- 238000000151 deposition Methods 0.000 claims description 7
- 230000008021 deposition Effects 0.000 claims description 7
- 238000000227 grinding Methods 0.000 claims description 7
- 239000003082 abrasive agent Substances 0.000 claims description 5
- 238000009623 Bosch process Methods 0.000 claims description 4
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 claims description 4
- 238000001459 lithography Methods 0.000 claims description 4
- 238000003754 machining Methods 0.000 claims description 4
- 238000005498 polishing Methods 0.000 claims description 3
- HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N silicon carbide Chemical compound [Si+]#[C-] HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 229910010271 silicon carbide Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 7
- 238000004377 microelectronic Methods 0.000 abstract description 2
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 13
- 238000003486 chemical etching Methods 0.000 description 9
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 9
- 239000000853 adhesive Substances 0.000 description 8
- 230000001070 adhesive effect Effects 0.000 description 8
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 8
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 8
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 7
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 6
- 238000003466 welding Methods 0.000 description 5
- CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N Acetone Chemical compound CC(C)=O CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 238000005119 centrifugation Methods 0.000 description 4
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 4
- 239000003960 organic solvent Substances 0.000 description 4
- 229920002120 photoresistant polymer Polymers 0.000 description 4
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 4
- 238000005507 spraying Methods 0.000 description 4
- 239000010409 thin film Substances 0.000 description 4
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000003989 dielectric material Substances 0.000 description 3
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 3
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 3
- 239000004642 Polyimide Substances 0.000 description 2
- QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N Sulfuric acid Chemical compound OS(O)(=O)=O QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000006061 abrasive grain Substances 0.000 description 2
- 239000012790 adhesive layer Substances 0.000 description 2
- 230000010354 integration Effects 0.000 description 2
- 239000000463 material Substances 0.000 description 2
- 238000009832 plasma treatment Methods 0.000 description 2
- 229920001721 polyimide Polymers 0.000 description 2
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 description 2
- 230000003746 surface roughness Effects 0.000 description 2
- 238000001771 vacuum deposition Methods 0.000 description 2
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 description 1
- 238000001311 chemical methods and process Methods 0.000 description 1
- 238000007796 conventional method Methods 0.000 description 1
- 238000011049 filling Methods 0.000 description 1
- 230000005415 magnetization Effects 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N silicon dioxide Inorganic materials O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 235000012239 silicon dioxide Nutrition 0.000 description 1
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 description 1
- 238000004544 sputter deposition Methods 0.000 description 1
- 230000003068 static effect Effects 0.000 description 1
- 238000007514 turning Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
- H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
- H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
- H01L21/30—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26
- H01L21/302—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26 to change their surface-physical characteristics or shape, e.g. etching, polishing, cutting
- H01L21/306—Chemical or electrical treatment, e.g. electrolytic etching
- H01L21/3065—Plasma etching; Reactive-ion etching
- H01L21/30655—Plasma etching; Reactive-ion etching comprising alternated and repeated etching and passivation steps, e.g. Bosch process
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
- H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
- H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
- H01L21/30—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26
- H01L21/31—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26 to form insulating layers thereon, e.g. for masking or by using photolithographic techniques; After treatment of these layers; Selection of materials for these layers
- H01L21/3205—Deposition of non-insulating-, e.g. conductive- or resistive-, layers on insulating layers; After-treatment of these layers
- H01L21/321—After treatment
- H01L21/3213—Physical or chemical etching of the layers, e.g. to produce a patterned layer from a pre-deposited extensive layer
- H01L21/32133—Physical or chemical etching of the layers, e.g. to produce a patterned layer from a pre-deposited extensive layer by chemical means only
- H01L21/32135—Physical or chemical etching of the layers, e.g. to produce a patterned layer from a pre-deposited extensive layer by chemical means only by vapour etching only
- H01L21/32136—Physical or chemical etching of the layers, e.g. to produce a patterned layer from a pre-deposited extensive layer by chemical means only by vapour etching only using plasmas
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
- H01L23/52—Arrangements for conducting electric current within the device in operation from one component to another, i.e. interconnections, e.g. wires, lead frames
- H01L23/522—Arrangements for conducting electric current within the device in operation from one component to another, i.e. interconnections, e.g. wires, lead frames including external interconnections consisting of a multilayer structure of conductive and insulating layers inseparably formed on the semiconductor body
- H01L23/5226—Via connections in a multilevel interconnection structure
-
- H—ELECTRICITY
- H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
- H05K1/00—Printed circuits
- H05K1/02—Details
- H05K1/0213—Electrical arrangements not otherwise provided for
- H05K1/0237—High frequency adaptations
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Plasma & Fusion (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Production Of Multi-Layered Print Wiring Board (AREA)
Abstract
Изобретение относится к электронной технике, а именно к области СВЧ микроэлектроники. Техническим результатом заявленного изобретения является повышение адгезионной прочности монтажных соединений в коммутационной плате и технологичности коммутационной СВЧ-платы. Технический результат достигается тем, что многослойная коммутационная плата СВЧ-гибридной интегральной микросхемы космического назначения содержит диэлектрическую подложку, на которой размещены N чередующихся металлических и диэлектрических слоев с топологическим рисунком, активные элементы, размещенные на подложке и/или на диэлектрическом слое с монтажными площадками, межслойная коммутация осуществляется посредством электрически изолированного проводящего элемента в диэлектрическом слое и/или в/на диэлектрической подложке, выполненного на основе золота в форме микроминиатюрного анкера с образованием расширений-манжет, частично размещенных вне отверстия. 4 н. и 8 з.п. ф-лы, 9 ил.
Description
Группа изобретений относится к электронной технике, а именно к области СВЧ микроэлектронике и может быть использовано при создании СВЧ и изготовлении гибридных интегральных схем (ГИС) с повышенной степенью интеграции и надежностью для бортовой аппаратуры космического назначения.
Из уровня техники известно техническое решение [Берлин Е.В., Сейдман Л.А. «СВЧ гибридная интегральная схема и способ ее изготовления» Патент RU 2287875C2], согласно которому для снижения потерь и повышения добротности в конструкции СВЧ ГИС предлагается применять адгезионные подслои на основе диэлектриков, полученных реактивным магнетронным распылением. Очевидно, что применение адгезионных слоев приводит также и к повышению надежности СВЧ ГИС.
К недостаткам известного технического решения относятся
– невысокая адгезионная прочность микрополосковых линий и микросварных соединений кристаллов, поскольку последняя определяется как величиной прочности при микросварке, так и адгезионной прочностью металла к подложке,
– низкая технологичность СВЧ ГИС, связанная с применением адгезионных слоев неметаллической природы и требуемого для реализации специализированного оборудования.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту является техническое решение, изложенное в [Волосов А.В., Бавижев М. Д., Котляров Е.Ю., Панасенко П.В. «Приемопередающий модуль Х диапазона на кремниевой коммутационной плате», Наноиндустрия. N 5 (82). 2018. С. 441–442, Волосов А.В., Бавижев М. Д., Котляров Е.Ю., Панасенко П.В. «Приемопередающий модуль Х диапазона на кремниевой коммутационной плате» Международный форум «Микроэлектроника–2017» 3 Международная научная конференция Республика Крым, г. Алушта, 02–07 октября 2017 г. «Электронная компонентная база и электронные модули» Техносфера, М., 2017. 496 с. С. 414–415]. Согласно известному техническому решению рассмотрен один из конструктивно–технологических вариантов и результаты экспериментальных исследований приемопередающего модуля Х–диапазона на кремниевой коммутационной плате. Система многуровневых межсоединений и интегрированные конденсаторы типа «металл – диэлектрик – металл» реализованы обычными методами кремниевой технологии.
К недостаткам известного технического решения относится невысокая адгезионная прочность микрополосковых линий и микросварных соединений кристаллов, поскольку последняя определяется исключительно как величиной прочности при микросварке, так и адгезионной прочностью металла к диэлектрическому слою.
Из уровня техники известно техническое решение, изложенное в [А.С.Тишин, Е.Ю. Котляров. Малогабаритный приемопередающий субмодуль Х–диапазона. Дата обращения 08.08.2016. conf59.mipt.ru>static/reports_pdf/2976.pdf]. Согласно известному техническому решению в основу приемопередающего модуля положена кремниевая коммутационная плата, выполненная по технологии TSV (Through Silicon Vias), обеспечивающей формирование сквозных металлизированных отверстий в кремнии, и сочетающая применение двух типов диэлектриков –диоксида кремния и бензоцикобутена. При этом металлизированные отверстия выполняют функции заземления и дополнительного теплоотвода.
К недостаткам известного технического решения относится
– невысокая адгезионная прочность микрополосковых линий и микросварных соединений кристаллов, поскольку последняя определяется исключительно как величиной прочности при микросварке, так и адгезионной прочностью металла,
– низкая технологичность, связанная с применением двух типов различных диэлектриков – органического и неорганического.
Техническим результатом заявленного изобретения является повышение адгезионной прочности монтажных соединений в коммутационной плате и технологичности коммутационной СВЧ–платы.
Технический результат достигается за счет создания многослойной коммутационной платы СВЧ–гибридной интегральной микросхемы космического назначения содержащей диэлектрическую подложку, на которой размещены N чередующихся металлических и диэлектрических слоев с топологическим рисунком, активные элементы, размещенные на подложке и/или на диэлектрическом слое с монтажными площадками, межслойная коммутация осуществляется посредством электрически изолированного проводящего элемента в диэлектрическом слое и/или в/на диэлектрической подложке, выполненного на основе золота в форме микроминиатюрного анкера с образованием расширений–манжет, частично размещенных вне отверстия.
В частном варианте выполнения в качестве диэлектрической подложки используют высокоомный кремний.
В частном варианте выполнения диаметр расширений–манжет, размещенных на обратной поверхности подложки, рассчитывается из соотношения:
2w<a<2s; где
a – диаметр расширений–манжет;
2w – ширина СВЧ дорожки;
2s – диаметр кольцевой области подложки, свободной от металлизации экрана.
В частном варианте выполнения диаметр расширений–манжет, размещенных на подложке или между диэлектрическими слоями, рассчитывается из соотношения:
2w≤a<s, где
a – диаметр расширений–манжет;
2w – ширина СВЧ дорожки;
2s – диаметр кольцевой области подложки, свободной от металлизации экрана.
Заявленный технический результат достигается также за счет создания первого варианта способа получения многослойной коммутационной платы СВЧ–гибридной интегральной микросхемы, включающего последовательное формирование на диэлектрической подложке N чередующихся металлических и диэлектрических слоев с топологическим рисунком и монтаж активных элементов на подложке и/или на диэлектрическом слое с монтажными площадками, металлизацию формируют на основе золота межслойной коммутации электрическим изолированным проводящим элементом внутри подложки в форме микроминиатюрного анкера с образованием расширений–манжет, частично размещенных вне отверстия, при этом форму отверстия внутри и на подложке, соответствующего форме микроминиатюрного анкера, придают сквозным травлением высокоомного кремния в Бош–процессе с эффектом нотчинга до образования положительного клина травления.
В частном варианте выполнения после травления кремния осуществляют последовательно вакуумную металлизацию «вентильный металл–медь», формирование топологического рисунка, гальваническое осаждение золота до заполнения пустот и полирование.
В частном варианте выполнения после травления кремния металлизацию «вентильный металл–медь» проводят методом магнетронного распыления.
В частном варианте выполнения металлизацию «вентильный металл–медь» подложки осуществляют под углом не более 45 угловых градусов к нормали, образованной осью симметрии отверстий и плоскостью мишени.
В частном варианте выполнения вакуумную металлизацию «вентильный металл–медь» подложки осуществляют последовательно минимум в два этапа с разворотом подложки на 180 угловых градусов вокруг оси.
Заявленный технический результат достигается также за счет создания второго варианта способа получения многослойной коммутационной платы СВЧ–гибридной интегральной микросхемы, включающего последовательное формирование на диэлектрической подложке N чередующихся металлических и диэлектрических слоев с топологическим рисунком и монтаж активных элементов на подложке и/или на диэлектрическом слое с монтажными площадками, металлизацию формируют на основе золота межслойной коммутации электрическим изолированным проводящим элементом внутри диэлектрического слоя в форме микроминиатюрного анкера с образованием расширений–манжет, частично размещенных вне отверстия, при этом форму микроминиатюрного анкера придают последовательно формируя расширение–манжету у основания на основе металлизации на поверхности диэлектрического слоя толщиной не менее ½ от заданной, формированием диэлектрического слоя до заданной толщины, с последующей литографией и травлением глухих отверстий до металлизации, металлизацией образовавшихся глухих отверстий с последующим гальваническим осаждением золота до заполнения пустот и механической обработки полированием.
Заявленный технический результат достигается также за счет создания третьего варианта способа получения многослойной коммутационной платы СВЧ–гибридной интегральной микросхемы, включающего последовательное формирование на диэлектрической подложке N чередующихся металлических и диэлектрических слоев с топологическим рисунком и монтаж активных элементов на подложке и/или на диэлектрическом слое с монтажными площадками, металлизацию формируют на основе золота межслойной коммутации электрическим изолированным проводящим элементом на поверхности подложки и внутри диэлектрического слоя в форме микроминиатюрного анкера с образованием расширений–манжет, частично размещенных вне отверстия, при этом форму микроминиатюрного анкера придают последовательно формируя расширение–манжету у основания на основе металлизации подложки, диэлектрического слоя до заданной толщины, с последующей литографией и травлением глухих отверстий до металлизации, металлизацией образовавшихся глухих отверстий с последующим гальваническим осаждением золота до заполнения пустот и механической обработки поверхности.
В частном варианте выполнения механическую обработку поверхности проводят методом прецизионного шлифования абразивным материалом на основе карбида кремния с керамической связкой со скоростью вращения абразивного круга не более чем 40 м/с, размером зерна абразива не более 210 мкм, с нормальной пористостью структуры абразивного материала.
Признаки и сущность заявленного технического решения поясняются в последующем детальном описании, иллюстрируемом чертежами, где показано следующее.
На фиг. 1 схематично представлено поперечное сечение металлизации в форме анкера внутри подложки при использовании высокоомного кремния со сформированным расширением–манжетой, где a – диаметр расширений–манжет; h – толщина подложки; 2s – диаметр кольцевой области подложки, свободной от металлизации экрана; 2w – ширина СВЧ дорожки.
На фиг. 2 схематично изображено поперечное сечение металлизации в форме анкера с расширением–манжетой внутри диэлектрического слоя, где a – диаметр расширений–манжет; b – величина отступа от манжеты до экрана внутри диэлектрического слоя; h – толщина диэлектрического слоя; t – толщина металлизации; 2s – диаметр кольцевой области подложки, свободной от металлизации экрана; 2w – ширина СВЧ дорожки.
На фиг. 3 схематично представлено поперечное сечение многослойной коммутационной платы СВЧ ГИС со сформированной в форме анкера металлизацией внутри и на подложке при использовании высокоомного кремния.
На фиг. 4 схематично представлено поперечное сечение многослойной коммутационной платы СВЧ ГИС со сформированной в форме анкера металлизацией внутри диэлектрического слоя коммутационной платы.
На фиг. 5 схематично представлено поперечное сечение многослойной коммутационной платы СВЧ ГИС со сформированной в форме анкера металлизацией на подложке.
На фиг. 6 (а–д) показана последовательность формирования металлизации в форме анкера с расширением–манжетой внутри подложки.
На фиг. 7 (а–е) показана последовательность формирования металлизации в форме анкера с расширением–манжетой внутри и на подложке при использовании высокоомного кремния.
На фиг. 8 (а–е) показана последовательность формирования металлизации в форме анкера с расширением–манжетой внутри диэлектрического слоя коммутационной платы.
На фиг. 9 (а–д) показана последовательность формирования металлизации в форме анкера с расширением–манжетой на подложке.
На фиг. 3– 9 позиции обозначают следующее:
1 – кристалл, смонтированный на поверхности коммутационной платы СВЧ ГИС;
2 – место сварки металлизации в форме анкера с проволокой;
3 – место сварки металлизации контактных площадок кристалла с проволокой;
4 – сформированное расширение–манжета;
5 – подложка;
6 – металлизация, сформированная в форме микроминиатюрного анкера;
7 – гальванически осажденный металл на металлизацию, сформированную в форме микроминиатюрного анкера;
8 – мишень;
9 – диэлектрический слой;
10 – нормаль;
11 – отверстие;
12 – топологический рисунок;
13 – металлизация;
14 – гальванически осажденный металл после механической обработки.
Способ получения многослойной коммутационной платы СВЧ–гибридной интегральной микросхемы космического назначения в отношении последовательности формирования металлизации в форме микроминиатюрного анкера с расширением–манжетой внутри подложки, отражен на фиг. 6 (а–д), где «а» – стадия формирования полиимидного покрытия на обратной стороне подложки, с последующим сквозным травлением высокоомного кремния в Бош–процессе с эффектом нотчинга до образования положительного клина травления и последующим удалением полиимидного покрытия, «б» – стадия осуществления вакуумной металлизации «вентильный металл–медь» методом магнетронного распыления под углом не более 45 угловых градусов к нормали, образованной осью симметрии отверстий на подложке и плоскостью мишени, причем вакуумную металлизацию «вентильный металл–медь» подложки осуществляют последовательно минимум в два этапа с разворотом подложки на 180 угловых градусов вокруг оси, стадии «в» и «г» характеризуют формирование топологического рисунка, гальваническое осаждение золота до заполнения пустот в отверстиях с последующей механической обработкой поверхностей методом прецизионного шлифования абразивным материалом на основе карбида кремния с керамической связкой со скоростью вращения абразивного круга не более чем 40 м/с, размером зерна абразива не более 210 мкм, с нормальной пористостью структуры абразивного материала в стадии «д».
Способ получения многослойной коммутационной платы СВЧ–гибридной интегральной микросхемы космического назначения в отношении последовательности формирования металлизации в форме анкера с расширением–манжетой внутри и на подложке при использовании высокоомного кремния, отражен на фиг. 7(а–е), где на стадии «а» формируется металлизация в форме анкера с расширением–манжетой внутри подложки, на стадии «б» методом магнетронного распыления осуществляется процесс вакуумной металлизации с последующим формированием топологического рисунка и расширения–манжеты на подложке, затем наносится (стадия «в») диэлектрический слой и формируется топологический рисунок диэлектрического слоя, далее последовательно осуществляют вакуумную металлизацию «вентильный металл–медь», формирование топологического рисунка, гальваническое осаждение золота до заполнения пустот с последующей механической обработкой поверхности методом прецизионного шлифования, в стадии «г», в стадии «д» методом магнетронного распыления осуществляется процесс вакуумной металлизации с последующим формированием топологического рисунка слоя, стадия «е» – монтаж кристалла с формированием микросварных проволочных соединений с контактными площадками многослойной коммутационной платы СВЧ ГИС.
Способ получения многослойной коммутационной платы СВЧ–гибридной интегральной микросхемы космического назначения в отношении последовательности формирования металлизации в форме анкера с расширением–манжетой внутри диэлектрического слоя коммутационной платы, отражен на фиг.8 (а-е), где на стадии «а» на подложку методом магнетронного распыления осуществляется процесс вакуумной металлизации с последующим формированием топологического рисунка, на стадии «б» наносится диэлектрический слой и формируется его топологический рисунок с последующим процессом вакуумной металлизации и формированием расширения–манжеты, стадия «в» – нанесение диэлектрического слоя и формирование топологического рисунка диэлектрического слоя, далее (стадия «г») с помощью метода магнетронного распыления осуществляется процесс вакуумной металлизации с последующим формированием топологического рисунка, на стадии «д» осаждается гальваническое золото до заполнения пустот с последующей механической обработкой поверхности методом прецизионного шлифования, после чего на стадии «е» осуществляется монтаж кристалла с формированием микросварных проволочных соединений между контактными площадками кристалла и многослойной коммутационной платы СВЧ ГИС.
Способ получения многослойной коммутационной платы СВЧ–гибридной интегральной микросхемы космического назначения в отношении последовательности формирования металлизации в форме анкера с расширением–манжетой на подложке, отражен на фиг.9 (а-д), где на стадии «а» на подложку методом магнетронного распыления осуществляется процесс вакуумной металлизации с последующим формированием топологического рисунка c расширением–манжетой, на стадии «б» наносится диэлектрический слой и формируется его топологический рисунок с последующим процессом вакуумной металлизации и формированием топологического рисунка в стадии «в», далее на стадии «г» осаждается гальваническое золото до заполнения пустот с последующей механической обработкой поверхности методом прецизионного шлифования, на стадии «д» осуществляется монтаж кристалла с формированием микросварных проволочных соединений между контактными площадками кристалла и многослойной коммутационной платы СВЧ ГИС.
Примером использования предлагаемого способа может служить создание многослойной коммутационной платы СВЧ–гибридной интегральной микросхемы космического назначения со структурой, сформированной на жестком основании (подложке), изготовленном из высокоомного кремния диаметром 76 мм с классом шероховатости поверхности не ниже 13 и комплексом чередующихся функциональных проводящих слоев и диэлектрических слоев, толщиной 40–100 мкм. В подложке формируются отверстия методом сквозного травления высокоомного кремния в Бош–процессе с эффектом нотчинга до образования положительного клина травления. Подготовка поверхности кремниевой подложки перед напылением функционального металлического слоя состоит из комплекса жидкостной химической обработки (гидромеханическая обработка, обработка в растворе Каро, обработка в аммиачно–перекисном растворе). Интервалы внутрикомплексного межоперационного простоя не превышали 30 минут. Формирование функциональных проводящих структур осуществляли методом магнетронного распыления тонких пленок. Процесс нанесения тонкопленочной проводящей структуры Cr–Cu производится за один цикл. Слой Au осаждается гальваническим методом, при формировании металлизации в форме анкера с расширением–манжетой внутри и на поверхности подложки гальваническое золото осаждается до заполнения пустот. Получаемая топология сформирована с помощью фотолитографических процессов, включающих в себя для первого слоя металлической структуры нанесение позитивного фоторезиста центрифугированием, в то время как для последующих слоев проводящей структуры используется спреевое нанесение фоторезиста. После термообработки на пластине, с помощью соответствующего слою проводящей структуры фотошаблона методом экспонирования с зазором сформирована фоторезистивная маска (ФРМ). Металл, не закрытый ФРМ, удаляется методом жидкостного химического травления (ЖХТ). По окончании процесса ЖХТ, защитная ФРМ удаляется в органических растворителях (например, в ацетоне). В данной структуре диэлектрические слои (толщина одного слоя составляет от 40 до 100 мкм) реализуются формированием толстого полимерного покрытия из раствора. В данном примере толстым полимерным покрытием для формирования диэлектрического слоя платы является полипиромеллитимид. Топологический рисунок диэлектрического слоя на основе полипиромеллитимида формируется с использованием напыленной металлической маски с последующим жидкостным химическим травлением. Подготовка поверхности перед нанесением полимерного покрытия представляет собой последовательность из операций химической обработки в органическом растворителе, плазмохимической обработки в кислородной плазме и термической обработки. В случае с формированием слоя диэлектрика на основе полипиромеллитимида, толщина в 50 мкм получена дозированием раствора на подложку с последующим центрифугированием при 400 об/мин в течение 3 минуты с последующей термообработкой. Затем производится формирование металлической маски Cr–Cu, где толщина Cu составляет 1 мкм, с помощью процессов вакуумного напыления и фотолитографических процессов. Методом жидкостного химического травления удаляется материал диэлектрика из незакрытых маской зон. Маска удаляется методом плазмохимического травления или жидкостного химического травления. Монтаж кристаллов на поверхность подложки с формированием микросварного соединения золотой проволокой между контактными площадками кристаллов и контактными площадками пластины с металлизацией в форме анкера с расширением–манжетой внутри и на поверхности подложки, таким образом обеспечивается повышение адгезионной прочности микросварного соединения к поверхности контактной площадки многослойной коммутационной платы СВЧ ГИС.
Другим примером использования предлагаемого способа может служить создание многослойной коммутационной платы СВЧ–гибридной интегральной микросхемы космического назначения со структурой, сформированной на жестком основании (подложке) изготовленного из AlN–керамики диаметром 76 мм с классом шероховатости поверхности не ниже 13 и комплексом чередующихся функциональных проводящих слоев и толстых полимерных диэлектрических слоев, толщиной 40–100 мкм. Подготовка поверхности AlN–основания перед напылением функционального металлического слоя состоит из комплекса последовательных процессов жидкостной химической (гидромеханическая обработка, обработка в хромовой смеси на основе серной кислоты, обработка в аммиачно–перекисном растворе) и плазмохимической обработки в кислородной плазме. Интервалы внутрикомплексного межоперационного простоя не должны превышать 30 минут. Формирование функциональных проводящих структур осуществляется методом магнетронного распыления тонких пленок. Процесс нанесения тонкопленочной проводящей структуры Cr–Cu производится за один цикл. Слой Au осаждается гальваническим методом, при формировании металлизации в форме анкера с расширением–манжетой внутри диэлектрического слоя гальваническое золото осаждается до заполнения пустот. После заполнения пустот методом прецизионного шлифования проводят обработку поверхности и планаризацию. Получаемая топология сформирована с помощью фотолитографических процессов, включающих в себя для первого слоя металлической структуры нанесение позитивного фоторезиста центрифугированием, в то время как для последующих слоев проводящей структуры используется спреевое нанесение фоторезиста. После термообработки на пластине, с помощью соответствующего слою проводящей структуры фотошаблона методом экспонирования с зазором сформирована ФРМ. Металл, не закрытый ФРМ, удаляется методом ЖХТ. По окончании процесса ЖХТ, защитная ФРМ удаляется в органических растворителях (например, в ацетоне). В данной структуре диэлектрические слои (толщина одного слоя составляет от 40 до 100 мкм) реализуются формированием толстого полимерного покрытия из раствора. В данном примере толстым полимерным покрытием для формирования диэлектрического слоя платы является полипиромеллитимид. Топологический рисунок диэлектрического слоя на основе полипиромеллитимида формируется с использованием напыленной металлической маски с последующим жидкостным химическим травлением. Подготовка поверхности перед нанесением полимерного покрытия представляет собой последовательность из операций химической обработки в органическом растворителе, плазмохимической обработки в кислородной плазме и термической обработки. В случае с формированием слоя диэлектрика на основе полипиромеллитимида, толщина в 50 мкм получена дозированием раствора на подложку с последующим центрифугированием при 400 об/мин в течение 3 минуты с последующей термообработкой. Затем производится формирование металлической маски Cr–Cu, где толщина Cu составляет 1 мкм, с помощью процессов вакуумного напыления и фотолитографических процессов. Методом жидкостного химического травления удаляется материал диэлектрика из незакрытых маской зон. Маска удаляется методом плазмохимического травления или жидкостного химического травления. Монтаж кристаллов на поверхность подложки с формированием микросварного соединения золотой проволокой между контактными площадками кристаллов и контактными площадками пластины с металлизацией в форме анкера с расширением–манжетой внутри диэлектрического слоя, таким образом обеспечивается повышение адгезионной прочности микросварного соединения к поверхности контактной площадки многослойной коммутационной платы СВЧ ГИС.
Таким образом, предложена группа изобретений, включающая многослойную коммутационную плату СВЧ–гибридной интегральной микросхемы, обеспечивающую стабильность функционирования, повышенную степень интеграции и надежность в составе бортовой аппаратуры космического назначения и способ получения многослойной коммутационной платы СВЧ–гибридной интегральной микросхемы, обеспечивающий повышение адгезионной прочности монтажных соединений и ее технологичность.
Claims (20)
1. Многослойная коммутационная плата СВЧ-гибридной интегральной микросхемы космического назначения, содержащая диэлектрическую подложку, на которой размещены N чередующихся металлических и диэлектрических слоев с топологическим рисунком, активные элементы, размещенные на подложке и/или на диэлектрическом слое с монтажными площадками, отличающаяся тем, что межслойная коммутация осуществляется посредством электрически изолированного проводящего элемента в диэлектрическом слое и/или в/на диэлектрической подложке, выполненного на основе золота в форме микроминиатюрного анкера с образованием расширений-манжет, частично размещенных вне отверстия.
2. Многослойная коммутационная плата СВЧ-гибридной интегральной микросхемы по п. 1, отличающаяся тем, что в качестве диэлектрической подложки используют высокоомный кремний
3. Многослойная коммутационная плата СВЧ-гибридной интегральной микросхемы по п. 1, отличающийся тем, что диаметр расширений-манжет, размещенных на обратной поверхности подложки, рассчитывается из соотношения
2w < a < 2s,
где a - диаметр расширений-манжет;
2w - ширина СВЧ дорожки;
2s - диаметр кольцевой области подложки, свободной от металлизации экрана.
4. Многослойная коммутационная плата СВЧ-гибридной интегральной микросхемы по п. 1, отличающаяся тем, что диаметр расширений-манжет, размещенных на подложке или между диэлектрическими слоями, рассчитывается из соотношения
2w ≤ a < s,
где a - диаметр расширений-манжет;
2w - ширина СВЧ дорожки;
2s - диаметр кольцевой области подложки, свободной от металлизации экрана.
5. Способ получения многослойной коммутационной платы СВЧ-гибридной интегральной микросхемы, включающий последовательное формирование на диэлектрической подложке N чередующихся металлических и диэлектрических слоев с топологическим рисунком и монтаж активных элементов на подложке и/или на диэлектрическом слое с монтажными площадками, отличающийся тем, что формируют металлизацию на основе золота межслойной коммутации электрическим изолированным проводящим элементом внутри подложки в форме микроминиатюрного анкера с образованием расширений-манжет, частично размещенных вне отверстия, при этом форму отверстия внутри и на подложке, соответствующего форме микроминиатюрного анкера, придают сквозным травлением высокоомного кремния в Бош-процессе с эффектом нотчинга до образования положительного клина травления.
6. Способ получения многослойной коммутационной платы СВЧ-гибридной интегральной микросхемы по п. 5, отличающийся тем, что после травления кремния осуществляют последовательно вакуумную металлизацию «вентильный металл-медь», формирование топологического рисунка, гальваническое осаждение золота до заполнения пустот и полирование.
7. Способ получения многослойной коммутационной платы СВЧ-гибридной интегральной микросхемы по п. 5, отличающийся тем, что после травления кремния металлизацию «вентильный металл-медь» проводят методом магнетронного распыления.
8. Способ получения многослойной коммутационной платы СВЧ-гибридной интегральной микросхемы по п. 7, отличающийся тем, что металлизацию «вентильный металл-медь» подложки осуществляют под углом не более 45 угловых градусов к нормали, образованной осью симметрии отверстий и плоскостью мишени.
9. Способ получения многослойной коммутационной платы СВЧ-гибридной интегральной микросхемы по п. 8, отличающийся тем, что вакуумную металлизацию «вентильный металл-медь» подложки осуществляют последовательно минимум в два этапа с разворотом подложки на 180 угловых градусов вокруг оси.
10. Способ получения многослойной коммутационной платы СВЧ-гибридной интегральной микросхемы, включающий последовательное формирование на диэлектрической подложке N чередующихся металлических и диэлектрических слоев с топологическим рисунком и монтаж активных элементов на подложке и/или на диэлектрическом слое с монтажными площадками, отличающийся тем, что формируют металлизацию на основе золота межслойной коммутации электрическим изолированным проводящим элементом внутри диэлектрического слоя в форме микроминиатюрного анкера с образованием расширений-манжет, частично размещенных вне отверстия, при этом форму микроминиатюрного анкера придают последовательно, формируя расширение-манжету у основания на основе металлизации на поверхности диэлектрического слоя толщиной не менее ½ от заданной, формированием диэлектрического слоя до заданной толщины, с последующей литографией и травлением глухих отверстий до металлизации, металлизацией образовавшихся глухих отверстий с последующим гальваническим осаждением золота до заполнения пустот и механической обработкой полированием.
11. Способ получения многослойной коммутационной платы СВЧ-гибридной интегральной микросхемы, включающий последовательное формирование на диэлектрической подложке N чередующихся металлических и диэлектрических слоев с топологическим рисунком и монтаж активных элементов на подложке и/или на диэлектрическом слое с монтажными площадками, отличающийся тем, что формируют металлизацию на основе золота межслойной коммутации электрическим изолированным проводящим элементом на поверхности подложки и внутри диэлектрического слоя в форме микроминиатюрного анкера с образованием расширений-манжет, частично размещенных вне отверстия, при этом форму микроминиатюрного анкера придают, последовательно формируя расширение-манжету у основания на основе металлизации подложки, диэлектрического слоя до заданной толщины, с последующей литографией и травлением глухих отверстий до металлизации, металлизацией образовавшихся глухих отверстий с последующим гальваническим осаждением золота до заполнения пустот и механической обработкой поверхности.
12. Способ получения многослойной коммутационной платы СВЧ-гибридной интегральной микросхемы по п. 11, отличающийся тем, что механическую обработку поверхности проводят методом прецизионного шлифования абразивным материалом на основе карбида кремния с керамической связкой со скоростью вращения абразивного круга не более чем 40 м/с, размером зерна абразива не более 210 мкм, с нормальной пористостью структуры абразивного материала.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2019138189A RU2715412C1 (ru) | 2019-11-26 | 2019-11-26 | Многослойная коммутационная плата СВЧ-гибридной интегральной микросхемы космического назначения и способ её получения (варианты) |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2019138189A RU2715412C1 (ru) | 2019-11-26 | 2019-11-26 | Многослойная коммутационная плата СВЧ-гибридной интегральной микросхемы космического назначения и способ её получения (варианты) |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2715412C1 true RU2715412C1 (ru) | 2020-02-28 |
Family
ID=69768058
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2019138189A RU2715412C1 (ru) | 2019-11-26 | 2019-11-26 | Многослойная коммутационная плата СВЧ-гибридной интегральной микросхемы космического назначения и способ её получения (варианты) |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2715412C1 (ru) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2803110C2 (ru) * | 2020-04-24 | 2023-09-06 | Общество с ограниченной ответственностью "НАНОКЕРАМИКС" | Интегральная схема свч |
Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20070175856A1 (en) * | 2003-10-21 | 2007-08-02 | David Johnson | Notch-Free Etching of High Aspect SOI Structures Using A Time Division Multiplex Process and RF Bias Modulation |
| US7405162B2 (en) * | 2004-09-22 | 2008-07-29 | Tokyo Electron Limited | Etching method and computer-readable storage medium |
| RU2497319C1 (ru) * | 2012-02-28 | 2013-10-27 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный исследовательский университет "Высшая школа экономики" | Печатная плата для бортовой радиоэлектронной аппаратуры космических аппаратов |
| RU2619913C2 (ru) * | 2015-09-17 | 2017-05-19 | Акционерное общество "Российская корпорация ракетно-космического приборостроения и информационных систем" (АО "Российские космические системы") | Способ получения заполненных переходных металлизированных сквозных отверстий печатной платы |
| RU2629926C1 (ru) * | 2016-06-15 | 2017-09-04 | Акционерное общество "Российская корпорация ракетно-космического приборостроения и информационных систем" (АО "Российские космические системы") | Способ изготовления сквозных металлизированных микроотверстий в кремниевой подложке |
| RU2676240C1 (ru) * | 2018-01-25 | 2018-12-26 | Акционерное общество "Российская корпорация ракетно-космического приборостроения и информационных систем" (АО "Российские космические системы") | Способ формирования плат микроструктурных устройств со сквозными металлизированными отверстиями на монокристаллических кремниевых подложках |
| RU2692112C1 (ru) * | 2018-11-09 | 2019-06-21 | Акционерное общество "Российская корпорация ракетно-космического приборостроения и информационных систем" (АО "Российские космические системы") | Способ изготовления сквозных микроотверстий в кремниевой подложке |
-
2019
- 2019-11-26 RU RU2019138189A patent/RU2715412C1/ru active
Patent Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20070175856A1 (en) * | 2003-10-21 | 2007-08-02 | David Johnson | Notch-Free Etching of High Aspect SOI Structures Using A Time Division Multiplex Process and RF Bias Modulation |
| US7405162B2 (en) * | 2004-09-22 | 2008-07-29 | Tokyo Electron Limited | Etching method and computer-readable storage medium |
| RU2497319C1 (ru) * | 2012-02-28 | 2013-10-27 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный исследовательский университет "Высшая школа экономики" | Печатная плата для бортовой радиоэлектронной аппаратуры космических аппаратов |
| RU2619913C2 (ru) * | 2015-09-17 | 2017-05-19 | Акционерное общество "Российская корпорация ракетно-космического приборостроения и информационных систем" (АО "Российские космические системы") | Способ получения заполненных переходных металлизированных сквозных отверстий печатной платы |
| RU2629926C1 (ru) * | 2016-06-15 | 2017-09-04 | Акционерное общество "Российская корпорация ракетно-космического приборостроения и информационных систем" (АО "Российские космические системы") | Способ изготовления сквозных металлизированных микроотверстий в кремниевой подложке |
| RU2676240C1 (ru) * | 2018-01-25 | 2018-12-26 | Акционерное общество "Российская корпорация ракетно-космического приборостроения и информационных систем" (АО "Российские космические системы") | Способ формирования плат микроструктурных устройств со сквозными металлизированными отверстиями на монокристаллических кремниевых подложках |
| RU2692112C1 (ru) * | 2018-11-09 | 2019-06-21 | Акционерное общество "Российская корпорация ракетно-космического приборостроения и информационных систем" (АО "Российские космические системы") | Способ изготовления сквозных микроотверстий в кремниевой подложке |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2803110C2 (ru) * | 2020-04-24 | 2023-09-06 | Общество с ограниченной ответственностью "НАНОКЕРАМИКС" | Интегральная схема свч |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US11406025B2 (en) | Glass wiring board, method for manufacturing the same, and semiconductor device | |
| US6084301A (en) | Composite bump structures | |
| US7851971B2 (en) | Low frequency quartz based MEMS resonators and method of fabricating the same | |
| TWI667674B (zh) | 嵌入在聚合物電介質中的薄膜電容器及其製造方法 | |
| US4996584A (en) | Thin-film electrical connections for integrated circuits | |
| US6211468B1 (en) | Flexible circuit with conductive vias having off-set axes | |
| US9130016B2 (en) | Method of manufacturing through-glass vias | |
| US4705606A (en) | Thin-film electrical connections for integrated circuits | |
| JPH0923065A (ja) | 薄膜多層配線基板及びその製法 | |
| JPH03136243A (ja) | 集積回路構造の形成方法 | |
| KR20070110880A (ko) | 웨이퍼 레벨 패키지 제조 방법 및 웨이퍼 레벨 패키지 | |
| US11006516B2 (en) | Wiring board, semiconductor device, and method of manufacturing wiring board | |
| JP2004311912A (ja) | 回路基板モジュール及びその製造方法 | |
| KR20210117186A (ko) | 반도체 디바이스 및 반도체 디바이스 제조 방법 | |
| WO1991019319A1 (en) | Method of producing microbump circuits for flip chip mounting | |
| US9254993B2 (en) | Method for connecting a precious metal surface to a polymer | |
| RU2715412C1 (ru) | Многослойная коммутационная плата СВЧ-гибридной интегральной микросхемы космического назначения и способ её получения (варианты) | |
| TW201801134A (zh) | 半導體結構及其製造方法 | |
| CN113299561B (zh) | 一种腔底防溢胶结构的制备方法 | |
| US20050233587A1 (en) | Method for making an anisotropic conductive film pointed conductive inserts | |
| CN109065498B (zh) | 一种三维系统封装集成应用的硅转接板制作方法 | |
| JPS6331138A (ja) | 半導体装置の製造方法 | |
| US11862584B2 (en) | High dielectric constant carrier based packaging with enhanced WG matching for 5G and 6G applications | |
| JPH09306991A (ja) | 配線基板の製造方法 | |
| KR100348250B1 (ko) | 마이크로 수동소자의 제조 방법 |