ТехнКомпЭВС. Практикум По дисциплине Технология компонентов эвс
 Скачать 40.57 Mb.
|
Требования к проводниковым пастамПроводниковые пасты должны обеспечивать изготовление проводников с заданными электрическими параметрами и геометрическими размерами, как на наружной поверхности платы, так и внутри ее тела. При этом готовые проводники должны иметь высокую механическую связь с керамикой платы и не ухудшать ее вакуумной плотности. Эти характеристики проводников обеспечиваются выбранными электропроводящими компонентами паст. В качестве таких компонентов можно использовать металл с повышенной электропроводностью. В табл. 8 приведены свойства некоторых металлов. Как видно из табл. 8 оптимальные характеристики с точки зрения соотношения стоимость/удельное сопротивление, имеет только чистая медь. Однако из-за низкой точки плавления (1083°С) ее нельзя использовать, когда требуется совместный обжиг с керамикой (95% Аl2О3). При температуре спекания керамики ВК 94-1 1540 - 1560°С давление паров в меди достаточно велико, чтобы вызвать ее полное испарение. Таким образом, совместимость с высоко глиноземистой керамикой ВК 94-1 могут обеспечить металлы только с температурой плавления выше 1540°С. Выбор материалов зависит от их химической совместимости. Поскольку керамика и металл спекаются при высоких температурах, значение приобретает совместимость окружающей среды, керамики и металла. Выбранные материалы не должны химически взаимодействовать с окружающей средой во всем интервале температур. Необходимо, чтобы они имели достаточно низкое давление паров, при котором потери будут малы. Высокое давление приводит к потерям материала, а в некоторых случаях к появлению раковин или больших полостей в керамической структуре. Механические характеристики и вакуумплотность плат обеспечивается физической совместимостью частиц металла проводниковой пасты и частиц керамики. Эти частицы взаимоуплотняются в процессе спекания металлокерамической структуры, образуя твердую массу. В значительной мере определяющим количество слоев требованием является допуск на рассогласование коэффициентов теплового линейного расширения металла и керамики. Паста для трафаретной печати должна обладать определенными реологическими свойствами, которые позволили бы ей легко продавливаться под давлением ракеля через трафарет и прилипать к подложке. Кроме того, нанесенные проводники не должны растекаться и изменять первоначальные размеры по высоте и ширине. Органическая часть пасты, которая придает технологические свойства, должна без остатка выгорать в увлажненной восстановительной атмосфере, соответствующей точке росы от +35°С до 45°С, на первом этапе обжига при температуре до 600°С. Органические компоненты пасты должны хорошо совмещаться с органической частью керамической пластифицированной пленки, на которую наносится паста. Требования к составу проводниковых паст Как отмечалось выше, конструкционные характеристики паст обеспечиваются металлами. На основе анализа свойств металлов наиболее полно могут удовлетворять требованиям молибден и вольфрам. В этих металлах удачно сочетаются такие важные характеристики, как высокая температура плавления (2620 и 3410°С), достаточно низкое удельное сопротивление (5,710-3 Омсм и 5,510-3 Омсм), относительно низкая стоимость и приемлемый коэффициент теплового линейного расширения (5110-7 1/°С и 4510-7 1/ °С). ТКЛР молибдена и вольфрама достаточно для сочетания с ТКЛР керамики ВК94-1 (6310-7 1/°С) В связи с требованием о снижении удельного поверхностного сопротивления проводников можно было бы рассмотреть в качестве компонента проводниковой пасты родий, имеющий удельное сопротивление 4,710-3 Омсм, т.е. на 17% ниже, чем у молибдена. Однако это преимущество теряется из-за высокой стоимости родия: родий дороже молибдена более чем в 550 раз. Остальные металлы также не выдерживают технико-экономического сравнения с молибденом и вольфрамом. Электропроводящий компонент перед началом приготовления пасты должен представлять собой порошок. Дисперсность металлического порошка, определяемая размером частиц, должна быть в пределах 0,5 - 1,7 мкм. Такая дисперсность обеспечивает пасте необходимые реологические свойства, а частицам порошка – спекание с образованием электропроводящей структуры проводников с закрытой пористостью и плотным прилеганием к керамической основе. Рассмотренные технологические требования к пастам обеспечиваются, если в органическую часть пасты будут включены: связующее вещество, удерживающее частицы металлического порошка в пределах заданных размеров проводника после его нанесения на пластифицированную керамику; растворитель связующего вещества «внутрь жидкости» для получения необходимой вязкости пасты (обычно стремятся уменьшить площадь соприкосновения жидкости с подложкой). В таком случае считается, что жидкость имеет большое поверхностное натяжение - она "не смачивает подложку". Если на молекулы, находящиеся на поверхности капли жидкости, соприкасающейся с подложкой, действуют силы, направленные наружу (по отношению к каплям), то эти силы стремятся расширить площадь контакта жидкости с подложкой. Такая жидкость имеет малое поверхностное натяжение - она "смачивает" подложку. Определение реологических требований к пасте В процессе трафаретной печати паста контактирует с экраном, ракелем, подложкой. С этими предметами у пасты должны быть определенные взаимосвязи, обеспечиваемые реологическими характеристиками. По отношению к экрану паста должна быть слабо "смачивающей" жидкостью. Это создает хорошие условия продавливания пасты через ячейки экрана. По отношению к ракелю как "смачивать", так и "не смачивать" его. Особо сложное взаимодействие возникает между пастой и подложкой. Реологические свойства пасты Важную роль в обеспечение характеристик трафаретной печати играют реологические свойства паст. В связи с этим целесообразно остановиться на некоторых факторах, определяющих реологию паст. Это необходимо для правильной оценки протекающих процессов при трафаретной печати. В реологии исследуется течение жидкостей. Для понимания процесса трафаретной печати рассмотрим два важных свойства жидкости - вязкость и поверхностное натяжение. Оба они обуславливаются наличием сил взаимодействия между молекулами в жидкости. Вязкость может быть определена как сопротивление движению одного слоя жидкости относительно соседнего слоя. Поверхностное натяжение связано с соотношением сил, которые возникают на границе раздела между двумя жидкостями, между жидкостью и твердым телом или между жидкостью и газом. Вязкость Допустим, что жидкость разделена на параллельные слои. В этом случае при движении одного слоя будет двигаться и соседний слой под действием силы.  ,где: F – сила; n - коэффициент вязкости; S - площадь слоев; L - расстояние между слоями; V - скорость движения одного слоя относительно другого. Во многих жидкостях вязкость изменяется только при изменении температуры. Такие жидкости называются идеальными или ньютоновскими. Для них зависимость коэффициента вязкости определяется уравнением: lg n=А/Т+Б, где А, Б - постоянные коэффициенты; Т - абсолютная температура. В большинстве случаев вязкость зависит не только от температуры, но и от ряда других факторов, среди которых скорость приложения нагрузки, величина, направление и продолжительность действия приложенной силы. Такие жидкости называются неидеальными или неньютоновскими. Поверхностное натяжение Другим важным свойством пасты, которое наряду с вязкостью определяет ее поведение во время печати, является поверхностное натяжение. Поверхностное натяжение связано с силами межмолекулярного взаимодействия в жидкости. Большая часть молекул жидкости окружена такими же молекулами, и силы взаимодействия между ними полностью скомпенсированы. Молекулы, находящиеся на границе раздела с другой жидкостью, твердым телом или газом, будут частично окружены другими молекулами. Относительная сила связи на границе раздела определяет поведение жидкости на этой границе. Нанесенный на подложку рисунок не должен растекаться, хотя паста по отношению к подложке является смачивающей жидкостью. Это требование может быть выполнено при условии резкого повышения вязкости пасты. Повышение вязкости должно быть достигнуто с помощью двух факторов:
Затем при подсушке должен быть обеспечен каркас будущего проводника. Исследования методов нанесения паст Многолетний опыт разработки технологий и производства гибридных интегральных схем и многослойных керамических корпусов ИС определили трафаретную печать как наиболее оптимальный и, пожалуй, единственный вариант нанесения проводниковых паст на слои пластифицированной керамики в виде топологического рисунка. Метод трафаретной печати заключается в выдавливании вязких паст через просветы, расположенные в строго определенных местах экрана трафарета, на нижележащую подложку. В нашем случае подложкой является слой пластифицированной керамики. Для нанесения проводников и других элементов методом трафаретной печати широко распространены сетчатые трафареты. В основе переноса трафаретной печати лежит принцип течения жидкости. Паста подвергается воздействию сложной системы сил: силы тяжести, давления лезвия ракеля, сил поверхностного натяжения на границе раздела трафарета и подложки. Перемещаясь, ракель сдвигает пасту вперед, и она попадает в отверстия в трафарете. В зависимости от размещения ячеек экрана и поверхностного натяжения пасты, последняя либо проходит сквозь открытые ячейки экрана, либо остается на его поверхности. Вязкость пасты и характер смачивания подложки и экрана определяет количество пасты, переходящей на подложку и остающейся в ячейках экрана. По завершению рабочего хода ракеля и поднятия трафарета на пасту будет действовать только сила тяжести и сила взаимодействия между пастой и подложкой. Форма подсушенного отпечатка будет зависеть от равновесия этих сил, предела текучести, вязкости пасты и др. В процессе печати на пасту воздействуют значительно больше сил, чем после печати. Отсюда следует, что паста должна обладать свойствами тиксотропии и псевдопластичности, чтобы обеспечить заданную геометрию проводника. Во время печати, когда на пасту действуют большие силы, ее вязкость уменьшается, чем обеспечивается протекание пасты на подложку через ячейки экрана трафарета. После печати во время сушки на пасту действуют более слабые силы (силы тяжести и поверхностное натяжение) и в результате тиксотропного свойства пасты вязкость увеличивается, а растекание затрудняется. Превдопластический характер полностью ограничивает подвижность пасты после печати. Если паста смачивает подложку и имеет низкую вязкость, то под действием сил тяжести и поверхностного натяжения происходит растекание первоначального рисунка схемы. Если же паста не смачивает подложку и имеет низкую вязкость, то есть вероятность, что появится усадка отпечатка. При более высокой вязкости пасты можно ожидать, что искажение отпечатка будет минимальным или вовсе отсутствовать. Наилучший подсушенный отпечаток получится при использовании сбалансированных паст со средним значением вязкости, при этом соответствующее растекание обеспечивает сглаживание неровностей, остающихся после печати (например, следы от сетки трафарета). Из приведенного анализа взаимодействия сил при печати и соотношения реологических характеристик пасты следует, что все перечисленные характеристики и факторы должны быть хорошо согласованы между собой. Установка для печати состоит из столика, на котором с помощью вакуумного присоса укрепляются керамическая заготовка, рамы с трафаретом и ракель, который находится над поверхностью экрана трафарета. Материал ракеля выбирают исходя из износоустойчивости и химической инертности к растворителям, входящим в состав паст и используемым для промывки экрана после работы. Применяют различные типы резин. В настоящее время наиболее распространены полиуретановые каучуки. Установки для печати должны удовлетворять следующим основным требованиям:
Туго натянутые экраны обеспечивают высокую воспроизводимость качества печати и минимальный износ экрана и ракеля. В зависимости от общих габаритов экрана зазор между ним и подложкой устанавливают в пределах 0,25 - 1,5 мм. При этом под давлением ракеля экран должен соприкасаться с подложкой только по линии, непосредственно находящейся под лезвием ракеля. Слишком маленький зазор приводит к тонкому и смазанному рисунку. Процесс печати на установке протекает следующим образом. На экран перед ракелем наносится порция пасты. Затем вручную или автоматически ракель передвигается над экраном с зазором около 1 мм, выравнивая пасту равномерно по всему экрану. Это подготовительное движение ракеля осуществляется тыльной стороной ракеля вперед. После этого ракель сильно прижимается к экрану и при рабочем ходе перемещает перед собой пасту, подавливая ее в сквозные щели экрана на подложку. После прохода ракеля и поднятия трафарета на подложке остается топологический рисунок из проводников. Домашнее задание
|