Коммутационные проводники

Коммутационные проводники наносятся непосредственно на термические окислы кремния. Минимальная ширина дорожек определяется возможностями литографии и плотностями токов, протекающих через них (от 1 до 4 мкм). В связи с особенностями автоматизированного проектирования и изготовления фотошаблонов изгиб проводников возможен на 90º или 45º. Разводка может быть одноуровневой и многоуровневой. В одноуровневой разводке пересечение проводников устраняется либо прокладкой трасс поверх диффузионных резисторов или методом подныривания.

В этой конструкции сильно легированный n⁺ слой играет роль перемычки в месте пересечения проводников. Подныривающий проводник обязательно должен иметь положительный потенциал относительно подложки. Так как этот участок имеет значительное сопротивление (3÷5 Ом), вносит дополнительную емкость, занимая большую площадь из-за необходимости отдельной изолирующей площади, то диффузионные перемычки используют в исключительных случаях. Диффузионные перемычки неприемлемы в цепях питания и земли. В интегральных схемах с коллекторной изолирующей диффузией нижнего подныривания шина пересечения может сформироваться на этапе изолирующей диффузии на основе скрытого слоя и диффузионного n⁺ слоя.

В таких конструкциях можно создавать не только пересечения проводников, но и целую систему разводки в приповерхностном слое кремния, в том числе шин питания; причем, эти проводники имеют самоизоляцию, что приводит к существенной экономии площади кристалла.

Такая конструкция применяется в матричных БИС. Необходимые соединения элементов матрицы осуществляются на заводе изготовителя в приповерхностном слое, а алюминиевая разводка в соответствии с принципиальной схемой устройства выполняется самим потребителем на поверхности кристалла.

Многоуровневая разводка используется в БИС и позволяет резко сократить площадь кристалла засчет площади, отводимой под разводку. Многоуровневая разводка позволяет также сократить длину межэлементных связей и задержку распространения сигналов.

Для межуровневой металлизации в основном используют алюминий. Изоляция слоев осуществляется обычно при помощи окиси кремния, фосфороселикатного стекла или полиамидного лака (выдерживающий температуру до 400 ºС).

Основная опасность при производстве многослойной разводке - это возможность дефектов диэлектрика и утончения в металлических пленках на ступеньках диэлектрических слоев.

Для устранения дефектов используют двукратное осаждение диэлектрика. Для устранения утончений используют следующие конструктивные меры:

1. отношение толщины окисла к металлу – 1 к 3;

2. сглаживание ступенек в диэлектрике у сквозных отверстий и на пересечении металлических дорожек разных уровней;

3. увеличение толщины металлических проводников более высоких уровней.

Полиамидные пленки имеют высокую механическую и радиационную стойкость и позволяют уменьшить число разрывов металлизации на ступеньках, однако полиамидная пленка дорога, поэтому используется в интегральных схемах повышенной надежности.

Контактные площадки и внешние выводы микросхем

Контактные площадки – это металлизированный участок на кристалле, служащий для присоединения внешних выводов или контроля электрических параметров. Контактные площадки располагаются, как правило, по периметру полупроводникового кристалла, а тестовые контактные площадки могут располагаться в любом месте. Контактные площадки представляют собой расширенные области коммутационных пленок проводников и формируются одновременно с разводкой.

С целью предотвращения замыканий контактных площадок на подложку при нарушении целостности окисной пленки в процессе присоединения внешних выводов под каждой контактной площадкой формируется изолирующая область.

Для соединения контактных площадок с выводами корпуса или с контактными площадками коммутационных плат используют гибкие проволочные, жесткие и паучковые выводы. Гибкие выводы изготавливаются из золотой или алюминиевой проволоки диаметром 25-50 мкм. Золотая проволока позволяет получать высокочастотное соединение методом термокомпрессии или пайки. Для алюминиевых проволочек используют только ультразвуковую пайку. Алюминиевая проволока имеет низкую механическую прочность. Жесткие выводы имеют шариковую, столбиковую и балочную конструкции.

1-монокристаллический кремний; 7- слой золота;

2-пленка SiO₂; 8- слои припоя;

3- алюминиевый проводник;, 9- медный шарик (столбик);

4-защитный слой боросиликатного стекла; 10-слой никеля;

5-контактный и адгезионные слои; 11- слой золота.

6- буферные слои;

Столбик и шарик могут изготавливаться из свинца, а его внутренняя часть – припой. Такие выводы называются мягкими. Под действием температуры припой расплавляется, образуя соединения с контактными площадками коммутационных плат. При сборке кристалл с шариковыми или столбиковыми выводами устанавливается лицевой стороной к контактным площадкам коммутационных плат.

Высота шариковых или столбиковых выводов: 35÷40 мкм.

Недостаток: отсутствие возможности контроля качества сборки и затрудненный отвод тепла в кристалле.

Этих недостатков лишены конструкции балочных и паучковых выводов. Балочные выводы имеют толщину 10÷15 мкм; ширину примерно 100 мкм и длину за пределами кристалла 150÷200 мкм. Балочные выводы позволяют простой визуальный контроль качества сборки, при этом упрощается технологический процесс монтажа кристалла при сборке, однако усложняется технологический процесс разделением полупроводниковой пластины на кристаллы.

Паучковые выводы изготавливаются из тонкой (25÷75 мкм) медной или алюминиевой фольги с золотым или никелевым покрытием. Способ изготовления – металлическим или локальным травлением. Для автоматизации процесса сборки и увеличения механической прочности, удобства тестирования паучковые выводы наносят на гибкую ленту из лавсана, полиамида или полиэфира толщиной 40÷120 мкм с перфорацией как у фотопленки.

Для контроля параметров микросхемы на внешних концах паучковых выводов делаются контактные площадки. Перед или под контактными площадками протравливаются отверстия для присоединения к коммутационной плате. Перед установкой кристалла на коммутационную плату производится обрезка выводов по этим вытравленным отверстиям. Соединении паучковых выводов с кристаллом может производиться через промежуточные, шариковые или столбиковые выводы, либо на концах паучковых выводов вытравливается выступ в сторону кристалла.

Обычно внешние выводы микросхемы расположены на лицевой стороне кристалла. Это не удобно по многим причинам: снижается степень интеграции, брак или снижается надежности при монтаже. Затруднен монтаж и сборка, поэтому в некоторых конструкциях используются варианты создания выводов на нерабочие части кристалла путем формирования проводящих каналов через толщу кристалла. Каналы создаются либо методом термомиграции, либо прожигаются лазером. Если используется лазер, то в начале прожигается отверстие, а потом оно заполняется жидким металлом засчет капиллярного эффекта. Причем лазером можно создавать отверстия не только в полупроводниковом кристалле, но и в изолирующей подложке.

а) создание отверстий термолигированием;

б) и в) создание отверстий лазером.

Дата добавления: 2014-01-11