Б. Технология материалов для светодиодов

ЦОКОЛЕВОЧНЫЕ МАСТИКИ

Мастики применяются для крепления цоколя к стеклу (неразъемные соединения). По переходу из одной фазы (пастообразные, жидкие) в твердую мастики делятся на: плавящиеся; схватывающиеся (присоединение кристаллизационной Н₂О); реакционные (постепенное протекание химических реакций между компонентами); конституционные (отверждение в результате водоотщепления).

Плавящиеся мастики: пицеин; известково-саратная; новолаковая; шеллачно-фарфоровая.

Схватывающиеся мастики: ГИПС; мраморный цемент; портландский цемент; силикат калия – окись магния; силикат калия – отмученный мел.

Реакционные мастики: свинцовый глет – глицерин; розовая мастика; каолин и бура.

Конституционные мастики: шеллачная; бакелитовая (резолевая); силиконосмоляные.

Соединение с помощью мастик может осуществляться: путем адгезии (прилипания); при охватывании скрепленных деталей (фасонное крепление). Неприятное свойство некоторых мастик – водопоглощение и набухание (отвал цоколя или нарушение изоляции, если токовводы касаются мастики. Поверхности перед цоколеванием необходимо очищать от жирных и масляных пятен, ухудшающих адгезию. Для крепления пластмассовых цоколей (деталей) используются мастики с малой температурой отверждения (< 150 ^оС).

Составы, режимы (временные и температурные) всех мастик можно найти в [31, т. 3], там же описана электропроводящая мастика.

Вопросы для самостоятельной работы

1. Виды цоколевочных мастик.

2. Технология цоколевания на примере ламп накаливания.

И ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ ПРИБОРОВ

1. ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ПРОЦЕСС ИЗГОТОВЛЕНИЯ П/П ПРИБОРОВ

Типовой технологический маршрут [1, 28]:

- операции входного контроля исходных п/п материалов;

- механическая и химическая обработка;

- эпитаксиальное наращивание слоя полупроводника;

- получение защитной диэлектрической пленки;

- фотолитографическая обработка этой пленки;

- ионная имплантация и диффузия примеси для получения активных и пассивных областей структуры;

- нанесение омических контактов и создание пассивных тонкопленочных компонентов – резисторов и конденсаторов;

- разделение пластин на кристаллы;

- сборка и герметизация прибора;

- измерение электрических параметров и испытание приборов.

Входной контроль. Контролируются слитки п/п материалов или пластины с выращенными на них эпитаксиальными структурами, поступающие с заводов-изготовителей материалов на завод-изготовитель приборов: контруется типа электропроводности, удельное сопротивление, время жизни и подвижности носителей заряда, плотность дислокаций и др. структурных дефектов. Для СД контролируются квантовая эффективность и спектр люминесценции.

Механическая и химическая обработка. Первая применяется для разделения слитков на пластины заданной толщины, формы и повышения качества поверхности путем механической или химической полировки. Вторая применяется также для получения на пластине рельефа-возвышающихся участков с плоским верхом и локального удаления диэлектрических и металлических пленок с поверхности пластины. Промывка и очистка пластин осуществляется органическими растворителями и деионизованной водой.

Эпитаксиальное наращивание слоя п/п на поверхности подложки для изготовления активных структур типа n – n⁺, p – p⁺, p⁺ – n – n⁺, p⁺ – p – n⁺, p⁺ – p – n – n⁺, p – n – p – n и др. Символ ⁺ означает высокий уровень легирования пленки или подложки примесью данного типа. Эпитаксиальная технология позволяет выращивать на сильно легированной подложке тонкие пленки п/п с небольшим содержанием легирующей примеси, служащие базой диодов и коллектором транзисторов, а также других структур. На Si подложки наращиваются слои Si толщиной 1 – 20 мкм, на Ge подложки – слои Ge.

Получение защитной диэлектрической пленки осуществляется нагревом Si пластины с эпитаксиальной структурой в атмосфере чистого О₂ – получается слой SiO₂ толщиной 0,1 – 1 мкм для предохранения структуры от внешних факторов и диффузии примесей.

Фотолитографическая обработка защитной пленки. На пластину наносят слой фоторезиста – фотоэмульсии, экспонируют его ультрафиолетовым (УФ) излучением через фотошаблон, содержащий множество идентичных рисунков активных структур приборов с заданной конфигурацией и размерами. Засвеченные участки фоторезиста проявляются, т.е. удаляются, а в этих местах, путем обработки в составе, содержащем плавиковую кислоту, вытравливают обнажившуюся пленку SiO₂. Оставшийся фоторезист удаляют, и пластина поступает на операцию диффузии.

Диффузия легирующей примеси. Она служит для создания p – n переходов, других областей п/п приборов и интегральных схем. На участках со слоем SiO₂ диффузии нет. Для прецизионной дозировки количества вводимой в кристалл примеси широко используется процесс ионной имплантации.

Процессы окисления, фотолитографии, ионной имплантации и диффузии повторяются неоднократно, если ПП и ИМС содержат большое количество p- и n-областей.

Омические контакты создаются на пластине п/п, в которой p-n-переходы и активные области покрыты слоем SiO₂. Методом фотолитографии обнажают участки над сильно легированными областями n⁺ и p⁺. Омические контакты в виде тонкой пленки одного или нескольких металлов напыляют в вакууме на всю поверхность. Снова используя процесс фотолитографии, лишние участки пленки стравливают. При изготовлении ИМС аналогичным образом создаются пассивные тонкопленочные компоненты. Отличие заключается в используемых для них материалов и в том, что они наносятся прямо на слой SiO₂.

Разделение пластин на кристаллы. Пластины с активными и пассивными структурами содержат от нескольких сотен до десятков тысяч отдельных ПП или ИМС. Механическим путем они разделяется на отдельные приборы и схемы, которые называются кристаллами.

Сборка и герметизация приборов. Кристаллы с помощью пайки, термокомпрессии, ультразвуковой (УЗ) сварки присоединяют к кристаллодержателям и герметизируют, помещая их в стеклянные, металлостеклянные, керамические или пластмассовые корпуса для предотвращения поломки и удобства эксплуатации.

Измерение электрических параметров и испытание приборов на климатические, механические, электрические воздействия проводят с целью отбраковки дефектных образцов – они являются составной частью технологического маршрута до поступления в ОТК.

На каждой технологической операции имеется контроль качества обработки, например, измерение глубины диффузии, толщины эпитаксиальной пленки, удельного и поверхностного сопротивлений. После создания p-n-переходов производится контроль электрических параметров: напряжения пробоя, тока утечки. В технологическом процессе предусматриваются специальные контрольные карты.

Особенности технологии п/п производства характеризуются высокими требованиями к качеству материалов, точности работы технологического оборудования и особым условиям производства.

Материалы должны быть строго заданного состояния и структуры, высокой чистоты и совершенства.

Фотошаблоны – точность оптического механического оборудования должна составлять сотые доли микрометров (изготовление фотошаблонов, совмещение фотошаблона с рисунком, ранее нанесенным на п/п пластину).

Оптическая часть оборудования должно иметь сверхвысокую разрешающую способность (1 000 линий/мм, а у экспонируемых фотоматериалов - до 1 500 линий/мм).

Механическая обработка должна осуществляться по 14-му классу чистоты с отклонением от плоскостности не более 1 мкм.

Термическое оборудование должно обеспечивать температуру в диапазоне 1 000 – 1 300 ^оС с точностью ±5 ^оС.

Газовая среда: тщательные осушка и обеспыливание, цеховая атмосфера – влажность 50 – 60 %, специальные боксы (воздух, Ar, N₂ – c точкой росы -70 ^оС), пыль – 4 пылинки на 1 л (1 пылинка размером несколько микрометров при попадании на поверхность пластины при фотолитографии – неисправимый брак). Делаются специальные чистые комнаты с ограниченным доступом и особой гигиеной [26].

Затраты (кремниевые планарные транзисторы): материалы - 15%, заработная плата – 20 % (изготовление элементов – 3,5 %, монтаж и сборка – 67 %, испытание – 29,5 %).

Задания для самостоятельной работы

1. Содержание типового технологического маршрута изготовления п/п приборов.

2. Основные требования к материалам, технологическому оборудованию и условиям производства.

Дата добавления: 2014-11-25