ТПС
Еще совсем недавно можно было легко перечислить основные требования, предъявляемые к подложкам для интегральных тонкопленочных схем (ТПС). Все описанные тогда ТПС были весьма схожими как внешне, так и в отношении применяемых материалов и конструкции. Благодаря значительным успехам, достигнутым за последние годы, положение стало сложнее. В производство внедрено большое количество различных конструкций, и в настоящее время выпускаются ТПС самого различного1 назначения. Правильным выбором материала подложки: можно обеспечить большинство свойств, необходимых для каждого конкретного применения.
На выбор материала подложки влияет много различных факторов. Если, например, разрабатывается ТПС,. в которой как резисторы, так и конденсаторы должны: получаться напылением в вакууме, то, вероятнее всего,, эти элементы, а также соединительные проводники, потребуется расположить на одной и той же стороне подложки. Поэтому свойства поверхности должны быть компромиссными: они должны соответствовать характеристикам этих двух различных элементов. Если ТПС предназначена для работы в условиях, когда требуется высокая герметизация (например, в военной аппаратуре),, то подложку иногда помещают в специальный корпус. Однако дешевая схема, предназначенная для изделий: ширпотреба, может иметь минимальную защиту и подложка может служить основой всего прибора. Размеры,, прочность и метод соединения внешних выводов в этих двух случаях могут оказаться совершенно разными.. Каждая конкретная схема может включать или не включать активные элементы. Если применяются обычные» транзисторы в корпусе, то существующие методы креплония их на ТПС могут в значительной степени определить форму подложки. Если же применяются транзисторы, рассчитанные на зеркальный монтаж (см. стр. 236), то может потребоваться подложка с согласованным коэффициентом теплового расширения или с очень малой диэлектрической проницаемостью (чтобы минимизировать емкостную связь между элементами). Кроме того, подложка может быть использована в качестве диэлектрического материала для того, чтобы образовать некоторые емкостные элементы. В последнем случае может потребоваться целый спектр диэлектрической проницаемости подложки вплоть до максимально возможного значения. Наконец, в зависимости от рассеиваемой мощности может оказаться необходимым учитывать теплопроводность подложки. Удобно подразделить основные свойства подложек на две группы.
Первая группа включает общие свойства, требования к которым одинаковы почти для всех типов тонкопленочных схем независимо от конструкции и назначения:
— высокие изоляционные свойства;
— высокая механическая прочность;
— твердость и износостойкость;
- возможность различных форм и размеров;
— высокая теплопроводность;
— низкая стоимость.
Ко второй группе относятся свойства, требования к которым изменяются в зависимости от конкретного применения:
— диэлектрическая проницаемость;
— толщина;
— наличие отверстий или пазов;
— качество поверхности;.1Ш
— рабочая температура;
— тепловое расширение.
Свойства подложек
Существует три широких класса материалов, которые могут быть использованы в качестве подложек для ТПС. Это пластмассы, стекла и различные виды керамики. Внутри каждого класса также существует большое разнообразие материалов, которые могут быть выбраны в соответствии со свойствами, необходимыми в каждом конкретном случае. Некоторые склонны думать, что пластмассы будут пригодны только в том случае, если им удастся придать сравнительно жесткую форму, и что из-за температурных ограничений они не найдут такого широкого применения, как стекла или керамика. Большинство прежних разработок ТПС было выполнено на стеклянных подложках: быстрота получения очень гладкой, а потому и хорошо воспроизводимой поверхности этого материала является важным преимуществом. Однако в настоящее время широкое применение для этих же целей находит керамика различных типов, в некоторых случаях из-за технических преимуществ перед стеклами, в других — из-за экономических.
Ниже будут поочередно рассмотрены перечисленные выше характеристики и в необходимых случаях указаны специфические применения.
На выбор материала подложки влияет много различных факторов. Если, например, разрабатывается ТПС,. в которой как резисторы, так и конденсаторы должны: получаться напылением в вакууме, то, вероятнее всего,, эти элементы, а также соединительные проводники, потребуется расположить на одной и той же стороне подложки. Поэтому свойства поверхности должны быть компромиссными: они должны соответствовать характеристикам этих двух различных элементов. Если ТПС предназначена для работы в условиях, когда требуется высокая герметизация (например, в военной аппаратуре),, то подложку иногда помещают в специальный корпус. Однако дешевая схема, предназначенная для изделий: ширпотреба, может иметь минимальную защиту и подложка может служить основой всего прибора. Размеры,, прочность и метод соединения внешних выводов в этих двух случаях могут оказаться совершенно разными.. Каждая конкретная схема может включать или не включать активные элементы. Если применяются обычные» транзисторы в корпусе, то существующие методы креплония их на ТПС могут в значительной степени определить форму подложки. Если же применяются транзисторы, рассчитанные на зеркальный монтаж (см. стр. 236), то может потребоваться подложка с согласованным коэффициентом теплового расширения или с очень малой диэлектрической проницаемостью (чтобы минимизировать емкостную связь между элементами). Кроме того, подложка может быть использована в качестве диэлектрического материала для того, чтобы образовать некоторые емкостные элементы. В последнем случае может потребоваться целый спектр диэлектрической проницаемости подложки вплоть до максимально возможного значения. Наконец, в зависимости от рассеиваемой мощности может оказаться необходимым учитывать теплопроводность подложки. Удобно подразделить основные свойства подложек на две группы.
Первая группа включает общие свойства, требования к которым одинаковы почти для всех типов тонкопленочных схем независимо от конструкции и назначения:
— высокие изоляционные свойства;
— высокая механическая прочность;
— твердость и износостойкость;
- возможность различных форм и размеров;
— высокая теплопроводность;
— низкая стоимость.
Ко второй группе относятся свойства, требования к которым изменяются в зависимости от конкретного применения:
— диэлектрическая проницаемость;
— толщина;
— наличие отверстий или пазов;
— качество поверхности;.1Ш
— рабочая температура;
— тепловое расширение.
Свойства подложек
Существует три широких класса материалов, которые могут быть использованы в качестве подложек для ТПС. Это пластмассы, стекла и различные виды керамики. Внутри каждого класса также существует большое разнообразие материалов, которые могут быть выбраны в соответствии со свойствами, необходимыми в каждом конкретном случае. Некоторые склонны думать, что пластмассы будут пригодны только в том случае, если им удастся придать сравнительно жесткую форму, и что из-за температурных ограничений они не найдут такого широкого применения, как стекла или керамика. Большинство прежних разработок ТПС было выполнено на стеклянных подложках: быстрота получения очень гладкой, а потому и хорошо воспроизводимой поверхности этого материала является важным преимуществом. Однако в настоящее время широкое применение для этих же целей находит керамика различных типов, в некоторых случаях из-за технических преимуществ перед стеклами, в других — из-за экономических.
Ниже будут поочередно рассмотрены перечисленные выше характеристики и в необходимых случаях указаны специфические применения.