автореферат диссертации по электронике, 05.27.01, диссертация на тему:Конструкторско-технологические основы создания микросборок высокой плотности упаковки

На правах рукописи

Спирин Владимир Георгиевич

КОНСТРУКТОРСКО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ СОЗДАНИЯ МИКРОСБОРОК ВЫСОКОЙ ПЛОТНОСТИ УПАКОВКИ

Специальность 05.27.01 Твердотельная электроника, радиоэлектронные компоненты, микро- и наноэлекгроника, приборы на квантовых эффектах

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

щ®

Арзамас 2008

003454990

Работа выполнена на кафедре «Конструирование и технология радиоэлектронных средств» Арзамасского политехнического института (филиала) Нижегородского государственного технического университета им. P.E. Алексеева

Научный консультант:

- доктор технических наук, профессор Н.П. Ямпурин

Официальные оппоненты:

- доктор технических наук, профессор В.Н. Брюнин (г. Зеленоград)

- доктор технических наук, профессор A.B. Назаров (г. Москва)

■ доктор технических наук, профессор М.Н. Пиганов (г. Самара)

Ведущая организация:

■ НИИ Электромеханических приборов, г. Пенза

Защита состоится

'еС 2008 г. в 11 часов на заседании

диссертационного совета Д 850.012.01 в ГУП НПЦ «Спурт» по адресу: 124460, г. Москва, г. Зеленоград, 1 -й Западный проезд, 4.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ГУП НПЦ «Спурт». Отзыв на автореферат в двух экземплярах, заверенный печатью организации, просим направлять по вышеуказанному адресу на имя ученого секретаря диссертационного совета.

Автореферат разослан МЫфс*-' 2008 г.

Ученый секретарь диссертационного совета, к.т.н., с.н.с.

В.Г. Петров

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность исследования. Создание надежных высококачественных радиоэлектронных средств (РЭС) при минимальных производственных затратах стало возможным благодаря современной технологии микроэлектроники. Основными конструктивными единицами РЭС в настоящее время являются полупроводниковая большая интегральная микросхема (БИС) и микросборка (МСБ). Причем эти конструктивные единицы имеют различную степень интеграции находящуюся в диапазоне от 2 до 10.

Основным направлением развития микро- и наноэлектроники является повышение степени интеграции БИС и МСБ. У ведущих мировых производителей размеры элементов БИС уменьшаются примерно вдвое каждые 5 лет. Полупроводниковая промышленность РФ отстает от указанной тенденции. Тем не менее, в России к 2005 г. освоили размеры 0,3 мкм, что позволило создать 64-разрядный процессор с 3,4 млн. элементов в кристалле. Несмотря на затяжной экономический кризис, размеры элементов БИС в РФ, за последние 20 лет уменьшились в 5 раз. В то же время как номинальные размеры проводников и резисторов тонкопленочных МСБ на большинстве Российских предприятий, за редким исключением, остались практически неизменными и составляют 0,2-0,3 мм. Следует отметить, что наша страна утратила свое лидирующее положение в производстве МСБ и микроблоков к концу 80-х годов XX века, когда в зарубежной печати появились сообщения по созданию многокристальных модулей с многоуровневой разводкой и размерами проводников 5-25 мкм.

Увеличение степени интеграции БИС неизбежно приводит к увеличению количества их выводов. Уже стало нормой количество выводов 68 и 84. Имеются сообщения о компонентах с числом выводов свыше 1000. На практике с ростом количества выводов компонентов растет площадь межсоединений коммутационной платы. Поэтому для повышения плотности упаковки плат современных цифровых устройств актуальным является создание многоуровневой тонкопленочной коммутации, а также повышение плотности межсоединений, что может быть достигнуто как за счет уменьшения ширины проводников, так и за счет уменьшения расстояния между ними.

Вопросы проектирования и технологии тонкопленочных МСБ рассмотрены в работах зарубежных и отечественных авторов: Г. Холлэнда, Р. Берри, П. Холла, М. Гарриса, Л. Майссела, Р. Глэнга, Б.Ф. Высоцкого, J1.A. Коледова, А.И. Коробова, O.E. Бондаренко, В.Ф. Борисова, A.C. Назарова, A.B. Фомина, В.Н. Сретенского, Г.Я. Гуськова, Г.А. Блинова, И.Н. Воженина, В.П. Лавршцева, В.Н. Черняева, В.А. Волкова, Ю.П. Ермолаева, И.П. Бушминского, Л.Н. Колесова, З.Ю. Готра, И.Е. Ефимова, И.Я. Козыря, Ю.Н Горбунова и других.

Большинство миниатюрных аналоговых устройств, например, электронные блоки датчиков первичной информации, высокоразрядные АЦП и ЦАП, усилители и генераторы СВЧ выполняется в виде МСБ на основе тонкопленочной технологии. Технология тонкопленочных МСБ была разработана в 60-х годах XX века и по существу в России остается неизменной до настоящего времени. В качестве материалов подложек традиционно используются ситалл и поликор, которые по своим фи-

зическим свойствам, например, пористости, не способны обеспечить ширину линий менее 15-25 мкм.

Минимальный размер чип-резистора для поверхностного монтажа составляет

0.25.0,25 мм, то есть близок к размерам тонкопленочного резистора (ТПР). В то же время современные технологии и оборудование в России могут обеспечивать размеры ТПР до 1-3 мкм и пока этот потенциал не используется. В основном это связано с отставанием методов проектирования ТПР и МСБ в целом.

Поэтому появилась настоятельная необходимость анализа существующих конструкций и технологий тонкопленочных МСБ и создания новых конструктивно-технологических решений, которые бы способствовали разработки новых норм конструирования и изготовления МСБ.

Для того чтобы оценить прогресс развития конструкций используют удельные показатели качества. В связи с тем, что плотность упаковки является главным показателем уровня интеграции того или иного конструктива, то в данной работе в качестве основного критерия будет применяться именно это показатель.

Таким образом, научная проблема, которая решается в данной работе, заключается в устаревшем методологическом подходе к проектированию и производству тонкопленочных МСБ, который сдерживает рост их плотности упаковки. Решение проблемы особенно актуально для авиационной, космической и военной техники, где стоимость одного килограмма приборов достигает сотни тысяч и даже миллионы рублей. Актуальность работы подтверждается тем, что рассматриваемая проблема относится к приоритетным направлениям развития науки, технологии и техники в РФ до 2015 г., утвержденными 21.05.06 президентом РФ.

Объектом исследования являются тонкопленочные МСБ и гибридные интегральные микросхемы (ГИС). Учитывая, что в проектировании и производстве МСБ и ГИС применяют единые технологические и конструктивные решения, то в дальнейшем будем применять только термин МСБ как более распространенный.

Предметом исследования являются модели, методы и алгоритмы проектирования, технология и конструкции тонкопленочных элементов, плат и МСБ.

Цель и задачи исследований. Целью диссертационной работы является разработка теоретических и методологических основ конструкторско-технологического проектирования и производства тонкопленочных МСБ высокой плотности упаковки, совокупность которых можно квалифицировать как новое крупное достижение в развитии микро- и наноэлектроники.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие основные задачи:

1. Выполнить анализ современного состояния проектирования и технологии тонкопленочных элементов, плат и МСБ, выявить проблемы и разработать новые подходы к их решению.

2. Исследовать влияние конструктивно-технологических факторов на сопротивление ТПР, на основании чего уточнить теоретическую модель сопротивления ТПР и его погрешности.

3. Разработать методы обеспечения качества тонкопленочных элементов, плат и МСБ при возрастании плотности упаковки.

4. Разработать конструктивно-технологические варианты тонкопленочных многоуровневых плат и МСБ.

5. Разработать методы и алгоритмы проектирования тонкопленочных МСБ с высокой плотностью упаковки.

6. Применить полученные методы и алгоритмы проектирования к разработке конструкций МСБ датчиков первичной информации.

Методы исследований. Для решения поставленных задач используются: математический аппарат численного и аналитического моделирования, методы теории допусков, теории вероятностей и математической статистики, математический аппарат теории цепей, методы теплового моделирования и расчета тепловых режимов конструкций МСБ, а также экспериментальные методы исследования. Основные новые научные положения, выносимые на защиту:

1. Математическая модель ТПР, включающая в себя:

- систематические погрешности формирования физической структуры ТПР;

- контактное сопротивление;

- сопротивление электродов;

- систематическую погрешность, за счет исключения контактных площадок перекрытия резистивного и проводящего слоя.

2. Конструкция гребенчатого резистора.

3. Методы повышения качества тонкопленочных МСБ, включающие в себя:

- способ изготовления ТПР методом двойной фотолитографии;

- способы компенсации систематических погрешностей тонкопленочных элементов;

- метод оценки качества тонкопленочной платы;

- метод определения погрешностей формирования структуры тонкопленочных элементов;

- устройство контроля качества сварных соединений.

4. Конструктивно-технологические варианты многоуровневых плат, включающие в

себя:

- платы с толстопленочной полимерной изоляцией;

- платы с подложкой из кремния.

5. Методы проектирования тонкопленочной МСБ, включающие в себя:

- интегрально-групповой метод компоновки;

- метод расчета стационарного теплового режима;

- метод проектирования топологии платы.

Научная новизна полученных результатов заключаются в следующем:

1. На основе проведенного анализа современного состояния теории и практики проектирования, а также технологии тонкопленочных МСБ выявлены основные проблемы и показаны пути их решения. Показано, что основной проблемой, которая сдерживает рост плотности упаковки МСБ в настоящее время, является не столько уровень технологии и оборудования, а устаревшие модели, методы и алгоритмы проектирования и производства тонкопленочных МСБ. Сформулированы основные методы повышения плотности упаковки тонкопленочных МСБ.

2. Разработана теория ТПР с размерами менее 50 мкм, основные положения которой заключается в следующем. Уточнены математические модели сопротивления ТПР и его погрешности для диапазона частот до 300 МГц. В новые модели дополнительно входят систематические погрешности формирования удельного поверхностного сопротивления, длины, ширины, сопротивление электродов, систематическая погреш-

ность за счет исключения контактных площадок перекрытия резистивного и проводящего слоя. Разработана модель контактного сопротивления ТПР, в которую входят сопротивления резистивной, адгезионной и проводящей пленки конструкции контакта. Отличие от известных моделей состоит в непосредственном расчете сопротивления участков контакта.

Предложена конструкция гребенчатого ТПР, которая защищена двумя патентами РФ. Особенностью данной конструкции является то, что прямоугольные рези-стивные элементы находятся между двумя встречно расположенными гребенчатыми электродами, а контактные площадки резистора расположены на минимальном расстоянии от электродов. Впервые разработаны модели сопротивления электродов для прямоугольного и гребенчатого ТПР. Впервые исследовано влияние контактных площадок перекрытия резистивного и проводящего слоев на сопротивление ТПР. Установлено, что при Кф > 10 и Кф < 0,1 контактные площадки перекрытия могут быть исключены из конструкции резистора без ухудшения точности получения сопротивления.

3. Разработаны методы повышения качества тонко пленочной платы, суть которых состоит в следующем. Разработан способ изготовления ТПР методом двойной фотолитографии, который защищен патентом РФ. Отличие этого способа от известных состоит в том, что при второй фотолитографии фоторезистом защищают все проводники, резистивные элементы и контактные площадки, за исключением небольших участков контактных площадок перекрытия резистивного и проводящего слоя. Разработаны способы компенсации систематических погрешностей тонкопленочных элементов, которые в отличие от известных способов не ухудшают плотность упаковки и не повышают себестоимость изготовления МСБ. Разработан метод оценки качества тонкопленочной платы. Отличие данного метода от известных решений состоит в том, что он определяет не только качество изготовления платы, но и качество проектирования ее топологии и комплекта фотошаблонов. Разработаны методы и алгоритмы оценки погрешностей параметров физической структуры ТПР. Предлагаемые методы и алгоритмы в отличие от известных позволяют определять сопротивление электродов прямоугольного и гребенчатого ТПР и систематическую погрешность удельного поверхностного сопротивления. Разработанные алгоритмы имеют более высокую точность оценки погрешностей формирования структуры ТПР.

4. Разработаны конструктивно-технологические варианты тонкопленочных многоуровневых плат с толстопленочной полимерной изоляцией. Отличительной особенностью этих плат является то, что выводы компонентов присоединяются непосредственно к контактным площадкам того или иного уровня коммутации. В результате образуется небольшое число межуровневых соединений, которые осуществляются либо с помощью проволочных перемычек, либо припоем. Выводы компонентов и проволочные перемычки присоединяются к контактным площадкам, расположенным на втором и последующих уровнях, с помощью ультразвуковой сварки или пайки.

Разработаны конструктивно-технологические варианты тонкопленочных многоуровневых плат с подложкой из кремния. Отличие этих плат от известных решений состоит в формировании слоя диэлектрика из диоксида кремния толщиной 4-5 мкм за счет термического окисления кремния и ионно-плазменного напыления ди-

оксида кремния на пластину. Кроме того, на одной или обеих поверхностях плат формируют ТПР. В двусторонней плате при металлизации отверстий методом HAL используется защитный слой пленки хрома. Отличительными особенностями платы с тремя уровнями коммутации является: формирование общей шины, как на диэлектрики, так и на кремнии; использование общей шины в качестве экрана, а самой платы в качестве несущей конструкции. Впервые разработаны методы монтажа многоуровневых плат с подложкой из кремния.

5. Разработаны методы проектирования топологии тонкопленочных МСБ. Впервые разработан интегрально-групповой метод компоновки МСБ. Разработан метод расчета стационарного теплового режима тонкопленочной платы. Отличие от известных методов состоит в замене параметра «допустимая удельная мощность рассеяния» на параметр «тепловое сопротивление кондуктивного тракта» и переход от плоской тепловой модели к объемной. Объемная тепловая модель, состоит из правильной усеченной пирамиды и трех параллелепипедов. Разработан метод проектирования топологии МСБ. Отличие от известных методов состоит в алгоритме расчета размеров ТПР и алгоритме проверочного расчета тепловых режимов компонентов и ТПР.

6. Впервые разработаны топологии многоуровневых плат тонкопленочных МСБ:

• МСБ с интегрально-групповым методом компоновки;

• двухуровневых плат с толстопленочной полимерной изоляцией;

• кремниевой двухуровневой платы с металлизацией переходных отверстий методом HAL;

• кремниевой трехуровневой платы с выполнением общей шины и экрана на кремнии.

Достоверность и обоснованность полученных в работе результатов обеспечены: использованием известных положений фундаментальных наук, строгими математическими доказательствами, адекватностью разработанных моделей реальным физическим и технологическим процессам; подтверждены совпадением теоретических результатов с экспериментальными данными, не противоречащими исследованиям других авторов. Полученные результаты базируются на хорошо отработанных в промышленности типовых технологических процессах микроэлектроники и подтверждаются успешной апробацией на научно-технических конференциях и публикацией основных положений в ведущих научно-технических журналах. Многие технические решения внедрены в производство и учебный процесс, а также защищены а.с. СССР и патентами РФ.

Практическая значимость результатов работы заключается в следующем: 1. Повышена плотность упаковки тонкопленочных МСБ за счет:

- уменьшения топологических норм проектирования тонкопленочных элементов в 5-20 раз;

- увеличения на два порядка диапазона отношения сопротивлений R^c/Rm^, изготавливаемых на одной плате;

- выбора и разработки конструкций ТПР с минимальной площадью и высокой точностью изготовления;

- разработкой конструктивно-технологических вариантов плат с многоуровневой разводкой.

2. Предложенные автором методы, модели и алгоритмы позволяют повысить качество МСБ и снизить себестоимость их изготовления.

3. Теоретические и научные результаты работы доведены до инженерных решений в виде методов проектирования и конкретных конструктивов тонкопленочных МСБ. Сформулированы основные требования и нормы конструирования для нового стандарта по тонкопленочным МСБ.

Реализация результатов работы. Результаты диссертационной работы в виде стандарта предприятия, конструкторских и технологических документов, изобретений, учебных пособий, лекций внедрены на предприятиях и в высших учебных заведениях: Арзамасском ОАО НПП «Темп-Авиа», Чебоксарском НПП «Элара», Пензенском НИИ Электромеханических приборов, Нижегородском НПП «Салют-27», Арзамасском политехническом институте (филиале НГТУ), Нижегородском государственном техническом университете, Пензенском государственном университете.

Апробация работы. Основные положения и результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на следующих научно-технических конференциях (НТК):

■ НТК "Повышение качества и эффективности в машино- и приборостроении", г. Н. Новгород, 1997г.

■ Всероссийской НТК, посвященной 30-летию Арзамасского филиала НГТУ: "Наука - производству: современные задачи управления, экономики, технологии и экологии в машино- и приборостроении", г. Арзамас, 1998г.

■ Всероссийской НТК с участием международных специалистов. Н. Новгород -Арзамас, НГТУ - АФ НГТУ, 2003г.

■ НТК «Информационные технологии в промышленности и учебном процессе», г. Арзамас, 2004г.

■ НТК «Проблемы современной микроэлектроники», с. Б. Болдино, 2004г.

■ LX научной сессии, посвященной дню радио, Российского НТО радиотехники, электроники и связи им. A.C. Попова, г. Москва, МТУСИ, 2005г.

■ Всероссийской НТК с участием международных специалистов. Н. Новгород -Арзамас, НГТУ - АФ НГТУ, 2007г.

■ V межрегиональной научно-практической конференции «Современные информационные и телекоммуникационные технологии в образовании, науке и технике», Арзамасский филиал Современной гуманитарной академии, 2008г.

• Международной НТК «Пассивные электронные компоненты-2008», г. Н. Новгород, ОАО НПО «ЭРКОН».

■ Международной НТК «Информационные системы и технологии-2008», г. Н. Новгород, НГТУ им. P.E. Алексеева.

■ 63-й научной сессии, посвященной дню радио, Российского НТО радиотехники, электроники и связи им. A.C. Попова, г. Москва, МТУСИ, 2008г.

■ 9-й международной научно-практической конференции «Современные информационные и электронные технологии-2008», Одесский национальный политехнический университет.

■ Международном симпозиуме «Надежность и качество», ПГУ, г. Пенза.

■ 8-м международном симпозиуме «Интеллектуальные системы-2008», », МГТУ им. Баумана, г. Н. Новгород, НГТУ им. P.E. Алексеева.

■ 18-й Всероссийской НТК с международным участием «Неразрушающий контроль и техническая диагностика-2008», г. Н. Новгород, НГТУ им. P.E. Алексеева.

■ 7-й Международной НТК «Авиация и космонавтика-2008», г. Москва, МАИ.

Публикации. По результатам научных исследований опубликовано 73 научных работы, в том числе 1 монография, 1 учебное пособие, 38 научных статей и 10 тезисов докладов. 29 статей опубликованы в центральных и зарубежных периодических изданиях и сборниках научных трудов. Из них 10 статей опубликовано в научно-технических журналах РФ, рекомендованными ВАК Минобразования: «Проектирование и технология электронных средств», «Датчики и системы», «Известия вузов. Электроника», «Заводская лаборатория. Диагностика материалов», «Нано- и микросистемная техника», «Вестник МАИ» и 8 статей опубликовано в Украинском рецензируемом научно-техническом журнале «Технология и конструирование в радиоэлектронной аппаратуре», включенном в список ВАК Украины.

Новизна и практическая значимость результатов выполненных исследований подтверждены 9-ю изобретениями, в том числе 3-мя авторскими свидетельствами СССР, 2-мя положительными решениями на получение патента РФ, 4-я патентами РФ. Кроме того, материалы исследований, связанных с диссертацией, представлены в 14 отчетах по НИР и ОКР.

Личный вклад. Все выносимые на защиту результаты и положения, составляющие основное содержание диссертационной работы разработаны и получены лично автором или при его непосредственном участии.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, шести глав, заключения, списка литературы из 222 наименований и приложений. Общий объем работы без учета приложений составляет 214 страниц. Диссертация содержит 69 рисунков и 54 таблицы.

КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Введение содержит обоснование актуальности, описываются объект, предметы и методы исследования, указаны средства обеспечения достоверности и обоснованности полученных результатов и выводов, отмечены научная новизна и практическая значимость результатов, приведены основные положения диссертационной работы, выносимые на защиту, а также сведения об апробации, реализации и внедрении результатов работы, сведения о публикациях и личном вкладе соискателя в работах, опубликованных в соавторстве. Приведены сведения об объеме и структуре работы.

В первой главе проведен анализ современного состояния проектирования и технологии тонкопленочных МСБ, рассмотрены пути повышения их плотности упаковки, а также тенденции развития элементной базы для поверхностного монтажа. Проведен анализ проблем проектирования и технологии тонкопленочных элементов и методов повышения качества тонкопленочных плат. Сформулированы цели и задачи исследования.

Проведенный анализ основных отечественных и зарубежных достижений в области проектирования и технологии тонкопленочных МСБ позволяет сделать следующие выводы:

1. Установлено, что разработка МСБ и многокристальных модулей (МКМ) является одним из перспективных направлений мировой электроники. Показано, что наряду с увеличением плотности упаковки БИС основными путями ее повышения являются:

• Уменьшение размеров тонкопленочных элементов МСБ.

• Применение прогрессивных методов компоновки.

• Создание надежной многоуровневой коммутации.

Основной проблемой, которая препятствует росту плотности упаковки МСБ в РФ, являются устаревшие модели, методы и алгоритмы проектирования и технологии ТПР и МСБ.

2. В РФ выпускаются около 20 серий бескорпусных кристаллов (БК) интегральных микросхем (ИС) модификации (мод.) 1, 2. Выпускаемая номенклатура БК не обеспечивает потребности разработчиков МСБ. Освоение в производстве сдвоенных и счетверенных операционных усилителей (ОУ) и компараторов распространенных классов в бескорпусном исполнении помог бы в значительной степени повысить интеграцию аналоговых МСБ. Анализ основных направлений разработок МКМ показал, что в настоящее время доминируют конструктивы МКМ-Ь с подложкой из стеклотекстолита, как наиболее дешевые. Однако, учитывая тенденции развития корпусов ИС для поверхностного монтажа в части уменьшения шага и увеличения количества выводов, приближения размеров корпусов к размерам БК, а также стремление разработчиков к повышению плотности упаковки МКМ в перспективе следует ожидать увеличение доли рынка тонкопленочных МКМ (МКМ-Э, МКМ-8!), так как максимальная плотность коммутации может быть достигнута только при применении тонкопленочной технологии и использовании подложек из кремния.

3. При проектировании ТПР существует ряд проблем, которые препятствуют уменьшению их размеров менее 100 мкм.

• Существующие способы формирования физической структуры ТПР либо не обеспечивают требуемую точность, либо имеют высокую себестоимость.

• Проектирование сопротивлений в МСБ с широким диапазоном номиналов требует как исследования существующих конструкций, так и разработки новой конструкции ТПР с малым коэффициентом формы.

• Неадекватные математические модели сопротивления ТПР и его производственной погрешности.

• Применение в качестве основного критерия допустимой удельной мощности рассеяния резистивной пленки при расчете размеров ТПР.

4. В теории и практике проектирования тонкопленочных МСБ имеется ряд недостатков.

• При разработке перечня элементов электрических схем задают номиналы сопротивления ТПР по рядам Е24-Е192, что нередко приводит к дополнительной погрешности сопротивления при топологическом проектировании и уменьшению выхода годных МСБ в производстве.

• Компоновка МСБ по функционально-узловому методу увеличивает себестоимость производства и снижает плотность упаковки тонкопленочных плат.

■ Разделение подложки на платы с размерами рекомендуемых стандартных рядов связано с большими и совершенно неоправданными потерями материала подложки.

• Созданию высокотехнологичной и надежной многоуровневой тонкопленочной коммутации с изоляцией из тонкого диэлектрика препятствуют две основные проблемы: проколы изоляции и обрывы проводников на ступеньках изоляции.

" Трудоемкие и недостоверные расчеты стационарных тепловых режимов компонентов и ТПР.

5. Для того чтобы уменьшение размеров тонко пленочных элементов не привело к уменьшению выхода годных тонкопленочных плат необходимо:

• Разработать методы и алгоритмы оценки систематических и случайных погрешностей параметров физической структуры ТПР.

• Разработать методы компенсации систематических погрешностей параметров физической структуры ТПР.

• Разработать методы оценки качества тонкопленочной платы.

Во второй главе проведено исследование влияния конструктивно-технологических факторов на сопротивление тонкопленочного резистора.

В п. 2.1 определяются элементы конструкции ТПР, которые могут влиять на его сопротивление. Конструкция ТПР (рис. 1) в самом простом случае содержит: ре-зистивный элемент, два электрода, два контакта между проводящей и резистивной пленкой, четыре контактных площадки перекрытия (КПП) резистивного и проводящего слоев.

4

Рис. 1 Элементы конструкции ТПР' 1 - резистивный элемент, 2 - электрод, 3 - контакт между проводящей и резистивной пленкой, 4 - КПП, 5 - проводник.

В п. 2.2 разрабатываются физико-математические модели контактного сопротивления. В технической литературе сопротивление ТПР Я в первом приближении определяется выражением:

Я=Ярэ + Як = р1/Ъ + Кк = р Кф +

где Яр, - сопротивление резистивного элемента; р - удельное поверхностное сопротивление резистивной пленки; 1, Ь - длина и ширина резистора; Кф = 1/Ь - коэффициент формы резистора; Я,. - сопротивление двух контактов ТПР.

Наиболее достоверный метод расчета контактного сопротивления основан на численных методах решения и не имеет аналитического выражения. Модель конструкции контакта ТПР при клине травления 0 < а < 45° показана на рис. 2. Формулы для расчета каждого из участков модели приведены в табл. I.

5

^^ 4 в

\у >\ ^^а

и

1 V"' а +-> 11

1р

Рис. 2 Модель конструкции контакта ТПР при клине травления 0 < а < 45° 1 - резистивный слой, 2 - участок резистивного слоя контакта; 3 - участок адгезионного слоя контакта; 4 - участок проводящего слоя контакта; 5 - электрод ТПР.

Таблица 1.- Формулы для расчета Участков контактного сопротивления

Наименование параметра 45° < а < 90 0 < а < 45°

Сопротивление резистивного участка Ир = 0,5 р Ь К = 0,564 р ¡Р/(Ь а)

Сопротивление Ка участка адгезионного слоя На = Ра ¡//{Ь гр) Яа = 2 ра и2 /(Ьц Бт2а)

Сопротивление Кп участка проводящего слоя Я„ = 2р„г„ /Ъ я» = 2рпг„/(Ьгга)

где 1Р - толщина резистивного слоя; ра, 1а - удельное поверхностное сопротивление и толщина адгезионного слоя; рп /„ - удельное поверхностное сопротивление и толщина проводящего слоя.

Общее контактное сопротивление ТПР рассчитывается по формуле:

= 2 (Яр + Ла + Я„)

В п. 2.3 разрабатываются физико-математические модели сопротивления электродов ТПР. В работе рассмотрена конструкция прямоугольного ТПР, в которой контактные площадки (КП) соединяются с концами электродов (рис. 3,а).

а) б)

Рис 3 Подключение КП к концам электродов ТПР. а) - конструкция, б) - эквивалентная схема.

Особенностью конструкции такого резистора является большая длина электродов, которая равна ширине резистивного элемента. Ширина электродов определяется соотношением: 13 = Ы, где / - длина резистора; к - коэффициент. Данной конструкции ТПР соответствует эквивалентная электрическая схема, приведенная на

рис. 3,6, где Л - сопротивление резистивного элемента, Я,г сопротивление одного электрода. Как следует из рис. 3 общее сопротивление электродов Яэ будет равно удвоенному сопротивлению

К3 = 2Я3, = 2рп/(кКф)

где рп - удельное поверхностное сопротивление проводящей пленки; Ъ - ширина резистора; Кф- коэффициент формы ТПР.

В диссертации разработана конструкция гребенчатого резистора, которая приведена рис. 4,а.

а) б)

Рис. 4. Оптимальная (а) и неогтгамальная (б) конструкция гребенчатого резистора.

Сопротивление электродов гребенчатого резистора можно найти по следующим формулам:

при п - нечетном Яэ, = 4 рп[1/(пКф)+1] /[к (п + 1)]; при п - четном Изг = 12 рп [1/(пКф)+1] / [к (3 п + 2)],

мент; 3 - КПП.

В п. 2.4 исследуется влияние КПП резистивного и проводящего слоев на изменение сопротивления ТПР. Как известно, при формировании ТПР, в их конструкции предусматривают четыре КПП резистивного и проводящих элементов, которые исключают влияние несовмещения фотошаблона (ФШ) с рисунком платы на погрешность сопротивления резистора. В этом случае повышение точности сопротив-

ления ТПР приводит к тому, что снижается плотность межсоединений на тонкопленочной плате за счет увеличения промежутка между тонкопленочными элементами (рис. 5).

Для проектирования тонкопленочной платы представляет интерес рассмотрение погрешности сопротивления конструкции резистора без КПП. Конструкция такого резистора, полученного при смещении ФШ резистивного слоя относительно проводящего слоя платы, показана на рис. 6а.

и

V/,

ы /

я

31 М

VI

И

и

и

еИ

а) 6} б)

Рис. 6. Формирование погрешности сопротивления ТПР за счет исключения КПП.

Абсолютная ЛКф и относительная ёКф погрешность коэффициента формы резистора Ксм находится по формулам:

Кф

АК Л, = — Кл =-;--КЛ

5К,,

*~фсм

АК.

Ф

\-[2т-5В' /(Кф + 2т-6В)] 1

-1,

Кф 1 - [2т ■ 5В /(Кф + 2т ■ &В)] где Кф, КфСМ - коэффициенты формы несмещенного (ЛВ = 0) резистора и резистора /?с„,- ЛВ - величина смещения резистивного слоя относительно проводящего слоя; 5В = ЛВ/Ь: т - число квадратов углового участка резистивного элемента резистора Я1. У

\

1В 24 30 36 42 48

У, ММ

а) б)

Рис 7. а) - неравномерность толщины пленки по оси У подложки: 1 - подложка, 2 - рези-стивный слой; б) - градиентная погрешность сопротивления ТПР

В п. 2.5 производится анализ технологических погрешностей физических параметров ТПР. Технологические (производственные) погрешности ТПР образуются

в процессе их изготовления. Основными видами этих погрешностей являются: погрешности удельного поверхностного сопротивления; погрешности длины и ширины ТПР. Рис. 7 показывает формирование градиентной погрешности удельного поверхностного сопротивления.

Процессы фотолитографии и травления формируют систематическую погрешность, которая приводит к уменьшению размеров тонкопленочных элементов МСБ. Профили фоторезиста и тонких пленок, получаемых в процессе фотолитографии и травления, показаны на рис. 8, где А1фж - систематическая погрешность размера топологического элемента.

- фотошаблон

- элемент фотошаблона

- фоторезист

- пленка

- подложка

А1ыс/2

Рис. 8. Профили фоторезиста и тонких пленок после фотолитографии и травления

В п. 2.6. разрабатывается физико-математическая модель сопротивления (1) ТПР и его погрешности (2).

Д = р

1+&1

_с

Ь-АЬ

- + R +R +R +R , к э п с

(1)

где А 1С, Л Ьс - систематические погрешности длины и ширины ТПР, Rn- контактное сопротивление, R3 - сопротивления электродов, R„ - сопротивление проводников, соединяющих электроды резистора с КП, обкладками конденсаторов или электродами других ТПР, Rc - погрешность за счет исключения КПП.

Формирование случайных погрешностей сопротивления ТПР происходит на следующих операциях: напыления резистивного слоя (¿р); напыления проводящего слоя (SRj); проведения первой фотолитографии и травления проводящей пленки (Sly, проведения второй фотолитографии и травления резистивной пленки (Sb). Эти события независимы друг от друга, поэтому для расчета случайной производственной погрешности может быть применен аппарат теории вероятностей.

В расчет половины поля допуска введем также систематическую градиентную погрешность 5рс = Spy тах /2, где 5ру тах - максимальное значение градиентной погрешности по оси Y подложки (рис. 7). Это вполне допустимо, если уменьшить величину р при напылении до значения р (1 - 8рс). Математическая модель половины поля допуска SR производственной относительной погрешности имеет вид:

SR = Spc +

R +R

I + -

/

R

SI2 +

R +R э n

R

8pi, (2)

В п. 2.7 осуществляется выбор конструкций ТПР. В результате проведенного анализа установлено, что согласно двух критериев: воспроизводимости сопротивления и занимаемой площади, лучшими формами ТПР для МСБ высокой плотности упаковки являются: резистор прямоугольной формы (Кф> 0,067)', 2 - образный рези-

стор (Кф > 20)\ резистор типа меандр (Кф > 40); гребенчатый резистор (0,01 <Кф< 0,067).

В третьей главе разрабатываются методы повышения качества тонкопленочной микросборки.

В п. 3.1. анализируются существующие способы изготовления ТПР методом фотолитографии, и разрабатывается новый третий способ, а также способ изготовления гребенчатого резистора (рис. 9). Эти способы защищены патентами РФ. Они основаны на применении дешевых проводящих структур, таких как У-А1, У-Си-М и обеспечивает точность формирования ширины ТПР, присущую первому способу. Отличие третьего способа (рис. 9,в) от известных состоит в том, что при второй фотолитографии фоторезистом защищают все проводники, резистивные элементы и КП, за исключением небольших участков КПП резистивного и проводящего слоя.

1-ая фотолитография 2-ая фотолитография 2-ое травление и травление

61 Третий способ изготойпенця ТПР

уиху/г^

/ / тт

/ /

/ / / /

/ / / •/ • /

/ / /

/ / /

/ / / / • /

/ / /

/ ^ / ■ /

/ / /

/ /

- ' // V

\

/ / /

/ • /

/ /

- / /

/ /•

/ /

/ /

/ /

/ /

/

^777

X -=

г! Способ изготобпения гребенчатого резистора

Чс лобные обозначения

У///\ - "Р'Ышш и [566$ - фмаремт

и ' ( (I контактные птшоаки 1ЛАЛ Д|

- резистийиыи ши

- подложка

Рис 9 Способы изготовления ТПР

В п. 3.2 разрабатываются способы компенсации систематических погрешностей тонкопленочных элементов. Рис. 10 демонстрирует необходимость компенсации систематических погрешностей коэффициента формы ТПР и невозможность их компенсации путем изменения удельного поверхностного сопротивления. В общем случае плата МСБ может содержать пять групп резисторов, отличающихся размерами и значением коэффициента формы, которые можно характеризовать различной

чувствительностью к систематическим и случайным погрешностям размеров или сопротивлению электродов. На рис. 10,а приведена диаграмма интервалов для каждой группы ТПР, из которой видно, что середина поля допуска 2-5 групп сдвинута вправо относительно середины поля допуска резисторов 1 группы на величину результирующей систематической погрешности. Это происходит вследствие накопления систематических погрешностей, характерной для этой группы. Данное явление приводит к резкому снижению выхода годных плат МСБ, что и демонстрирует рис. 10,6.

Нонер группы режторой

Ч-5

Ч -4

61,

Ч -3

.1 гь,

Ч-2

Ч - 1

Допуск. %

Номер ппти 1-1 -5

-Ю 0 Я 20 и ¡¡щск %

а) б)

Рис 10. а) Диаграмма интервалов групп резисторов, б) Диаграмма интервалов годных резисторов.

Первый способ компенсации. Иногда выход годных плат может быть повышен путем изменения в конструкторской документации номинальных значений сопротивлений ТПР, в соответствии с их точными значениями, которые можно рассчитать по формуле (1). Однако этот метод не всегда приемлем с точки зрения работоспособности устройства.

Второй способ компенсации применяется при проектировании эскизов топологии плат. При Кф>10 задаются шириной ТПР и определяют его длину:

I = Кф (Ь - ЛЬС)

При Кф <0,1 задаются длиной ТПР и определяют его ширину:

Ь=р(1+Л1,)/(Я-Я7)

Недостатком второго метода является низкая точность компенсации систематических погрешностей или увеличение размеров ТПР в диапазоне 0,1 <КФ < 10.

——

щ

Ш

а)

а) Увеличение размеров элементов фотошаблона для первой фотолитографии.

б)

в) Изменение размеров элементов фотошаблона для второй фотолитографии

Рис 11 Корректировка размеров элементов фотошаблонов 1 - КПП; 2 - резисгивный элемент, 3 - контактная плохцадка, 4 - контур элемента фотошаблона.

Третий способ компенсации. Радикальным способом повышения выхода годных плат является полная компенсация каждой систематической погрешности путем введения констант в программы изготовления ФШ (рис. 11).

В п.3.3 рассмотрены инструментальные погрешности сопротивления ТПР, которые интегрируются в элементы ФШ. Разработан метод оценки качества тонкопленочной платы, который основан на результатах измерения сопротивления резисторов и вычисления инструментальных погрешностей ТПР. Суть метода состоит в следующем.

1. На плате выбирают эталонный резистор Ш.

2. Задаются значением погрешности ЗКГ, отношения сопротивлений двух ТПР, обусловленной точечными дефектами (обычно 8Кд = 0,03).

3. Производят вычисление допустимой погрешности отношения сопротивлений эталонного и исследуемого резистора 1(2:

¿К = - 312)2 + (5ЪХ - + ЗКд,

4. Вычисляют фактическую относительную погрешность:

5ки = (мити~тт)/(т/ю.) = (шити)(ют)-1, где Ши, Я2и - измеренные сопротивления резисторов платы; Ш, Я2 - номинальные сопротивления этих же резисторов по конструкторской документации.

5. Если исследуемая плата содержит инструментальные погрешности ТПР, то выполняется следующее неравенство: ¡8Ки / > 5К.

Отличие данного метода от известных решений состоит в том, что он определяет не только качество изготовления платы, но и качество проектирования ее топологии и комплекта фотошаблонов.

В п.3.4 исследуются погрешности формирования тонкопленочных элементов. Разработаны конструкции тестовой схемы, тестовой платы (рис. 12) и алгоритмы расчета систематических и случайных погрешностей параметров ТПР: удельного поверхностного сопротивления, длины, ширины, а также погрешностей, вносимых сопротивлением электродов. Предлагаемые алгоритмы в отличие от известных позволяют дополнительно измерять сопротивление электродов прямоугольного и гребенчатого ТПР и разделить систематическую и случайную погрешности удельного поверхностного сопротивления. Разработанные алгоритмы имеют более высокую точность оценки погрешностей формирования структуры ТПР по сравнению с известными методами. Результаты измерений погрешностей параметров ТПР приведены в табл. 2.

0 2 13 X X 13 60 X т

а) б)

Рис 12 Конструкции а) тестовой схемы, б) тест-платы. 18

Систематические погрешности Случайные погрешности

брс, % ДЦ, мкм ДЬс, мкм Ом И,г, Ом 5р, % Д1, мкм ДЬ, мкм ДЯэп, Ом ЛГ<зг, Ом

3,35 8,59 3,05 1,54 0,42 9,74 7,14 2,57 1,71 0,33

В п.3.5 разрабатываются устройства для контроля качества приварки выводов микросхем на полиимидном носителе к КП платы, одно из которых показано на рис. 13.

Рис 13. Устройство со звуковым (световым) снгнатом' 1 - игла, 2 - стержень, 3 -наконечник; 4 - пружина, 5 - нижний корпус; 6 нижняя втулка. 7 - верхний корпус; 8 - хвостовик, 9 - верхняя втулка 10 - контакты.

Настройку устройства на заданное усилие 20 ± 2 г производят нижней и верхней втулками. При приложении к игле заданного усилия должна срабатывать звуковая или световая сигнализация. При контроле качества сварного соединения иглой устройства касаются боковой поверхности ленточного вывода в месте сварки, при этом иглу располагают под углом 30-60° к поверхности платы. Плавно перемещают нижний корпус в направлении иглы до тех пор, пока не услышат звуковой или не увидят световой сигнал. Если при этом отрыва вывода не произошло, то сварное соединение считается качественным.

В п.З.б проведен ан&чиз технологического процесса изготовления тонкопленочной платы с топологическими размерами менее 50 мкм, в результате которого выработаны следующие рекомендации, позволяющие повысить плотность упаковки МСБ.

• технологический процесс и комплекс оборудования для изготовления тонкопленочных плат с топологическими размерами 10-50 мкм останется в основном неизменным; для подгонки резисторов плат высокой плотности упаковки необходимо применение лазерных установок с диаметром луча 3-5 мкм;

• для повышения выхода годных плат необходимо доведение климатических норм производственных помещений до норм, характерных для производства ИС средней степени интеграции;

• необходимо внедрение установок напыления, обеспечивающих общую погрешность удельного поверхностного сопротивления для партии подложек не более 5%;

• широкое использование в МСБ пленок хрома, в качестве адгезионного и рези-стивного слоя, и алюминия, в качестве проводящего слоя, обеспечит снижение

19

трудоемкости, уменьшение сопротивления контактов и уменьшение ширины проводников;

• повышение точности изготовления тонкопленочных элементов достигается применением металлизированных и цветных ФШ;

• минимальная ширина ТПР может составить 3 мкм в случае применения сухого травления резистивной пленки;

• в большинстве случаев ТПР следует конструировать с номинальным значением коэффициента формы, что позволит повысить плотность упаковки, за счет исключения подгоночной части резистора. В качестве подгоночных резисторов можно использовать все рекомендуемые в главе 5 формы ТПР.

В четвертой главе произведена разработка конструктивно-технологических вариантов (КТВ) многоуровневых плат.

В п.4.1 разработано три КТВ многоуровневой платы с полимерной межуров-невой (МИ) и защитной (ЗИ). В первом КТВ выводы компонентов присоединяются к КП платы только сваркой (рис. 14), а в третьем только пайкой. Второй КТВ (рис. 14, 15) позволяет установку на плату смешанную комплектацию компонентов с различными способами соединения их выводов. Отличие предлагаемых конструкций от известных технических решений является то, что в качестве МИ и ЗИ применяется термостойкая, толстая (10-30 мкм) пленка органического диэлектрика, что позволяет осуществлять соединение выводов компонентов к КП, расположенным на МИ методами ультразвуковой сварки и пайки, а также исключает проколы изоляции, свойственные тонким пленкам. Новизна предлагаемых решений заключается еще и том, что межуровневые соединения могут осуществляться проволочными перемычками, приваренными ультразвуковой сваркой к КП разных уровней коммутации или путем заполнения припоем отверстий в изоляции, в которых находятся КП разных уровней коммутации.

Рис. 14. Соединения выводов компонентов сваркой В разных уровнях коммутации: 1 - подложка; 2 - КП первого уровня; 3 - МИ, 4 - КП второго уровня, 5 -ЗИ, 6 - окно в изоляции, 7 - выводы ИС.

Рис. 15 Соединение КП разных уровней коммутации припоем: 1 - подложка, 2 - первый уровень коммутации, 3 — МИ, 4 - второй уровень коммутации, 5 - ЗИ, 6 - припой, 7 - вывод ИС.

В п. 4.2 разработаны два КТВ кремниевых плат с двумя и тремя уровнями коммутации: двусторонняя плата с металлизацией переходных отверстий и монтажных поверхностей методом HAL (рис. 16) и плата с тремя уровнями коммутации (рис. 17). Отличие этих плат от известных решений состоит в формировании слоя диэлектрика из диоксида кремния толщиной 4-5 мкм за счет термического окисления кремния и ионно-плазменного напыления диоксида кремния на пластину. Кроме того, на одной или обеих поверхностях плат формируют ТПР. В двусторонней плате при металлизации отверстий методом HAL используется защитный слой из пленки хрома. Отличительными особенностями платы с тремя уровнями коммутации явля-

ется: формирование общей шины, как на диэлектрики, так и на кремнии; использование общей шины в качестве экрана, а самой платы в качестве несущей конструкции.

9

Рис. 16 Конструкция кремниевой платы С ТПР: 1 - кремниевая подложка, 2 - Оксид кремния. 3, 5 -хром,-4 - медь. 6-высокотемпературный припой, 7 - резистор; 8 - ЗИ, 9 - низкотемпературный припой, 10 - КП.

Б

п 8 П '

1 1 и 3 и

- .. . г .

1

4 А-А

Рис ] 7 Кремниевая плата с тремя уровнями коммутации: I - подложка, 2 - диоксид кремния, 3 -хром, 4 - алюминий, 5, 6, 7 - проводники общей шины на кремнии, 8 - проводник общей шины на диоксиде кремния, 9 - проволочная перемычка

Достоинством кремниевых коммутационных плат является то, что на них возможна установка как всех основных видов бескорпусных кристаллов и компонентов, так и компонентов в миникорпусах. Количество уровней этих плат может быть доведено до 4-5, путем применения органического диэлектрика в качестве МИ.

Применение кремниевых плат обеспечивает более высокую плотность упаковки МСБ по сравнению с печатными платами при сравнительно низкой их себестоимости. Сравнительный анализ показал, что установка миникорпусов с большим количеством выводов на кремниевую плату более выгодна, чем на печатную, так как при этом существенно уменьшается площадь платы, требуемая для трассировки этих компонентов.

В п. 4.2 разрабатываются способы монтажа многоуровневых плат с подложкой из кремния. Разработан способ монтажа БК с объемными организованными выводами на кремниевую плату. В отличие от известных способов, предлагаемое решение позволяет идеально согласовать по температурному коэффициенту линейного расширения кристалл и плату, а также исключить проблему разновысотности объемных выводов, что существенно улучшает качество и надежность МСБ. Впервые разработаны методы монтажа кремниевой многоуровневой платы: с низкой мощностью рассеяния (Руд < 2 Вт/см2), со средней мощностью рассеяния (2 < Рул < 10 Вт/см2), с большой мощностью рассеяния (10 < Руд < 20 Вт/см2) к основанию МСБ. Разработанные методы обеспечивают: согласование ТКЛР платы и основания, требуемый теплоотвод, вибропрочность, а также минимизацию массогабаритных характеристик МСБ.

В пятой главе проведена разработка методов проектирования тонкопленочной микросборки.

В п. 5.1 показаны особенности применения методов и алгоритмов, рассмотренных в главах 2-4 диссертации, на каждом из этапов проектирования МСБ. Разработан метод выбора номинального сопротивления ТПР при схемотехническом проектировании плат. Для того чтобы оценить площадь, занимаемую ТПР, от величины рассеиваемой в нем мощности экспериментально получены зависимости Б (Р) для ситалловых (рис. 18,а) и поликоровых (рис. 18,6) подложек.

Э, ммг

в, ии*

а) б)

Рис. 18 Зависимость занимаемой площади ТПР, изготовленного на а) ситалловой, б) поликоровой подложке, от рассеиваемой в нем мощности.

Величина перегрева резистора при значениях приведенных на рис. 18 составляет около 60°С. Применение данного метода обеспечивает увеличение процента выхода годных плат, а также минимизацию площади ТПР. Рассмотренные методы проектирования позволяют значительно улучшить качество разрабатываемой КД, а также оперативно выявлять расстройку технологического процесса изготовления плат. Отличие предлагаемых этапов проектирования МСБ от известных состоит в том, что их применение попытает плотность упаковки МСБ и улучшает качество их производства.

В п. 5.2 разработан интегрально-группой метод компоновки МСБ (рис. 19). В качестве основных критериев компоновки МСБ этим методом выбраны минимальная себестоимость изготовления плат и их максимальная плотность упаковки. В процессе компоновки МСБ решают следующие задачи:

- по определенным критериям группируют компоненты, для последующего их размещения на платах, конструируемых с минимальным количеством уровней коммутации в рамках двух вариантов: тонкопленочной технологии и технологии печатных плат;

- определяют размеры плат (ы);

- выбирают монтажную структуру, состоящую из материала платы определенной толщины и слоя соединяющего плату и металлическое основание МСБ;

- для выбранной монтажной структуры производят оценку теплового сопротивления кондукгивного тракта компонентов.

Рис. 19. Конструкция МСБ, разработанная иитегрально-групповьш методом компоновки

1-основание, 2-тонкопленочная плата, 3-однослойная печатная плата; 4-полупроводниковые приборы, 5 реактивные компоне1гты, б-межплатные перемычки

В п. 5.3 разработан метод расчета стационарного теплового режима тонкопленочной платы. Предложены тепловые модели (рис. 20, 22), тепловая схема (рис. 2 ]) и получены основные расчетные формулы для расчета температуры нагрева, а также собственного и наведенного перегревов компонентов и ТПР расположенных на плате. Получены формулы (3) для расчета теплового сопротивления кондуктивного тракта, а также формулы для расчета размеров зоны теплового влияния (ЗТВ) плоского источника тепла (ИТ). Отличие от известных методов расчета состоит в замене параметра «допустимая удельная мощность рассеяния» на параметр «тепловое со-

противление кондуктивного тракта» и переход от плоской тепловой модели к объемной. Это связано с тем, что удельная мощность рассеяния является функцией площади ТПР (рис. 23) или компонента.

I

д

•1 1

Л!

1

'-J Д

а) б) в)

Рис. 20. Тепловая модель платы для расчета собственного перегрева компонентов и ТПР. I - основание корпуса плат; 2 - соединительный слой 1; 3 - плата; 4 - резистор; 5 - соединительный слой 2; 6 - компонент, 7 - плоский источник тепла, 8 - зона теплового влияния

Ян К-1 Ркс

р ъГ тГ^ тс >

Рис. 21. Тепловая схема для расчета собственного перегрева компонентов и ТПР: к„ к„, к, - тепловые сопротивления кондуктивного тракта, верхней и нижней части платы, СС1, - тепловое сопротивление корпус - среда, Т„, Ти, Т„, Тс - температуры ИТ, нижней поверхности платы; основания и окружающей среды.

Объемная тепловая модель (рис. 22), состоит из правильной усеченной пирамиды (тепловое сопротивление верхней части платы) и трех параллелепипедов (тепловые сопротивления соединительного слоя (СС) 2, нижней части платы, CCI). Предложенная тепловая модель более адекватно отражает процесс отвода тепла от компонентов и ТПР. На основании этого размеры ТПР могут быть значительно уменьшены, а плотность упаковки МСБ увеличена.

Рис 22 Объемная тепловая модель монтажной структуры для расчета собственного перегрева ИТ.

L - CCI, 2 - нижняя часть платы. 3 - верхняя часть платы

j h -d + гЛ

R =R +R + & =---+ -Мг (3)

пс в н 1 ^ijS+ld) Àn(Js + 2d)2

где R№ R„, Ri - тепловые сопротивления кондуктивного тракта: верхней и нижней части платы, CCI; d - глубина теплового потока, распространяющегося под углом в 45°; S - площадь компонента или ТПР; ХГ1, Х\ - коэффициенты теплопроводности платы и CCI h„,hi - толщина платы и CCI r{ = h\/À\ - удельные тепловые сопротивление платы и CCI ;

R d R _ hn-d ^ =_JL_

hnJs(Js + 2d) " X(Js + 2d)2' 1 (4s + 2d)2

а) 6)

Рис. 23. Зависимость удельной мощности рассеяния резисгивной пленки от площади ТПР, изготовленных на: а) ситалле; б) поликоре.

В п. 5.4 разработан метод проектирования топологии тонкопленочной платы. Отличие от известных методов состоит в алгоритме расчета размеров ТПР (рис. 2426) и платы, а также в алгоритме проверочного расчета тепловых режимов компонентов и ТПР. Выбор размеров тонкопленочной платы должен производиться таким образом, чтобы разработанная схема мультипликации фотошаблонов занимала не менее 75-85% площади подложки и не выходила за пределы ее технологических полей.

m

YZA

1 /А <11

.......

w — " '

EZ

V7x

.1

■XZZ

'А

Рис. 24 Высокоомные ТПР: а)-ирямоугольный. а) 6)-Z-o6pa3Hbifl; в) -меандр

kl

б)

Рис 25. Низкоомные резисторы а) - прямоугольный; б) - гребенчатый

Рис. 26 Схема алгоритма расчета требуемого теплового сопротивления кондуктивного тракта.

Шестая глава посвящена вопросам применения методов и алгоритмов проектирования, изложенных в диссертации, в конструкциях микросборок датчиков первичной информации

В п. 6.1 разработаны требования к оформлению топологического чертежа тонкопленочной МСБ высокой плотности упаковки. Отличие этих требований от известных состоит в том, что каждый слой тонкопленочного элемента изображается в виде цветных линий, а не прямоугольников. Такой подход к выполнению топологического чертежа позволяет уменьшить масштабы и форматы чертежей, повысить удобство их чтения, снизить трудоемкость разработки чертежа и комплекта ФШ.

В п. 6.2-6.4 на основании требований п. 6.1 и методов, изложенных в главах 4, 5 диссертации впервые произведена разработка топологий плат пяти КТВ МСБ:

- МСБ с интегрально-групповым методом компоновки;

- двухуровневой платы с толстопленочной полимерной МИ, выводы компонентов которой присоединяются к КП платы ультразвуковой сваркой;

- двухуровневой платы с толстопленочной полимерной МИ, выводы компонентов которой присоединяются к КП платы ультразвуковой сваркой и пайкой;

- кремниевой двухуровневой платы с металлизацией переходных отверстий методом HAL;

- кремниевой трехуровневой платы с выполнением общей шины и экрана на кремнии.

Результатом этих разработок является повышение плотности упаковки МСБ и пьезоэлектрического дискового гироскопа по сравнению с прототипами (табл. 3).

Таблица 3. Повышение плотности упаковки в разработанных конструкциях.

Прибор Объем, см' Рост плотности упаковки Конструктивное решение

Прототип В диссертации

Микросборка интегрального акселерометра 0,79 0,52 1,53 Интегрально-групповой метод компоновки

Пьезоэлектрический дисковый гироскоп 11,88 5,50 2,16 Двухуровневая плата с толстопленочной полимерной МИ, выводы компонентов которой присоединяются к КП платы ультразвуковой сваркой

6,30 1,89 Двухуровневая плата с толстопленочной полимерной МИ, выводы компонентов которой присоединяются к КП платы ультразвуковой сваркой и пайкой

Микросборка интегрального акселерометра 0,79 0,41 1,93 Кремниевая двухуровневая плата с металлизацией переходных отверстий методом HAL

Микросборка акселерометра с индуктивным датчиком угла 0,84 0,13 6,67 Кремниевая трехуровневая плата с выполнением общей шины и экрана на кремнии

В п. 6.5 сформулированы новые нормы конструирования (табл. 4) и даны рекомендации по проектированию тонкопленочных МСБ, которые могут быть использованы как в отраслевых стандартах, так и стандартах предприятий.

Таблица 4. Существующие и рекомендуемые стандарты размеров тонкопленочных элементов.

Требование или ограничение Существующие Рекомендуемые стандарты для подложек

стандарты Ситалл Поликор Сапфир Кремний

1 Минимальная ширина пленочного 50 20 20 10 10

проводника, мкм

2. Минимальное расстояние между

пленочными элементами, располо- 50 20 20 10 10

женными в одном слое, мкм

3 Минимальные размеры КП, мкм 0,3 0,3 0,2 0,15 0,15

4. Минимальные размеры ТПР, обес-

печивающие допуск ± 10%, мкм.

- толщина - 0,04 0,08 0,04 0,04

- ширина (жидкое травление) 200 50 50 25 25

- ширина (сухое травление) - 20 20 10 10

- длина 300 100 100 50 50

5. Диапазон коэффициента формы 0,1-200 0,005-1000

ТПР

6 Толшина межуровневой полимер- 3-5 10-30

ной изоляции, мкм

7 Толшина диоксида кремния, мкм 1-1,5 I 1 1 4-5

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

В результате диссертационных исследований изложены научно обоснованные технические и технологические решения на основе микро и нанотехнологий по повышению плотности упаковки тонкопленочных МСБ, совокупность которых можно квалифицировать как новое крупное достижение в развитии микро- и наноэлектро-ники. Внедрение результатов диссертационной работы вносит значительный вклад в развитие экономики страны и повышение ее обороноспособности. В процессе выполнения работы получены следующие новые научные результаты.

1. На основе проведенного анализа современного состояния теории и практики проектирования, а также технологии тонкопленочных МСБ установлено, что ныне действующие стандарты РФ по МСБ отражают технический уровень 1980 гг. и сдерживают дальнейшие увеличение плотности упаковки, потому что за гранью этих стандартов находятся неизученные явления обусловленные:

• размерными погрешностями тонкопленочных элементов;

• отводом тепла от ТПР и компонентов;

• контактными явлениями в проводниках и резисторах;

• качеством межуровневых изолирующих слоев;

• обеспечением качества МСБ на этапах синтеза электрических схем, проектирования конструкции, технологического обеспечения производства.

2. Разработана теория ТПР с размерами менее 50 мкм. Полученные результаты позволяют повысить точность и стабильность сопротивления ТПР; расширить пределы коэффициента формы ТПР, проектируемых на одной плате, на два порядка; на порядок уменьшить размеры ТПР, существенно не изменяя при этом технологический процесс.

3. Разработаны методы повышения качества тонкопленочной МСБ, суть которых состоит в следующем. Разработан новый способ изготовления ТПР методом фотолитографии. Разработано три способа компенсации систематических погрешностей сопротивления ТПР. Разработан метод оценки качества тонкопленочной платы, который основан на результатах измерения сопротивления резисторов и вычисления инструментальных погрешностей ТПР. Разработаны методы и алгоритмы расчета систематических и случайных погрешностей параметров физической структуры ТПР. Разработаны устройства контроля качества сварных соединений.

4. Разработаны три КТВ многоуровневой платы с полимерной изоляцией: плата, на которую выводы компонентов монтируются только сваркой, плата со смешанным соединением выводов компонентов, плата, на которую выводы компонентов присоединяются только пайкой. Разработано два КТВ многоуровневой платы с подложкой из кремния. В качестве межуровневой изоляции во всех КТВ используется диоксид кремния толщиной 4-5 мкм. Первый вариант представляет собой двустороннюю плату и предполагает формирование ТПР, металлизацию переходных отверстий и монтажных поверхностей методом HAL. Второй вариант представляет собой трехуровневую плату и предполагает установку компонентов на обе ее поверхности, причем третий уровень коммутации и экран формируются на низкоомном кремнии. Разработан способ монтажа компонентов с матричными и периферийными выводами на плату из кремния. Разработаны варианты монтажа кремниевой платы с малой, средней и большой мощностями рассеяния на основание МСБ. Разработанные КТВ многоуровневых плат позволяют применять современные компоненты как в виде

БК, так и в миникорпусах с большим количеством выводов и малым шагом между выводами.

5. Сформулированы этапы проектирования тонкопленочных МСБ и рассмотрены их особенности. Разработан интегрально-групповой метод компоновки МСБ. Разработан метод расчета стационарного теплового режима тонкопленочной платы. Показано, что при уменьшении площади ТПР менее 2-3 мм2 удельная мощность рассеяния резистивной пленки не является информативным параметром для проектирования размеров ТПР. Взамен этого параметра предложено использовать тепловое сопротивление кондуктивного тракта источника тепла, расположенного на штате. Разработан метод проектирования топологии тонкопленочной платы.

6. Разработаны требования к оформлению топологического чертежа тонкопленочной МСБ высокой плотности упаковки. На основании этих требований и методов, изложенных в главах 4, 5 диссертационной работы впервые произведена разработка топологий плат пяти КТВ МСБ. На основе исследований проведенных в диссертационной работе сформулированы новые нормы конструирования и даны рекомендации по проектированию тонкопленочных МСБ, которые могут быть использованы как в отраслевых стандартах, так и стандартах предприятий.

Полученные результаты диссертационной работы имеют широкий диапазон применения в области проектирования и технологии:

• многокристальных модулей MKM-D, MKM-Si, МКМ-С;

• полупроводниковых ИС;

• микросистемной техники;

• датчиков первичной информации и др.

Примером применения результатов работы в МКМ-С и полупроводниковых ИС является расчет минимальных размеров пленочных и диффузионных резисторов по заданной мощности, а также расчет сопротивления контактов резистора. В микросистемной технике и датчиках первичной информации широко распространены тонкопленочные проводники и КП, которые могут быть существенно уменьшены в случае использования приведенных в настоящей работе методов и алгоритмов их расчета.

ОСНОВНЫЕ ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

Монография и учебное пособие 1 Спирин, В.Г. Проектирование и технология тонкопленочных микросборок с топологическими размерами 10-50 мкм1 Монография / В.Г Спирин - Арзамас: АГПИ, 2005,- 146 с. 2. Спирин, В.Г. Тонкопленочные резисторы многокркстальных модулей Учебное пособие / В Г. Спирин,- АПИ (филиал) НГТУ им. Р Е. Алексеева; Арзамас: Издательство ОО «Ассоциация ученых» г Арзамаса, 2007, 112 с.

Статьи в рецензируемых изданиях, рекомендованных ВАК

3 Спирин, В.Г. Исследование добротности и немоночастотности резонатора пьезоэлектрического дискового гироскопа / В Г. Спирин // Датчики и системы - 2004,- № 5,- С 43-45.

4 Спирин, В.Г. Собственные частоты колебаний резонатора пьезоэлектрического дискового гироскопа /В.Г. Спирин // Датчики и системы 2004,- № 8.- С 35-37

5 Спирин, В.Г. Расчет и исследование стационарного теплового режима тонкопленочной микросборки / В Г Спирин // Проектирование и технология электронных средств - 2005 - № 1.- С.27-32.

6 Спирин, В.Г. Проблемы проектирования и технологии тонкопленочных микросборок с топологическими размерами 10-50 мкм / В Г Спирин // Проектирование и технология электронных средств -2005 - № 2 - С 15-18.

7. Спирин, В.Г. Особенности проектирования микроэлектронной аппаратуры с микросборками высокой интеграции / В.Г. Спирин // Проектирование и технология электронных средств.-2005,- № 3,-С 7-11.

8. Спирин, В.Г. Исследование конструктивной погрешности сопротивления тонкопленочного резистора / В.Г. Спирин // Известия вузов. Электроника,- 2005.- № .6- С. 95-96.

9. Спирин, В.Г. Контактное сопротивление тонкопленочного резистора / В.Г. Спирин // Нано- и микросистемная техника.- 2007.- № 10.- С. 56-60

10. Спирин, В.Г. Исследование погрешностей определения параметров тонкопленочного резистора / В.Г. Спирин // Заводская лаборатория. Диагностика материалов,- 2008.- № 2,- С. 33-36.

11. Спирин, В.Г. Сопротивление электродов тонкопленочного резистора / В.Г. Спирин // Нано- и микросистемкая техника,- 2008,- № 7,- С. 19 - 24.

12. Спирин, В.Г. Тонкопленочные многоуровневые коммутационные платы с толстопленочной полимерной изоляцией / В.Г. Спирин // Вестник Московского авиационного института.-2008, т.15.-№3,- С 114-119.

Материалы международных конференций

13. Спирин, В.Г. Методы повышения плотности упаковки тонкопленочной микросборки / В.Г. Спирин // Материалы международной научно-технической конференции «Информационные системы и технологии - 2008»,- Н. Новгород, НГТУ 2008г.- С. 56.

14. Спирин, В.Г. Сопротивление контактов тонкопленочного резистора / В.Г. Спирин // Труды девятой международной научно-практической конференции «Современные информационные и электронные технологии - 2008», Т. 2,- Одесса, ОНПУ, 2008г.- С. 115.

15. Спирин, В.Г. Математическая модель сопротивления тонкопленочного резистора / В.Г Спирин // Труды международной научно-технической конференции «Пассивные электронные компоненты-2008»,-Н. Новгород, НПО «Эркон», 2008г.- С. 158-162.

16. Спирин, В.Г. Методы оценки качества тонкопленочной платы / В.Г. Спирин // Труды международного симпозиума «Надежность и качество - 2008», Т. 2,- Пенза, ПГУ, 2008г - С. 5-8.

17. Спирин, В.Г. Технология двухуровневой кремниевой платы микросенсоров / В.Г. Спирин // Труды Восьмого международного симпозиума «Интеллектуальные системы (1№ГЕЬ5'2008)», Россия, Нижний Новгород, НГТУ им. Р.Е Алексеева, 2008г.- С. 664-668.

18. Спирин, В.Г. Контроль структурных погрешностей тонкопленочных элементов / В.Г. Спирин // 18-ая Всероссийская научно-техническая конференция с международным участием «Неразру-шающий контроль и техническая диагностика». Н. Новгород, НГТУ, 2008 - С. 101-102.

19 Спирин, В.Г. Технология тонкопленочной микросборки акселерометра / В.Г. Спирин // 7-ая международная конференция «Авиация и космонавтика - 2008», Москва, МАИ, 2008,- С. 167.

Авторские свидетельства и патенты:

20. А.с. 1589743 СССР. Устройство для контроля качества приварки вводов и выводов микросхем / В.С. Кораблев, В.Г. Спирин, В.З Гончаров,- 01.05.90.

21. А.с. 1795740 СССР, МКИ5 в 01 N 27/02. Способ измерения влажности / В.Г Спирин-08.10.90

22. А.с. 1628836 СССР, МКИ3 Н 05 К 3/00. Способ изготовления многослойной платы / В.С. Кораблев, В.Г. Спирин- 15.10.90.

23. Заявка № 4799691. Устройство для контроля качества приварки вводов и выводов микросхем / В.Г. Спирин - Решение о выдаче патента РФ от 15.06.92.

24. Заявка № 4915519 от 01.03.91 г Способ изготовления платы / Кораблев В.С., В Г. Спирин. -Решение о выдаче патента РФ от 22.06.92.

25. Пат. 2213383 РФ, МПК7 Н 01 С 17/00 Способ изготовления тонкопленочных резисторов / В Г Спирин,- 27.09.2003

26. Пат, 2231150 РФ, МПК7 Н 01 С 7/00, 17/00 Тонкопленочный резистор и способ его изготовления / В Г. Спирин,- 20 06.2004.

27. Пат. 2244969 РФ, МПК7 НОС 7/00, 17/00 Тонкопленочный резистор / В.Г. Спирин, В.И Чи-пурин,- 20.01.2005

28. Пат. 2218555 РФ, МПК7 О 01 С 19/56, в 01 Р 9/04. Пьезоэлектрический дисковый гироскоп / В.Г. Спирин - 10.12 2003.

Статьи, опубликованные в зарубежном журнале

29. Спирин, В.Г. Метод компоновки плат микросборки / В Г Спирин И Технология и конструирование в электронной аппаратуре,- 2004,- №1,- С. 11-13.

30. Спирин, В.Г. Математические модели сопротивления тонкопленочпого резистора с размерами 50 мкм / В.Г, Спирин // Технология и конструирование в радиоэлектронной аппаратуре.- 2004,- № 2.-С. 14-16.

31. Спирин, В.Г. Компенсация систематических погрешностей тонкопленочных элементов через элементы фотошаблона / В.Г Спирип // Технология и конструирование в электронной аппаратуре,- 2004,- № 4.- С. 9-11.

32. Свирин, В.Г. Опенка производственных погрешностей тонкопленочных элементов / В.Г. Спирин // Технология и конструирование в электронной аппаратуре 2004,- № 4.- С. 50-53.

33. Спирин, В.Г. Метод проектирования топологии тонкопленочной микросборки с размерами пленочных элементов 10-50 мкм / В.Г Спирин // Технология и конструирование в электронной аппаратуре. .-2004 - № 5.- С. 6-10.

34. Спирин, В.Г. Перспективы развития тонкопленочных мшсросборок / В.Г. Спирин // Технология и конструирование в радиоэлектронной аппаратуре.-2005.- № 1.- С 3-6.

35. Спирии, В.Г. Конструкторско-технологические варианты коммутационных плат с подложкой из кремния ! В.Г. Спирин И Технология и конструирование в радиоэлектронной аппаратуре -2005,- № 1,- С. 48-50.

36. Спирин, В.Г. Монтаж микросборок с подложкой из кремния / В.Г. Спирин // Технология и конструирование в радиоэлектронной аппаратуре.- 2005,- № 2 - С. 46-48.

Статьи

37. Спирин, В.Г. Влияпие конструктивно-технологических факторов на адгезионную прочность тонких пленок / В.Г. Спирин. B.C. Кораблев, B.C. Новиков // Технология авиационного приборо- и агрегатостроения. Производственно-технический сборник Выл 3, 1989,- С. 47-48.

38. Спирин, В.Г. Методы определения коэффициента формы тошеопленочиых резисторов при проектировании и изготовлении гибридных интегральных схем / В.Г. Спирин // Технология авиационного приборо- и агрегатостроения. Производственно-технический сборник. Вып2, 1990,- С. 66-68.

39. Синрин, В.Г. Повышение стабильности тонкопленочных резисторов / В.Г. Спирин, В С Кораблев // Приборы и системы управления. № 3, 1990,- С. 39-40.

40. Спирин, В.Г. Расчет стационарного теплового режима тонкопленочной микросборки / В Г. Спирин // Вестник МВВО. Серия: Высокие технологии в радиоэлектронике, информатике и связи Н.Новгород 2003,-Выпуск 1(9).-С 15-19.

41. Спирин, В.Г. Способы изготовления тонкопленочных резисторов / В Г. Спирин // Вестник МВВО. Серия Высокие технологии в радиоэлектронике, информатике и связи. Н. Новгород 2003,- Выпуск 1(9).- С. 7-10.

42 Спирин, В.Г. Оценка влияния сопротивления электродов на погрешность тонкопленочного резистора / В.Г. Спирин // Вестник МВВО. Серия: Высокие технологии в радиоэлектронике, информатике и сеязи. Н. Новгород. 2003 - Выпу ск 1(9).- С. 11-14.

43 Спирпн, В.Г. Ключевые проблемы миниатюризации в проектировании аналоговых тонкопленочных микросборок и возможные пути их решения / В Г. Спирин // Электронная промышленность.-2005. № 1. С. 50-54.

44. Спирии, В.Г. Выбор конструкций тонкопленочных резисторов для микросборок высокой интеграции / В Г Спирин // Электронная промышленность,- 2005,- № 1. С 55-59 45 Спирин, В.Г. Влияние ошибок еозмещения на погрешность сопротивления тонкопленочного резистора / В.Г Спирин // Электронная промышленность,- 2005 - № 1 С 60-62.

Материалы конференций 46. Синрин, В.Г. Повышение качества и воспроизводимости тонкопленочных элементов в приборостроении / В.Г. Спирин, В А Шаров // Повышение качества и эффективности в машино- и при-боростроетт Материалы юбилейной научно-технической конференции с участием международных специалистов АТНРФ, НГТУ. Н Новгород, 1997т,-С 150-151.

л

47. Спирин, В.Г, Особенности проектирования тонкопленочных резисторов ГИС / В.Г. Спирин В.А. Потехин, Н.П. Ямпурин // Научно-техническая конференция факультета информационных систем и технологий. Тезисы докладов. - Н. Новгород. НГТУ, 1998г.- С. 34-35.

48. Спирин, В.Г. Особенности расчета РИС высокой интеграции / В.Г. Спирин, Н.П. Ямпурин // Наука - производству: современные задачи управления, экономики, технологии и экологии в ма-шино- и приборостроении. Сборник материалов Всероссийской научно-технической конференции, посвященной 30-летию Арзамасского филиала НГТУ. - Арзамас, 1998. - С. 252.

49. Потехии, В.А. Расчет числа квадратов резистора сложной формы / В.А. Потехин, В.Г. Спирин, Б.Д. Шурыгин // Материалы Всероссийской научно-технической конференции, посвященной 30-летию Арзамасского филиала НГТУ. 24-25 ноября 1998г. - С. 250,251.

50. Спирин, В.Г. Коммутационные платы с подложкой из кремния для информационных систем / В.Г. Спирин // Информационные технологии в промышленности и учебном процессе,- Сборник материалов выездной сессии седьмой научно-технической конференции, Москва-Арзамас, МГОУ, Арзамасский филиал НГТУ, 2004,- С. 46-47.

51. Спирин, В.Г. Оценка инструментальных погрешностей сопротивления тонкопленочного резистора / В.Г. Спирин // Прогрессивные технологии в машино- и приборостроении. Межвузовский сборник статей по материалам Всероссийской НТК с участием международных специалистов. Н. Новгород - Арзамас, НГТУ - АФ НГТУ, 2003, С 363-365.

52. Спирин, В.Г. Исследование погрешностей функций тонкопленочных резисторов / В.Г. Спирин, Н.П. Ямпурин // Прогрессивные технологии в машино- и приборостроении. Межвузовский сборник статей по материалам Всероссийской НТК с участием международных специалистов. Н. Новгород - Арзамас, НГТУ - АФ НГГУ, 2003, С 358-362.

53. Спирин, В.Г. Особенности схемотехнического проектирования тонкопленочных микросборок / В.Г. Спирин // Прогрессивные технологии в машино- и приборостроении. Межвузовский сборник статей по материалам Всероссийской НТК с участием международных специалистов. Н. Новгород - Арзамас, НГТУ - АФ НГТУ, 2003, С 370-372.

54. Потехин, В.А. Расчет функции числа квадратов углового участка тонкопленочного резистора / В.А. Потехин, В.Г. Спирин, Шурыгин Б.Д. // Прогрессивные технологии в машино- и приборостроении. Межвузовский сборник статей по материалам Всероссийской НТК с участием международных специалистов. Н. Новгород - Арзамас, НГТУ - АФ НГТУ, 2003, С 366-369.

55. Спирин, В.Г. Особенности проектирования электронных преобразователей датчиков первичной информации / В.Г. Спирин // Труды Российского научно-технического общества радиотехники, электроники и связи имени A.C. Попова. Серия: Научная сессия, посвященная дню Радио. - М., 2005,- Вып. 60-2,- С. 71-75.

56. Спирин, В.Г. Интегрально-групповой метод компоновки микросборки / В.Г. Спирин // Прогрессивные технологии в машино- и приборостроении. Межвузовский сборник статей по материалам Всероссийской научно-технической конференции. - Нижний Новгород-Арзамас: НГТУ-АПИ НГТУ, 2007.-С. 436-443.

57. Спирин, В.Г. Компенсация систематических погрешностей тонкопленочных элементов / В Г. Спирин // Труды Российского научно-технического общества радиотехники, электроники и связи имени A.C. Попова. Серия: Научная сессия, посвященная дню Радио. - М., 2008,- Вып. 63.- С. 350352.

58. Спирин, В.Г. Контроль структурных погрешностей тонкопленочных элементов / В.Г. Спирин // Неразрушающий контроль и техническая диагностика: тезисы докладов 18-й Всероссийской конференции с международным участием. Н. Новгород.- М.: Машиностроение, 2008.- С. 101-102.

59. Спирин, В.Г. Многоуровневые платы с толстопленочной изоляцией / В.Г. Спирин // V межрегиональная научно-практическая конференция «Современные информационные и телекоммуникационные технологии в образовании, науке и технике», Арзамасский филиал Современной гуманитарной академии, 2008.- С 275-281.

г Арзамас, ул. Севастопольская 15. Подписано к печати 14 10 08. Формат 60x84/16. Усл. Печ. Листов 2. Тираж 100 экз. Заказ №

ВВЕДЕНИЕ.

1. Анализ современного состояния проектирования и технологии тонкопленочных микросборок.

1.1. Состояние, проблемы и пути повышения плотности упаковки тонкопленочной микросборки.

1.2. Состояние и тенденции развития элементной базы для поверхностного монтажа.

1.3. Состояние, проблемы и пути развития проектирования и технологии тонкопленочных элементов.

1.4. Состояние, проблемы и пути развития проектирования тонкопленочных микросборок.

1.5. Состояние, проблемы и пути развития методов повышения качества тонкопленочных плат.

1.6. Выводы, цели и задачи диссертационной работы.~.

2. Исследование влияния конструктивно-технологических факторов на сопротивление тонкопленочного резистора.

2.1. Элементы конструкции тонкопленочного резистора.

2.2. Сопротивление контактов тонкопленочного резистора.

2.3. Сопротивление электродов тонкопленочного резистора.

2.4. Исследование влияния контактных площадок перекрытия резистивного и проводящего слоев.

2.5. Анализ технологических погрешностей сопротивления тонкопленочного резистора.

2.6. Разработка математической модели сопротивления тонкопленочного резистора.

2.7 Выбор конструкций тонкопленочных резисторов.

Выводы.

3. Разработка методов повышения качества тонкопленочной микросборки.

3.1. Разработка способа изготовления тонкопленочного резистора.

3.2. Разработка способов компенсации систематических погрешностей тонкопленочных элементов.

3.3. Разработка метода оценки качества тонкопленочной платы.

3.4. Исследование погрешностей формирования структуры тонкопленочных элементов.

3.5. Разработка устройств для контроля качества сварных соединений.

3.6. Особенности технологического процесса изготовления тонкопленочной платы с топологическими размерами менее 50 мкм.

Выводы.

4. Разработка конструктивно-технологических вариантов многоуровневых плат.

4.1. Разработка конструктивно-технологических вариантов многоуровневой платы с толстопленочной полимерной изоляцией.

4.1.1. Обоснование выбора материала и толщины межуровневой изоляции.

4.1.2. Разработка конструкций и технологий многоуровневых плат.

4.2. Разработка конструктивно-технологических вариантов платы с подложкой из кремния.

4.2.1. Двусторонняя плата с металлизацией переходных отверстий и монтажных поверхностей методом HAL.

4.2.2. Плата с тремя уровнями коммутации.

4.2.3. Сравнение плотности упаковки кремниевой и печатной платы.

4.3. Разработка способов монтажа многоуровневых плат с подложкой из кремния.

4.3.1. Особенности монтажа многоуровневых плат.

4.3.2. Монтаж компонентов с матричным расположением выводов на плату.

4.3.3. Монтаж многоуровневой платы с низкой мощностью рассеяния

Руд < 2 Вт/см2) к основанию микросборки.

4.3.4. Монтаж многоуровневой платы со средней мощностью рассеяния

2 < РУд < 10 Вт/см2) к основанию микросборки.

4.3.5. Монтаж многоуровневой платы с большой мощностью рассеяния

10 < Руд < 20 Вт/см2) к основанию микросборки.

Выводы.

5. Разработка методов проектирования тонкопленочной микросборки.

5.1. Особенности и этапы проектирования.

5.1.1. Особенности разработка принципиальной электрической схемы.

5.1.2. Особенности компоновки микросборки.

5.1.3. Особенности других этапов проектирования тонкопленочной микросборки.

5.2. Разработка интегрально-группового метода компоновки микросборки.

5.3. Разработка метода расчета стационарного теплового режима тонкопленочной платы.

5.3.1. Физические ограничения при построении тепловых моделей.1.

5.3.2. Разработка метода расчета наведенного перегрева.

5.3.3. Разработка метода расчета собственного перегрева.

5.3.4. Экспериментальное определение теплового сопротивления кондуктивного тракта.

5.4. Разработка метода проектирования топологии тонкопленочной платы.

5.4.1. Исходные данные для проектирования топологии тонкопленочной платы.

5.4.2. Выбор габаритных размеров платы.

5.4.3. Этапы разработки топологии платы.

5.4.4. Разработка метода расчета размеров тонкопленочного резистора.

5.4.5. Особенности трассировки платы.

5.4.6. Разработка метода проверочного расчета теплового режима платы.

Выводы.

6. Применение методов и алгоритмов проектирования в конструкциях микросборок датчиков первичной информации.

6.1. Разработка требований к оформлению топологического чертежа тонкопленочной платы.

6.2. Разработка топологии плат интегрального акселерометра методом интегрально-групповой компоновки.

6.3. Разработка топологии двухуровневых плат пьезоэлектрического дискового гироскопа.

6.4. Разработка топологии кремниевых микросборок для акселерометра.

6.4.1. Разработка топологии кремниевой платы с двумя уровнями коммутации.

6.4.2. Разработка топологии кремниевой платы с тремя уровнями коммутации.

6.5. Рекомендации по разработке стандартов предприятия по проектированию и изготовлению тонкопленочных микросборок с высокой плотностью упаковки.

Выводы.

Актуальность исследования. Создание надежных высококачественных радиоэлектронных средств (РЭС) при минимальных производственных затратах стало возможным благодаря современной технологии микроэлектроники. Основными конструктивными единицами РЭС в настоящее время являются большая полупроводниковая интегральная схема (БИС) и микросборка (МСБ). Причем эти конструктивные единицы имеют различную степень интеграции находящуюся в диапазоне от 2 до 10.

Основным направлением развития микро- и наноэлектроники является повышение степени интеграции БИС и МСБ. У ведущих мировых производителей размеры элементов БИС уменьшаются примерно вдвое каждые 5 лет. Полупроводниковая промышленность РФ отстает от указанной тенденции. Тем не менее, в России к 2005 г. освоили размеры 0,3 мкм, что позволило создать 64-разрядный процессор с 3,4 млн. элементов в кристалле [1]. Несмотря на затяжной экономический кризис, размеры элементов БИС в РФ, за последние 20 лет уменьшились в 5 раз. В то же время как номинальные размеры проводников и резисторов тонкопленочных МСБ на большинстве Российских предприятий, за редким исключением, остались практически неизменными и составляют 0,2-0,3 мм. Следует отметить, что наша страна утратила свое лидирующее положение в производстве МСБ и микроблоков к концу 80-х годов XX века, когда в зарубежной печати появились сообщения по созданию многокристальных модулей с многоуровневой разводкой и размерами проводников 5-25 мкм [2, 3].

Увеличение степени интеграции БИС неизбежно приводит к увеличению количества их выводов. Уже стало нормой количество выводов 68 и 84. Имеются сообщения о компонентах с числом выводов свыше 1000. На практике с ростом количества выводов компонентов растет площадь межсоединений коммутационной платы. Поэтому для повышения плотности упаковки плат современных цифровых устройств актуальным является создание многоуровневой тонкопленочной коммутации, а также повышение плотности межсоединений, что может быть достигнуто как за счет уменьшения ширины проводников, так и за счет уменьшения расстояния между ними. 4

Вопросы проектирования и технологии тонкопленочных МСБ рассмотрены в работах зарубежных и отечественных авторов: Г. .Холлэнда, Р. Берри, П. Холла, М. Гарриса, J1. Майссела, Р. Глэнга, Б.Ф. Высоцкого, JI.A. Коледова, А.И. Коробова, О.Е. Бондаренко, В.Ф. Борисова, А.С. Назарова, А.В. Фомина, В.Н. Сретенского, Г.Я. Гуськова, Г.А. Блинова, И.Н. Воженина, В.П. Лаврищева, В.Н. Черняева, В.А. Волкова, Ю.П. Ермолаева, И.П. Бушмин-ского, JI.H. Колесова, З.Ю. Готра, И.Е. Ефимова, И.Я. Козыря, Ю.Н Горбунова и других.

Большинство миниатюрных аналоговых устройств, например, электронные блоки датчиков первичной информации, высокоразрядные АЦП и ЦАП, усилители и генераторы СВЧ выполняется в виде МСБ на основе тонкопленочной технологии. Технология тонкопленочных МСБ была разработана в 60-х годах XX века и по существу в России остается неизменной до настоящего времени. В качестве материалов подложек традиционно используются ситалл и поликор, которые по своим физическим свойствам, например, пористости, не способны обеспечить ширину линий менее 15-25 мкм.

Минимальный размер чип-резистора для поверхностного монтажа составляет 0,25x0,25 мм, то есть близок к размерам тонкопленочного резистора (ТПР). В то же время современные технологии и оборудование в России могут обеспечивать размеры ТПР до 1-3 мкм и пока этот потенциал не используется. В основном это связано с отставанием методов проектирования ТПР и МСБ в целом.

Поэтому появилась настоятельная необходимость анализа существующих конструкций и технологий тонкопленочных МСБ и создания новых конструктивно-технологических решений, которые бы способствовали разработки новых норм конструирования и изготовления МСБ.

Для того чтобы оценить прогресс развития конструкций используют удельные показатели качества. В связи с тем, что плотность упаковки [4] является главным показателем уровня интеграции того или иного конструктива, то в данной работе в качестве основного критерия будет применяться именно это показатель.

Таким образом, научная проблема, которая решается в данной работе, заключается в устаревшем методологическом подходе к проектированию и производству тонкопленочных МСБ, который сдерживает рост их плотности упаковки. Решение проблемы особенно актуально для авиационной, космической и военной техники, где стоимость одного килограмма приборов достигает сотни тысяч и даже миллионы рублей. Актуальность работы подтверждается тем, что рассматриваемая проблема относится к приоритетным направлениям развития науки, технологии и техники в РФ до 2015 г., утвержденными 21.05.06 президентом РФ.

Объектом исследования являются тонкопленочные МСБ и гибридные интегральные микросхемы (ГИС). Учитывая, что в проектировании и производстве МСБ и ГИС применяют единые технологические и конструктивные решения, то в дальнейшем будем применять только термин МСБ как более распространенный.

Предметом исследования являются модели, методы и алгоритмы проектирования, технология и конструкции тонкопленочных элементов, плат и МСБ.

Цель и задачи исследований. Целью диссертационной работы является разработка теоретических и методологических основ конструкторско-технологического проектирования и производства тонкопленочных МСБ высокой плотности упаковки, совокупность которых можно квалифицировать как новое крупное достижение в развитии микро- и наноэлектрони-ки.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие основные задачи:

1. Выполнить анализ современного состояния проектирования и технологии тонкопленочных элементов, плат и МСБ, выявить проблемы и разработать новые подходы к их решению.

2. Исследовать влияние конструктивно-технологических факторов на сопротивление ТПР, на основании чего уточнить теоретическую модель сопротивления ТПР и его погрешности.

3. Разработать методы обеспечения качества тонкопленочных элементов, плат и МСБ при возрастании плотности упаковки.

4. Разработать конструктивно-технологические варианты тонкопленочных многоуровневых плат и МСБ.

5. Разработать методы и алгоритмы проектирования тонкопленочных МСБ с высокой плотностью упаковки.

6. Применить полученные методы и алгоритмы проектирования к разработке конструкций МСБ датчиков первичной информации.

Методы исследований. Для решения поставленных задач используются: математический аппарат численного и аналитического моделирования, методы теории допусков, теории вероятностей и математической статистики, математический аппарат теории цепей, методы теплового моделирования и расчета тепловых режимов конструкций МСБ, а также экспериментальные методы исследования.

Основные новые научные положения, выносимые на защиту:

1. Математическая модель ТПР, включающая в себя:

- систематические погрешности формирования физической структуры ТПР;

- контактное сопротивление;

- сопротивление электродов;

- систематическую погрешность, за счет исключения контактных площадок перекрытия резистивного и проводящего слоя.

2. Конструкция гребенчатого резистора.

3. Методы повышения качества тонкопленочных МСБ, включающие в себя:

- способ изготовления ТПР методом двойной фотолитографии;

- способы компенсации систематических погрешностей тонкопленочных элементов;

- метод оценки качества тонкопленочной платы;

- метод определения погрешностей формирования структуры тонкопленочных элементов;

- устройство контроля качества сварных соединений.

4. Конструктивно-технологические варианты многоуровневых плат, включающие в себя:

- платы с толстопленочной полимерной изоляцией;

- платы с подложкой из кремния.

5. Методы проектирования тонкопленочной МСБ, включающие в себя:

- интегрально-групповой метод компоновки;

- метод расчета стационарного теплового режима;

- метод проектирования топологии платы.

Научная новизна полученных результатов заключаются в следующем:

1. На основе проведенного анализа современного состояния теории и практики проектирования, а также технологии тонкопленочных МСБ выявлены основные проблемы и показаны пути их решения. Показано, что основной проблемой, которая сдерживает рост плотности упаковки МСБ в настоящее время, является не столько уровень технологии и оборудования, а устаревшие модели, методы и алгоритмы проектирования и производства тонкопленочных МСБ. Сформулированы основные методы повышения плотности упаковки тонкопленочных МСБ.

2. Разработана теория ТПР с размерами менее 50 мкм, основные положения которой заключается в следующем. Уточнены математические модели сопротивления ТПР и его погрешности для диапазона частот до 300 МГц. В новые модели дополнительно входят систематические погрешности формирования удельного поверхностного сопротивления, длины, ширины, сопротивление электродов, систематическая погрешность за счет исключения контактных площадок перекрытия резистивного и проводящего слоя. Разработана модель контактного' сопротивления ТПР, в которую входят сопротивления резистивной, адгезионной и проводящей пленки конструкции контакта. Отличие от известных моделей состоит в непосредственном расчете сопротивления участков контакта.

Предложена конструкция гребенчатого ТПР, которая защищена двумя патентами РФ. Особенностью данной конструкции является то, что прямоугольные резистивные элементы?-находятся между двумя встречно расположенными гребенчатыми электродами, а контактные площадки резистора расположены на минимальном расстоянии от электродов. Впервые разработаны модели сопротивления электродов для прямоугольного и гребенчатого ТПР. Впервые исследовано влияние контактных площадок перекрытия резистивного и проводящего слоев на сопротивление ТПР. Установлено, что при Кф > 10 и Кф < 0,1 контактные площадки перекрытия могут быть исключены из конструкции резистора без ухудшения точности получения сопротивления.

3. Разработаны методы повышения качества тонко пленочной платы, суть которых состоит в следующем. Разработан способ изготовления ТПР методом двойной фотолитографии, который защищен патентом РФ. Отличие этого способа от известных состоит в том, что при второй фотолитографии фоторезистом защищают все проводники, резистивные элементы и контактные площадки, за исключением небольших участков контактных площадок перекрытия резистивного и проводящего слоя. Разработаны способы компенсации систематических погрешностей тонкопленочных элементов, которые в отличие от известных способов не ухудшают плотность упаковки и не повышают себестоимость изготовления МСБ. Разработан метод оценки качества тонкопленочной платы. Отличие данного метода от известных решений состоит в том, что он определяет не только качество изготовления платы, но и качество проектирования ее топологии и комплекта фотошаблонов. Разработаны методы и алгоритмы оценю! погрешностей параметров физической структуры ТПР. Предлагаемые методы и алгоритмы в отличие от известных позволяют определять сопротивление электродов прямоугольного и гребенчатого ТПР и систематическую погрешность удельного поверхностного сопротивления. Разработанные алгоритмы имеют более высокую точность оценки погрешностей формирования структуры ТПР.

4. Разработаны конструктивно-технологические варианты тонкопленочных многоуровневых плат с толстопленочной полимерной изоляцией. Отличительной особенностью этих плат является то, что выводы компонентов присоединяются непосредственно к контактным площадкам того или иного уровня коммутации. В результате образуется небольшое число межу-ровневых соединений, которые осуществляются либо с помощью проволочных перемычек, либо припоем. Выводы компонентов и проволочные перемычки присоединяются к контактным площадкам, расположенным на втором и последующих уровнях, с помощью ультразвуковой сварки или пайки.

Разработаны конструктивно-технологические варианты тонкопленочных многоуровневых плат с подложкой из кремния. Отличие этих плат от известных решений состоит в формировании слоя диэлектрика из диоксида кремния толщиной 4-5 мкм за счет термического окисления кремния и ионно-плазменного напыления диоксида кремния на пластину. Кроме того, на одной или обеих поверхностях плат формируют ТПР. В двусторонней плате при металлизации отверстий методом HAL используется защитный слой пленки хрома. Отличительными особенностями платы с тремя уровнями коммутации является: формирование общей шины, как на диэлектрики, так и на кремнии; использование общей шины в качестве экрана, а самой платы в качестве несущей конструкции. Впервые разработаны методы монтажа многоуровневых плат с подложкой из кремния.

5. Разработаны методы проектирования топологии тонкопленочных МСБ. Впервые разработан интегрально-групповой метод компоновки МСБ. Разработан метод расчета стационарного теплового режима тонкопленочной платы. Отличие от известных методов состоит в замене параметра «допустимая удельная мощность рассеяния» на параметр «тепловое сопротивление кондуктивного тракта» и переход от плоской тепловой модели к объемной. Объемная тепловая модель, состоит из правильной усеченной пирамиды и трех параллелепипедов. Разработан метод проектирования топологии МСБ. Отличие от известных методов состоит в алгоритме расчета размеров ТПР и алгоритме проверочного расчета тепловых режимов компонентов и ТПР.

6. Впервые разработаны топологии многоуровневых плат тонкопленочных МСБ:

• МСБ с интегрально-групповым методом компоновки;

• двухуровневых плат с толстопленочной полимерной изоляцией;

• кремниевой двухуровневой платы с металлизацией переходных отверстий методом HAL;

• кремниевой трехуровневой платы с выполнением общей шины и экрана на кремнии.

Достоверность и обоснованность полученных в работе результатов обеспечены: использованием известных положений фундаментальных наук, строгими математическими доказательствами, адекватностью разработанных моделей реальным физическим и технологическим процессам; подтверждены совпадением теоретических результатов с экспериментальными данными, не противоречащими исследованиям других авторов. Полученные результаты базируются на хорошо отработанных в промышленности типовых технологических процессах микроэлектроники и подтверждаются успешной апробацией на научно-технических конференциях и публикацией основных положений в ведущих научно-технических журналах. Многие технические решения внедрены в производство и учебный процесс, а также защищены а.с. СССР и патентами РФ.

Практическая значимость результатов работы заключается в следующем:

1. Повышена плотность упаковки тонкопленочных МСБ за счет:

- уменьшения топологических норм проектирования тонкопленочных элементов в 5-20 раз;

- увеличения на два порядка диапазона отношения сопротивлений Ямакс/Кмшъ изготавливаемых на одной плате;

- выбора и разработки конструкций ТПР с минимальной площадью и высокой точностью изготовления;

- разработкой конструктивно-технологических вариантов плат с многоуровневой раз-' водкой.

2. Предложенные автором методы, модели и алгоритмы позволяют повысить качество МСБ и снизить себестоимость их изготовления.

3. Теоретические и научные результаты работы доведены до инженерных решений в виде методов проектирования и конкретных конструктивов тонкопленочных МСБ. Сформулированы основные требования и нормы конструирования для нового стандарта по тонкопленочным МСБ.

Реализация результатов работы. Результаты диссертационной работы в виде стандарта предприятия, конструкторских и технологических документов, изобретений, учебных пособий, лекций внедрены на предприятиях и в высших учебных заведениях: Арзамасском ОАО НПП «Темп-Авиа», Чебоксарском НПП «Элара», Пензенском НИИ Электромеханических приборов, Нижегородском НПП «Салют-27», Арзамасском политехническом институте (филиале НГТУ), Нижегородском государственном техническом университете, Пензенском государственном университете.

Апробация работы. Основные положения и результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на следующих научно-технических конференциях (НТК):

НТК "Повышение качества и эффективности в машино- и приборостроении", г. Н. Новгород, 1997г.

Всероссийской НТК, посвященной 30-летию Арзамасского филиала НГТУ: "Наука - производству: современные задачи управления, экономики, технологии и экологии в машино- и приборостроении", г. Арзамас, 1998г.

Всероссийской НТК с участием международных специалистов. Н. Новгород — Арзамас, НГТУ - АФ НГТУ, 2003г.

НТК «Информационные технологии в промышленности и учебном процессе», г. Арзамас, 2004г.

НТК «Проблемы современной микроэлектроники», с. Б. Болдипо, 2004г.

LX научной сессии, посвященной дню радио, Российского НТО радиотехники, электроники и связи им. А.С. Попова, г. Москва, МТУ СИ, 2005г.

Всероссийской НТК с участием международных специалистов. Н. Новгород — Арзамас, НГТУ - АФ НГТУ, 2007г.

V межрегиональной научно-практической конференции «Современные информационные и телекоммуникационные технологии в образовании, науке и технике», Арзамасский филиал Современной гуманитарной академии, 2008г.

Международной НТК «Пассивные электронные компоненты-2008», г. Н. Новгород, ОАО НПО«ЭРКОН».

Международной НТК «Информационные системы и технологии-2008», г. Н. Новгород, НГТУ им. Р.Е. Алексеева.

63-й научной сессии, посвященной дню радио, Российского НТО радиотехники, электроники и связи им. А.С. Попова, г. Москва, МТУ СИ, 2008г.

9-й международной научно-практической конференции «Современные информационные и электронные технологии-2008», Одесский национальный политехнический университет.

Международном симпозиуме «Надежность и качество», ПГУ, г. Пенза.

8-м международном симпозиуме «Интеллектуальные системы-2008», », МГТУ им. Баумана, г. Н. Новгород, НГТУ им. Р.Е. Алексеева.

18-й Всероссийской НТК с международным участием «Неразрушающий контроль и техническая диагностика-2008», г. Н. Новгород, НГТУ им. Р.Е. Алексеева.

7-й Международной НТК «Авиация и космонавтика-2008», г. Москва, МАИ.

Публикации. По результатам научных исследований опубликовано 73 научных работы, в том числе 1 монография, 1 учебное пособие, 38 научных статей и 10 тезисов докладов.

29 статей опубликованы в центральных и зарубежных периодических изданиях и сборниках научных трудов. Из них 10 статей опубликовано в научно-технических журналах РФ, рекомендованными ВАК Минобразования: «Проектирование и технология электронных средств», «Датчики и системы», «Известия вузов. Электроника», «Заводская лаборатория. Диагностика материалов», «Нано- и микросистемная техника», «Вестник МАИ» и 8 статей опубликовано в Украинском рецензируемом научно-техническом журнале «Технология и конструирование в радиоэлектронной аппаратуре», включенном в список ВАК Украины.

Новизна и практическая значимость результатов выполненных исследований подтверждены 9-ю изобретениями, в том числе 3-мя авторскими свидетельствами СССР, 2-мя положительными решениями на получение патента РФ, 4-я патентами РФ. Кроме того, материалы исследований, связанных с диссертацией, представлены в 14 отчетах по НИР и ОКР.

Личный вклад. Все выносимые на защиту результаты и положения, составляющие основное содержание диссертационной работы разработаны и получены лично автором или при его непосредственном участии.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, шести глав, заключения, списка литературы из 222 наименований и приложений. Общий объем работы без учета приложений составляет 214 страниц. Диссертация содержит 69 рисунков и 54 таблицы.

Выводы

1. Разработаны требования к оформлению топологического чертежа тонкопленочной МСБ с высокой плотностью упаковки. Отличие этих требований от известных состоит в том, что каждый слой тонкопленочного элемента изображается в виде цветных линий, а не прямоугольников. Такой подход к выполнению топологического чертежа позволяет уменьшить масштабы и форматы чертежей, повысить удобство их чтения, снизить трудоемкость разработки чертежа и комплекта ФШ.

2. На основании требований п. 6.1 и методов, изложенных в главах 4, 5 настоящей работы впервые произведена разработка топологий плат пяти КТВ МСБ:

- МСБ с интегрально-групповым методом компоновки;

- двухуровневой платы с толстопленочной полимерной МИ, выводы компонентов которой присоединяются к КП платы ультразвуковой сваркой;

- двухуровневой платы с толстопленочной полимерной МИ, выводы компонентов которой присоединяются к КП платы ультразвуковой сваркой и пайкой;

- кремниевой двухуровневой платы с металлизацией переходных отверстий методом

HAL;

- кремниевой трехуровневой платы с выполнением общей шины и экрана на кремнии. Результатом этих разработок является повышение плотности упаковки МСБ и ПДГ по сравнению с прототипами (табл. 6.13).

3. На основе исследований проведенных в диссертационной работе сформулированы новые нормы конструирования и даны рекомендации по проектированию тонкопленочных МСБ, которые могут быть использованы как в отраслевых стандартах, так и стандартах предприятий.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В результате диссертационных исследований изложены научно обоснованные технические и технологические решения на основе микро и нанотехнологий по повышению плотности упаковки тонкопленочных МСБ, совокупность которых можно квалифицировать как новое крупное достижение в развитии микро- и наноэлектроники. Внедрение результатов диссертационной работы вносит значительный вклад в развитие экономики страны и повышение ее обороноспособности. В процессе выполнения работы получены следующие новые научные результаты.

1. На основе проведенного анализа современного состояния теории и практики проектирования, а также технологии тонкопленочных МСБ установлено, что ныне действующие стандарты РФ по МСБ отражают технический уровень 1980 гг. и сдерживают дальнейшие увеличение плотности упаковки, потому что за гранью этих стандартов находятся неизученные явления обусловленные:

• размерными погрешностями тонкопленочных элементов;

• отводом тепла от ТПР и компонентов;

• контактными явлениями в проводниках и резисторах;

• качеством межуровневых изолирующих слоев;

• обеспечением качества МСБ на этапах синтеза электрических схем, проектирования конструкции, технологического обеспечения производства.

2. Разработана теория ТПР с размерами менее 50 мкм. Полученные результаты позволяют повысить точность и стабильность сопротивления ТПР; расширить пределы коэффициента формы ТПР, проектируемых на одной плате, на два порядка; на порядок уменьшить размеры ТПР, существенно не изменяя при этом технологический процесс.

3. Разработаны методы повышения качества тонкопленочной МСБ, суть которых состоит в следующем. Разработан новый способ изготовления ТПР методом фотолитографии. Разработано три способа компенсации систематических погрешностей сопротивления ТПР. Разработан метод оценки качества тонкопленочной платы, который основан на результатах измерения сопротивления резисторов и вычисления инструментальных погрешностей ТПР. Разработаны методы и алгоритмы расчета систематических и случайных погрешностей параметров физической структуры ТПР. Разработаны устройства контроля качества сварных соединений.

4. Разработаны три КТВ многоуровневой платы с полимерной изоляцией: плата, на которую выводы компонентов монтируются только сваркой, плата со смешанным соединением выводов компонентов, плата, на которую выводы компонентов присоединяются только пайкой. Разработано два КТВ многоуровневой платы с подложкой из кремния. В качестве межуровневой изоляции во всех КТВ используется диоксид кремния толщиной 4-5 мкм. Первый вариант представляет собой двустороннюю плату и предполагает формирование ТПР, металлизацию переходных отверстий и монтажных поверхностей методом HAL. Второй вариант представляет собой трехуровневую плату и предполагает установку компонентов на обе ее поверхности, причем третий уровень коммутации и экран формируются на низкоомном кремнии. Разработан способ монтажа компонентов с матричными и периферийными выводами на плату из кремния. Разработаны варианты монтажа кремниевой платы с малой, средней и большой мощностями рассеяния на основание МСБ. Разработанные КТВ многоуровневых плат позволяют применять современные компоненты как в виде БК, так и в миникорпу-сах с большим количеством выводов и малым шагом между выводами.

5. Сформулированы этапы проектирования тонкопленочных МСБ и рассмотрены их особенности. Разработан интегрально-групповой метод компоновки МСБ. Разработан метод расчета стационарного теплового режима тонкопленочной платы. Показано, что при уменьшении площади ТПР менее 2-3 мм удельная мощность рассеяния резистивной пленки не является информативным параметром для проектирования размеров ТПР. Взамен этого параметра предложено использовать тепловое сопротивление кондуктивного тракта источника' тепла, расположенного на плате. Разработан метод проектирования топологии тонкопленочной платы.

6. Разработаны требования к оформлению топологического чертежа тонкопленочной МСБ высокой плотности упаковки. На основании этих требований и методов, изложенных в главах 4, 5 настоящей работы впервые произведена разработка топологий плат пяти КТВ МСБ. На основе исследований проведенных в диссертационной работе сформулированы новые нормы конструирования и даны рекомендации по проектированию тонкопленочных МСБ, которые могут быть использованы как в отраслевых стандартах, так и стандартах предприятий.

Полученные результаты диссертационной работы имеют широкий диапазон применения в области проектирования и технологии:

• многокристальных модулей MKM-D, MKM-Si, МКМ-С;

• полупроводниковых ИС;

• микросистемной техники;

• датчиков первичной информации и др. ( ,

Примером применения результатов работы в МКМ-С и полупроводниковых ИС является расчет минимальных размеров пленочных и диффузионных резисторов по заданной мощности, а также расчет сопротивления контактов резистора. В микросистемной технике и датчиках первичной информации широко распространены тонкопленочные проводники и КП, которые могут быть существенно уменьшены в случае использования приведенных в настоящей работе методов и алгоритмов их расчета.

ПЕРЕЧЕНЬ ПРИНЯТЫХ СОКРАЩЕНИЙ

АСП - автоматизированная система проектирования;

БГИС - большая гибридная интегральная схема;

БИС — большая интегральная схема;

БК - бескорпусной кристалл;

ГАТ - глубокое анизотропное травление;

ГИС - гибридная интегральная схема;

ЗИ - защитная изоляция;

ЗТВ - зона теплового влияния;

ИС - интегральная схема;

ИТ - источник тепла;

КП - контактная площадка;

МИ - межуровневая изоляция;

МКМ - много кристальный модуль;

МСБ - микросборка;

МЭА - микроэлектронная аппаратура;

РЭ - резистивный элемент;

РЭС - радиоэлектронное средство;

П - плата;

КПП - контактная площадка перекрытия резистивного и проводящего слоя; КТВ - конструктивно-технологический вариант; СБИС - сверхбольшая интегральная схема;

СС1 - соединительный слой 1 (соединяющий плату и корпус МСБ);

СС2 - соединительный слой 2 (соединяющий корпус компонента и плату);

ТПР - тонкопленочный резистор;

ТКС - температурный коэффициент сопротивления;

ТЭ - тестовый элемент;

УЗС - ультразвуковая сварка;

ФШ - фотошаблон.

ПЕРЕЧЕНЬ ПРИНЯТЫХ УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ

Ъ, I - ширина и длина ТПР;

Ъ0 - ширина зазора между проводником и резистором;

ЛВ - абсолютная погрешность несовмещения резистивного фотошаблона относительно проводящего слоя тонко пленочной платы; d - глубина распространения теплового потока под углом 45° в верхней поверхности платы; ширина ЗТВ;

Л1С, АЬС - систематическая абсолютная погрешность длины и ширины ТПР; Л1, ЛЬ - случайная абсолютная погрешность длины и ширины ТПР;

Лр - абсолютная погрешность удельного поверхностного сопротивления; dR - половина поля допуска на номинальное сопротивление ТПР; R3 — сопротивление электродов; др - случайная относительная погрешность удельного поверхностного сопротивления; дрс - систематическая относительная погрешность удельного поверхностного сопротивления по оси Y подложки;

Кф - коэффициент формы ТПР; дК0 - относительная погрешность отношения сопротивления двух резисторов идентичной формы;

Li, Ьм - минимальная длина и ширина ТПР, определяемые технологией; 13, Ъ3 - длина и ширина ЗТВ; h, А„- коэффициент теплопроводности СС1, СС2, платы; hi, К - толщина СС1, СС2 и платы; т - число угловых участков ТПР; Р -мощность рассеяния компонентом или ТПР; Ро - удельная мощность рассеяния резистивной пленки; Рп - мощность, рассеиваемая всеми ИТ платы;

Рд - допустимая удельная мощность рассеяния резистивной пленкой;

R - номинальное сопротивление ТПР;

RK - контактное сопротивление резистор - проводник; р - удельное поверхностное сопротивление резистивной пленки;

Рп - удельное поверхностное сопротивление проводящей пленки; г - общее удельное тепловое сопротивление монтажной структуры СС2-П-СС1;

Г2, r„, г1 - удельные тепловые сопротивления СС2, платы, СС1;

R„c - тепловое сопротивление кондуктивного тракта монтажной структуры П-СС1;

Re, R„, R] - тепловые сопротивления кондуктивного тракта: верхней и нижней части платы, СС1; RKC, RPn - тепловое сопротивление корпус - среда и р-n перехода;

Rm - требуемое тепловое сопротивление кондуктивного тракта для отвода тепла от плоского ИТ, которое образуется вследствие собственного и наведенного перегрева; Яф - фактическое тепловое сопротивление кондуктивного тракта; S - площадь компонента или ТПР; SUc - площадь ИС; о f

S0 - площадь подложки; S„ - Площадь платы МСБ; Ти - температура нагрева плоского ИТ; Тп - средняя температура платы МСБ;

Тд, Трп Тю Т0 - максимально допустимая температура: плоского ИТ, р-n перехода, корпуса компонента, основания корпуса МСБ;

AT с - приращение температуры ИТ, вызванное собственным перегревом; АТнп - приращение температуры ИТ, вызванное наведенным перегревом; AT - приращение температуры ИТ, вызванное собственным и наведенным перегревом. f

1. Динамика радиоэлектроники / под общ. Ред. Ю.И. Борисова. М.: Техносфера, 2007.- 400 с.

2. Конструирование радиоэлектронных средств. / под ред. А.С. Назарова. М.: Изд-во МАИ, 1996. -380 с.1. Глава 1

3. Физические основы надежности интегральных схем. /Под ред. Ю.Г. Миллера. М.: Советское радио, 1976.- 320 с.

4. Власов, В.Е. Системы технологического обеспечения качества компонентов микроэлектронной аппаратуры / В.Е. Власов, В.П. Захаров, А.И. Коробов.- М.: Радио и связь, 1987. 158 с.

5. Коледов, Л.А. Технология и конструкции микросхем, микропроцессоров и микросборок. / Л.А.'Коледов. М.: Радио и связь, 1989.- 400 с.

6. Дворников, О. Полупроводниковый дифференциальный термоэлектрический преобразователь / О. Дворников // CHIP News.- 2004. № 8. - С. 34-39.

7. Маргелов, А. Магниторезистивные датчики положения компании Honeywell / А. Марге-лов // CHIP News.- 2005. № 3. - С. 60.

8. Горлов, М. Микроэлектронный датчик влажности / М. Горлов, Д. Ануфриев, Н. Шишкина // CHIP News.- 2007. № 4. - С. 27-29.

9. Бартенев, В. Аналоговые датчики температуры влажности и давления / В. Бартенев, М. Бартенев // Современная электроника,- 2006. № 6.- С. 26-31.

10. Ядевич, А. Платиновые тонкопленочные датчики температуры фирмы Heraus Sensor Technology / А. Ядевич // Современная электроника.- 2006. № 6.- С. 36-39.13. 1 Харин, В. Микросборка 2600ВГ2ФТ / В. Харин // CHIP News.- 2007. № 5. - С. 52-58.

11. Федорков, Б.Г. Микросхемы ЦАП и АЦП: функционирование, параметры, применение / Б.Г.Федорков, В.А. Телец.- М.: Энергоатомиздат, 1990.- 280 с.

12. Микросхема К427ПА5Т АДБК.431320.965 ТУ. Информационный лист, www.niiemp.ru.

13. Микроэлектронная аппаратура на бескорпусных интегральных микросхемах, /под ред. И.Н. Воженина. М.: Радио и связь, 1985.- 264с.

14. Гуськов, Г.Я. Монтаж микроэлектронной аппаратуры./ Г.Я. Гуськов, Г.А. Блинов, А.А. Газаров. М.: Радио и связь, 1986. - 176 с.

15. Компоненты и сборка. 11 специалистов обсуждают будущее много кристальных модулей // Электроника.- 1993.-№ 11-12.- С. 67-76.

16. Дорошевич, К.К. Многокристальные модули: конструкция, технология, перспектива / К.К. Дорошевич, В.К. Дорошевич, В.А. Телец // Главный инженер: управление промышленным производством. 2004.- №2.-С. 24-27.

17. Дорошевич, К.К. Многокристальные модули — новое конструктивно-технологическое направление в развитии комплектующих изделий /К.К. Дорошевич, В.К. Дорошевич, В.А. Телец// Технологическое оборудование и материалы. 1998.-№4.-С. 24-27.

18. Моро, У. Микролитография. / У. Моро М.: Мир, 1990. - Т.1, 2,- 1240 с.

19. ОСТ107.460084.200 88. Микросборки. Общие требования и нормы конструирования.

20. Леухин, В.Н. Компоненты для монтажа на поверхность: справочное пособие / В.Н. Ле-ухин. Йошкар-Ола: МарГТУ, 2006.- 300 с.

21. Гудинаф, Ф. Емкостный датчик ускорения, выполненный на основе сочетания объемных и поверхностных микроструктур / Ф. Гудинаф // Электроника.- 1993.- № 11-12.- С. 86-87.

22. Бухтев, А. Структурные ASIC виток эволюции БМК или готовая платформа для создания систем на кристалле / А. Бухтев, С. Морозов, С. Соколов // CHIP News.- 2004. - № 8. - С. 517.

23. Пат. 2218555 РФ, МПК7 G 01 С 19/56, G 01 Р 9/04. Пьезоэлектрический дисковый гироскоп /В.Г. Спирин,- 10.12.2003.

24. Мэнгин, Ч.-Г. Технология поверхностного монтажа: пер. с англ. / Ч.-Г. Мэнгин, С. Мак-леланд. М.: Мир, 1990,- 276 с.

25. Леухин, В.Н. Радиоэлектронные узлы с монтажом на поверхность: конструирование и технология: учебное пособие / В.Н. Леухин. Йошкар-Ола: МарГТУ, 2006.- 248 с.

26. Деспотули, А. Суперконденсаторы для электроники (часть 2) / А. Деспотули, А. Андреева // Современная электроника.- 2006. № 6.- С. 46-51.

27. Каталог продукции ОАО «Эркон», 2008.

28. Ревков, А. Факторы, влияющие на стоимость печатных плат / А. Ревков // CHIP News.-2006. № 8. - С. 63-65.

29. Конструирование аппаратуры на БИС и СБИС. / под ред. Б.Ф. Высоцкого и В.Н. Сретенского. М.: Радио и связь ,1989.- 272 с.

30. Резисторные и конденсаторные микросборки / Ю.В.Зайцев, А.Т. Самсонов, Н.М. Решетников и др.- М.: Радио и связь, 1991.- 200 с.

31. Основы проектирования микроэлектронной аппаратуры. / под ред. Б.Ф. Высоцкого. М.: Сов. радио, 1978.- 352 с.

32. Холленд, Г. Технология тонких пленок: пер. с англ./ Г. Холленд. М.: Мир, 1962. - 386 с.

33. Левин, С. Основы полупроводниковой микроэлектроники, пер. с англ./ С. Левин; под ред. Маслова А.А. М.: Сов. радио, 1966. - 243 с.

34. Слуцкая, В.В. Тонкие пленки в технике СВЧ. / В.В. Слуцкая. М.: Советское Радио, 1967.- 456 с.

35. Введение в микроэлектронику. / под ред. И.П. Степаненко. М.: Сов. радио, 1968. — 320 с.

36. Пленочная микроэлектроника. / под ред. Холлэнда Л.; пер. с англ. под ред. Елинсона М.И.- М.: Мир, 1968. -367с.

37. Иванов-Есипович, Н.К. Технология микросхем. / Н.К. Иванов-Есипович. М.: Высш. школа, 1972. - 256 с.

38. Жиров, Г.А. Технология гибридных интегральных схем. / Г.А. Жиров Киев: Вища школа, 1976. - 240 с.

39. Гимпельсон, В.Д. Тонкопленочные микросхемы для приборостроения и вычислительной техники. / В.Д. Гимпельсон, Ю.А. Радионов. М.: Машиностроение, 1976.- 328 с.

40. Готра, З.Ю. Технологические основы гибридных интегральных схем. / З.Ю. Готра, Э.М. Мушкарден, Л.М. Смеркло Львов: Вища школа, 1977. - 168 с.

41. Данилин, Б.С. Вакуумное нанесение тонких пленок. / Б.С. Данилин. М.: Энергия, 1977. -312 с.

42. Спирин, В.Г. Математические модели сопротивления тонкопленочного резистора с размерами 50 мкм / В.Г. Спирин // Технология и конструирование в радиоэлектронной аппаратуре.-2004.- №2.- С. 14-16.

43. Спирин, В.Г. Расчет стационарного теплового режима тонкопленочной микросборки / В.Г. Спирин // Вестник МВВО. Серия: Высокие технологии в радиоэлектронике, информатике и связи. Н. Новгород, 2003.- Выпуск 1(9).- С. 15-19.

44. Материалы микроэлектронной техники: учеб. пособие для вузов. / под ред. В.М. Андреева. М.: Радио и связь, 1989. - 352 с.

45. Справочник по электротехническим материалам / под ред. Ю.В. Корицкого, В.В. Пасын-кова, Б.М. Тарасова. Том 2. - М.: Энергоатомиздат, 1987.- 369 с.

46. Справочник по электротехническим материалам / под ред. Ю.В. Корицкого, В.В, Пасын-кова, Б.М. Тарасова. Том 3. - М.: Энергоатомиздат, 1988. - 728 с.

47. Скубилин, М.Д. Проблемы ресурсосбережения и экологической безопасности в гальванотехнологии / М.Д. Скубилин, А.В. Письменов, Б.А. Гусев // Технология и конструирование в радиоэлектронной аппаратуре.-2004.-№ 2.-С. 46-51.

48. Спирин, В.Г. Ключевые проблемы миниатюризации в проектировании аналоговых тонкопленочных микросборок и возможные пути их решения / В.Г. Спирин // Электронная промыш-ленность.-2005. № 1. - С. 50-54.

49. Спирин, В.Г. Перспективы развития тонкопленочных микросборок / В.Г. Спирин // Технология и конструирование в радиоэлектронной аппаратуре.-2005.- № 1.- С 3-6.

50. Спирин, В.Г. Проектирование и технология тонкопленочных микросборок с топологическими размерами 10-50 мкм: Монография / В.Г. Спирин.- Арзамас: АГПИ, 2005.- 146 с.

51. Спирин, В.Г. Тонкопленочные резисторы многокристальных модулей: Учебное пособие / В.Г. Спирин.- АПИ (филиал) НГТУ им. Р.Е. Алексеева; Арзамас: Издательство ОО «Ассоциация ученых» г. Арзамаса, 2007, 112 с.

52. Матсон, Э.А. Справочное пособие по конструированию микросхем. / Э.А. Матсон, Д.В.i

53. Крыжановский. — Минск: Вышэйшая школа, 1982.- 224 с.

54. Ефимов, И.Е. Микроэлектроника / И.Е. Ефимов, И.Я. Козырь, Ю.И. Горбунов.- М.: Высш. шк., 1987.-416 с.

55. Ермолаев, Ю.П. Конструкция и технология микросхем. / Ю.П. Ермолаев, М.Ф. Пономарев, Ю.Г. Крюков. М.: Радио и связь, 1980.- 256 с.

56. Готра, З.Ю. Подгонка пленочных резисторов микросхем / 3.10. Готра, И.Я. Хромяк, А.Н. Войтехов // Зарубежная электронная техника. 1985.- Вып. 1(284).- С. 30-74.

57. Берри, Р. Тонкопленочная технология. / Р. Берри, П. Холл, М. Гаррис. М.: Энергия, 1972.- 336 с.

58. Добронравов, О.Е. Итерактивные системы проектирования гибридных интегральных микросхем. / О.Е. Добронравов, О.Ф. Цурин, В.П. Трофимов. М.: Энергоатомиздат, 1985.- 120 с.

59. Конструирование и технология микросхем. Курсовое проектирование. / под ред. Коледова Л.А. М.: Высш. школа, 1984.-231 с.

60. Спирин, В.Г. Выбор конструкций тонкопленочных резисторов для микросборок высокой интеграции / В.Г. Спирин // Электронная промышленность.- 2005.- № 1. С. 55-59.

61. Борисенко, А.С. Технология и оборудование для производства микроэлектронных устройств: учебник для техникумов. / Борисенко А.С., Бавыкин Н.И. М.: Машиностроение, 1983, -320 с.

62. Бондаренко, О.Е. Конструктивно-технологические основы проектирования микросборок / О.Е. Бондаренко, Л.М. Федотов.- М.: Радио и связь, 1988.- 136 с.

63. Спирин, В.Г. Способы изготовления тонкопленочных резисторов / В.Г. Спирин // Вестник МВВО. Серия: Высокие технологии в радиоэлектронике, информатике и связи. Н. Новгород, 2003.- Выпуск 1(9).- С. 7-10.

64. Пат. 2213383 РФ, МПК7 Н 01 С 17/00. Способ изготовления тонкопленочных резисторов / В.Г. Спирин.- 27.09.2003.

65. Технология тонких пленок. Справочник. / под ред. Л. Майсела, Р. Глэнга; пер. с англ. под ред. М.И. Елинсона и Г.Г. Смолко. М.: Советское радио, 1977. - Т.1. - 667 с.

66. Технология тонких пленок. Справочник. / под ред. Л. Майсела, Р. Глэнга; пер. с англ. под ред. М.И. Елинсона и Г.Г. Смолко. М.: Советское радио, 1977. - Т.2. - 768 с.

67. Колесов, Л.Н. Введение в инженерную микроэлектронику. / Л.Н. Колесов. М.: Советское радио, 1974.- 280 с.

68. Гильмутдинов А.Х. Модели оценки пленочных контактов и резисторов с распределенными параметрами / А.Х. Гильмутдинов, Ю.П. Ермолаев.- Казань: ЗАО «Новое знание», 2005,76 с.

69. Спирин, В.Г. Контактное сопротивление тонкопленочного резистора / В.Г. Спирин // На-но- и микросистемная техника.- 2007.- № 10.- С. 56-60.

70. Спирин, В.Г. Сопротивление контактов тонкопленочного резистора / В.Г. Спирин // Труды девятой международной научно-практической конференции «Современные информационные и электронные технологии 2008». - Одесса, ОНПУ, 2008. - Т.2. - С. 115.

71. Яшин, А.А. Конструирование микроблоков с общей герметизацией. / А.А. Яшин. М.: Радио и связь, 1985.- 100 с.

72. Спирин, В.Г. Метод компоновки плат микросборки / В.Г Спирин // Технология и конструирование в электронной аппаратуре.- 2004,- №1.- С. 11-13.

73. ТХ0.735.062 ТУ. Подложки из ситалла марки СТ50-1. Технические условия.

74. Алексенко, А.Г. Основы проектирования микроэлектронной аппаратуры. / А.Г Алексен-ко., С.С. Бадулин, Л.Г. Барулин и др. под. ред. Б.Ф. Высоцкого. М.: Советское радио, 1978.-351с.

75. Роткоп, Л.Л. Обеспечение тепловых режимов при конструировании радиоэлектронной аппаратуры. / Л.Л. Роткоп, Ю.Е. Спокойный. М.: Советское радио, 1976.- 230 с.

76. Чернышев, А.А. Обеспечение тепловых режимов изделий электронной техники. / А.А. Чернышев, В.Н. Иванов, А.И. Аксенов, Д.И. Глушенкова. М.: Энергия, 1980.- 216 с.

77. Гусев, В.П. Технология радиоаппаратостроения. / В.П. Гусев. М.: Высшая школа, 1972.496 с.

78. Фомин, А.В. Технология, надежность и автоматизация производства БГИС и микросборок. /А.В. Фомин, Ю.И. Боченков, В.А. Сорокопуд. М.: Радио и связь, 1981,- 352 с.

79. Кривошейкин, А.В. Точность параметров и настройка аналоговых радиоэлектронных цепей. / А.В. Кривошейкин. М.: Радио и связь, 1983.- 136 с.

80. Коробов, А.И. Применение тестовых схем для оперативного контроля технологического процесса изготовления резистивных структур ГИС / А.И. Коробов, А.В. Иванов, М.И. Пассов. // Электронная техника. Сер.З: Микроэлектроника.- 1985.- Вып.4(116).- С. 86-91.

81. Спирин, В.Г. Оценка производственных погрешностей тонкопленочных элементов / В.Г. Спирин // Технология и конструирование в электронной аппаратуре. 2004.- № 4.- С. 50-53.

82. Спирин, В.Г. Исследование погрешностей определения параметров тонкопленочного резистора / В.Г. Спирин // Заводская лаборатория. Диагностика материалов.- 2008.- № 2.- С. 33-36.

83. Спирин, В.Г. Математическая модель сопротивления тонкопленочного резистора / В.Г. Спирин // Труды международной научно-технической конференции «Пассивные электронные компоненты 2008».- Н. Новгород, НПО «Эркон», 2008,- С. 158-162.

84. Васильев, И.И. Проектирование и изготовление резисторов для ГИС в массовом производстве / И.И. Васильев // Обмен производственно-техническим опытом.- 1986.- Вып. 12.- С. 6667.

85. Спирин, В.Г. Компенсация систематических погрешностей тонкопленочных элементов через.элементы фотошаблона / В.Г. Спирин // Технология и конструирование в электронной аппаратуре,- 2004.- № 4,- С. 9-11.

86. Спирин, В.Г. Компенсация систематических погрешностей тонкопленочных элементов /

87. B.Г. Спирин // Труды Российского научно-технического общества радиотехники, электроники и связи имени А.С. Попова. Серия: Научная сессия, посвященная дню Радио. М., 2008.- Вып. 63.1. C. 350-352.

88. Спирин, В.Г. Разработка методов и алгоритмов проектирования тонкопленочных микросборок высокой интеграции: Дис.канд. техн. наук: 05.27.05 / В.Г. Спирин.- Арзамас, 1999. -142 с.

89. Спирин, В.Г. Методы повышения плотности упаковки тонкопленочной микросборки / В.Г. Спирин // Материалы международной научно-технической конференции «Информационные системы и технологии 2008».- Н. Новгород, НГТУ, 2008.- С. 56.1. Глава 2

90. Лугин, А.Н. Электрическое сопротивление контакта тонкопленочных резисторов / А.Н. Лугин, М.М. Оземша // Технология и конструирование в радиоэлектронной аппаратуре.-2006.-№ 6.-С. 15-20.

91. Лугин, А.Н. Конструкторско-технологические основы проектирования тонкопленочных прецизионных резисторов: монография / А.Н. Лугин. Пенза: Информационно-издательский центр ПензГУ, 2008. - 288 с.

92. Потехин, В.А. Расчет числа квадратов резистора сложной формы / В.А. Потехин, В.Г. Спирин, Б.Д. Шурыгин // Материалы Всероссийской научно-технической конференции, посвященной 30-летию Арзамасского филиала НГТУ. 24-25 ноября 1998г. С. 250, 251.

93. Спирин, В.Г. Повышение стабильности тонкопленочных резисторов / В.Г. Спирин, B.C. Кораблев. // Приборы и системы управления,- 1990.- № 3.- С. 39-40.

94. Пат. № 2231150 РФ. Тонкопленочный резистор и способ его изготовления / В.Г. Спирин.-04.06.02.

95. Пат. № 2231150 РФ. Тонкопленочный резистор / В.Г. Спирин, В.И. Чипурин.- 08.07.03.

96. Готра, З.Ю. Технология микроэлектронных устройств. / З.Ю. Готра. М.: Радио и связь, 1991.- 528 с.

97. ОСТ 4 ГО.073.210-84. Фотошаблоны прецизионные. Общие технические условия.

98. Спирин, В.Г. Влияние ошибок совмещения на погрешность сопротивления тонкопленочного резистора / В.Г. Спирин // Электронная промышленность.- 2005.- № 1. С. 60-62.

99. Спирин, В.Г. Исследование конструктивной погрешности сопротивления тонкопленочногго резистора / В.Г. Спирин // Известия вузов. Электроника.- 2005.- № 6.- С. 95-96.

100. Парфенов, О.Д. Технология микросхем. / О.Д. Парфенов М.: Высшая школа, 1986.- 320 с.

101. Баранова, Н.В. Влияние защитной маски из фоторезиста ФН-11С на стабильность тонкопленочных резисторов / Н.В. Баранова, Ю.В. Кротова, Я.М. Сенишин, JI.M. Смеркло // Обмен производственно-техническим опытом.- 1989.- Вып.8.- С. 21-22.

102. Волкова, И.А. Влияние защитных покрытий на стабильность тонкопленочных резисторов из нихрома / И.А. Волкова, О.А. Клокова, JI.A. Папенко, Я.М. Сенишин // Обмен опытом в радиопромышленности. 1983,-Вып.2.- С. 40-41.

103. Крючатов, В.И. Подгонка тонкопленочных резисторов, защищенных фоторезистивным слоем / В.И. Крючатов, Р.И. Антипова, М.З. Валеев, Ю.П. Конов // Обмен производственно-техническим опытом,- 1988.- Вып.9.- С. 23-24.

104. Иванов, А.В. Влияние подложки на идентичность сопротивлений резисторов тонкопленочных матриц R-2R / А.В. Иванов, А.А. Малинин. // Электронная техника. Сер. 10: Микроэлектронные устройства. 1988.- Вып.1(67).- С. 51-53.

105. Штернов, А.А. Физические основы конструирования, технологии РЭА и микроэлектроники. / А.А. Штернов М. Радио и связь, 1981.- 248 с.

106. Кузнецов, О.А. Прочность элементов микроэлектронной аппаратуры. / О.А. Кузнецов,

107. A.И. Погалов, B.C. Сергеев. М.: Радио и связь, 1990.- 144 с.

108. Фомин, А.В. Допуски в РЭА. / А.В. Фомин, В.Ф. Борисов, В.В. Чермошенский. М.: Советское радио, 1973.- 129 с.

109. Черняев, В.Н. Технология производства интегральных микросхем и микропроцессоров. /

110. B.Н. Черняев М.: Радио и связь, 1987,- 464 с.

111. Спирин, В.Г. Особенности проектирования тонкопленочных резисторов ГИС / В.Г. Спирин, В.А. Потехин, Н.П. Ямпурин. // Научно-техническая конференция факультета информационных систем и технологий. Тезисы докладов. Н. Новгород, НГТУ, 1998.- С. 34-35.

112. А.с. 1628836 СССР, МКИ5 Н 05 К 3/00. Способ изготовления многослойной платы / B.C. Кораблев, В.Г. Спирин- 15.10.90.

113. А.с. 1589743 СССР. Устройство для контроля качества приварки вводов и выводов микросхем / B.C. Кораблев, В.Г. Спирин., В.З. Гончаров 01.05.90.

114. А.с. 1795740 СССР, МКИ5 G 01 N 27/02. Способ измерения влажности / В.Г. Спирин.-08.10.90.

115. Заявка № 4799691. Устройство для контроля качества приварки вводов и выводов микросхем / В.Г. Спирин Решение о выдаче патента РФ от 15.06.92.

116. Заявка № 4915519 от 01.03.91 г. Способ изготовления платы / B.C. Кораблев, В.Г. Спирин,-Решение о выдаче патента РФ от 22.06.92.

117. Спирин, В.Г. Методы оценки качества тонкопленочной платы / В.Г. Спирин // Труды международного симпозиума «Надежность и качество 2008», Т. 2.- Пенза, ПГУ, 2008.- С. 5-8.

118. Разевиг, В.Д. Система P-CAD 8.5. Руководство пользователя. / В.Д. Разевиг, С.М. Блох-нин. М.: ДМК, 1997,- 283 с.

119. Конструкторско-технологические основы проектирования полосковых микросхем. / под ред. И.П. Бушминского. М.: Радио и связь, 1987.- 272 с.

120. Глудкин, О.П. Анализ и контроль технологических процессов производства РЭА. / О.П. Глудкин, В.Н. Черняев. М.: Радио и связь, 1983.- 296 с.

121. Шторм, Р. Теория вероятностей. Математическая статистика. Статистический контроль качества. / Р. Шторм. М.: Мир, 1970.- 368 с.

122. Пустыльник, Е.И. Статистические методы анализа и обработки наблюдений. / Е.И. Пус-тыльник. М.: Наука, 1968.- 288 с.

123. Беляков, Ю.Н. Методы статистических расчетов на ЭВМ. / Ю.Н. Беляков, Ф.А. Курмаев, Б.В. Баталов. М.: Радио и связь, 1985.- 232 с.

124. Солонин, И.С. Математическая статистика в технологии машиностроения. / И.С. Солонин. М.: Машиностроение, 1972.- 216 с.

125. Митропольский, А.К. Техника статистических вычислений. / А.К. Митропольский. М.: Наука, 1971.- 576 с.

126. Смирнов, Н.В. Курс теории вероятностей и математической статистики для технических приложений. / Н.В. Смирнов, И.В. Дунин-Барковский. М.: Наука, 1965.- 248 с.

127. Кофанов, Ю.Н. Теоретические основы конструирования, технологии и надежности радиоэлектронных средств: Учебник для вузов. / Ю.Н. Кофанов. — М.: Радио и связь, 1991. 360 с.

128. Тейлор, Дж. Введение в теорию ошибок, пер. с англ. / Дж. Тейлор. М.: Мири, 1985.272 с.

129. Колемаев, В.А. Теория вероятностей и математическая статистика: учеб. пособие для экон. спец. вузов / В.А. Колемаев, О.А. Староверов, В.Б. Турундаевский; под ред. В.А. Колемае-ва.- М.: Высш. шк., 1991.- 400 с.

130. Моряков, О.С. Технология полупроводниковых приборов и изделий микроэлектроники. / О.С. Моряков. // Кн. 9. Сборка. М.: Высшая школа, 1990.- 127 с.

131. Бадинтер, Е.Я. Высокостабильные резисторы из сплава РС-3710. / Е.Я. Бадинтер и др. // Приборы и системы управления. -1986. №10.- С. 40.

132. Голод, Н.О. Влияние различных методов подгонки на стабильность тонкопленочных резисторов / Н.О. Голод, С.А. Грищук, J1.A. Папенко, Я.М. Сенишин // Обмен опытом в радиопромышленности.- 1983,- Вып.2,- С. 47-49.1. Глава 4

133. Щука, А. На пути перехода от микро- к наноэлектронике / А. Щука // CHIP News.- 2005. -№ 7. С. 20-25.

134. Пирогова, Е.В. Проектирование и технология печатных плат: учебник / Е.В. Пирогова,-М.: ФОРУМ: ИНФРА-М, 2005.- 560 с.

135. Медведев, A.M. Печатные платы. Конструкции и материалы / A.M. Медведев.- М.: Техносфера, 2005.- 304 с.

136. Медведев, A.M. Технология производства печатных плат / А. М. Медведев.- М.: Техносфера, 2005.- 360 с.

137. Спирин, В.Г. Конструкторско-технологические варианты коммутационных плат с подложкой из кремния / В.Г. Спирин // Технология и конструирование в радиоэлектронной аппаратуре. 2005,- № 1,-С. 48-50.

138. Спирин, В.Г. Монтаж микросборок с подложкой из кремния / В.Г. Спирин // Технология и конструирование в радиоэлектронной аппаратуре.- 2005.- № 2,- С. 46-48.

139. Спирин, В.Г. Технология двухуровневой кремниевой платы микросенсоров / В.Г. Спирин // Труды Восьмого международного симпозиума «Интеллектуальные системы (INTELS'2008)», Россия, Нижний Новгород, НГТУ им. Р.Е. Алексеева, 2008,- С. 664-668.

140. Спирин, В.Г. Технология тонкопленочной микросборки акселерометра / В.Г. Спирин // 7-ая международная конференция «Авиация и космонавтика — 2008»: Тезисы докладов. М., МАИ-ПРИНТ, 2008,-С. 167-168.

141. Спирин, В.Г. Тонкопленочные многоуровневые коммутационные платы с толстопленочной полимерной изоляцией / В.Г, Спирин // Вестник Московского авиационного института.-2008, т.15.-№3.- С 114-119.

142. Грушевский, A.M. Коммутационные платы на крупноформатных металлических подложках с полимерной изоляцией / A.M. Грушевский, А.В. Зимрутян, JI.A. Коледов, С.Н. Томащенко. //Электронная промышленность.- 1985.- Вып. 2.- С. 27-29.

143. Варадан, В. ВЧ МЭМС и их применение / В. Варадан, К. Виной, К Джозе.- М.: Техносфера, 2004.- 528 с.

144. Панов, Е.Н. Особенности сборки специализированных БИС на базовых матричных кристаллах: учеб. пособие для ПТУ / Е.Н Панов.- М.: Высш. шк., 1990.- 96 с.

145. Сугано, Т. Введение в микроэлектронику. / Т. Сугано, Т. Икома, Е. Такэиси; под ред. В.Г. Ржанова. М.: Мир, 1988,- 320 с.

146. Тилл, У. Интегральные схемы: материалы, приборы, изготовление, пер. с англ. / У. Тилл , Дж. Лаксон. М.: Мир, 1985. - 501 с.

147. Курносов, А.И. Технология производства полупроводниковых приборов и интегральных микросхем. / А.И. Курносов, В.В. Юдин. М.: Высш. школа, 1979. - 367 с.

148. Вавилов, В.Д. Интегральные датчики: учебник. / В.Д. Вавилов. Н. Новгород, НГТУ, 2003. - 503 с.

149. Вавилов, В.Д. Интегральные датчики давления. Конструкция и технология. / В.Д. Вавилов, П.Ф. Кругликов, Ю.А. Толочков. М.: МАИ, 2001. - 48 с.

150. Броудай, И. Физические основы микротехнологии. / И. Броудай, Дж. Мерей. М.: Мир, 1985,- 496 с.

151. Ефимов, И.Е. Микроэлектроника. Физические и технологические основы, надежность. / И.Е. Ефимов, И.Я. Козырь, Ю.И. Горбунов. М.: Высш. школа, 1986. -464с.

152. Фрайден, Дж. Современные датчики. Справочник / Дж. Фрайден.- М.: Техносфера, 2005.592 с.

153. Пирс, К. Технология СБИС: в 2-кн. Кн. 2. пер. с англ. / К. Пирс, А. Адаме, JI. Кац и др.; под ред. С. Зи. М.: Мир, 1986. - 453 с.

154. Спирин, В.Г. Проблемы проектирования и технологии тонкопленочных микросборок с топологическими размерами 10-50 мкм / В.Г. Спирин // Проектирование и технология электронных средств.-2005.- № 2.- С 15-18.

155. Кириллова, Е. Методология проектирования прецизионных аналоговых блоков / Е. Кириллова // Компоненты и технологии.- 2006. № 11.- С. 156-163.

156. Климачев, И.И. СВЧ ГИС. Основы технологии и конструирования / И.И. Климачев, В.А. Иовдальский.- М.: Техносфера, 2006.- 352 с.

157. Аваев, Н.А. Основы микроэлектроники: учебное пособие для вузов. / Н.А. Аваев, Ю.Е. Наумов, В.Т. Фролкин. М.: Радио и связь, 1991.- 288 с.

158. Березин, А.С. Технология и конструирование интегральных микросхем: учебное пособие для вузов / А.С. Березин, О.Р. Мочалкина.- М.: Радио и связь, 1992.- 320 с.

159. Гелль, П.П. Конструирование и микро/миниатюризация радиоэлектронной аппаратуры. / П.П. Гелль, Н.К. Иванов-Есипович. Л.: Энергоатомиздат, 1984,- 536 с.

160. Компоновка и конструкции микроэлектронной аппаратуры. />под. ред. Б.Ф. Высоцкого, В.Б. Пестрякова и О.А. Пятлина. М.: Радио и связь, 1982.- 209 с.

161. Готра, З.Ю. Сквозное автоматизированное проектирование микроэлектронной аппаратуры / З.Ю. Готра, В.В. Григорьев, Л.М. Смеркло, В.М. Эйдельнант. М.: Радио и связь, 1889. — 280 с.

162. Конструирование радиоэлектронных средств: учебник для вузов. / под. ред. В.Б. Пестряко-ва.- М.: Радио и связь, 1992.- 432 с.

163. Овечкин Ю.А. Микроэлектроника. Учебник для техникумов. М.: Радио и связь, 1982. — 288 с.

164. Справочник конструктора РЭА. Общие принципы конструирования. / Под ред. Р.Г. Варламова. М.: Советское радио, 1980.- 478 с.

165. Спирин, В.Г. Особенности проектирования микроэлектронной аппаратуры с микросборками высокой интеграции / В.Г. Спирин // Проектирование и технология электронных средств.-2005,-№3.-С. 2-11.

166. Спирин, В.Г. Метод проектирования топологии тонко пленочной микросборки с размерами пленочных элементов 10-50 мкм / В.Г. Спирин // Технология и конструирование в электронной аппаратуре. .-2004.- № 5.- С. 6-10.

167. Дульнев, Г.Н. Теплообмен в радиоэлектронных аппаратах. / Г.Н. Дульнев, Э.М. Семяш-кин. Л.: Энергия, 1968.- 359 с.

168. Дульнев, Г.Н. Тепловые режимы электронной аппаратуры. / Г.Н. Дульнев, Н.Н. Тарнов-ский. Л.: Энергия, 1971.- 248 с

169. Романычева, Э.Т. Разработка и оформление конструкторской документаций радиоэлектронной аппаратуры: Справочник / Э.Т. Романычева, А.К. Иванова, А.С. Куликов и др.; под ред. Э.Т. Романычевой.- 2-е изд., перераб. и доп.- М.: Радио и связь, 1989,- 448 с.

170. Маргелов, А. Инерциальные МЭМС датчики Freescale Semiconductor / А. Маргелов // CHIP News.- 2006. - № 5. - С. 41-45.

171. Патрогин, С.А. Разработка блока акселерометра методом интегрально-групповой компоновки / Дипломный проект ДП-АПИ НГТУ-(АСР 5-1)-13-08.

172. Спирин, В.Г. Исследование добротности и немоночастотности резонатора пьезоэлектрического дискового гироскопа / В.Г. Спирин // Датчики и системы.- 2004.- № 5.- С. 43-45.

173. Спирин, В.Г. Собственные частоты колебаний резонатора пьезоэлектрического дискового гироскопа / В.Г. Спирин // Датчики и системы. 2004.- № 8.- С. 35-37.

174. Спирин, В.Г. Современное состояние практических разработок пьезоэлектрического дискового гироскопа / В.Г. Спирин // Труды НГТУ. Радиоэлектронные и телекоммуникационные системы и устройства. Том 44. Н. Новгород, 2004,- Вып. 9.- С. 100-105.

175. Спирин, В.Г. Выбор материала пьезоэлемента для резонатора гироскопа / В.Г. Спирин // Труды НГТУ. Радиоэлектронные и телекоммуникационные системы и устройства. Н. Новгород, 2004.- Т. 44. - Вып. 9.- С. 96-99.

176. Шарапова, JI.C. Разработка конструкции и технологии микросборки гироскопа / Дипломный проект ДП-АПИ НГТУ-(АВР 6-1)-13-08.

177. Шарапов, М.В. Разработка конструкции и технологии блока пьезоэлектрического гироскопа/Дипломный проект ДП-АПИ НГТУ-(АВР 6-1)-12-08.

178. Туганов, С.В. Разработка конструкции и технологии блока акселерометра с цифровым выходом / Дипломный проект ДП-АПИ НГТУ-(АСР 5-1)-16-08.

179. Сухорукое, В.А. Разработка конструкции и технологии кремниевой микросборки акселерометра / Дипломный проект ДП-АПИ НГТУ-(АСР 5-1)-15-08.

180. ОСТ 11 14.3302-87. Изделия электронной техники^. Общие технические требования электронной гигиены к чистым помещениям.