Термическое испарение материалов в вакууме

Федеральное агентство по образованию и науке Российской Федерации

Московский государственный институт электронной техники

(технический университет)

_________________________________________________

А.В. Заводян

Технологии высокоточной сборки

И высокоплотного монтажа

 

 

Лабораторный практикум

 

По дисциплине «Технология производства ЭВС»

Утверждено редакционно-издаетльским советом института

Москва 2007

УДК 621.396.6

 

Заводян А.В. Технологии высокоточной сборки и высокоплотного монтажа.

Методические указания к лабораторному практикуму по дисциплине «Технология производства ЭВС»

 

Лабораторный практикум включает 8 лабораторных работ, позволяющих практически осуществить основные технологические операции изготовления функциональных узлов(ФУ) электронной аппаратуры(ЭА), в частности: вакуумное напыление, фотолитографию, сборку, монтаж и регулировку при изготовлении ФУ(работы №1-3,7) высокой плотности компоновки, а также изучить особенности реализации высокоточной сборки и поверхностного монтажа в производстве перспективной ЭА (работы 4-6), включая вопросы проектирования производственных участков (работ 8).

Пособие необходимо студентам старших курсов, обучающихся по направлениям 210200 62, 210200 68 «Проектирование и технология электронных средств» и 210202 65 «Проектирование и технология электронно-вычислительных средств», для закрепления лекционного курса «Технология производства ЭВС». Вместе с тем, пособие будет весьма полезным и для студентов, обучающихся по смежным специальностям.

 

Лабораторная работа № 1

 

Технология изготовления пассивной части микросборок

Цель работы: 1) изучить основные методы и особенности получения тонких пленок в вакууме; 2) ознакомиться с технологическим процессом изготовления тонкопленочной части микросборок методом термического испарения в вакууме; технологическим и контрольным оборудованием; 3) приобрести практические навыки работы с технологическим и контрольным оборудованием; 4) оценить качество получаемых пленок.

Продолжительность работы - 4 ч.

Теоретические сведения

 

Тонкие пленки (толщиной менее 1 мкм) в производстве микросборок (МСБ) используются для изготовления пассивных элементов: резисторов, конденсаторов, индуктивностей, контактных площадок, межэлементной коммутации, межслойной изоляции и т.д. Среди многих методов изготовления тонких пленок (термического испарения, ионно-плазменного распыления, химического, электрохимического и пиролитического осаждения и др.) предпочтительными оказываются методы осаждения пленок в вакууме как позволяющие получать пленки из любых материалов с наилучшими электрофизическими параметрами при высокой их воспроизводимости. Именно эти методы положены в основу тонкопленочной технологии.

Таким образом, сущность тонкопленочной технологии состоит в управляемом нанесении пленочных покрытий в вакууме методами направленного осаждения на подложки (или платы) частиц из потока испаряемого либо распыляемого материала. Одним из широко распространенных методов осаждения тонких пленок в вакууме является хорошо освоенный метод термического испарения в вакууме. Его основные достоинства: высокая чистота получаемых пленок, простота технологического процесса и высокая эксплуатационная надежность. Современные установки вакуумного напыления, в том числе и реализующие метод термического испарения, оборудованы Системой ионной очистки поверхности подложек в плазме тлеющего разряда, что существенно повышает качество получаемых пленок и воспроизводимость их характеристик.

 

Термическое испарение материалов в вакууме

 

Термическое испарение заключается в нагреве материала (используемого для нанесения на подложку) в высоком вакууме (при давлении не более Па) до температуры, при которой давление его собственных паров на несколько порядков превышает давление остаточных газов в рабочем пространстве вакуумной камеры. При этом атомы испаряющегося материала распространяются прямолинейно, так как длина их свободного пробега значительно превышает расстояние испаритель (источник испаряемого материала) - подложка. Далее следует конденсация частиц испарившегося потока на поверхности подложки (платы), имеющей температуру значительно ниже температуры испарителя.

Следовательно, при осаждения пленок методом термического испарения в вакууме (термовакуумного испарения или термовакуумного напыления) в процессе получения тонких пленок можно выделить три основные стадия:

- образование атомарного (молекулярного) потока вещества из источника испаряемого материала (испарителя);

- пролет атомов от испарителя к подложке;

- конденсация вещества на подложке (этап осаждения материала в виде тонкой пленки).

Образование атомарного (молекулярного) потока при термическом испарении является результатом разрыва связей между поверхностными атомами испаряемого материала, если кинетическая энергия движения атомов превышает энергию связи между ними. Из табл.1 видно, что условная температура испарения большинства металлов выше температуры их плавления, т.е. испарение происходит по схеме: твердое вещество-жидкость-пар. Однако некоторые материалы, например хром, титан, довольно интенсивно испаряются из твердого состояния. Процесс перехода вещества из твердого состояния в парообразное, минуя жидкую фазу, называется сублимацией (или возгонкой). В зависимости от агрегатного состояния вещества во время испарения следует выбирать конструкцию испарителя. Тип испарителя зависит также от природы испаряемого материала (его одно- или многокомпонентное, химической активности, температуры испарения и др.), исходной формы материала. (гранулы, порошок, проволока), требуемой скорости испарения, ее, постоянства во времени и ряда других факторов. В табл.2 приведены температуры и скорости испарения широко применяемых в тонкопленоч­ной технологии металлов в зависимости от их давления насыщенных паров.

Таблица 1

Температуры плавления, кипения, испарения металлов,