Технология по производству коммутационных плат для поверхностного монтажа

Предлагаем для ознакомления:

- Высокоселективная химическая металлизация лазерного рисунка на керамических подложках, керамике и кристаллах.

Технологический процесс позволяет строго избирательно наносить химическим способом на облученную лазером поверхность никель, кобальт, марганец, хром, вольфрам, молибден, индий, галлий, палладий, платину, медь, серебро, золото, олово, кадмий, железо.

Металлизацию можно осуществлять, как монолит со строго заданной толщиной, так и слоями в любой очередности, в виде сплавов перечисленных металлов, а так же сплавов легированных фосфором, бором, мышьяком, углеродом, кремнием. Все выше перечисленное наносится на оксиды, карбиды, нитриды, как алюминия, бора, магния, кальция, кремния, так и на природные камни - рубин, сапфир, алмаз, изумруд и тому подобное.

Область применения: - электроника, медицинская техника, ювелирное производство.

Подробнее.

Традиционно используются керамические подложки на основе алюмооксида, ситаллов, эмалированных сталей. Сам коммутационный рисунок получают металлизируя подложки по пленочной или толстопленочной технологии, используя метод фотолитографии.

Эти технологии на протяжении тридцати лет практически не претерпели изменений, хотя груз технологических ограничений явно сдерживает процесс развития микро и оптоэлектроники на фоне выраженных достижений в элементарной базе.

Естественно попытки уплотнить коммутацию были: - использование рентгеновской и электронной литографии, а также поиск новых теплопроводных диэлектрических подложек.

Однако практически ширина проводников и зазор между ними не удается сделать менее 100 мкм. Причем достигается это методами тонкопленочной технологии. А использование такой, уже известной сегодня, керамики на основе A1N не представляется возможным потому, что она плохо полируется. В результате сложилась критическая ситуация.

Получены новые материалы для подложек: нитрид алюминия, нитрид кремния, карбид кремния, рубины, лейкосапфиры, алмазная керамика, обладающие уникальным сочетанием свойств. Высокая теплопроводность, хорошие диэлектрические характеристики, высокая механическая прочность, низкий коэффициент температурного линейного расширения. А соответствующей по уровню технологии селективной металлизации нет.

Предлагается новый, нетрадиционный метод высокоселективной металлизации практически любых твердых материалов, в том числе и новых, вышеперечисленных.

Работа развивалась в два этапа.

Первый основывался на эффекте приобретения электрической проводимости поверхностью материалов под действием лазерного излучения. К ним принадлежат такие инкогруэнтно-плавящиеся материалы как A1N, Si3N4, SiC, которые разлагаются при плавлении с выделением проводящей фазы, а также материалы, в которых под действием лазерного излучения за счет полиморфных превращений появляется проводящая фаза. Этим воспользовался для создания проводящего рисунка на поверхности диэлектрической подложки. Для усиления таких проводников, т.е. увеличения их электрической проводимости, была разработана технология селективного осаждения никеля на лазерный рисунок. Такие работы проводились в начале девяностых годов в Америке, Японии и нами.

Имеются соответствующие патенты и авторские свидетельства.

Недостатком нового метода являлось:

- необходимость в специальных материалах;

- зависимость электропроводимости комбинированного проводника (проводящая фаза, возникающая после лазерного облучения плюс слой никеля) от свойств этой проводящей фазы, в частности от величины ее электрического сопротивления.

Учитывая определенную неоднородность материала и колебание свойств от одной пластины к другой в таких параметрах как плотность и пористость, это влияло на воспроизводимость процесса создания коммутационные плат с заданными свойствами.

Сегодня предлагается новый метод селективной металлизации, практически, любого твердого тела, где инструментом для предварительной активизации и создания необходимого рисунка является лазерный луч. При этом совершенно нет необходимости в том, чтобы при лазерной обработке возникала проводящая фаза или какое либо специальное химическое вещество. Для активизации достаточно предварительного изменения агрегатного состояния вследствие чего возникают разу порядочные или разорванные связи. Грубо говоря, следует лишь освежить поверхность. Далее для того, чтобы осадить металл на поверхность подложки, активизированную лазерным лучом необходимо погрузить подложку в соответствующий раствор и выдержать при определенной температуре.

- Таким образом, могут высаживаться: никель, золото, серебро, индий, галлии, молибден, вольфрам и многие другие металлы.

И Так, предлагается комбинированная технология получения сверхплотных, прозрачных и не прозрачных 2-х сторонних коммутационных плат с 3-х мерным рисунком для поверхностного монтажа высокотеплопроводной керамики, а теперь уже и кристаллов.

Даже первые шаги использования новой технологии, поражают своими уникальными возможностями, а еще больше перспективами применения.

Нами ранее изготавливались платы для миниатюрного оптоэлектронного коммутатора, - на пример, размером 52x52x1,5мм из нитрида алюминия, лейкосапфира и рубина снабженные по торцам пленочным холодильником, поддерживающим температуру платы на 4,5 градуса прохладнее окружающей среды.

На фотографии изображены две ее поверхности. Лазерным лучом получены базовые отверстия диаметром 2,5мм, 255 отверстий, диаметром 750мкм по периферии для впайки золотых штырьков разъема и 255 отверстий диаметром 120мкм в центре, которые должны обеспечить непосредственный контакт от кристалла GaAs (арсенида галлия) к кристаллу Si (кремния). Проводимые дорожки имеют ширину 60 мкм и зазор 40 мкм. И это не придел.

Достигнут результат, когда ширина дорожки составляет 40 мкм, а зазор между ними 20 мкм. При этом слоевое сопротивление менее 0,025 ОМ/Квадрат, Сопротивление изоляции между ними более 10 Ом. Паразитная емкость — десятые доли pF при диэлектрической проницаемости материала подложки 10 -11.

Использование высокотеплопроводной подложки позволяет рассеять и сбросить тепло вдоль подложки от 10- ватного кристалла кремния и не подвергать опасности кристалл арсенида галлия.

Теперь несколько примеров, где можно применить эту технологию:

1. СВЧ техника, теплопроводные кристаллы, например рубины с теплопроводностью = 250 Вт/мК°, со специальной разводкой металлизации.

- Область применения - космическая техника.

2. Оптоэлектронные разъемы для спецтехники и для компьютеров нового поколения.

3. Кристалла держатели для мощных без корпусных кристаллов (спецтехника, бытовая техника).

4. Ювелирная промышленность (писать, рисовать золотом и серебром по любому камню, любых размеров), скоростная огранка алмазов

5. Медицинская техника:

- микро нагреватели для остановки крови при хирургических операциях;

- керамические скальпели с нагревателем;

- стоматологический, керамический нож для работы с самыми современными материалами, пластификатором для пломбирования зубов.

6. Холодильники (кулеры) целевого назначения, портативные холодильники без фреона, в том числе бытового назначения. Кондиционеры нового поколения.

Проблема контактов, как известно проблема микроэлектроники. В большинстве случаев используется дорогостоящая вакуумная техника. Новая технология позволяет, практически, в домашних условиях осуществлять металлизацию поверхности многих твердых материалов. Достаточно наличия лазера, термостата и специального раствора.

При заинтересованности этой технологией, - предоставим более полную информацию.