Подложки Основные параметры для выбора материала подложки- электрические свойства меха
Работа добавлена на сайт samzan.net:
01. Подложки
Основные параметры для выбора материала подложки:
- электрические свойства,
- механические свойства,
- химические свойства,
- термические свойства изготовления и эксплуатации.
Основные электрические свойства:
- диэлектрическая проницаемость ,
- тангенс диэлектрических потерь tg ,
- напряженность пробоя Е пр.
Способность материала рассеивать энергию характеризуется тангенсом диэлектрических потерь tg d:
tg d = s ¤ w eо e = 1 / w t .
где eо и e - абсолютная и относительная диэлектрическая проницаемость вещества.
( eо =8,85 10-12, Кл2/Н. м 2), время релаксации: t = eо e ¤ s.
jсм = i w eo e E
d
j
jпр = s E
Рис. Векторная диаграмма плотности токов в диэлектрике.
С = eo e S / d,
где S – площадь электрода, d – расстояние между электродами (толщина диэлектрического слоя).
. Для узкополосных (в пределах 10%) устройств короткозамыкатель может быть заменен разомкнутым шлейфом: режим ХХ через λЛ/4 трансформируется в режим КЗ.
Рис. Резистор со шлейфовым короткозамыкателем.
Геометрическая длина шлейфа зависит от величины эффективной диэлектрической проницаемости εэфф
l ш = λЛ/4 = λ0/4 √εэфф
λЛ – длина волны в ЛП, λ0 - длина волны в свободном пространстве.
Электрическая прочность – способность диэлектрика сохранять высокое удельное сопротивление в полях большой напряженности с предельным значением:
Епр = Uпр/d,
где Uпр – пробивное напряжение, d - толщина диэлектрика.
Основные физические и оптические свойства монокристаллического сапфира
|
Кристаллическая решетка |
Ромбоэдрическая (R3C) |
|
Период решетки, Å |
А=4,785 |
|
Плотность кристалла при температуре 300 К |
3,98 г/см3 |
|
Твердость по Маосу |
9 |
|
Диэлектрическая проницаемость |
┴ С=9,3 |
|
Удельное сопротивление при 300 К |
┴ С=5*1018 |
|
Температура плавления |
2040°С |
|
Удельная теплоемкость при 300К |
779 Дж/(кг*К) |
|
Коэффициент преломления |
1,76 (@1.0µm) |
Полимеры.
Структура. Cвязь между молекулами мономера – ковалентная, а между полимерными молекулами – силами Ван-дер-Ваальса. СВЧ-диапазона используют непо лярные полимеры (фторопласт, полиэтилен, полипропилен), полярные (полистирол, полифениленоксид) и их сополимеры.
Направленное изменение свойств термопластичных материалов достигается наполнением (алунд, двуокись титана), армированием (стеклоткань) и плакированием (медная фольга).
Кристаллическая структура получается при малой вязкости, относительно медленном охлаждении, наличии центров кристаллизации. При кристаллизации происходит фазовый переход при определенной температуре, объем резко уменьшается.
В отсутствии центров кристаллизации и быстром охлаждении жидкость может быть охлаждена ниже температуры кристаллизации Тs - стать переохлажденной (метастабильное состояние). Изменение структуры “отстает” от изменения температуры: атомы и молекулы не успевают перестроиться в упаковку, более эффективную с энергетической точки зрения. Структура перестает быть равновесной. Происходит процесс стеклования.
V a
f
g t - велико
t - мало b
с ` g΄ e
d b΄
T1 Tcт Ts T
При переохлаждении до температуры Т1 происходит нелинейное уменьшение объема, а ниже температуры Т1 - линейное. Интервал температур от Тs до Т1 является областью отверждения - стеклования. Температура стеклования Тст условно определяется как точка пересечения касательных в области стыка линейной и нелинейной части зависимости V = f ( T ). (Для кристаллических структур отверждение происходит при одной и той же температуре Тs . При большой скорости охлаждения можно получить аморфный металл.) От скорости охлаждения жидкости в интервале стеклования зависят свойства аморфного твердого тела - стекла. Так температура размягчения стекла зависит от “тепловой предыстории”.
Соблюдение лишь ближнего порядка обусловливает меньшую плотность аморфных тел, а также большое число разорванных связей, дефектов, большую величину свободной энергии Есв. Избыток свободной энергии в неравновесном состоянии предопределяет возможность упорядочивания внутренней структуры. Процесс упорядочивания для стекла может длиться веками, для резины - годами. Тонкая пленка аморфной сурьмы может существовать долго, но при превышении некоторой критической толщины переход в кристаллическое состояние происходит взрывообразно.
Неупорядоченность внутренней структуры обусловливает изотропность свойств аморфных тел. Можно добиться анизотропности отдельных свойств при проведении стеклования в электрических или магнитных полях.
При высокой температуре в стекле могут растворяться разного рода добавки. Они изменяют температуру стеклования Тст. При этом меняется структура стекла (степень упорядоченности) и его свойства. Это расширяет возможности синтезировать аморфные материалы с заранее заданными свойствами. Кристаллические тела имеют фиксированное соотношение компонентов (показанные на диаграмме состояния), что ограничивает управление их свойствами.
Для подложек используют сочетание кристаллических и аморфных свойств твердых тел. Керамика большей частью содержит кристаллы (корунда, рутила, кристоболида,...) и несколько % стекла. В ситаллах стекла кристаллизуют путем введения добавок, способных образовывать зародыши кристаллитов. Аморфное стекло и в керамике и в ситаллах служат для связки кристаллитов.
Механические свойства.
Прочность, упругость, размерная стабильность.
Подложки из полимеров упруги, но податливы механическому воздействию благодаря свойству конформации (внутреннее вращение звеньев относительно друг друга по конусам валентных углов без изменения длин и углов связи). (Различают энергетическую и кинетическую упругость. Энергетическая упругость - это сопротивление внешним силам, направленным на преодоление сил связи (длин и углов) между частицами. Кинетическая упругость - это сопротивление внешним силам развернуть молекулы полимера.)
(-) Конформация предопределяет недостаточно плотную упаковку молекул в результате «эффекта исключенного объема». При сближении звеньев образовавшийся внутренний объем становится недоступным для других звеньев. При этом понижается плотность вещества, появляется возможность поглощения паров и влаги, следовательно, разбухания. Высокая дефектность, быстрое старение, нестабильность параметров: веса, плотности и т.д..
В результате конформации наблюдается высокоэластическая упругая деформация еэл . Высокоэластическая деформация может достигать сотни процентов.
е
еу
еэл
ет
t1 t2 t
Рис. Деформационные свойства полимеров.
Конформация позволяет частично снять внутреннее механическое напряжение. Конформация молекул происходит до тех пор, пока нагрузка не уравновешивается кинетической упругостью. Происходит релаксация напряжения. Это свойство позволило использовать для крепления печатных плат винты.
s
sо
sоо
tp t
Рис. Релаксация напряжения.
(-) Если поддерживать напряжение постоянным, то будет происходить непрерывная деформация образца за счет конформации - раскручивания молекул. После снятия нагрузки в образце протекает обратный процесс - скручивание молекул.
е
е∞
F
t p t
Рис. Релаксация деформации.
Для препятствования пусть даже упругой деформации полимеров их армируют стеклотканью. Стеклотекстолит - диэлектрик, представляющий собой спрессованные листы стеклоткани, пропитанной эпоксидным компаундом.
Химические свойства.
Резистентность: химическая, влагоадсорбционная, радиационная.
Возможность селективного травления смол, жидких кристаллов и пр..
Термические свойства.
- Рабочая температура - Т раб,
- температурный коэффициент линейного расширения - ТКЛР,
- температурный коэффициент диэлектрической проницаемости ε - ТКε,
- термоудар, термо- и морозо- устойчивость,
|
Линейные полимеры |
Трехмерные полимеры |
|
Растворимы |
Нерастворимы, но могут набухать, сохраняя свойства твердого тела. |
|
Могут существовать в жидкой фазе (вязко-текучем состоянии). |
Не плавятся |
|
Выше пластичность |
Выше прочность |
|
Термопластичны (при нагревании размягчаются и переходят в вязко-текучее состояние, затем разрушаются, не переходя в пар, при охлаждении затвердевают, восстанавливая первоначальные свойства). |
Термореактивны (неплавки, не переходят в вязко-текучее состояние, не превращаются в пар). |
Малый температурный диапазон функционирования и использования технологических операций: до 260оС, например, введением в пластмассы стеклянного наполнителя, что позволяет проводить пайку монтируемых элементов расплавлением. Полимерный наполнитель (волокна ароматического полиамида - кевлара) в продольном позволяет получить высокую стабильность линейных размеров слоев,
Жидкие кристаллы - это низкомолекулярные полимеры, которые в определенном температурном интервале обладают одновременно свойствами
жидкости: текучестью, возможностью образовывать капли, не иметь собственной формы: -
и характерной особенностью
кристаллов: дальним порядком, анизотропией оптического показателя преломления n, диэлектрической проницаемости e, удельного сопротивления r, магнитной проницаемости m.
ЖК могут образовывать только вещества c вытянутыми негибкими
молекулами типа
ЖК фаза может существовать в диапазоне температур от - 40ºС до +334ºC. У каждого вещества свой температурный диапазон, небольшой по величине. При температуре, ниже предельной, вещество представляет собой твердый кристалл, а при температуре, превышающей предельную, это изотропная жидкость (при этом теряются пригодные к использованию анизотропные свойства).
Структура жидких кристаллов (ЖК) существенно зависит от внешних факторов: температуры, давления, электромагнитного воздействия. Отдельные молекулы связаны силами Ван-дер-Ваальса; это упорядочивает всю структуру, ориентируя диполи по длинным осям. Именно небольшая величина сил Ван-дер-Ваальса предопределяет легкость изменения молекулярной структуры.
Жидкокристаллический полимер (ЖКП - LCP) — класс высококристаллических термопластов. Содержат бензольные кольца в полимерных цепях, которые являются стержнеобразными структурами, организованными большими параллельными матрицами. Благодаря низкой вязкости расплава ЖКП масса легко заполняет очень тонкие стенки, что позволяет изготавливать изделия сложных форм методом литья под давлением. Точность размеров обеспечивается малой (или даже нулевой) усадкой в направлении потока, а также низким коэффициентом теплового расширения. Относительно высокая температура плавления (около 300 °C) позволяет делать термостойкие изделия, реализуя возможность поверхностного монтажа пайкой.
Жесткие и гибкие платы с ЖКП обладают следующими характеристиками.
Рис. Многослойная ПП с жидкокристаллическими (ЖК) изолирующими слоями.
Y-FLEX is a high performance Flexible Printed Circuit board (FPC) using a newly developed Liquid Crystal Polymer (LPC) insulation material. Unlike the polyimide film used in through-hole technology, the LCP has a very low hygroscopicity and therefore a very high dimensional stability during soldering. The conductive copper foils are connected together using a new process of conductive bumps instead of the traditional through-hole plating method.
Металлические подложки.
На металл наносится диэлектрик – стеклоткань, пропитанная эпоксидными смолами толщиной 50-150 мкм. Может использоваться как обычная эпоксидная стеклоткань FR-4, так и специальный теплопроводящий состав (Т-preg), который обладает лучшими теплопроводными и электроизоляционными свойствами. Он представляет собой специальную химически стойкую структуру с высокой теплопроводностью толщиной 75–200 мкм, изготовленного из особого диэлектрика – смеси полимера со специальной керамикой. Полимер выбирается, исходя из его диэлектрических свойств, тогда как керамический наполнитель предназначен для улучшения теплопроводности, благодаря чему материал имеет и отличные диэлектрические свойства, и очень низкое тепловое сопротивление. Например, объемное удельное сопротивление материала Bond Ply Thermal Clad IMS(Bergquist) этого слоя не менее 1014Ом•см. При толщине диэлектрика 75 мкм допустимое рабочее напряжение между слоями составляет 5,5 кВ переменного тока и более, теплопроводность - не ниже 1,3 W/mK, что вполне достаточно для большинства приложений.
Керамика
- широкий температурный диапазон (допустимость высокотемпературных технологических процессов и условий эксплуатации, высокой рабочей мощности).
Структура.
Рис. Кристаллическая (кварц) и аморфная (стекло) структуры оксида кремния.
|
Керамика |
Кристалл |
||
|
SiO2 |
Стекло, ситаллы |
Кварц |
|
|
Al2O3 |
Поликор ВК-100 |
Рубин, сапфир |
Кристаллическая структура получается при малой вязкости вещества, относительно медленном охлаждении, наличии центров кристаллизации. При кристаллизации происходит фазовый переход при определенной температуре, объем резко уменьшается.
Связь между молекулами – ковалентная предопределяет хрупкость. Требует пайки при соединении с корпусом.
Имеется зависимость свойств от упорядоченности структуры: анизотропия, дефектность особенно важна для полупроводниковых подложек.
Электрические свойства.
- Широкий диапазон значений диэлектрической проницаемости e,
- малые диэлектрические потери tg d,
- высокое удельное сопротивление,
- стабильность электрических характеристик в широком температурном диапазоне.
Механические свойства.
Керамические материалы характеризуются
- высокой механиче ской прочностью, которая незначительно изменяется в диапазоне температур 20 ... 700 °С,
- стабильностью электрических характеристик и геометрических параметров,
- низким (0…0.2%) водопоглощением и газовыделением при нагреве в вакууме хрупкостью и высокой стоимостью. Промышленность выпускает их в виде пластинок размером от 20х16 до 60х48 мм с высотой микронеровостей 0,02 ... 0,1 мкм и разнотолщинность ±0,01...0,05 мм. Они предназначены для изготовления одно- и многослойных коммутационных микросборок для СВЧ диапазона.
Химические свойства.
Высокая резистентность.
Возможность селективного травления.
Изготовление.
Поликристаллическая керамика. Мелкоизмельченное минеральное сырье (кварцевый песок, углекислый марганец, окись хрома, глинозем) тщательно смешивают с технологической связкой, состоящей из поливинилбутираля, дибутилфталата, этилового спирта, и загружается в литьевую машину. Под действием собственного веса керамическая масса равномерно истекает через фильеру и попадает на подложку из полиэтилентерефталата толщиной 30 ... 100 мкм и шириной 120 мм, которая со скоростью 0,6 м/мин разматывается из рулона. Между фильерой и подложкой на всей ее ширине устанавливается одинаковый зазор 0,15 ... 0,2 мм, который определяет толщину заготовки. Отлитую керамическую пленку отделяют от подложки, разрезают на отрезки длиной 150 ... 200 мм и выдер живают в технологической таре 24 ч; разнотолщинность пленки не должна превышать 20 мкм. После этого отрезки пленки собирают в пакеты и 3—4 раза пропускают через вальцы, постепенно уплотняя пленку до установленной толщины. Керамические детали из пленки вырубают на гидравлическом прессе, а затем обжигают в электропечи в два этапа: предварительный обжиг при температуре 1100±50°С в течение 1 ч, скорость подъема температуры от 20 до 300°С—50°С/ч, от 300 до 700°С—150°С/ч, от 700 до 1100—200°С/ч, окончательный отжиг в среде водорода или в вакууме при температуре 1620±40°С в течение 24 ч. Полученные пластины шлифуют алмазными кругами до заданной ше роховатости.
Для (многослойных) объемных интегральных схем (ОИС) можно использовать листы сырой керамики. С ними работают как с обычной керамикой: наносят пасту, формируют отверстия. Затем окончательно отжигают при 800 °С и монтируют навесные элементы.
ОИС предусматривает наложение разноформатных керамических заготовок. При этом образуются внутренние полости или ступенчатые структуры.
Исходным материалом монокристаллического полупроводникового основания является поликристаллический кремний – сырец, очищенный химическим путём; его получают восстановлением кварцевого песка SiO2 углем с последующим переводом в тетрахлорид кремния SiCl4 и восстановлением цинком: SiCl4+2Zn -> Si+2ZnCl2. Достигаемая степень чистоты (98%) недостаточна для управления проводимостью, поэтому используется физическая очистка кремния зонной плавкой.
Рис. Так выглядит технический кремний.
«Поликристаллический кремний». Трихлорсилан является, в свою очередь, сырьем для производства поликремния (ПКК).
Рис. Карботермическое восстановление кремния/ (Electronic Materials © Prof. Dr. Helmut Foell).
Основой для получения поликристаллического кремния является кремнезем (диоксид кремния). Методом карботермического восстановления при Т=1800 С получают технический кремний, который впоследствии подвергается дополнительной химической очистке. Карботермическое восстановление включает в себя несколько химических процессов:
- получение карбида кремния:
SiO2 + 3C = SiC + 2CO,
получение кремния (конечная стадия):
SiO2 + 2SiC = 3Si + 2CO.
Суммарная реакция такова:
SiO2 + 2С = Si + 2CO.
Полученный кремний необходимо дополнительно очистить. После обработки сухим хлористым водородом, под давлением, в реакторах кипящего слоя при температуре около 300 С – металлургический кремний превращается в трихлорсилан (ТХС) SiHCl3.
Рис.. Схема производства поликристаллического кремния (Nitol Solar Limited. © 2008).
При прохождении через реактор ТХС разлагается на поверхности нагретых стержней-затравок с образованием поликремния. В этом и заключается Сименс-процесс, обеспечивающий еще большую чистоту получаемого поликремния. Чистый поликремний разрезается на пластины, используемые в дальнейшем для производства солнечных батарей.
Рис. Сименс-процесс – заключительная операция по изготовлению поликристаллического кремния (Electronic Materials © Prof. Dr. Helmut Foell).
Рис. Сравнение процессов производства моно- и поликристаллического кремния (2010 Sharp).
Кристаллы выделяют примеси в расплав в процессе их роста бестигельной зонной плавки в атмосфере аргона.
Рис. Бестигельная зонная плавка.
Поликристаллический слиток укрепляют вертикально в кварцевом цилиндре. Часть его нагревают высокочастотным индуктором до температуры плавления. При вращении натяжение удерживает расплав от растекания. Непрерывное медленное продвижение зоны нагревания перемещает расплавленную зону вдоль слитка. Примеси при этом выделяются в зону расплава. При многократном применении процесса или использовании нескольких следующих одна за другой зон плавки получают кремний нужной чистоты. Зону примесей затем отрезают пред дальнейшей обработкой.
Для создания больших кристаллов с диаметром подложки более 50 мм применяют способ Чохральского - выращивание из тигля.
Рис. Выращивания монокристаллов по методу Чохральского:
1- подача аргона; 2- кварцевая трубка; 3 – высокочастотный индуктор; 4 – графитовый стержень; 5 – трубка для введения примесей; 6 – патрон; 7 – выход аргона.
Поликристаллический кремний, очищенный зонной плавкой, расплавляется в графитовом тигле высокочастотным индуктором. Опущенная в расплав затравка (без её оплавления) поднимается вверх при непрерывном вращении. Материал расплава, осаждаясь, кристаллизуется, повторяя строение затравки. Легирующую добавку вводят в расплав.
Рис. Выращенный методом Чохральского монокристаллический кремний
Маршрут изготовления полупроводниковых подложек.
Слиток разрезают внутренней кромкой алмазного круга на бронзовой основе. Кристалл перед разрезкой точно выверяют: плоскость среза должна быть параллельна кристаллической решётке. Толщина отрезанной пластины-100 - 300 мкм (около половины слитка теряют при отрезке). После разрезки образуются неровности, поэтому поверхности полируют. Следы полирования и поврежденный поверхностный слой удаляют химическим полированием (травление).
2. Лабораторная работа- Creating graphic editor.html
3. Контрольная работа- Контроль и ревизия расчетных операций
4. НА ТЕМУ УСТРОЙСТВО И РАБОТА ЭЛЕКТРОННОГО ТАХЕОМЕТРА ТС307 для студентов специальностей- 050707 ~
5. задание оценивается в один или два балла весь тест ~ в 100 баллов
6. Ритуалы проводятся в местах Силы на кладбище в лесу в заброшенных церквях
7. Дидактические основы организации тематического контроля знаний учащихся
8. ТЕМА- Экономическая активность населения в России на современном этапе
9. форма и положение предмета в пространстве прямой кривой отвесный; 2 размер большой высокий широкий уз
10. Учебно-познавательная деятельность студентов
11. РЕФЕРАТ дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата медичних наук Тернопіль ~ 2001
12. тематика РГР 2 Вариант 38 1 2
13. Безвизовые страны ближнего зарубежья- Прежде всего для россиян не требуется виза при посещении респ
14. Панические атаки и ночной сон
15. Понятие и виды себестоимости
16. ГОРНАЯ ~ СВЯЗКА Группа 1 Класс дистанции- 3 Протяженность- 58 м
17. Виды холодного оружия
18. Зависимость тока стока I от одного из напряжений U при фиксированной величине второго ~ это- А вольтамперн
19. Для будівництва 4 доріг використовується гравій із 3 кар~єрів із запасами 600 780 та 420 ум
20. бюрократией В какой системе менеджмента практика стимулирования и поощрения труда организована таким о