Введение к работе
Актуальность темы. Проблема развития энергосберегающих и
огически безопасных технологий диктует необходимость разработки новых риалов, обеспечивающих требования низких энергозатрат при их изготовлении, ікже исключение экологически опасных компонентов в их составе. При [зводстве мпкроэлектронных изделий различного типа (ИС, ГИС, БГИС и т.п.) льзуется большое количество различных материалов, в том числе и ектрнческих. Одним из важных применений диэлектриков является изготовление трукционных компонентов микросхем - подложек для ГИС и БГИС и корпусов ичных видов ИС, а также приборов функциональной электроники.
Подложка, как правило, выполняет несущую функцию. На ее поверхности жируются пассивные элементы ГИС - резисторы, проводники, элементы :лойной изоляции. В соответствии с этим подложки для гибридных интегральных должны обладать высокими показателями механической прочности, ектрнческих свойств, хорошим теплоотводом и обеспечивать возможность их ботки при высоких температурах, иметь хорошую адгезию и совместимость по Р с материалами резистивных, проводящих и диэлектрических паст.
Корпус, в свою очередь, должен осуществлять защиту микроприборов от тих воздействий (механических, химических, климатических), а также печнвать электрический контакт между компонентами, расположенными внутри уса и снаружи. В соответствии с этим, к диэлектрическому материалу для усов предъявляются высокие требования по механической и химической кости, диэлектрическим параметрам, а также по совместимости с материалами одящих элементов (адгезия, согласованность по ТКЛР и т.д.)
В настоящее время в отечественной промышленности для изготовления усов и подложек БГИС наиболее широко используется высокоглиноземнстая мика марок ВК-94, ВК-96, ВК-98, ВК-100, отличительной особенностью которой отся высокие показатели механической прочности, теплопроводности, грофизических свойств. Однако, изготовление таких подложек требует
значительных энергозатрат - температура спекания выше 1500", длитель: технологического процесса только на стадии спекания - десятки часов.
Наиболее перспективным направлением при создании менее энергое материалов для корпусов и подложек ИС является разработка диспе упрочненных композиционных материалов на основе стекловидной матрш кристаллического (тугоплавкого) наполнителя. Такие материалы, блап присутствию стеклосвязующего, уступают высокоглиноземистой керамике в ' механической прочности и теплопроводности, но превосходят ее по дизлектричі проницаемости и более технологичны: при их изготовлении значительно снижг температура (~ в 1,5-2 раза) и длительность спекания (от десятков часов до о} часа).
В настоящее время разработано большое количество композицію материалов, отличающихся как составом стекловидного связующего, так и е наполнителя. Часто в качестве наполнителей используются смеси разли кристаллических (керамических) материалов. В качестве стеклосвязующего - с разнообразного химического состава, отличающиеся легкоплавко кристаллизационной способностью и т.п. Температуры спекания также нзменяк широких пределах (от 900 до 1200 С) в зависимости от природы исхс компонентов и различных технологических параметров. Сделаны nor объяснения механизма спекания композиционных материалов. Однако настоящего времени не создана база данных составов и технологических парамі синтеза композиционных материалов, использование которой позволилс оптимизировать необходимый состав материала с комплексом заданных свойст проведения большого количества экспериментов.
В связи с этим, работа, целью которой является создание композицией материала, характеризующегося низкой температурой спекания (<1000 С) содержащих токсичных компонентов, с комплексом заданных свойств для под/ и корпусов РІС, является актуальной.
IIель диссертационной работы состояла в разработке состава и технологии чеза композиционных материалов с комплексом заданных свойств для подложек ірпусов ИС, характеризующихся низкой температурой спекания (до 1000вС) и не :ржащих токсичных компонентов.
Для достижения поставленной цели возникла необходимость в іедовательном решении следующих задач:
синтез и исследование свойств стекол и ситаллов для использования их в ;стве компонентов стеклокристаллических композиционных материалов;
оптимизация химического состава матричных стекол;
изучение процессов, протекающих при спекании композиционных :риалов на основе стеклосвязующего и наполнителя;
оптимизация технологических параметров синтеза композиционных ;риалов: соотношение исходных компонентов, дисперсность композиционной :и, условия формования и термообработки заготовок;
синтез и исследование свойств стеклокристаллических композиционных :риалов;
проведение технологической апробации разработанных композиционных ;риалов в производстве подложек и корпусов ИС;
исследование их совместимости с другими материалами электронной :ики.
Научная новизна работы:
- Исследована область стеклообразования и физико-химические свойства
ловидных материалов, синтезированных в системе CaO-Ah03-B203-Si02-CaF2. С
оьзованием экспериментальных данных построены математические модели
:нения свойств стекол (плотности, температуры начала деформации и
іературного коэффициента расширения) в зависимости от состава.
- Уточнены коэффициенты для теоретического расчета физико-
інических свойств стекол системы CaO-AbCb-SiCb, не содержащих оксиды
щелочных металлов, по методу аддитивности. При использовании уточне коэффициентов, рассчитанные значения, отличаются от эксперпменальных не б чем на 5-10 % (расхождение между экспериментальными значения> теоретически рассчитанными по коэффициентам, предложенным ранее, состав до 30 %).
Впервые проведены систематические исследования проце протекающих при термообработке стеклокристаллическпх композиций на ot стекол системы RO-AhOj-B:Cb-Si02 (где RO - СаО, ВаО) и вьісокоглиноземі керамики марок ВК-100 и ГН-1.
Впервые установлена зависимость процесса спекания от кри лизационнон способности стекломатрицы, соотношения матрица : наполни дисперсности исходной композиционной смеси.
Установлены и научно обоснованы особенности механизма спек порошковых стеклокристаллических композиционных материалов на о< кристаллизующихся и некристаллнзующихся стекол по сравнению с ситалла керамикой.
Впервые изучены особенности процессов формирования струк композиционных материалов на основе кристаллизующихся и некристаллизукш матричных стекол анортитовой и цельзиановой систем. Установлено, что в про] формирования структуры композиционных материалов на ос некристаллизующегося стекла системы ВаО-ВгОз-БіОг и а-глинозема проися взаимодействие матрицы с наполнителем с образованием новой кристаллнчб фазы. Введение в состав стекломатрицы АЬОз приводит к снижению интенсив* химического взаимодействия между исходными компонентами и, соответстві повышению термомеханических характеристик композиционного материала.
Практическая ценность работы:
- Разработаны составы стекол и стеклокристаллическпх материал
системе СаО-АЬОз-ВгОз-БЮг с комплексом заданных свойств для использовар
качестве компонентов композиционных материалов.
азателямн термомеханическнх и электрофизических свойств для подложек и пусов ИС, которые в зависимости от химического состава стеклосвязующего еняютсяв пределах: аго-4(іо= (67 - 77) Ю-7 град-1; Стшг = 200 - 230 МПа; X = 3,2 -Вт/м-К; е = 6-8; tgS = (5 - 8) 10-4.
Оптимизирован технологический процесс производства подложек и пусов ИС на основе разработанных композиционных материалов, (максимальная пература спекания - 850 - 950 С, продолжительность спекания при максимальной пературе - 1 час, атмосфера - воздушная).
Внедрение и использование результатов работы.
тедена технологическая апробация разработанных стеклокристаллических позиционных материалов на предприятиях АООТ "МНИИРС" (г. Москва) и IET-M" (г. Ярославль). Результаты апробации положительные.
Подложки из стеклокристаллических композиционных материалов зітаньї на совместимость по техническим и технологическим параметрам с [стивными материалами, не содержащими драгоценные металлы с эжнтельным эффектом.
Апробация работы.
Основные результаты работы доложены и обсуждены на:
I Всероссийской научно - технической конференции "Электроника и орматика - 95" (Москва, 1995 г.);
II Всероссийской научно - технической конференции с международным тнем "Электроника и информатика - 97" (Москва, 1997 г.);
пяти межвузовских научно - технических конференциях аспирантов и ентов "Микроэлектроника и информатика", проходивших в МГИЭТ с 1994 по гг.
Публіікаціш. По теме диссертации опубликовано 13 работ, включая ста' научных журналах и тезисы докладов на конференциях. Результаты диссертацно работы в качестве составных частей вошли в 3 научно-исследовательских отчета,
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех : общих выводов по работе и приложения н содержит 147 страниц машинопис текста, 82 рисунка, 29 таблиц, а также библиографический список литературы и наименования на 16 страницах.
