Исследование и разработка технологии изготовления многослойных гибридных интегральных схем с применением аддитивных методов принтерной печати

Традиционной технологией изготовления толстопленочных многослойных гибридных интегральных схем (ГИС) принято считать трафаретную печать. Технология трафаретной печати заключается в механическом переносе функциональных материалов (паст) на плоское основание (подложку) с последующим спеканием. Перенос паст осуществляется через шаблоны-трафареты, которые представляют собой мелкоячеистую сетку. Применение трафаретной печати обусловлено рядом недостатков таких как дороговизна подготовки трафаретов и их совмещения; высокая трудоемкость операций; избыточный расход материалов; невозможность одновременного нанесения различных материалов. Заменой трафаретной печати является принтерная печать с поршневым или шнековым дозированием. Принтерная печать – это технология нанесения материала на подложку при помощи специализированных устройств (принтеров) непосредственно по цифровой модели. Применение данной технологии позволит исключить изготовление трафаретов, снизит потери материала на формирование топологии, обеспечит возможность изготовления многослойных ГИС в одном технологическом цикле и сократит время, обеспечит возможность быстрого прототипирования ГИС. В настоящее время исследования, посвященные принтерной технологии нанесения материала, находятся на стадии научных исследований. За рубежом активно ведутся работы, направленные на печать однослойных элементов. Применение многослойных ГИС, изготовленных по принтерной технологии, вызывает ряд вопросов связанных с совместимостью проводящих и диэлектрических материалов. Существуют технологические установки для нанесения проводящих паст с относительно невысокой вязкостью. При этом создание толстопленочной электроники затруднительно. Развитие принтерной технологии возможно при создании широкой номенклатуры функциональных паст с определенной вязкостью и температурой спекания. Однако на отечественном рынке таких паст не представлено. Поэтому представляет интерес проведение исследования для создания собственных паст. Таким образом, научной проблемой является совмещение технологий изготовления проводящих и диэлектрических слоев в одном технологическом цикле и улучшение их характеристик по основным электрическим параметрам. Научная новизна проекта состоит в исследовании и разработке аддитивной технологии принтерной печати, применяемой для изготовления многослойных ГИС. Технология заключается в комбинированном послойном прецизионном нанесении проводящих и диэлектрических паст с их последующим спеканием. Таким образом, в едином технологическом цикле получается прототип многослойной ГИС. Особенностью разрабатываемой технологической установки, реализующую предлагаемую технологию, является использование комбинированного дозатора функциональных материалов (паст), представляющего собой комбинацию шнекового (для проводящих линий) и поршневого (для диэлектрических слоёв) дозирования. Главными требованиями к многослойным ГИС являются: наличие хорошего контакта одного функционального слоя к другому, равномерность рельефа на нижележащем слое, хорошая электропроводность и перекрытие ступенчатого рельефа проводящего слоя и межуровневом диэлектрике, наличие электрического контакта между проводящими слоями. Качество поверхности и однородность пленок по толщине играют важную роль в функционировании напечатанной платы. Наличие пор в диэлектрике может привести к нарушению изоляции, пробою диэлектрика. Таким образом, разработка аддитивной технологии, позволяющая в одном цикле создавать многослойные ГИС, является актуальной.