Термічне випаровування матеріалів у вакуумі
Федеральне агентство з освіти та науки України
Московський державний інститут електронної техніки
(технічний університет)
_________________________________________________
А.В. Заводян
Технології високоточного складання
І високощільного монтажу
Лабораторний практикум
З дисципліни «Технологія виробництва ЕВС»
Затверджено редакційно-видавничою радою інституту
Москва 2007
Заводян А.В. Технології високоточного складання та високощільного монтажу.
Методичні вказівки до лабораторного практикуму з дисципліни «Технологія виробництва ЕВС»
Лабораторний практикум включає 8 лабораторних робіт, що дозволяють практично здійснити основні технологічні операції виготовлення функціональних вузлів (ФУ) електронної апаратури (ЕА), зокрема: вакуумне напилення, фотолітографію, збирання, монтаж та регулювання при виготовленні ФУ (роботи №1-3,7) високої щільності компонування, а також вивчити особливості реалізації високоточного складання та поверхневого монтажу у виробництві перспективної ЕА (роботи 4-6), включаючи питання проектування виробничих ділянок (робіт 8).
Посібник необхідний студентам старших курсів, які навчаються за напрямами 210200 62, 210200 68 «Проектування та технологія електронних засобів» та 210202 65 «Проектування та технологія електронно-обчислювальних засобів», для закріплення лекційного курсу «Технологія виробництва ЕВС». Водночас посібник буде дуже корисним і для студентів, які навчаються за суміжними спеціальностями.
Лабораторна робота №1
Технологія виготовлення пасивної частини мікроскладання
Мета роботи: 1)вивчити основні методи та особливості отримання тонких плівок у вакуумі; 2) ознайомитися з технологічним процесом виготовлення тонкоплівкової частини мікроскладання методом термічного випаровування у вакуумі; технологічним та контрольним обладнанням; 3) набути практичних навичок роботи з технологічним та контрольним обладнанням; 4) оцінити якість одержуваних плівок.
Тривалість роботи-4ч.
Теоретичні відомості
Тонкі плівки (товщиною менше 1 мкм) у виробництві мікроскладання (МСБ) використовуються для виготовлення пасивних елементів: резисторів, конденсаторів, індуктивностей, контактних майданчиків, міжелементної комутації, міжшарової ізоляції тощо. Серед багатьох методів виготовлення тонких плівок (термічного випаровування, іонно-плазмового розпилення, хімічного, електрохімічного та піролітичного осадження та ін) переважними виявляються методи осадження плівок у вакуумі як дозволяють отримувати плівки з будь-яких матеріалів з найкращими електрофізичними параметрами при високій їх відтворення. Саме ці методи покладено основою тонкоплівкової технології.
Таким чином, сутність тонкоплівкової технології полягає в керованому нанесенні плівкових покриттів у вакуумі методами спрямованого осадження на підкладки (або плати) частинок з потоку матеріалу, що випаровується або розпилюється. Одним з поширених методів осадження тонких плівок у вакуумі є добре освоєний метод термічного випаровування у вакуумі. Його основні переваги: висока чистота одержуваних плівок, простота технологічного процесу та висока експлуатаційна надійність. Сучасні установки вакуумного напилення, у тому числі й реалізують метод термічного випаровування, обладнані Системою іонного очищення поверхні.підкладок у плазмі тліючого розряду, що суттєво підвищує якість одержуваних плівок та відтворюваність їх характеристик.
Термічне випаровування матеріалів у вакуумі
Термічне випаровування полягає в нагріванні матеріалу (використовуваного для нанесення на підкладку) у високому вакуумі (при тиску не більше Па) до температури, при якій тиск власної пари на кілька порядків перевищує тиск залишкових газів у робочому просторі вакуумної камери. При цьому атоми матеріалу, що випаровується, поширюються прямолінійно, так як довжина їх вільного пробігу значно перевищує відстань випарник (джерело матеріалу, що випаровується) - підкладка. Далі слідує конденсація частинок потоку, що випарувався, на поверхні підкладки (плати), що має температуру значно нижче температури випарника.
Отже, при осадженні плівок методом термічного випаровування у вакуумі (термовакуумного випаровування або термовакуумного напилення) у процесі отримання тонких плівок можна виділити три основні стадії:
- утворення атомарного (молекулярного) потоку речовини з джерела матеріалу, що випаровується (випарника);
- проліт атомів від випарника до підкладки;
- Конденсація речовини на підкладці (етап осадження матеріалу у вигляді тонкої плівки).
Утворення атомарного (молекулярного) потоку при термічному випаровуванні є результатом розриву зв'язків між поверхневими атомами матеріалу, що випаровується, якщо кінетична енергія руху атомів перевищує енергію зв'язку між ними. З табл.1 видно, що умовна температура випаровування більшості металів вище за температуру їх плавлення, тобто. випаровування відбувається за схемою: тверда речовина-рідина-пар. Однак деякі матеріали, наприклад, хром, титан, досить інтенсивно випаровуються.із твердого стану. Процес переходу речовини з твердого стану в пароподібний, минаючи рідку фазу, називаєтьсясублімацією (абовигойуванням ). Залежно від агрегатного стану речовини під час випаровування слід обирати конструкцію випарника. Тип випарника залежить також від природи матеріалу, що випаровується (його одно- або багатокомпонентне, хімічної активності, температури випаровування та ін), вихідної форми матеріалу. (гранули, порошок, дріт), необхідної швидкості випаровування, її, сталості у часі та інших чинників. У табл.2 наведені температури і швидкості випаровування металів, що широко застосовуються в тонкоплівковій технології, залежно від їх тиску насичених парів.
Таблиця 1
Температури плавлення, кипіння, випаровування металів,