Лазерный мир

Кузнецов // В сборнике: Перспективные материалы и технологии (ПМТ-2024). Сборник докладов Международной научно-технической конференции ИПТИП РТУ МИРЭА. Москва, 2024. С. 325-331.

В статье исследуется возможность применения лазерных технологий на различных этапах производства гибридных интегральных микросхем и микросборок. Рассмотрены основные технологические операции микросборки с применением источников лазерного излучения: резка, микропрофилирование, подгонка тонкопленочных элементов, литография, сварка при герметизации корпусов, нанесение маркировки. Экспериментально показаны преимущества лазерных технологий пред традиционными способами изготовления микросборок специального назначения.

Одним из перспективных направлений при создании микросборок является применение лазерных технологий [4]. На рис.2 представлены наиболее распространенные технологические операции, которые при производстве ГИМС и МСБ могут быть решены с применением лазеров.

В качестве основания микросборки, на поверхности которого формируются тонкопленочные и устанавливаются навесные элементы используются диэлектрические подложки, выполненные из ситалла, поликора, искусственного сапфира и т.д. Представленная на рис. 3 плата выполнена из заготовки толщиной 0,5 мм и имеет размеры 12,2×12,2 мм. Также на подложке можно увидеть вырезы сложной формы. Учитывая физические свойства материалов (высокие твердость и хрупкость), используемых при изготовлении оснований, а также геометрические формы можно сделать вывод что механический способ обработки (например, резка диском) не пригоден в данном случае.

Использование лазерного излучения позволяет осуществлять высокоточную обработку поверхности по контуру любой сложности при хороших показателях повторяемости и воспроизводимости. На рис. 4 представлены результаты сверления отверстия диаметром 1 мм выполненные в подложках из трех различных материалов [5]. Полученные кромки имеют ровную поверхность без сколов. Одним из перспективных направлений применения лазерной резки может быть высверливание рабочих каналов в ситалловых корпусах резонаторов кольцевых He-Ne лазеров [6,7].

Лазерная подгонка тонкопленочных элементов

Очень часто для гибридных интегральных микросхем выдвигаются жесткие требования к номиналам тонкопленочных элементов. Несмотря на соблюдение технологии нанесения пленок и контроль их параметров, операция индивидуальной подгонки является необходимой составляющей. Наиболее эффективной является лазерная подгонка тонких пленок (изменение конфигурации элемента). Среди основных преимуществ можно назвать: высокую точность, малые размеры элементов подрезки, высокую производительность, малая инерционность процесса, отсутствие при обработке пыли и химикатов, возможность проведения точечной функциональной подгонки в изделии, возможность проведения операций в автоматическом режиме. На рис. 5 показаны прецизионные тонкопленочные резисторы до и после операции лазерной подгонки. Размеры платы с 4-мя резисторами составляют 4,8×3,2 мм. Минимальная ширина реза при подгонке составляет 0,04 мм. Точность с которой производится подгонка составляет 0,5% от номинала. В табл. 1 представлены результаты подгонки 4-х резисторов.

Лазерная литография

Применение лазерного излучения в операции литографии при производстве микросборок возможно по трем направлениям. В первом случае с помощью лазера изготавливают фотошаблоны высокого разрешения, а также производят исправление дефектов оригиналов топологий на фотошаблонах

Ещё одним способом использования лазера в литографических процессах является создание масок на поверхности подложек. 

Третьим видом лазерной литографии, используемой при производстве микросборок, является проводящего рисунка на поверхность диэлектрической подложки путем удаления металлической пленки нанесенной методом вакуумного напыления 

Лазерная сварка корпусов

Герметизация является одной из финальных операций, проводимых при создании МСБ. От герметичности корпуса микросборки зависит стабильность её работы в готовых изделиях, а также надежность при хранении.

Лазерная маркировка

Лазерное излучение дает возможность проводить маркировку всего изделия в целом, а также микромаркировку деталей. Данная технология обеспечивает при небольшой высоте печатных знаков отличную читаемость и четкость. Импульсный характер лазерного излучения при маркировке, также как и при сварке, не оказывает температурного влияния на окружающие элементы. Минимальный размер шрифта зависит от длительности импульса и мощности излучения, а также от характера обрабатываемого материала. На рис. 7 показаны маркировки с высотой шрифта от 1 до 2,5 мм.

Заключение

Лазерные технологии весьма популярны при производстве микросборок специального назначения и применяются во многих технологических операциях. Они позволяют изготовлять печатные платы на диэлектрических подложках различных геометрических форм с вырезами разной степени сложности, соблюдая точно размеры и не нанося механических повреждений.

Лазерная прецизионная подгонка тонкопленочных элементов позволяет задавать необходимый номинал с высокой точностью порядка 0,5%. Возможности лазерной литографии нашли своё применение при изготовлении прототипов печатных плат, а также при оперативном исправлении на плате рисунка электрической схемы. Применение лазера при герметизации и маркировки корпусов микросборок позволили проводить данные операции качественно, при этом не оказывая температурное влияние на электронные компоненты.

Видео по теме: