СПОСОБ ФОРМИРОВАНИЯ ТРЕХМЕРНОЙ ТОЛСТОПЛЕНОЧНОЙ СХЕМЫ Российский патент 2005 года по МПК H05K3/10 H05K3/24 

Изобретение относится к электронике и может быть использовано при изготовлении трехмерной толстопленочной схемы, содержащей проводниковые, сверхпроводниковые и другие элементы, нанесенные на верхнюю, нижнюю и боковые грани плоской подложки или подложку криволинейной формы.

Известны способы формирования толстопленочной схемы, при которых наносят пасту с помощью ракеля на подложку через трафарет, после чего вжигают ее [1]. Такие способы обеспечивают недостаточно высокую точность параметров элементов, поскольку паста после снятия трафарета растекается по подложке, а также ограниченную воспроизводимость вследствие большого числа технологических факторов (давление ракеля, загрязненность сетки и т.д.). Кроме того, так можно формировать схему только на плоской подложке.

Наиболее близким техническим решением является способ формирования толстопленочной схемы, когда в подложке формируют канавки согласно разработанной топологии, в канавки вводят пасту, после чего ее вжигают [2]. В этом случае точность и воспроизводимость повышаются вследствие того, что паста ограничена стенками канавки. Однако для получения трехмерной толстопленочной схемы необходимо формировать ее пооперационно: вводить пасту и вжигать ее на той поверхности, которая на данной операции является верхней, а затем поворачивать подложку и повторять цикл. В случае иной ориентации поверхности (боковая, нижняя поверхность), паста, содержащая 15-20% органической связки, смещается под действием силы тяжести и деформирует элементы схемы. Изменится профиль дорожек - элементов схемы и их параметры.

Техническим результатом изобретения является повышение производительности производства и снижение себестоимости толстопленочных схем за счет вжигания всей схемы в одном цикле.

Технический результат достигается следующим образом. Пасту готовят с минимальным количеством связки 3-5%. На поверхности подложки формируют канавки соответственно электрической схеме. Канавки могут быть сформированы механическим скрабированием или лазерным лучем. В канавки втирают пасту и фиксируют ее пленочным покрытием. Материал покрытия подбирается таким образом, чтобы он был химически нейтральным к материалу пасты. Это может быть органический пленкообразующий материал, растворенный в летучем растворителе. В качестве наносителя может быть введен материал, стимулирующий свойства элемента, например серебро для высокотемпературных сверхпроводников. Затем подложку с пастой и покрытием вжигают в одном цикле. На первой стадии вжигания (температура менее 150-200°С) паста удерживается от деформации покрытием, после чего органическая связка пасты и покрытие разлагаются и вжигание продолжается. Вжигание осуществляется по штатной схеме, поскольку состав пасты остается штатным (исключая содержание органической связки).

Сопоставительный анализ заявляемого технического решения с прототипом показывает, что заявленный способ отличается от известного тем, что паста имеет повышенную вязкость (3-5%) органической связки, ее втирают во все канавки подложки, фиксируют пленочным покрытием и вжигают в одном цикле. Таким образом, заявленный способ соответствует критерию «новизна». Кроме того, совокупность существенных признаков, состоящая из повышенной вязкости пасты (3-5% органической связки), втирания пасты во все канавки поверхности, фиксации ее пленочным покрытием со стимулирующим наполнителем и вжигания всей схемы в одном цикле, позволяет обнаружить у предложенного способа иные, в отличие от известных, свойства, к числу которых можно отнести:

- повышение точности параметров схемы в результате исключения повторных воздействий на ее элементы высокой температуры циклов вжигания;

- возможность формировать элементы большого сечения при их фиксации пленочным покрытием;

- возможность стимулировать свойства элементов схемы, вводя в покрытие соответствующий наполнитель.

На фиг.1 представлены проекции сверхпроводникового трансформатора магнитного потока, где на подложке 1 сформирована трехмерная сверхпроводниковая схема 2. На фиг.2 представлен разрез участка подложки 1 с канавкой 3. На фиг.3 представлен разрез участка подложки 1 с канавкой, заполненной сверхпроводниковой пастой 2. На фиг.4 представлен разрез участка подложки 1 с пастой 2 в канавке, закрытый пленочным покрытием 4.

Предлагаемый способ формирования трехмерной толстопленочной схемы реализован следующим образом. Был изготовлен сверхпроводниковый трансформатор магнитного потока, содержащий два неполных витка различного диаметра (10 и 780 мм), соединенные дорожками длиной 120 мм (фиг.1), используемый для усиления магнитного потока внутри витка меньшего диаметра. Коэффициент усиления трансформатора определяется отношением площадей витков. Была изготовлена подложка (фиг.1) методом гидростатического прессования и обжига из порошка MgO с добавкой 5% органической связки. Режимы прессования и обжига были штатными (Р=6-8 ГПа, Т_max=1700°С). На подложке лазерным фрезерованием были выполнены канавки глубиной и шириной 1 мм. Была приготовлена паста, содержащая порошок Bi(2212) и 5% органической связки. После гомогенизации пасту втирали в канавки схемы и фиксировали путем нанесения пленочного покрытия. Покрытие наносили намазыванием кисточкой. Пленочное покрытие представляло собой пенопласт, растворенный в ацетоне с добавкой порошка серебра (соответственно 15 и 10 мас.%). После конвекционного высушивания пленки подложку помещали в печь сопротивления, где проходило вжигание по типовой схеме (Т_max=885°С, t=40 часов). Готовая схема обладала сверхпроводниковыми свойствами (T_кр=95 К, i_кр=960 А/см²) и выполняла необходимые функции. Сравнение величины критического тока при использовании пленочного покрытия без введения стимулирующей добавки показало уменьшение в том случае критического тока на 10-15%.

Использование предложенного способа формирования толстопленочной схемы обеспечивает следующие преимущества:

- возможность формировать схему за один цикл вжигания;

- повышение производительности и снижение затратности в результате исключения дополнительных операций;

- повышение точности параметров элементов путем исключения влияния температуры последующих операций вжигания;

- возможность стимулировать свойства элементов схемы, вводя соответствующие наполнители в пленку.

Источники информации

1. Красов В.Г. и др. Толстопленочная технология в СВЧ микроэлектронике - М.: Радио и связь, 1985. - С.80-93.

2. Бондаренко С.И. и др. ВТСП магнитоградиентометры и ВТСП магнитные экраны // Техника средств связи. Сер. ТПО, 1990. Вып.5. С.65-72.

Изобретение относится к электронике и может быть использовано при изготовлении трехмерной толстопленочной схемы, содержащей проводниковые, сверхпроводниковые и др. элементы, нанесенные на верхние, нижние и боковые грани плоской подложки или подложку криволинейной формы. Технический результат - повышение производительности производства и снижение себестоимости за счет вжигания всей схемы в одном цикле. Достигается тем, что паста повышенной вязкости, содержащая 3-5% органической связки, втирается в канавки на поверхностях подложки, фиксируется пленочным покрытием и вжигается в одном цикле. 4 ил.

Способ формирования трехмерной толстопленочной схемы, при котором на подложке формируют канавки, в верхние канавки вводят электропроводную пасту, затем вжигают ее, отличающийся тем, что пасту вводят втиранием во все канавки, фиксируют пленочным покрытием, затем вжигают всю схему в одном цикле, паста содержит не более 3÷5% органической связи, а покрытие содержит наполнитель - материал, препятствующий уменьшению критического тока готовой схемы, обладающей сверхпроводниковыми свойствами.