Способ снятия внутренних напряжений тонких пленок топологии СВЧ-микрополосковых плат с помощью вакуумного отжига Российский патент 2023 года по МПК H05K3/22 H05K3/24 

Область техники

Заявленное изобретение относится к области радиоэлектронной техники и микроэлектроники, а также может использоваться в других областях техники и может быть использовано для вакуумного отжига тонких пленок, нанесенных на диэлектрическую основу. Изготавливаемые платы широко используются в ракетно-космическом и наземном приборостроении, где предъявляются высокие требования по надежности.

Уровень техники

Из уровня техники известен способ испытания на стойкость к термоудару образцов многослойных печатных плат, заключающийся в том, что образец нагревают и фиксируют появление начального расслоения образца по скачкообразному изменению толщины (см. авторское свидетельство СССР на изобретение №1826019, опубл. 07.07.1993).

Недостатком данного метода является выработка ресурса изделия и выход его из строя, а не улучшение параметров изделия.

Из уровня техники известен метод термоциклирования керамических подложек с нанесенными тонкими пленками (см. авторское свидетельство СССР на изобретение №1588732, опубликован 30.08.1990), целью которого является повышение адгезионной прочности подложек с металлизированными слоями. В описании изобретения указано, что керамические подложки имеют дополнительное включения в состав 1% оксида рения и исследуется его влияние методами наработки на отказ (10000 часов при 350°С) и термоциклирование 40-50 раз в широком диапазоне температур -60 - +350°С.

Недостатком метода является то, что основной целью изобретения является исследование влияния включения в состав керамической подложки оксида рения, а не влияние термоциклирования на параметры металлизированных слоев; также в описании изобретения не указаны точные режимы термоциклов (дан лишь широкий диапазон температур - 60 -+350°С).

Из уровня техники известен способ выявления потенциально ненадежных плат для гибридных интегральных микросхем (см. авторское свидетельство РФ на изобретение №2577823, опубл. 20.03.2016), целью которого является выявление скрытых дефектов, приводящих к браку изделий в процессе эксплуатации в составе аппаратуры. Применяется метод искусственного старения плат в термостате в присутствии кислорода воздуха (170 часов при 130°С), в результате которого проявляются скрытые дефекты изделий.

Недостатком метода является то, что основной целью изобретения является выявление скрытого брака, приводящим к потере части ресурса изделий.

Техническое описание

Раскрытие изобретения

Техническим результатом заявленного изобретения является снятие внутренних напряжений пленок металла топологического слоя микрополосковых плат методом вакуумного отжига и, как следствие, улучшение параметра межслоевой адгезии изделия в целом. Заявленное изобретение позволяет устранять скрытые дефекты микрополосковых плат в процессе их изготовления, не допуская их выпуск и последующий монтаж, тем самым существенно снижая риск отказа изделия в составе аппаратуры.

Технический результат заявленного изобретения достигается тем, что способ снятия внутренних напряжений тонких пленок топологии СВЧ-микрополосковых плат методом вакуумного отжига включает следующие действия:

- производят обезжиривание поверхности плат методом протирки спиртом или ацетоном;

- помещают платы в камеру вакуумной печи так, чтобы проводниковой слой платы был не перекрыт;

- производят вакуумный отжиг плат в вакууме составляющем не менее 10^-5 мм рт.ст., при температуре процесса 290°С для плат без барьерного никеля в течение 4 часов, и при температуре процесса 400°С для плат с барьерным никелем в течение 2,5 часов;

- по окончании термотренировки проводят контроль адгезии элементов топологического рисунка платы методом испытания на отрыв липкой ленты с клеевым слоем в двух взаимно перпендикулярных направлениях;

- производят очистку поверхности плат от остатков клеевого состава методом протирки и обезжиривания поверхности спиртом или ацетоном;

- проводят контроль внешнего вида плат с помощью микроскопа на предмет отслоения проводникового слоя.

При этом все операции с платами проводят в напальчниках, а протирка изделий проводится с помощью ватного тампона или чистой бязевой тряпочки. Липкая лента должна соответствовать ГОСТ 20477 - 86.

Контроль адгезии методом испытания на отрыв элементов топологического рисунка лентой с липким слоем, интегральный метод, является одним из самых эффективных. Перед операцией плату необходимо протереть ватным тампоном, смоченным ацетоном. Отрезать ножницами полоску ленты с липким слоем размером, превышающим габариты платы, и плотно приклеить ленту к поверхности платы. Резко отделить ленту от платы, после чего произвести контроль внешнего вида плат под микроскопом при увеличении 16-32^x. При визуальном контроле необходимо проконтролировать весь проводниковый слой платы и в случае отслоений изделие бракуется.

Операцию проводить в двух взаимно перпендикулярных направлениях.

Краткое описание чертежей

На Фиг. 1 представлен график, отображающий результаты проверки адгезии плат, выполненных по стандартной технологии и плат, прошедших вакуумный отжиг, построенный на основании Таблицы 1. Из полученных значений следует, что сила межслоевой адгезии металлизированных слоев возрастает после вакуумного отжига.

Осуществление и примеры реализации заявленного изобретения:

Для проведения экспериментальных исследований использовались тестовые платы, не имеющие отклонения по номиналу резисторов, внешнему виду и адгезии. Количество тестовых плат - 15 шт.

Практический эксперимент показал, что при увеличении температуры процесса уменьшается время снятия внутренних напряжений, но, в случае, если у платы нет барьерного никеля, то при температуре отжига свыше 300°С золотое покрытие платы растворяется в меди, приводя к забраковыванию изделий. При наличии барьерного никеля, температура отжига может составлять до 400°С. Отжиг свыше 400°С не применялся в связи с применением узкоспециального редкого оборудования.

Не допускается отжигать платы с нанесенным защитного слоя фоторезиста по причине повреждения органического слоя фоторезиста.

Выбранная температура процесса Т=290°С для плат без барьерного никеля и Т=400°С для плат с барьерным никелем.

Время отжига рассчитывалось исходя из возможностей оборудования, времени отжига и полного остывания установки с учетом рабочей смены 8 часов.

Выбранное время процесса t=4 часа для процесса при Т=290°С и t=2,5 часа при Т=400°С.

Практический эксперимент проводился на платах без барьерного никеля - t=4 часа; Т=290°С с последующей проверкой адгезии методом припайке бронзовой проволоки в 10 случайных местах каждой из СВЧ плат с проверкой силы адгезии металлизированных слоев на отрыв. Опыт показал, что способ снятия внутренних напряжений тонких пленок топологии СВЧ микрополосковых плат методом вакуумного отжига эффективен для увеличения силы адгезии металлизированных слоев СВЧ микрополосковых плат.

На основании полученных результатов можно сделать вывод, что оптимальное время вакуумного отжига составляет от 4 часов, а оптимальная температура составляет 290С0.

Способ снятия внутренних напряжений тонких пленок топологии СВЧ - микрополосковых плат методом вакуумного отжига осуществляется следующим образом.

Все операции с платами проводят в напальчниках.

Перед началом процесса термотренировки испытуемые платы необходимо обезжирить спиртом или ацетоном, при этом протирка изделий проводится с помощью ватного тампона или чистой бязевой тряпочки. Далее помещают изделия в камеру вакуумной печи так, чтобы у проводникового слоя платы был не перекрыт, во избежание диффузионного сращивания плат друг с другом/инородными телами.

Запускается вакуумная печь. Температура отжига плат не должна превышать 290°С в вакуумной печи в атмосфере цеха. Нагрев и охлаждение плат в вакуумной печи осуществляют со скоростью 3-6°С в минуту. По окончании термотренировки необходимо проверить платы на адгезию липкой лентой с клеевым слоем в двух взаимно перпендикулярных направлениях и произвести контроль внешнего вида плат под микроскопом при увеличении 16-32^х. При визуальном контроле необходимо проконтролировать весь проводниковый слой платы и в случае отслоений изделие бракуется.

Платы, прошедшие контроль адгезии, необходимо очистить от клеевого состава путем протирки и обезжиривания поверхности спиртом или ацетоном.

Таким образом, заявленное изобретение позволяет устранять скрытые дефекты микрополосковых плат, усилить межслойную адгезию в процессе их изготовления, не допуская выпуск и последующий монтаж изделий со скрытым браком.

Результаты обработки данным способом подтвердили качество и надежность обрабатываемых изделий, тем самым положительно оценив эффективность и целесообразность применения заявленного изобретения для создания радиоэлектронной аппаратуры ракетно-космической техники.

Изобретение относится к области радиоэлектронной техники и микроэлектроники, в том числе к снятию внутренних напряжений тонких пленок, нанесенных на диэлектрическую основу. Технический результат - снятие внутренних напряжений пленок металла топологического слоя микрополосковых плат методом вакуумного отжига и, как следствие, улучшение параметра межслоевой адгезии изделия путем устранения скрытых дефектов микрополосковых плат в процессе их изготовления, не допуская их выпуск и последующий монтаж, тем самым существенно снижая риск отказа изделия в составе аппаратуры. Технический результат достигается тем, что способ включает очистку поверхности плат методом протирки спиртом или ацетоном для обезжиривания поверхности. Изделия помещают в камеру вакуумной печи так, чтобы проводниковой слой плат был не перекрыт, производят вакуумный отжиг изделий в вакууме, составляющем не менее 10^-5 мм рт.ст., при температуре процесса 290°С для плат без барьерного никеля - в течение 4 часов, и при температуре процесса 400°С для плат с барьерным никелем - в течение 2,5 часов. По окончании термотренировки проводят контроль адгезии элементов топологического рисунка платы методом испытания на отрыв липкой ленты с клеевым слоем в двух взаимно перпендикулярных направлениях, производят очистку поверхности плат от остатков клеевого состава методом протирки и обезжиривания поверхности спиртом или ацетоном, проводят контроль внешнего вида плат с помощью микроскопа на предмет отслоения проводникового слоя. 3 з.п. ф-лы, 1 ил., 1 табл.

1. Способ снятия внутренних напряжений тонких пленок топологии СВЧ-микрополосковых плат с помощью вакуумного отжига, характеризующийся тем, что:

- производят обезжиривание поверхности плат методом протирки спиртом или ацетоном;

- помещают платы в камеру вакуумной печи так, чтобы проводниковой слой платы был не перекрыт;

- производят вакуумный отжиг плат в вакууме, составляющем не менее 10^-5 мм рт.ст., при температуре процесса 290°С для плат без барьерного никеля в течение 4 часов, и при температуре процесса 400°С для плат с барьерным никелем в течение 2,5 часов;

- по окончании термотренировки проводят контроль адгезии элементов топологического рисунка платы методом испытания на отрыв липкой ленты с клеевым слоем в двух взаимно перпендикулярных направлениях;

- производят очистку поверхности плат от остатков клеевого состава методом протирки и обезжиривания поверхности спиртом или ацетоном;

- проводят контроль внешнего вида плат с помощью микроскопа на предмет отслоения проводникового слоя.

2. Способ по п. 1, в котором протирку изделий выполняют в напальчниках ватными тампонами или бязевыми тряпочками.

3. Способ по п. 1, в котором проводят внешний осмотр изделий с помощью микроскопа при увеличении в диапазоне 16-32х.

4. Способ по п. 1, в котором нагрев и охлаждение плат в вакуумной печи осуществляют со скоростью 3-6°С в минуту.