Разработка конструкции и технологии микрополосковых плат для бесфлюсовой сборки ГИС СВЧ с высокой воспроизводимостью параметров и надежностью изделий

Современный период развития общества ознаменован нарастающими темпами научно-технического прогресса во всех отраслях промышленности и в особенности в таких наукоемких, как радиоэлектроника. В основном развитие радиоэлектроники базируется на тех достижениях, которые получены в области микроэлектроники, создающей фундамент для разработки более сложных, принципиально новых устройств и получения уникальных свойств радиоэлектронной аппаратуры. Кроме того, развитие радиоэлектроники и микроэлектроники сопровождается повышением требований к надежности работы, уменьшению массы и объема, улучшению электрических характеристик изделий.

Создание высоконадежных микроэлектронных СВЧ систем невозможно без комплексного решения организационных, технологических и конструкторских вопросов.

Опыт проектирования и промышленного производства показывает, что для обеспечения высокой надежности и воспроизводимости твердотельных модулей (ТТМ) СВЧ необходимо, чтобы при проведении сборочных операций учитывались особенности структуры полосковых проводников, а послойная структура микрополосковых проводников отвечала требованиям сборки.

В производстве ТТМ СВЧ в гибридном исполнении основными сборочными операциями являются пайка и микросварка. Для пайки применяют золотосодержащие или оловянные припои с добавками свинца, индия, кадмия, висмута и др. Паяемыми поверхностями являются золото, никель, сплав олово-висмут и др.

Высокое качество паяных и сварных соединений обеспечивается очисткой поверхности микрополосковых плат (МПП), применением флюсов, контролируемыми газовыми средами, а также наложением ультразвуковых или низкочастотных колебаний.

К настоящему времени достигнут высокий уровень технологий, базирующийся на оборудовании и процессах, осуществляющих флюсовую сборку [1−7]. Однако использование флюсов, особенно на заключительных сборочных операциях, провоцирует коррозионные процессы в загерметизированных микросборках и модулях, что приводит к деградации электрических характеристик, к выходу из строя активных и пассивных элементов микрополосковых плат при эксплуатации или длительном хранении СВЧ приборов [8−10].

По этой причине развиваются и внедряются в промышленность процессы бесфлюсовой сборки [11−16].

В наиболее распространенных маршрутах бесфлюсовой сборки [17−18] операции микросварки и микропайки осуществляют со ступенчатым снижением температуры в диапазоне 290.420°С.

Ступенчатая бесфлюсовая сборка предъявляет особые требования к микрополоско-вым структурам, поскольку при температурах выше 300 °C протекает интенсивная взаимодиффузия и растворение покрытий в процессе пайки, что непосредственно влияет на надежность паяных и сварных соединений и электрические параметры ГИС СВЧ.

Актуальность работы. В технике СВЧ получили широкое применение структуры с металлизацией лицевой и экранной сторон системами на основе меди Сг/Си/АиCr/Cu/Ni/Auи на основе золота: Ti/Pd/AuTi/Pt/AuCr-Au и т. д.

Оптимальной структурой для формирования сварных соединений являются тонкопленочные системы на основе золота. Они не содержат легко диффундирующих атомов, препятствующих формированию надёжных сварных соединений. Но пайку микроплат с таким покрытием на основания можно проводить только с применением припоев с высокой концентрацией золота (AuSiAuGeAuSri), но при этом, вследствие высоких внутренних напряжений в паяном шве, размеры плат ограничены, а при размерах МПП более 12×12 мм велика вероятность растрескивания, вызываемого разностью KTJ1P применяемых материалов.

Спаи, образованные на основе олова, свинца, индия характеризуются высокой пластичностью, но полностью растворяют золотое покрытие, что снижает прочность паяных соединений и приводит к деградации электрических характеристик ГИС СВЧ. Структура на основе меди (Cr/Cu/Ni/Au) свободна от этих ограничений. При пайке этой структуры припоями на основе олова и свинца сохраняется слой меди под слоем никеля. А так как эти припои образуют эластичные соединения, то выбором материала оснований и толщины припоя достигается возможность пайки микроплат размером до 48×60 мм.

Однако, нагрев микроплат с этой структурой в процессе монтажа чип-конденсаторов и пайки плат на основания с температурой в диапазоне 300.420°С приводит к взаимодиффузии атомов покрытий и образованию твердых растворов на основе меди и золота, что создает неблагоприятные условия для формирования термокомпрессионных соединений.

Из приведенного анализа следует, что, несмотря на большое количество опубликованной литературы, технологические аспекты проектирования и изготовления СВЧ ГИС с использованием бесфлюсовой сборки, обеспечивающие воспроизводимость параметров, высокий выход годных и надежность изделий изучены недостаточно полно и представляют собой актуальную задачу.

На момент постановки диссертационной работы выход годных ГИС СВЧ с температурой бесфлюсовой сборки выше 300 °C не превышал 6%. Из-за низкой нестабильности технологических процессов наблюдались значительный разброс СВЧ параметров и отказы в процессе производства и эксплуатации.

Цель работы. В связи с вышеуказанным, целью диссертационной работы являлась разработка послойной структуры и технологии изготовления ГИС СВЧ для бесфлюсовой сборки в диапазоне 300.420°С, позволяющих обеспечить высокую воспроизводимость параметров и надежность твердотельных модулей СВЧ.

Постановка задачи. Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:

— на основе исследования особенностей диффузионных процессов в температурном диапазоне 300.400°С в многослойных микрополосковых структурах и влияния этих процессов на прочность сварных термокомпрессионных соединений, коэффициента затухания СВЧ энергии, а также исследования растворения покрытий в процессе пайки, определялись области оптимального применения традиционных структур на основе золота и меди для бесфлюсовой сборки;

— разрабатывалась универсальная структура МПП, обеспечивающая оптимальные условия для микросварки на лицевой стороне микроплат и оптимальные условия для микропайки на экранной стороне;

— разрабатывалась технология формирования микрополосковых плат для бесфлюсовой сборки ГИС;

— исследовалось явление высокотемпературного расслаивания покрытий МПП;

—. разрабатывалась технология изготовления МПП с формированием металлизированных отверстий, внутрисхемных соединений, тонкопленочных резисторов, индуктив-ностей и конденсаторов методами планарной технологии;

— разрабатывалась технология монтажа кристаллов навесных элементов ГИС СВЧ в объеме подложки платы в сквозных отверстиях, совмещение лицевых поверхностей кристаллов и платы, относительная ориентация топологических рисунков металлизации платы и кристаллов навесных элементов, закрепления кристаллов и подключения контактных площадок кристаллов к проводникам платы.

Предметом исследования служат: прочность соединения, технологические операции, взаимодействие слоев структуры металлизации топологического рисунка МПП.

Метод исследования — комплексный, характеризуемый последовательным использованием современных теоретических представлений и методик исследования по прохождению сигналов в платах ГИС СВЧ, технологических методик.

Научная новизна. В диссертации впервые получены следующие результаты:

1. Исследована надежность сварных термокомпрессионных соединений золотой проволоки с микрополосковыми линиями (МПЛ), имеющими структуру Cr/Cu/Ni/Au в зависимости от толщины барьерного слоя гальванически осажденного никеля и от режима отжига.

2. Разработана структура металлизации МПП (TiBaK — PdBaK — АигалЬвна лицевой стороне подложки и Сгвак — СивакСигалЬвNir^bBAurajlbBна экранной стороне), обеспечивающая высокотемпературную (400°С) сборку ГИС на лицевой стороне платы и надежную пайку МПП на металлическое основание.

3. Исследованы причины расслоения структуры металлизации топологического рисунка МПП при нагреве её на операциях сборки ГИС.

4. Разработан процесс последовательного усиления металлизации переходных отверстий в МПП взамен торцевой металлизации для коммутации элементов ГИС СВЧ, расположенных на разных сторонах МПП.

5. Разработаны оригинальные конструкция и технология формирования внутренних перемычек, защищенных авторскими свидетельствами, позволяющих повысить воспроизводимость электрических параметров ГИС СВЧ, улучшить их электрические характеристики, повысить надёжность внутренних соединений.

6. Разработана оригинальная технология монтажа кристаллов навесных элементов ГИС в отверстия МПП, их закрепление, совмещения с топологическим рисунком и подключения в схему, защищенная авторским свидетельством.

Научные положения, выносимые на защиту:

1. Высокая надежность, низкие и воспроизводимые потери СВЧ сигнала достигаются применением системы металлизации микрополосковых линий на основе меди в следующих значениях: Сгвак (80. 150 Ом/П) -Сивак 1 MKM — - СигалЬв 3 МКМ — - NinuibB (0,5.0,9) мкм — АигалЬв 3 мкм) и ее можно рекомендовать для бесфлюсовой сборки ГИС СВЧ при Т=330°С со временем выдержки не более 10 мин, а при Т=420°С — не более 3 мин.

2. Оптимальные условия для бесфлюсовой сборки ГИС СВЧ с применением термокомпрессионной сварки и пайки микроплат на основания легкоплавкими припоями обеспечиваются при структуре металлизации лицевой стороны микроплат на основе золота система Ti/Pd/Au), а экранной стороны — на основе меди (система Cr/Cu/Ni/Au), с барьерным слоем, ограничивающим растворение в процессе пайки.

3. Повышение надёжности соединений ГИС СВЧ, улучшение электрических и мас-согабаритных характеристик, их воспроизводимость достигается за счет внутрисхемных соединений через металлизированные отверстия, а также формирования соединительных проводников с длиной 50.500 мкм, шириной 20.40 мкм, высотой воздушного промежутка 5.15 мкм над пленочными элементами высотой 3.8 мкм, методами напыления, фотолитографии, гальванического осаждения и последующего стравливания технологических слоев.

4. Дополнительное повышение надёжности соединений ГИС СВЧ, улучшение электрических и массогабаритных характеристик, их воспроизводимость достигается за счет размещения кристаллов навесных элементов в отверстиях в подложке МПП, совмещения лицевых поверхностей кристаллов и платы, относительной ориентации топологических рисунков металлизации платы и кристаллов, закрепления кристаллов в отверстиях и формирования соединительных проводников методами напыления, фотолитографии и гальванического осаждения.

Практическая ценность работы. Полученные новые научные результаты и разработанные технологические процессы составляют основу базовых технологий изготовления ГИС СВЧ в ФГУП «НПП «Исток», заводе «Радиоизмеритель» г Киев и др. и нашли применение при проведении большого числа НИР и ОКР в крупносерийном производстве модулей СВЧ на протяжении многих лет.

Апробация и публикация результатов работы. Результаты работы опубликованы в материалах двух международных конференций, в 9 научно-технических статьях, 12 научно-технических отчетах, изложены на 4 семинарах главных конструкторов ФГУП «НПП «Исток», 3 технологических семинарах по программе «Гибрид», совещании КНТС главных технологовпо результатам работы получено 4 авторских свидетельства и 2 положительных решения на выдачу патентов РФ.

Диссертация состоит из введения, шести разделов, заключения, приложения, списка литературы.

5.6. Выводы.

Наиболее перспективным направлением повышения надежности, воспроизводимости электрических параметров и снижения цены ГИС СВЧ является максимально возможная замена сварных и паяных соединений на соединения сформированные с применением методов планарной технологии.

Разработанные технологические процессы изготовления многокаскадных модулей на единой керамической подложке позволяют исключить из конструкции ГИС СВЧ крайне ненадежные межплатные сварные и паяные соединения.

Разработанные технологические процессы изготовления внутрисхемных соединений в мостах Ланге, подстроенных элементах и цепях питания осуществляются методами планарной технологии. В качестве изолирующего зазора используется воздух или пленка полиимида.

Особенностью разработанных технологических процессов является возможность формирования высоконадежных перемычек при высоте микрополосковых проводников 3 — 12 мкм и при минимальных значениях ширины проводников и зазоров между ними ~ 15 мкм.

Микрополосковые платы успешно прошли испытания на воздействие вибрационных, ударных, акустических и климатических воздействий.

Разработаны технологические процессы формирования металлизированных отверстий в диэлектрических подложках для ГИС СВЧ.

Технология характеризуется последовательным тройным усилением металлизации химическим, вакуумным и гальваническими методами, что позволяет металлизировать отверстия с размерами от 50 мкм и выше в подложках из алюмооксидной керамики, сапфира и кварца.

С целью исключения вытекания припоя через отверстия при пайке микроплат на основания разработана технология их защиты пленкой органического термостойкого диэлектрика.

Разработана технология изготовления ГИС СВЧ с отверстиями, полностью заполненными металлом в планарной плоскости с подложкой, что позволило снизить значения переходных сопротивлений и исключить проблемы формирования фоторезистивной защитной маски.

Впервые в РФ созданы технологические процессы изготовления МПП с ТПК, ТПР и монтажом активных элементов методами планарной технологии, которые позволяют полностью исключить применение сварных и паяных соединений и тем самым изменить концепцию традиционной сборки ГИС СВЧ.

Проведенные исследования и разработанные технологические процессы обеспечивают снижение трудоемкости или исключение ряда сборочных операций, повышают надежность и воспроизводимость электрических параметров, а также открывают новые перспективы для дальнейшего применения ГИС СВЧ в радиоэлектронной аппаратуре.

6. ИССЛЕДОВАНИЕ НАДЕЖНОСТИ ГИС СВЧ.

6.1. Исследование надежности микрополосковых плат, сформированных по разработанной технологии.

Микрополосковые платы исследовались на воздействие повышенных температур и циклических температурных нагрузок. Испытания осуществлялись в следующем режиме: при повышенной температуре (+85°С) проводилось измерение разрывного усилия сварных перемычек после каждых 200 т воздействияпри термоциклическом воздействии (-60°С .+85°С) с выдержкой по 30 мин при каждой температуре проводилось измерение разрывного усилия после 200 термоциклов.

По полученным статистическим данным определялись: среднее значение разрывного усилия и среднее квадратичное отклонение на каждом этапе измерения. Были построены зависимости прочности сварных соединений от числа термоциклов и воздействия повышенной температуры [20,24].

На рис. 6.1.1 представлена зависимость прочности сварных соединений золотой проволоки диаметром 15,20, 30 мкм с микроплатами с покрытием лицевой стороны Ti-Pd-Au, выполненных электроконтактной и термокомпрессионной сваркой, от числа термоциклов.

Из результатов исследования видно, что в процессе термоциклических воздействий в течение 1000 термоциклов не происходит заметного изменения прочности сварных соединений.

На рис. 6.1.2 показана зависимость прочности сварных соединений от времени воздействия повышенной температуры (+85°С). результаты подтверждают, что в течение 900 часов в условиях повышенной температуры деградация соединений не наблюдается. Прочность соединения также не зависит от вида сварки.

На рис. 6.1.3 представлена зависимость относительного изменения удельного сопротивления тантала и разработанной в данной работе резистивной пленки на основе тантала с защитным покрытием на основе нитрида тантала под воздействием отжига при температуре 340 °C в течение 120 минут.

Из рис. 6.1.3 следует, что температурная стабильность тантала с защитным покрытием на основе нитрида тантала во много раз превышает стабильность пленок тантала и отвечает требованиям бесфлюсовой сборки. та=0,48 х число.

200 400 600 800 1000 1200 т.ц.

Рис. 6.1.1. Зависимость прочности сварных соединений проволоки Зл с платой от числа термоциколов: 1,2- электроконтактная сварка проволоки Зл диаметром 30 и 20 мкм с платой;

3,4 — термокомпрессионная сварка проволоки Зл диаметром 20 и 15 мкм с платой р. г.

6;

4 ;

2″ а=0,4 а=0,53.

X- = т 3 ст=0,42 тст=0,18.

800 1000.

1200 t, t.

Рис. 6.1.2. Зависимость прочности сварных соединений проволоки Зл с платой от времени воздействия повышенной температуры +85″ С: 1,2- электроконтактная сварка проволоки Зл диаметром 30 и 20 мкм с платой;

3 — термокомпрессионная сварка проволоки Зл диаметром 20 мкм с платой.

Др/р

0.75.

0,5.

0.25.

Т=340″ С. ;

— -. ;

Z. — 2 Г Х 1.

0 30 60 90 120 tM" H.

Рис. 6.1 3. Зависимость относительного изменения удельного сопротивления (Др/р) резистивных слоев тантала (1) и тантала с защитными покрытиями из нитрида тантала (2) от времени изотермического отжига.

Рис. 6.1.4. Тестовая микрополосковая микроплата с перемычками, сформированными через воздушный зазор

Для исследования надежности планарных перемычек в мостах Ланге и контроля их геометрических размеров и электрических характеристик была изготовлена тестовая мно-гополосковая схема, представляющая собой набор эквидистантно расположенных электрически изолированных штырей (структура типа моста Ланге), каждый из которых имеет отдельную контактную площадку. Эта тестовая схема изготавливается групповым способом в трех вариантах, отличающихся шириной штыря: I вариант — 20 мкм, 11 вариант — 30 мкм, 111 вариант — 100 мкм. В результате разработанного технологического процесса на каждой тестовой схеме групповым способом формировались шесть перемычек (рис. 6.1.4).

Определение горизонтальных размеров (ширина перемычки, длина перемычки) проводили с помощью измерителя МЕТАМ Р-1.

Определение вертикальных размеров (толщина перемычки, высота элементов схем) проводили на микроскопе МИИ-4.

Высота воздушного зазора определяется измерением толщины технологического слоя меди или пленки органического диэлектрика с помощью микроскопа МИИ-4 или микрометром типа МКО-25.

Электрические характеристики перемычек мостов Ланге определяют путем измерения электрического сопротивления между электрически изолированными высокоомны-ми проводниками мостов Ланге до и после воздействия на них механических и климатических факторов. Результаты испытаний микроплат с перемычками представлены в таблице 6.1.1.

Из данных, представленных в таблице 6.1.1, следует, что перемычки, сформированные через воздушный зазор и пленку полиимида, характеризуются высокой стойкостью к воздействию вибрационных, ударных, акустических и климатических воздействий.

Микроплаты с металлизированными отверстиями прошли испытания на воздействие механических, климатических факторов. Результаты испытаний представлены в таблице 6.1.2.

Из данных таблицы 6.1.2 следует, что металлизация отверстий по разработанным технологиям характеризуется высокой надежностью.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

.

В диссертационной работе на основе анализа литературных источников и проведенных исследований показано, что с повышением температуры до 300.400°С при проведении бесфлюсовых сборочных операций в микрополосковых структурах на основе меди (системы Cr/Cu/AuCr/Cu/Ni/Au и др.) наблюдаются деградационные явления. Они связаны с взаимодиффузией атомов и растворением покрытий в процессе пайки и приводят к снижению качества сварных и паяных соединений, увеличению уровня и разбросу коэффициента затухания.

Широко распространенные в производстве структуры на основе меди (Cr-Cu-AuCr-Cu-Ni-Au) и на основе золота (Ti-Pd-AuCr-AuTi-Pt-Au и др.) не отвечают всему комплексу требований бесфлюсовой сборки в диапазоне температур 300.400°С с точки зрения обеспечения оптимальных условий для формирования паяных и сварных соединений. В частности МПП на основе золота нельзя паять с применением припоев на основе олова и свинца, вследствие растворения покрытий, а МПП на основе меди после воздействия отжигов не обеспечивают надежности сварных термокомпрессионных соединений.

С целью создания послойной микрополосковой структуры, лишенной этих недостатков, в диссертационной работе:

— разработана методика расчета коэффициента затухания волны в многослойной полосковой линии, с учетом того, что различные участки сечения и слои полос-ковых проводников обладают различной проводимостью, микропрофилем и шероховатостью. Это позволяет рассчитать затухание в реальных микрополосковых структурах, сформированных по различным технологическим маршрутам, оценить вклад каждого участка сечения проводников в общие потери с учетом структуры слоев тонкопленочной металлизации.

На основе проведенных расчетов и экспериментальных измерений показано, что воспроизводимость параметров и низкий уровень коэффициента затухания в микрополосковых структурах на основе меди, помимо удельного сопротивления и шероховатости края, определяются соотношением толщин и точностью формирования покрытий и обеспечивается при разбросе толщин покрытий менее 100% при условии, что толщина верхнего слоя на всех гранях полосковой линии превышает 2.3 скин слоя.

В частотном диапазоне 8. 18 ГГц эти требования реализуются при ровности краев полосковых проводников менее одного микрона, толщине золотого покрытия более 2 мкм, поверхностном сопротивлении подслоя 100±30 Ом/П и толщине пленки меди не менее 1 микрометра. Барьерный слой никеля при этом полностью экранируется, и его толщину определяют только требования бесфлюсовой сборки.

— Проведено комплексное исследование многослойной тонкопленочной системы СГвак / Сивак /СигалЬВ / Nir^bB /АигаЛьв в исходном состоянии и под воздействием отжигов в температурном диапазоне 150.420°С .

Установлено, что процентное содержание атомов золота, меди и никеля на поверхности образцов зависит от температуры отжига и толщины барьерного слоя никеля. До температуры 350 °C изменения концентрации атомов покрытий несущественны, но при дальнейшем увеличении температуры наблюдается резкое снижение концентрации атомов золота и повышение концентрации атомов меди.

Определен температурно-временной интервал стабильности системы Сгвак — СиВак — Сигальв — NiraJibB — АигаЛьв, при котором изменения концентрации атомов покрытий на поверхности образцов несущественны: при 350 °C это время до 10 мин., а при 420 °C — до 3 мин.

Результаты этого исследования полностью коррелируют с данными, полученными в результате исследования влияния отжигов на прочность сварных термокомпрессионных соединений. С повышением температуры отжига прочность сварных соединений снижается, и приемлемый уровень прочности реализуется до температуры отжига 330 °C (10 мин) при толщине барьерного слоя никеля в диапазоне 0,5.0,9 мкм, а если температура отжига 420 °C — при длительности отжига менее 4 мин, причем толщина никеля в диапазоне 0,3. 1,2 мкм не играет существенной роли.

— Проведены исследования влияния диффузионных процессов на удельное сопротивление и СВЧ потери в микрополосковых проводниках, из которых следует, что при температурах отжига, не превышающих 420 °C (15 мин) средний уровень не возрастает, но увеличивается разброс значений коэффициента затухания СВЧ энергии, при температурах отжига менее 350 °C изменения как уровня потерь, так и разброса незначительны.

— Научно обоснована и разработана структура послойной металлизации микрополосковых плат для бесфлюсовой сборки ГИС СВЧ.

Структура имеет металлизацию на лицевой стороне микроплат на основе золота, а экранной стороны — на основе меди с барьерным слоем Ni, ограничивающим растворение покрытий в процессе пайки. При этом на лицевой стороне реализуются оптимальные условия для монтажа навесных элементов на золотосодержащие припои и формирование сварных соединений, а на экранной стороне микроплат открывается возможность получать высоконадежные паяные соединения, применяя самый широкий спектр припоев.

— Проведены исследования поверхности образцов, из которых следует, что после проведения фотолитографических операций поверхность микрополосковых плат загрязняются углеродосодержащими соединениями, которые на 20.30% снижают прочности сварных термокомпрессионных соединений. В работе показано, что с целью повышения надежности сборочных операций микроплаты до проведения операций отжига необходимо очищать жидкостным или ионно-плазменным методами.

— Разработан маршрут и весь комплекс входящих в него технологических процессов, обеспечивающих формирование разработанной микрополосковой структуры. Маршрут основан на изготовлении с гальваническим наращиванием функциональных слоев посредством технологических проводников и последующим их удалением методом фотолитографии и позволяет реализовать МПП любой конструктивной сложности, что делает разработанный маршрут наиболее универсальным. Очень важно, что при проведении гальванических процессов исключается применение промежуточных органических покрытий, что предотвращает загрязнение электролитов, обеспечивает высокое качество и чистоту покрытий, а, следовательно, хорошие условия для бесфлюсовой сборки ГИС СВЧ.

За исключением слоя золота, все функциональные слои МПП наносятся методами вакуумного напыления, что обеспечивает высокую чистоту покрытий и точности их формирования, а, следовательно — воспроизводимость свойств.

Проведены исследования влияния отжигов на межслойное расслаивание функциональных слоев. Установлено, что расслаивание обусловлено внутренними напряжениями в гальванических покрытиях, накоплением и последующим разложением органических веществ в порах подложек, при условии, что поры заращены гальваническими покрытиями, и исключается применением беспористых подложек, функциональных слоев МПП, сформированных методами вакуумного напыления, предотвращение проникновения органических покрытий в поры подложек или качественным их удалением.

Разработанные на базе исследований технологические процессы позволили полностью исключить данный вид брака.

— Разработан технологический процесс очистки подложек перед вакуумным нао пылением, который обеспечивает уровень остаточных загрязнений не хуже 10″ г/см2, значение краевого угла смачивания менее 15° и в условиях серийного л производства адгезионную прочность напыленных пленок более 300 кГ/см .

— Фотолитографические процессы позволяют получать необходимую точность геометрических размеров топологических элементов микроплат при высоте.

6 мкм ± 5 мкм, а при высоте 4 мкм — ± 3 мкм, шероховатость краев элементов топологии ~1 мкм, минимально воспроизводимый размер элементов ~10 мкм.

— Разработана технология и исследованы свойства резистивных пленок на основе азотированного тантала. Резистивные пленки характеризуются высокой температурной стабильностью (уход номинала не превышает 1% при прогреве 330 °C в течение 20 мин), высокой механической прочностью и отсутствием контактных переходных сопротивлений.

По всем технологическим процессам определен допустимый разброс параметров и межоперационные времена хранения, обеспечивающие высокую воспроизводимость свойств полосковых структур.

Коэффициент затухания в микрополосковых плат характеризуется разбросом менее 0,5 дБ и на 8 ГГц составляет величину ~ 8 дБ/м и не меняется под воздействием отжигов до температуры 420 °C.

Прочность сварных термокомпрессионных соединений в диапазоне температур +50. 420 °C также не зависит от воздействия отжигов и составляет ~70% прочности на разрыв золотой проволоки в исходном состоянии.

Разработана альтернативная торцевому напылению технология металлизации отверстий, надежность и воспроизводимость параметров которых обеспечивается последовательным послойным усилением металлизации химическим, вакуумным и гальваническим методами.

Разработанная технология гарантирует высокое качество металлизации отверстий в подложках из поликора, сапфира, кварца, ситалла с минимальным размером 0,15 мм. Переходное сопротивление отверстий диаметром более 0,2 мм в подложках толщиной менее 1 мм не превышает 0,05 Ом. Технология исключает применение сварочных и паяных перемычек и расширяет схемотехнические возможности разработчиков ГИС СВЧ.

Проведенные исследования и разработанные технологические процессы обеспечивают снижение трудоемкости сборочных операций, повышают надежность и воспроизводимость параметров, а также открывают новые перспективы применения ГИС СВЧ в радиоэлектронной аппаратуре.

Результаты исследований и разработанных технологических решений нашли свое отражение в руководящем отраслевом стандарте «Модули СВЧ интегральные. Требования к конструированию микрополосковых плат» РД11.0751−90. Требования к конструированию микросборок.

В результате проведенной работы открылась возможность, не ухудшая качества сварных соединений, проводить пайку микроплат на основания, используя припои на основе олова или свинца взамен дорогостоящих припоев на основе золота. При этом полностью исключается такой вид брака, как отслаивание подложек от оснований.

Внедрение результатов диссертационной работы в условиях серийного производства позволило поднять выход годных микроплат с температурой бесфлюсовой сборки более 300 °C с 6 до 80%.

В работе получило развитие новое направление в технологии ГИС СВЧ, основанное на замене сварных и паяных соединений, а также ряда выводов навесных элементов на перемычки и тонкопленочные элементы, сформированные с применением методов планарной технологии.

Разработанные технологические процессы изготовления многокаскадных модулей на единой керамической подложке позволяют исключить из конструкции ГИС СВЧ крайне ненадежные межплатные сварные и паяные соединения.

Разработанные технологические процессы формирования внутрисхемных соединений через воздушный зазор и пленку органического диэлектрика позволяют в сравнении со сварными и паяными перемычками повысить надежность соединений и снизить трудоемкость их монтажа более, чем в три раза.