Moderní laboratoř mikroelektronických technologií

Ústav mikroelektroniky, který je součástí Fakulty elektrotechniky a komunikačních technologií (FEKT) Vysokého učení technického v Brně, nabízí možnosti moderního způsobu výuky a také špičkového výzkumu v oblasti tlustovrstvové technologie a pouzdření. Výukový proces společně s výzkumem je zde zaměřen na návrh a výrobu integrovaných mikroelektronických komponent nevakuovými procesy, od čipu až po kompletní elektronický systém, včetně jeho testování. Zaměření je v souladu s programem IMAPS (International Microelectronics and Packaging Society), na jejichž světových konferencích jsou výsledky publikovány a diskutovány.

Obr. 1. Sítotiskové zařízení

Laboratoře pouzdření a propojování jsou založeny na nevakuovém technologickém procesu vycházejícího z principu tlustovrstvové technologie. Jako podpůrné procesy laboratoř zajišťuje možnost komplexní přípravy anorganických nosných substrátů (Alumina). Laboratoř disponuje výkonovým YAG laserem sloužícím pro dělení substrátů a také pro aktivní dostavování hodnot vrstvových rezistorů. Následuje kompletní technologie pro nanášení tlustovrstvových a pájecích past, včetně kontroly reologických vlastností viskózních látek. Pohled na sítotiskové zařízení (Aurel) je na obr. 1. Na to navazují teplotní operace pro zasušení a vytvrzení natištěných motivů, včetně sintrace tlustých vrstev do teplot 1000 °C. Příklad testovací tlustovrstvové struktury pro rezistory je znázorněn na obr. 2.

Obr. 2. Kalibrační vzor sítotiskového procesu

Technologie pájení je zastoupena v plné šíři, od ručních pájedel, přes řízený IR ohřev, až po pájení v parách. Předmětem výzkumu je také pájení v dusíkové atmosféře a ve vakuu. Osazování čipů je realizováno jak pomocí manuálního manipulátoru, tak poloautomatem FRITSCH. Na těchto zařízeních je možné osazovat součástky SMD včetně BGA, a také holé čipy a flip chip (obrácený čip). Mezi špičková pracoviště se řadí kontaktování polovodičových čipů, jak holých, tak i flip chip. Na obr. 3 je ukázáno kontaktování termosonického zařízení tpt HB16 pro připojování polovodičových čipů.

Obr. 3. Kontaktovací zařízení

Samotné propojení čipu a substrátu se provádí zlatým (Au99,99) nebo hliníkovým (AlSi1) mikrodrátkem o průměru 25 μm, jehož detail je znázorněn na obr. 4.

Obr. 4. Kontaktování mikrodrátkem

Mechanické zkoušky pevnosti jak kontaktovaných, tak pájených spojů jsou realizovány na automatizovaném zařízení Dage s rozlišením 0,001 g. Z hlediska pouzdření jsou využívány různé metody, od jednoduchého zakapávání epoxidovými tmely až po fluidizační jednotku na pouzdření hybridních obvodů.

Výzkumné aktivity jsou zde zaměřeny zejména na zajištění vyššího rozlišení u depozice tlustovrstvových past, strukturální změny uvnitř pájeného spoje, simulační podporu technologických procesů pomocí programu ANSYS a celá řada dalších témat z uvedených oblastí.

Keramický substrát využívaný v hybridní technologii zajišťuje široké možnosti optimalizace mikrosystému z mnoha hledisek, především teplotního managementu. Hybridní obvody nabízejí při dodržení specifických technologických postupů chemickou a teplotní odolnost, což je předurčuje k využití v oblasti nekonvenčních aplikací, jako jsou senzory, vysokoteplotní obvody, mikrovlnné struktury, automobilový průmysl, lékařská elektronika a další.

Mechanické vlastnosti keramického substrátu upřednostňují hybridní technologii pro použití jako nosné substráty pro čipy a pouzdra. Souhrnně lze popsat keramické substráty jako materiál vhodný pro aplikace s požadavky na vysokou spolehlivost a odolnost systému.

Obr. 5. Technologický postup operací v laboratořích VUT – UMEL

Obr. 5 znázorňuje posloupnost technologických operací při výrobě hybridních integrovaných obvodů, včetně podpůrných operací.

V rámci rozšiřování spolupráce akademického sektoru s průmyslovými partnery je možné zajistit konzultace a zakázková řešení konkrétních aplikací v uvedených technologiích.