Файл: Бушминский, И. П. Изготовление элементов конструкций СВЧ. Волноводы и волноводные устройства учеб. пособие.pdf

Т а б л и ц а 5.7

Серебро применяется в основном в составе проводящих паст при толстопленочной технологии (шелкографии). При этом высокая миграционная способность атомов се­ ребра способствует созданию высокопроводящих, хоро­ шо сцепленных с подложкой проводников. Когда требу­ ется создать схему, имеющую малые зазоры, серебро не применяется, так как на ней с течением времени появля­ ются дендриты серебра (особенно при циклическом из­ менении окружающей температуры), которые могут при­ вести к короткому замыканию проводников.

Медь характеризуется плохой адгезией к подложке. Для улучшения адгезии меди применяется подслой из хрома, ванадия, титана и других материалов, имеющих хорошую адгезию к подложке, но высокое электрическое сопротивление. Толщина такого подслоя выбирается рав­ ной нескольким сотням ангстрем, с тем чтобы не увели­ чивать заметно сопротивление проводника рис. 5.9. Медь легко окисляется на воздухе, поэтому при ее использо­ вании необходимо применять защитные покрытия.

Золото тоже имеет плохую адгезию и применяется с подслоем. Оно отличается очень высокой коррозионной стойкостью, легко паяется, сваривается. Однако созда­ вать проводники толщиной в 3—5 скин-слоев, что дает на частоте в 1 Ггц толщину 8—13 мкм, сложно и дорого.

миния к керамике на основе AI2O3 очень хорошая. Но

вопросы создания толстых слоев алюминия недостаточ­ но изучены.

248

Поэтому используют только два материала: медь и золото.

В качестве резисторов применяются пленки хрома, нихрома, тантала, керметов и т. д.

Аи

Рис. 5.9. Приращение затухания в несим­ метричном полосковом волноводе в за­ висимости от толщины подслоя хрома

249

Для изготовления микроминиатюрных полосковых волноводов используется несколько способов.

Трафаретная печать и вжигание проводящих паст:

а) непосредственная печать проводящего рисунка; б) фо­ толитография после печати и вжигания паст; в) фотоли­

нанесения паст и туннельные печи непрерывного дейст­ вия для их вжигания, т. е. имеются возможности для создания автоматизированных поточных линий. Однако полосковые волноводы, изготовленные трафаретной пе­ чатью, не отвечают современным требованиям к точно­ сти создания проводящего рисунка и допустимым поте­ рям, которые предъявляются к схемам СВЧ диапазона. Фотография улучшает точность рисунка, но при этом по­ тери остаются высокими. Поэтому трафаретная печать (шелкография) для изготовления микроминиатюрных полосковых волноводов используется ограниченно.

Химическое осаждение металла с последующим галь­ ваническим покрытием и вытравливанием рисунка по­ лосковых проводников, нашедшее широкое применение при изготовлении полосковых волноводов* для производ­ ства микроминиатюрных полосковых волноводов приме­ няется ограниченно. Еще не разработаны способы хими­ ческой металлизации большинства диэлектриков (табл. 5.6), при которых сила сцепления металла с основанием была бы достаточно большой (более 8-4-10 кГ/см2) для гладкой поверхности диэлектрика (V10). Химическое осаждение применяется для металлизации керамик (ГМ, 22ХС и т. д.), где адгезия увеличивается за счет пори­ стости подложки. Однако при этом микроминиатюрные волноводы характеризуются низкой точностью размеров полосковых проводников и большими потерями.

Термическое вакуумное испарение материала в соче­ тании с последующим электрохимическим наращивани­ ем проводящего слоя, при котором напыляют тонкую пленку металла, толщина которого увеличивается элек­ трохимическим наращиванием, сочетает хорошую адге­ зию, достигаемую при термическом вакуумном испаре­ нии, с высокой электропроводностью толстого проводни­ ка, полученного гальванопластикой. Наилучшая разре­ шающая способность достигается при использовании нанесенного покрытия, когда в просветах негативной

250

маски из фоторезиста (т. е. на участках, где будет соз­ дан полосковый проводник) наращивается слой золота необходимой толщины, а уже затем удаляется слой фо­ торезиста и металла на всех остальных участках схемы. Разрешающая способность составляет 25 мкм для ли­ ний и 40 мкм для зазоров. Для создания волноводов с малыми потерями приходится выращивать слои золота толщиной 30 мкм.

Термическое вакуумное испарение материалов на всю подложку с последующей фотолитографией позволяет изготовить микроминиатюрные полосковые волноводы с высокой точностью размеров полосковых проводников и малыми потерями на СВЧ.

§ 5.4. ИЗГОТОВЛЕНИЕ ПОЛОСКОВЫХ МИКРОМИНИАТЮРНЫХ в о л н о в о д о в

Процесс изготовления полосковых микроминиатюр­ ных волноводов, термическим вакуумным испарением материалов, разработанный под руководством Блинова Г. А. и Бутузова С. С., следующий:

1 ) обработка подложек;

2 ) напыление резистивного слоя и контактных пло­ щадок;

3)термоотжиг резисторов и контроль сопротивления;

4)металлизация подложки;

5)фотолитография;

6 ) нанесение антикоррозионного покрытия;

7) сборка;

8 ) контроль.

Загрязнения подложек ухудшают адгезию, которая опре­ деляется атомными связями. Загрязнения, особенно жи­ ровые, создают между пленкой и подложкой очень тон­ кие, вплоть до мономолекулярных, слои, не дающие воз­ можности атомам пленки и подложки сблизиться на рас­ стояния, необходимые для проявления сил сцепления.

Следующий этап — н а п ы л е н и е р е з и с т и в н о г о с л о я . Для уменьшения влияния неоднородностей по­ верхности подложки наносится достаточно толстая рези­

251

стивная пленка, после чего ее окисляют до необходимой величины удельного поверхностного сопротивления. Про­ цесс окисления можно совместить с процессом искуственного старения пленки, которое проводится для стаби­ лизации ее параметров. По этому принципу строят про­ цесс напыления резистивных пленок с большим удель­ ным сопротивлением.

Нанесение резистивного слоя проводится через ме­ таллическую маску. Заканчивается процесс напыления при достижении контрольным образцом определенного

н ы х п л о щ а д о к .

Материалом для контактных площадок берется вы­ сокочистое золото. Для улучшения его адгезии к под­ ложке применяется подслой из хрома. Напыление про­ водится через металлическую маску. Для испарения ма­ териалов используются ленточные испарители. Толщина контролируется по удельному сопротивлению напыляе­ мой пленки. Напыление проводится при вакууме не хуже

термоотжига происходит окисление пленки резистора и стабилизация ее свойств. При этом величина сопротив­ ления резисторов доводится до номинальной.

Этой толщине соответствует удельное поверхностное со­ противление ps = 2 0 0 ом/П.

Перед напылением титана производится очистка по­ верхности подложек в тлеющем разряде в среде остаточ­ ных газов с давлением р = 10- 1 — 10~ 2 тор. После ее окончания создают вакуум, необходимый для начала на­ пыления титана.

252