Учебная работа. Исследование влияния параметров установки нанесения на процесс формирования слоя полиимида методом центрифугирования

1 Звезда2 Звезды3 Звезды4 Звезды5 Звезд (Пока оценок нет)
Загрузка...

исследование влияния параметров установки нанесения на процесс формирования слоя полиимида методом центрифугирования

Введение

полимер термообработка полиимид

Миниатюаризация электронных устройств неразрывно связана с использованием новых материалов и технологий. последнее относится, в частности, к технологии полиимидных покрытий и пленок: полиимиды имеют малый удельный вес, хорошо поддаются микрообработке, химически инертны, имеют высокие электроизоляционные характеристики и выдерживают температуру до 573 К. использование полиимидов, формируемых из растворов, в цикле изготовления, открывает перспективу управления свойствами материала, а значит, позволяет расширить технологические и функциональные возможности устройств. Применение полиимидов началось с 70-х годов при создании микроэлектронной аппаратуры третьего и четвертого поколений и позволило в несколько раз уменьшить массогабаритные характеристики многослойных печатных плат и успешно решать вопросы монтажа ИС. С миниатюризацией электронных устройств возникают проблемы, связанные с защитой ИС от воздействия внешних факторов при монтаже ИС и дальнейшей эксплуатации.

Полиимидные покрытия получают из раствора с последующим синтезом, однако методы их формирования имеют ограничения:

максимальная толщина покрытий, формируемых центрифугированием при однократном нанесении, составляет ~ 10 мкм;

неравномерность по толщине покрытий, формируемых на центрифуге, увеличивается с ростом их толщины;

дефектность покрытий возрастает с увеличением высоты неровностей топологического рельефа;

Цель работы: исследование влияния параметров установки нанесения на процесс формирования слоя полиимидной защиты заданной толщины методом центрифугирования.

Задачи, которые необходимо было решить:

запуск нового оборудования, необходимого для нанесения

создание программы для трека нанесения определение зависимости между качеством получаемого слоя полиимидной защиты и параметрами установки

1. Обзор общих сведений о полимерах

.1 Общая характеристика и классификация

Полимером называется органическое вещество, длинные молекулы которого построены из одинаковых многократно повторяющихся звеньев — мономеров.

Размер молекулы полимера определяется степенью полимеризации n, т.е. числом звеньев в цепи. Если n=10…20, вещества представляют собой легкие масла. С возрастанием п увеличивается вязкость, вещество становится воскообразным, наконец, при n=1000 образуется твердый полимер. Степень полимеризации неограниченна: она может быть 104, и тогда длина молекул достигает микрометров. Молекулярная масса полимера равна произведению молекулярной массы мономера и степени полимеризации. Обычно она находится в пределах 103… 3*105. Столь большая длина молекул препятствует их правильной упаковке, и структура полимеров варьирует от аморфной до частично кристаллической. Доля кристалличности в значительной мере определяется геометрией цепей. Чем ближе укладываются цепи, тем более кристальным полимер становится. конечно, кристалличность даже в лучшем случае оказывается несовершенной.

Аморфные полимеры плавятся в диапазоне температур, зависящем не только от их природы, но и от длины цепей; кристаллические имеют точку плавления.

По происхождению полимеры делятся на три группы.

Природные образуются в результате жизнедеятельности растений и животных и содержатся в древесине, шерсти, коже. Это протеин, целлюлоза, крахмал, шеллак, лигнин, латекс.

Обычно природные полимеры подвергаются операциям выделения очистки, модификации, при которых структура основных цепей остается неизменной. Продуктом такой переработки являются искусственные полимеры. Примерами являются натуральный каучук, изготовляемый из латекса, целлулоид, представляющий собой нитроцеллюлозу, пластифицированную камфорой для повышения эластичности.

Природные и искусственные полимеры сыграли большую роль в современной технике, а в некоторых областях остаются незаменимыми и до сих пор, например в целлюлозно-бумажной промышленности. Однако резкий рост производства и потребления органических материалов произошел за счет синтетических полимеров — материалов, полученных синтезом из низкомолекулярных веществ и не имеющих аналогов в природе. Развитие химической технологии высокомолекулярных веществ — неотъемлемая и существенная часть современной НТР. Без полимеров уже не может обойтись ни одна отрасль техники, тем более новой. По химической структуре полимеры делятся на линейные, разветвленные, сетчатые и пространственные. Молекулы линейных полимеров химически инертны по отношению друг к другу и связаны между собой лишь силами Ван-дер-Ваальса. При нагревании вязкость таких полимеров уменьшается и они способны обратимо переходить сначала в высокоэластическое, а затем и в вязкотекучее состояния (рис. 1). поскольку единственным следствием нагрева является изменение пластичности, линейные полимеры называют термопластичными. Не следует думать, что термин «линейные» обозначает прямолинейные, наоборот, для них более характерна зубчатая или спиральная конфигурация, что придает таким полимерам механическую прочность.

Термопластичные полимеры можно не только плавить, но и растворять, так как связи Ван-дер-Ваальса легко рвутся под действием реагентов.

Разветвленные (привитые) полимеры более прочны, чем линейные. Контролируемое разветвление цепей служит одним из основных промышленных методов модификации свойств термопластичных полимеров.

Сетчатая структура характерна тем, что цепи связаны друг с другом, а это сильно ограничивает движение и приводит к изменению как механических, так и химических свойств. Обычная резина мягка, но при вулканизации серой образуются ковалентные связи типа S-0, и прочность растет. Полимер может приобрести сетчатую структуру и спонтанно, например, под действием света и кислорода произойдет старение с потерей эластичности и работоспособности. наконец, если молекулы полимера содержат реакционноспособные группы, то при нагревании они соединяются множеством поперечных прочных связей, полимер оказывается сшитым, т.е. приобретает пространственную структуру. таким образом, нагрев вызывает реакции, резко и необратимо изменяющие свойства материала, который приобретает прочность и высокую вязкость, становится нерастворимым и неплавким. Вследствие большой реакционной способности молекул, проявляющейся при повышении температуры, такие полимеры называют термореактивными. Нетрудно представить, что их молекулы активны не только по отношению друг к другу, но и к поверхностям инородных тел. Поэтому термореактивные полимеры, в отличие от термопластичных, обладают высокой адгезионной способностью даже при низких температурах, что позволяет использовать их в качестве защитных покрытий, клеев и связующего в композиционных материалах.

Схематическая диаграмма вязкости термопластичных полимеров в зависимости от температуры: Т1 — температура перехода из стеклообразного в высоко эластичное состояние, Т2 — температура перехода из высокоэластичного в вязкотекучее состояние.

Термопластичные полимеры получают по реакции полимеризации, протекающей по схеме пМ->Мп (рис. 2), где М — молекула мономера, Мп — макромолекула, состоящая из мономерных звеньев, п-степень полимеризации.

При цепной полимеризации молекулярная масса нарастает почти мгновенно, промежуточные продукты неустойчивы, реакция чувствительна к присутствию примесей и требует, как правило, высоких давлений. Неудивительно, что такой процесс в естественных условиях невозможен, и все природные полимеры образовались иным путем. Современная химия создала новый инструмент — реакцию полимеризации, а благодаря ему большой класс термопластичных полимеров. Реакция полимеризации реализуется лишь в сложной аппаратуре специализированных производств, и термопластичные полимеры потребитель получает в готовом виде.

Реакционноспособные молекулы термореактивных полимеров могут образоваться более простым и естественным путем — постепенно от мономера к димеру, потом к тримеру, тетрамеру и т.д. Такое объединение мономеров, их «конденсацию», называют реакцией поликонденсации; она не требует ни высокой чистоты, ни давлений, но сопровождается изменением химического состава, а часто и выделением побочных продуктов (обычно водяного пара). Именно эта реакция реализуется в природе; она может быть легко осуществлена за счет лишь небольшого нагрева в самых простых условиях, вплоть до домашних. Такая высокая технологичность термореактивных полимеров предоставляет широкие возможности изготовлять различные изделия на нехимических предприятиях, в том числе на радиозаводах.

Независимо от вида и состава исходных веществ и способов получения материалы на основе полимеров можно классифицировать следующим образом: пластмассы, волокниты, слоистые пластики, пленки, покрытия, клеи.

1.2 свойства полимеров

Механические свойства.

Одна из основных особенностей полимеров состоит в том, что отдельные отрезки цепей (сегменты) могут перемещаться путем поворота вокруг связи и изменения угла (рис. 3). Такое смещение, в отличие от растяжения связей при упругой деформации истинно твердых тел, не требует большой энергии и происходит при невысокой температуре. Эти виды внутреннего движения — смена конформаций, несвойственные другим твердым телам, придают полимерам сходство с жидкостями. В то же время большая длина искривленных и спиралеобразных молекул, их ветвление и взаимная сшивка затрудняют смещение, вследствие чего полимер приобретает свойства твердого тела.

Для некоторых полимеров в виде концентрированных растворов и расплавов характерно образование под действием поля (гравитационного, электростатического, магнитного) кристаллической структуры с параллельной упорядоченностью макромолекул в пределах небольшого объема-домена. Эти полимеры — так называемые жидкие кристаллы-находят широкое применение при изготовлении светоиндикаторов.

Полимерам наряду с обычной упругой деформацией свойствен ее оригинальный вид — высокоэластическая деформация, которая становится преобладающей при повышении температуры. Переходиз высокоэластического состояния в стеклообразное, характеризующееся лишь упругой деформацией, называется стеклованием. Ниже температуры стеклования Тст состояние полимера твердое, стекловидное, высокоупругое, выше-эластическое. Если температура стеклования выше температуры эксплуатации, то полимер используется в стеклообразном состоянии, если Тст<Тэкс- в высокоэластическом. температура стеклования разных полимеров находится в пределах 130…300 К. Для детальной характеристики полимеров в специальных условиях в справочной литературе приводятся также значения температур перехода в хрупкое состояние и холодостойкость.

Вращение групп молекулы полимера — смена конформаций в молекуле этанаС2Н6

характер изменения удлинения во времени при постоянной нагрузке: а — модель Максвелла, б — модель Войта-Кельвина.

Для прочных (конструкционных) полимеров кривая растяжения подобна аналогичной кривой для металлов (рис. 4). По значению модуля упругостиЕ конструкционные полимеры делятся на четыре группы: жесткие E>104 МПа, полужесткие E=(5…10). 103 МПа, мягкие E=(1…5)*103 МПа. Наиболее эластичные полимеры-эластомеры (каучуки) имеют модуль упругости E=10МПа. Как видно, даже высокомодульные полимеры уступают по жесткости металлам в десятки и сотни раз. Этот недостаток удается в значительной мере преодолеть введением в полимер волокнистых и листовых наполнителей.

Особенность полимеров состоит также в том, что их прочностные свойства зависят от времени, т.е. предельная деформация устанавливается не сразу после приложения нагрузки. Такая замедленная реакция их на механические напряжения объясняется инерционностью процесса смены конформаций, что можно представить с помощью модели (рис. 4). Для полимеров, находящихся в высокоэластическом состоянии, законнепропорционально деформации. Поэтому обычные методы испытаний механических свойств применительно к полимерам могут давать неоднозначные результаты. По той же причине инженерных расчетных способов конструирования деталей из полимеров пока еще не существует и преобладает эмпирический подход.

Теплофизические свойства.

Коэффициент теплопроводности полимеров значительно ниже, чем других твердых тел, — около 0,2… 0,3 В/(м*К), поэтому они являются теплоизоляторами. Вследствие относительной подвижности связей и смены конформаций полимеры имеют высокий ТКЛР (10-4… 10-5 К-1). Можно было бы поэтому полагать, что они плохо совместимы с материалами, имеющими меньший ТКЛР-металлами и полупроводниками. Однако высокая эластичность полимеров и сравнительнонебольшой интервал рабочих температур позволяет широко применять их в виде пленок, нанесенных на поверхность любых материалов.

Диапазон температур, при которых можно эксплуатировать полимеры без ухудшения их механических свойств, ограничен. Нагревостойкость большинства полимеров, к сожалению, очень низка — лишь 320…400 К и ограничивается началом размягчения (деформационная стойкость). помимо потери прочности повышение температуры может вызвать и химические изменения в составе полимера, которые проявляются как потеря массы. Способность полимеров сохранять свой состав при нагревании количественно характеризуется относительной убылью массы при нагреве до рабочей температуры. Допустимым значением убыли массы считается 0,1… 1%. Полимеры, стойкие при 500 К, считаются нагревостойкими, а при 600…700 К — высоконагревостойкими. Их разработка, расширение выпуска и применения приносят большой народнохозяйственный эффект.

химические свойства.

Химическая стойкость полимеров определяется разными способами, но чаще всего по изменению массы при выдержке образца в соответствующей среде или реагенте. Этот критерий, однако, не является универсальным и не отражает природу химических изменений (деструкции). Даже в стандартах (ГОСТ 12020-66) предусмотрены лишь качественные ее оценки по балльной системе. Так, полимеры, изменяющие за 42 суток массу на 3… 5%, считаются устойчивыми, на 5… 8% — относительно устойчивыми, более 8… 10%-нестойкими — Конечно, эти пределы зависят от вида изделия и его назначения.

Для полимеров характерна высокая стойкость по отношению к неорганическим реактивам и меньшая — к органическим. В принципе все полимеры неустойчивы в средах, обладающих резко выраженными окислительными свойствами, но среди них есть и такие, химическая стойкость которых выше, чем золота и платины. поэтому полимеры широко используются в качестве контейнеров для особо чистых реактивов и воды, защиты и герметизации радиокомпонентов, и особенно полупроводниковых приборов и ИС.

Особенность полимеров состоит еще и в том, что они по своей природе не являются вакуумплотными. Молекулы газообразных и жидких веществ, особенно воды, могут проникать в микропустоты, образующиеся при движении отдельных сегментов полимера. даже если его структура бездефектна.

Для качественной оценки сорбционно-диффузионных процессов в полимерах используются три параметра: коэффициент диффузииD, м2/с; коэффициент растворимости 5, кг/(м3*Па); коэффициент проницаемости р, кг/(м*Па*с), причем p=DS. Так, для воды в полиэтилене D=0,8-10-12 м2/c, S=10-3кг(м3 Па) и р=8*10-16 кг/(м*Па*с).

Полимеры выполняют роль защиты металлических поверхностей от коррозии в случаях, когда:

) толщина слоя велика

) полимер оказывает пассивирующее действие на активные (дефектные) центры металла, тем самым подавляя коррозионное действие влаги, проникающей к поверхности металла.

Как видно, герметизирующие возможности полимеров ограничены, а пассивирующее их действие неуниверсально. поэтому полимерная герметизация применяется в неответственных изделиях, эксплуатирующихся в благоприятных условиях.

Для большинства полимеров характерно старение — необратимое изменение структуры и свойств, приводящее к снижению их прочности. Совокупность химических процессов, приводящих под действием агрессивных сред (кислород, озон, растворы кислот и щелочей) к изменению строения и молекулярной массы, называется химической деструкцией. Наиболее распространенный ее вид — термоокислительнаядеструкция-происходит под действием окислителей при повышенной температуре. При деструкции не все свойства деградируют в равной мере: например, при окислении кремнийорганических полимеров их диэлектрические параметры ухудшаются несущественно, так как Si окисляется до оксида, который является хорошим диэлектриком.

Электрические свойства.

Как правило, полимеры являются диэлектриками, по многим параметрам лучшими в современной технике. Величина удельного объемного сопротивления рv зависит не только от строения, ной от содержания ионизированных примесей — анионов Сl-, F-, I-, катионов Н+, Na+ и других, которые чаще всего вводятся в смолу вместе с отвердителями, модификаторами и т.д. Их концентрация может быть высокой, если реакции отверждения не были доведены до конца. Подвижность этих ионов резко увеличивается с повышением температуры, что приводит к падению удельного сопротивления. наличие даже весьма малых количеств влаги также способно значительно уменьшить удельное объемное сопротивление полимеров. Это происходит потому, что растворенные в воде примеси диссоциируют на ионы, кроме того, присутствие воды способствует диссоциации молекул самого полимера или примесей, имеющихся в нем. При повышенной влажности значительно уменьшается удельное поверхностное сопротивление некоторых полимеров, что обусловлено адсорбцией влаги.

Диапазон значений рv для большинства полимерных диэлектриков (в условиях нормальной температуры и влажности) составляет 1012… 1015 Ом*см. Температурная зависимость удельного сопротивления в большой степени определяется физическим состоянием полимерного диэлектрика. Для полимеров в стеклообразном и кристаллическом состояниях зависимость ln(удельная проводимость) от 1/Т прямолинейна, в высокоэластическом — криволинейна. вблизи температуры стеклования кривые ln=f (1/T) претерпевают излом. более резкое изменение удельной проводимости с температурой в области высокоэластического состояния объясняют возрастанием подвижности макромолекул и возникновением группового механизма движения ионов.

Строение макромолекул, характер их теплового движения, наличие примесей или специальных добавок влияют на вид, концентрацию и подвижность носителей. Так, удельное сопротивление полиэтилена повышается в 10… 1000 раз после очисткиот низкомолекулярных примесей. Сорбция 0.01… 0,1% воды полистиролом приводит к снижению удельного сопротивления в 100…… 1000 раз.

В неполярных полимерных диэлектриках имеет место преимущественно электронная поляризация, в полярных, кроме электронной, могут быть дипольная, миграционная. Под действием электрического поля может происходить смещение участков цепи молекулы-сегментов; это так называемая дипольно-сегментальная поляризация. Смещение полярных групп атомов, находящихся в основной цепи или боковых цепях макромолекулы, проявляется как дипольно-групповая поляризация. В целях получения материала с заданными механическими, электрическими и теплофизическими свойствами широко применяются композиции, состоящие из полимерного связующего, наполнителей и других добавок. В таких полимерах наблюдается и миграционная поляризация.

Диэлектрическая проницаемость более или менее резко зависит от двух основных внешних факторов: температуры и частоты приложенного напряжения. В неполярных полимерах она лишь слабо уменьшается с ростом температуры вследствие теплового расширения и уменьшения числа частиц в единице объема. В полярных полимерах диэлектрическая проницаемость сначала растет, а затем падает, причем максимум обычно приходится на температуру, при которой материал размягчается, т.е. лежит вне пределов рабочих режимов.

Дипольно-сегментальная и дипольная поляризация, обусловленная тепловым движением боковых групп или отдельных групп атомов основной цепи, сопровождаются потерями, причем наиболее заметны они на частотах 105… 109 Гц.

Диэлектрические потери вызываются не только полярными группами макромолекулы основного вещества, но и полярными молекулами примесей. например, остатками растворителя, абсорбированной водой и т.д. Небольшие дипольные потери наблюдаются и в неполярных полимерах, так как даже при тщательной очистке мономеров и полимеров от полярных примесей в макромолекулах имеются карбонильные группы, гидроксильные группы или двойные связи, способные ориентироваться по полю.

Для полимеров, как ни для одних других диэлектриков, характерны процессы накопления поверхностных зарядов — электризация. Эти заряды возникают в результате трения, контакта с другим телом, электролитических процессов на поверхности. Механизмы электризации до конца неясны. Одним из них является возникновение при контакте двух тел так называемого двойного слоя, который состоит из слоев положительных и отрицательных зарядов, расположенных друг против друга. Возможно также образование на поверхности контактирующих материалов тонкой пленки воды, в которой имеются условия для диссоциации молекул примесей. При соприкосновении или трении разрушается пленка воды с двойным слоем и часть зарядов остается на разъединенных поверхностях. Электролитический механизм накопления зарядов при контакте имеет место в полимерных материалах, на поверхности которых могут быть низкомолекулярные ионогенные вещества-остатки катализаторов, пыль, влага.

Технологические свойства

Принадлежность полимеров к термопластичному или термореактивному видам во многом определяет и способы их переработки в изделия. Соотношение их выпуска примерно 3:1 в пользу термопластичных материалов, но следует учитывать, что термореактивные полимеры, как правило, используются в смеси с наполнителями, доля которых может достигать 80%. поэтому в готовых изделиях соотношение оказывается обратным: большее их количество — реактопласты. Это объясняется высокой технологичностью фенолформальдегидных, полиэфирных, но особенно эпоксидных смол. В производстве последних получение полимера удается приостановить на начальной стадии, когда молекулярная масса составляет всего 500…1000. Такие вещества «по длине цепи средние между мономерами и полимерами, обладающие низкой вязкостью, называются олигомерами. Именно их появление произвело в 60-е годы переворот в технологии переработки полимеров в изделия, которая раньше основывалась на применении давления.

Достоинство олигомеров — низкая вязкость — дает возможность формования изделий при минимальном усилии прессования или вообще без него, под действием собственного веса. более того, даже в смеси с наполнителями олигомеры сохраняют текучесть, что позволяет набрасывать материал на поверхность макета, не применяя давления, получать детали крупных размеров сложной формы. Низкая вязкость олигомеров позволяет также пропитывать листы ткани, а их склеивание под прессом и отверждение лежит в основе производства слоистых пластиков-оснований печатных плат. Олигомеры как ни один полимер подходят для пропитки и наклейки компонентов, особенно когда применение давления недопустимо. Для снижения вязкости в олигомер можно вводить добавки, которые способствуют повышению пластичности, негорючести, биологической стойкости и т.д.

Технологические свойства как термореактивных, так и термопластичных полимеров характеризуются текучестью (способностью к вязкому течению), усадкой (уменьшением линейных размеров изделий по отношению к размерам формующего инструмента), таблетируемостыо (пресс-порошков).

Выше было отмечено, что олигомеры, расплавы и растворы термопластичных полимеров являются вязкотекучими, так называемыми неньютоновскими жидкостями. Их вязкость зависит не только от природы вещества и температуры, как в ньютоновских жидкостях, но и от других факторов, например толщины слоя. Это-проявление эффекта вязкопластичности, который приводит, например, к тому, что краска, нанесенная на поверхность, стекает не в тонком слое, а в более толстом. Другое проявление необычных свойств так называемых псевдопластичных жидкостей — уменьшение вязкости с увеличением скорости сдвига. Этот эффект характерен для растворов и расплавов большинства полимеров и объясняется тем, что с увеличением скорости течения асимметричные частицы постепенно ориентируются, в результате вязкость убывает до тех пор, пока сохраняется возможность все более полной ориентации. Кривые, характеризующие зависимость вязкости г от скорости V, называются реологическими (реология-наука о течении в жидкостях под действием внешних сил).

Необычные свойства смесей жидких смол с мелкодисперсными наполнителями, частицы которых имеют асимметричную форму (тальк, слюдяная мука, аэросил-коллоидный SiO2), проявляются в том, что в спокойном состоянии они обладают высокой вязкостью, свойственной гелям, а при механическом воздействии (перемешивании или встряхивании) переходят в жидкое состояние. Смеси, обладающие этим свойством, называются тиксотропными. Тиксотропные компаунды нашли широкое применение для защиты радиодеталей наиболее простым методом — окунания. Вязкость компаунда снижают с помощью вибрации (нагрев не требуется). При извлечении детали из жидкой смеси с одновременным встряхиванием избыток ее стекает, а оставшаяся часть ее после извлечения вновь гелирует, образуя равномерное по толщине покрытие, не содержащее пузырей и вздутий, так как изделие и компаунд не нагреваются. Тиксотропные свойства некоторых полимерных композиций используют также при изготовлении специальных красок и клеев.

1.3 Виды полимеров

Пластмассы

Основой так называемых «ненаполненных» термопластов являются полимеры, структура которых почти полностью формируется приих синтезе в условиях специализированного химического производства. Возможности регулирования их свойств на стадии изготовления изделий состоят в несущественных изменениях структуры, путем отжига или ориентации, стабилизации и пластификации с помощью модифицирующих добавок, изменяющих их свойства. Такими добавками к полимерам являются:

· стабилизаторы, повышающие стойкость к термоокислительным процессам, воздействию излучения, микроорганизмов и т.п.;

· пластификаторы и эластификаторы, повышающие текучесть в вязкотекучем состоянии и эластичность в стеклообразном (ударопрочность);

· легирующие полимеры, изменяющие степень кристалличности, структуру и свойства матрицы;

· пигменты для окрашивания.

Один из основных признаков термопластов: наличие двух твердых состояний — стеклообразного и высокоэластического — и жидкого-вязкотекучего. Оба перехода-плавление и стеклование являются плавными, нерезкими, и механические свойства почти непрерывно и обратимо изменяются при изменении температуры.

Отмеченная выше особенность химической структуры термопластов определяет их свойства-гибкость цепей и возможность смены конформаций, что и объясняет существование в них нового высокоэластического состояния, характерного для широкого диапазона температур.

Первым термопластом, нашедшим широкое применение, был целлулоид-искусственный полимер, полученный путем переработки природного-целлюлозы. Он сыграл большую роль в технике, особенно в кинематографе, но вследствие исключительной пожароопасности (по составу целлюлоза очень близка к бездымному пороху) уже в середине XX в. ее Производство упало почти до нуля.

Развитие электроники, телефонной связи, радио настоятельно требовало создания новых электроизоляционных материалов с хорошими конструкционными и технологическими свойствами. Так появились искусственные полимеры, изготовленные на основе той же целлюлозы, названные по первым буквам областей применения этролами. В настоящее время лишь 2… 3% мирового производства полимеров составляют целлюлозные пластики, тогда как примерно 75%-синтетические термопласты, причем 90% из них приходится на долю только трех: полистирола, полиэтилена, поливинилхлорида.

Полистирол

Полистирол — неполярный полимер, широко применяющийся в электротехнике, сохраняющий прочность в диапазоне 210…350 К. Благодаря введению различных добавок приобретает специальные свойства: ударопрочность, повышенную теплостойкость, антистатические свойства, атмосферостойкость, пенистость. недостатки полистирола: хрупкость, низкая устойчивость к действию органических растворителей (толуол, бензол, четыреххлористый углерод легко растворяют полистирол; в парах бензина, скипидара, спирта он набухает).

Полистирол вспенивающийся широко используется как теплозвукоизоляционный строительный материал. В радиоэлектронике он находит применение для герметизации изделий, когда надо обеспечить минимальные механические напряжения, создать временную изоляцию от воздействия тепла, излучаемого другими элементами, или низких температур и устранить их влияние на электрические свойства (tg6, е), следовательно, — в бортовой иСВЧ-аппаратуре.

Полиэтилен

полиэтилен-полимер с чрезвычайно широким набором свойств и использующийся в больших объемах, вследствие чего его считают королем пластмасс. Регулируя степень кристаллизации, условия синтеза и добавки, прочность полиэтилена можно варьировать в пределах 8…15 ГПа, а относительное удлинение — 500…100%. полиэтилен обладает исключительно высокой стойкостью против химической деструкции: даже за 10… 12 лет эксплуатации прочность его снижается лишь на ¼. Благодаря химической чистоте и неполярному строению полиэтилен обладает высокими диэлектрическими свойствами: его удельное сопротивление — 1014… 1016 Ом*см, tg=0,0005, Епр==30 МВ/м. Они в сочетании с высокими механическими и химическими свойствами обусловили широкое применение полиэтилена в электротехнике, особенно для изоляции проводов и кабелей.

помимо полиэтилена общего назначения выпускаются его многие специальные модификации, среди которых: антистатический, с повышенной адгезионной способностью, светостабилизированный, самозатухающий, ингибитированный (для защиты от коррозии), электропроводящий (для экранирования).

Одним из наиболее прогрессивных методов обработки полиэтилена является радиационное сшивание, происходящее под действием пучков ускоренных электронов. Такое воздействие приводит к существенному увеличению прочности на растяжение и модуля упругости, твердости, термостойкости и возникновению эффектов памяти и термоусаживания. Эти эффекты находят все более широкое применение в технологии. Изделие, например трубку или пакет, облучают электронами, раздувают горячим воздухом при 423 К — затем трубку насаживают на штуцер или в пакет, упаковывают продукцию. после этого достаточно небольшого нагрева, и полиэтилен, «вспомнив» первоначальную форму, дает большую усадку, в результате которой образуется прочное надежное соединение трубка-штуцер, а пакет плотно облегает продукцию. Достоинство радиационной обработки состоит в том, что она не требует больших затрат энергии и не загрязняет материал. Она применяется в кабельной промышленности и при изготовлении различных узлов РЭА.

главный недостаток полиэтилена-сравнительно низкая нагревостойкость.

Фторопласт

Фторопласт (политетрафторэтилен-ПТФЭ) — один из самых термостойких и холодостойких полимеров, сохраняет механическую прочность в интервале 3… 600 К. Плотность — 2,2… 2,5 г/см3, относительное удлинение 250… 500%, температура разложения не менее 673 К; ТКЛР при температуре 293 К — 2,5*10-5 К-1; при Т==383 К — 1*10-4 К-1. Удельное сопротивление (1038… 1020 Ом*см) мало зависит от влажности и температуры. Так, при Трабмах (573 К) оно снижается лишь в 100… 1000 раз; tg фторопласта равен 0,0002, £np=40… 80 МВ/м. исключительно высока его химическая стойкость, в том числе длительная к воздействию морского тумана, солнечной радиации, плесневых грибков. По отношению к большинству неорганических и органических реагентов он настолько пассивен, что методы испытаний на стойкость в этих средах отсутствуют. Фторопласт обладает также высокой радиационной стойкостью и применяется для изоляции проводов на атомных электростанциях. Такие провода можно использовать и в качестве нагревателей, погруженных непосредственно в растворы кислот и щелочей. Они не боятся попадания масел, керосина, гидравлических жидкостей при повышенных температурах и широко применяются для изоляции бортовых авиационных кабелей. обладают они преимуществом и при эксплуатации в разреженной атмосфере, где условия теплоотвода ухудшены. У фторопласта незначительна зависимость диэлектрической проницаемости от температуры, поэтому он фазостабилен — не изменяет электрическую длину в широком диапазоне температур и частот. Это позволяет использовать его в РЭА с фазово-импульсной модуляцией, РЛС и измерительных фазочувствительных системах. Негорючесть фторопласта характеризуется тем, что он способен загораться только в чистом кислороде, а это резко отличает его, например, от полиэтилена; теплота сгорания невелика-в 10 раз меньшая, чем полиэтилена; плавления при горении нет, фторопласт в пламени лишь обугливается; при горении или тлении образуется немного дыма (но дым содержит ядовитый фторфосген, поэтому при температуре выше 773 К фторопласт опасен); фторопласт горит в открытом пламени, но после его удаления горение прекращается, т.е. он неспособен распространять горение. При нагреве в вакууме фторопласт не выделяет газообразных продуктов, и его можно использовать как подложки тонкопленочных ГИС. Эти качества свидетельствуют о том, насколько незаурядным материалом является фторопласт, а также и о том, чего в будущем можно ожидать от полимеров.

У фторопласта есть недостатки, которые вполне естественно продолжают его достоинства.

. Вследствие химической пассивности он также и адгезионно инертен, т.е. трудно поддается склеиванию. Однако способы преодоления этой инертности уже найдены. Это либо обработка в расплаве окислителей при Т>370К, либо в плазме тлеющего разряда в кислороде. Благодаря этому выпускаются фольгированные фторопластовые пленки и пленки с односторонним липким слоем.

. В отличие от типичных термопластов фторопласт при повышении температуры не переходит в вязкотекучее состояние и его нельзя перерабатывать в экструдерах, так как вязкость его при 626 К (350°С) все еще высока-около 1010 Па-с. поэтому пленку готовят значительно более дорогим методом строжки на прецизионных токарных станках.

. Фторопласт обладает ползучестью и плохо работает под нагрузкой. Механические свойства его могут быть улфучшены путем радиационного модифицирования и армирования стекловолокном.

Эпоксидные смолы

Эпоксидные смолы — продукт поликонденсации многоатомных соединений, включающих эпоксигруппу кольца

Благодаря высокой реакционной способности этих колец отверждение эпоксидных олигомеров можно осуществить с помощью многих соединений и таким образом варьировать температурно-временные режимы обработки и свойства пластмассы. Для холодного отверждения эпоксидных олигомеров применяют алифатические полиамины в количестве 5… 15% от массы олигомера. Жизнеспособность смеси низкая (1…З ч), длительность отверждения, наоборот, высокая-24 ч, причем степень полимеризации при этом лишь 60… 70% и продолжает увеличиваться еще в течение 10… 30 сут.

Реакция отверждения смол с алифатическими полиаминамиэкзотермична: в большом объеме может произойти саморазогрев до температуры выше 500 К, что приводит к деструкции полимера и растрескиванию изделия. поэтому предпочтительнее горячее отверждение, которое осуществляют ароматическими полиаминами (15… 50% от массы) с нагревом до 370… 450 К в течение 4……16 ч, ангидридом (50..100%, 39…450 К, 12… 24 ч) или синтетическими смолами (25… 75%, 420… 480 К, 10 мин… 12 ч). При изготовлении изделий важно избегать как недоотверждения, которое проявляется в повышенных диэлектрических потерях и недостаточной жесткости, так и переотверждения, сопровождающегося потерей эластичности. достоинства эпоксидов состоят в отсутствии побочных продуктов и очень малой усадке (0,2… 0,5%) при отверждении, высокой смачивающей способности и адгезии к различным материалам. Механическая прочность, химическая стойкость, совместимость с другими видами смол и олигомеров (ФФС, кремнийорганическими полимерами), большой выбор отвердителей и других добавок-качества, которые делают эти материалы незаменимыми во многих отраслях техники. Если учесть также их высокие диэлектрические и влагозащитные свойства, становится понятным, почему именно эпоксидные смолы стали основным герметизирующим материалом радиокомпонентов и МЭА и связующим главного слоистого пластика РЭА-стеклотекстолита. Немаловажно, что эпоксидные олигомеры могут быть очищены от примесей, а это сводит к минимуму вредное влияние на поверхность полупроводниковых приборов. Наконец, эпоксидные смолы (отвержденные) оптически прозрачны и широко применяются в оптоэлектронных приборах (фотоприемниках, светодиодах, оптопарах),

свойства эпоксидных смол изменяют в широких пределах, используя различные добавки, которые делятся на следующие группы:

· пластификаторы-органические соединения — олигомеры, действующие как внутренняя смазка и улучшающие эластичность и предотвращающие кристаллизацию, отделяя цепи полимера друг от друга;

· наполнители-в небольших количествах вводятся для улучшения прочности и диэлектрических свойств, повышения стабильности размеров, теплостойкости;

· катализаторы-для ускорения отверждения;

· пигменты-для окрашивания.

Компаунды могут быть жидкими и порошкообразными, они имеют узкое назначение и поэтому выпускаются многие десятки их типов, которые можно сгруппировать следующим образом: герметики, заливочные, пропиточные, эластичные, тиксотропные.

недостатки реактопластов: сравнительно высокое значение tg, неприменимость в качестве диэлектриков СВЧ-техники; неполная воспроизводимость технологических свойств олигомеров так как число эпоксигрупп непостоянно, а это сказывается на температуре и длительности отверждения.

1.4 Полиимид

Полиимид — это термин, который применяется к семейству полимеров, обладающих следующими свойствами:

·Хорошие механические свойства, включая износоустойчивость;

·превосходные эксплуатационные качества при работе на высоких температурах;

·Превосходная химическая стойкость;

·Высокие электроизоляционные характеристики

Все полиимиды имидной группы обладают хорошими химическими свойствами, а особенно химической стойкостью, т.е. большинство полиимидов почти невозможно растворить в обычных растворителях и в некоторых случаях полностью невозможно применять для практических целей. Это делает невозможным нанесение плёнок полиимида посредством его растворения и последующего нанесения на поверхность. Для нанесения плёнок полиимида широко используется технология с «прекурсором полиимида», который наносится на поверхность с последующим синтезом в полиимид посредством термической обработки — процесс, во время которого создаются полиимидные связи.

Полиимид — новый класс термостойких полимеров, ароматическая природа молекул которых определяет их высокую прочность вплоть до температуры разложения, химическую стойкость, тугоплавкость. Полиимидная пленка работоспособна при 473 К (200°С) в течение нескольких лет, при 573 К-1000 ч, при 673 К-до 6 ч. кратковременно она не разрушается даже в струе плазменной горелки. При некоторых специфических условиях полиимид превосходит по температурной стойкости даже алюминий. Так, если к пленке или фольге прикасаются нагретым стержнем и определяется температура, при которой образец разрушается за 5 с (температура нулевой прочности), то для алюминия она составляет 788 К, для полиимида-1088 К.

Полиимид, в отличие от фторопласта, легко подвергается травлению в концентрированных щелочах, что позволяет готовить сквозные отверстия в пленке. Таким методом получают электрические переходы при формировании многослойных коммутационных плат на полиимидной пленке. чтобы использовать ее как подложку для вакуумного напыления тонкопленочных проводниковых слоев (обычно Cr-Си), необходима предварительная обработка — активация поверхности с целью преодоления ее адгезионной инертности. Активация представляет, по существу, частичную деструкцию или модификацию внешних слоев с образованием ненасыщенных адсорбционно-способных связей. Достигается это в результате воздействия концентрированного (около 250 г./л) раствора NaOH с добавкой жидкого стекла при 353 К (80°С). Возможна и активация поверхности полиимида в плазме тлеющего разряда в атмосфере кислорода, однако такой обработки недостаточно для надежной металлизации, особенно если платы в процессе дальнейшей обработки и эксплуатации подвергаются изгибам. Полиимид вполне стабилен при нагреве в вакууме, поэтому его используют как подложки гибких тонкопленочных коммутационных плат (резистивные элементы на таких подложках не изготавливают). В отличие от фторопласта полиимид пригоден и для многослойных плат благодаря тому, что позволяет изготовлять переходные отверстия диаметром 70… 100 мкм.

Полиимид является слабополярным среднечастотным материалом, поскольку его tg=0,003. Полиимид обладает повышенным влагопоглощением, и, вероятно, поэтому диэлектрические потери уменьшаются с повышением температуры: так, при 493 К его tg=0,0006. Полиимид выпускается в различных видах:

. Пленка толщиной 8… 100 мкм, в том числе фольгированная, предназначенная для гибких печатных плат, шлейфов и подложек тонкопленочных ГИС.

. Лак ПАК, стойкий после высыхания при 470… 520 К, ограниченно при 573 К, кратковременно при 670 К.

. Пресс-материал для получения изделий горячим прессованием при 590 К и давлении 100 МПа.

. Пенопласт (пенополиимид) с плотностью 0,8… 2,5 г/см5, применяющийся в качестве тепло- и электроизоляционного материала для температур 90… 520 К-

. Стеклопластик на основе полиимида, стойкий до 670 К, и углепластик, не теряющий механической прочности при 550 К.

. Изоляционная лента, стойкая при температуре до 500 К.

недостаток полиимида-повышенное влагопоглощение (1… 3% за 30 сут.), поэтому он нуждается в технологической сушке (особенно при изготовлении изделий из пресс-порошков) и защите.

Применение полиимидов

·В качестве оптических окон систочниках синхротронного излучения

·В качестве гибких печатных плат

·В качестве защитных слоев

Типы полиимидов

Алифатические (линейные полиамиды).

Полу-ароматические.

Ароматические (R ‘и R » являются двумя атома углерода в ароматическом кольце. Это наиболее часто используемые полиимиды из-за их термостойкости).

Типы полиимидов, производимых компанией Fujifilm

Ряд полимерных продуктов, производимых фирмой Fujifilm, включает как фоточувствительные так и не фоточувствительные материалы. Ряд полиимидных материалов нечувствительных к УФ-излучению включает Durimide 32A (предимидизированные имидные полиамиды), Durimide 20 ых и 200 ых серий (предимидизированные полиамиды), Durimide 100 ых серий и LTP10-18A (полиамидные кислоты).

Таблица 1.1 — Основные применения полиимидных материалов нечувствительных к УФ-излучению

Наименование материалаПрименениеDurimide 32AДля нанесения защитных покрытийDurimide 100 ых серий и LTP10-18AФормирования рисунка жидкостным травлениемDurimide 20, 200 и LTP10-18AНизкотемпературные процессы

Фоточувствительная линия продуктов содержит негативные «полиимидные прекурсоры» Durimide 7000, 7300, 7500 и позитивные водные растворы AP2210B и AN3310. Durimide 7000 обладает высокой температурой стеклования, Durimide 7500 характеризуется превосходными механическими свойствами и достаточно низкой температурой стеклования. Durimide 7300 хорошо себя показывает при использовании для покрытия серебряной и медной металлизации.AP2210B и AN3310 используется когда необходимо сформировать рисунок с использованием позитивного резиста.

Таблица 1.2 — Основные применения фоточувствительных материалов

Наименование материалаПрименениеDurimide 7000превосходные температурные свойстваDurimide 7500, AP2210B и AN3310подходящие для всех примененийDurimide 7300Медная или серебряная металлизацияDurimide 7000, 7300 и 7500Толстые плёнки (>10 нм) с хорошими характеристиками

Химическое строение и характеристики нечувствительных к УФ-излучениюполиимидных материалов

На рисунке 1.3.1 представлена химическая структура нечувствительных к УФ-излучениюполиимидных материалов, на примере Durimide 100 ых серий.

Durimide 100 ых серий имеет разную вязкость в зависимости от толщины создаваемого покрытия. Ниже в таблицах приведены стандартные значения параметров, которые могут быть другими для специфических целей.

Таблица 1.3.1 — Вязкость и содержание металлов в Durimide 100 ых сериях

ПараметрЕдиница измеренияНижняя границаВерхняя границаКинематическая вязкость (25⁰С)Durimide 112АСантистокс17002100Durimide 115АСантистокс62008300Содержание воды%00,5Натрий%03*10^-5Калий%02*10^-5Железо%01*10^-5медь%01*10^-5

Таблица 1.3.2 — Толщины слоёв Durimide 100 ых серий

Параметр112А115АТолщина модифицированного покрытия1,5-2,5 мкм3-6 мкмФильтрация0,5 мкм1 мкмСодержание твердых веществ11-12,5%14-15,5%

Таблица 1.3.3 — Свойства модифицированной плёнки Durimide 100 ых серий

СвойствоЕдиница измеренияЗначениеПредел прочности на разрывМПа260Модуль ЮнгаГПа3,3Относительное удлинение при растяжении%80температура стеклования⁰С371Температура термического распада⁰С597Коэффициент термического расширения10^(-6)/⁰С32Напряжение в слое (для кремния ориентации 100)МПа20Диэлектрическая постоянная, 1МГц, 0-50%3,1-3,4Коэффициент рассеивания (затухание), 1МГц, 0-50%0,003-0,009Диэлектрическая прочность, н.у. 0-50%В/мкм342Влагопоглощение при 50%%1,7Плотностьг/см³1,49Коэффициент (показатель) преломления1,81

В таблице 1.3.4 представлены два метода:

.Кипящая вода: метод D-3359-83, 72 часа

.давление при 2 атм. и 120⁰С

Таблица — 1.3.4 Адгезионные тесты Durimide 100 ых серий

Кипящая водаТест под давлениемКремний55200 часовSi₃N₄55600 часов

«Прекурсор полиимида» Durimide 100 можно выделить среди других из-за следующих характеристик:

·Нет необходимости в обработке поверхности в адгезиве перед нанесением;

·Возможность формирования пленок в диапазоне толщин 2-10 мкм;

·Превосходная адгезия;

·Высокотемпературная стабильность;

·отличное сопротивление к растрескиванию;

·Низкое содержание металлов;

·возможна реставрация (до финального отжига)

Требования к условиям для нанесения и термообработки полиимида

Для максимизации срока хранения Durimide 100 должен хранится при -5?С ÷ +5?С. Перед открытием бутылок с материалом их температура должна быть выровнена с комнатной. Открытие бутылок до полного выравнивания температуры приведёт к внедрению влаги в материал, это приведёт к большому разбросу характеристик по площади покрытия.

Таблица 1.3.5 — время, необходимое для установления равновесия температур

Размер бутылкиВремя выдержки250 гр4 часа1 кг12 часов4 кг24 часа

Хранение

Три различных варианта хранения существуют для разных «линеек» полиимидов.

.Durimide 32A и 200 серий устойчивы при комнатной температуре и, поэтому, не нуждаются в специальных условиях хранения.

.Durimide 100 серии и LTP1018A нуждаются в хранении морозильнике из теплостойких материалов, способном к хранению материалов при диапазоне температур от -5°C до 5°C.

3.AqueousBufferCoats (ABC) AP2210B, AN3310 также известные как Durimide 7000, 7300 и 7500 серий нуждаются в хранении в морозильнике из теплостойких материалов, способном к хранению материалов при диапазоне температур от -15°C до -30°C.

чистое помещение

Нормальные условия чистого помещения при температуре от 20°C до 24°C и относительной влажности воздуха ниже необходимы для всех полиимидов. Для светочувствительных полиимидов чистое помещение должно быть оборудовано «янтарным желтым светом» (550 nm) по всей площади помещения, на который будет наноситься полиимид (центрифуга трека нанесения / участок трека с горячими плитами) и нормальным желтым светом во всех остальных производственных помещениях.

Центрифугирование

Желательно откалибровать скорость вращения, чтобы иметь возможность точного отслеживания влияния скорости вращения на процесс.

«Чашка» центрифуги (Чашка-сборник)

чашка-сборник должна быть сделана из полиэтилена высокой плотности, тефлона или других материалов, устойчивых к н-бутил ацетату, циклопентанону, — бутироласктону и н-метил-2-пирролидону.

Система нанесения

Полимид может быть нанесен с использованием вакуумного нанесения (герметичной емкости) или насоса для высоковязких жидкостей. Насосы (Тефлоновые мембранные насосы) бывают от различных производителей, включая Mykrolis, IDI и TritecCorp. Нанесение при помощи насоса от TritecCorp. имеет преимущества над вакуумным нанесением из-за высокой вязкости полиимида и из-за уменьшения насыщения полиимида растворенным газом, что могло бы привести к образованию большого количества пузырьков. Корректное программирование двухступенчатого насоса необходимо для избегания образования пузырьков. Там, где светочувствительные смеси наносятся под давлением, чистый сухой воздух необходим для пролонгации рабочего состояния слоев и для стойких характеристик. Следует избегать использования азота.

Рекомендуется не оставлять систему под давлением, когда она не используется. Трубки, используемые для нанесения, должны иметь внутренний диаметр (I.D.) от 1/8» до 1/4» (от 0.32 см до 0.64 см) и быть сделаны из тефлона или других невыщелачиваемых материалов. Там, где используется нержавеющая сталь, рекомендуется использовать 316SS, должным образом пассивированная и зачищенная. Там, где используются прозрачные или полупрозрачные трубки, должна быть обеспечена защита от желтого света при помощи закрытия этих участков непрозрачным металлом.

В том случае, если оборудование не используется в течение нескольких дней, материал должен быть удален и линии, клапаны (и насосы) должны быть очищены при помощи НМП или полиимидного проявителя. Рекомендуется, чтобы трубки были заменены перед перезапуском, так как замена зачастую обходится гораздо дешевле, чем очистка.

Участок мягкой сушки.

Горячие плиты (2-4 штуки) с хорошей температурной однородностью при диапазоне рекомендуются для треков нанесения. Также можно повысить пропускаемость при помощи добавления большего количества горячих плит или использования 2-хстадийного процесса с использованием горячих плит, согласованных с отжигом в печах со сжатым воздухом. Для отжига рекомендуется использовать конвекционные печи в чистых помещениях () с хорошими вентиляцией и температурной однородностью: при диапазоне . мягкая сушка должны быть осуществлена на воздухе. пластины должны быть расположены горизонтально и лежать ровно при сушке.

Устройства экспонирования

Фоточувствительные Durimide-полиимиды являются «негативными» по виду чувствительности к УФ излучению в диапазоне 350-450 нм и могут быть экспонированы с помощью обычных ртутных ламп высокого давления (контактное экспонирование / экспонирование на зазоре / сканирующее проецирование / пошаговое проецирование: i-line, g-line, широкая полоса).

Устройство проявления

Система распыления проявителя с мелкокапельным наконечником рекомендуется для обеспечения оптимального разрешения. Как альтернатива, стандартная система распыления / лужи может быть использована.

Вулканизация

Хорошо вентилируемая печь, способная обеспечить и оборудованная системой распыления азота, необходима. Система должна быть способна обеспечить содержание кислорода ниже 50 ppm при температуре выше . Не рекомендуются вакуумные печи, так как потоки газа слишком медленно удаляют летучие продукты реакции, и движение тепла при помощи радиации быстрее, чем при помощи конвекции, что обеспечивает меньшую однородность нагрева.

2. Процесс формирования полиимидного слоя

2.1 Нанесение центрифугированием

Полиимид обычно наносят в одну операцию одним слоем. Скорость вращения и время вращения пластины необходимо регулировать индивидуально в зависимости от размера, формы и массы пластины для желаемой толщины и равномерности плёнки. Условия нанесения выбирают в соответствии с кривой центрифугирования для полиимидных покрытий. На рисунках 1.3.4 и 1.3.5 представлены кривые для серии Durimid 100.

основные этапы нанесения материала на поверхность пластины центрифугированием

Основные дефекты при нанесении материалов на пластину центрифугированием: 1 — воздушные пузырьки на поверхности пластины; 2 — кометы, полосы и вспышки; 3 — образование «завитков»; 4 — дефект в центре пластины; 5 — непокрытые области; 6 — проколы в слое

дефекты в виде воздушных пузырьков в слое полиимида могут быть вызваны: воздушными пузырьками в системе подачи полиимида, плохой отмывкой сопла для подачи полиимида. причиной комет, полос и вспышек — слишком высокая скорость подачи материала, раскручивание пластины началось слишком рано, негладкая поверхность пластины — наличие крупных частиц. Завитки образуются в основном по причине высокой скорости откачки воздуха из-под чаши, слишком короткого времени вращения. Дефект в центре связан с неподходящей чашей. Непокрытые области возникают по причине недостаточной дозы материала. причиной проколов являются пузырьки воздуха, частицы в жидкости, частицы на поверхности пластины.

Кривая центрифугирования для Durimide 112А

мягкая сушка: 50 сек при 1350С

жесткая сушка: 30 мин при 4000С

время вращения: 45 сек

Цикл вращения: 700 об/мин в течении 4 сек.

Кривая центрифугирования Durimide 115А

мягкая сушка: 50 сек при 1350С

жесткая сушка: 30 мин при 4000С

время вращения: 45 сек

Цикл вращения: 700 об/мин в течении 4 сек

Компанией Fujifilm Рекомендуется следующая процедура нанесения:

.Подача 2-5 мл полиимида в центр пластины

.Первый этап центрифугирования — низкая скорость вращения пластины 1000-1500 оборотов в минуту в течении 7-25 секунд для распространения полиимида в пределах 5-10 мм от торца пластины.

короткая пауза в 5-15 секунд между первым и вторым этапами центрифугирования может улучшить равномерность плёнки. Для сохранения чаши в чистоте после каждого применения полиимида рекомендуется для ее отмывки использовать автоматическую систему, которая входит в состав установки нанесения полиимида. Рекомендуемые растворители: N-метил2-пирролидон или циклопентанон (HTR-D2). Для отмывки обратной стороны рекомендуемые растворители: γ-бутиралактон или циклопентанон. Устройство по отмывки чаши, обратной стороны и края пластины обычно входит в состав установки нанесения. Для подачи растворителей обычно используют контейнеры под давлением и трубки с диаметром 0,32 см.

2.2 Сушка полиимидного слоя после нанесения

Обычно в процесс сушки входит обработка на нескольких плитах, но также используются конвекционные печи с продувкой азотом. Горячие плиты должны иметь равномерную температуру ±1⁰С. время сушки на горячих плитах будет различно в зависимости от толщины плёнок, но должно быть между 60 и 300 секундами при температуре 120-140⁰С. высокая температура и длительное время сушки запустит реакцию синтеза и уменьшит скорость травления в последующем этапе. Для толстых плёнок (>10 мкм) рекомендуется двухстадийный отжиг, который предотвращает быстрое испарение растворителя, и тем самым уменьшает количество дефектов в слое. Первая стадия должна начинаться при 90-110⁰С в течении 1-2 минут и вторая 130-140⁰С в течение 2-5 минут; также можно использовать конвекционные печи совместно с горячими плитами. Время сушки в такой печи будет сильно зависеть от конфигурации печи, числа пластин и т.д. Пластина должна быть ориентирована горизонтально для предотвращения разнотолщинности по пластине во время сушки. Комбинированная сушка включает сушку на горячей плите при 90-110⁰С в течение 1-2 минут и сушку в конвекционной печи при 130-140⁰С в течение 30-60 минут.

Финальная вулканизация может быть выполнена в конвекционнной или плиточной печи с добавление азота. Типичный цикл вулканизации проводится при поднятии температуры от комнатной до 400°C при 3-6°C/мин. дальше необходимо продержать образцы при 400°C 30 минут. Для предотвращения окисления поверхности полиимидной пленки, процесс должен обеспечивать медленное охлаждение ниже 200°C до того, как частицы будут удалены.

После сушки Durimide 100 можно удалить с пластины используя жидкостное травление:

. N-метилпирролидон в течение 5 минут при 85⁰С.

. Растворитель полиимида QZ3322 в течение 5 минут при 70⁰С.

. N-метилпирролидон в течение 5 минут при комнатной температуре.

. Отмывка в деионизованной воде

полностью имидизированный полиимид нельзя легко снять химическими способами. Самым эффективным в данном случае будет снятие слоя полиимида в плазме (O₂/СF₄; 5:1)

2.3 Оборудование для нанесения полиимида

высокие вязкость и токсичность полиимида делают невозможным автоматическое нанесение на стандартных треках нанесения SOG или фоторезиста. Поэтому одним из методов нанесения на пластину полиимидного прекурсора являлось ручное дозирование на пластину во время обработки пластин на центрифуге. чтобы избавиться от человеческого фактора при нанесении раствора, было решено использовать новый трек SVG 8826 и подключаемый к нему насос для высоковязких жидкостей (HighViscosityPumpM600).

Трек SVG 8826

Для нанесения полиимида использовалась установка нанесения SVG 8826. В состав установки входят: модуль нанесения с подвижной рукой-дозатором и системой отмывки обратной стороны пластины, три нагревателя — «горячая» плита, «холодная» плита, устройства загрузки — выгрузки пластин, специализированное устройство дозирования.

Последовательность работы модуля нанесения слоя при обработке одной пластины полиимидным прекурсором с использованием насоса для высоковязких жидкостей: подъём «руки» дозирования и перемещение её к центру пластины, опускание руки, подача раствора на неподвижную пластину, возврат в исходное положение и опускание руки дозирования в ванну межциклового хранения, включение вращения пластины, остановка вращения пластины, вращение с высокой скоростью, переход на меньшую скорость вращения и включение отмывки обратной стороны пластины при одновременном подъёме, переход на скорость вращения для сушки пластины

Рабочая программа для нанесения полиимида

Насос «High Viscosity Pump M600»

Насос для высоковязких жидкостей (далее насос) дозирует вещества в очень точных и воспроизводимых количествах, используя улучшенную технологию положительного перемещения и давления по заданию. технология положительного перемещения насоса применима для вязкостей в диапазоне от 250 ср (сантипуаз) до 30000 ср. Насос имеет полностью тефлоновый тракт движения жидкости и совместим с широким набором химических веществ: полиимидами, растворителями и другими высоковязким жидкостями используемыми в полупроводниковой промышленности. Насос удобен для пользователя и применяет программное обеспечение ChemNet. ChemNet обеспечивает набор всех необходимых функций для управления, конфигурирования и мониторинга насоса. ChemNet является GUI (графическим интерфейсом пользователя) [разработанного ф. IntegratedDesigns] для сопряжения с различными устройствами ф. IDI, работает под управлением Windows 95 или Windows NT на любых ноутбуках или десктоп компьютерах с RS-232 серийным портом. При использовании опционального конвертера RS-232 в RS-485 возможно подсоединение к нескольким устройствам.

В рабочем состоянии насос находится состоянии ожидания управляющего сигнала от оборудования, управляющего дозированием. Насос реагирует на управляющий сигнал выдачей заранее запрограммированной дозы. Величина дозы и время ее выдачи, задержка времени отсоса и его величина программируются с использованием ChemNet. после дозирования насос «перезаряжается». время перезарядки устанавливается посредством ChemNet. Времена дозирования и перезарядки устанавливаются в соответствии с вязкостью используемого вещества. Большая вязкость требует большего времени заполнения. ChemNet обеспечивает набор всех необходимых функций для управления, конфигурирования и мониторинга насоса. Все программируемые параметры доступны через RS-232 или RS-485 коммуникационную связь с использованием Р2 коннектора расположенного на насосе. Насос позволяет хранить две программы-рецепта в режиме IDI интерфейса и три в режиме интерфейса TEL. Рецепты загружаются с использованием ChemNet. Выбор рецепта производится с использованием интерфейса трека или через серийный коммуникационный интерфейс. В режиме интерфейса TELldt две линии переключения дозирования индицируют используемый рецепт.

основной экран программы ChemNet

ЭкранHVP Operational Parameters

список изменяемых параметров и индикаторов

BubbleSensor.

Датчика пузырьков (bubblesensor) используется для обнаружения воздушных пузырьков в подающей линии. Цепь сенсора нормально-закрытая до тех пор, пока линия не станет пустой. затем цепь сенсора открывается.

Recirculation.

Когда рециркуляционный вход активен, насос непрерывно дозирует, выполняет обратный отсос и перезаряжается используя набор параметров рецепта из установок конфигурации рециркуляционного рецепта. В течение этого периода насос индицирует, что он использует сигналы занятости трека (нормальное дозирование не может происходить).

Примечание. Насос не будет готов сразу, как этот сигнал станет неактивным, т.к. сначала необходимо завершить последний цикл.

Этот режим выполняется с помощью входа самого насоса (в отличие от конфигурации программного обеспечения) для обеспечения пользователю максимальной гибкости. Например, трек может инициировать этот режим при желании. Как альтернатива используйте внешний переключатель (и / или таймер). Как альтернативу входному рециркуляционному сигналу IDI предлагает независимый переключатель on/off.

Error.

Этот сигнал активен при определении насосом наличия проблемы при выполнении дозирования.

Ready.

Этот сигнал активен при готовности насоса к выполнению дозирования. Он не активен при выполнении дозирования, перезарядки или при возникновении ошибки.

Signals.

Операция окончания дозирования (EOD):

Сигнал насоса (IDI) EOD выключен.

Трек (HOST) посылает управляющий сигнал.

Дозирующий клапан насоса открывается на запрограммированное время.

Насос закрывает выходной клапан и включает EOD сигнал. Трек удаляет управляющий сигнал.

Насос выключает EOD сигнал при подготовке к следующей пластине.

Операция дозирования (DIS):

Сигнал насоса (IDI) DIS выключен.

Трек (HOST) посылает управляющий сигнал.

При получении насосом управляющего сигнала активируется DIS сигнал.

Дозирующий клапан насоса открывается на запрограммированное время.

Насос закрывает выходной клапан и включает DIS сигнал.

Трек удаляет управляющий сигнал.

Режим переключения.

Этот параметр позволяет насосу быть управляемым в одном из трех переключающих режимах описанных ниже в таблице:

РежимДействие при удалении переключателя (отключении)Standard (обычный)Дозирование прекращается с записью ошибки и события в журнал.Latch Trigger (закрытый переключатель)Игнорируется (дозирование завершается в соответствии с рецептом)Follow Trigger (следящий переключатель)Дозирование прекращается без записи ошибки или события в журнал.

Полярность входных сигналов трека.

RecipeSelect.

Когда RecipeSelect (выбор рецепта) неактивен насос будет использовать параметры Recipe 1, а когда активен — Recipe 2.

Примечание. Если конфигурация активного рецепта установлена на Serial (в отличие от Discrete) этот вход будет игнорироваться, и заданный рецепт будет всегда использоваться.

DispenseTrigger

Насос дозирует, когдаDispense Trigger активен. Если вход неактивен, перед окончанием дозирования операция немедленно завершается, и ошибка записывается в журнал. Во всех случаях выбор ACTIVE OFF определяет входное или выходное разрешенное состояние как состояние, при котором нет потока вещества. Выбор ACTIVE ON определяет входное или выходное разрешенное состояние как состояние, при котором поток вещества есть.

ErrorClear

Если насос находится в состоянии ошибки, утверждающий это вход очистит ошибку насоса, позволяя ему перезапуститься. Во всех случаях выбор ACTIVE OFF определяет входное или выходное разрешенное состояние как состояние, при котором нет потока вещества. Выбор ACTIVE ON определяет входное или выходное разрешенное состояние как состояние, при котором поток вещества есть.

Экран HVPTrackInterface версии V2.00 и позднее

ЭкранHVP Dispense Cycle Parameters.

Dispense&SuckbackVolumes

Цикл дозирования имеет устанавливаемые пользователем величины объемов для шагов дозирования и обратного отсоса (верхний ряд вводимых значений на экране HVPDispenseCycleParameters). Для части дозирования общего цикла могут быть установлены два разных объема. Нет необходимости заполнять обе ячейки — одна может оставаться пустой. Для части обратного отсоса общего цикла дозирования пользователь может установить один объем. Нет необходимости заполнять эту ячейку. Всего есть три величины объема которые могут быть введены при этом только одна требуется. Величина объема может варьироваться от 0.1 мл для 20 мл с шагом 0.1 мл.

Dispense&SuckbackTimes

Цикл дозирования имеет устанавливаемые пользователем значения времен для шагов дозирования и обратного отсоса (нижний ряд вводимых значений на экране HVPDispenseCycleParameters). время задает длительность дозирования или обратного отсоса заданного объема вещества. Изменение этой величины дает пользователю возможность управлять скоростью потока вещества при дозировании или обратном отсосе (меньшая величина приведет к более быстрому потоку для любых установленных объемах). время задается от 0.0 до 10.0 сек с шагом 0.1 сек. Общая длительность дозирования индицируется под строками вводимых параметров процесса дозирования. Насос отреагирует на запускающий сигнал от трека и выполнит дозирование заданного количества. Объем дозирования и его время, задержка обратного отсоса, объем и время обратного отсоса могут быть установлены.

Recharge

Насос после каждого дозирования заполняет резервуар. Время заполнения устанавливается с помощью программы. Время дозирования необходимо устанавливать с учетом вязкости используемого вещества. Большей вязкости вещества требуется большее время заполнения.

TestDispense

Цикл дозирования может управляться и тестироваться с использованием соответствующей страницы [программного обеспечения]. Для тестирования конкретного набора параметров цикла дозирования введите желаемые параметры как описано выше и нажмите кнопку TestDispense. Введенные параметры будут загружены в выбранную программу и будет произведено дозирование. Насос будет дозировать используя параметры сохраненные в нем для выбранной программы как установлено линиями выбора оборудования. Если линии выбора оборудования сконфигурированы для выполнения программы 3 например, приводя к запросу на тестовое дозирование со страницы свойств для программы 1 то параметры для программы 1 будут загружены и будет выдан запрос на дозирование как ожидается. однако, насос будет дозировать основываясь на параметрах которые он хранит в данный момент для программы 3.

Values [величины]

Типовой набор параметров цикла дозирования установлен как базовый для создания и модифицирования рецепта процесса дозирования. Эти значения следует рассматривать только как начальные — реальные установки требуют знаний обученного персонала. Пример установок изменяющих скорость дозирования:

12345Volume:120.52.5Time:10100.550

Программное обеспечение HVPM600 позволяет проводить следующие операции, зачастую необходимые для корректной работы насоса:

Purge

Режим Purge (прокачка) используется для удаления воздуха из системы после изменения физических начальных установок или после продолжительного времени без функционирования. Вещество может быть продозировано к источнику или к выходу в этом режиме.

HVP обслуживание — прокачка.

PurgeDrainTime

Это общее время, которое будет использовано для очистки камеры. Изменяя время прокачки пользователь может настраивать скорость потока в процессе операции прокачки (меньше время приедет к более быстрому потоку для любой данного объема).

PurgeFillTime

Это общее время, которое будет использовано для заполнения камеры. Изменяя время прокачки пользователь может настраивать скорость потока в процессе операции перезарядки (меньше время приедет к более быстрому потоку для любой данного объема).

Предупреждение. С осторожностью устанавливайте PurgeFillTimeтаким образом, что бы скорость потока не была слишком быстрой. Слишком быстрое заполнение насоса может привести к серьезному повреждению внутренних компонентов.

OutputToSource

Выбор этого режима позволяет насосу дозировать в подающую емкость при выполнении операции прокачки.

SourceToOutput

Выбор этого режима позволяет насосу дозировать на выход при выполнении операции прокачки.

SourceToSource

Выбор этого режима позволяет насосу прокачивать обратно в подающую емкость, прокачка в этом режиме будет всегда дозировать и перезаряжать полный объем резервуара.

StartPurge

Нажатие кнопки StartPurgeстартует выполнение операции прокачки.

Drain

Режим Drain (слив) сходен с режимом прокачки и используется для удаления от вещества из насоса. В этом режиме вещество вытекает через выбранный путь — или через входной клапан, или через выходной до тех пор, пока оператор не закончит операцию слива. Перезаполнение насоса не происходит в режиме слива.

HVP обслуживание — слив.

DrainTime

Полное время которое будет использовано для удаления вещества из насоса. Варьируя время слива пользователь может изменять скорость потока при выполнении операции слива (меньшее время приведет к большей скорости потока для любого данного объема).

DrainToSource

Выбор этого режима позволяет насосу выкачивать вещество в подающую емкость при выполнении операции слива.

DrainToOutput

Выбор этого режима позволяет насосу выкачивать вещество на выход при выполнении операции слива.

DrainToSourceViaOutput

Выбор этого режима позволяет насосу выкачивать вещество в подающую емкость через выходной и рециркуляционный клапан (3-х ходовой клапан).

StartDrain

Нажатие кнопки StartDrain запускает выполнение операции слива. Вы не можете выбрать DraintoSource или theDraintoOutput в процессе выполнения операции слива.

Eventlog [журнал событий]

Журнал событий дает доступ к информации о всех событиях генерируемых насосом. Журнал энергонезависим так, что информация сохраняется при обесточивании насоса.

HVP обслуживание — журнал событий.

3. Технология формирования полиимидной защиты заданной толщины

В 2012 году ОАО «Ангстрем» по запросу отдела фотолитографических процессов приобрела трек SVG 8826 для нанесения SOG (Spin-onGlass-планаризатор) и полиимидных слоев. В декабре 2012 года трек был установлен в гермозоне на своем рабочем месте, начался процесс отладки оборудования. Отладка заключалась в работе над двумя видами изменяемых параметров:

) параметры насоса, выставляемые при помощи стационарного компьютера

) параметры самого трека, выставляемые через панель управления на треке SVG 8826.

Работа с первым типом параметров была необходима с целью точного осознания воздействия разного рода изменений в режиме работы насоса на качество (однородность, планарность, повторяемость) нанесения полиимида. Работа с треком и насосом для высоковязких жидкостей разительно отличалась от работы с треком ручного нанесения полиимида в силу большего количества параметров, влияющих на результат.

Главными целями отладки были:

) выход на итоговую толщину слоя ПИ 7.3±0.8 мкм

) выход на сигму (показатель однородности толщины) менее 0.2 мкм

По итогам первых работ были установлены параметры, которые должны быть константами. Также было предположено, что на качество заливки пластин имеют влияние два фактора: «Volume» (объем подаваемого раствора) и «Time» (время, за которое объем подается на пластину).

Все этапы отладки процесса были законспектированы в соответствующем документе.

В упрощенном виде этапы формирования защитных слоев можно представить следующим образом:

Главным критерием оценки качества процесса нанесения, в данном случае, полиимида является среднеквадратическое отклонение, которое позволяет оценить однородность толщины слоя.

3.1 Среднеквадратическое отклонение

Среднеквадратическое отклонение — в теории вероятностей и статистике наиболее распространённый показатель рассеивания значений случайной величины относительно её математического ожидания.

Среднеквадратическое отклонение измеряется в единицах измерения самой случайной величины и используется при расчёте стандартной ошибки среднего арифметического, при построении доверительных интервалов, при статистической проверке гипотез, при измерении линейной взаимосвязи между случайными величинами. Определяется как квадратный корень из дисперсии случайной величины.

Среднеквадратическое отклонение:

стандартное отклонение (оценка среднеквадратического отклонения случайной величины x относительно её математического ожидания на основе несмещённой оценки её дисперсии):

где — дисперсия; — i-й элемент выборки; — объём выборки; — среднее арифметическое выборки:

Следует отметить, что обе оценки являются смещёнными. В общем случае несмещённую оценку построить невозможно. Однако оценка на основе оценки несмещённой дисперсии является состоятельной.

правило трех сигм

Правило трёх сигм () — практически все значения нормально распределённой случайной величины лежат в интервале . более строго — приблизительно с 99,73% вероятностью значение нормально распределённой случайной величины лежит в указанном интервале (при условии, что величина — истинная, а не полученная в результате обработки выборки).

Если же истинная величина неизвестна, то следует пользоваться не, а s. таким образом, правило трёх сигм преобразуется в правило трёх s.

<#"justify">Интерпретация величины среднеквадратического отклонения.

Например, у нас есть три числовых множества: {0, 0, 14, 14}, {0, 6, 8, 14} и {6, 6, 8, 8}. У всех трёх множеств средние значения равны 7, а среднеквадратические отклонения, соответственно, равны 7, 5 и 1. У последнего множества среднеквадратическое отклонение маленькое, так как значения в множестве сгруппированы вокруг среднего значения; у первого множества самое большое значение среднеквадратического отклонения — значения внутри множества сильно расходятся со средним значением.

В общем смысле среднеквадратическое отклонение можно считать мерой неопределённости. К примеру, в физике среднеквадратическое отклонение используется для определения погрешности серии последовательных измерений какой-либо величины. Это значение очень важно для определения правдоподобности изучаемого явления в сравнении с предсказанным теорией значением: если среднее большое значение среднеквадратического отклонения), то полученные значения или метод их получения следует перепроверить.

3.2 Формирование слоя полиимида методом центрифугирования, исследование влияния параметров установки нанесения на процесс

Мы использовали статический метод нанесения полиимидного прекурсора для формирования полиимидной защиты. название метода означает, что при дозировании раствора на обрабатываемую пластину пластина не вращается. Это позволяет избавиться от лишних дефектов, которые возникают при динамическом нанесении.

после подготовительных работ на треке, запуска нескольких тестовых пластин, было решено использовать скорость формирования (максимальную скорость вращения пластины на центрифуге после нанесения раствора) слоя равной 1700 оборотов в минуту.

Был установлен перечень параметров трека и насоса, которые могли бы иметь влияние на получаемый полиимидный слой. список параметров:

Volume (ml) — объем дозируемого на пластину раствора полиимида;

Time (sec) — время, за которое осуществляется подача раствора;

Скорость дозирования (ml/sec) — введенный нами параметр, показывающий какой объем раствора дозируется в единицу времени;

Recharge (перезарядка) — время, за которое насос заполняется жидкостью;

скорость формирования (об./мин.) — максимальная скорость вращения пластины на центрифуге, направлена на окончательное растекание и выпаривание остатков растворителя;

Условия формирования разнились по ходу проведения испытаний. существовало два метода формирования слоя: 1) после статической подачи раствора пластина оставалась неподвижной некоторое время, затем следовало вращение; 2) после статической подачи раствора пластина незамедлительно начинает вращение;

При этом скорости вращения и время на разных этапах формирования слоя разнились.

список параметров таблиц, являющихся результатом испытаний:

∆ (мкм) — разница между максимальной и минимальной толщинами пленки, полученной после выполнения рабочей программы на треке;

d ср (мкм) — средняя толщина полученной пленки;

СКО — среднее квадратическое отклонение;

Измерения толщины проводились по пяти точкам радиуса пластины.

По ходу испытаний, при использовании скорости формирования 1700 об./мин., было выяснено, что параметр «дозирование», который определяется как отношение объема вещества, нанесенного на пластину, ко времени, за которое происходит дозирование, не влияет на толщину и однородность слоя. Варьирование объема дозирования было достаточно большим для того, чтобы заметить какую-либо закономерность. Суть этого параметра заключается в следующем: насос, подающий прекурсор, прикладывает определенное давление к высоковязкого раствору в системе. Поэтому было предположено, что определенный характер подачи, а именно: формирование лужи с углублением посередине, вызванным избыточным давлением в системе подачи, будет влиять и на характер получаемого слоя полиимида на поверхности всей пластины.

В «Таблице 1» показаны толщины слоя полиимида по точкам. Виден «провал» в центре пластины.

Табл. 1 «Толщина слоя полиимида по радиусу пластины при скорости формирования слоя полиимидной защиты 1700 об./мин.»

1 т.2 т.3 т.4 т.центр10,39410,25110,37710,37110,31211,63911,1810,7210,35310,38110,36910,0539,9569,9379,7859,3538,9949,1129,2018,7929,7579,499,3399,1569,3599,999,6629,5719,8169,2969,7729,7079,4549,7399,1469,6609,6439,5719,7939,2019,5769,3649,4189,6439,2289,5729,2959,3659,5799,0639,5039,1979,3739,5119,0779,6139,2729,4329,529,1739,8439,6889,5719,8079,2859,7059,5829,429,7249,464

Табл. 2 «Зависимость толщины слоя полиимида от параметров трека»

параметры насосапараметры пленкиSTEP 1RechargeдозированиеV форм.∆,d ср,СКОVolume, mlTime, secml/secоб/минмкммкм220300,1017000,4067,7140,1942,520300,1317000,0138,0230,0602,520300,1317000,4078,2160,1684,520300,2317000,5809,0460,2534,520300,2317000,4638,9060,1884,520300,2317001,0939,0490,4454,520300,2317000,4319,1890,1974,520300,2317000,6439,3270,2724,520300,2317000,5819,9100,220520300,2517002,70414,0381,144320300,1517001,5259,7100,633320300,1517000,8349,7800,305320300,1517000,45610,1820,184320300,1517000,9089,3200,3612,520300,1317000,4249,8870,153220300,1017000,7609,8940,3102,520300,1317000,8278,3930,312,520300,1317000,7678,6720,281220300,1017001,28610,8540,551220300,1017000,58410,0200,217220300,1017000,5619,0900,212220300,1017000,6019,4200,223220300,1017000,6949,6670,2622,520300,1317000,6269,5640,2652,8520300,1417000,5929,5740,233320300,1517000,4159,4460,1663,320300,1717000,5169,3750,2143,520300,1817000,4349,3320,1913,920300,2017000,449,4020,179320300,1517000,5589,6300,2252,820300,1417000,3049,5790,137220300,1017000,55710,1190,215220300,1017000,5639,7700,243220300,1017000,4799,7820,179

Было решено увеличить время дозирования до 20 секунд, чтобы исключить фактор «быстрой» подачи, что могло бы привести к недостаточному растеканию раствора перед раскручиванию пластины

По промежуточным результатам испытаний были сделаны графики, отражающие суть чисел, заключенных в границы таблицы.

Если рассчитать качество процесса по отношению к сигме, то найдем процент успешных циклов нанесения от всего количества.

В целом, толщина слоя получилась намного больше нужной нам. Поэтому было принято решение увеличить скорость формирования слоя полиимида. Увеличение скорости с 1700 оборотов до 2200 было вызвано тем, что необходимо было установить границы максимальной скорости, что позволяло бы исследовать интервал скоростей, а не медленную подгонку.

Так как эффект параметра «дозирование» на качество формируемого слоя был незначительным, было решено не уделять внимание варьированию его значения, а обратить внимание на повторяемость операции нанесения. именно повторяемость в условиях ОАО «Ангстрем» определяла всю успешность замыслов по переводу формирования полиимидной защиты на автоматический режим.

Табл. 3 «Толщина слоя полиимида по радиусу пластины при скорости формирования слоя полиимидной защиты 2200 об./мин.»

1 т.2 т.3 т.4 т.центр5,9815,8145,8275,9675,4745,8365,6585,6145,6515,5016,1586,1556,2536,3736,0876,0996,0466,0746,1475,9766,0356,0966,1366,1825,6936,6586,7026,6156,5536,2336,6056,5356,5616,6486,2078,0248,0918,0167,9367,9887,8367,8257,7567,7967,8598,4598,5088,3168,438,5266,4926,1916,1406,0925,3106,0096,0055,7565,7564,5136,1386,3416,5026,4455,6756,2716,346,4036,4495,895

Рассчитаем качество процесса по отношению к сигме. Найдем процент успешных циклов нанесения от всего количества повторений.

В целом, толщина слоя получилась меньше той, которая нужна нам. поэтому надо было понизить скорость формирования слоя полиимида. Уменьшений скорости с 2200 оборотов до 2000 было вызвано тем, что нижняя граница нужной нам толщины слоя была ненамного больше той, которая получилась при нанесении со скоростью в 2200 оборотов / минуту.

Табл. 4 «Толщина слоя полиимида по радиусу пластины при скорости формирования слоя полиимидной защиты 2000 об./мин.»

1 т.2 т.3 т.4 т.центр5,9815,8145,8275,9675,4745,8365,6585,6145,6515,5016,1586,1556,2536,3736,0876,0996,0466,0746,1475,9766,0356,0966,1366,1825,6936,6586,7026,6156,5536,2336,6056,5356,5616,6486,2078,0248,0918,0167,9367,9887,8367,8257,7567,7967,8598,4598,5088,3168,438,5266,4926,1916,1406,0925,3106,0096,0055,7565,7564,5136,1386,3416,5026,4455,6756,2716,346,4036,4495,8956,3836,5386,6906,9276,4436,5666,4996,666,6876,3376,6676,7366,8586,8076,4326,1866,4486,5556,6165,7316,4786,4906,5026,3785,7656,0946,2216,4736,4375,7236,5226,4376,5006,5736,0306,3986,3256,4066,4625,9996,5936,4876,5636,6816,146

Табл. 5 «Зависимость толщины слоя полиимида от параметров трека.» (1)

параметры насосапараметры пленкиSTEP 1RechargeдозированиеV форм.∆,d ср,СКОVolume, mlTime, secml/secоб/минмкммкм35100,6020000,4706,2330,18635100,6020000,4416,5110,17525100,4020000,5477,5270,21735100,6020000,2976,8750,11238100,3820000,3557,0760,14333101,0020000,1247,1170,0533101,0020000,2497,3110,10723100,6720000,2417,2160,08933101,0020000,4157,1480,17233101,0020000,4687,1990,20634100,7520000,2937,2210,11633,5100,8620000,257,1570,095310100,3020000,4167,4170,1734100,7520000,4887,4680,20434100,7520000,7067,5370,29435100,6020000,3677,6570,15835300,6020000,4657,4780,18533301,0020000,9907,0460,40455301,0020000,7067,5230,27355301,0020000,6117,2530,25355301,0020000,8367,2360,36024300,5020000,4137,2170,16426300,3320000,3797,1670,17186301,3320000,7187,2000,30024300,5020000,4637,4200,18824300,5020000,5037,0540,24324300,5020000,3057,1410,1324300,5020000,4197,0890,18524300,5020000,5157,1210,19624300,5020000,2687,2030,11924300,5020000,6987,0760,272210300,2020000,3487,3410,136220300,1020000,5097,1870,18025300,4020001,0098,0030,41325300,4020000,5177,4410,19835300,6020000,4547,4250,19735300,6020000,3927,7920,16235300,6020000,4697,6410,164

Табл. 6 «Зависимость толщины слоя полиимида от параметров трека.» (2)

параметры насосапараметры пленкиSTEP 1RechargeдозированиеV форм.∆,d ср,СКОVolume, mlTime, secml/secоб/минмкммкм34300,7520000,7627,5490,20535300,6020000,3997,5380,15924300,5020000,3257,650,18324300,5020000,4057,3270,19224300,5020000,5417,8140,14324300,5020000,4857,990,14524300,5020000,4117,930,19424300,5020000,3057,3070,13864301,5020001,6287,9040,70334300,7520001,3867,7790,56535300,6020000,5446,5960,21835300,6020000,3506,5500,14035300,6020000,4266,7000,16635300,6020000,3896,7230,16035300,6020000,6316,7460,26835300,6020000,7586,7290,30035300,6020001,1266,9640,48535300,6020000,5357,6480,22935300,6020000,8497,6710,293320300,1520000,3397,6510,13335300,6020000,8797,4390,206320300,1520000,7737,7010,309320300,1520000,7777,5470,214330300,1020000,3827,6200,185320300,1520000,7237,7530,291320300,1520000,4167,8500,171320300,1520000,4347,6890,198320300,1520000,5257,8190,235

Рассчитаем качество процесса по отношению к сигме. Найдем процент успешных циклов нанесения от всего количества повторений.

В целом, толщина слоя получилась та, которая нужна нам. Поэтому было принято решение остановиться в подборе параметров именно на скорости формирования в 2000 об./мин.

Попробуем оценить влияние на процесс такого параметра как «скорость дозирования». несмотря на большой разброс в значениях этого параметра, можно заметить, что наиболее часто используемая величина объема полиимидного прекурсора равна 3 мл. Это связано с экономическим фактором. Было замечено, что при данной величине, по сравнению с другими, результаты нанесения являются: 1) стабильными 2) приемлемыми.

Отсутствие выводов, связанных с вариативностью других параметров трека на качество слоя полиимидной защиты, обусловлено тем, что ни один из них не оказал должного влияния на формируемый слой.

Устанавливая зависимость между скоростью формирования слоя и полученной толщиной (и СКО), можно понять, что на процесс влияют свойства, которыми обладает сам раствор полиимида. Из известных свойств, которыми обладают жидкости и которые влияют на Поверхностное натяжение — термодинамическая характеристика поверхности раздела двух находящихся в равновесии фаз, определяемая работой обратимого изотермокинетического образования единицы площади этой поверхности раздела при условии, что температура, объём системы и химические потенциалы всех компонентов в обеих фазах остаются постоянными.

Поверхностное натяжение имеет двойной физический смысл — энергетический (термодинамический) и силовой (механический). Энергетическое (термодинамическое) определение: поверхностное натяжение — это удельная работа увеличения поверхности при её растяжении при условии постоянства температуры. Силовое (механическое) определение: поверхностное натяжение — это сила, действующая на единицу длины линии, которая ограничивает поверхность жидкости.

Сила поверхностного натяжения направлена по касательной к поверхности жидкости, перпендикулярно к участку контура, на который она действует и пропорциональна длине этого участка. Коэффициент пропорциональности — сила, приходящаяся на единицу длины контура — называется коэффициентом поверхностного натяжения. Он измеряется в ньютонах на метр. Но более правильно дать определение поверхностному натяжению, как энергии (Дж) на разрыв единицы поверхности (м²). В этом случае появляется ясный физический смысл понятия поверхностного натяжения.

Нет точных значений для силы поверхностного натяжения в растворах полиимидов, но есть значение их вязкости. Она варьируется от 6200 до 8300 сСт(сантиСтокс). В международной системе единиц (СИ) единицей измерения вязкости служит м²/с: 1 Ст = см²/с = 10−4 м²/с. Для сравнения: анилин — 4,37; бензол — 1,0; вазелиновое масло — 20; вода — 1,1; глицерин 100% — 648; чернила для принтера — до 2200.

таким образом, становится очевидным тот факт, что для нашей системы нанесения самым важным параметром становится именно скорость формирования слоя. Именно она может придать капле («луже») полиимидного прекурсора энергию, необходимую для распределения вещества по поверхности пластины.

Нанесение полиимидаDx= (7-8) мкм№ программыEVENTOPERARMTIMESPEEDACCEL11SPIN045,00,00002SPIN102,00,05103DSP11-0,05104SPIN115,00,00105SPIN203,01,00106SPIN010,01,50107SPIN040,02,00108EBR010,00,5010

Исходя из вышесказанного пример рабочей программы для центрифуги трека, удовлетворяющей нашим запросам, выглядит следующим образом:

Заключение

1)В результате проведенного литературного обзора были определены особенности такого класса веществ как полимеры, рассмотрены некоторые виды, были установлены основные области их применения.

)Был рассмотрен класс веществ «полиимиды», выявлены его основные свойства и особенности. Был произведен обзор доступных нам растворов полиимидов, определен подходящий нам тип.

)Был отработан процесс нанесения полиимидных слоев на кремниевые пластины, установлено влияние ряда параметров процесса нанесения на качество получаемого слоя

был произведен запуск трека для нанесения SVG 8826, выявлен ряд параметров, которые могли иметь влияние на качество формируемого слоя;

был произведен анализ влияния параметров на процесс нанесения, в результате которого круг значимых для процесса параметров был сужен до одного — «скорость формирования»

был создан процесс нанесения полиимидного слоя на пластины, удовлетворяющий тех. заданию.

список литературы

1) Материалы микроэлектронной техники: учебное пособие для вузов/ Под ред. В.М. Андреева, — М.: Радио и связь, 1989.

) Пасынков В.В., Сорокин В.С., Материалы электронной техники, — М.: Высшая школа, 1986.

) Материаловедение/ Под ред. Б.Н. Арзамасова. — М.: Машиностроение, 1986.

) Бессонов М.И., Котон М.М., Кудрявцев В.В., Лайус Л.А. Полиимиды — класс термостойких полимеров. — Л.: Наука, 1983.

5) Polyimides: Fundamental and applications. Edited by M. Ghosh, K, Mittal, Marcel Decker Inc., New York, Dasel, Hong Kong, 1996

) Okulska-Borzek M., Prot T., Borycki J., Kedsierski J. Preparation and evaluation of polyimide layers as materials for nematic liquid crystal orientation. Liquid Cryst. 1996

) FUJIFILM Electronic Materials, Durimide Polyimides for the Microelectronics Industry. — Brochure, 63 p.

) ChaimPotok, What Benefits of Polyimide Are There? — HTTP://ezinearticles.com/? What-Benefits-of-Polyimide-Are-There?&id=5397843

) M600 High Viscosity Pump. U.S. PATENT NO. 6,478,547

11) Жуков, А.А. Физико-химические и технологические основы получения полиимидных структур для микроэлектронных устройств, устройств микромеханики и микросенсорики: автореф…. доктора технических наук: 05.27.01, 05.27.06 Москва, 2003 315 c.: 71 04-5/71-8

) Жуков, А.А. метод получения и свойства малонапряженных толстых полиимидных покрытий и свободных пленок и технология элементов МЭУ на их основе: автореферат дис…. кандидата технических наук: 05.27.01 / Рос. технол. ун-т. — Москва, 1997. — 24 с

13) ОКУ 57255.00180-нанес. SVG-8826, 03.04.13

) ОКУ 57255.00263_нанесение полиимида, 17.05.13

) РИ_521ФК 051_ПИ-защита, 15.09.13

) РИ_521ФК 055_Прокачка системы дозирования ПИ, 10.10.13

) ТИ 25200 00336-программирование SVG8826PC, 02.02.12

) ТИ 25200.00394-по управлению насосом М600, 110613

19) A.B. Frazier, «Recent Applications of Polyimide to Micromachining Technology», Transactions on Industrial Electronics, (42) 442-448 (1995)

) Microchip Fabrication, A Practical Guide to Semiconductor Processing, by: Peter Van Zant, Fifth Edition, 2004

Учебная работа. Исследование влияния параметров установки нанесения на процесс формирования слоя полиимида методом центрифугирования