CC BY
87
УДК 316.333.351
Гришин М.В., Зелякова Т. И., Мартиенко Д. В., Рубан С. О.
ФГУП «2 2 ЦНИИИ Минобороны России», Мытищи, Россия
РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ ВЛАГОЗАЩИТНЫХ СВОЙСТВ ПОЛИИМИДНОГО ЛАКА МАРКИ АД-9103, ИСПОЛЬЗУЕМОГО ДЛЯ ЗАЩИТЫ АЛЮМИНИЕВОЙ МЕТАЛЛИЗАЦИИ МИКРОСХЕМ
Приведены результаты экспериментальных исследований влагозащитных характеристик полиимидного лака марки АД-9103ТУ6-19-283-85: равновесное влагопоглощение, коэффициент влагопроницаемости, содержание примесных ионов. Исследована кинетика сорбции влаги защитными покрытиями, характер распределения ее в полимере. Полученные данные позволят оценить целесообразность использования полимерного защитного покрытия (компаунда) при производстве микросхем для аппаратуры вооружения и военной техники
Ключевые слова:
защитные покрытия, полиимидные пленки, эффициент влагопроницаемости
алюминиевая металлизация микросхем, влагопоглощение,
в
Влияние защитных покрытий на коррозию алюми ниевой металлизации интегральных микросхем изу чено сравнительно мало. Полимерный материал изделии выполняет определенную функцию, и, следовательно, он должен обладать совокупностью свойств, чтобы быть пригодным для эксплуатации в данном изделии. Покрытия используются для защиты кристаллов микросхем от внешних воздействующих факторов, в микросхемах герметизированных полимером - для демпфирования и для защиты элементов микросхем от воздействия а - частиц с поверхности корпуса [1]. К материалам, в том числе и к защитным полимерным покрытиям, применяемым в производстве изделий электронной техники, предъявляются весьма жесткие требования, среди которых первостепенное значение имеет их химическая совместимость в составе микросхемы и стойкость к воздействию эксплутационных факторов (влаги, рабочего напряжения, нагрева) [2].
Тонкие полиимидные пленки толщиной порядка нескольких микрометров и меньше находят широкое применение при изготовлении изделий микроэлектроники. Полиимиды относятся к конденсационным полимерам циклоцепного строения, главным об-разо м они, получа ют ся из диангидридов тет-ракарбоновых кислот и диаминов, и содержат в составе основного повторяющегося звена циклическую пяти - или шестичленную имидную группировку [3, 4
При получении полиимидов на первой происходит образование полиамидокислот
^соын-
На второй стадии протекает циклодегидратация этих полиамидокислот с превращением их в полии-миды:
для практического использования в изделиях, предназначенных для продолжительной эксплуатации при температурах выше 200оС. Такие полимеры выдерживают кратковременный нагрев до 480° С. Ароматические полиимиды не горючи и в широком температурном интервале имеют хорошие физико-механические и диэлектрические свойства. Они устойчивы при комнатной температуре к действию растворителей и концентрированных кислот, за исключением серной и азотной.
Требованиям химической совместимости с конструкционными элементами микросхем и отсутствия разрушения алюминиевой металлизации отвечают такие параметры защитных покрытий, как равновесное влагопоглощение, коэффициент влагопроницаемости и содержание примесных ионов коррозионно-актив-ных элементов (калия, натрия, хлора и серы). Знание диффузионных свойств конкретных полимеров - непременное условие правильного выбора защитного покрытия при производстве интегральных микросхем военного назначения.
Определение равновесного влагопоглощения, коэффициента влагопроницаемости и содержание примесей в покрытии марки АД-9103 производилось по методикам разработанным в Филиале 46 Центрального научно-исследовательского института Министерства обороны Российской Федерации (до 2011 года - 22 ЦНИИИ Минобороны России). При решении поставленных задач использовались комплексные методы исследования, включающие эксперимент, моделирование, метод рентгенофлуоресцентной спектроскопии.
Рабочее место содержит сушильный шкаф, климатическую установку, позволяющую поддерживать повышенную влажность (95+3)% , температуру (25±5)° С, аналитические весы, микроанализатор «СПЕКТРОСКАН Макс-ОУ» на элементы от натрия и выше по таблице Менделеева [5, 6]. Предусмотрены также устройства для подготовки проб к анализу и средства визуализации результатов анализа. Для испытания использовались образцы полимера, имеющие форму диска диаметром (65±1) мм и толщиной от 0,8 до 2,0 мм, отвержденного по режимам указанным в ТУ. Испытаниям подвергались не менее 5 образцов. Испытания проводили при повышенной влажности (95±3)% и температуре (25±5)°С. Для поддержания заданной влажности использовалась дистиллированная вода. Образцы взвешивали каждые сутки. Испытание образца заканчивали, когда значения его массы при двух последних взвешиваниях отличались не более чем на 0,1%. Итоговые результаты исследований, т.е. вычисленные значения
среднего равновесного влагопоглащения ( ВТ ) приведены в таблице 1.
Высокая тепло-, термо-, хемо- и радиационная стойкость полиимидов делает их перспективными
Результаты определения равновесного влагопоглощения по номерам образцов
Таблица 1
Интервал измерения, сутки Значения параметра по номерам образцов В а Ог , о
1 2 3 4 5
0,04 2,07 1,9 со 1 1,6 1,7 8 1
0,17 2,17 2,0 2,0 со 1 со 1 2,0
1,0 2,26 2,28 2,1 1,9 со 1 2,1
2,0 2,26 2,28 2,1 1,9 со 1 2,1
3,0 2,26 2,28 2,1 1,9 со 1 2,1
Продолжительность влагонасыщения составила 3 суток (72 ч). По полученным значениям ВТ строилась кривая кинетики сорбции влаги материалом в
координатах влагопоглощение (%) - время (сутки) Вид кривой приведен на рисунке 1.
1,5--
0,5 -
2211 - -2-
2,1
1,8
О . -0-
0,5
1,5
2,5 3
Время, сутки
Рисунок 1 Кривая сорбции влаги лаком марки АД 9103
Экспериментальные точки хорошо легли на прямую II типа по классификации, предложенной С. Брунауэром, Л. Демингом, У. Демингом и Э.Телле-ром (БЭТ). Изотерма 11-типа характерна для сорбции лэнгмюровского типа, когда зависимость сорбции полимера от относительной влажности линейна [7].
Значения коэффициента влагопроницаемости, которое определяется как произведение коэффициента
Коэффициенты растворимости образцов Ь
диффузии на коэффициент растворимости, рассчитывали по параметрам кривой сорбции лака марки АД 9103 для каждого образца, а затем рассчитывали среднее арифметическое значение. Используя математические формулы, рассчитали значения коэффициента растворимости и коэффициента диффузии компаунда. Результаты приведены в таблицах 2, 3 и 4.
Номер образца 1 2 3 4 5
Ь, кг/(м3Па) 7,4-10-3 6,3-10-3 6,1-10-3 6,1-10-3 5,4-10-3
Коэффициенты диффузии Д
Номер образца 1 2 3 4 5
Д, м2/с 1,1-10-8 1,9-10-8 7,7-10-9 3,8-10-9 1,1-10-8
Коэффициенты влагопроницаемости образцов (Р) в кг/(м.с.Па) и его среднее арифметическое значение
Таблица 2
Таблица 3
Таблица 4
Номер 1 2 3 4 5
Образца
Р, кг/(м- сут-Па) 8,1-10-11 1,2-10-10 4,7-10-11 2,3-10-11 5,9-10-11
Рср. кг/(м.сут.Па = 6,6-10- 11
Исследования показали, что:
- равновесное влагопоглощение достигнуто в течение первых суток и составляет 2,1%;
- среднее значение коэффициента влагопрони-цаемости составляет 6,6-10-11 кг/(м.сут .Па).
Для определения концентраций ионных примесей были использованы образцы лака АД 9103 в количестве 3 шт., прошедшие исследования на влаго-проницаемость и влагопоглощение, которые не И МП/С
имели нарушений внешнего вида (трещин, сколов, раковин, царапин) и других дефектов. Содержание примесных ионов коррозионно-активных элементов в образцах лака АД 9103 определяли рентгенофлюо-рисцентным методом [5], результаты приведены в таблице 5. Спектр образцов лака представлен на рисунке 2.
9000 10000 Длина волны, мА
Рисунок 2. Рентгеновский спектр лака АД 9103
2
1
0
1
2
Содержание примесей
Таблица 5
Название химического элемента примеси Массовая доля ионной примеси, не более % по номерам образцов Среднее значение
1 2 3
Натрий (Na) 7,2*10-4 5,2*10-4 6,5*10-4 7,3*10-4
Исследования показали, что образцы лака АД 9103 содержат только примесь натрия.
ВЫВОД
В результате проведенных исследований лака АД 9103 обнаружено наличие гидрофильной ионной примеси, что увеличивает значение равновесного влагопоглощения, коэффициента влагопроницаемо-сти и делает такое защитное покрытие потенциально ненадежными для защиты алюминиевой металлизации. Примесные ионы защитных покрытий влияют
на электрические параметры активных элементов микросхем. Миграция подвижных ионов по поверхности активных областей кристалла микросхем вызывает деградацию их электрических параметров. Одна из главных проблем в этом случае связана с ростом токов поверхностной утечки, вызывающих нестабильность работы как биполярных, так и полевых элементов микросхем.
ЛИТЕРАТУРА
1. Исследование и испытание защитных покрытий (компаундов), применяемых в ИС. Отчет о НИР Шифр: «Оборона» (II этап) // ФГУП «22 ЦНИИИ Минобороны России».- Мытищи.- 2003.- 157 с.
2. ОСТ 11 0044-84 «Материалы полимерные для защиты и герметизации полупроводниковых приборов и интегральных схем»
3. Никитин А.В. Исследование реакционной способности мономерных аминосодержащих кремнийоргани-ческих соединений.- М.: Химия, 2004.-127 с.
4. Потоцкая И.В. Синтез полииминов в сверхкритическом диоксиде углерода: автореферат к.х.н., М., 2006.- 24 с
5. Зелякова Т.И. Влияние кремнийорганических покрытий на коррозионную стойкость интегральных микросхем: дис.к.т.н., М., 2007.- 144 с
6. Зелякова Т.И., Крутов Л.Н., Баринов П.Е. Комплекс средств для контроля характеристик компаундов // Экономика и производство.—2005. №3.-72 с.
7. Рейтлингер С.А. Проницаемость полимерных материалов.- М.: Химия, 1974, с.104.
УДК 621.396.67
Chernova1 N.B., Kulikov2 A.A.
1Samara National Research University, Samara, Russia
2Almaty University of Power Engineering & Telecommunications, Almaty, Kazakhstan
CPW-FED FRACTAL SLOT ANTENNA DESIGN FOR ULTRA WIDE BAND APPLICATIONS
In this paper, CPW-fed circular fractal slot antennas are studied for broadband and multiband applications, such as Global Navigation Satellite Systems (GNSS). In practice, the experimental results with broadband responses (68.33% bandwidth) in the range from 1100 MHz to 1700 MHz for antenna design that is represented by circular fractal patterns with all stages of the iterations are achieved firstly. Then, the other broadband responses (78.33% bandwidth) in the range from 1100 MHz to 1700 MHz for antenna design that is represented by circular fractal patterns with just two first stages of the iterations are described herein.
Keywords: Circular fractal slot antenna, Descartes circle theorem, self-similar iteration, CPW-fed, GNSS, GPS.
I. Introduction
With the deployment of several GNSS such as GPS, GLONASS and GALILEO, and with the growing need to develop systems capable of receiving signals from any GNSS, it is necessary to design a compact antenna operating in all frequency bands for at least the three major systems: GPS, GALILEO and GLONASS [1]-[2].
1) GPS (Global Positioning System). As shown in Fig.1, its satellites transmit signals using three different bands, centred on the frequencies:
L2: 1 227.60 MHz
L5:
L1: 1 575.42 MHz. 1 176.45 MHz
2) European-lead GALILEO development. As shown in Fig.1, its satellites transmit signals using three different bands, centred on the frequencies:
E1: 1 575.42 MHz, E6: 1 278.75 MHz, E5a: 1 176.45 MHz, E5b: 1 207.14 MHz
3) The Russian GLONASS. As shown in Fig.1, its satellites transmit signals using two different bands, centred on the frequencies:
G1: 1 602 MHz, G2: 1 246 MHz, G3: 1 207.14
MHz
ARNS : Aviation Radio Navigation Service RNSS ; Radio Navigation Satellite Service
Figure1 - The frequencies bands used for the GNSS systems
