Metalizaciónes para la
Manufactura de Circuitos
Integrados
Integrantes: Alejandro Carrasco
Claudio Cisternas
Rodrigo Grayde
Mijael Maldavsky
Helen Ortega
Técnicas Metalúrgicas para
mayor confiabilidad en los
circuitos integrados.
Modos de fallas comunes en la
metalización de Circuitos
Integrados .
Tensiones Residuales.
 Fallas por la electromigración.
 Presión mecánica inducida por los
agujeros (huecos).

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Fallas por la Electromigración.

El daño por la
 Modos de fallas
electromigración
comunes.
comúnmente
 En la
aparece como
electromigración
agujeros que
se producen varios
pueden crecer
daños, pero
rompiendo la línea
existen dos
o elevar su
maneras de
resistencia
disminuir la
eléctrica a valores
proporción de
inaceptables.
este.
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
PRESIÓN MECÁNICA INDUCIDA POR
LOS AGUJEROS.

PERFIL TÉRMICO DEL PROCESO DE
METALIZACIÓN.
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Principales procesos de una típica
metalización y tratamiento de
empaquetamiento.
Deposición de la aleación de
aluminio. (200ºC-300ºC).
 Deposición de la película. (~300ºC).
 Deposición de la capa dieléctrica de
internivel (~400ºC).
 Deposición de la capa de pasivación.
(400ºC-450ºC).

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Templado de post-pasivación.
(~450ºC).
 Proceso de soldadura de
flujo.(~350ºC...{95Sn-5Pb} ó
~230ºC...{63Sn-37Pb}).
 Encapsulamiento o moldaje (cocido
al horno) (150ºC~200ºC).

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Mecanismos de Falla
Tensiones residuales

Introducción:
– Proceso se basa en reducir tensiones en
estructuras de un metal
– Mediante un proceso de vibraciones subresonantes
– Durante proceso de enfriado, (luego del
soldado), metales desarrollan áreas de
tensiones en estructuras átomicas.
– Metal que desarrolla tensiones se hace
susceptible a roturas.
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– Altos costos de reemplazo.
– Tratamiento térmico el mas común para
reducir tensiones.
– Vibración sub-resonante es una prometedora
alternativa a tratamientos térmicos de postsoldadura
– Ventajas:
• Bajo costo operacionales
• Fácil manejo
• Versatilidad
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
La fotografía Microscópica de Acondicionamiento de Soldadura Meta-Lax
muestra que se ha conseguido una estructura homogénea del grano para una
soldadura más dúctil. Esto es muy deseable metalúrgicamente.

Mientras que La fotografía Normal muestra vetas blancas y negras que indican
grietas ó roturas potenciales en la soldadura.
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Como opera Meta-Lax




Induce energía mecánica en la pieza a trabajar por
medio de vibración.
Diferentes niveles de energía inducida tendrán
diferentes efectos sobre el metal.
Con la vibración, así como el calor, se da un nivel de
energía óptimo que causará la disminución de
tensiones.
Aumento de frecuencia en la vibración metal produce
disipaciones de energía mediante fricciones internas.
La cantidad de energía que está siendo disipada por
el metal, es su potencial de diminución de tensiones
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Beneficios en el Funcionamiento
 Reducción de la tensiones certificable
• No se da distorsión al aplicarlo
• Un 90% menos en costos de procesos
• Un 98% menos de tiempo de proceso
• Un 95% menos de agrietamiento en la soldadura
• Un 41% menos de tiempo de mecanizado
• Un 500% de mejora en la fatiga del material
• Un 66% menos de pre-calentamiento
• No hay limitaciones de tamaño o peso
• Consistentemente efectivo
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• 800% de amortización de la inversión
• 110/220 voltios.
• Reducción combustible.
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Equipos Utilizados por Meta-Lax
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MODIFICACIONES
MICROESTRUCTURALES
PARA MEJORAR LA
CONFIABILIDAD
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Prueba Para una Placa de
Circuito Integrado
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Texturas Cristalográficas
La textura cristalográfica disminuye
la proporción en que la
electromigración provoca daños
acumulados.
 Por 3 razones

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
1- Película texturada tiene alta
proporción de límites de grano de
bajo ángulo.

2- Película texturada tiene estructura
de límite de grano más uniforme.

3- La textura (111) presenta
anisotropía favorable.
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
Planos (111) proporcionan la
superficie de energía mínima en
cristales fcc.
Una atmósfera limpia y temperatura
alta aumentan la movilidad de los
átomos.
 La textura es fortalecida por
tratamientos térmicos de postdeposición.

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Longitud del segmento
Poligranular
Varía desde 0,5m a décimas de
micrómetros.
 El tiempo para fallar aumenta al
encoger las longitudes.
 Se debe templar el post-modelo a
temperaturas altas.

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Solutos y Precipitados
Lo más común es la aleación Al-Cu.
 El Cobre inhibe La difusión del
Aluminio.
 El exceso de Cu precipita como
Al2Cu.
 Es difícil lograr la configuración
óptima.

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Control de Precipitados
Para el moldeado son deseables las
películas de libre precipitado.
 Microestructura final debe tener una
dispersión fina de precipitado
intragranular.

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
Las líneas modeladas pasan por
ciclos térmicos complejos.

El chip debe enfriarse para prevenir
la precipitación.

El chip se expone a varios ciclos
térmicos de empaquetamiento.
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El Aluminio
Es un metal ligero
 Es un buen conductor de electricidad
 Es resistente a los agentes
atmosféricos
 Tiene buena plasticidad y
formabilidad
 Tiene buena conductividad térmica
 No es magnético

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Usos de los circuitos integrados
Transistores
 Diodos
 Resistencias
 Condensadores

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TRANSISTORES
Es un dispositivo compuesto por
materiales semiconductores.
- germanio
- silicio
- selenio
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Circuito integrado
resistencia
diodo
transistor
aluminio
p
n
p
n
Sustrato tipo p
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p
n
SiO2
TRANSISTORES
El contacto de la base se hace
mediante dos franjas metalizadas a
ambos lados del emisor (n) .
El área metalizada constituye el
contacto óhmino del colector y esta
reduce la resistencia de saturación
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TRANSISTORES
Las características eléctricas
dependen :

su propio tamaño y geometría

los niveles de impurezas

la forma de difusión

material base de silicio.
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TRANSISTORES
Las características físicas determinan:


Capacidad parásita de aislamiento.
Capacidad de unión
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DIODOS
La construcción se hace empleando la
estructura de los transistores .
Las estructuras de diodos :
- diodo emisor-base con el colector
circuitado con la base
- diodo emisor-base con el colector
abierto
- diodo colector-base
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DIODO
Las características tensión corriente
de los tres tipos de diodos citados
en los cuales se puede observar que
el transistor conectado como diodo
da lugar a la mayor conducción para
una tensión dada.
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RESISTENCIAS
La construcción se hace empleando
una resistencia de volumen de una
de las áreas difundidas.
La más comúnmente usada es la de
base
tipo p
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Resistencia de película delgada
La construcción consiste en depositar
sobre la capa de dióxido de silicio
una capa de metal y se emplea la
corrosión mediante mascara para
producir la geometría deseada.
La resistencia de metal se recubre con
una capa aislante y se practican
aperturas para los contactos
óhmicos en la capa aislante.
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CONDENSADORES
Pueden obtenerse empleando la
capacitancia de transición de una
unión p-n polarizada en sentido
inverso
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Condensador de película delgada
Esta estructura está constituida por un
condensador de placas paralelas con
SiO2 como dieléctrico.
La placa superior es una superficie
metálica pelicular de aluminio
La placa inferior está constituida por
una región n fuertemente drogada
que se forma durante la difusión del
emisor.
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COBRE USO Y APLICACIONES
OBJETIVO: buscar la forma de unir
transistores en los chips (CI).
 PROBLEMA:cada vez van siendo más
pequeños los transistores y es más
difícil interconectarlos.
 ACTUALIDAD: se usa comúnmente el
aluminio que está quedando
obsoleto.

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Ventajas y Desventajas

SOLUCION: El Cobre, como conductor
eléctrico, que permite la conducción de
electrones por lugares muy diminutos.
 VENTAJAS: Tiene menos resistencia
eléctrica que el aluminio por lo que
transmite impulsos eléctricos
rápidamente.
 DESVENTAJAS: no se mezcla con el
silicón (material base de chips), ni es fácil
de trabajar.
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FINALMENTE
• Finalmente se logro crear una oblea
que permite unir el silicón con el cobre
y de esta manera unir los transistores
usando una mínima cantidad de pasos.
• Esto permite fabricar circuitos
integrados de anchos de hasta 0,20
micras (millonésima parte de un metro).
• Los nuevos chips tendrán 200 millones
de transistores (30 veces mas que un
notebook).
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Aplicaciones Especificas
ASICs (application specific integrated
circuit)
Diseñados para:
 Manipular gráficos 3D.
 Controlar cámaras digitales.
 Dar inteligencia a computadores
(juegos electrónicos, conexión
telefónica)

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Algunos asistentes que usan ASICs:
•SA-27: Utiliza los chips ASICs para:
Desarrollo de conexiones I\O.
Capas de metalización del cobre.
Procesos que requieren alto rendimiento
de los chips (procesadores de datos,
analizadores gráficos, etc.).
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SE-12E:
• Utilizado en productos de bajo consumo de
poder energético.
•Principalmente en aplicaciones
comunicacionales
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UN EJEMPLO
Se creó una workstation utilizando
chips
ASICs que permite:
 Manipular y crear imágenes 3D.
Cambiar textura y color en
imágenes.
Revolucionar el mercado de
aceleradores gráficos.
Incorporar esta tecnología en un
PC común.
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En el Futuro
Se espera que en el futuro las
nuevas aplicaciones sean casi tan
grandes como las que hoy se
conocen en la tecnología
computacional permitiendo un
amplio desarrollo de la nueva
generación de chips.
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Mecanismos de Falla Tensiones residuales