Применение атомно-слоевого осаждения тонких пленок в качестве метода сдерживания роста вискеров

Симонов О.В., [email protected]

Образование нитевидных кристаллов (вискеров) на поверхности электрических выводов приводит к риску короткого замыкания между близко расположенными компонентами печатных плат или соседними выводами одного компонента. Данная статья касается перспектив использования защитных покрытий, препятствующих образованию вискеров, как одного из способов решения вышеуказанной проблемы. Конкретно речь пойдет о таком методе нанесения покрытий, как атомно-слоевое осаждение. Эта технология характеризуется высокой степенью однородности тонких пленок, их конформностью к подложке и другими преимуществами.

Вискеры в печатных платах

Феномен образования вискеров (от англ. whisker – волос, усик) известен достаточно давно, в том числе и как один из негативных факторов, снижающих надежность электронной аппаратуры и требующих принятия мер по предотвращению их роста [1].

Вискерами принято называть кристаллические образования с сильно выраженными анизотропными свойствами, проявляющимися в преимущественном росте в одном направлении. Благодаря этому, отношение их геометрических размеров достигает значений 1 : 1 000 и более. При характерном диаметре 1–10 мкм длина нитей достигает порядка нескольких миллиметров, что сопоставимо с расстояниями между компонентами печатных плат и их выводами.

Имеется большое разнообразие форм роста вискеров для различных материалов. Помимо характерной для олова нитевидной формы, встречаются спиральные, ступенчатые, скрученные образования, зубцы, ленты и т.д. (рис.1). Несмотря на более чем семидесятилетний период их исследования, физико-химические процессы, лежащие в основе феномена, являются недостаточно изученными. В  частности, неясен вопрос о самом зарождении вискеров, из-за чего «инкубационный» период, предшествующий их появлению, плохо поддается прогнозированию.

Вискеры представляют собой объект пристального внимания исследователей по причине своих уникальных свойств: повышенной, по сравнению с обычными кристаллами того  же материала, прочности, гибкости, проводимости, коррозионной стойкости и т.д. [2]. В сочетании эти свойства открывают весьма заманчивые возможности. Среди практических применений можно упомянуть использование нитевидных кристаллов различных материалов в качестве армирующих волокон в композитах. Также необходимо отметить широкие перспективы использования вискеров в качестве микромасштабных зондов, например для кантилеверов атомно-силовых микроскопов, в качестве манипуляторов для наноразмерных объектов, вживляемых электродов для биологических и медицинских исследований, квантовых точек и т.д.

Однако, найдя полезное применение во  многих областях, вискеры давно известны как источник проблем при производстве электроники и, в частности, монтаже электронных модулей. В таких случаях возникает задача предотвращения образования вискеров, для чего разработан и  применяется ряд технологических методов.

Полную весию статьи читайте в PDF формате.