Коммутационная плата микросборки представляет собой миниатюрный аналог многослойной печатной платы. На поверхности коммутационных плат монтируются компоненты микросборки - бескорпусные интегральные микросхемы (кристаллы), микроплаты с группой интегральных тонкопленочных резисторов (согласующих входы и выходы ИМС), одиночные объемные миниатюрные конденсаторы (в качестве развязывающих элементов). Высокая плотность монтажа требует и высокого разрешения коммутационного рисунка. В отличие от печатных плат его получают путем осаждения тонких пленок в вакууме с последующей фотолитографией, или с использованием толстопленочной технологии. Коммутационные проводники должны находиться на нижних уровнях платы, а на поверхность должны выходить только монтажные площадки для сварки или пайки выводов (перемычек) компонентов.

В зависимости от материала изолирующих слоев и способа их формирования коммутационные платы можно разделить на четыре типа: а) тонкопленочные с использованием осаждения в вакууме; б) тонкопленочные с использованием окисления алюминия в электролите (анодирование); в) толстопленочные; г) на основе многослойной керамики.

Формирование слоев (уровней) платы выполняется на общей подложке из электроизолирующего материала (ситалл, поликор и др.) путем повторяющихся циклов "осаждения тонкой пленки в вакууме - фотолитография". Из рис. 34 следует, что осажденный сплошной слой электропроводящего металла (чаще всего алюминия) после фотолитографии превращается в систему проводников, перпендикулярных плоскости чертежа. В этой системе предусматриваются расширенные площадки для контактных переходов на следующий уровень. В осажденном затем в вакууме изолирующем слое с помощью фотолитографии получают окна для контактных переходов, и вновь осаждается электропроводящий слой, в котором фотолитографией формируют систему проводников, ортогональных к нижележащим. При этом через окна в изолирующем слое создается контактный переход. Эти циклы повторяются вплоть до последнего, верхнего уровня металлизации. В последнем изолирующем слое вскрываются лишь окна над монтажными площадками: площадками для электромонтажа компонентов и периферийными площадками для монтажа микросборки в целом в модуле следующего уровня (например, на печатную плату ячейки).

Нетрудно заметить, что с первого же цикла обработки в многоуровневой системе возникает и развивается рельеф, создающий ступеньки в изолирующих и проводящих слоях (на рис. 34 отмечены кружками). Эти участки являются потенциальной причиной отказа: в первом случае пробоя изоляции, во втором разрушения проводника.

Сохранение плоскостности покрытий на каждом этапе обработки обеспечивает применение в качестве изолирующих слоев окиси алюминия (Al₂O₃), получаемой путем окисления алюминиевого покрытия в электролите. В зависимости от режимов электролитического окисления (анодирования) можно с малой скоростью роста получить пленку Al₂O₃ с высокими электрическими свойствами, или ускоренно получить пленку с пониженными электрическими свойствами. В первом случае плотную пленку получают на мягких режимах (малые плотности тока) и используют для изоляции смежных уровней проводников. Во втором случае пористую пленку формируют на форсированных режимах (высокие плотности тока) и используют для изоляции соседних проводников одного уровня, причем снижение пробивной напряженности пленки компенсируется увеличением толщины (точнее - ширины) пленки (U_пр.=Е_пр.*d).

На рис. 35 показано содержание одного (первого) цикла обработки. После осаждения на подложку 1 сплошного слоя алюминия 2 на поверхности формируют фотомаску 3, рисунок которой соответствуют рисунку промежутков между будущими проводниками. Выполнив на мягких режимах избирательное анодирование алюминия, получают тонкий (~0,2мкм) и плотный слой 4 Al₂O₃ (рис. 6.35,а). Далее (рис. 35,б) фотомаску удаляют и выполняют анодирование на форсированных режимах на всю толщину пленки 5 (маской при этом служит тонкий плотный слой окисла). Путем фотолитографии (рис. 35,в) удаляют участки тонкого окисла, не защищенные фотомаской 6, для создания контактных переходов и напыляют (рис. 35,г) следующий сплошной слой алюминия 7 (второй уровень металлизации). Затем описанный цикл повторяется.

На поверхности полностью изготовленной платы должен находиться слой плотного окисла, удаленный лишь с монтажных площадок.

Для пояснения сущности процесса можно воспользоваться рис. 33. Вместо циклов "осаждение тонкой пленки в вакууме - фотолитография" в данном случае используются циклы "нанесение пасты через трафарет - сушка - вжигание", а подложку заменяют на керамическую - термостойкий прочный материал.

Для формирования многоуровневой системы используют два вида паст: проводящую и диэлектрическую. Поскольку толщина межслойной изоляции в 2-3 раза превышает толщину проводящего слоя, для получения качественных контактных переходов производят предварительно одно- или двукратное нанесение проводящей пасты в окна изолирующего слоя по циклу "нанесение пасты через трафарет - сушка" (без вжигания). На заключительном этапе изготовления платы аналогичный прием используется для формирования монтажных площадок, которые впоследствии обслуживаются с помощью лудящих паст.

Следует подчеркнуть, что в многоуровневых системах вжигание паст в керамику происходит лишь на границе нижнего проводящего и нижнего изолирующего слоев с подложкой. Прочность сцепления последующих слоев друг с другом обеспечивается за счет расплавления в них низкотемпературного стекла и затем отвердения.

В отличие от предыдущих типов плат, все слои которых формируются на общей подложке, в данном случае каждый проводящий слой наносится на собственную индивидуальную подложку из необожженной ("сырой") керамики. Впоследствии отдельные листы керамики с проводящим рисунком собираются в пакет.

Исходными заготовками являются листы пластичной керамики толщиной 0,1мм, полученные методом экструзии (выдавливанием пластичной керамической массы через щелевидный фильер). В отдельных листах керамики пробивкой или сверлением получают базовые отверстия, а затем (базируя листы по этим отверстиям) - отверстия под контактные переходы диаметром не менее 0,1мм (рис. 36,а). Используя те же базовые отверстия на каждой заготовке, через сетчатый трафарет заполняют отверс-тия под переходы проводящей пастой, а затем с помощью другого трафарета наносят проводящий рисунок и сушат.

Следует подчеркнуть, что вследствие высоких температур (1400-1700°С) последующего обжига керамики приходится отказываться от высокоэлектропроводных серебряно-палладиевых паст и использовать пасты на основе частиц тугоплавких металлов (вольфрама или молибдена).

В дальнейшем, используя те же базовые отверстия, отдельные листы собирают в пакет (рис. 36,б), подпрессовывают и штамповкой отделяют периферийную часть с базовыми отверстиями. Пакет подвергают высокотемпературной обработке. При этом протекают два параллельных процесса: вжигание проводящего рисунка в керамику и спекание (взаимодиффузия) частиц окислов, из которых состоит керамическая масса. На первой стадии обжига также происходит разложение и удаление пластификатора (технологической связки).

Выходящие на поверхность платы монтажные площадки на основе вольфрама или молибдена не допускают сварки и не смачиваются припоем. Для возможности облуживания площадок и последующей пайки на них предварительно создают слой никеля путем химического осаждения из раствора.