Спосіб монтажу мікроелектронних компонентів

Власники патенту UA 2571880:

Винахід відноситься до електронної техніки і може бути використане для поверхневого монтажу мікроелектронних компонентів багатокристалічні модулі, мікроскладання і модулі з внутрішнім монтажем компонентів. Технічний результат - зменшення трудомісткості та підвищення надійності мікроелектронних вузлів, зниження їх масогабаритних параметрів. Досягається тим, що у металевій круглій пластині за заданими координатами формують отвори під безкорпусні кристали. На одну із зовнішніх поверхонь металевої круглої пластини натягують липку стрічку липкою стороною всередину пластини. Безкорпусні кристали встановлюють за заданими координатами контактними майданчиками поверхню липкої стрічки, герметизують, відокремлюють липку стрічку. Наносять поліімідний фотолак, формують у ньому отвори. Комутують методом вакуумного напилення металів через тонку знімну маску або використовують процеси фотолітографії після вакуумно-плазмового осадження металів. Повторно наносять шар діелектрика та формують у ньому вікна. Наносять останній шар металізації, формують комутацію з контактними майданчиками та встановлюють чіп компоненти. 7 іл.

Відомий спосіб монтажу електронних компонентів з кульковими висновками методом перевернутого кристала, що включає нанесення адгезиву на контактну поверхню компонента з кульками припою, встановлення компонента на монтажну поверхню підкладки, розплавлення кульок припоєм під шаром адгезиву, суміщення кулькових висновків з контактними майданчиками підкладки,з'єднання кулькових висновків з контактними майданчиками підкладки шляхом притискання до підкладки та затвердіння адгезиву [1].

Однак відомий спосіб має суттєві недоліки. Паяні з'єднання компонента не придатні для візуального або автоматичного оптичного контролю, що потребує спеціальних методів контролю, оскільки потрібна ідеальна площинність монтажних контактних майданчиків.

Необхідні спеціальні пристрої для суміщення. Максимальна площа контакту кулькового виводу дорівнює площі контактного майданчика на платі. Монтажні контактні майданчики різко скорочують корисну для розведення площу плати.

Відомий спосіб монтажу мікроелектронних компонентів на основі гнучко-жорстких друкованих плат, що включає розміщення на підставі попередньо протестованих та запрограмованих компонентів, їх герметизацію, металізацію та формування необхідних шарів [2].

Монтаж мікроелектронних компонентів проводиться без використання припою та олова та проблем, пов'язаних з термообробкою. Мікроелектронні компоненти встановлюються першими, а потім виготовляються шари схеми.

Стандартної плати не потрібно, скорочується час виробничого циклу, зменшуються витрати та складність, а також знижуються проблеми надійності плати.

Недоліком цього способу є низька точність позиціонування компонентів на підставі, що призводить до помилки трасування схеми. Ще одним недоліком є розварювання кристалів. Ця технологічна операція знижує надійність та збільшує трудомісткість багатокристальних модулів та мікроскладань. Застосування корпусованих електронних компонентів призводить до значного збільшення масогабаритних характеристик вузлів.

Завданням, на яке спрямовано винахід, є зменшеннятрудомісткості виготовлення та підвищення надійності мікроелектронних вузлів, зниження їх масогабаритних параметрів.

Для досягнення зазначеної мети у способі монтажу мікроелектронних компонентів, що включає розміщення на підставі попередньо протестованих і запрограмованих компонентів, їх герметизацію, металізацію та формування шарів, як запрограмовані компоненти застосовують безкорпусні кристали, для основи використовують металеву круглу пластину, в якій за заданими координатами формують отвори під безкорпусні кристали, на одну з поверхонь металевої круглої пластини натягують липку стрічку, липкою стороною всередину пластини, безкорпусні кристали встановлюють за заданими координатами контактними майданчиками на поверхню липкої стрічки, потім герметизують, відокремлюють липку стрічку, наносять поліімідний фотолак розкривають вікна рівно над контактними майданчиками і висновками безкорпусного кристала, проводять комутацію методом вакуумного напилення металів через тонку маску, що знімається, або фотолітографією після вакуумно-плазмового осадження металів з трьох шарів пошарово, потім наносять другий шар діелектрика, формують в ньому вікна, наносять останній формують комутацію з контактними майданчиками, потім встановлюють компоненти чіп.

Відмітними ознаками заявленого способу є те, що замість корпусних елементів застосовують безкорпусні кристали, для основи використовують металеву круглу пластину, в якій за заданими координатами формують отвори під безкорпусні кристали, на одну із зовнішніх поверхонь металевої пластини натягують липку стрічку, липкою стороною всередину пластини, безкорпу кристали встановлюють за заданими координатамиконтактними майданчиками на поверхню липкої стрічки, потім герметизують, відокремлюють липку стрічку, наносять поліімідний фототлак, формують отвори в поліімідному фотолаку-розкривають вікна рівно над контактними майданчиками і висновками безкорпусного кристала, після вакуумно-плазмового осадження металів, причому мінімум двох шарів пошарово, наносять другий шар діелектрика, формують у ньому вікна, наносять останній шар металізації, формують комутацію з великими контактними майданчиками, потім встановлюють чіп компоненти.

Застосування круглої металевої пластини дозволяє використовувати для подальшої обробки методами мікроелектроніки, що використовуються для напівпровідникових пластин при виробництва мікроелектронних компонентів. Тобто запропонований спосіб містить мінімальну кількість технологічних операцій, що відрізняються від стандартних при виробництві інтегральних мікросхем. При виробництві в такий спосіб мікроелектронних вузлів досягається рівень автоматизації, який можна порівняти з рівнем автоматизації мікроелектронних виробництв, оскільки використовується аналогічний набір технологічного устаткування, але це дозволяє істотно знизити собівартість виробництва радіоелектронних вузлів і значно поліпшити якісні показники.

Безкорпусні кристали інтегральних схем прецизійно встановлюють на липку стрічку контактними майданчиками та висновками до липкої сторони стрічки за заданими координатами. Спочатку не потрібні стандартні або спеціально сформовані плати з готовою комутацією, при використанні яких значно ускладнювалася високопрецизійна установка кристалів.

Використання безкорпусних елементів суттєвознижує масогабаритні параметри електронного вузла. У процесі розміщення електронні компоненти притискаються до липкої стрічки контактними майданчиками або висновками під певним навантаженням. Ця операція використовується для фіксації встановлених безкорпусних елементів наступної операції нанесення поліімідного лаку.

Пропонований спосіб дозволяє знизити масогабаритні параметри, усуває паразитні електромагнітні явища, пов'язані зі звареними сполуками, оскільки монтаж або електричний контакт з мікроелектронними компонентами здійснюється без зварювання методом вакуумного напилення металів. Збільшується надійність, збільшується швидкодія, підвищується вібростійкість та термостійкість вузлів радіоелектронної апаратури. Відсутні дефекти, пов'язані зі зварюванням, а саме, короткі замикання, урвища, порожнечі, залишкові деформації. Запропонований винахід ілюструється фіг. 1 (а, б, в, г, д, е, ж.) - послідовність технологічних операцій способу монтажу мікроелектронних компонентів,

1 - металева кругла пластина,

2 - безкорпусні кристали,

3 - липка стрічка,

4 - шар поліімідного фотолаку - перший шар діелектрика,

5 - шар комутації,

6 - другий шар діелектрика,

7 - другий шар комутації,

8 - чіп компоненти,

Спосіб реалізується в такий спосіб. За заданими координатами формують отвори під безкорпусні кристали у круглій металевій пластині. На одну із зовнішніх поверхонь металевої круглої пластини 1 натягують липку стрічку 3, липкою стороною всередину пластини 1. Безкорпусні кристали 2 встановлюють за заданими координатами контактними майданчиками на поверхню липкої стрічки 3. Безкорпусні кристали 2 злегка притискають до липкої стрічкифіксації перед подальшими операціями (фіг. 1а). Герметизують компаундом 9 (фіг. 1б). Відокремлюють липку стрічку 3 від поверхні круглої металевої пластини 1 (фіг. 1в). Наносять поліімідний фототлак 4 (фіг. 1г). Формують отвори у поліімідному фотолаку 4 (фіг. 1г). Розкривають вікна над контактними майданчиками і висновками безкорпусного кристала 2 (фіг. 1г). Комутують методом вакуумного напилення металів через тонку знімну маску або використовують процеси фотолітографії після вакуумно-плазмового осадження металів, причому мінімум з двох шарів пошарово 5 (фіг. 1д). Наносять другий шар діелектрика 6 (фіг. 1e). Формують у ньому вікна (фіг. 1e). Наносять останній шар металізації, формують комутацію з великими контактними майданчиками 7 (фіг. 1e). Потім встановлюють чіп компоненти 8 (фіг. 1ж).

В алюмінієвій пластині АМг 3М завтовшки 0,8 мм діаметром 100 мм за заданими координатами формують отвори під безкорпусні кристали. Потім з одного боку натягують липку стрічку липкою стороною внутрішньо пластини. Безкорпусні кристали встановлюють за заданими координатами контактними майданчиками поверхню липкої стрічки. Безкорпусні кристали трохи притискають до липкої стрічки для забезпечення фіксації.

Проводять герметизацію – наносять епоксидний компаунд К-400. Відокремлюють липку стрічку від поверхні круглої металевої пластини. Наносять фотопроявляється діелектрик - фотолак термостійкий ФЛТП (ІТТ РАН) (метод нанесення - центрифугування, товщина 5 мкм) (задублювання йде до 300 С). Методами фотолітографії формують отвори в поліімідному фотолаку - розкривають вікна над контактними майданчиками і висновками безкорпусного кристала. Проводять комутацію методом вакуумного напилення металів, потім через тонку маску, що знімається, або використовують процесифотолітографії після вакуумно-плазмового осадження металів, причому мінімум з двох шарів пошарово - осаджують хром, потім наносять мідь 2 мкм (метод нанесення - магнетронне напилення). Наносять другий шар діелектрика. Формують у ньому вікна. Наносять фінішний шар металізації – нікель, потім наносять низькотемпературний припій (метод нанесення – магнетронне напилення, далі паяльна паста через трафарет). Формують комутацію із контактними майданчиками. Потім встановлюють чипкомпоненти.

Таким чином, запропонований спосіб забезпечує зниження трудомісткості, підвищення працездатності, зниження маси та габаритів електронних вузлів.

1. Патент України №2331993.

2. Патент США №8193042 – прототип.

Спосіб монтажу мікроелектронних компонентів, що включає розміщення на підставі попередньо протестованих і запрограмованих компонентів, їх герметизацію, металізацію та формування шарів, який відрізняється тим, що як запрограмовані компоненти застосовують безкорпусні кристали, для основи використовують металеву круглу пластину, в якій за заданими координатами формують отвори під безкорпусні кристали, на одну з поверхонь металевої круглої пластини натягують липку стрічку, липкою стороною всередину пластини, безкорпусні кристали встановлюють за заданими координатами контактними майданчиками на поверхню липкої стрічки, потім герметизують, відокремлюють липку стрічку, наносять поліімідний фотолак вікна рівно над контактними майданчиками і висновками безкорпусного кристала, проводять комутацію методом вакуумного напилення металів через тонку маску, що знімається, або фотолітографією після вакуумно-плазмового осадження металів з трьох шарів пошарово, потім наносять другий шардіелектрика, що формують у ньому вікна, наносять останній шар металізації, формують комутацію з контактними майданчиками, потім встановлюють чіп компоненти.