1 001815 2 Область техники Изобретение относится к
advertisement
1 Область техники Изобретение относится к разработке и производству аппаратуры на основе изделий микроэлектроники и полупроводниковых приборов и может быть широко использовано для контроля и отбраковки кристаллов ИС перед их монтажом в корпуса или в составе многокристальных модулей, а также для монтажа кристаллов в корпуса или в многокристальные модули. Изобретение направлено на снижение себестоимости отбраковочных процедур для кристаллов, снижение трудоемкости процессов сборки узлов аппаратуры, повышение выхода годных при сборке, а также повышение надежности работы кристаллов в аппаратуре. Особенно перспективным предполагается применение данного изобретения в производстве массовой электронной аппаратуры с высокими удельными характеристиками в виде многокристальных модулей (МКМ). Предшествующий уровень техники В настоящее время широкое распространение имеют носители кристаллов ИС на пленочной основе, в частности на полиимидной пленке. К достоинствам носителя на полиимидной основе следует отнести высокую термостойкость, стабильность электрофизических и термомеханических характеристик в эксплуатации, высокую механическую прочность на разрыв, растяжение и излом в диапазоне толщин от 7 до 100 мкм, стойкость к химическим воздействиям и высоким температурам в процессе технологической обработки. Такой носитель обеспечивает автоматизацию процессов монтажа кристаллов с большим количеством контактных площадок, поскольку токоведущие дорожки на поверхности носителя могут быть изготовлены с высокой точностью и расположены с высокой плотностью при малом строго фиксированном зазоре между ними. Известен однослойный носитель с «паучковыми» выводами, который изготавливается из полиимидной пленки, к которой приклеивается медная или алюминиевая фольга, в которой фотолитографическими методами вытравливаются токоведущие дорожки. К токоведущим дорожкам присоединяются методами сварки или пайки контактные площадки кристалла, а другие свободные концы этих дорожек используются для измерений и последующей приварки или припайки к ответным контактам в корпусе или коммутационной структуре при бескорпусном монтаже (А.Ю. Бер, Ф.Е. Минскер, «Сборка полупроводниковых приборов и интегральных микросхем», М., «Высшая школа», стр. 147-150, 1986 г.). Известен полиимидный носитель кристаллов, применяемый при производстве электронной аппаратуры на основе бескорпусных БИС, содержащий систему жестко ориентированных ленточных проводников (из меди или алюминия) толщиной 20-30 мкм, размещенных на по- 001815 2 верхности носителя из полиимидной пленки, расположенных в области кристалла с шагом, совместимым с шагом контактных площадок на кристалле, а на периферии носителя - с шагом, совместимым с шагом ответных монтажных площадок на коммутационной плате. Кроме того, все проводники представлены контактами, расположенными по краям носителя с шагом, совместимым с шагом зондовых контактов на измерительной установке. Жестко фиксированные относительно друг друга проводники привариваются к контактным площадкам БИС, а продолжения этих проводников, после соответствующей обрезки, привариваются или припаиваются к ответным контактным площадкам на коммутационной плате. Таким образом, каждая контактная площадка кристалла и ответная ей контактная площадка на полиимидном носителе вместе с соединительным элементом в виде токоведущей дорожки на полиимидном носителе, образуют контактный узел, предназначенный для электрического соединения контакта кристалла с ответным контактом на коммутационной плате. Перед обрезкой носителя для монтажа кристалла на коммутационную плату носитель с кристаллом устанавливается в контактное устройство измерительной установки для контроля электрических и функциональных параметров кристалла и отбраковки дефектных кристаллов (Е.Н. Панов «Особенности сборки специализированных БИС на базовых матричных кристаллах», М., «Высшая школа», стр.77-78, 1990 г.). Известен двухслойный носитель, имеющий металлизированные дорожки в двух слоях, разделенных полиимидным изолирующим слоем. Такой носитель позволяет монтировать кристаллы с большим количеством контактных площадок, размещенных по периферии кристалла, в т.ч. расположенных в шахматном порядке в два ряда (там же, стр.78). Известен трехслойный носитель на гибкой основе, содержащий сигнальный слой, слои шины питания и шины заземления, изолированные друг друга. Токоведущие дорожки, расположенные на поверхностях слоев полиимидного носителя, связаны между собой посредством сквозных металлизированных отверстий, выполненных в полиимидной основе слоев носителя. Связь токоведущих дорожек с контактными площадками кристалла ИС осуществляется посредством сварки. Такое выполнение носителя позволило обойти многие проблемы, присущие носителям на жесткой основе, в частности, невозможность оптимизации сигнальных шин, шин земли и питания в пределах одного слоя, и обеспечить стойкость к изгибающим воздействиям в процессе технологических операций («Второе рождение» автоматизированной сборки кристаллов на ленте-носителе», Экспресс-информация по 3 зарубежной электронной технике, выпуск 43-45 /5205-5207/ от 1-5 марта 1991 г., г.Москва). Контактные узлы в составе полиимидных носителей при монтаже носителей на коммутационную плату имеют электрические характеристики, существенно лучшие, чем соответствующие характеристики контактных узлов в составе металлокерамических корпусов (для которых путь электрического сигнала: контактная площадка кристалла - переходной проволочный элемент - ответная контактная площадка траверсы - переходные проводники в составе многослойной коммутационной структуры керамического корпуса - выводной контакт корпуса) по основным электрическим характеристикам (величина сопротивления, паразитная индуктивность выводов и паразитная межвыводная емкость). Кроме того, применение полиимидных носителей обеспечивает качественное совмещение привариваемых проводников и контактных площадок кристаллов при сборке, что существенно облегчает автоматизацию сборочных процессов и снижает себестоимость монтажа кристаллов как в корпусах, так и в составе узлов аппаратуры на базе бескорпусных. Однако вышеописанные однослойные, двухслойные и трехслойные полиимидные носители кристаллов, решая задачи повышения точности совмещения контактных площадок и проводников, фиксации проводников относительно друг друга, улучшения электрических характеристик элементов контактных узлов, комплексности процессов измерения параметров, разбраковки и монтажа кристаллов на коммутационной плате в едином технологическом маршруте, имеют следующие существенные недостатки: - при сборке используются технологические процессы (приварка ленточных проводников к контактным площадкам кристаллов), которые могут вызвать дефектообразование в кристаллах и снижение их надежностных характеристик в эксплуатации; - процесс сварки является негрупповой операцией, т.е. каждый сварной контакт обрабатывается индивидуально, последовательно друг за другом, что резко снижает производительность сборки и повышает вероятность сбоя сварочного автомата, особенно для многовыводных кристаллов. Наиболее близким техническим решением к настоящему изобретению по технической сущности и достигаемому результату при использовании является носитель кристалла, содержащий основу из диэлектрического материала - полиимида с токоведущими дорожками, сформированными на ее поверхности, к которой приклеивается кристалл таким образом, чтобы контактные площадки были совмещены с соответствующими токоведущими дорожками на поверхности носителя. После приварки (или припайки) токоведущих дорожек к соответст- 001815 4 вующим контактам кристалла, проведения контроля параметров и отбраковки годных кристаллов, периферийная зона носителя с измерительными контактными площадками обрезается, а оставшаяся часть носителя с кристаллом позиционируется на коммутационной плате; затем контактные площадки центральной зоны носителя привариваются (или припаиваются) к ответным монтажным площадкам на коммутационной плате (Е.Н. Панов, «Особенности сборки специализированных БИС на базовых матричных кристаллах», М., «Высшая школа», стр. 78, 1990 г.). Основными недостатками этого технического решения для сложных многовыводных ИС являются: - использование дефектообразующего процесса сварки; - негрупповой характер сборочного процесса. Раскрытие изобретения Задача, на решение которой направлено данное изобретение, заключается в создании носителя многовыводных кристаллов, содержащего контактные узлы оригинальной конструкции, использование которых позволяет исключить дефектообразующий процесс сварки и сделать процесс присоединения проводников к контактным площадкам кристалла групповым, что приводит к значительному снижении трудоемкости и себестоимости сборки носителя и монтажа кристалла в корпус или в составе многокристального модуля при улучшении качества, воспроизводимости и надежности соединений. Кроме того, использование предлагаемого контактного узла позволяет решить одну из главных проблем многокристальных модулей отбраковку заведомо годных кристаллов перед их монтажом в составе МКМ - за счет улучшения контролеспособности бескорпусных кристаллов ИС и обеспечения полноценного тестового контроля кристалла через выводные контакты носителя. Указанный технический результат достигается за счет использования в конструкции носителя специальных контактных узлов, обеспечивающих электрическую и механическую связь между контактами. Поставленная задача, с достижением упомянутого технического результата, решается тем, что в носителе кристалла ИС, содержащем основу из диэлектрического материала с системой ориентированных и фиксированных токопроводящих дорожек на ее поверхности и контактов, одни из которых предназначены для соединения с ответными контактными площадками кристалла, другие - для соединения с ответными контактами на коммутационной плате, выполнены в виде металлизированных отверстий, верхние края которых связаны с токоведущими дорожками на верхней поверхности 5 основы носителя, а нижние края отверстий в стыках с ответными контактными площадками кристалла или, соответственно, с ответными контактными площадками коммутационной платы, заполненных электропроводящим связующим материалом, образуют контактные узлы, обеспечивающие совместно с токоведущими дорожками электрическую связь контактных площадок кристалла с контактными площадками на коммутационной плате; а также тем, что металлизированные отверстия для контактных площадок кристалла и для контактных площадок многослойной коммутационной платы выполнены разного диаметра; а также тем, что металлизированные отверстия выполнены в форме цилиндра; а также тем, что металлизированные отверстия выполнены в форме усеченных конусов, причем меньшие основания усеченных конусов обращены к контактным площадкам на поверхности кристалла или многослойной коммутационной платы, а большие основания усеченных конусов связаны с токоведущими дорожками на поверхности основы носителя; а также тем, что металлизированные отверстия для соединения с контактными площадками многослойной коммутационной платы выполнены с металлизированными ободками на верхней и нижней поверхностях основы носителя; а также тем, что металлизированные отверстия в носителе для контактных площадок кристалла могут быть выполнены в виде матрицы, расположенной над всей поверхностью кристалла, имеющего контактные площадки, совпадающие по своему расположению с матрицей отверстий носителя; а также тем, что основа носителя выполнена из полиимидной пленки; а также тем, что носитель может быть выполнен многослойным; а также тем, что верхние края металлизированных отверстий, связанные с токоведущими дорожками на верхней поверхности основы носителя, выполнены с металлизированными ободками; а также тем, что токоведущие дорожки, соединяющие контактные площадки кристалла с металлизированными отверстиями на периферии многослойного носителя, выполнены в виде полосковых линий; а также тем, что на одном многослойном носителе размещено несколько кристаллов ИС. Краткое описание чертежей Изобретение иллюстрируется графическими материалами, где на фиг. 1-3 схематично изображены фрагменты предлагаемого носителя. На фиг. 1 представлена одна из возможных реализаций носителя в соответствии с данным изобретением; 001815 6 на фиг. 1а в укрупненном виде представлен унифицированный контактный узел, на базе которого реализован носитель в соответствии с настоящим изобретением; на фиг. 2 (в больших овалах слева и справа) изображены примеры соединения выводных контактов носителя с ответными контактами внешних коммутационных структур: справа 6 с контактом в виде плоской контактной площадки, а слева 7 - с контактом в виде штырька; на фиг. 3 представлен вариант многослойного носителя (два слоя), в котором токоведущие дорожки выполнены в виде полосковых линий. Предпочтительный вариант выполнения изобретения Носитель кристалла (фиг. 1) состоит из коммутационного слоя 1, представляющего собой основу из пленочного изоляционного материала, в качестве которого может быть использована, например, полиимидная пленка, на верхней поверхности которой расположены токопроводящие дорожки 4, 9, а на нижней поверхности закреплен посредством, например, клеевой композиции 3 кристалл 2. Токопроводящая дорожка 4 связывает между собой контактный узел 5 с металлизированным отверстием 11 в форме усеченного конуса, а токопроводящая дорожка 9 - контактный узел 7 с металлизированным отверстием 21 в форме цилиндра. Более подробно контактные узлы будут описаны ниже на примере фиг. 2 и 1а. На фиг. 2 схематично изображены примеры соединения выводных контактов носителя с ответными контактами внешних коммутационных структур. В правом овале изображен контактный узел 6, соединяющий контактную площадку 14 на поверхности некоторого внешнего коммутационного слоя 18 с токоведущей дорожкой 4 на поверхности коммутационного слоя 1 носителя, через посредство металлизированного ободка 16, металлизированного отверстия 15 в форме усеченного конуса и проводящего связующего материала 17. Другим своим концом металлизированная дорожка 4 связана через посредство металлизированного ободка 12 металлизированного отверстия 11, выполненного в форме усеченного конуса, и электропроводящий связующий материал 13 контактного узла 5 с контактной площадкой 10 кристалла 2. По своему конструктивному выполнению контактный узел 6 аналогичен контактному узлу 5 и отличается от последнего только размерами элементов. В левом овале изображен контактный узел 7, соединяющий штыревой контакт 19, закрепленный в некотором внешнем коммутационном слое 20 ортогонально его поверхности и вставленный в ответное металлизированное отверстие 21 цилиндрической формы, которое через металлизированный ободок 22 связано с токопроводящей дорожкой 9 на поверхности комму- 7 тационного слоя 1 носителя. Электропроводящий связующий материал 23 в зазоре между штыревым контактом 19 и металлизированным отверстием 21 обеспечивает надежную связь элементов контактного узла 7. На фиг. 1а в овале изображен увеличенный фрагмент носителя с контактным узлом 5 в виде стыка между контактной площадкой 10 кристалла 2 и металлизированным отверстием 11 в изоляционном слое носителя 1, выполненным в форме усеченного конуса, большее основание которого через металлизированный ободок 12 связано с токопроводящей дорожкой 4 на верхней стороне носителя. Электропроводящий связующий материал 13, внесенный в область стыка, соединяет контактную площадку 10 кристалла 2 и металлизированное отверстие 11 носителя в единый контактный узел 5. На фиг. 3 представлен многослойный носитель кристалла ИС, содержащий, по крайней мере, два изоляционного слоя 1 и 24. На верхней поверхности первого изоляционного слоя размещены металлизированные дорожки 4, соединяющие контактные узлы 5 и 6. На верхней поверхности слоя 24 размещена металлизированная дорожка 25, являющаяся шиной «земля». Металлизированные дорожки 4 и 25 образуют полосковую линию, соединяющую контактные узлы 5 и 6, являющуюся волноводом для высокочастотных сигналов. На одном многослойном носителе может быть размещено несколько кристаллов ИС. При сборке контактных узлов посредством напыления связующего материала, металлизированные отверстия носителя совмещаются с контактными площадками кристалла, который фиксируется на носителе, после чего собранный технологический пакет закладывается в установку напыления, в которой производится последовательное послойное напыление проводящих материалов, образующих токопроводящую связывающую структуру с необходимыми свойствами. Так осуществляется групповая сборка контактных узлов, связывающих контактные площадки кристалла с токопроводящими дорожками и металлизированными отверстиями для выводных контактов. После соединения контактов в установке напыления, проводится, при необходимости, операция визуального и электрического контроля качества сформированных контактных узлов. При сборке контактных узлов способом пайки технологический пакет (в составе носителя и закрепленного на нем кристалла) помещается в установку вакуумной пайки. В условиях частичного вакуума и общего нагрева до температуры плавления припоя, под действием капиллярных сил, происходит спайка стыков в каждом из контактных узлов одновременно во всей центральной зоне носителя. Взаимодействие элементов носителя и кристалла в процессе функционирования проис- 001815 8 ходит следующим образом (на примере фрагмента фиг. 2). Сигнал с контактной площадки 14 коммутационного слоя 18 проходит через электропроводящий связующий материал 17, металлизированное отверстие 15 в коммутационном слое 1, металлизированный ободок 16, образующие контактный узел 6, в токоведущую дорожку 4 на верхней стороне коммутационного слоя 1 и затем через металлизированный ободок 12 металлизированное отверстие 11 в коммутационном слое 1 и электропроводящий связующий материал 13 на контактную площадку 10 кристалла 2. Аналогично, сигнал с контактной площадки кристалла, входящего, как элемент, в состав контактного узла 7, через токопроводящую дорожку 9 на поверхности коммутационного слоя 1 носителя поступает через металлизированный ободок 22, металлизированное отверстие 21 цилиндрической формы и электропроводящий связующий материал 23 контактного узла 7 на контакт 19 в виде стержня, закрепленного в коммутационном слое 20. Промышленная применимость Таким образом, изготовление носителей кристаллов с контактными узлами предложенной конструкции позволяет обеспечить: - высокую воспроизводимость и надежность большого количества контактных узлов в составе системы «носитель - кристалл»; - высокую плотность разводки при оптимальном количестве слоев (с точки зрения технологичности и себестоимости производства носителей); - высокую прецизионность монтажных элементов в составе носителя, достаточную для сборки многокристальных модулей; - простоту конструкции, определяющую высокую технологичность и низкую себестоимость изготовления носителей, в т.ч. и многослойных; - возможность использования кристаллов с матричным расположением контактных площадок, равномерно распределенных по поверхности кристаллов, что очень актуально в связи с ростом числа контактных площадок на кристаллах ИС высокой степени интеграции; - простоту и удобство проведения надежного контроля параметров кристаллов при отбраковке заведомо годных кристаллов перед их монтажом в составе однокристальных и многокристальных модулей; - использование многослойных носителей для кристаллов ИС высокой степени интеграции с большим количеством контактных площадок; - контроль и отбраковку заведомо годных кристаллов ИС с тактовыми частотами в гигагерцовом диапазоне и их последующую упаковку в однокристальные и многокристальные модули; 9 - размещение на одном многослойном носителе нескольких кристаллов ИС. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Носитель кристалла интегральной схемы (ИС), содержащий основу из диэлектрического материала с системой ориентированных и фиксированных токоведущих дорожек на ее поверхности и контактов, одни из которых предназначены для соединения с ответными контактными площадками кристалла, а другие - для соединения с ответными контактами коммутационной платы, отличающийся тем, что контакты, предназначенные для соединения с контактными площадками кристалла, а также контакты, предназначенные для соединения с ответными контактными площадками коммутационной платы, выполнены в виде металлизированных отверстий, верхние края которых связаны с токоведущими дорожками на верхней поверхности основы носителя, а нижние края отверстий в стыках с ответными контактными площадками кристалла или с ответными контактными площадками коммутационной платы, заполненными электропроводящим связующим материалом, образуют контактные узлы, обеспечивающие вместе с токоведущими дорожками электрическую связь контактных площадок кристалла с контактными площадками коммутационной платы. 2. Носитель кристалла ИС по п.1, отличающийся тем, что металлизированные отверстия, образующие контактные узлы с контактными площадками кристалла и контактными площадками многослойной коммутационной платы, выполнены разного диаметра. 3. Носитель кристалла ИС по п.1, отличающийся тем, что металлизированные отверстия выполнены в форме цилиндра. 4. Носитель кристалла ИС по п.1, отличающийся тем, что металлизированные отверстия выполнены в форме усеченных конусов, 001815 10 причем меньшие основания усеченных конусов обращены к контактным площадкам на поверхности кристалла или многослойной коммутационной платы, а большие основания усеченных конусов связаны с токоведущими дорожками на поверхности основы носителя. 5. Носитель кристалла ИС по п.1, отличающийся тем, что верхние края металлизированных отверстий, связанные с токоведущими дорожками на верхней поверхности основы носителя, выполнены с металлизированными ободками. 6. Носитель кристалла ИС по п.1, отличающийся тем, что металлизированные отверстия для соединения с контактными площадками многослойной коммутационной платы выполнены с металлизированными ободками на верхней и нижней поверхностях основы носителя. 7. Носитель кристалла ИС по п.1, отличающийся тем, что основа носителя выполнена из полиимидной пленки. 8. Носитель кристалла ИС по п.1, отличающийся тем, что металлизированные отверстия в носителе для контактных площадок кристалла выполнены в виде матрицы, расположенной над всей поверхностью кристалла, контактные площадки которого расположены аналогично матрице отверстий носителя. 9. Носитель кристалла ИС по п.1, отличающийся тем, что он выполнен многослойным. 10. Носитель кристалла ИС по п.9, отличающийся тем, что токоведущие дорожки, соединяющие контактные площадки кристалла с металлизированными отверстиями на периферии многослойного носителя, выполнены в виде полосковых линий. 11. Носитель кристалла ИС по п.9, отличающийся тем, что на одном носителе размещено несколько кристаллов ИС. Фиг. 1 Фиг. 1а 11 001815 12 Фиг. 2 Фиг. 3 Евразийская патентная организация, ЕАПВ Россия, ГСП-9 101999, Москва, Центр, М. Черкасский пер., 2/6
