КРЕМНИЕВАЯ КОММУТАЦИОННАЯ ПЛАТА

Областью применения данной полезной модели является сборочное производство многофункциональных многокристальных модулей и сверхбольших интегральных схем (СБИС) на их основе.
Известны кремниевые коммутационные платы, состоящие из кремниевой подложки, слоев диэлектриков и слоев металлической разводки для монтажа микросхем методом перевернутого кристалла (см., например, патент США US6359790 B1, класс H05K 1/11 от 19 марта 2002 г.; статья на русском языке «Многокристальные модули - высокоэффективное средство сборки новых поколений СБИС» в журнале «Электроника» №6, 1989 г., стр. 10-12).
Коммутационные платы на основе кремния позволяют идеально согласовать термические коэффициенты расширения (ТКР) платы и кремниевых кристаллов, монтируемых на них, что позволяет уменьшить допуски на компенсации ТКР между кристаллом и платой, а при использовании монтажа кристаллов методом перевернутого кристалла существенного увеличить плотность монтажа.
Наиболее близкой к предлагаемой является кремниевая коммутационная плата, состоящая из кремниевой подложки, слоев диэлектриков и слоев металлической разводки с межсоединениями и контактными площадками для монтажа микросхем методом перевернутого кристалла (см., например, справочник С.F. Coombs «Printed circuits handbook», 2008, p. 3.17).
Недостатком данного устройства является то, что при уменьшении размеров контактных площадок менее, чем 150 мкм и шага менее, чем 250 мкм при монтаже методом перевернутого кристалла часто наблюдается замыкание соседних шариков или столбиков излишками припоя, особенно при небольшом рассовмещении шариков или столбиков монтируемого кристалла с контактными площадками кремниевой платы, что не позволяет увеличить плотность монтажа.
Целью предполагаемой полезной модели является увеличение плотности монтажа за счет уменьшения замыканий соседних шариков или столбиков излишками припоя.
Указанная цель достигается тем, что в отличие от известной, в предлагаемой кремниевой коммутационной плате, состоящей из кремниевой подложки, слоев диэлектриков и слоев металлической разводки с межсоединениями и контактными площадками для монтажа микросхем методом перевернутого кристалла, контактные площадки выполнены во впадинах кремниевой коммутационной платы глубиной 15-25 мкм, а в качестве верхнего слоя диэлектрика используют нитрид кремния.
Наличие впадин позволяет осуществлять самосовмещение шариков или столбиков монтируемого кристалла с контактными площадками кремниевой платы и, таким образом, исключается рассовмещение выводов кристалла с контактными площадками платы. В качестве верхнего слоя диэлектрика используют слой нитрида кремния, который не смачивается применяемыми в промышленности припоями. Поэтому излишки припоя будут удерживаться силами поверхностного натяжения припоя и не переходить на соседние шарики или столбики.
Минимальная глубина - 15 мкм - обусловлена тем, что, начиная с этой глубины, проявляется эффект самосовмещения шариков или столбиков монтируемого кристалла с контактными площадками кремниевой платы. Максимальная глубина - 25 мкм - обусловлена тем, что при больших глубинах впадин увеличивается трудоемкость изготовления и может уменьшиться прочность кремниевой платы.
Сущность предлагаемой полезной модели поясняется рисунками. На фиг. 1 изображена конструкция предлагаемой платы, на фиг. 2 коммутационная плата, со смонтированным на ней кристаллом микросхемы с шариковыми выводами (условно показан один шарик).
Позициями на фиг. 1, 2 обозначены:
1 - кремниевая подложка;
2 - слои диэлектриков;
3 - слой нитрида кремния;
4 - слой металлической разводки с межсоединениями;
5 - контактные площадки;
6 - впадина кремниевой коммутационной платы;
7 - кристалл микросхемы с шариковыми выводами;
8 - контактная площадка микросхемы с шариковыми выводами;
9 - шариковый вывод после расплава припоя;
H - глубина впадины кремниевой коммутационной платы.
На фиг. 1 приведена конструкция предлагаемой платы. Наиболее целесообразным является использование кремниевых подложек ориентации (100), т.к. при травлении получаются впадины, угол наклона стороны которых к вертикали составляет 54°74′, что исключает разрывы металлизации и позволяет применять конформные методы напыления (магнетронное, планетарное и т.п.). На кремниевую монокристаллическую подложку 1 ориентации (100) нанесены слои диэлектриков 2, слой металлической разводки с межсоединениями 4 и контактными площадками 5, выполненными во впадинах кремниевой коммутационной платы 6 глубиной Н, составляющей 15-25 мкм, а в качестве верхнего слоя диэлектрика 3 используют нитрид кремния.
Указанную плату можно изготовить следующим образом: в кремниевой монокристаллической подложке 1 ориентации (100) анизотропным травлением вытравливают впадины 6 глубиной Н, составляющей 15-25 мкм, угол наклона сторон которых к вертикали составляет 54°74′, что исключает разрывы металлизации, причем, расположение впадин зеркально расположению шариков или столбиков монтируемого на данном месте кремниевой платы кристалла; далее выращивают слой термического оксида кремния 2, толщиной 0,6 мкм; затем методом магнетронного напыления наносят слой алюминия 4, толщиной 1 мкм, формируют методом фотолитографии первый уровень металлизации; далее наращивают слой оксида кремния 2, полученный в плазме при пониженном давлении, толщиной 0,6 мкм и вытравливают отверстия для контактных окон ко второму уровню металлизации, формируют второй уровень металлизации 5 методом магнетронного напыления алюминия и фотолитографии; затем наращивается слой нитрида кремния 3, полученный в плазме при пониженном давлении, толщиной 0,27 мкм, в слое нитрида кремния методом фотолитографии формируют окна в местах расположения контактных площадок до верхнего слоя алюминия, далее последовательно наносят методом электронно-лучевого распыления слой титана, толщиной 0,05 мкм, слой никеля, толщиной 0,4-0,5 мкм, слой серебра или золота, толщиной 0,7 мкм и формируют методом фотолитографии контактные площадки 5.
При пайке мягкими припоями микросхемы с шариковыми выводами шарики 9, попадая в зеркально расположенные им впадины 6 самосовмещаются. При расплавлении припоя припой не смачивает поверхность нитрида кремния 3 кремниевой платы и за счет сил поверхностного натяжения удерживается в пространстве между контактной площадкой кристалла микросхемы 8 и контактной площадкой кремниевой платы 5, что исключает замыкание соседних контактных площадок (см. фиг. 2).