СПОСОБ ГРУППОВОГО МОНТАЖА КРИСТАЛЛОВ ПРИ СБОРКЕ ВЫСОКОПЛОТНЫХ ЭЛЕКТРОННЫХ МОДУЛЕЙ
METHOD OF GANG BONDING OF CRYSTALS IN ASSEMBLING HIGHLY-DENSE ELECTRONIC MODULES

Описание изобретения
Изобретение относится к радиоэлектронике, а точнее - к технологии производства многокристальных электронных модулей.
Изобретение предназначено для использования в процессе сборки трехмерных многокристальных электронных модулей при монтаже бескорпусных кристаллов в объем микрокоммутационной платы.
Известны следующие способы планарного внутреннего монтажа кристаллов [1], среди которых способ монтажа кристаллов с размерами контактных площадок более 80×80 мкм, заключающийся в размещении кристаллов вакуумным пинцетом в сквозных окнах групповой заготовки, лежащей на слое фоторезиста или полиимидной пленки, покрытой фотоотверждаемым лаком. Кристаллы нажатием фиксируются на фоторезисте или приклеиваются на слой фотолака с соблюдением единой плоскости расположения активных поверхностей кристаллов и лицевой поверхности групповой заготовки.
Недостатками этого способа являются невысокая точность позиционирования кристаллов в окнах групповой заготовки и невысокая технологичность процесса при необходимости монтажа в групповую подложку относительно большого количества кристаллов и компонентов.
Также известен способ монтажа кристалла в углубление, заключающийся в захвате кристалла специальным инструментом, ориентации его над углублением и запрессовывании кристалла в связующий материал на дне углубления до упора части плоского торца инструмента, выступающего за габариты кристалла, в установочную поверхность. При выравнивании активной поверхности кристалла с поверхностью, в которой выполнено углубление, запрессовка прекращается [2, 3].
Недостатками этого способа являются поштучный монтаж кристаллов и их непрогнозируемое смещение при полимеризации связующего материала.
Технический результат изобретения - повышение технологичности процесса сборки многокристальных электронных модулей и точности позиционирования кристаллов относительно посадочных мест, а также выравнивание плоскостей активных поверхностей кристаллов с плоскостью верхней поверхности микрокоммутационной платы.
Для достижения этого технического результата предлагается следующий способ группового монтажа кристаллов (он иллюстрируется фиг.1-6):
1. Изготавливают промежуточный носитель 1 с зеркальным изображением знаков совмещения 2, 4 и временных посадочных мест кристаллов 3 на рабочей стороне. При этом в качестве промежуточного носителя используют эмульсионный или металлизированный стеклянный фотошаблон или стеклянную заготовку, на рабочей поверхности которой контрастным фоторезистом известными методами фотолитографии сформировано зеркальное изображение знаков совмещения 2, 4 и временных посадочных мест кристаллов 3. Также в качестве промежуточного носителя может быть использован листовой оптически прозрачный пластик, на котором известными методами лазерного гравирования сформировано зеркальное изображение знаков совмещения 2, 4 и временных посадочных мест кристаллов 3 (фиг.1).
2. На рабочую сторону промежуточного носителя локально на временные посадочные места кристаллов наносят технологический клей 5 пониженной липкости, при этом толщина клеевого слоя должна быть равномерной и минимально возможной (фиг.1).
3. Производят сушку клеевого слоя. Так, для клеевого состава типа Re-Mount, производства 3М, США, время естественной сушки при нормальных условиях составляет 60 мин.
4. Производят закрепление стеклянного носителя в установке контактной фотолитографии с системой совмещения. При этом рабочая сторона стеклянного носителя обращена вниз.
5. На рабочий столик установки контактной фотолитографии под соответствующее временное посадочное место выкладывают кристалл. При этом активная сторона кристалла обращена вверх.
6. Кристалл 6 позиционируют относительно знаков совмещения 4 на промежуточном носителе, доводят до контакта с носителем и фиксируют за счет адгезии клеевого слоя 5 (фиг.2). При этом достигается высокая точность совмещения кристалла с посадочным местом по осям x, y - не хуже ±1 мкм.
7. Операции, описанные в п.5 и п.6, выполняют повторно по количеству монтируемых кристаллов.
8. Промежуточный носитель с необходимым набором кристаллов извлекают из установки контактной фотолитографии.
9. На дно углублений посадочных мест 7 кристаллов на заготовке микрокоммутационной платы 8 дозатором наносят постоянный термопроводящий адгезив 9 (фиг.3).
10. Промежуточный носитель с зафиксированным набором кристаллов позиционируют относительно знаков совмещения 10 на заготовке микрокоммутационной платы, опускают до упора и фиксируют несколькими технологическими зажимами по периметру (фиг.4).
11. Производят вакуумную сушку адгезива и постоянную фиксацию кристаллов в объеме заготовки микрокоммутационной платы. При этом во время полимеризации адгезива кристаллы оставляют зафиксированными относительно посадочных мест на временном носителе, который, в свою очередь, закреплен относительно заготовки микрокоммутационной платы (фиг.5).
12. Производят демонтаж промежуточного носителя с поверхности кристаллов путем его вращения относительно плоскости заготовки микрокоммутационной платы. При этом все активные поверхности кристаллов оказываются выведенными в одну плоскость с верхней поверхностью микрокоммутационной платы (фиг.6).
2
3
13. Остатки технологического клеевого состава удаляют соответствующим растворителем. Так, для клеевого состава типа Re-Mount, производства 3М, США, очистку активной поверхности кристаллов проводят 1-2% раствором KOH, NaOH или более мягким раствором NaCO.
Промежуточный носитель, изготовленный из стеклянного фотошаблона, после отмывки и сушки может быть использован повторно.
Проведенные эксперименты показали, что предлагаемый способ «группового монтажа кристаллов позволяет снизить погрешность позиционирования каждого кристалла в горизонтальной плоскости до точности применяемого монтажного оборудования/приспособления (использование микроскопа и вакуумного пинцета - не хуже ±10 мкм, использование системы совмещения установки экспонирования - не хуже ±1 мкм)» [4].
Кроме того, минимизируется «вертикальное отклонение активной поверхности кристаллов от горизонтальной плоскости опорного слоя (все активные поверхности кристаллов оказываются выведенными в одну плоскость)» [5].
Источники информации
1. Назаров Е.С. Будущее нашей электроники - планарный внутренний монтаж // Технологии в электронной промышленности, 2010. №1. С.9-11.
2. Патент РФ №2136078. Способ монтажа кристалла полупроводникового прибора.
3. Патент US №6261492 B1, 17.07.1999, WO 98/15974. Method for fitting а semiconductor chip.
4. Разработка базовой технологии интеграции 3Д-микросхем для выпуска перспективных изделий радиоэлектроники. Технический проект ОКР «Монтаж 3Д», п.6. ОАО «Концерн «Вега». 2012.
5. Там же.