МНОГОВЫВОДНАЯ РАМКА ИНТЕГРАЛЬНОЙ МИКРОСХЕМЫ

Предполагаемая полезная модель относится к области электронной техники, а именно - к конструкции выводных рамок мощных интегральных схем и полупроводниковых приборов, герметизируемых пластмассой.
Выводная рамка для интегральных микросхем, состоящая из посадочной площадки для кристалла, окруженной выводами, с которыми соединяются контактные площадки кристалла (см. патент США №6,114,750 класс. H01L 23/495).
Выводная рамка обычно делается из медных или железоникелевых сплавов, покрытых никелем, а вывода покрываются золотом, серебром или палладием. Для монтажа кристаллов интегральной схемы на посадочную площадку обычно используется эвтектический и свинцово-оловянный припой.
Недостатком данной выводной рамки является то, что посадочная площадка в рамках с небольшим количеством выводов имеет небольшой размер и подходит для ограниченных размеров кристалла.
Известна также многовыводная рамка для интегральных микросхем, состоящая из посадочной площадки для кристалла, окруженной выводами, с которыми соединеняются контактные площадки кристалла (см. патент США № US6586821 B1 класс. H01L 23/48).
В отличие от кристаллов с малым количеством контактных площадок, кристаллы с большим количеством выводов могут значительно варьироваться в размерах.
Многовыводная рамка имеет большую посадочную площадку, для возможности монтажа большей номенклатуры кристаллов микросхем.
Недостатком данной многовыводной рамки является возможность возникновения «эффект попкорна».
«Эффект попкорна» - это дефект, возникающий в микросхемах с пластиковыми корпусами при их пайке на печатную плату. Этот эффект возникает при резком нагреве микросхемы, в которой содержится некоторое количество влаги. При увеличении температуры эта влага испаряется, а образовавшийся пар быстро расширяется, что приводит к возникновению механических напряжений, которые ведут к образованию дефекта внутреннего расслоения компонента. «Эффект попкорна» приводит к проблемам долгосрочной надежности из-за того, что дефекты являются местами скоплений ионных примесей, а также могут стать причинами механических разрушений. Также этот эффект приводит к разрушению контактов между микросхемой и печатной платой, что приводит к потере функциональности готовой платы.
Чаще всего расслоение пластмассы корпуса происходит на границе выводная рамка-пластмасса и кристалл-пластмасса в микросхемах. Особенно часто «эффект попкорна» проявляется в рамках, покрытых слом никеля, так как адгезия пластмассы к никелевому покрытию нестабильна.
Испаряющаяся жидкость повышает давление водяного пара в пустотах, образовывающихся из-за расслоения. Если гидротермальные напряжения превышают силу адгезии, то эти напряжения вызывают рост расслоения и образование трещин.
Также на возможность возникновения расслоения и трещин пластмассы влияют параметры процесса пайки на плату. Вероятность образования дефекта увеличивается с повышением температуры во время процесса пайки. Однако, в этом случае выбор максимальной температуры диктуется желанием получить качественное паяное соединение.
Техническим результатом данной полезной модели является повышение надежности и расширение границ стойкости интегральных микросхем к внешним воздействиям.
Указанный технический результат достигается тем, что многовыводная рамка для интегральных микросхем состоит из посадочной площадки для кристалла, окруженной выводами, с которыми соединяются контактные площадки кристалла, а в посадочной площадке сформирована матрица отверстий диаметром не менее 1,5*Н, но не более 3*Н, с шагом не более 0,3*L,
где
Н - толщина выводной рамки;
L - длина меньшей стороны монтируемого кристалла.
Сформированные отверстия в посадочной площадке устраняют эффект «поп-корна». При герметизации пластмасса заполняет отверстия в многовыводной рамке, минимизируя возникающие термальные напряжения. Снижение вероятности возникновения этого эффекта обусловлено лучшей межфазной адгезией, т.к верхняя и нижняя пластмассовые части корпуса в области посадочной площадки соединены между собой через отверстия.
Отверстия, которые оказываются под кристаллом, также заполнятся пластмассой, улучшая адгезию многовыводной рамки и пластмассы.
Диаметр отверстия в рамке менее 1,5*Н, где Н - толщина выводной рамки не устраняет возможность возникновения эффекта «поп-корна» из-за малой площади. Также формировать отверстия такого диаметра сложно технологически, что повышает трудоемкость изготовления. Диаметр отверстий больше 3*Н ухудшает теплоотвод с кристалла на посадочную площадку. Шаг не более 0,3*L, где L - длина меньшей стороны монтируемого кристалла обусловлен необходимостью наличия как минимум нескольких отверстий под кристаллом.
На фиг. 1 изображен вид сверху на многовыводною выводную рамку с кристаллом на посадочной площадке.
На фиг. 2 изображено сечение многовыводной рамки.
Позициями на фиг. 1 и фиг. 2 обозначены:
1 - многовыводная рамка;
2 - посадочная площадка кристалла;
3 - отверстия в посадочной площадке;
4 - кристалл;
5 - контактные площадки кристалла;
L - длина меньшей стороны монтируемого кристалла;
Н - толщина выводной рамки.
Пример изготовления полупроводникового прибора с использованием предлагаемой многовыводной рамки.
Многовыводная рамка интегральной микросхемы 1, изготовленная методом химического фрезерования из ленты из сплава железа и никеля толщиной Н, содержит посадочную площадка кристалла 2 с отверстиями в посадочной площади 3, на которую клеится кристалл интегральной схемы 4. После чего контактные площадки кристалла 5 соединяются с траверсами выводной рамки ультразвуковой разваркой золотой проволокой. Затем выводная рамка с кристаллом мощной интегральной микросхемы герметизируется пластиком в пресс-форме.
В таблице 1 приведены результаты испытаний микросхем в корпусах по оценке конструктивно-технологических запасов к воздействию теплового удара. Образцы 1 с отверстиями в посадочной площадке многовыводной рамки. Образцы 2 изготовлены без отверстий в посадочной площадке.
Таким образом, экспериментально подтверждено, что предлагаемая конструкция повышает надежность и расширяет границы стойкости интегральных микросхем к внешним воздействиям.