МНОГОВЫВОДНАЯ РАМКА ИНТЕГРАЛЬНОЙ МИКРОСХЕМЫ

Предполагаемая полезная модель относится к области электронной техники, а именно - к конструкции выводных рамок интегральных схем и полупроводниковых приборов, герметизируемых пластмассой.
Известна многовыводная рамка для интегральных микросхем, состоящая из посадочной площадки кристалла и ее держателей, окруженной выводами, с которыми соединяются контактные площадки кристалла микросхемы (см. патент США №6586821 В1 класс. H01L 23/48).
Процесс сборки включает в себя три основные технологические операции: присоединение кристалла к основанию корпуса; присоединение токоведущих выводов активных и пассивных элементов полупроводникового кристалла к внутренним элементам корпуса; герметизация кристалла от внешней среды.
Монтаж кристалла осуществляется методом приклейки изоляционным клеем.
Недостатком данной многовыводной рамки возможность возникновения «эффекта 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, возникают механические напряжения, что приводит 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 может спровоцировать разрушение контактов между микросхемой и печатной платой, что приводит к потере функциональности готовой платы.
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.
Указанный недостаток устранен в многовыводной рамке для интегральных микросхем, состоящей из посадочной площадки кристалла и ее держателей, окруженной выводами, с которыми соединяются контактные площадки кристалла микросхемы, а в посадочной площадке сформированы отверстия (см. патент России №185748 класс. H01L 23/495).
Сформированные отверстия в посадочной площадке устраняют «эффект попкорна». При герметизации пластмасса заполняет отверстия в многовыводной рамке, минимизируя возникающие термальные напряжения.
Недостатком данной многовыводной рамки является возникновение паразитной емкости между металлизацией кристалла (шины металлизации, контактные площадки) и посадочной площадкой выводной рамки.
Паразитная емкость возникает из-за конденсатора, образованного двумя параллельными электродами, одним из которых являются металлизированные шины и контактные площадки кристалла, а вторым - посадочная площадка выводной рамки. Между электродами в качестве диэлектрической обкладки выступает кремниевый кристалл интегральной микросхемы. Относительная диэлектрическая проницаемость кремния равна 11,0-12,0. Таким образом, в зависимости от площади и толщины кристалла паразитная емкость может достигать значений в несколько пФ.
Проявление и следствия паразитной емкости, особенно на высоких частотах, могут вызвать серьезные проблемы в случае, когда микросхема смонтирована в электронный блок или узел. В качестве примеров нарушений работы схемы, вызванных паразитной емкостью, можно привести повышенный уровень шума, снижение частотного диапазона работы устройства и нестабильность.
Техническим результатом данной полезной модели является повышение надежности и стабильности интегральных микросхем за счет уменьшения паразитной емкости.
Указанный технический результат достигается тем, что в отличии от известной, предлагаемая многовыводная рамка для интегральных микросхем состоит из посадочной площадки кристалла и ее держателей, окруженной выводами, с которыми соединяются контактные площадки кристалла микросхемы, при этом посадочная площадка выполнена в виде продолжения крестового пересечения держателей, причем ширина держателя не менее 1*Н, но не более 0,2*L, где Н - толщина выводной рамки; L - длина меньшей стороны монтируемого кристалла.
Крестообразная форма посадочной площадки уменьшает площадь одного из электродов паразитного конденсатора, разрывая связующее электрическое поле, практически исключая возникновение паразитной емкости.
Ширина держателя менее 1*Н, где Н - толщина выводной рамки, усложняет наклейку кристалла и снижает прочность соединения. Также формировать держатели такого размера сложно технологически, что повышает трудоемкость изготовления. Ширина не более 0,2*L, где L - длина меньшей стороны монтируемого кристалла, обусловлена значительным увеличением площади посадочной площадки под кристаллом, вследствие увеличением паразитной емкости.
Сущность предлагаемой полезной модели поясняется фигурами.
На фиг. 1 изображен вид сверху многовыводной рамки.
На фиг. 2 изображен вид сверху многовыводной рамки с кристаллом на посадочной площадке.
На фиг. 3 изображено сечение многовыводной рамки.
Позициями на фиг. 1, фиг. 2 и фиг. 3 обозначены:
1 - многовыводная рамка;
2 - посадочная площадка кристалла;
3 - кристалл интегральной микросхемы;
4 - контактные площадки кристалла;
5 - граница вырубки загерметизированной интегральной микросхемы;
L - длина меньшей стороны монтируемого кристалла;
Н - толщина выводной рамки.
Пример изготовления полупроводникового прибора с использованием предлагаемой многовыводной рамки.
Для изготовления многовыводной рамки 1 используют ленту из железно-никелевого сплава марки 42Н толщиной Н=200 мкм. Методом двухсторонней фотолитографии формируют маску с двух сторон ленты с последующим экспонированием. Методом травления в смеси соляной кислоты и перекиси водорода формируют конфигурацию выводной рамки, содержащую посадочную площадку кристалла 2 в виде крестового пересечения держателей. После удаление фоторезиста и отмывки, методом локального золочения на концы траверс наносят слой золота толщиной 3 мкм. Далее кристалл интегральной микросхемы 3 наклеивается с помощью фенолкаучукового клея марки ВК 32-200. Затем контактные площадки кристалла 4 соединяются с траверсами выводной рамки золотой проволокой с помощью ультразвуковой разварки. Затем выводная рамка с кристаллом интегральной микросхемы герметизируется пластмассой в пресс-форме. После чего по границе вырубки загерметизированной интегральной микросхемы 5 методом штамповки вырубают микросхемы.
Для кристалла генератора высокой частоты выполненного по К-МОП технологии размером 3×4 мм и толщиной 0,2 мм после корпусирования предельная частота генерирования в пластмассовом корпусе, где использовалась рамка с посадочной площадкой в виде крестового пересечения с шириной держателя 0,4 мм, составила 27 МГц. На рамке, описанной в аналоге, предельная частота составила 25 МГц. Таким образом, экспериментально подтверждено, что предлагаемая конструкция снижает паразитную емкость.