Способ изготовления микроэлектронного узла
METHOD OF MANUFACTURING MICROELECTRONIC UNIT

Изобретение относится к области технологии изготовления электронной аппаратуры с применением, в основном, бескорпусных электронных компонентов и может быть использовано для монтажа микроэлектронных компонентов в многокристальные модули, микросборки и модули с встроенными в плату компонентами.
Известен способ изготовления электронного узла (патент №2581155), в котором в качестве основания используют пластину монокристаллического кремния. Формируют в ней сквозные окна с линейными размерами, соответствующими линейным размерам устанавливаемых в них бескорпусных кристаллов. Закрепляют с одной стороны основания липкую ленту, клеящейся стороной к поверхности основания. Устанавливают в сквозные окна кристаллы лицевой стороной к клеящейся стороне липкой ленты. Герметизируют полиимидным лаком. Наносят полиимидный фотолак на поверхность, на которой расположены контактные площадки кристаллов. Затем формируют отверстия в слое полиимидного лака так, чтобы вскрыть контактные площадки кристалла. Для формирования топологии и коммутации слоев используют вакуумно-плазменное осаждение металлов через тонкую съемную маску со сформированной на ней топологией или используют процессы фотолитографии после вакуумно-плазменного осаждения металлов.
Недостатком известного технического решения является появление послеустановочного смещения кристаллов в окнах подложки по вертикали из-за упругости липкой ленты, невозможность уменьшения массогабаритных характеристик, обусловленная тем, что при уменьшении расстояния между окнами с кристаллами становится невозможным снять липкую ленту с пластины и встроенных кристаллов, без их повреждения и смещения, а также сложность технологического процесса, обусловленная привлечения сложного прецизионного технологического оборудования.
Известен способ монтажа микроэлектронных компонентов (патент РФ №2571880), согласно которому в металлической подложке, имеющей форму круглой пластины, в которой по заданным координатам сформированы отверстия под бескорпусные кристаллы, на одну из поверхностей металлической круглой пластины натягивают липкую ленту, липкой стороной внутрь пластины, бескорпусные кристаллы устанавливают по заданным координатам контактными площадками на поверхность липкой ленты, затем герметизируют, отделяют липкую ленту, наносят полиимидный фотолак на поверхность, на которой расположены контактные площадки кристаллов, вскрывают в фотолаке окна ровно над контактными площадками и выводами бескорпусного кристалла, проводят коммутацию методом вакуумного напыления металлов через тонкую съемную маску или фотолитографией после вакуумно-плазменного осаждения металлов из трех слоев послойно, затем наносят второй слой диэлектрика, формируют в нем окна, наносят последний слой металлизации, формируют коммутацию с контактными площадками, затем устанавливают чип-компоненты.
Недостатком известного технического решения является сложность процесса установки кристаллов по заданным координатам, требующее привлечение сложного прецизионного технологического оборудования, возникновение деформаций поверхности кристаллов и герметизирующего покрытия, смещения кристаллов в окнах подложки при снятии липкой ленты.
Технической задачей изобретения является упрощение технологического процесса изготовления микроэлектронного узла, а также увеличение плотности упаковки компонентов, обеспечивающее улучшение массогабаритных характеристик сборочного узла.
Техническим результатом является улучшение массогабаритных характеристик микроэлектронного узла, за счет увеличения плотности упаковки микроэлектронных компонентов.
Технический результат достигается тем, что в окна подложки собираемого микроэлектронного узла прецизионно устанавливают предварительно протестированные и запрограммированные бескорпусные кристаллы, герметизируют их и формируют многоуровневые коммутационные слои, соединяющие контактные площадки кристаллов и внешних выводов узла.
Отличительными признаками заявляемого способа является то, что подложку собираемого узла и кристаллы устанавливают лицевой стороной на технологическую подложку из твердого материала с нанесенным на нее тонким липким слоем термопластичного клея, совмещая их с выполненными на планарной технологической подложке реперными знаками, герметизируют подложку собираемого узла с установленными в ней кристаллами, после чего снимают технологическую подложку, нагревая ее до температуры плавления термопластичного клея, удаляют остатки клея с подложки собираемого узла и кристаллов, далее путем последовательного селективного формирования диэлектрических и проводящих слоев на активной поверхности подложки собираемого микроэлектронного узла и кристаллов создают многоуровневую коммутацию контактных площадок кристаллов и внешних выводов с последующей установкой чип-компонентов на соответствующие контактные площадки.
Сущность изобретения поясняется чертежом, на котором приведена последовательность технологических операций способа монтажа микроэлектронных компонентов, (фиг. 1 (а, б, в, г, д, е, ж, з, и, к, л, м).
где:
1 - технологическая подложка;
2 - реперные знаки на технологической подложке
3 - слой термопластичного клея;
4 - бескорпусные кристаллы;
5 - подложка микроэлектронного узла;
6 - компаунд;
7 - подложка микроэлектронного узла со встроенными кристаллами;
8 - первый слой диэлектрика;
9 - первый слой коммутации;
10 - второй слой диэлектрика;
11 - второй слой коммутации;
12 - защитный слой;
13 – чип-компоненты.
Способ реализуется следующим образом
На планарной технологической подложке 1, выполненной из твердого материала, формируют реперные знаки 2, зеркально отображающие точное расположение кристаллов и окон подложки в микроэлектронном узле (фиг. 1а).
На поверхность технологической подложки 1, на которой расположены реперные знаки 2, наносят тонкий липкий слой термопластичного клея 3 (фиг. 1б).
Устанавливают бескорпусные кристаллы 4 контактными площадками вниз на технологическую подложку 1, совмещая реперные знаки 2 на технологической подложке 1 с реперными знаками на кристаллах (фиг. 1в). После выполнения совмещения кристаллы прижимают к клеящей поверхности с усилием, необходимым для получения надежного клеящего соединения.
Устанавливают подложку сборочного узла 5 на технологическую подложку 1, совмещая реперные знаки 2 на планарной технологической подложке и на подложке микроэлектронного узла 7 (фиг. 1г). После выполнения совмещения технологическую подложку 1 прижимают к клеящей поверхности с усилием, необходимым для получения надежного клеящего соединения.
Герметизируют компаундом 6 (фиг. 1д).
Затем снимают технологическую пластину 1, нагревая ее до температуры плавления термопластичного клея, удаляют остатки клея с подложки и кристаллов микроэлектронного узла 7 (фиг. 1е).
На лицевой поверхности собранного микроэлектронного узла 7 формируют первый слой диэлектрика 8 с окнами над выходными контактными площадками кристаллов (фиг. 1ж).
На поверхности первого слоя диэлектрика 8 формируют первый слой коммутации 9 методом вакуумного напыления тонкопленочной проводящей структуры через тонкую съемную маску или используют процессы фотолитографии после вакуумно-плазменного осаждения металлов (фиг. 1з).
Затем формируют второй слой диэлектрика 10 с окнами над переходными контактными площадками первого слоя коммутации (фиг. 1и).
Формируют второй слой коммутации 11 (фиг. 1к).
Формируют защитный слой 12 с окнами над контактными площадками коммутационного слоя, предназначенными для установки чип-компонентов (фиг. 1л), после чего устанавливают чип-компоненты 13 (фиг. 1м).
Пример
На стеклянной прозрачной плоскопараллельной металлизированной пластине размером 102×102 мм методом фотолитографии формируют реперные знаки для обеспечения прецизионного совмещения бескорпусных кристаллов и подложки сборочного узла.
Затем на лицевую сторону технологической подложки 1 наносят дозированное количество спиртового раствора канифоли и центрифугированием распределяют по всей поверхности технологической подложки 1. Толщину клеящего покрытия задают концентрацией раствора и скоростью вращения центрифуги.
Устанавливают бескорпусные кристаллы 4 контактными площадками вниз на технологическую подложку 1, совмещая реперные знаки 2 на технологической подложке 1 с реперными знаками на кристаллах, контролируя процесс совмещения визуально с обратной стороны технологической подложки 1.
После выполнения совмещения кристаллы прижимают к клеящей поверхности с усилием, необходимым для получения надежного клеящего соединения.
Устанавливают подложку микроэлектронного узла на технологическую подложку 1, совмещая окна в подложке микроэлектронного узла 7 с кристаллами на технологической подложке 1 и реперными знаками 2.
Проводят фиксацию кристаллов в теле подложки микроэлектронного узла зазорозаполняющим клеем ВК-67М.
После отверждения клея нагревают технологическую подложку 1 с установленным на ней микроэлектронным узлом 7 со стороны технологической подложки 1. После начала плавления термопластичного клея, удерживающего микроэлектронный узел 7 на технологической подложке 1, сдвигают микроэлектронный узел 7 на неподвижной технологической подложке 1 в сторону и снимают с нее.
После чего удаляют с поверхности микроэлектронного узла 7 остатки термопластичного клея и наносят слой фотопроявляемого диэлектрика - паяльной маски XV501T-4 методом сеткографии.
Методами фотолитографии формируют отверстия в слое паяльной маски - вскрывают окна над выводными контактными площадками бескорпусных кристаллов.
На поверхности первого слоя диэлектрика 8 формируют первый слой коммутации 9 методом вакуумного напыления тонкопленочной проводящей структуры через тонкую съемную маску.
Формируют второй слой диэлектрика 10 из паяльной маски с окнами над переходными контактными площадками первого слоя коммутации.
Формируют второй слой коммутации 11.
Формируют защитный слой 12 с окнами над контактными площадками коммутационного слоя, предназначенными для установки чип-компонентов.
Затем методами поверхностного монтажа устанавливают чип-компоненты 13 с шариковыми выводами.
Применение технологической подложки 1 из твердого материала с нанесенным на ее поверхность тонким клеящим слоем позволяет получать незначительный разброс по высоте между кристаллами, установленными в подложку микроэлектронного узла 7. Так, например, при толщине клеевого слоя 2-3 мкм, разброс по высоте между кристаллами составит не более 2 мкм. Это значительно упрощает выполнение последующих технологических операций.
Наличие на технологической подложке 1 реперных знаков позволяет устанавливать кристаллы с точностью ±3 мкм, что дает возможность использовать кристаллы с размерами контактных площадок до 50 мкм и соответственно увеличить плотность проводников коммутации на поверхности собираемого микроэлектронного узла 7.
При применении технологической подложки 1 из прозрачного материала значительно упрощается технологическое оборудование для установки совмещения контактных площадок кристаллов с реперными знаками на технологической подложке 1, так как процесс можно контролировать визуально.
Применяя для заготовок подложек микроэлектронного узла стандартный размер 60×48, возможно использование высокопроизводительного оборудования серийного производства тонкопленочных плат для гибридных микросборок и, соответственно, снизить себестоимость производства радиоэлектронных узлов.
Предлагаемый способ позволяет:
- упростить технологический процесс встраивания кристаллов в тело подложки сборочного узла;
- улучшить массогабаритные характеристики микроэлектронных узлов, за счет увеличения плотности проводников коммутационных слоев и, соответственно, уменьшения количества слоев коммутации.