ЭЛЕКТРОННЫЙ МОДУЛЬ

ЭЛЕКТРОННЫЙ МОДУЛЬ.
Полезная модель относится к области микроэлектроники, наноэлектроники, конструирования и технологии производства электронных компонентов, модулей, узлов и блоков электронной аппаратуры.
Известны электронные модули, представляющие собой коммутационную (стеклотекстолитовую, керамическую и др.) плату с установленными интегральными схемами (ИС).
В одном варианте конструкции электронных модулей (первого уровня) на коммутационную (печатную) плату устанавливаются корпусированные интегральные схемы (см. ГОСТ 26632-85. Уровни разукрупнения радиоэлектронных средств по функциональноконструктивной сложности. Термины и определения.).
В другом варианте конструкции на коммутационную плату устанавливаются бескорпусные интегральные схемы и вся конструкция помещается в общий корпус (см. ОСТ 11 1009-2001. Многокристальные модули, микросборки. Общие технические условия).
Недостатком существующих конструкций обоих вариантов электронных модулей является низкая плотность компоновки элементов, которая, в свою очередь, обусловлена потерей площади в используемых корпусах. Действительно, анализ показывает, что площадь существующих корпусов для интегральных схем в 5-30 раз больше площади размещаемых в них кристаллов ИС. Во втором варианте конструкции электронных модулей, когда используются бескорпусные ИС, потеря площади и объема вызвана необходимостью создания конструктивных элементов герметизации электронного модуля в целом с помощью общего корпуса или других конструкторских решений.
Задачей предлагаемого технического решения является:
-создание такой конструкции электронного модуля, в которой элементы герметизации кристаллов не создают нотерь площади платы, т.е. площадь платы в расчете на один кристалл должна быть практически равна площади кристалла;
-обеспечение эффективного теплоотвода непосредственно от кристалла;
создание конструкции однокристального модуля (кристаллоносителя), в котором размеры платы в плане не превышают размеров кристалла;
-создание конструкции однокристального модуля, в котором в качестве герметизируемого компонента используется не только полупроводниковый кристалл, но и изделие на поверхностных акустических волнах;
-обеспечение высокой технологичности конструкции, при которой элементы герметизации кристалла не требуют дополнительных технологических операций, а сборка однокристальных модулей осуществляется интегрально-групповым способом.
Для решения поставленной задачи в конструкцию электронного модуля, содержащего диэлектрическую коммутационную плату с установленными на ней методом «флип-чип кристаллами, вводится герметизирующая металлическая рамка между платой и каждым кристаллом по периметру кристалла, состоящая из тех же слоев, что и электрические выводы от контактных площадок кристалла к контактным площадкам коммутационной платы, и формируемая одновременно с этими выводами.
Кроме того, в указанном электронном модуле для обеспечения теплоотвода на мощных кристаллах с тыльной стороны установлены индивидуальные радиаторы.
Кроме того, в указанном электронном модуле, содержащем один кристалл, размеры платы в плане выбраны равными размерам кристалла, а электрические выводы от кристалла выполнены в виде сквозных отверстий через плату, заполненных металлом.
Кроме того, в указанном электронном модуле в качестве герметизируемого компонента используется изделие на поверхностных акустических волнах.
Кроме того, сборка указанного электронного модуля, содержащего один кристалл, осуществляется интегрально-групповым способом, при котором неразрезанная пластина с готовыми схемами совмещается с групповой диэлектрической платой и производится пайка всех рамок и выводов одновременно, после чего полученная слоистая конструкция разрезается на отдельные модули.
.to///x //
- 2.- -
состоит из диэлектрической коммутационной платы 1, кристаллов ИС 2, обращенных «лицевой стороной к плате по методу «флип-чип и соединенных с платой с помощью столбиковых (объемных) выводов 3 и металлической герметизирующей рамки 4, расположенной между кристаллом и платой по периметру кристалла.
На рис. 2 для наглядности показан разрез конструкции фрагмента модуля по А-А (рис. 1).
Герметизирующая рамка состоит из тех же слоев, что и столбиковый (объемный) вывод. На рис. 3 показан разрез одного из вариантов слоистой структуры столбикового вывода и герметизирующей рамки (фрагмент В из рис. 1).
Нри соприкосновении контактной площадки 5 (рамки З) с дистанцером-выводом 7 (дистанЦером-рамкой 7) в процессе сборки образуется эвтектический слой 6 (б ). Все слои конструкции рамки З, 6, 7, 8формируются одновременно с элементами 5, 6, 7, 8 соответственно и не требуют дополнительных технологических операций. Таким образом рамка обеспечивает надежную герметизацию пространства между кристаллом и коммутационной платой. Указанные элементы герметизации находятся между кристаллом и платой и поэтому не создают потерь площади платы в расчете на один кристалл.
Следует отметить, что герметизирующая рамка не требует дополнительной площади кристалла, т.к. располагается на свободном поле по периметру кристалла. Это поле оставляется обычно свободным в связи с тем, что при разрезке пластины на краях кристаллов остаются микротрещины, микродефекты, микронапряжения, отрицательно влияющие на характеристики элементов ИС.
Набор слоев для электрических выводов (столбиков) кристаллов и для герметизирующих рамок может быть разнообразным из числа применяемых для посадки кристаллов методом «флип-чип.
Известно, что одной из проблем применения монтажа кристаллов методом «флип-чип является обеспечение теплоотвода от кристалла. В предлагаемом электронном модуле эта проблема решается путем размещения индивидуального радиатора на кристалле, как показано на рис. 4. Радиатор устанавливается, например, также с помощью эвтектической пайки. Нри установке радиатора до монтажа кристалла на плату применяется высокотемпературная пайка по отношению к пайке кристалла на плату, а при установке радиатора после монтажа кристалла на плату применяется относительно низкотемпературная пайка. Например, набор слоев для эвтектической пайки радиатора состоит из пленки золота на радиаторе и эвтектического слоя, который образуется при контакте золота с кремнием кристалла ИС при температуре выше точки эвтектического плавления.
становятся равными размерам кристалла, то электронный модуль трансформируется в герметизированный кристаллоноситель. При этом в диэлектрической плате делаются электрические выводы в виде сквозных отверстий, заполненных металлом, как показано на рис. 5.
Предлагаемые варианты конструкции электронных модулей и кристаллонисителей являются актуальными не только для монтажа интегральных схем с высокой плотностью компоновки, но и для других электро-радио элементов. Например, на рис. 6 показан герметизированный кристаллоноситель акустоэлектронного полосового фильтра, резонатора или иного изделия на поверхностных акустических волнах.
Предлагаемая конструкция однокристального электронного модуля является высокотехнологичной, т.к. позволяет осуществить интегральногрупповой процесс сборки. Па рис. 7 показана сущность такого процесса, заключающаяся в том, что неразрезанная пластина с готовыми интегральными схемами совмещается с групповой диэлектрической платой и производится пайка всех рамок и выводов одновременно. Затем слоистая конструкция разрезается на отдельные модули.
Следует отметить экономическую эффективность предлагаемого решения. Кроме повышения плотности монтажа, предлагаемая конструкция позволяет снизить стоимость изделия за счет исключения необходимости применения дорогостоящих металлокерамических корпусов, за счет совмещения операций изготовления столбиковых выводов и герметизирующих рамок, а также за счет интегральногрупповой сборки.
Таким образом, путем введения в конструкцию электронного модуля герметизирующей рамки между кристаллом и диэлектрической платой решена задача достижения практически предельной плотности компоновки, при которой площадь платы в расчете на один кристалл равна площади кристалла.
Предлагаемая конструкция электронного модуля обеспечила:
-возможность эффективного отвода тепла непосредственно от кристалла;
-герметизацию не только полупроводниковых кристаллов, но и изделий на поверхностных акустических волнах;
возможность применения интегрально-фупповой сборки однокристальных электронных модулей (герметизированных кристаллоносителей) и, следовательно, низкую стоимость их производства.
- 4