СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ТРЕХМЕРНОГО ГИБРИДНОГО ИНТЕГРАЛЬНОГО МОДУЛЯ
METHOD FOR PRODUCTION OF THREE-DIMENSIONAL HYBRID INTEGRAL MODULE

Изобретение относится к микроэлектронике и может быть использовано при изготовлении трехмерных гибридных интегральных модулей.
Известны технические решения, позволяющие создавать подобные многокристальные модули. Известен способ, предложенный в патенте США, МПК H01L 23/12, №6492723. Одну поверхность подложки покрывают диэлектрическим слоем, толщина которого достаточна для планаризации мест размещения кристаллов. На диэлектрический слой наносят проводники разводки, которые соединяются через отверстия с выводами ИС или с контактными площадками на второй подложке, служащей для формирования второго слоя металлизации. В этом случае сложность конструкции модуля и наличие нескольких подложек увеличивает трудоемкость изготовления модуля и не позволяет автоматизировать процесс сборки, кроме того, недостатками являются низкая надежность из-за необходимости введения дополнительных контактов для формирования вертикальных электрических связей и низкая ремонтопригодность.
Известен способ изготовления трехмерного электронного модуля, предложенный в патенте РФ МПК H01L 25/04, №2221312, включающий фиксирование бескорпусных электронных компонентов ориентированно другу друга в групповой микроплате, а после электротермотренировки и контроля - вырезку микроплат из групповой микроплаты и склеивание их в пакет. После нанесения проводников на грани пакета фиксирующий состав удаляют, и компоненты, закрепленные на проводниках, помещают в защитную оболочку и заполняют ее теплопроводной электроизоляционной пудрой, которую уплотняют виброметодом. Этот способ отличается большой сложностью, он не позволяет исключить ручные операции и требует использование специальной оснастки, различной для разного типа компонентов и вида их соединений, также получается низкая надежность из-за необходимости введения дополнительных контактов для формирования вертикальных электрических связей.
Наиболее близким техническим решением является способ, предложенный в патенте РФ, МПК H01L 25/04, №2299497 - способ изготовления трехмерного многокристального микромодуля. Способ предусматривает создание гибкой печатной платы в виде ленты с расположенными вдоль нее соединительными проводниками. Соединительные проводники на концах ленты имеют контактные площадки, служащие выводом модуля, а на краях ленты в шахматном порядке располагаются выступы из полиимидной пленки, на которых сформированы посадочные места для ИС с контактными площадками, подключаемыми к выводам кристалла и соединенными с соответствующими проводниками на ленте. После монтажа ИС, который может производиться с использованием автоматизированного сборочного оборудования, боковые выступы загибают на центральную часть поверхности ленты с нанесенным защитным покрытием так, чтобы кристаллы ИС размещались параллельно друг другу с зазором, равным двойной толщине соединительных проводников, и приклеивают загнутые участки к ленте. При этом толщина клеевого шва должна быть не менее толщины указанных проводников. Потом ленту складывают в такой последовательности и зигзагом таким образом, чтобы кристаллы ИС размещались соосно друг над другом и исключались короткие замыкания выводов ИС, не менее одного конца ленты с выводами модуля должно остаться свободным, и также склеивают участки ленты друг с другом. Слой клея служит первичной защитой модуля и его компонентов, а для основной защиты на модуле формируют оболочку из полимерного компаунда достаточной толщины или помещают его в корпус.
Известный способ монтажа микромодуля не предусматривает применение дополнительных защитных покрытий для микромодуля. Кроме того, соосное расположение кристаллов ИС в модуле не гарантирует строго параллельное расположение сторон кристалла относительно друг друга в стопке, что может вызвать перекос самой многокристальной стойки.
Задачей настоящего изобретения является создание оптимального способа монтажа микромодуля с применением дополнительных защитных покрытий и обеспечение термопрочности модуля.
Поставленная задача решается за счет того, что в технологический процесс изготовления микромодуля добавляется несколько дополнительных операций нанесения защитных покрытий.
Предлагаемый способ изготовления трехмерного гибридного интегрального модуля, содержащий гибкую печатную плату со смонтированными на ней кристаллами бескорпусных ИС и сложенными друг над другом в стопку, отличается тем, что на этапе проектирования участки платы для перегибов выполняют в виде шлейфовых фрагментов с параллельно расположенными проводниками. На этапе сборочно-монтажных работ шлейфовые участки покрывают защитным покрытием из амортизационного клеевого покрытия по всей длине полуокружности шлейфового участка, а оставшиеся участки платы покрывают термокомпенсирующим покрытием. После нанесения защитного покрытия плату складывают так, чтобы монтажные выводы были расположены симметрично относительно стойки для устойчивого положения модуля при дальнейшем использовании, а также для отсутствия перекоса модульных лепестков друг относительно друга.
Для снижения напряженно-деформированного состояния модуля места перегиба платы выполняют в виде шлейфовых фрагментов, затем на эти фрагменты наносят защитный слой из амортизационного клеевого покрытия, причем нанесение выполняют по всей длине полуокружности шлейфового участка.
Для обеспечения термопрочности, снижения термонапряжений, возникающих в модуле, предлагается использовать термокомпенсирующее покрытие, которое наносится на всю плату за исключением шлейфовых фрагментов.
Для механической прочности, устойчивого положения модуля после сворачивания в трехмерную структуру предлагается монтажные выводы располагать симметрично относительно трехмерной стопки. Такое расположение монтажных выводов позволяет избежать возможного перекоса самой стопки.
Пример.
Гибкую плату с двухсторонней системой проводников изготавливают на основе платы из полиимидной пленки ПИ-40 толщиной 40 мкм, проводники - структура хром-медь толщиной ~20 мкм, места для монтажа кристаллов ИС представляют собой своеобразные лепестки. При проектировании платы основания будущие места перегибов выполняют в виде шлейфовых фрагментов с параллельно расположенными проводниками, тем самым снижая вероятность изломов проводников. Для создания трехмерной структуры гибкая плата сворачивается так, чтобы лепестки платы, с расположенными на них ИС статической памяти, складывались в последовательности и зигзагом так, чтобы ИС находились соосно друг над другом, а монтажные выводы ИС располагались симметрично относительно трехмерной стопки. На этапе сборочно-монтажных операций шлейфовые участки покрывают по всей длине полуокружности перегиба жестким полиакриловым клеем марки ЭМ, тем самым снижается величина напряженно-деформированного состояния до 32,8 МПа, величина напряженно-деформированного состояния для модуля прототипа составляет 100 МПа. Остальные участки гибкой платы покрывают герметиком ВК-9.
Предложенный способ позволяет создавать трехмерные гибридные интегральные модули с высокой плотностью размещения компонентов и высокими показателями надежности.
Источники информации
1. Патент RU 2222074 С1, 20.01.2004; SU 1764195 A1, 23.09.1992.
2. Патент RU 2221312 С1, 10.01.2004; US 6492723 B2, 10.12.2002.
3. Патент RU 2299497, МПК H01L 25/04 - прототип.