Способ прецизионного монтажа многокристальных сборок интегральных схем
INTEGRATED CIRCUITS MULTI-CRYSTAL ASSEMBLIES PRECISION MOUNTING METHOD

Изобретение относится к способам, предназначенным для позиционирования, размещения и монтажа частей интегральной схемы в корпусе, а именно прецизионного монтажа многокристальных сборок интегральных схем (ИС) с установкой кристалла на кристалл, и может быть использовано в ракетно-космическом приборостроении.
Из уровня техники известен способ изготовления вертикальных контактных структур на полупроводниковых пластинах или печатных платах (см. RU 2600514 C1, 20.10.2016) (1), который может быть использован при высокоплотном монтаже полупроводниковых кристаллов на различные платы с большим количеством контактных межсоединений, а также при 3D-монтаже кристалла на кристалл. Изобретение обеспечивает монтаж кристаллов за счет изготовления вертикальных контактных структур. Таким образом, при изготовлении многокристальных сборок интегральных схем (ИС) с установкой кристалла на кристалл трудоемкость монтажа кристаллов уменьшатся, но увеличивается сложность изготовления корпуса интегральной схемы (ИС), что является недостатком способа (1).
Из уровня техники также известен, выбранный в качестве наиболее близкого аналога, способ монтажа полупроводниковых кристаллов, и устройство для его осуществления (см. WO 2009096454, 06.08.2000) (2), в котором выравнивание и монтаж полупроводникового чипа производится по специальным меткам на корпусе, при сохранении соотношения между отдельными кристаллами, остальные кристаллы притягивают вакуумным инструментом и позиционируют на корпусе, второй уровень кристаллов позиционируется по первому также при сохранении расстояния между кристаллами.
Недостатком выбранного в качестве наиболее близкого аналога способа (2) является то, при упрощении монтажа кристаллов за счет предварительно нанесенных меток усложняется предварительная подготовка корпуса, одновременно снижается универсальность использования корпуса для дальнейшего применения, а также снижается качество и точность позиционирования кристаллов, поскольку они зависят от точности предварительной разметки.
Техническим результатом заявленного изобретения является повышение точности и качества монтажа многокристальных сборок.
Технический результат достигается за счет создания способа прецизионного монтажа многокристальных сборок интегральных схем (ИС) с установкой кристалла на кристалл, который включает градуировку графических цифровых линеек устройства для установки кристаллов в корпус при помощи линейки с точностью шкалы до 10 мкм, установку ширины первой пары графических цифровых линеек, равной необходимому расстоянию между колодцем корпуса ИС и кристаллом, установку ширины второй пары последующих пар графических цифровых линеек, количество которых соответствует количеству уровней кристаллов многокристальной сборки, равной необходимому смещению последующего уровня кристаллов относительно предыдущего по осям Х и У соответственно, установку корпуса с нанесенным адгезивом с совмещением его сторон с наружными частями графической цифровой линейки при помощи блока из двух видеокамер, позволяющего просматривать монтируемую интегральную схему с двух сторон, далее осуществляют подъем кристалла с помощью пластикового или резинового инструмента за лицевую часть кристалла в ручном режиме, выравнивают кристалл с помощью блока камер по внутренней стороне графических цифровых линеек, выполняют монтаж кристалла на адгезив, аналогично выполняют монтаж оставшихся кристаллов первого уровня, производят полимеризацию адгезива, наносят адгезив на лицевую часть уже установленных кристаллов первого уровня, в ручном режиме производят подъем следующего кристалла для второго уровня, выполняя все действия так же, как для кристалла первого уровня, при этом кристалл выравнивают с помощью графических линеек относительно сторон кристалла первого уровня, установленного ранее, выполняют монтаж кристалла, аналогично устанавливают оставшиеся кристаллы второго уровня и последующих уровней, проводя после монтажа каждого уровня полимеризацию адгезива.
В частном варианте выполнения подъем кристалла за лицевую часть осуществляют из происпособления, в котором все кристаллы, необходимые для сборки, размещены в одной плоскости, которое устанавливается на устройство для установки кристаллов перед монтажом.
Заявленный способ прецизионного монтажа многокристальных сборок интегральных схем (ИС) проиллюстрирован следующими изображениями.
Фиг.1 - блок-схема способа прецизионного монтажа многокристальных сборок интегральных схем (ИС).
Фиг.2 - схема позиционирования полупроводниковых кристаллов и корпуса.
Фиг.3 - общий вид многокристальной сборки интегральной схемы.
На фиг.1-3:
1 - контактные площадки корпуса,
2 - графические цифровые линейки,
3 - обратная сторона кристалла (один из четырех углов).
Способ прецизионного монтажа многокристальных сборок интегральных схем (ИС) с установкой кристалла на кристалл осуществляется следующим образом: производят предварительный запуск устройства для установки кристаллов в корпус и компьютера, подключают блок из двух видеокамер, позволяющий просматривать монтируемую интегральную схему с двух сторон, создают две графические цифровые линейки по осям Х и У. При помощи ГОСТированной линейки с градацией шкалы до 10 мкм и камеры установки устанавливают ширину первой пары графических цифровых линеек, равную необходимому расстоянию от края колодца корпуса до кристалла и ширину второй пары и последующих пар графических цифровых линеек, количество которых соответствует количеству уровней кристаллов многокристальной сборки, равной расстоянию сдвига одного уровня кристаллов относительно другого (по осям Х и У соответственно).
Далее устанавливают на устройство металлокерамический корпус с нанесенным адгезивом и кристаллы в приспособлении, в котором все кристаллы, необходимые для сборки, размещены в одной плоскости. Выравнивают корпус на рабочем столике установки с помощью наружного края первой пары графических цифровых линеек и блока видеокамер, осуществляют подъем кристаллов с помощью пластикового или резинового инструмента за лицевую часть кристалла, в ручном режиме производят подъем первого кристалла, подводят блок камеры под кристалл. На экране будет виден угол кристалла с обратной стороны. С помощью двух камер установки необходимо совместить углы колодца корпуса с углами кристалла, используя соответственно первую пару графических цифровых линеек для отступа кристалла от стороны колодца корпуса. Опираясь на первую пару графических цифровых линеек, выравнивают стороны кристалла относительно сторон колодца корпуса, выполняют монтаж кристалла на адгезив, аналогично выполняют монтаж нижних оставшихся кристаллов (если их более 1-го), производят полимеризацию адгезива, наносят адгезив на лицевую часть уже установленных кристаллов первого уровня.
Для монтажа кристаллов второго уровня в ручном режиме производят подъем следующего кристалла, выполняют все действия аналогично описанным ранее, только на данном этапе кристалл выравнивают с помощью второй пары графических цифровых линеек 5 относительно сторон кристалла первого уровня, установленного ранее. Выполняют монтаж кристалла, аналогично устанавливают оставшиеся кристаллы второго уровня и последующих уровней. Проводят после монтажа каждого уровня полимеризацию адгезива, выключают установку.
Для проведения экспериментальных исследований использовался металлокерамический корпус (все открытые металлизированные поверхности и металлические части основания корпуса имеют антикоррозионное золотое покрытие)  и 16 крупных полупроводниковых кристаллов (кремний, арсенид галлия), кристаллы устанавливались в четыре уровня, соответственно по четыре кристалла на каждый уровень. Для установки кристаллов использовались две пары графических цифровых линеек, так как расстояние между колодцем корпуса и первым уровнем кристаллов (1500 мкм), а также между кристаллами разного уровня (350 мкм) было различно. Таким образом, величины пар графических цифровых линеек устанавливались равными 1500 и 350 мкм. Операции способа осуществлялись в соответствии с блок-схемой (фиг.1).
При монтаже способом кристалл на кристалл необходимо устанавливать кристаллы с прецизионным смещением по 2-м сторонам, соблюдая параллельность всех сторон, в обратном случае на последующей операции микросварки возникнут сложности, в худшем случае – электрод сварочной установки вообще не сможет произвести микросварку.
Данное изобретение позволяет производить высокоточный монтаж кристаллов в крупные металлокерамические корпуса, а также позволяет вести монтаж кристаллов на уже установленный кристалл (более 2-х кристаллов).
В результате была собрана интегральная специализированная микросхема, на которой в дальнейшем было выполнено 1600 микросоединений алюминиевой проволокой.
Таким образом, заявленное изобретение является универсальным решением и позволяет с высокой точностью производить монтаж кристаллов разных размеров как друг на друга, так и точно позиционировать отдельные кристаллы относительно колодца корпуса в ручном режиме.
Результаты монтажа данным способом подтвердили качество и точность посадки кристаллов, тем самым положительно оценив эффективность и целесообразность применения заявленного изобретения для создания радиоэлектронной аппаратуры ракетно-космической техники, а также в тех областях техники, где предъявляются высокие требования к качеству сборки, не ограничиваясь данной областью применения.