МНОГОКРИСТАЛЬНЫЙ МОДУЛЬ ПАМЯТИ

Полезная модель относится к области изготовления микроэлектронных устройств и может быть использована для производства многокристальных модулей, микросборок и компонентов систем в корпусе на основе гибких печатных плат со встроенным монтажом компонентов.
Известен многокристальный модуль, представляющий собой конструкцию из пакетов корпусов с интегральными схемами памяти, установленными на основании [1]. На основании установлен набор микроплат и крышка, образующие в сборе с основанием герметичный корпус, при этом на внутренних поверхностях крышки и основания установлены соответственно коммутационная плата и процессор, связанные с микроплатами корпуса проволочными соединениями, а на наружной поверхности основания выполнены внешние выводы, электрически соединенные с крышкой и микроплатами посредством коммутационной платы и сквозных токопроводящих каналов. Недостатками данного многокристального модуля являются огромное количество сварных соединений, что ухудшает электрические параметры конструкции. Из-за большого количества микроплат увеличиваются массогабаритные показатели. А отсутствие дополнительных теплопроводящих материалов, таких как компаунды, прокладки, металлизация сквозными каналами и пр., ставят под сомнение эффективный теплоотвод при наличии такой плотности микросхем.
Известен многокристальный модуль, выполненный в 3D исполнении и представляющий собой пакет кристаллодержателей и микроплат, которые соединены между собой диффузионной сваркой [2]. Такая микроэлектронная сборка содержит пакет кристаллодержателей и микроплат, на наружную поверхность которого нанесено защитное покрытие на основе полипараксилилена, с конструктивным исполнением, приспособленным для размещения в пакете кристаллодержателей электронных компонентов, внутренних и внешних выводов, отличающийся тем, что зоны размещения внешних выводов выполнены свободными от защитного покрытия, при этом ширина каждой зоны равна величине шага выводов увеличенной на 2 мм и расположенной симметрично относительно продольной оси выводов. Недостатками полученного многокристального модуля можно выделить наличие проволочного монтажа микросхем, что ухудшает электрические показатели и снижает надежность конструкции. А наличие одного защитного слоя не дает гарантии по сроку службы и хорошей теплопроводности, из-за плотной компоновки микроплат между собой. Помимо этого, полипараксилилен неустойчив к ультрафиолету, что усложняет производственный и транспортировочный процесс.
Известен также трехмерный многокристальный модуль на гибкой плате, выполненный по «методу свертки», включающий формирование боковых выступов на гибком носителе со смонтированными на них микросхемами, и двумя монтажными выступами с контактными площадками для дальнейшего монтажа многокристального модуля памяти на основную печатную плату [3]. Данное изобретение выбрано в качестве прототипа предложенного решения создания трехмерных изделий микроэлектронной техники на гибком основании. Трехмерную сборку модуля выполняют, последовательно укладывая и приклеивая клеем-герметиком боковые выступы с размещенными на них микросхемами на центральною часть гибкой платы соосно один над другим, и затем складывают центральную часть гибкой платы, совмещая стороны микросхем без перекосов частей модуля относительно друг друга, причем монтажные выступы гибкой платы расположены в основании трехмерного многокристального модуля с двух противоположных краев. Недостатками данного решения являются, во-первых, ограниченное количество микросхем памяти гибкого многокристального модуля, а именно не более 4. Во-вторых, формирование на плате соединений с длинной протяженностью электрических путей между монтажными участками для микросхем снизит энергоэффективность будущего изделия, из-за более длительного прохождения сигнала между бескорпусными микросхемами. Помимо этого, за счет большой длины проводников между контактами микросхем будут появляться дополнительные емкости и сопротивления на участках гибкой платы, что может привести к дополнительным потерям напряжения.
Задача полезной модели заключается в уменьшении массогабаритных показателей, повышении надежности и функциональных возможностей многокристальных модулей, микросборок и компонентов систем в корпусе на основе гибких печатных плат со встроенным монтажом компонентов.
Решение поставленной задачи достигается тем, что трехмерный многокристальный модуль памяти выполняется на гибком полимерном носителе, в основание которого установлены бескорпусные микросхемы памяти по технологии беспаечного и бессварочного монтажа. Межуровневая коммутация осуществляется посредством микробампов, находящихся по краям модуля вокруг модулей с бескорпусными микросхемами. Сами же модули покрыты кремнийорганическим компаундом для придания большей стойкости к прочностным и климатическим воздействиям. Данное решение позволяет создавать многоуровневые многокристальные модули памяти и 3D микросборки, где параметры по надежности, функциональности и массогабаритным показателям превышают возможности прототипа. Так как в конструкции контакт между бескорпусной микросхемой и платой-носителем формируется напрямую (без проволочного монтажа) посредством прямой металлизации к вскрытым контактным площадкам бескорпусных микросхем, то скорость сигналов увеличивается, за счет более коротких длин проводников. Пространственная сборка не ограничивается только четырьмя бескорпусными микросхемами памяти, а имеет возможность устанавливать в разы больше при меньших габаритных показателях, что дает еще одно преимущество перед прототипом.
На фиг. 1 показана конструкция 3D многокристального модуля памяти в негерметизированном состоянии (а), и в разрезе (б), выполненного по пространственной сборке, где 1 - полимерная пленка; 2 - бескорпусной бескорпусная микросхема; 3 - кремнийорганический компаунд; 4 - слой коммутации; 5 - микробампы. На фиг. 2 и 3 изображена конструкция, с расположением четырех модулей на одном гибком полимерном основании. При максимальной плотности упаковки бескорпусных микросхем и минимальных массогабаритных характеристиках распределение мощности, выдаваемой от микросхем, и тепла, выделяемого от проводников рисунка коммутации и микробампов, равномерное по всей конструкции 3D многокристального модуля памяти. Крупные выходные контактные площадки модуля памяти расположены по периферии со всех сторон основания для проверки электрического контакта с помощью зондов или щупов и для дальнейшего монтажа уровней. Размер контактных площадок подбирается в зависимости от вида припойных шариков и условий их монтажа.
В процессе изготовления многокристального модуля памяти, в первую очередь, бескорпусные микросхемы устанавливаются по технологии внутреннего монтажа на полимерный материал, которым выступает связка полиимидных лаков, затем вся заготовка герметизируется кремнийорганическим компаундом, вскрываются отверстия к контактным площадкам микросхем и формируется необходимое количество слоев металлизации и диэлектрика, далее монтируются припойные шарики. Впоследствии из заготовки вырезают готовые модули и устанавливаются на одну общую гибкую печатную плату, на которой по периметру по краям находятся контактные площадки для 3D интеграции. Полученную конструкцию можно назвать уровнем. Последующие уровни устанавливаются друг на друга и монтируются через припойные шарики, тем самым образуя пространственную сборку. Полимерное основание многокристального модуля может быть выполнено как в гибком исполнении, так и в гибко-жестком. Пространство между уровнями заполняется компаундом для создания эффективного теплоотвода и монолитной конструкции, что придаст также дополнительную прочность.
У многокристальных модулей, микросборок, изделий на основе гибких печатных плат со встроенным монтажом компонентов есть хорошие перспективы. Особенно это касается возможности массового производства изделий, таких как встраиваемые модули памяти для GPS/ГЛОНАСС - приемников, вычислительных модулей, радиоэлектронных узлов авиационной и автомобильной аппаратуры.
Источники информации:
1. Патент РФ №2463684.
2. Патент РФ №156842.
3. Патент РФ №2657092 - прототип.