МУЛЬТИЧИПОВЫЙ МОДУЛЬ (MCM) В СБОРЕ
MULTICHIP MODULE (MCM) ASSEMBLY

Область техники, к которой относится изобретение
[01] Настоящее изобретение относится к области технологии термической печати с помощью краски, в особенности к технологии печати от края до края страницы, и, в частности, к мультичиповому модулю в сборе.
Уровень техники
[02] Концепция мультичипового модуля (MCM) уже хорошо давно известна. Технологические и экономические причины удерживают производителей от увеличения длины кремниевого чипа. Соответственно, более длинную и более эффективную полосу печати можно разумно получить только с помощью множества кремниевых чипов, должным образом размещенных на жесткой подложке и тем самым формирующих MCM. Формирование внешнего профиля одного MCM подходящим способом позволяет создать еще более длинную печатающую штангу за счет простого сопоставления нескольких MCM.
[03] В документе US 5016023 раскрыта конструкция, содержащая печатающие головки, которые смещены относительно смежных печатающих головок на величину, по меньшей мере равную размеру ширины печатающей головки. Раскрытая конструкция предполагает использование керамического материала в качестве подложки, подходящей для выдерживания конкретных повышенных температур. Однако процесс производства керамической подложки является довольно дорогостоящим, поскольку для получения желаемой формы сразу требуется специальная форма или, в качестве альтернативы, использование некоторого оборудования для механической обработки такого твердого материала. Более того, набор линий шин и корпусов ИС, раскрытый в US 5016023A, также довольно сложен и поэтому не является технологически эффективным, надежным и малозатратным.
[04] В документе US 5939206 описано устройство, которое содержит по меньшей мере один полупроводниковый чип, установленный на подложке, при этом указанная подложка содержит пористый электропроводящий элемент, на который электрофоретически нанесено покрытие из полимерного материала, при этом указанный пористый электропроводящий элемент содержит графит или спеченный металл. Однако конструкция и обслуживание линии электрофоретического осаждения довольно дороги, что делает процесс производства устройства сложным и дорогостоящим.
[05] Следовательно, целью настоящего изобретения является преодоление недостатков предшествующего уровня техники и создание мультичипового модуля в сборе, который является простым, надежным, эффективным, безопасным, дешевым, простым в производстве благодаря исключению сложных операций и необходимости использования формованных деталей, а также который имеет общую улучшенную надежность.
Краткое описание изобретения
[06] Согласно одному аспекту настоящее изобретение относится к мультичиповому модулю (MCM) в сборе, содержащему:
графитовую подложку, имеющую переднюю поверхность и заднюю поверхность, а также содержащую множество кремниевых чипов, установленных на передней поверхности,
при этом MCM в сборе дополнительно содержит печатную плату (PWB), прикрепленную к графитовой подложке и оснащенную отверстиями, окружающими внешние профили кремниевых чипов,
графитовая подложка содержит один или более каналов для краски на задней поверхности и один или более пазов для подачи краски, проходящих через графитовую подложку и находящихся в жидкостном сообщении с соответственными одним или более каналами для краски, так что краски разных типов могут подаваться на каждый из кремниевых чипов, и
при этом MCM в сборе дополнительно содержит графитовую накладную пластину, выполненную с возможностью покрытия одного или более каналов для краски графитовой подложки.
[07] Использование простой печатной платы (PWB), оснащенной отверстиями, окружающими кремниевые чипы MCM в сборе, позволяет простым образом реализовать электрические контакты, даже при распределении контактных площадок вдоль противоположных сторон чипа. Благодаря включению прохода для краски с каналами для краски непосредственно на графитовой подложке, нет необходимости во сформованном проходе для краски, форма которого позволяет вмещать каналы для краски, как в предшествующем уровне техники. Графитовая накладная пластина в сочетании с графитовой подложкой обеспечивает компактный модуль, который является простым в изготовлении и готовым к установке/удалению из основного оборудования.
[08] Согласно дополнительному аспекту настоящего изобретения MCM в сборе дополнительно содержит промежуточный адгезивный слой предварительно пропитанного композиционного волокна, расположенного между графитовой накладной пластиной и графитовой подложкой. Промежуточный адгезивный слой предварительно пропитанного композиционного волокна содержит отверстия, совпадающие с каналами для краски графитовой подложки.
[09] Согласно дополнительному аспекту настоящего изобретения внутренняя поверхность графитовой накладной пластины является плоской. В качестве альтернативы, внутренняя поверхность графитовой накладной пластины может содержать каналы для краски, совпадающие с каналами для краски графитовой подложки.
[010] Согласно дополнительному аспекту настоящего изобретения PWB прикреплена к графитовой подложке посредством промежуточного адгезивного слоя предварительно пропитанного композиционного волокна, имеющего отверстия, совпадающие с каналами для краски графитовой подложки. В качестве альтернативы, PWB может содержать слой предварительно пропитанного композиционного волокна, имеющего отверстия, совпадающие с каналами для краски графитовой подложки.
[011] Предпочтительно, графитовая накладная пластина содержит проходы для впуска и выпуска краски, имеющие уплотнительные кольца. Это обеспечивает герметичное уплотнение модуля после вставки в печатном оборудовании.
[012] Согласно дополнительному аспекту настоящего изобретения предварительно пропитанное композиционное волокно между графитовой накладной пластиной и графитовой подложкой имеет тот же тип, что и у предварительно пропитанного композиционного волокна между PWB и графитовой подложкой. В качестве альтернативы, предварительно пропитанное композиционное волокно между графитовой накладной пластиной и графитовой подложкой имеет другой тип, отличный от типа предварительно пропитанного композиционного волокна между PWB и графитовой подложкой.
[013] Далее настоящее изобретение будет описано более полно со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых одинаковые цифры представляют одинаковые элементы на разных фигурах и на которых проиллюстрированы основные аспекты и признаки настоящего изобретения.
Краткое описание чертежей
На фиг. 1 представлена схематическая иллюстрация MCM в сборе согласно настоящему изобретению.
На фиг. 2 предусмотрен общий вид мультичипового модуля.
На фиг. 3 предусмотрен общий вид накладной пластины.
На фиг. 4A-B проиллюстрированы два альтернативных варианта осуществления накладной пластины, в которой внутренняя поверхность накладной пластины является плоской (фиг. 4A), и в которой внутренняя поверхность накладной пластины содержит каналы для краски (фиг. 4B).
На фиг. 5 предусмотрена схематическая иллюстрация промежуточного адгезивного слоя предварительно пропитанного композиционного волокна.
На фиг. 6A-C проиллюстрирован общий набор деталей, которые составляют полный мультичиповый модуль в сборе согласно настоящему изобретению, как в разобранном виде (фиг. 6A), так и в собранном виде, на последнем изображен вид сзади (фиг. 6B) и вид спереди (фиг. 6C).
Подробное описание
[014] Для увеличения длины полосы в печатающей головке возможным решением является выравнивание множества кремниевых чипов на одной подложке с формированием мультичипового модуля (MCM) для получения эффективной большей полосы печати.
[015] Материал подложки должен быть жестким, чтобы избежать возможного опасного изгиба, который может повредить кремниевые чипы, а его коэффициент теплового расширения (CTE) должен быть близок к CTE кремния, чтобы предотвратить возникновение большого напряжения после сборки. Он должен легко обрабатываться, чтобы обеспечить плоскую поверхность для крепления чипа и всех деталей для сборки: пазы для краски для подачи краски с тыльной стороны, корпуса втулок для крепления MCM к внешней опоре, траншеи для размещения гидравлического клея и т. п. Спеченный графит является подходящим материалом для этой цели: он удовлетворяет всем указанным требованиям и к тому же является дешевым. Пластины из спеченного графита доступны, например, от компании TOYO TANSO - Осака (Япония). Возможным недостатком спеченного графита является его пористость, которая позволяет материалу впитывать краску, особенно при использовании красок на основе растворителей. Однако применение подходящего герметизирующего средства и химически совместимого клея, такого как, но без ограничения, описанные в документах WO 2017198819 A1 или WO 2017198820 A1, позволяет прикрепить кремниевый чип к графитовой подложке после обработки герметизирующим средством.
[016] Согласно настоящему изобретению печатная плата (PWB) прикреплена на подложку MCM для обеспечения электрического соединения с множеством кремниевых чипов. Кремниевые чипы собраны на подложке, термомеханическая стабильность которой позволяет поддерживать соответственное положение и выравнивание эжекторных элементов, в то время как PWB обеспечивает электрические соединения с внешним контроллером. Если бы кремниевые чипы были непосредственно собраны на PWB, их низкая термомеханическая стабильность помешала бы стабильному расположению эжекторных элементов, что отрицательно сказалось бы на качестве печати.
[017] Как проиллюстрировано на фиг. 1, с целью обеспечения подходящих электрических контактов к кремниевым чипам, PWB 11 имеет отверстия 8, окружающие внешний профиль кремниевых чипов 2. Что касается правой стороны нижнего правого кремниевого чипа в MCM, область, заключенная в пунктирный круг 10, включает контактные площадки как на кремниевом чипе, так и на PWB, обращенные друг к другу, которые соединены электропроводами посредством подходящего способа, например, проволочного монтажа. После проволочного монтажа можно нанести герметизирующий клей для включения контактных площадок как чипа, так и платы вместе с соединительными проводами, чтобы обеспечить как электрическую, так и механическую защиту.
[018] Внешний профиль нижележащей графитовой подложки обозначен пунктирной линией 9. Конструкция, составленная из MCM и прикрепленной PWB, с электрически соединенными контактными площадками чипа и контактными площадками платы, формирует MCM в сборе.
[019] В отличие от предшествующего уровня техники, где PWB прикреплена к нижележащей подложке MCM с помощью двусторонней клейкой ленты, был разработан более эффективный способ прикрепления PWB к подложке MCM. Он заключается в использовании промежуточного адгезивного слоя, который представляет собой лист предварительно пропитанного композиционного волокна, включающего термореактивный материал, или так называемый материал, предварительно пропитанный связующим веществом. Материал, предварительно пропитанный связующим веществом, доступен, например, в TUC - Zhubei (Тайвань). Термореактивный материал отверждается лишь частично для облегчения работы. При приложении высокого давления (приблизительно 20 бар) и высокой температуры (приблизительно 200°C) в течение длительного времени (приблизительно 3 часов) к «слоистому материалу», составленному из PWB + материала, предварительно пропитанного связующим веществом + подложки, получается очень надежное прикрепление между деталями. PWB может содержать промежуточный адгезивный слой (или слой материала, предварительно пропитанного связующим веществом), предварительно нанесенный на поверхность и имеющий подходящую форму, чтобы она совпадала с профилем PWB.
[020] Чтобы вывести электрические контакты от PWB к внешнему контроллеру, можно использовать разные способы. Можно использовать стандартную многополюсную розетку, установленную на PWB, которая может содержать вилку, подключенную к гибкому кабелю, который, в свою очередь, идет к контроллеру. Это решение, однако, демонстрирует низкую надежность электрического контакта между вилкой и розеткой с точки зрения механической устойчивости, и нередко обнаруживается отсутствие контакта во время работы MCM.
[021] Более стабильный контакт может быть получен с использованием ряда «пружинных контактов» в качестве набора контактов на печатном оборудовании с соответствующим набором контактных площадок на PWB. Соединители с пружинным контактом доступны, например, от компании INGUN – Fino Mornasco (Италия). Поскольку каждый штифт подпружинен, механическая прочность контакта между деталями намного выше, а электрическая непрерывность оказывается стабильной. С другой стороны, большое количество штифтов в наборе подразумевает довольно значительную общую силу смещения, которая, в свою очередь, передается на PWB. В связи с этим, раствор материала, предварительно пропитанного связующим веществом, для прикрепления PWB к графитовой подложке оказывается очень эффективным, так как обеспечивает очень прочное соединение между деталями, снижая риск отсоединения при смещении контактных штифтов. В качестве дополнительной альтернативы (не показана) может использоваться PWB, имеющая гибкий кабель, встроенный в жесткую конструкцию, в которой расширенная внешняя часть гибкого кабеля завершается рядом контактных площадок, которые, в свою очередь, вставляются во внешнюю розетку.
[022] На фиг. 2 проиллюстрирован вариант осуществления вставки прохода для краски и каналов для краски непосредственно в графитовую подложку, на которой размещены шесть чипов. На задней поверхности графитовой подложки 21 показаны независимые каналы 17 и 18 для краски для двух типов красок, соответственно. Пазы 19 и 20 для подачи краски выполнены через графитовую подложку 21, находящуюся в жидкостном сообщении с каналами 17 и 18 для краски, соответственно, так что на каждый из кремниевых чипов в MCM, установленном на противоположной стороне графитовой подложки 21, можно подавать две краски.
[023] Поскольку каналы для краски встроены в графитовой подложке 21, нет необходимости во сформованном проходе для краски, форма которого позволяет вмещать каналы для краски, как в предшествующем уровне техники.
[024] Достаточно накладной пластины 22, нанесенной на обратную сторону подложки, чтобы закрыть каналы на поверхности подложки. Накладная пластина 22 выполнена из легкого и простого в обработке графита и содержит подходящие проходы для впуска и выпуска краски, соответствующие концам каналов 17 и 18 для краски, как это проиллюстрировано на фиг. 3.
[025] В изображенном варианте осуществления накладная пластина оснащена четырьмя проходами для впуска/выпуска краски, поскольку MCM разработан таким образом, чтобы подавать краску через два разных канала, например, для печати двумя разными красками. Фактически, проход 23 для впуска краски и проход 24 для выпуска краски соответствуют концевым частям канала 17 для краски на фиг. 2, в то время как проход 25 для впуска краски и проход 26 для выпуска краски соответствуют каналу 18 для краски.
[026] Чтобы избежать использования выступающих креплений шлангов, как в предшествующем уровне техники, каждый проход для краски может вмещать уплотнительные кольца 29, для обеспечения герметического уплотнения модуля после вставки в печатном оборудовании (не показано). В рабочем состоянии MCM прижимается к печатному оборудованию, которое, в свою очередь, имеет подходящие упоры для сопоставления с уплотнительными кольцами. Благодаря такой конструкции отпадает необходимость в шлангах для краски для вставки в проходы для краски, и установка или отсоединение MCM от печатного оборудования оказывается намного проще.
[027] Как проиллюстрировано на фиг. 4, внутренняя поверхность 32 накладной пластины 22 может быть либо плоской, либо оснащена каналами для краски. В частности, решение, в котором внутренняя поверхность 32 накладной пластины 22 является плоской, изображено на фиг. 4A. В этом случае внутренняя поверхность 32 действует просто как покрытие для каналов 17 и 18 для краски графитовой подложки 21, изображенной на фиг. 2. В качестве альтернативы, каналы 37 и 38 для краски, совпадающие с каналами 17 и 18 для краски, соответственно, в графитовой подложке 21, выполнены в графитовой накладной пластине 22, как изображено на фиг. 4B, для увеличения фактического поперечного сечения канала. Это решение полезно, например, когда необходимо широкое поперечное сечение каналов и когда необходимо избежать возможного ослабления материала из-за большой глубины каналов, что может произойти, если каналы полностью выполнены в подложке.
[028] Для эффективного скрепления графитовой накладной пластины 22 и графитовой подложки 21 применяется еще одно новаторское решение, которое представляет собой улучшение по сравнению с традиционными способами, основанными на адгезивном клее. Настоящее решение заключается в размещении промежуточного адгезивного слоя 30 из предварительно пропитанного композиционного волокна между двумя деталями, как проиллюстрировано на фиг. 5, вместо нанесения адгезивного клея.
[029] Промежуточный адгезивный слой 30 на фиг. 5 представляет собой лист из предварительно пропитанного композиционного волокна, включающего термореактивный материал, так называемый материал, предварительно пропитанный связующим веществом, который может быть тем же материалом, используемым для прикрепления платы PWB к графитовой подложке, или может быть отличным композиционным волокнистым материалом с адгезионными свойствами.
[030] В этом варианте осуществления графитовая накладная пластина (не показана) содержит очень плоскую поверхность, которая полностью совместима с промежуточным адгезивным слоем 30. Подходящие отверстия 27 и 28 выполнены в промежуточном адгезивном слое 30 и совпадают с каналами 17 и 18 подложки, соответственно (изображены на фиг. 2), чтобы расширять стенки канала, увеличивая фактическую глубину канала. Уплотнительное средство, используемое для графитовой подложки, можно использовать для графитового покрытия, чтобы предотвратить проблемы, вызванные его пористостью.
[031] Отверстия 27 и 28 в промежуточном адгезивном слое 30, форма которых совпадает с каналами 17 и 18 для краски, соответственно, обеспечивают жидкостное сообщение между проходами 23, 24, 25 и 26 для краски с каналами 17 и 18 для краски и, через пазы 19 и 20 для подачи краски, краска может протекать к эжекторным чипам.
[032] Для любого специалиста в данной области техники совершенно очевидно, что описанные варианты осуществления могут быть реализованы после некоторой прямой настройки с MCM, где используется только одна краска, или даже с MCM, где используется более двух красок, без отклонения от объема настоящего изобретения.
[033] Также ясно, что отверстия 27 и 28 в промежуточном адгезивном слое 30 могут быть ограничены областью прохода для краски, чтобы гарантировать поток краски в каналы для краски, при условии, что каналы для краски в графитовой подложке 21 достаточно глубокие. В этом отличном решении (не показан) только каналы для краски, выполненные в графитовой подложке, должны подавать краску на паз для подачи краски в графитовой подложке. В свою очередь, внутренняя поверхность накладной пластины может быть либо плоской, либо она также может быть оснащена каналами для краски, сообщающимися с проходами для впуска и выпуска краски, просто для увеличения расхода рециркуляции краски.
[034] Промежуточный адгезивный слой 30, расположенный между графитовой подложкой 21 и графитовой накладной пластиной 22, скрепленной при высоких температуре и давлении, обеспечивает надежную и эффективную сборку, в которой каналы для краски и эжекторные чипы включены в компактную конструкцию.
[035] Общий набор деталей, которые составляют полный мультичиповый модуль в сборе согласно настоящему изобретению, как в разобранном виде (фиг. 6A), так и в собранном виде, на последнем изображен вид сзади (фиг. 6B) и вид спереди (фиг. 6C). Окончательное отверждение слоев материала, предварительно пропитанного связующим веществом, предпочтительно проводить на уникальной фазе для всего набора деталей, включая PWB.
[036] В одном варианте осуществления слой материала, предварительно пропитанного связующим веществом (предварительно пропитанное композиционное волокно) между графитовой накладной пластиной и графитовой подложкой имеет тот же тип, что и у слоя материала, предварительно пропитанного связующим веществом (предварительно пропитанного композиционного волокна) между PWB и графитовой подложкой. В качестве альтернативы, слой материала, предварительно пропитанного связующим веществом (предварительно пропитанное композиционное волокно) между графитовой накладной пластиной и графитовой подложкой имеет другой тип, отличный от типа материала, предварительно пропитанного связующим веществом (предварительно пропитанного композиционного волокна) между PWB и графитовой подложкой.
[037] Как упомянуто выше, набор деталей, которые могут составлять MCM в сборе, проиллюстрирован на фиг. 6A. Он содержит сверху вниз: графитовую накладную пластину 22 с уплотнительными кольцами 29; адгезивный промежуточный слой 30 из предварительно пропитанного композиционного волокна (материала, предварительно пропитанного связующим веществом); графитовую подложку 21 с каналами для краски на задней стороне; множество кремниевых чипов 2, установленных на противоположной поверхности графитовой подложки; PWB 11, оснащенную отверстиями 8 и набором контактных площадок 31. Поверхность PWB 11, обращенная к графитовой подложке 21, состоит из подходящего слоя материала, предварительно пропитанного связующим веществом, для склеивания. Набор контактных площадок 31 согласуется с соответствующим набором подпружиненных «штифтов» в печатном оборудовании.
[038] Некоторые из описанных вариантов осуществления можно использовать альтернативно, согласно удобству в отношении рабочих условий, в то время как некоторые другие варианты осуществления могут быть объединены вместе для получения чрезвычайно производительного печатного оборудования, что может быть легко понятно специалистам в данной области техники.
[039] По сравнению с другими известными мультичиповыми модулями в сборе, в описанном настоящем изобретении предусмотрен мультичиповый модуль в сборе, который является простым, надежным, эффективным, безопасным, дешевым, простым в производстве благодаря исключению сложных операций и необходимости использования формованных деталей, а также который имеет общую улучшенную надежность.
[040] Вышеуказанный предмет изобретения следует считать иллюстративным, а не ограничивающим, и он служит для лучшего понимания настоящих изобретений, определяемых независимыми пунктами формулы изобретения.