Устройство для физического моделированиягибридных интегральных микросборок

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ Сф 1 фз Сфветскнк Сфцналнстнческив Республнк(61) Дополнительное к авт, свид-ву(22) Заявлено 280479 (21) 2760841/18-21 (51)м. Кл. с присоединением заявки Йо 0 01 й 31/26 Н 01 1. 21/70 Н 05 К 13/00 Государственный комитет СССР ио делам изобретений и открытий(72) Авторы изобретения Ленинградский институт авиационного прибороСтроения,Министерства высшего и среднего специального образованияР(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ФИЗИЧЕСКОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ ГИБРИДНЫХ ИНТЕГРАЛЬНЫХ МИКРОСБОРОК Изобретение относится к проектированию и производству гибридных ин тегральных микросборок и может быть использовано при их физическом моделировании с целью функциональной подгонки и повышения уровня устойчивости.Известно устройство для физического моделирования интегральных микросборок, включающее блок питания, блок тестовых сигналов, блок измерения, блок управления и различного вида, выполненные на отдельных компонентах интегральных микросборок, физические модели 11 .Недостатком известного устройства является то,что Моделирование на отдельных компонентах микросборок не обеспечивает достаточной адикватности моделирования, достаточного приближения к оригиналу - реальной гибридной интегральной микросборке.Известно устройство для проверки полупроводниковых интегральных схем, которое содержит блок питания, физическую модель, блок тестовых сигналов, блок измерения, блок управления, подложку, пленочные, навесные и соединительные элементы. Отдельные эле,менты временно соединяются между собой в испытательную схему и подключаются к блоку питания и блоку тестовых сигналов. К выходу собраннойсхемы подключается блок измерения,который производит замер задержкираспространения сигнала в схеме.Если задержка удовлетворяет требованиям, то временные соединения удаляют, если нет, то производят заменунавесных элементов и проводят повторные испытания 21 .Однако указанное устройство ограничено в способах испытания и непозволяет исследовать всестороннегибридные интегральные микросборкив состоянии реальной работы, а именно ограничено в функциональных воэможностях и технологичности устройства. Низкая адекватность и точность 20 модели не позволяют осуществить вполной мере функциональную подгонку,повышение уровня устойчивости, неспособствуют автоматизации проектирования реальных гибридных интегральных микросборок.Цель изобретения - расширение Функциональных возможностей устройства.Указанная цель достигается тем,что устройство для физического моде- ЗО лирования гибридных интегральных842644 с.3 НИИПИ Заказ 5089/5 ираж 732 Подписно илиал ППП "Патент", .Ужгород, ул.Проектнаямикросборок,содержащее блок питания,блок тестовых сигналов, блок измерения, блок управления, подложку с нле.ночными элементами и контактнымиплощадками, навесные и соединительные элементы, снабжено манипуляторами, количество которых равно количеству навесных элементов в модели,базовой пластиной с отверстиями повсей ее площади, расположенной надподложкой, и проводниками, соединяю 1щими выводы навесных элементов сконтактными площадками подложки,причем навесные элементы снабженыэластичным магнитным слоем, нанесенным на поверхность, прилегающую кбазовой пластине, отверстия базовойпластины выполнены с межцентровымрасстоянием и диаметром, на порядокменьшими минимального размера навесного элемента, а каждый манипуляторэлектрически связан с блоком управления и снабжен вакуумным захватомв виде колпака с уплотнением на еготорце, электромагнитом для поддержания навесного элемента, воздуховодным каналом, соединенным с вакуумной системой, и электромагнитнымклапаном, установленным в воздуховодном канале.Для повышения точности модели проводники выполнены эластичными и расПоложены попарно, причем одним концом оба проводника каждой пары присоединены к одному и тому же выводунавесного элемента, а другим - кдвум различным контактным площадкамподложки, расположенным в прецелахпроекции возможного перемещения навесных элементов относительно подложки и являющимися одной и той жеточкой электрической схем модели.Кроме того, проводники выполченыв виде шарнирно соединенных стержней,Для повышения технологичностиконструкции, проводники выполненыв виде упругих изогнутых стержней.Для обеспечения функциональнойподгонки моделей устройство снабженокорпусом для закрепления базовойпластины и подложки, дополнительнымманипулятором, электрически связанным с блоком управления и узломприклеивания навесных элементов,установленным на дополнительном манипуляторе.Для фиксации полученной моделиустройство снабжено вторым дополнительным манипулятором, электрическисвязанным с блоком управления и узлом заливки компаунда между базовойпластиной и подложкой, установленнымна этом дополнительном манипуляторе.Для повышения уровня устойчивостимикросборок устройство снабжено блоком определения коэффициента устойчивости, вход которого подключен квыходу блока измерения, блоком уставок, блоком сравнения, входы которого подключены к выходам блока определения. коэффициента устойчивостии блока уставок, а выход - к входублока управления, и блоком памятикоэффициента устойчивости, входы которого подключены к выходам блокауправления и блока определения коэффициента устойчивости, а выход подключен к входу сравнения,Для автоматизации физического моделирования и проектирования гибридных интегральных микросборок устройство снабжено блоком измерения координат навесных элементов и блокомпамяти координат, входы и выходы ко 15 торых подключены к входу и выходублока управления.На фиг,1 изображена схема предлагаемого устройства; на фиг.2 - манипулятор с вакуумным захватом, ба 2 О зовой пластиной и навесной элемент;на фиг.З - физическая модель с проводниками, выполненными парами эластичных проводников; на фиг.4 - физическая модель с проводниками, выполненными в виде шарнирно соединенныхстержней; на фиг,5 - шарнирно-стержневой проводник; на фнг,б - физическая модель с проводниками, выполненными в виде упругих изогнутых стержней на фиг.7 - схема устройствадля физического моделирования с дополнительным манипулятором и узломприклеивания навесных элементов;на фиг,8 - корпус для закреплениябазовой пластины и подложки; на фиг.9 - схема устройства со вторым дополнительным манипулятором и узлом заливки компаунда; на фиг,10 - схемаустройства с блоком определения коэффициента устойчивости, блоком устало вок, блоком сравнения, блоком памятикоэффициента устойчивости, блокомизмерения координат и блоком памятикоординат.Устройство (фиг,1) содержит блок1 питания, физическую модель 2, блок3 тестовых сигналов, выход которогоподключен к входу физической модели2, блок 4 измерения, входы которогоподключены к выходу физической модеО ли 2, блок 5 управления, подложку б,пленочные элементы 7, навесные элементы 8, контактные площадки 9 подложки б манипуляторы 10, входы которых подключены к выходам блока 5 управления, вакуумные захваты 11 маниБ пуляторов 10, каждый из которых содержит (фиг.2) колпак 12 с уплотнителем 13, находящемся на торце колпака 12, электромагнит 14 поддержки навесных элементов 8, электромагщо нитный клапан 15 с соосно расположенным электромагнитом 16 управленияклапаном, воздуховодный канал 17,проводники 18, соединяющие выводынавесных элементов 8 с контактнымиплощадками 9 подложки б, эластичныймагнитный слой 19, нанесенный на одну иэ поверхностей каждого навесного элемента 8, базовую пластину 20с отверстчями, диаметр которых и расстояние между которым на порядокменьше размеров меньшего из навесных элементов 8, расположенную надподложкой б с пленочными элементами7 и параллельно ей. На базовую пластину 20 со стороны подложки б с пленочными элементами 7 вынесены навесные элементы 8, прилегающие к базовойпластине 20 магнитным слоем 19.В устройстве (фиг.1) проводники18 выполнены эластичными (например,.из, резины с густым вкраплением проводящего металлического порошка илиэлектропроводной пластмассы),В устройстве (фиг.З) проводники18 выполнены парами эластичных проводников на каждую степень свободыперемещения навесных элементов 8, 20причем одним концом оба эластичныхпроводника 18 пары присоединены кодному и тому же выводу навесногоэлемента 8, а другим - к двум контактным площадкам 9 подложки 6, раз в 25несенным в пределах проекции возможного перемещения навесного элемента 8 на подложку б и являющимсяодной и той же точкой электрическойсхемы модели,30В устройстве (Фиг.4) проводники18 выполнены в виде шарнирно соединенных стержней. При такой конструкции проводников 18 они состоят (фиг,5) из шарниров Д и стержней бВ устройстве (фиг.б) проводники18 выполнены н виде упругих изогнутых стержней (пронолочек). Проволочки выполнены из проводящего материала, упругого в поперечном направлении проволочки. Изгиб проволочек таков, что два соседних проводника 18не касаются друг друга.Устройство (Фиг.7) содержит дополнительный манипулятор 1 О с узлом 21приклеивания навесных элементов 8, 45расположенным на конце дополнительного манипулятора 10, вход которогоподключен к выходу блока 5 управления. Конструктивно узел 21 представляет собой шприц, заправленный клеем. ОКорпус 22 для закрепления базовойпластины 20 и подложки б представляет собой две изогнутые стенки с углублениями для подложки б и базовойпластины 20 (фиг.8), соединенные так,что выдерживается .параллельность подложки 6 и базовой пластины 20 и застабилизировано расстояние. между ними,Устройство (фиг.9) содержит дополнительный манипулятор 10 с узлом23 залчвки компаунда, расположенным 60на конце дополнительного;манипулято"ра 10, вход которого подключен к выходу блока 5 управления. Конструктивно приспособление для заправкикомпаунда представляет собой шприц,б 5 н полости которого имеется смесителькомпаунда.Устройство (фиг.10) содержит блок 24 определения коэффициента устойчивости, вход которого подключен к выходу блока 4 измерения, блок 25 уставок, блок 26 сравнения, два входа которого подключены соответственно к выходам блока 24 определения коэффициента устойчивости и блока 27 установки коэффициента устойчивости, дна входа которого подключены соот-, ветственно к выходам блока 5 управления и блока 24 определения коэффициента устойчивости, а выход подключен ко входу блока 26 сравнения.Кроме того, устройство содержит блок 28 измерения координат, вход и выход которого подключены к выходу и входу блока 5 управления и блок 29 памяти координат, вход и выход которого подключен к выходу блока 5 управления,Устройство работает следующим образом.В исходном состоянии навесные элементы 8 (фиг.2) магнитным слоем 19приложены к базовой пластине 20. Надкаждым навесным элементом 8 с противоположной стороны к базовой пластине 20 подведены вакуумные захваты 11 манипуляторов 10. Из-под колпака 12 (фиг.2) газовая среда откачана, клапан 15 закрыт. Навесной элемент 8, через отнерстия н базовой пластине .20 под вакуумным захватом 11 манипулятора 10, прижат к базовой пластине 20 давлением окружающего воздуха. Проводники 18 натянуты с некоторым начальным натягом.Затем с блока 5 управления (фиг.1) подается сигнал на перемещение какого-то навесного элемента 8 н соответствующий ему манипулятор 10. Поэтому сигналу манипулятор 10 включаетэлектромагнит 14 поддержки, располо"женный на конце манипулятора 10. Магнитный слой 19 навесного элемента 8притягивается к этому электромагниту14 через базовую пластину 20, затемвключается электромагнит 16 и клапан15 открывается. Под колпаком 12, при открытом клапане 15, происходит уравнивание давления воздуха внутри и вне колпака 12. После этого выполняется, заданное с блока 5 упранления,перемещение манипулятора 10 вдоль поверхности базовой пластины 20. Магнитный слой 19 нанесного элемента 8 последует за перемещением манипулятора 10, благодаря магнитному полюэлектромагнита 14 поддержки. Осущестнин заданное перемещение, отсасывается газовая среда из-под колпака 12 и отверстий базовой пластины 20, находящихся под колпаком 12. По достиженин определенного перепада давлений внутри и вне колпака 12 обеспечивается прикрепление навесного элемента8 через магнитный слой 19 и базовую пластину 20 к вакуумному захвату 11 манипулятора 10. После этого отключается электромагнит 16 управления клапаном, закрывается клапан 15, а затем отключается электромагнит 14 поддержки, Навесной элемент 8 удерживается у базовой пластины 20, благодаря разности давлений внутри и вне колпака 12. Чтобы такое удерживание обеспечить, необходимо, чтобы диаметр отверстий базовой пластины 20 был много меньше размеров меньшего из навесных элементов 8. Расстояние между отверстиями базовой пластины 20 должно быть тоже много меньше размеров навесного элемента 8, в противном случае на базовой пластине 20 будут области, где присосать навесной элемент не удастся, Переместив требуемый навесной элемент 8 и закрепив его на заданном месте, с блока 5 управления подается сигнал в блок 3 тестовых сигналов, который вырабатывает, в определенной последовательности, тестовые сигналы и подает их на вход Физической модели 2, с выходов которой сигналы поступают на блок 4 измерения. Блок 4 измерения производит замер сигналов, поступающих с выходов физической модели 2 и передает измерение значения на индикаторы, которые конструктивно размещены на индикаторной панели блока 5 управления. Таким образом, при данном соотносительном расположении навесных элементов 8 на базовой пластине 20 оказываются замеренными выходные параметры физической модели 2. Произведя контроль при одном соотносительном расположении навесных элементов 8 на базовой пластине 20 по команде с блока 5 управления блоком 3 тестовых сигналов прекращают подачу сигналов на Физическую модель 2 и осуществляют перемещение манипуляторами 10 необходимых навесных элементов 8 (как описано выше). После перемеще. ний и закреплений навесных элементов 8 на базовой пластине 20, производится контроль выходных параметров Физической модели 2 по заданным тестовым сигналам блока 3 тестовых сигналов (как описано выше). Таким образом, меняя взаимное расположение навесных элементов 8 на базовой пластине 20, меняют паразитные связи между ними, что сказывается на выходных параметрах Физической модели, а следовательно, и моделируемой микросборке. Физическая модель 2 не отличается от реальной гибридной интегральной микросборки, схематически и максимально приближена к ней физически, проводить на ней можно большинство тех же испытаний, что и на реальных .микросборках, Так как расположение навесных элементов 8 можно менять, то можно исследовать взаимное влия 5 1 О 15 20 25 30 35 40 45 5 О 55 601 65 ние их друг на друга в зависимости от расположения на базовой пластине 20 и найти их оптимальное расположение в условиях реальной работы микросборки.Уменьшение механической нагрузки в местах крепления проводников 18 (фиг.1), аоединяющих выводы навесных элементов 8 с контактными площадками 9 подложки б, достигается выполнением проводников эластичными. При соединении выводов навесных элементов 8. с контактными площадками 9 для уменьшения паразитных связей меж. ду проводниками 18 (не управляемымии трудноучитываемыми при изгибахпроводников) их подтягивают до техпор, пока проводники 18 не примут изизогнутой Формы прямую. По мере перемещения навесных элементов 8 по поверхности базовой пластины 20 изменяется расстояние между контактнымиплощадками подложки б и выводами навесных элементов 8, а следовательно,изменяется механическая нагрузка вместах крепления проводников 18,Именно для уменьшения этой механической нагрузки проводники 18 выполненыэластичными,Изменение расстояния между выводами передвигаемых навесных элементов 8 по плоскости базовой пластины 20 вызывает изменения в натяжении проводников 18, что порождает некоторую погрешность физической модели 2, определяемую изменениями сопротивления проводников 18. Для повышения точности модели, а именно предотвращения влияния изменения сопротивления проводников 18, они выполнены парами эластичных проводников 18 (фиг,3). При выполнении эластичных проводников 18 указанным образом при перемещении навесных элементов 8 по плоскости базовой пластины 20 у одного проводника 18 пары натяжение усилива. ется, а у второго на столько же ослабляется, В результате суммарное сопротивление пары остается постоянным. Но так как пара эластичных проводников 18 соединяет один и тот же вывод навесного элемента 8 с одной и той же точкой электрической схемы, то сопротивление между выводами навесного элемента и точкой электричес. кой схемы пленочной части физической модели 2 постоянно. В случае выполнения проводников 18 шарнирно-стержневыми (фиг.4) натяжение проводников 18 отсутствует вовсе, контактируемые поверхности проводника постоянны, сопротивление проводника 18 в заданных пределах перемещения навесного элемента 8 тоже постоянно.Повышение технологичности изготовления устройства достигается тем, что проводники 18, соединяющие выводы навесных элементов 8 с контактными площадками 9 подложки б, выполне 842644 10формула изобретения 50 55 ЬО ны в виде изогнутых упругих стержней (проволочек), так как в процессе изготовления (монтажа)физической модели удобнее оперировать с проводниками 18, имеющими фиксированную форму.Узел 21 для приклеивания навесных элементов 8 (фиг.7) осуществляет закрепление тех навесных элементов 8, для которых найдено оптимальное взаимное расположение. После того как в результате моделирования получены оптимальные выходные параметры,физи. ческой модели 2, т.е, Физическая модель настроена, повышение прочности достигается заполнением пространства между подложкой 6, базовой плас" тиной 20 и корпусом 22 компаундом, посредством узла 23 заливки компаунда.Повышение уровня устойчивости микросборок при их физическом моделировании на предлагаемом устройстве осуществляется следующим образом.Предварительно в блоке 25 уставок устанавливают уровень (интервал) желаемых значений коэффициента устойчивости. Информация об уровне (интервале) устойчивости подается в виде напряжения в блок 26 сравнения," Блоком 24 определения коэффициента устойчивости (счетно-решающее устройство) по измеренным значениям блока 4 измерения определяется коэффициент устойчивости, который передается в блок 27 памяти коэффициента устойчивости и в блок 26 сравнения. Таким образом, в блок 26 сравнения поступают сигналы с блока 24 определения коэффициента устойчивости (измеренный коэффициент устойчивости), с блока 25 уставок (заданный коэффициент устойчивости) и с блока 27 памяти коэффициента устойчивости (при первом определении коэффициента устойчивости с блока 27 памяти коэффициента устойчивости сигналы не посту ,пают), Блок сравнения осуществляет при первом контроле, соответствующем первоначальному расположению навесных элементов 8 на базовой пластине, сравнение измеренного коэффициента устойчивости с заданным коэффициентом устойчивости. Сигнал разности этих коэффициентов устойчивости, относительно заданного значения, подается в блок 5 управления. При последующем контроле, соответствующем последующим расположениям навесных элементов 8 на базовой пластине 20, в блок 26 сравнения подается значение коэффициента устойчивости, соответствующее предыдущему значению измеренного коэффициента устойчивости. В блоке 26 сравнения сравниваются три поступающих значения, коэффициента устойчивости. Если коэффициент устойчивости блока 27 памяти коэф" фициента устойчивости больше коэффи" циента блока 24 определения коэффи 5 0 15 20 25 30 35 40 45 циента устойчивости, то в блок 5 управления с блока 26 сравнения пода" ется сигнал, характеризующий, что при предыдущем расположении навесных элементов 8 коэффициент устойчивости выше. По этому сигналу блоком 5 управления в блок 27 памяти коэффициента устойчивости подается сигнал на стирание текущего значения (измеренного) коэффициента устойчивости,поступившего с блока 24 определения коэффициента устойчивости, и запоминание предыдущего значения коэффициента (уже в нем записанного). Если коэффициент устойчивости блока 27 памяти коэффициента устойчивости, мень ше измеренного значения блока 24 определения коэффициента устойчивости, то измеренный коэффициент устойчивости сравнивается с заданным значением блока 25 уставок. И так далее. Таким образом, оптимизируется расположение навесных элементов 8 на базо:- вой пластине 20 по коэффициенту устойчивости, что позволяет повысить уровень устойчивости микросборок.Автоматизация физического моделирования и проектирования гибридных интегральных микросборок с помощью предлагаемого устройства осуществляется следующим образом.Во время непосредственной работы устройства, т.е. при физическом моделировании, сигналы, поступающие с блока 5 управления на каждый модулятор 10, одновременно поступают и на блок 28 измерения координат, где пос ле кодирования подаются на блок 5 управления. В процессе оптимизации расположения навесных элементов 8 на плоскости базовой пластины 20 координаты оптимального расположения навесных элементов 8 по команде с блока 5 управления записываются в блок 29 памяти координат и в дальнейшем могут быть использованы при моделировании и проектировании микро" сборок. 1. Устройство для Физического моделирования гибридных интегральных микросборок, содержащее блок питания, блок тестовых сигналов, блок измерений, блок управления, подложку с пленочными элементами и контактными площадками, навесные и соединительные элементы, о т л и ч а ю щ е - е с я тем, что, с целью расширения Функциональных возможностей устройства, оно снабжено манипуляторами, количествокоторых равно количеству навесных элементов в модели, базовой пластиной с отверстиями по всей ее площади, расположенной над подложкой, и проводниками, соединяющими выводы навесных элементов с контакт 842644 12ными площадками подложки, причемнавесные элементы снабжены эластичныммагнитным слоем, нанесенным на поверхность, прилегающую к базовой пластине, отверстия базовой пластины выполнены с межцентровым расстояниеми диаметром, на порядок меньшимиминимального размера навесного элемента, а каждый манипулятор электрически связан с блоком управления иснабжен вакуумным захватом в видеколпака с уплотнением на еготорце,электромагнитом для поддержания навесного элемента, воздуховодным каналом, соединенным с вакуумной системой, и электромагнитным клапаном,установленным в воздуховодном каналр. 52. Устройство по п.1, о т л ич а ю щ е е с я тем, что, с цельюповышения точности модели, проводники выполнены эластичными и расположены попарно, причем одним концом оба 20проводника каждой пары присоединенык одному и тому же выводу навесногоэлемента, а другим - к двум различным контактным площадкам подложки,расположенным в пределах проекциивозможного перемещения навесных элементов относительно, подложки и являющимся одной и той же точкой электрической схема модели.3. Устройство по п.1, о т л ич а ю щ е е с я тем,что проводники ЗОвыполнены в виде шарнирно соединенных стержней,4. Устройство по п.1, о т л ич а ю щ е е с я тем, что, с цельюповышения технологичности конструкции, проводники выполнены в виде упругих изогнутых стержней.5. Устройство по пп.1-4, о т л ич а ю щ е е с я тем, что, с цельюобеспечения функциональной подгонки 4 Омоделей, оно снабжено корпусом длязакрепления базовой пластины и подложки, .дополнительным манипулятором,электрически связанным с блоком управ. ления и узлом приклеивания навесных элементов, установленных на дополнительном манипуляторе.6. Устройство по пп, 1-5, о т л и ч а ю щ е е,с я тем, что, с целью фиксации полученной модели, оно снабжено вторым дополнительным манипулятором, электрически связанным с блоком управления и узлом заливки компаунда между базовой пластиной и подложкой, установленным на этом дополнительном манипуляторе.7. Устройство по цп,1-6, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения уровня устойчивости микросборок, оно снабжено блоком определения коэффициента устойчивости, вход которого подключен к выходу блока измерения, блоком уставок, блоком срав- нения, входы которого подключены к выходам блока определения коэффициента устойчивости и блока уставок, а выход - к входу блока управления, и блоком памяти коэффициента устойчивости, входы которого подключены к выходам блока управления и блока определения коэффициента устойчивости, а выход подключен к входу блока сравнения.8, Устройство по пп,1-7, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью автоматизации физического моделирования и проектирования гибридных интегралыых микросборок, оно снабжено блоком измерения координат навесных элементов и блоком памяти координат, входы ивыходы которых подключены к входу и выходу блока управления.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Сотрап 1 ев ОЕЕек Вкеей ВоакйОптик.в Гок ИХсгос 1 ксц 1 к.з, БЯА, Е 8 ес 1 копЖ Эев 1 цп 1963, РеЬ, 15; р, 22-23,2. Заявка Англии 9 1425190,кл. 6 01 В 31/26, 1802.76 (прототип).