Способ сборки интегральных схем

(51)5 Н 01 1 23/ОО ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОВЕДОМСТВО СССР(ГОСПАТЕНТ СССР) Е ИЗОБРЕТЕНИЯИДЕТЕЛЬСТВУПИСАН АВТОРСКОМУ рают в пакет, состоящ носителей и прокладо одновременно повыша вательский ин- : до 290-3100 С с ростом силу трения между прок а и И.А,Тучин- ми, выдерживают при 30 - 60 мин, охлаждают ность, 1980, Ь лииз пакета, йосле чег ют выводй носителей ность;1978, М титана и никеля с толщ но 100 - ЗООА и 0,3-0,6 ТЕГРАЛЬНЫХ обслуживаниеМ 10; пр нанесения покрытий ри проведейии превышают 290-310 С носители соби С:"Изобретение относится к микроэлект- К недостаткам известных способов ронике, в частности к способам сборки ин-сборки ИС относятся:тегральнцх схем (ИС) на гибких носителях.: - относительная сложность изготовления как кристаллов (модификация удорожа- дСпособы сборки ИС на гибкихносите- .етихстоимость и снижает надежность ИС), лях разноообраэны и основываются на при- . так и гибких носителей (техпроцессы вклюменении различных конструкций чают операций прецизионной штамповки носителей: одно-, двух- и трехслойнцх, За полиимидной пленки, ее дублирования с рубежом наибольшее распространение пол- медной фольгой, травления меди, нанесеучили трехслойные носители со структурой ния защитного покрытия и т,п.); . 6 д медь-адгезив-полимид, реже используются ." - применение драгметаллов; ( Д двухслойные типа медь-полиимид. Известные способы сборки включают иэготовле- В литературе описан способ сборки ИС ние носителей с нанесением на медные. на двухслойном носителе медь-полиимид, . выводыпокрытийиззолотаилиприпоя,мо- включающий изготовление гибких носитедификацию технологии изготовления кри-лей методами фотолитографического травсталлов сформированием на них ления, электрохимического выращивания монтажных выступов под пайку также из на выводах носителей медных вь 1 ступов, золота или меди с золотым или припойным осаждения сплава олово-висмут и оплавлепокрытием и пайку кристаллов к внутрен- ния нанесенного припойного покрытия, ним окончаниям выводов носителей. формирование монтажных выступов под 1(54) СПОСОБ СБОРКИ ИНСХЕМ(57) Сущность изобретения: исборки интегральных схем ий из чередующихся к, сжймают пакет и ют его температуру давления увеличивая ладками и носителя-310 С в течение и извлекают носитео локально покрываслоями тантала или инами соответственмкм с последующим и этомтемпературы и обслуживания не ,5 ил,пайку на кристалле и присоединение выво- силутрения междупрокладкамииносителяодов носителя к кристаллу пайкой, Способ мивыдерживают при 290 - 310 С в течение также требуетмодификации технологии 30 - 60 мин, охлаждают и извлекают носите- получения кристаллов, что неизбежно со-:ли из пакета, после чего локально покрывапряжено со снижением выхода годных из ют выводы носителей слоями тантала или . делий. В связи с наличием на кристаллах титана и ниеля с толщинами соответственмонтажных выступов существенно снижа- но 100 - ЗООА и 0,3-0,6 мкм с последующим ется надежность ИС из-занапряжении в облуживанием, при этом температуры навыступах и образования"интерметаллидов в несения покрытий и облуживания не превыпаяных микросоединениях, особенно при 10 шают 290-310 С.эксплуатациив условйях повышенных тем-На фиг,1-5 изображена технологичеператур. " : .ская последовательность сборки интегральНаиболее близким к заявляемому явля- ных схем по предлагаемому способу, ется способ сборки ИС на гибком носителе;вариайты;изготовленном из фольгированного диэлек . Гибкий носитель 1 представляет собой трика алюминий-полиимид с пониженнойэластичный металло-полимерный уэел, состепенью имйдизации, свободный от пере- стоящий из системы выводов 2, изготовленчисленнцх недостатков. Применение алю- ных из алюминия и расположенных на миния в качестве материала выводов диэлектрическом основании 3, в качестве носителей,а следовательно и ИС,обеспечи которого преимущественно используется вает возможность непосредственного при- полиимидная пленка. Гибкий носитель соединения выводов .к контактным . (Фиг.1) включает три взаимосвязанных: зоплощадкам кристаллов со стандартной алю- ны: периферийную 1, служащую для подклюминиевой металлизацией, т.е. без модифи- .чения зондов и базирования, зону монтажа. кации технологии их получения, 25 11 и внутреннююзону И 1 Окончания выводов . Технологический процесс. изготовления но- . 2 в зоне 1 соответствуют расположению сителей сравнительно несложен (отсутству- контактнцх площадок 4 полупроводниковоют операции прецизионной штамповки го кристалла 5. В соответствии с предлагаеполиимиднойпленки,дублированияинане-мым способом на гибких носителях, . сения электрохимических покрытий). Дан-. 30 выполненных из фольгированной полиный способ; также как и предыдущий, не имидной пленки с пониженной степенью требует применения драгметаллов. Недо- .имидизации, методом локального фотолистатком данногб технического решения яв-. тографического травления формируют месляется то, что в процессе изготовления та сварки 6, Затем гибкие носители носителей наблюдаются усадочные явле собирают в пакет 7 (фиг.2), состоящий из ния, приводящие к уходу габаритно-присо- чередующихся носителей 1 и прокладок 8, единительных размеров изделий, особенно сжимают пакет, напримерс.помощью припри термообработке носителей с цель о пол- жимного элемента 9 и одновременно повыной имидизации диэлектрического основа- шают его температуру до 290 - 310 С с ния, Интегральные схемы, изготовленные 40 ростом давления, увеличивая силу трения поданномуспособу,могутмонтироваться в между прокладками и носителями, выдераппаратуре только методом сварки, что яв- живают при 290 - 310 С втечение 30-60 мин, ляется серьезным ограничением, так как. охлаждают и извлекают носители из пакета. большинство потребителей осуществляетмонтажэлементной базы в аппаратуру пай После термообработки на выводах нокой и не имеет специального оборудования сителей 1 в зоне монтажа П формируютмондля микросварки,тажные выступы под пайку 10, например вЦелью изобретения является повыше- виде припойнцх выступов (фиг.3). Для этого ние надежности и выхода годных за счет выводыносителейлокальнопокрываютсло-, уменьшения внутренних напряжений в но ями танталла или титана и никеля с толщисителе.нами соответственно 100-300 А и 0,3 - 0,6Поставленная цельдостигаетсятем,что мкм с последующимоблуживание легкопри проведении сборки интегральных схем . плавкими припоями, например ПОС, При . на носителях; вцполйеннцх из фольгиро- этом температура нанесения покрытий и обванной полиимидной пленки перед соеди луживания не превышает 290-310 С.нением выводов носители собирают в Присоединение выводов носителя 1 к пакет, состоящий из чередующихся носите- кристаллу 5 осуществляют с помощью селей и прокладок, сжимают пакет и одновре- рийного сборочного оборудования, наприменно повышают его температуру до мер с использованием метода 290-310 ОС с ростом давления, увеличивая ультразвуковой микросварки. Для этого1781733 5 6внутренние окончания выводов 2 в зоне И пряжений в носителе, и тем самым препятсовмещают с контактными площадками 4 ствуютусадке. Важно отметйть, что притер- кристалла 5, после чего осуществляется, мообработке алюминиевые выводы сварка (фиг.4). Полученные микросхемы на становятся более пластичными, в них снигибком носителе после защиты поверхности 5 маются внутренниенапряжения, возникаю- кристалла, полимерным компаундом пере- щие в материалепри прокате алюминиевой дают на операцию контроля параметров; а фольги на этапе изготовления фольгировантакже при необходимости на технологиче- ного диэлектрика. В результате существенские отбраковочные испытания, например но улучшаются условия сварки и ,на электротермотренировку.10 воспроизводимость прочности сварных соПолучение положительного эффекта от единений,использования предполагаемого изобрете- Устранение усадкй "гибких носителей ния может быть объяснено следующим об- обеспечивает повышение выхода годных. разом. Выполнение носителей . из схем за счет улучшения совМещаемости фольгированной полиимидной пленки с по внутренних окончаний выводов носителей с ниженной степенью имидизациитребует контактными площадками кристалла, а отобязательного проведения термообработки . сутствие внутренних напряжений. в поли- после изготовления носителей с целью до- имидных элемейтах способствуют ведения имидизации до полной. Однако в повышению надежности схем..процессе термообработки полиимидные 20 ., Повышению надежности изделий спопленки, иэ которых изготовлено диэлектри-,. собствует также"илокальное покрытие выческое основание гибких носителей, изме- водов носителей слоямй танталла или няют свои геометрические размеры, т.е. титана и никеля с.толщинамйсоответственимеетместоусад полимера. Этоприводит . но 100 - 300 А и 0,3 - 0,6 мкм с последующим к появлению внутренних напряжений в пол горячим облуживанйем, Это обеспечиваетимериыхэлементах, кихдеформациии, как ся тем, что, как показывают эксперименследствие, к смещению выводов гибких но- тальные данные, прочность паяных сителей. Смещение вызывает изменение га- микросоединений (30 - 65 г) оказывается баритно-присоединительных размеров изначительно большей прочности соединеухудшаетсовмещаемость выводов носителя 30 ний этих же выводов, полученных методом с контактными площадками при сборке и ультразвуковойсварки(5 - 25 г), Важнаотме. монтаже. В результате существенно затруд- тить, что так как температуры нанесения няется проведение сборочных операций, . покрытий и облуживания не превышают ухудшается качество, снижаются надеж-310 ОС, то при их проведении воздейстность и выход годных изделий, Устранение 35 вие.повышенных"температур на гибкие но- , неблагоприятного влияния:усадки гибких . сители не приводит к дальнейшему носителей, изготовленных из фоль- увеличению усадки.гированного диэлектрика с пониженной . Термообработкаалюминиевыхвыводов. степенью имидизации в соответствии с способствует также улучшени 1 о условий.их предлагаемым способом достигается путем 40 пайки к подложкам, так как пластичные выводы легче деформируются и в них отсутствуют внутренние напряжения после пайки.П р и м е р. Гибкие носители 1 изготавливали из фольгированного диэлектрика с проведения термообрэботки при указанных в формуле режимах с приложением внешйего давления,. возрастающего с увеличением температуры, Для этого гибкие носители собирают в пакет, состоящий из чередующих пониженной степенью.имидизации, например, ФДИ-АП, методом послойного фотолитогрэфического травления. Диэлектрик ся носителей и прокладок, сжимают пакет, например при помощи прижимного элемента; повышаюттемпературу пакета, При при- представляет собой металлополимерную ложении. давления силы трения, ленту, полученную нанесением полиимидвозникающие между поверхностями гибких 50.ного лака нэ алюминиевую фольгу, Толщина носителей и прокладок; препятствуют усад- выводов 2 равна 30 мкм, диэлектрическогоке. Важно, чтОбы с увеличением внутренних основания 3 - 20 мкм. После травления и удэ, Напряжений, с ростом температуры. силыления фоторезиста гибкие носители 1 поме-.трения также увеличивались, Это достигает- щали в приспособление для термообрэботки ся тем, что прокладки выполнены измате 7, состоящее из прокладок (60 шт) 8, к кото-. риала с большим коэффициентом рым. приложено внешнее давление, наприобъемного расширения, чем у материала . мер с помощью прижимного элемента 9.прижимногозлемента(стойки,винты ит.п,). Прижимной элемент представлял собой В процессе термообрэботки силы трения опорные пластины со стойками. Внешнее обеспечивают уменьшение внутренних на-. давление к прокладкам прикладывалось по- .средством винта вручную. Важно отметить, сом Г 90.348.907 МК и выбраннымв качествечто первоначальное усилие прижима может прототипа, обеспечивает повышение набыть небольшим и неконтролируемым, так дежностии выхода годных за счетуменьшекак внешнее давление в соответствиис за- ния внутренних напряжений в носителе.являемым способом должно возрастать с 5 При использовании данного способа вростом температуры, Прижимной элемент местах соединения алюминиевых выводов свыполнен из нержавеющей стали, напри- контактными площадками кристалла обрамер 4 ОХ 13, имеющей меньший козффици- зуется однокомпонентная система А-А, вент обьемного расширения, чем алюминий которой полностью исключается возможили его сплав Д 16 АМ, из которого изготав ность образования интерметаалидов, чтоливаются прокладки, также обеспечивает повышение надежноТермообработку гибких носителей про- сти ИС. Исключение необходимости формиводили по ступенчатому режиму: рования на кристаллах выступов под пайку- повышение температуры со 150 до обеспечивает снижение трудоемкости их+10) С в течение 30 - 60 мин, обусловлено тем, что процесс одиночнойДанные измерений геометрических ультразвуковой микросварки в сравнении сразмеров носителей, выполненные с по- групповой пайкой гораздо более воспроиэмощью микроскопа УИМдо и после тер водим по качеству,мообработки показали, что при проведении Формирование на алюминиевых вывотермообработки в соответствии с заявляе- дах носителей монтажных выступов подмым способом их усадка на данной опера- пайку обеспечивает возможность их монтации не превышает сотые доли процента и не жа в аппаратуре как сваркой так и пайкой пооказывает неблагоприятного влияния на 25 выбору, что существенно расширяет технопроведение сборочных операций, что сви- логические возможности монтажа. Так, надетельствует о существенном уменьшении пример, монтаж микросхем, изготовленныхвнутренних напрякений в носителе, в соответствии с заявляемым способом, вФормирование монтажных выступов аппаратуру может быть осуществлен следу, под пайку на выводах носителей осуществ ющими методами (фиг,5):лялис использованием методоввакуумного сваркой внешних алюминиевых вывонапыления паяющихся систем, например дов 2 с контактными площадками подложекТа-М или Т - В с толщинами слоев соответ например ультразвуковым методомственно 100-300 А и О,З - 0,6 мкм с последу- (фиг.5, а);ющим горячим облуживанием носителей 35пайкой алюминиевых выворов 2 с ислегкоплавкими припоями (ПОС, ПОС, пользованиемсформированных на них выПСр 2,5 и т.п.). При этом локальность обра- ступов (фиг.5, б);ботки носителей достигалась путем приме- одновременной сваркой и пайкой выво. нения масок, на операции напыления, а дов(фиг.5, в)также использования естественной маски 40Впоследнемслучаеможетбытьобеспеокиси алюминия на выводах на операции чено существенное повышение надежностигорячего лужения. аппаратуры. Кроме того, при необходимоПосле разбраковки и контроля годные сти оказывается возможной комбинация- носители передавали на операцию сварки, этих методов, когда отдельные выводы миккоторую осуществляли ультразвуковым ме росхемц могут быть приварены, а остальныетодом на высокопроизводительном сбороч- припаяны к пассивной или активной подном оборудовании ЭМили ЭМ, ложке - 11.Полученные микросхемы на гибком носите- Кроме того, данное техническое решеле защищали полимерным компаундом, на- ние в сравнении с известными характеризупример 159-191, После проведения 50 ется рядом технико-экономическихтехнологических отбраковочных испытаний преимуществ;годные ИС передавали на монтажные опе- полное отсутствие драгоценных и острации. родефицитных материаловПайкусхем, например, на стандартные использование стандартных кристалпечатные платы осуществляли с использо лов, например, с алюминиевой металлизаванием импульсного микропаяльника. цией;Такимобразом;применение.заявляемо- воэможность проведения технологичего способа в сравнении с известным, в том ских отбраковочных испытаний ИС,числес применяемым в настоящее время на включая их термотренировку а такжепредприятии в соответствии с техпроцес- контроля параметров микросхем, в том числе перед монтажом в электронную аппаратурусокращение технологического цикла сборки за счет упрощения изготовления носителей. 5Предлагаемый способ сборки интегральных схем характеризуется существенными отличиями в сравнении с другими известными способами сборки И С на гибких носителях - неизвестной ранее последова тельностью проведения операций, объединением их в едином технологическом цикле и методом их выполнения, например, проведением предварительной термообработки гибких носителей с ростом давления при 15 увеличении силы трения между прокладками и носителями,Предлагаемый способ сборки ИС проработан на этапе ОКР, имеется конструкторская и разрабатывается технологическая 20 документация на изделия, по которым намечен серийный выпуск.Заявляемый способ может найти широкое применение в микроэлектронике и др. родственных областях, например при изго товлении элементной базы в бескорпусном исполнении и изделий МЭА и РЭА, содержащих интегральные схемы на гибких носителях. Формула изобретения Способ сборки интегральных схем, включающий изготовление носителей из фольгированной полиимидной, пленки, соединение выводов носителя с контактными площадками полупроводникового кристалла, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения надежности и выхода годных за счет уменьшения внутренних напряжений в носителе, перед соединением выводов носители собирают в пакет, состоящий из чередующихся носителей и прокладок, коэффициент объемного расширения материала которых выбирают большим коэффициента объемного расширения полиимидной пленки, сжимают пакет и одновременно повышают его температуру до 290 - 310 С, выдерживают при 290-310 С в течение 30-60 мин, извлекают носители из пакета, после чего покрывают выводы носителей слоями тантала или титана и никеля с толщинами соответственно 100-300 А и 0,3- 0,6 мк и облуживают их при температуре 290 - 310 С.1781733а УСоставитель В,Жора Редактор Т.Иванова Техред М.Моргентал Корректор М.ДемчикЪ аз 4277 Тираж . . Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул.Гагарина, 1