Многокристальный модуль

 

Изобретение относится к радиоэлектронной и цифровой электронно-вычислительной технике, в частности к микроэлектронному конструированию, и может быть использовано при проектировании многокристальных модулей на основе полупроводниковых подложек. Сущность изобретения: для увеличения быстродействия, степени интеграции, надежности и расширения температурного диапазона работы многокристального модуля, в многокристальном модуле, который содержит подложку 1, выполненную из полупроводникового материала, например кремния, на поверхности которой установлены внутренние и внешние контактные площадки 2 и 3, соединенные между собой посредством металлизированных проводников, расположенных на соответствующих слоях металлизации, установлены кристаллы микросхем 9, выводы 5 которых соединены с соответствующими внутренними контактными площадками 2, основание, крышку 6 и внешние выводы 7. Полупроводниковая подложка 1 и основания выполнены как единое целое, полупроводниковые структуры выполнены в подложке модуля, крышка 6 модуля установлена непосредственно на подложку 1, внешние выводы подсоединены непосредственно к внешним контактным площадкам 3 подложки и расположены с внешней стороны крышки 6, при этом подложка 1 снабжена укрепляющей пластиной 9 и радиатором охлаждения 11, в модуле применены полимерные клеевые материалы при сборке, конструкционные материалы с согласованными температурными коэффициентами теплового линейного расширения. 9 з.п. ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к радиоэлектронной и цифровой электронно-вычислительной технике, в частности к микроэлектронному конструированию, и может быть использовано при проектировании многокристальных модулей на основе полупроводниковых подложек.

Известен многокристальный модуль, содержащий многослойную полиимидную подложку с медными проводниками, устанавливаемую в корпус, на поверхности которой установлены кристаллы микросхем, выводы которых соединены с соответствующими контактными площадками подложки групповым способом автоматической сборки на ленту-носитель, и которые соединены между собой посредством металлизированных проводников, расположенных на соответствующих слоях металлизации подложки [1] Наиболее близким к предлагаемому является многокристальный модуль фирмы Rockwe ll International Corp. [2] содержащий подложку, выполненную из полупроводникового материала, например кремния, на поверхности которой установлены внутренние и внешние контактные площадки, соединенные между собой посредством металлизированных проводников, расположенных на соответствующих слоях металлизации, установлены кристаллы микросхем, выводы которых соединены с соответствующими внутренними контактными площадками, которая установлена в корпус, состоящий из основания, имеющего по периметру выступ со множеством электрических контактов, протянутых через этот выступ для электрического соединения внешних контактных площадок подложки с внешними контактными площадками основания, с которыми соединены внешние выводы модуля, втулки, которая укреплена на выступе по периметру основания и крышки, которая установлена на втулку и приварена по периметру. Корпус многокристального модуля установлен на печатную плату с помощью опорной рамки, по углам которой имеются отверстия для болтового соединения с печатной платой.

Однако данная конструкция обладает невысокими быстродействием, степенью интеграции, уровнем надежности многокристального модуля и ограниченным диапазоном рабочих температур.

Целью изобретения является увеличение быстродействия, степени интеграции, надежности и расширение температурного диапазона работы многокристального модуля.

Цель достигается тем, что многокристальный модуль содержит подложку, выполненную из полупроводникового материала, например кремния, на поверхности которой установлены внутренние и внешние контактные площадки, соединенные между собой посредством металлизированных проводников, расположенных на соответствующих слоях металлизации, установлены кристаллы микросхем, выводы которых соединены с соответствующими внутренними контактными площадками, основание, крышку и внешние выводы; основание выполнено монолитно с подложкой из полупроводникового материала, например кремния, крышка установлена на подложку со стороны кристаллов микросхем, причем между крышкой и подложкой по периметру крышки расположен слой из полимерного клеевого материала, а внешние выводы модуля подсоединены к внешним контактным площадкам подложки, которые установлены по периметру подложки с наружной стороны крышки.

Подложка многокристального модуля содержит полупроводниковые структуры, например ЗУ, микропроцессоры.

Крышка модуля выполнена из кремния или керамического материала.

На основании с внешней стороны установлена укрепляющая пластина, причем между основанием и укрепляющей пластиной расположен слой из полимерного клеевого материала.

Укрепляющая пластина выполнена из кремния или керамического материала, например нитрида алюминия.

На основании или укрепляющей пластине с внешней стороны установлен радиатор, причем между радиатором и основанием или укрепляющей пластиной расположен слой из полимерного клеевого материала.

Выполнение полупроводниковой подложки и основания как единого целого упрощает конструкцию многокристального модуля, уменьшает его габаритные размеры и длины линий электрических соединений, что позволяет увеличить плотность компоновки и быстродействие модуля.

Введение в кремниевую подложку полупроводниковых схемных устройств (например, ЗУ, микропроцессоров) позволяет увеличить степень интеграции многокристального модуля.

Установка крышки многокристального модуля непосредственно на подложку таким образом, что внешние выводы модуля подсоединяются к внешним контактным площадкам подложки, расположенным вне крышки по периметру подложки, упрощает конструкцию модуля, уменьшает количество контактных соединений во внешних цепях модуля, улучшает герметичность модуля и его ремонтопригодность, что позволяет повысить надежность многокристального модуля.

Применение полимерных клеевых материалов упрощает конструкцию многокристального модуля, улучшает герметизацию модуля, повышает его надежность и ремонтопригодность.

Установка радиатора позволяет уменьшить тепловое сопротивление и расширить диапазон рассеиваемой мощности модуля.

Упрощенная конструкция модуля, выбор материалов с согласованными коэффициентами теплового линейного расширения позволяют расширить температурный диапазон работы модуля.

Предлагаемый многокристальный модуль может работать в диапазоне сверхнизких температур.

На фиг. 1 представлена аксонометрия предложенного модуля; на фиг. 2 - фрагмент сечения многокристального модуля; на фиг. 3 фрагмент сечения многокристального модуля с укрепляющей пластиной; на фиг. 4 фрагмент сечения многокристального модуля с укрепляющей пластиной и радиатором охлаждения.

Модуль содержит подложку 1, выполненную из полупроводникового материала, например кремния, на поверхности которой установлены внутренние контактные площадки 2 и внешние контактные площадки 3, соединенные между собой посредством металлизированных проводников, расположенных на соответствующих слоях металлизации, установлены кристаллы микросхем 4, выводы 5 которые соединены с соответствующими внутренними контактными площадками 2, основание, которое выполнено монолитно с подложкой 1, крышку 6 и внешние выводы 7; крышка 6 установлена на подложку 1 со стороны кристаллов микросхем 4, причем между крышкой 6 и подложкой 1 по периметру крышки расположен слой 8 из полимерного клеевого материала, а внешние выводы 7 модуля подсоединены к внешним контактным площадкам 3 подложки 1, которые установлены по периметру подложки 1 с наружной стороны крышки 6 (фиг.2).

На основании модуля, с его внешней стороны может быть установлена укрепляющая пластина 9, причем между основанием и пластиной 9 расположен слой 10 из полимерного клеевого материала (фиг. 3).

При значительной рассеиваемой мощности многокристального модуля для отвода тепла на его основание или пластину 9 с внешней стороны может быть установлен радиатор 11, причем между радиатором 11 и основанием или пластиной 9 расположен слой 12 из полимерного клеевого материала (фиг. 4).

Установка кристаллов 4 может производиться как по методу перевернутого кристалла (лицом вниз), так и лицом вверх. Кристаллы 4 предварительно приклеивают к поверхности подложки 1, что обеспечивает ориентацию выводов 5 кристалла относительно внутренних контактных площадок 2 подложки.

Выводы 5 кристаллов приваривают или припаивают к соответствующим внутренним контактным площадкам 2.

Внешние выводы 7 многокристального модуля (например, гибкий носитель) соединяются методом сварки или пайки с внешними контактными площадками 3 подложки 1.

Внешние выводы 7 многокристального модуля в дальнейшем могут быть сформированы в соответствии с выбранным методом монтажа многокристального модуля на материнскую печатную плату.

Крышка 6 модуля выполнена из кремния или керамического материала, имеющего коэффициент теплового линейного расширения, близкий к коэффициенту теплового линейного расширения кремниевой подложки 1.

Укрепляющая пластина 9 выполнена из полупроводникового материала, например кремния, или из керамического материала, имеющего коэффициент теплового линейного расширения, близкий к коэффициенту теплового линейного расширения кремния (например, из нитрида алюминия).

Согласование коэффициентов теплового линейного расширения полупроводниковых кристаллов 4, кремниевой подложки 1, крышки 6 и укрепляющей пластины 9 практически исключает температурные напряжения в конструкции многокристального модуля.

Для изготовления предлагаемого многокристального модуля использована промышленная микроэлектронная технология БИС и СВИС и промышленное оборудование.

Конструкция предложенного многокристального модуля обеспечивает работоспособность как в нормальных температурных условиях, так и в диапазоне сверхнизких температур (например, при температуре жидкого азота), что примерно на порядок повышает быстродействие модуля.

Предложенный модуль характеризуется максимальным быстродействием, повышенной степенью интеграции высокой надежностью и широким температурным диапазоном работы.

Формула изобретения

1. Многокристальный модуль, содержащий подложку, выполненную из полупроводникового материала, размещенные на одной поверхности подложки внутренние и внешние контактные площадки, соединенные между собой посредством металлизированных проводников, расположенных на соответствующих слоях многослойной металлизации подложки, установленные на подложке кристаллы микросхем, выводы которых соединены с соответствующими внутренними контактными площадками, крышку и внешние выводы, которые подсоединены к внешним контактным площадкам подложки, отличающийся тем, что внешние контактные площадки расположены на подложке по ее периметру, а крышка установлена на подложке со стороны размещения кристаллов микросхем и приклеена к ней по периметру, при этом внешние контактные площадки подложки открыты и расположены с внешней стороны относительно корпуса.

2. Модуль по п.1, отличающийся тем, что в качестве полупроводникового материала подложки использован кремний.

3. Модуль по п.1 или 2, отличающийся тем, что в подложке сформирована полупроводниковая структура.

4. Модуль по п.1, или 2, или 3, отличающийся тем, что в качестве полупроводниковой структуры использованы схемы ЗУ, микропроцессоров.

5. Модуль по п.1, или 2, или 3, отличающийся тем, что крышка выполнена из кремния или керамического материала.

6. Модуль по любому из пп.1 3, отличающийся тем, что подложка снабжена пластиной, которая установлена на ней с ее внешней стороны, противоположной размещению кристаллов микросхем, и соединена с ней посредством клеевого соединения.

7. Модуль по п.6, отличающийся тем, что пластина выполнена из кремния или керамического материала.

8. Модуль по п.7, отличающийся тем, что в качестве керамического материала пластины использован нитрид алюминия.

9. Модуль по п.1 или 6, отличающийся тем, что он снабжен радиатором, который установлен на подложке с ее внешней стороны и соединен с ней посредством клеевого соединения или установлен на пластине с ее внешней стороны и соединен с ней посредством клеевого соединения.

10. Модуль по любому из пп.6 9, отличающийся тем, что клеевое соединение выполнено в виде слоя полимерного клеевого материала.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4