Способ изготовления трехмерного полимерного электронного модуля

 

Использование: в технологии изготовления электронной аппаратуры с бескорпусными электронными компонентами. Сущность изобретения: предложен способ двойного скрайбирования полупроводниковой пластины с обеспечением изолирования стыка кристалл-полимер; предварительное фиксирование компонентов происходит путем вакуумного прижима без приклейки компонентов и дальнейшей очистки лицевой поверхности кристалла; применены теплопроводные вкладыши в сочетании с теплорастекателем, что обеспечивает хороший теплоотвод от нагревающихся компонентов. Техническим результатом изобретения является создание технологического процесса изготовления трехмерного полимерного электронного модуля доступными средствами с применением стандартных активных и пассивных компонентов, получая при этом высокую плотность упаковки, эффективный теплоотвод и высокую надежность межсоединений. 6 з.п.ф-лы, 12 ил.

Изобретение относится к области технологии изготовления электронной аппаратуры с применением, в основном, бескорпусных электронных компонентов при расположении их и электрических связей между ними в трехмерном пространстве, а конкретно - к способу изготовления трехмерного полимерного электронного модуля.

В качестве исходных комплектующих электронных изделий приняты стандартные бескорпусные электронные компоненты, размещенные в теле полимерной микроплаты.

Предшествующий уровень техники Известно техническое решение по российскому патенту 2133522 от 20.06.99 г., H 01 L 21/66 "Способ изготовления и контроля электронных компонентов".

Способ изготовления и контроля электронных компонентов заключается в том, что множество кристаллов располагают в пресс-форме, ориентируясь на контактные площадки кристаллов и базовые элементы пресс-формы, изолируют все незащищенные поверхности кристаллов, кроме контактных площадок. Специфика способа заключается в том, что при расположении в пресс-форме кристаллы фиксируют между собой с образованием группового носителя, обеспечивая расположение лицевых поверхностей кристаллов в единой плоскости с одной из поверхностей группового носителя, при этом на эту плоскость наносят одновременно все проводники, необходимые для электротермотренировки и контроля, а также внешний разъем носителя. Одновременно с кристаллами в пресс-форму помещают групповую металлическую рамку, которую фиксируют одновременно с кристаллами. Групповой носитель может быть также образован гибкой печатной платой, соединенной с жестким основанием. Техническим результатом изобретения является удешевление процессов электротермотренировки и финишного контроля, сокращение длительности технологического процесса сборки и контроля электронного компонента.

Преимуществом данного решения является осуществление групповых методов электротермотренировки (ЭТТ) и функционального контроля электронных компонентов. К недостаткам следует отнести ограниченность технологии изготовления методами ЭТТ и контроля.

Известен также вариант конструктивного построения трехмерного электронного модуля по российскому патенту 2133523 от 20.06.99 г., H 01 L 25/03 "Трехмерный электронный модуль".

Изобретение относится к области создания трехмерных модулей с использованием бескорпусных объемных и пленочных электронных компонентов. Между самостоятельными электронными компонентами, выполненными на базе кристаллов ИС, и микроплатами, содержащими активные и пассивные электронные компоненты, размещены промежуточные платы многофункционального назначения. Все составные части модуля выполнены преимущественно из теплопроводящих материалов и совместно с элементами внутримодульного теплоотвода составляют эффективную теплоотводящую систему. Микроплаты и промежуточные платы дополнительно содержат пленочные активные и пассивные компоненты, выполненные по полупроводниковой, тонкопленочной или толстопленочной технологии, что значительно увеличивает функциональные возможности аппаратуры. Предложенная конструкция модуля универсальна и применима для электронной аппаратуры практически любого назначения. Конструкция модуля делает возможным его применение в жестких условиях эксплуатации и повышает плотность упаковки практически до технологического предела. Предложены варианты экономически эффективной сборки модуля путем капиллярной пайки или с применением эластичных элементов.

Преимуществом данного решения является его универсальность и получение очень высокой плотности упаковки. Но изобретение касается только конструкции и не отражает варианты технологического осуществления данной конструкции.

Известно техническое решение по международной заявке PCT/SU90/00022 (номер международной публикации WO 91/11824) H 01 L 25/04; G 11 C 17/00 от 24.01.90 г. "Трехмерный электронный блок и способ его изготовления".

Способ изготовления трехмерного электронного блока включает размещение электронных элементов в носителе, электрическое присоединение электронных элементов к выводным контактам носителя, размещение носителей в блоке параллельно друг другу, коммутацию носителей по боковым поверхностям блока, а также предварительнную группировку электронных элементов по принципу наименьшего количества выводных контактов у носителя, ориентировку электронных элементов относительно друг друга, предварительную их фиксацию, изготовление носителей с окончательным закреплением в них электронных элементов, электрическое изолирование незащищенных токопроводящих зон электронных элементов, кроме контактных площадок, очистку контактных площадок и выводных контактов носителей от органических загрязнений и окисных пленок, нанесение на поверхности электронных элементов и носителей проводников, электрическое соединение выводных контактов носителей по поверхности блока, герметизацию собранного блока. Предусматривается также размещение носителей в блоке с зазором и перепаивание их с использованием капиллярного эффекта, обеспечивая их механическое и электрическое соединение.

Преимуществами данного решения является комплексный подход к реализации трехмерной конструкции, вариант соединения носителей по граням блока, нанесение проводников методом вакуумного осаждения металлических пленок, а также вариант конструкции, когда один из носителей состоит из отдельных частей, соединенных электрически и механически по контактам, расположенным на их поверхностях. К недостаткам следует отнести отсутствие варианта применения кристаллов с предварительной защитой сколов, полученных в результате резки полупроводниковой пластины, а также монолитная конструкция теплоотвода.

Известно также техническое решение по авторскому свидетельству СССР 1266459 A1, H 05 K 7/06 от 15.11.84 г. "Блок электронной аппаратуры и способ его изготовления".

Способ изготовления блока включает выполнение пазов в боковых стенках оснований микроплат, формирование проводников на торцевых сторонах микроплат и в пазах боковых оснований микроплат, сборку микроплат в пакет и электрическое соединение проводников в пазах боковых стенок оснований соответствующих микроплат. Способ также предусматривает формирование проводников на торцевых сторонах микроплат и в пазах боковых стенок оснований микроплат, которое производят одновременно путем вакуумного напыления, а электрическое соединение проводников в пазах боковых стенок оснований соответствующих микроплат осуществляют вакуумным напылением с последующим обслуживанием. Вакуумное напыление проводников в пазах боковых стенок оснований микроплат осуществляют по всей поверхности боковых стенок оснований с последующей сошлифовкой напыленного слоя между пазами.

Преимуществом данного способа можно считать образование углубленных проводников, что повышает возможную токовую нагрузку при использовании блока, а также применение вакуумного напыления при изготовлении микроплат. К недостаткам следует отнести сложную и дорогую технологию персонального изготовления микроплат с углубленными фигурными пазами на торцах.

Известно также техническое решение по авторскому свидетельству СССР 934893, Н 05 К 1/14 от 14.03.80 г. "Блок электронной аппаратуры".

Блок радиоэлектронной аппаратуры, содержащий коммутационную плату, микроплаты с выводами, параллельно закрепленные торцами и электрически соединенные с коммутационной платой, при этом выводы для соединения каждой микропаты с коммутационной платой размещены на одном из торцев микроплаты, на других торцах которой размещены выводы для соединения микроплат между собой. Показан вариант конструкции блока с сошлифованными гранями для вскрытия балочных выводов и дальнейшим напылением металлических пленочных проводников по граням блока, что является безусловным достоинством данного технического решения.

К недостаткам следует отнести обязательное наличие балочных выводов, спрессованных в полимер, что снижает плотность упаковки и значительно повышает количество межсоединений; не представлен вариант теплоотвода от электронных компонентов, входящих в состав блока.

Наиболее близким аналогом настоящего изобретения являются технические решения по российскому патенту 2133522 от 20.06.99 г., H 01 L 21/66 "Способ изготовления и контроля электронных компонентов".

Основной задачей настоящего изобретения является создание технологического процесса изготовления трехмерного полимерного электронного модуля наиболее доступными средствами для любого предприятия электронного профиля. При этом необходимо обеспечить универсальность метода путем применения стандартных электронных активных и пассивных компонентов, получая при этом высокую плотность упаковки, эффективный теплоотвод и высокую надежность межсоединений.

Раскрытие изобретения Поставленная задача решается тем, что способ изготовления трехмерного полимерного электронного модуля, включающий прецизионную сквозную резку полупроводниковых пластин после предварительного контроля с образованием активных компонентов, ориентированное предварительное закрепление активных и пассивных компонентов в пресс-форме с обеспечением единой плоскости расположения контактных площадок компонентов, опрессовку в полимерный материал с образованием групповой микроплаты, нанесение проводников на лицевую и обратную стороны групповой микроплаты, проведение ЭТТ и функционального контроля, вырезку годных элементарных микроплат из групповой микроплаты, сборку микроплат в пакет с зазорами, электрическое соединение микроплат капиллярной пайкой, герметизацию и упаковку модуля, согласно изобретению включает изготовление в полупроводниковой пластине после предварительного контроля по лицевой поверхности пазы глубиной, достаточной для проникновения в них полимерного материала при последующей опрессовке. Предпочтительно, чтобы глубина пазов была не менее 100 мкм, но при этом должна сохраняться механическая прочность пластины для проведения последующих операций.

После этого на лицевую поверхность пластины и в пазы наносят изоляционный слой преимущественно пиролитическим осаждением с защитой от покрытия контактных площадок кристаллов. Это необходимо, чтобы изолировать сколы, возникшие при прорезке пазов и изолировать лицевую поверхность пластины для дальнейшего нанесения на нее проводников и дополнительных компонентов. Можно применить покрытие фоторезистом с дальнейшим его задубливанием, но при этом возникает опасность его отслоения при дальнейшей механической обработке.

Затем производят сквозную прецизионную резку полупроводниковой пластины с шириной реза, значительно меньшей ширины паза. Желательно обеспечить при этом повторяемость габаритных размеров получаемых кристаллов не хуже ±5 мкм. Возникающие при этом сколы на внутренней поверхности пазов влияния на последующие операции не оказывают.

Параллельно производят изготовление теплопроводных вкладышей преимущественно из керамики, при этом во вкладышах прошивают сквозные отверстия, необходимые для последующего соединения проводников, расположенных по обеим сторонам микроплаты. В дальнейшем вкладыши размещают между микроплатами, содержащими тепловыделяющие компоненты. Теплопроводные вкладыши и теплорастекатель можно изготавливать также из электропроводного или полупроводникового материала с последующим нанесением изоляционного слоя на все поверхности.

Одновременно изготавливают внешние выводы любым доступным для предприятия-изготовителя методом: лазерной резкой, штамповкой, химическим фрезерованием, электроэрозией и т.п.

Затем после очистки и переукладки годных после предварительного контроля кристаллов производят автоматическую посадку активных и пассивных компонентов, в том числе необходимых только для ЭТТ и контроля, а также теплопроводных вкладышей и внешних выводов с использованием вакуумного присоса в пресс-форму с ориентацией на реперные знаки, нанесенные на пресс-форму. Количество и место расположения вкладышей определяется расчетным путем. При обеспечении указанной выше повторяемости габаритных размеров кристаллов можно ориентировать их по контуру. Но для получения большей точности можно использовать машинное зрение при посадке компонентов в пресс-форму. В этом случае чаще применяют вакуумную присоску для удержания компонентов при переносе их из кассеты в пресс-форму. Для выполнения этой операции можно использовать высокопроизводительные автоматы для монтажа элементов на поверхность печатных плат.

Желательно при этом одновременно контролировать пассивные компоненты по электрическим параметрам и в случае несоответствия их заданным значениям компоненты в пресс-форму не помещать.

Затем производят замыкание пресс-формы с одновременным прижимом всех компонентов эластичными упорами, размещенными в пресс-форме, к плоскости пресс-формы, имеющей эластичное покрытие в зонах соприкосновения ее с контактными площадками кристаллов, затем вакуум от пресс-формы отключают. Эластичные упоры при этом не только надежно фиксируют компоненты, но и обеспечивают механическую разгрузку компонентов при эксплуатации, образуя вскрытие обратных сторон компонентов.

Опрессовку в групповую микроплату производят с образованием сквозных отверстий в местах будущих соединений проводников, расположенных по обеим сторонам групповой микроплаты. Возможен вариант, когда перед посадкой компонентов и вкладышей изготавливают групповую полимерную рамку, содержащую сквозные отверстия для дальнейших межплатных соединений и размещения в них компонентов, теплопроводных вкладышей и внешних выводов, а также базовые отверстия или выступы; рамку приклеивают к предварительно растянутой клейкой ленте; производят автоматическую посадку и приклейку к ленте лицевой стороной компонентов, а также теплопроводных вкладышей и внешних выводов; очищают открытые зоны ленты от клея преимущественно плазмохимическим способом; при этом вторичную опрессовку производят материалом и с применением режимов, исключающих значительное газовыделение или разрушение материала рамки; после опрессовки ленту удаляют, а лицевую поверхность групповой микроплаты очищают преимущественно плазмохимическим способом от остатков клея; при этом вакуумный присос не используют.

Затем после удаления облоя и литников, нанесения проводников на поверхности групповой микроплаты и металлизации отверстий производят локальное нанесение защитного слоя, преимущественно фоторезиста, за исключением металлизированных отверстий и контактных полей, расположенных по периметру каждой будущей элементарной платы.

На поверхностях микроплат можно формировать также компоненты, выполненные по тонкопленочной и/или толстопленочной технологии.

После чего производят локальное лужение всех незащищенных зон с заполнением металлизированных отверстий припоем, производят ЭТТ и функциональный контроль всех активных компонентов в составе групповой микроплаты. Последние три операции производят с учетом технических решений по российскому патенту 2133522.

Параллельно изготавливают теплорастекатель преимущественно из керамики, прошивают в нем сквозные отверстия, изготавливают сквозные пазы для последующего размещения в них теплопроводных вкадышей, производят нанесение проводников с одновременной металлизацией отверстий. Теплорастекатель также можно изготавливать из электропроводного или полупроводникового материала с последующим нанесением изоляционного слоя на все его поверхности.

После вырезки годных микроплат из групповой микроплаты дозированно наносят на теплорастекатель в места соприкосновения с вкладышами теплопроводную пасту.

Затем вводят внешние выводы микроплат в металлизированные отверстия теплорастекателя, а теплопроводные вкладыши - в пазы теплорастекателя при помощи приспособлений. Зазор между вкладышем и теплорастекателем должен быть минимальным (не более 100 мкм) для уменьшения термического сопротивления.

Далее запаивают внешние выводы в металлизированные отверстия и при помощи капиллярной пайки электрически соединяют между собой микролаты, после чего производят контроль пайки на отсутствие непропая или коротких замыканий преимущественно оптическими методами.

Возможен вариант, при котором после локального нанесения защитного слоя на поверхности групповой микроплаты проводят ЭТТ и функциональный контроль всех активных компонентов в составе групповой микроплаты; после вырезки годных микроплат из групповой микроплаты производят дозированное покрытие поверхностей микроплат теплопроводным электроизоляционным клеем; склеивают микроплаты между собой при помощи приспособления; удаляют остатки клея с торцевых поверхностей модуля преимущественно плазмохимическим методом; наносят проводники на торцевые поверхности сборки преимущественно методом вакуумного осаждения через маски; при необходимости утолщают проводники преимущественно методом горячего лужения; дозированно покрывают места соприкосновения теплопроводных вкладышей с теплорастекателем теплороводной смазкой; производят сборку с теплорастекателем, запаивают на него внешние выводы.

Существует также вариант, при котором после удаления остатков клея с торцевых поверхностей модуля производят сплошное покрытие металлическим слоем торцевых поверхностей, далее удаляют металлический слой преимущественно механическим методом с торцевых поверхностей, оставляя проводники только в углубленных местах модуля.

Далее производят вакуумную герметизацию теплопроводным компаундом, затем осуществляют финишный контроль желательно с применением контактирующего устройства с "нулевым" усилием сочленения, производят упаковку в тару, защищающую модуль от воздействия статического электричества.

Краткое описание фигур На фиг. 1. . . 12 изображены варианты технических решений, реализующих способ изготовления трехмерного полимерного электронного модуля.

Фиг. 1 - технологический маршрут изготовления трехмерного полимерного электронного модуля.

Фиг.2 - изготовление пазов в полупроводниковой пластине.

Фиг.3 - локальное изолирование полупроводниковой пластины.

Фиг.4 - прецизионная сквозная резка пластины.

Фиг.5 - ориентированная посадка компонентов в пресс-форму.

Фиг.6 - опрессовка в групповую микроплату.

Фиг.7 - фрагмент групповой полимерной рамки.

Фиг.8 - фрагмент групповой микроплаты после нанесения проводников и защитного слоя.

Фиг.9 - микроплата с активным компонентом и внешними выводами.

Фиг. 10 - микроплата с теплопроводным вкладышем и дополнительным компонентом.

Фиг.11 - теплорастекатель.

Фиг.12 - сборка и герметизация модуля.

Вариант осуществления изобретения В соответствии с технологическим маршрутом изготовления трехмерного полимерного электронного модуля (далее - модуля), изображенного на фиг.1, на операции 1.1 производят изготовление пазов в полупроводниковой пластине (далее - пластине), что показано на фиг.2. Пластина 1 удерживается вакуумом, подаваемым на вакуумный столик 2. Широким алмазным диском 3 по зонам разделения пластины 1 с контактными площадками 4 изготавливают пазы 5 на глубину "а", достаточную для проникновения в них полимерного материала.

Далее (фиг.3) на пластину 1 помешают "свободную" маску 6 таким образом, чтобы она полностью перекрывала контактные площадки 4, расположенные на лицевой поверхности пластины 1. Маска 6 удерживается магнитной доской 7, расположенной на обратной стороне пластины 1. Далее на лицевую поверхность пластины 1 наносят изоляционный слой 8 (операция 1.2 по фиг.1). Изоляционный слой 8 может быть как неорганическим, например из нитрида кремния или стекла, так и органическим, например из фоторезиста. При этом неорганический изоляционный слой 8 наносят методом пиролиза или напылением, а органический - расылением с дальнейшей термообработкой.

Затем (фиг.4) после приклейки пластины 1 к клейкой ленте 9 (операция 1.3 по фиг. 1) производят снова фиксирование пластины 1 при помощи вакуумного столика 2. При этом пластину 1 ориентируют на скрайбере по расположению контактных площадок 4 и производят сквозную резку пластины 1 (операция 1.4 по фиг. 1) алмазным диском 3, образуя сквозные пазы 10. При этом ширина сквозных пазов 10 должна быть существенно меньше ранее изготовленных пазов 5 на пластине 1 с таким расчетом, чтобы сохранить изоляционный сдой 8 на "ступеньке" получаемых кристаллов 11. Нужно при этом получить повторяемость габаритных размеров кристаллов 11 не хуже ±5 мкм.

Операции 1.5 и 1.6 по фиг.1 являются стандартными при изготовлении ИС и пояснений не требуют.

Далее (фиг. 5) производят автоматическую посадку компонентов в пресс-формы (операция 1.7 по фиг.1). Кристалл 11 захватывается вакуумной присоской 12, во время переноса из технологической кассеты центрирующими элементами 13 кристалл 11 ориентируется относительно присоски 12 и устанавливается на плоскость вкладыша пресс-формы 14, имеющего эластичный слой 15. Вкладыш пресс-формы 14 имеет полости и отверстия для соединения с вакуумным столиком 2. После установки кристалла вакуум с присоски 12 снимают и кристалл 11 удерживается в таком положении за счет вакуума, подаваемого через вакуумный столик 2. Аналогично устанавливают внешние выводы 16, изготовленные по операции 1.7А (фиг. 1), а также другие компоненты. Предварительно изготавливают теплопроводные вкладыши в соответствии с операцией 1.7В по фиг.1, которые также устанавливают на вкладыш пресс-формы 14. После этого производят опрессовку в групповую микроплату (операция 1.8 по фиг.1). При замыкании пресс-формы 17 (фиг.6) эластичные упоры 18, деформируясь, прижимают кристаллы 11, внешние выводы 16 и другие компоненты к эластичному слою 15 на вкладыше пресс-формы 14. После этого вакуум с вакуумного столика 2 (фиг.5) снимают и столик удаляют. Опрессовку производят пресс-материалом 19 с температурным кэффициентом линейного расширения (ТКЛР), согласованным с ТКЛР материала подложки кристаллов 11 и других компонентов. В пресс-форме 17 предусматривают выступы 20 для образования отверстий в групповой микроплате.

После опрессовки производят термообработку пресс-материала 19 (дополимеризацию) в соответствии с операцией 1.9 по фиг.1 и затем удаляют облой и литники (операция 1.10 по фиг.1) преимущественно механическим или гидромеханическим методом.

Возможно также применение полимерной рамки 21 (фиг.7), которую изготавливают традиционными способами из термореактивного или высокотемпературного термопластического полимера. Рамка 21 имеет сквозные отверстия 22 для размещения активных и пассивных компонентов, отверстия 23 для размещения внешних выводов 16, отверстия 24 для размещения теплопроводных вкладышей, отверстия 25 для подвода полимера во время повторного прессования, отверстия 26 для межплатных соединений и базовые отверстия 27. В этом варианте полимерную рамку 21 вставляют перед опрессовкой в пресс-форму 17 и в ее окна вводят компоненты.

Нанесение проводников (операция 1.11 по фиг.1) в основном соответствует патенту России 2133522 от 20.06.99 г. Но дополнительно групповая микроплата 28 (фиг.8), образованная в результате операции опрессовки (фиг.6), содержит не только кристаллы 11, но и внешние выводы 16, теплопроводные вкладыши 29, дополнительные компоненты 30, расположенные на изоляционном слое 8 компонентов и поверхностях теплопроводных вкладышей 29, компоненты, предназначенные только для ЭТТ и контроля 31, внешние проводники 32, проводники внутриплатных соединений 33, а также металлизированные отверстия для межплатных соединений 34 и металлизированные отверстия для межслоевых соединений 35 групповой микроплаты 28. Снаружи все компоненты, входящие в микроплаты, закрыты защитным слоем 36 (операция 1.12 по фиг.1) с образованием открытых контактных полей 37. Групповая микроплата 28 снабжена ребрами жесткости 38.

Далее производят локальное лужение проводников (операция 1.13 по фиг.1), включающее лужение металлизированных отверстий для межплатных соединений 34 и контактных полей 37 по фиг.8.

Затем производят ЭТТ и одновременно функциональный контроль групповых микроплат 28 на специализированных стендах или на стендах ЭТТ (операция 1.14 по фиг.1).

Годные микроплаты 39 вырезают из групповой микроплаты 28 (фиг.9 и операция 1.15 по фиг.1) таким образом, чтобы по периметру микроплат 28 образовались металлизированные впадины 40 с контактными полями 37. Микроплаты 39 могут содержать соединительные проводники 33, один или несколько кристаллов 11 или пассивных компонентов. На фиг.9 показан вариант микроплаты 39 с внешними выводами 16.

На фиг.10 показан вариант микроплаты 39, содержащей теплопроводный вкладыш 29, дополнительный компонент 30, соединительные проводники 33 и металлизированные отверстия для межплатных соединений 34. Любые микроплаты 39 могут содержать внешние выводы 16, расположенные вдоль одной из сторон микроплаты 39.

На фиг.9 и 10 защитный слой 36 условно не показан.

Перед сборкой модуля изготавливают теплорастекатель 41 (фиг.11 и операция 1.16А по фиг.1). Теплорастекатель 41 содержит пазы 42 для дальнейшего сопряжения с теплопроводными вкладышами 29, металлизированные отверстия 43 и соединенительные проводники 33, расположенные на противоположных плоскостях теплорастекателя 41.

Сборка модуля (фиг.12 и операция 1.16 по фиг.1) состоит из нанесения на сопрягаемые поверхности микроплат 39 теплопроводной пасты 44, сборки микроплат 39 с расчетным шагом "в пакет" и перепайки их капиллярным способом при помощи припоя 45. При этом микроплаты 39 могут содержать активные компоненты - кристаллы 11, пассивные компоненты 46, теплопроводные вкладыши 29 и соединительные проводники 33. После чего внешние выводы 16 вводят в металлизированные отверстия 43 теплорастекателя 41, предварительно нанеся теплопроводную пасту 44 в места соединения теплопроводных вкладышей 29 с пазами 42 теплорастекателя 41. Внешние выводы 16 запаивают припоем 45 в металлизированные отверстия 43.

Далее модуль герметизируют теплопроводным компаундом 47 вакуумным способом для удаления воздушных включений (операция 1.17 по фиг.1).

На заключительной стадии модуль подвергают финишному контролю (операция 1.18 по фиг.1) на соответствие техническим условиям и упаковывают (операция 1.19 по фиг.1) в тару с защитой от статического электричества.

Данное изобретение может быть с успехом использовано в производстве трехмерных электронных модулей с получением высоких характеристик надежности, универсальности и плотности упаковки. При этом обеспечивается низкая себестоимость изготовления, равная себестоимости изготовления электронной аппаратуры традиционными способами поверхностного монтажа корпусированных компонентов.

Формула изобретения

1. Способ изготовления трехмерного полимерного электронного модуля, включающий прецизионную сквозную резку полупроводниковых пластин после предварительного контроля с образованием активных компонентов, ориентированное предварительное закрепление активных и пассивных компонентов в пресс-форме с обеспечением единой плоскости расположения контактных площадок компонентов, опрессовку в полимерный материал с образованием групповой микроплаты, нанесение проводников на лицевую и обратную стороны групповой микроплаты, проведение ЭТТ и функционального контроля, вырезку годных элементарных микроплат из групповой микроплаты, сборку микроплат в пакет с зазорам и, электрическое соединение микроплат, герметизацию и упаковку модуля, отличающийся тем, что в полупроводниковой пластине после предварительного контроля по лицевой поверхности изготавливают пазы глубиной, достаточной для проникновения в них полимерного материала при последующей опрессовке; после этого на лицевую поверхность пластины и в пазы наносят изоляционный слой преимущественно пиролитическим осаждением с защитой от покрытия контактных площадок кристаллов; затем производят сквозную прецизионную резку полупроводниковой пластины с шириной реза, значительно меньшей ширины паза; при этом параллельно производят изготовление теплопроводных вкладышей преимущественно из керамики, при этом во вкладышах прошивают сквозные отверстия, необходимые для последующего соединения проводников, расположенных по обеим сторонам микроплаты; одновременно изготавливают внешние выводы; затем после очистки и переукладки годных после предварительного контроля кристаллов производят автоматическую посадку активных и пассивных компонентов, а также теплопроводных вкладышей и внешних выводов; затем производят замыкание пресс-формы с одновременным прижимом всех компонентов эластичными упорами, размещенными в пресс-форме, к плоскости пресс-формы, имеющей эластичное покрытие в зонах соприкосновения ее с контактными площадками кристаллов; опрессовку в групповую микроплату производят с образованием сквозных отверстий в местах будущих соединений проводников, расположенных по обеим сторонам групповой микроплаты; затем после удаления облоя и литников, нанесения проводников на поверхности групповой микроплаты и металлизации отверстий производят локальное нанесение защитного слоя, преимущественно фоторезиста, за исключением металлизированных отверстий и контактных полей, расположенных по периметру каждой будущей элементарной платы; после чего производят локальное лужение всех незащищенных зон с заполнением металлизированных отверстий припоем, производят ЭТТ и функциональный контроль всех активных компонентов в составе групповой микроплаты; параллельно изготавливают теплорастекатель преимущественно из керамики, прошивают в нем сквозные отверстия, изготавливают сквозные пазы для последующего размещения в них теплопроводных вкладышей, производят нанесение проводников с одновременной металлизацией отверстий; после вырезки годных микроплат из групповой микроплаты производят дозированное нанесение на теплорастекатель в места соприкосновения с вкладышами теплопроводной пасты; после чего вводят внешние выводы микроплат в металлизированные отверстия теплорастекателя, а теплопроводные вкладыши - в пазы теплорастекателя при помощи приспособлений; далее запаивают внешние выводы в металлизированные отверстия; электрически соединяют между собой микроплаты; далее производят вакуумную герметизацию теплопроводным компаундом; затем осуществляют финишный контроль с применением контактирующего устройства с "нулевым" усилием сочленения; производят упаковку в тару, защищающую модуль от воздействия статического электричества.

2. Способ изготовления модуля по п. 1, отличающийся тем, что автоматическую посадку компонентов, теплопроводных вкладышей и внешних выводов производят с использованием вакуумного присоса с ориентацией на реперные знаки, нанесенные на пресс-форму, при этом одновременно контролируют пассивные компоненты по электрическим параметрам и, в случае несоответствия их заданным значениям, компоненты в пресс-форму не помещают; после замыкания пресс-формы вакуум отключают.

3. Способ изготовления модуля по п. 1, отличающийся тем, что автоматическую посадку компонентов, теплопроводных вкладышей и внешних выводов производят путем предварительного изготовления групповой полимерной рамки, содержащей сквозные отверстия для дальнейших межплатных соединений и размещения в них компонентов, теплопроводных вкладышей и внешних выводов, а также базовые отверстия или выступы; рамку приклеивают к предварительно растянутой клейкой ленте; производят ароматическую посадку и приклейку к ленте лицевой стороной компонентов, а также теплопроводных вкладышей и внешних выводов; очищают открытые зоны ленты от клея преимущественно плазмохимическим способом; при этом опрессовку в групповую микроплату производят материалом и с применением режимов, исключающих значительное газовыделение или разрушение материала рамки; после опрессовки ленту удаляют, лицевую поверхность групповой микроплаты очищают преимущественно плазмохимическим способом от остатков клея, далее удаляют облой и литники.

4. Способ изготовления модуля по п. 1, отличающийся тем, что электрически соединяют между собой микроплаты путем предварительного нанесения на сопрягаемые поверхности микроплат теплопроводной пасты, сборки микроплат с расчетным шагом "в пакет" и перепайки их капиллярным способом при помощи припоя.

5. Способ изготовления модуля по п. 1, отличающийся тем, что электрически соединяют между собой микроплаты путем предварительного дозированного покрытия поверхностей микроплат теплопроводным электроизоляционным клеем, склеиванием микроплат между собой при помощи приспособления, удалением остатков клея с торцевых поверхностей модуля преимущественно плазмохимическим методом, далее электрически соединяют микроплаты путем нанесения проводников на торцевые поверхности преимущественно методом вакуумного осаждения через маски, при необходимости утолщают проводники преимущественно методом горячего лужения.

6. Способ изготовления модуля по п. 1, отличающийся тем, что электрически соединяют между собой микроплаты путем предварительного дозированного покрытия поверхностей микроплат теплопроводным электроизоляционным клеем, склеиванием микроплат между собой при помощи приспособления, удалением остатков клея с торцевых поверхностей модуля преимущественно плазмохимическим методом, далее электрически соединяют микроплаты сплошным покрытием металлическим слоем торцевых поверхностей, затем удаляют металлический слой преимущественно механическим методом с торцевых поверхностей, оставляя проводники в углубленных местах модуля.

7. Способ изготовления модуля по п. 1, отличающийся тем, что перед нанесением проводников на поверхности микроплат формируют компоненты, выполненные по тонкопленочной и/или толстопленочной технологии.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7, Рисунок 8, Рисунок 9, Рисунок 10, Рисунок 11, Рисунок 12