Способ изготовления полимерного электронного модуля

Изобретение относится к области технологии изготовления трехмерных полимерных электронных модулей с применением многовыводных электронных компонентов. Сущность изобретения: в способе изготовления полимерного электронного модуля микроплаты, входящие в модуль, выполнены в виде рельефных плат с утопленными проводниками, практически полностью расположенными в теле микроплат. При этом они имеют минимально возможную ширину при эквивалентном размере, многократно превышающем аналогичный плоский проводник. Это позволяет иметь внешнюю ширину проводников и шаг расположения между ними не более чем на кристалле. Способ теплоотвода позволяет эффективно отводить тепло как непосредственно от нагревающихся компонентов, так и от проводников, имеющих большую токовую нагрузку. Данный способ сохраняет все преимущества трехмерных модулей и может быть успешно использован при изготовлении современной электронной аппаратуры. 12 з.п. ф-лы, 7 ил.

 

Область техники

Изобретение относится к области технологии изготовления трехмерных полимерных электронных модулей с применением многовыводных электронных компонентов, имеющих высокую токовую нагрузку, а конкретно к способу изготовления полимерного электронного модуля.

Уровень техники

Известно техническое решение по российскому патенту 2133522, H01L 21/66 от 20.06.99 г."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, H01L 25/03 от 20.06.99 г. "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/SU 90/00022 (номер международной публикации WO 91/11824), H01L 25/04; G11C 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 предварительную 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, H05K 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 электричесое 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 облуживанием. 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 техническое решение по патенту RU 2193259, H01L 25/04 от 31.10.01 г. "Способ изготовления трехмерного полимерного электронного модуля".

Предложен способ двойного скрайбирования полупроводниковой пластины с обеспечением изолирования стыка кристалл-полимер, предварительное фиксирование компонентов происходит путем вакуумного прижатия 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. К недостаткам этого изобретения следует отнести необходимость применения достаточно широких проводников, что ограничивает применение данного изобретения для относительно маловыводных компонентов с небольшой токовой нагрузкой.

Однако наиболее близким аналогом патентуемого решения является именно этот патент RU 2193259.

Сущность изобретения

Основной задачей данного изобретения является создание трехмерной электронной аппаратуры, использующей многовыводные компоненты и имеющей эффективный теплоотвод при больших токовых нагрузках без увеличения габаритных размеров аппаратуры.

Данная задача решается тем, что способ изготовления полимерного электронного модуля включает предварительный контроль активных электронных компонентов на полупроводниковой пластине, резку ее, после чего активные компоненты локально изолируют, кроме их контактных площадок, после резки полупроводниковой пластины.

Предварительный контроль активных компонентов производят в составе пластины стандартыми средствами при помощи тестеров и зондовых установок. Далее разрезают пластину сквозной резкой алмазным инструментом. При этом целесообразно предварительно приклеить пластину к фигурному держателю, имеющему сквозные отверстия для подведения вакуума. На пластину помещают свободную маску, защищающую контактные площадки компонентов и удерживаемую постоянными магнитами, расположенными с обратной стороны держателя. Жидкий диэлектрик (например, фоторезист) распыляют в пространстве над пластиной и он засасывается в пазы, образованные после сквозной резки пластины, таким образом покрывая как лицевую, так и торцевые и частично обратные поверхности компонентов. При необходимости после этого производят термообработку, задубливая фоторезист. Пассивные электронные компоненты подвергают контролю на соответствие параметрам при помощи стандартных средств. До сборки компоненты полезно поместить в кассету, защищающую их от электростатики и механических повреждений.

Одновременно изготавливают лицевой и тыльный рельефные вкладыши, которые помещают в пресс-форму. При изготовлении рельефных вкладышей в качестве заготовки используют листовую закаленную инструментальную сталь, в которой формируют впадины и выступы по местам расположения будущих проводников методами глубокого химического травления или лазерной обработки или электроэрозии с последующей электрополировкой и хромированием. Таким образом получают выступы шириной до 30 мкм и высотой до 100...150 мкм.

После этого производят посадку компонентов в пресс-форму, обеспечивая совпадение контактных площадок компонентов с соответствующими выступами на лицевом вкладыше, используя вакуумный прижим к нему, при этом получают совмещение лицевой поверхности компонентов с поверхностью впадин на будущей групповой микроплате. Операцию ориентированной посадки компонентов в пресс-форму производят с применением установок с машинным зрением или установок для монтажа перевернутых кристаллов (flip-chip), при этом точность позиционирования выдерживают не хуже ±10 мкм.

Тыльный вкладыш закрепляют на ответной части пресс-формы; затем при замыкании пресс-формы прижимают компоненты к лицевому вкладышу эластичными прижимами, закрепленными на ответной части пресс-формы, после чего вакуумный прижим снимают. Данную операцию целесообразно производить с использованием робота-манипулятора.

Производят опрессовку годных после предварительного контроля активных и пассивных компонентов в групповую микроплату с рельефными впадинами на месте будущих проводников. При опрессовке в групповую микроплату применяют термореактивный или термопластичный теплопроводный и электроизоляционный пресс-материал. Для повышения производительности данной операции целесообразно применять термопластичный материал, например полисульфоны марки ПС-КС, Р1700, Р1720 или полиэфиримиды марки ULTEM-1000, ULTEM-2200. При опрессовке учитывают, что изготовленные впоследствии микроплаты могут быть различной конфигурации, например П-образной формы по аналогии с указанной на фиг.14 российского патента 2133523 "Трехмерный электронный модуль", предназначенной для размещения впоследствии теплопроводного ребра.

Далее производят термообработку, удаление литников и облоя, прошивают переходные отверстия в групповой микроплате методом сверления на многошпиндельных автоматах. При термообработке происходит деполимеризация пресс-материала, при необходимости термообработку после опрессовки в групповкю микроплату совмещают с терморихтовкой групповой микроплаты.

Наносят проводники методом вакуумного осаждения с планетарным вращением групповой микроплаты через свободные маски только в места прохождения рельефных впадин на групповой микроплате с одновременным формированием внешнего разъема групповой микроплаты и металлизацией переходных отверстий.

При нанесении проводников на групповую микроплату используют свободные маски, изготовленные методом лазерной обработки с последующим удалением наплывов материала на плоскости масок методом шлифования, после чего свободные маски покрывают антиадгезионным покрытием, облегчающим их регенерацию. Перед нанесением проводников производят удаление органических и окисных пленок в едином вакуумном цикле с осаждением проводников преимущественно методом ионной бомбардировки. Данную операцию целесообразно производить на вакуумных установках непрерывного или полунепрерывного действия.

Далее производят наращивание проводников электропроводным материалом до максимального заполнения впадин. Наращивание проводников производят химическим или гальваническим методами, или методом вакуумного нанесения, или горячим лужением. В последнем случае применяют лудящий состав, не растворяющий материал нанесенных проводников (например, припой ПОСМ, не растворяющий медное покрытие). В результате проведения этой операции желательно получить полное заполнение впадин. При этом эффективная площадь проводника увеличивается в несколько раз. Например, при наружной ширине рельефного проводника в 50 мкм и глубине впадины в 100 мкм получается проводник, эквивалентный плоскому проводнику шириной 250 мкм.

Затем изолируют тыльную поверхность групповой микроплаты с целью предотвращения коротких замыканий при последующей сборке микроплат в пакет. Изолирование производят как органическим составом типа фоторезиста методом пульверизации, так и неорганическим составом типа нитрида кремния методом пиролитического осаждения.

После этого проводят групповую электротермотренировку (ЭТТ) с одновременным функциональным контролем в соответствии с техническими условиями на примененные компоненты.

Далее производят прецизионную вырезку годных микроплат из групповой микроплаты, образуя на торцевых поверхностях микроплат контактные поля из поперечных срезов рельефных проводников. Вырезку производят алмазными дисками на установках резки полупроводниковых пластин. После вырезки годных микроплат из групповой микроплаты производят подтравливание проводников и/или пресс-материала, занесенного на соседние участки торцев микроплат в процессе вырезки.

Затем производят крепление заранее изготовленных внешних выводов к микроплатам. Крепление внешних выводов к микроплатам производят методами пайки или приклейки токопроводящим клеем в металлизированные выемки, предназначенные для размещения внешних выводов.

Собирают микроплаты в пакет методом склеивания с ориентированием по контактным полям на торцевых поверхностях микроплат и с выдерживанием необходимого шага расположения микроплат, при этом некоторые микроплаты образуют несквозные окна в пакете для дальнейшего расположения в них теплопроводных ребер. При склейке должен образоваться непрерывный клеевой шов по всему периметру склеиваемых микроплат.

После этого удаляют наплывы клея, перекрывающие контактные поля. Удаление наплывов клея производят плазмохимическим методом в нейтральной среде.

Далее наносят проводники, соединяющие контактные поля микроплат и внешние выводы между собой, на грани пакета методом вакуумного осаждения через свободные маски с дальнейшим их наращиванием по аналогии с операцией нанесения и наращивания проводников на групповую микроплату.

Затем производят закрепление теплоотвода, состоящего из теплопроводных ребер, входящих в окна пакета и имеющих тепловой контакт с тепловыделяющими компонентами, и теплорастекателей, имеющих тепловой контакт между собой, с теплопроводными ребрами и проводниками, расположенными на поверхностях граней пакета. Теплопроводные ребра и теплорастекатели изготавливают из теплопроводного электроизоляционного материала или из электропроводного материала с последующим изолирующим покрытием. Например, если теплопроводные ребра и теплорастекатели изготавливают из алюминия или его сплавов, то после изготовления заготовок из профиля, производят механическую обработку фрезерованием и, при необходимости, лазерную прошивку отверстий под внешние выводы модуля, и далее - электроизоляционное анодирование. Сборку микропдат в пакет, закрепление теплопроводных ребер и теплорастекателей производят с применением теплопроводного электроизоляционного клея, обеспечивая при этом герметизацию модуля.

В заключение производят финишный контроль и упаковку готового модуля в тару, защищающую модуль от статического электричества.

Перечет фигур и чертежей

В дальнейшем предлагаемое изобретение поясняется конкретными примерами его выполнения и прилагаемыми чертежами, на которых:

фиг.1 изображает технологический маршрут изготовления полимерного электронного модуля;

фиг.2 изображает ориентированную посадку компонента в пресс-форму;

фиг.3 изображает опрессовку компонентов в групповую микроплату;

фиг.4 изображает фрагмент групповой микроплаты после нанесения на нее проводников;

фиг.5 изображает сборку микроплат в пакет и крепление внешних выводов;

фиг.6а изображает верхний П-образный теплорастекатель;

фиг.6б изображает нижний П-образный теплорастекатель;

фиг.7 изображает продольный разрез модуля.

Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения

На фиг.1 изображен технологический маршрут изготовления полимерного электронного модуля (далее модуля).

Предварительно проводят подготовку активных компонентов к сборке (опер.19), которая состоит из известных стандартных операций. Производят контроль активных компонентов на полупроводниковой пластине (опер.19.1). Далее производят сквозную резку пластины на активные компоненты (опер.19.2) с предварительным закреплением пластины на фигурном основании, при этом ориентируются на контактные площадки активных компонентов. Затем очищают пластину от кремниевой пыли деионизованной водой (опер.19.3) с последующей сушкой. На все поверхности пластины за исключением контактных площадок наносят изоляционный слой фоторезиста (опер.19.4) методом распыления через свободные маски с приложением вакуума с обратной стороны пластины. После этого производят термообработку (опер.19.5) для задубливания фоторезиста. Условно годные после контроля на пластине активные компоненты помещают в защитную кассету (опер.19.6). Пассивные компоненты контролируют на соответствие номиналов и габаритных размеров. Далее в описании активные и пассивные компоненты названы "компонентами".

Также предварительно изготавливают рельефные вкладыши к пресс-форме (опер.20). На фиг.1 показан один из возможных вариантов их изготовления с применением стандартных методов фотолитографии. Изготавливают заготовки (опер.20.1) из закаленной инструментальной стали и очищают их от загрязнений. Наносят фоторезист (опер.20.2) методом пульверизации или погружением с вытягиванием и подсушивают его. По командам САПР производят лазерное экспонирование фоторезиста (опер.20.3). Фоторезист термически задубливают и проявляют изображение будущих проводников (опер.20.4). Производят глубокое травление заготовки (опер.20.5) на глубину 100...150 мкм с боковым подтравом не более 15%. Далее производят промывку и сушку (опер.20.6) и удаление фоторезиста (опер.20.7). Готовые рельефные вкладыши контролируют на глубину и качество травления, подвергают электрополировке (опер.20.8) и хромированию (опер.20.9). Возможны другие варианты изготовления рельефных вкладышей: методом лазерной обработки с управлением по командам САПР или изготовлением рельефа методом электроэрозии.

В одной из частей пресс-формы 1 закрепляют лицевой рельефный вкладыш 2 (опер.01, фиг.2). Вакуумной присоской 3 захватывают компонент 4, ориентируют его контактные площадки 5 относительно соответствующих выступов 6 на лицевом рельефном вкладыше 2. Далее прижимают компонент 4 к этому вкладышу 2, включают вакуум, подключенный к части пресс-формы 1 и снимают вакуум с присоски 3, чем предварительно фиксируют компонент 4.

Собирают пресс-форму (опер.02), закрепляя в ответной части пресс-формы 7 тыльный рельефный вкладыш 8, замыкая обе части пресс-формы 1 и 7, при этом механически фиксируя компонент 4 эластичным прижимом 9 (фиг.3). После этого вакуум от пресс-формы отключают.

Производят опрессовку компонентов 4 пресс-материалом 10 с образованием групповой микроплаты 11 (опер.02, фиг.3). Термореактивный пресс-материал 10 требует значительной временной выдержки в момент прессования, поэтому более целесообразно применять термопластичный пресс-материал.

После разборки пресс-формы при применении термореактивного пресс-материала 10 необходима термообработка (опер.04) для деполимеризации пресс-материала 10. Данную операцию можно совместить с терморихтовкой.

Удаление литников и облоя (опер.05) производят, как правило, механическими методами штамповкой или фрезерованием. Для удаления облоя можно применить гидроабразивную обработку, но после нее требуется тщательная отмывка и сушка групповой микроплаты 11.

Далее прошивают переходные отверстия 12 (опер.06, фиг.4) для соединения впоследствии наносимых проводников, расположенных на противоположных поверхностях групповой микроплаты 11. Прошивку производят методом сверления на многошпиндельных автоматах. Возможно также прошивать переходные отверстия 12 ультразвуковым методом или лазерной обработкой (но в этом случае появляется нежелательное обугливание отверстий 12).

В образованные на поверхностях групповой микроплаты 11 впадины 13 наносят проводники 14 методом вакуумного осаждения через свободные маски (опер.07, фиг.4) с одновременной металлизацией переходных отверстий 12. При этом проводники 14 электрически контактируют с контактными площадками 5 компонентов 4. Перед нанесением проводников 14 производят очистку открытых поверхностей групповой микроплаты 11 от органических загрязнений и окисных пленок в едином вакуумном цикле с нанесением проводников 14 методом ионной бомбардировки.

Изготовление свободных масок (опер.21) целесообразно производить следующим образом: сначала произвести очистку заготовок от загрязнений (опер.21.1), лазерной обработкой по командам САПР прорезать необходимые отверстия в заготовках (опер.21.2), при необходимости подшлифовать плоскости от образовавшихся наплывов металла (опер.21.3), покрыть маски антиадгезионным покрытием типа фторопласта (опер.21.4), что значительно облегчит регенерацию масок.

Операцию 07 можно производить и другим методом, не требующим применения свободных масок. Производят сплошное нанесение проводящего слоя на всю групповую микроплату 11 и после этого удаляют (сошлифовывают) проводящий слой с выступающих поверхностей групповой микроплаты, оставляя его только во впадинах 13, образуя тем самым проводники 14. Данный метод при кажущейся простоте имеет существенные недостатки: существует опасность полной сошлифовки проводников 14, что приведет к браку всей групповой микроплаты 11; очень трудно очистить забитые пылью после шлифовки впадины 13 на групповой микроплате 11 для проведения дальнейших операций.

Затем наращивают проводники 14 до максимального заполнения проводящим материалом впадин 13 (опер.08). Данную операцию можно производить методом гальванического или химического осаждения, методом напыления толстых проводников или методом горячего лужения. Последний метод наиболее доступен, но при лужении следует избегать растворения проводников 14 лудящим составом. Так, при нанесении медных проводников 14 следует производить лужение припоем ПОСМ, содержащим медь. В случае, когда наращивание проводников 14 производится методом горячего лужения, возможен вариант выполнения этой операции одновременно с креплением внешних выводов 18 (опер.12). В остальных случаях металлизированные впадины 13 на микроплатах 15 и 17 наращиванию не подвергают.

Тыльную сторону групповой микроплаты 11 покрывают изолирующим составом (опер.09) для предотвращения коротких замыканий при последующей сборке модуля.

Проводят групповую ЭТТ и одновременный функциональный контроль компонентов, заключенных в групповую микроплату (опер.10), в соответствии с техническими условиями на компоненты.

Далее вырезают годные микроплаты 15 (опер.11, фиг.5), прошедшие ЭТТ и контроль, из групповой микроплаты 11. При этом на торцах микроплат 15 образуются контактные поля 16, состоящие из поперечных срезов проводников 14 после их наращивания. Одновременно с микроплатами 15 изготавливают П-образные микроплаты 17, несущие в основном коммутационные функции и служащие для дальнейшего размещения теплопроводных ребер при сборке модуля. При вырезке микроплат возможен занос пресс-материала 10 и металла проводников 14 на соседние зоны торцов микроплат 15 и 17. В этом случае необходимо проведение подтравливания пресс-материала 10 и/или проводников 14, выходящих на торцевые поверхности микроплат 15 и 17.

Предварительно изготавливают внешние выводы 18 (опер.22) путем очистки заготовки (опер.22.1) от органических загрязнений и окисных пленок; гальванического покрытия заготовки (опер.22.2) лудящимся составом; штамповки (опер.22.3). Внешние выводы изготавливают из твердого электропроводящего материала типа бронзы или ковара. В последнем случае операцию 22.2 не проводят, а внешние выводы изготавливают одновременно с изготовлением масок лазерным методом.

Внешние выводы 18 крепят в металлизированные впадины 13 на микроплатах 15 и 17 (опер.12, фиг.5) методом припайки или приклейки токопроводящим клеем. После чего собирают микроплаты 15 и 17 в пакет и склеивают их теплопроводящим электроизоляционным клеем (далее - клеем). Клеевой шов должен быть непрерывным по всему периметру склеиваемых микроплат 15 и 17. Пакет при этом имеет несквозные окна 19, образованные микроплатами 17 и необходимые для дальнейшего размещения в них теплопроводных ребер.

Далее удаляют наплывы клея (опер.13) с контактных полей 16 преимущественно плазмохимическим методом в нейтральной среде на стандартных установках.

Наносят проводники 14 на грани пакета (опер.14) по аналогии с операцией 07 через свободные маски и далее наращивают их (опер.15) по аналогии с операцией 08.

Изготавливают теплоотвод (опер.23), состоящий из теплопроводных ребер 20 (фиг.6б), верхнего 21 (фиг.6а) и нижнего 22 (фиг.6б) П-образных теплорастекателей. Теплопроводные ребра 20 сначала закрепляют (вклеивают) в несквозных окнах 19 в пакете; далее на пакет надевают и приклеивают к нему теплопроводным электроизоляционным клеем 26 верхний теплорастекатель 21, одновременно вводя и вклеивая теплопроводные ребра 20 в пазы 23 и впадины 24 верхнего теплорастекателя 21. Затем на пакет надевают и склеивают с ним нижний теплорастекатель 22, одновременно вводя и вклеивая теплопроводные ребра 20 во впадины 24 нижнего теплорастекателя 22. При этом внешние выводы 18 проходят через отверстия 25, выполненные в нижнем теплорастекателе 22. Верхний 21 и нижний 22 теплорастекатели склеивают между собой, образуя единый теплоотвод в виде параллелепипеда.

Разрез собранного электронного модуля показан на фиг.7. В его составе имеются компоненты 4, заключенные в микроплаты 15 и соединенные в них рельефными проводниками 14, П-образные микроплаты 17, теплопроводные ребра 20, имеющие непосредственный тепловой контакт с тепловыделяющими компонентами 4 и с теплорастекателями 21 и 22, проводники 14, расположенные на гранях пакета, электрически соединяющие микроплаты 15 и 17 между собой и с внешними выводами 18, теплорастекатели 21 и 22, имеющие тепловой контакт между собой, с теплопроводными ребрами 20, с проводниками 14 и с компонентами 4, расположенными на торцевых поверхностях пакета.

Изготовление модуля заканчивают его финишным контролем (опер.17) в соответствии с техническими условиями на модуль и упаковкой (опер.18) в тару, защищающую модуль от статического электричества.

Данное изобретение позволяет изготавливать большое количество электронной аппаратуры, содержащей одновременно многовыводные компоненты и компоненты, выделяющие большое количество тепла. При этом такая аппаратура сохраняет все преимущества трехмерных сборок: высокую плотность упаковки компонентов, высокие показатели надежности, эффективный теплоотвод.

Пример промышленного применения

Контроллер антиблокировочной тормозной системы современного автомобиля имеет кристалл основного микроконтроллера, имеющий 80 внешних выводов, а кристалл управления электродвигателем рассеивает мощность в 4 Вт при пиковом значении тока в 5 А. При выполнении этого контроллера в виде трехмерного электронного модуля, используя данное изобретение, представляется возможным сократить объем аппаратуры в 20 раз по сравнению с существующей. При этом, используя 80-выводную рельефную микроплату для основного микроконтроллера и микроплату с широким и глубоким рельефом для управления электродвигателем, можно эффективно отвести на внешний теплорастекатель указанную мощность при перепаде температур между тепловыделяющим кристаллом и внешней оболочкой модуля не более 20°С, что обеспечит тридцатилетний ресурс работы данного устройства.

1. Способ изготовления полимерного электронного модуля, включающий предварительный контроль активных электронных компонентов на полупроводниковой пластине, резку ее, после чего активные компоненты локально изолируют, кроме их контактных площадок, одновременно изготавливают лицевой и тыльный рельефные вкладыши, которые помещают в пресс-форму; производят посадку компонентов в пресс-форму, обеспечивая совпадение контактных площадок компонентов с соответствующими выступами на лицевом вкладыше, используя вакуумный прижим к нему, при этом получают совмещение лицевой поверхности компонентов с поверхностью впадин на будущей групповой микроплате; одновременно тыльный вкладыш закрепляют на ответной части пресс-формы; затем при замыкании пресс-формы прижимают компоненты к лицевому вкладышу эластичными прижимами, закрепленными на ответной части пресс-формы, после чего вакуумный прижим снимают; производят опрессовку годных после предварительного контроля активных и пассивных электронных компонентов в групповую микроплату с рельефными впадинами на месте будущих проводников; затем после термообработки, удаления литников и облоя прошивают переходные отверстия в групповой микроплате; после чего наносят проводники методом вакуумного осаждения с планетарным вращением групповой микроплаты через свободные маски только в места прохождения рельефных впадин на групповой микроплате с одновременным формированием внешнего разъема групповой микроплаты и металлизацией переходных отверстий; далее производят наращивание проводников электропроводным материалом до максимального заполнения впадин; затем изолируют тыльную поверхность групповой микроплаты; далее проводят групповую электротермотренировку и функциональный контроль и затем - прецизионную вырезку годных микроплат из групповой микроплаты, образуя на торцевых поверхностях микроплат контактные поля из поперечных срезов рельефных проводников; затем производят крепление заранее изготовленных внешних выводов к микроплатам; собирают микроплаты в пакет методом склеивания с ориентированием по контактным полям на торцевых поверхностях микроплат с выдерживанием необходимого шага расположения микроплат, при этом некоторые микроплаты образуют несквозные окна в пакете для дальнейшего расположения в них теплопроводных ребер; затем удаляют наплывы клея, перекрывающие контактные поля; после чего наносят проводники, соединяющие контактные поля микроплат и внешние выводы между собой, на грани пакета методом вакуумного осаждения через свободные маски; далее производят наращивание нанесенных проводников; затем производят закрепление теплоотвода, состоящего из теплопроводных ребер, входящих в окна пакета и имеющих тепловой контакт с тепловыделяющими компонентами, и теплорастекателей, имеющих тепловой контакт между собой, с теплопроводными ребрами и проводниками, расположенными на поверхностях граней пакета; после чего производят финишный контроль и упаковку готового модуля в тару, защищающую модуль от статического электричества.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что включает при изготовлении рельефных вкладышей в качестве заготовки использование листовой закаленной инструментальной стали, в которой формируют впадины и выступы по местам расположения будущих проводников методами глубокого химического травления, или лазерной обработки, или электроэрозии с последующими электрополировкой и хромированием.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что включает операцию посадки компонентов в пресс-форму, которую производят с применением установок с машинным зрением или установок для монтажа перевернутых кристаллов, при этом точность позиционирования выдерживают не хуже ±10 мкм.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что включает при опрессовке в групповую микроплату применение термореактивного или термопластичного теплопроводного и электроизоляционного пресс-материала.

5. Способ по п.1, отличающийся тем, что включает термообработку после опрессовки в групповую микроплату, совмещая ее с терморихтовкой групповой микроплаты.

6. Способ по п.1, отличающийся тем, что включает при нанесении проводников на групповую микроплату использование свободных масок, изготовленных методом лазерной обработки, с последующим удалением наплывов материала на плоскостях масок методом шлифования.

7. Способ по п.1, отличающийся тем, что включает покрытие свободных масок антиадгезионным покрытием, облегчающим их регенерацию.

8. Способ по п.1, отличающийся тем, что включает наращивание проводников химическим или гальваническим методом, или методом вакуумного нанесения, или горячим лужением.

9. Способ по п.1, отличающийся тем, что включает после вырезки годных микроплат из групповой микроплаты подтравливание проводников и/или пресс-материала, занесенного на соседние участки торцов микроплат в процессе вырезки.

10. Способ по п.1, отличающийся тем, что включает крепление внешних выводов к микроплатам методами пайки или приклейки токопроводящим клеем в металлизированные впадины, предназначенные для размещения внешних выводов.

11. Способ по п.1, отличающийся тем, что включает удаление наплывов клея плазмохимическим методом.

12. Способ по п.1, отличающийся тем, что включает изготовление теплопроводных ребер и теплорастекателей из теплопроводного электроизоляционного материала или из электропроводного материала с последующим изолирующим покрытием.

13. Способ по п.1, отличающийся тем, что включает сборку микроплат в пакет, закрепление теплопроводных ребер и теплорастекателей с применением теплопроводного электроизоляционного клея, обеспечивая при этом герметизацию модуля.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области конструирования микроэлектронной аппаратуры с высокой плотностью упаковки и обеспечением высоких показателей надежности электронной аппаратуры.
Изобретение относится к области создания малогабаритных надежных микроэлектронных модулей, содержащих большое количество ИС. .

Изобретение относится к области силовой электроники. .

Изобретение относится к области технологии изготовления трехмерных электронных модулей, в том числе способных работать в условиях внешних воздействий таких, как при повышенном радиационном излучении, в открытом космосе, в атомных котлах, при интенсивном электромагнитном излучении, а конкретно - к способу изготовления трехмерного электронного модуля.

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 многокомпонентного трехмерного электронного модуля.

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.

Изобретение относится к полупроводниковым приборам, а именно к полупроводниковым модулям, которые используют в системах управления электродвигателями промышленного и бытового назначения и в различных системах питания радиотехнических изделий.

Изобретение относится к микроэлектронному оборудованию с высокой интегральной плотностью комплектующих компонентов и может быть использовано в системах охлаждения вычислительных машин с высоким быстродействием.

Изобретение относится к электронной технике и может быть использовано при изготовлении многокристальных модулей

Изобретение относится к области конструирования радиоэлектронной аппаратуры (РЭА), в частности к способам создания объемных мини-модулей для РЭА
Изобретение относится к микроэлектронике и может быть использовано при изготовлении трехмерного гибридного интегрального модуля, содержащего гибкую плату со смонтированными на ней кристаллами бескорпусных ИС

Изобретение относится к электронной технике и может быть использовано при изготовлении многокристальных модулей

Изобретение относится к области технологии изготовления электронной аппаратуры с применением бескорпусных электронных компонентов при расположении их и связей между ними в трехмерном пространстве

Изобретение относится к области конструирования электронных устройств с применением трехмерной технологии и с использованием бескорпусных электронных компонентов

Изобретение относится к области сборки микроэлектронной аппаратуры с расположением электронных компонентов и содержащих их микроплат в трехмерном пространстве

Изобретение относится к области производства электронной аппаратуры с расположением компонентов и связей между ними в трехмерном пространстве. Технический результат изобретения заключается в увеличении плотности компоновки электронной аппаратуры и улучшении показателей надежности компоновки. Способ изготовления трехмерного электронного прибора включает контроль активных компонентов на пластине, резку пластины на активные компоненты, очистку, изготовление подложек групповых микроплат, посадку компонентов в окна подложек групповых микроплат, нанесение проводников на групповые микроплаты, электротермотренировку и контроль компонентов в составе групповых микроплат, вырезку годных микроплат и сборку их в пакет, нанесение проводников на грани пакета, монтаж внешних выводов, изготовление средств теплоотвода, герметизацию прибора, его финишный контроль и упаковку. 9 з.п. ф-лы, 11 ил.

Изобретение относится к области сборки сверхвысокочастотной аппаратуры с размещением электронных компонентов и связей между ними в трехмерном пространстве. Технический результат изобретения - обеспечение высокой плотности компоновки электронных компонентов с тепловыми характеристиками, исключающими появление «горячих точек», и высоких показателей надежности. Способ изготовления трехмерного СВЧ модуля включает изготовление полупроводниковых структур на пластине, разделение пластины на кристаллы сквозной резкой с точностью не менее ±10 мкм, очистку и переукладку кристаллов, нанесение изоляционного слоя через свободные маски, вакуумную посадку подложек и компонентов в них, нанесение фиксирующего состава на стыки подложек - компонентов, визуальный контроль качества закрытия стыков, вакуумное напыление проводников, удаление фиксирующего состава, отмывку микроплат, вакуумную сушку, электротермотренировку и функциональный контроль микроплат, сборку их в пакет, нанесение фиксирующего состава на стыки между микроплатами, вакуумное напыление проводников на грани модуля, удаление фиксирующего состава, отмывку модуля, вакуумную сушку, помещение модуля в изготовленную заранее оболочку, монтаж внешних выводов, заполнение оболочки пудрой, виброуплотнение, герметизацию, финишний контроль и упаковку модуля. 7 з.п. ф-лы, 9 ил.

Изобретение относится к полупроводниковым устройствам и способам их изготовления. В полупроводниковом устройстве, включающем подложку крепления, тонкопленочный элемент, сформированный на подложке крепления, и полупроводниковый элемент, прикрепленный к подложке крепления, полупроводниковый элемент включает в себя основную часть полупроводникового элемента и множество подстилающих слоев, расположенных стопкой на стороне основной части полупроводникового элемента, обращенной к подложке крепления, причем каждый из подстилающих слоев включает в себя изолирующий слой и рисунок схемы на изолирующем слое, и рисунки схем присоединены друг к другу через контактные отверстия в изолирующих слоях. Рисунок схемы одного из подстилающих слоев, который находится ближе всего к подложке крепления, имеет вытянутый участок, продолжающийся по направлению к тонкопленочному элементу, а тонкопленочный элемент присоединен к основной части полупроводникового элемента через соединительную линию, предусмотренную на полимерном слое, вытянутый участок и рисунки схем. Изобретение обеспечивает оптимальное соединение между тонкопленочными элементами и полупроводниковыми элементами на подложке крепления. 2 н. и 6 з.п. ф-лы, 33 ил.

Изобретение относится к области технологии изготовления трехмерных полимерных электронных модулей с применением многовыводных электронных компонентов

Наверх