Способ совмещения элементов многокристальных модулей для капиллярной сборки и установка для его реализации

Изобретение относится к электронной технике, а конкретно, к приборостроению, специализирующемуся на проектировании и изготовлении оборудования для сборки узлов и устройств микроэлектронной аппаратуры, в том числе к разработке и изготовлению оборудования совмещения и пайки в процессе сборки плотно упакованной микроэлектронной аппаратуры, а также многокристальных модулей (МКМ). Способ совмещения элементов многокристальных модулей для капиллярной сборки, в процессе которой обеспечивается совмещение трех систем контактов, размещенных на трех носителях: чип + коммутационная подложка + носитель капилляров между чипом и подложкой. Кроме того, для реализации преимуществ технологии капиллярной сборки МКМ, используется вакуумная пайка с регулируемым прижатием чипов к подложке по заданной циклограмме. Установка для реализации способа совмещения элементов многокристальных модулей для капиллярной сборки, включает основание, с размещенной на нем оптико-механической системой совмещения встречных контактов чипов и коммутационной подложки, содержит двухкоординатный столик с манипуляторами для управления перемещениями коммутационной подложки в горизонтальной плоскости, по осям Х и У, закрепляемой на столике, узел с манипулятором вертикальных перемещений и вращений чипов по оси Z с помощью штока с вакуумным пинцетом на его нижнем торце, подключенным к вакуумному насосу, при этом упомянутый узел снабжен приводом горизонтального перемещения, служащим для достижения области расположения технологического поддона с размещенными на нем чипами, осуществления их поочередного захвата, доставки в зону совмещения и установки на коммутационной подложке, закрепленной на упомянутом двухкоординатном столике, сдвоенную призму оптико-механической системы совмещения, цветную видеокамеру и цветной монитор, узел вакуумной фиксации чипов и узел вакуумной фиксации коммутационной подложки, причем узлы вакуумной фиксации закреплены на упомянутом двухкоординатном столике и подключены к вакуумному насосу по независимым каналам. Техническим результатом является повышение выхода годных и производительности сборки многокристальных модулей при повышении качества собираемых узлов и их надежности. 2 н. и 12 з.п. ф-лы, 58 ил.

 

Текст описания приведен в факсимильном виде.

1. Способ совмещения элементов многокристальных модулей, включающий подготовку контактов на чипах и коммутационной подложке для пайки, размещение и закрепление коммутационной подложки, контактами вверх, на координатном столике установки совмещения, имеющем манипуляторы, обеспечивающие перемещение коммутационной подложки в плоскости XY, захват первого чипа, контактами вниз, с технологического поддона вакуумным пинцетом манипулятора по оси Z установки совмещения и его размещение над коммутационной подложкой в области совмещения встречных контактов первого чипа и коммутационной подложки, ввод в пространство между упомянутым чипом и областью коммутационной подложки с ответными контактами сдвоенной призмы оптико-механической системы совмещения изображений встречных контактов, совмещение на цветном экране монитора изображений контактов первого чипа с изображениями ответных встречных контактов коммутационной подложки, снимаемых видеокамерой через посредство упомянутой сдвоенной призмы, управляя перемещением коммутационной подложки, закрепленной на координатном столике установки, по координатам X, Y, и вращая первый чип вокруг оси Z, выведение, по завершении совмещения, сдвоенной призмы оптико-механической системы совмещения изображений встречных контактов из пространства между первым чипом и коммутационной подложкой, прецизионное, без потери взаимной ориентации по осям X, Y, опускание первого чипа по оси Z до соприкосновения его контактов с ответными контактами коммутационной подложки и его временная, до завершения пайки, фиксация в этом положении манипулятором по оси Z, окончательная фиксация совмещенных встречных контактов чипа и коммутационной подложки пайкой, отведение манипулятора по оси Z от первого чипа, зафиксированного пайкой на коммутационной подложке и повторение вышеупомянутых операций со всеми остальными чипами многокристального модуля, отличающийся тем, что подготавливают контакты на чипах и коммутационной подложке для пайки через капиллярные отверстия, выполненные в плоском носителе из диэлектрического материала, размещают и закрепляют на упомянутом координатном столике установки совмещения узел для вакуумной фиксации чипов на плоской жесткой мембране, установленной в верхней части корпуса упомянутого узла совмещения и содержащей сквозные отверстия - имитаторы капиллярных отверстий, сформированные в упомянутой мембране по шаблонам упомянутого носителя капиллярных отверстий, размещают, с помощью манипулятора по оси Z, первый чип, контактами вниз, над областью совмещения с ответными сквозными отверстиями в упомянутой мембране, вводят в пространство между первым чипом и областью мембраны с ответными сквозными отверстиями, сдвоенную призму оптико-механической системы совмещения изображений встречных контактов упомянутой установки, совмещают на цветном экране монитора изображения контактов первого чипа с изображениями ответных сквозных отверстий в упомянутой мембране, снимаемых видеокамерой через посредство сдвоенной призмы оптико-механической системы, управляя перемещением мембраны узла вакуумной фиксации, закрепленного на координатном столике установки, по координатам X, Y и вращая первый чип вокруг оси Z, выводят, по завершении совмещения, сдвоенную призму оптико-механической системы совмещения изображений встречных контактов из пространства между первым чипом и упомянутой мембраной, производят прецизионное, без потери взаимной ориентации по осям X, Y, опускание первого чипа по оси Z до соприкосновения его контактов с ответными сквозными отверстиями, выполненными в упомянутой мембране и фиксацию первого чипа в этом положении манипулятором по оси Z, затем, осуществляя откачку воздуха из объема под мембраной, фиксируют первый чип на мембране узла вакуумной фиксации чипов и отводят манипулятор по оси Z установки от первого чипа, зафиксированного на мембране узла вакуумной фиксации, после чего проводят вышеупомянутые операции со всеми остальными чипами многокристального модуля, фиксируя все чипы на мембране узла вакуумной фиксации чипов, после чего выполняют посадку уплотнительной прокладки-рамки на базовые штыри узла вакуумной фиксации чипов, а затем посадку, на эти же штыри, жесткого, плоского технологического носителя чипов с приклеенной снизу пленкой, покрытой слоем клея в областях контактирования с чипами, приклеивают чипы тыльной стороной к упомянутому жесткому носителю, после чего отключают вакуумную фиксацию чипов на плоской, жесткой мембране узла вакуумной фиксации чипов, снимают жесткий, плоский носитель с приклеенными чипами с базовых штырей узла вакуумной фиксации, после чего размещают и закрепляют на координатном столике X, Y установки узел для вакуумной фиксации коммутационной подложки на плоской, жесткой мембране, установленной в верхней части корпуса упомянутого узла, содержащей сквозные отверстия - имитаторы капиллярных отверстий, сформированные в упомянутой мембране по шаблонам упомянутого носителя капиллярных отверстий, производят захват коммутационной подложки, контактами вниз, с технологического поддона упомянутым вакуумным пинцетом манипулятора по оси Z упомянутой установки совмещения, размещают, с помощью манипулятора по оси Z, упомянутую коммутационную подложку, контактами вниз, над областью совмещения с ответными сквозными отверстиями в упомянутой мембране, вводят в пространство между коммутационной подложкой и областью мембраны с ответными сквозными отверстиями, сдвоенную призму оптико-механической системы совмещения изображений встречных контактов упомянутой установки, совмещают на цветном экране монитора изображения контактов коммутационной подложки с изображениями ответных сквозных отверстий в упомянутой мембране, снимаемых видеокамерой через посредство сдвоенной призмы оптико-механической системы, управляя перемещением мембраны узла вакуумной фиксации коммутационной подложки, закрепленного на координатном столике установки, по координатам X, Y и вращая коммутационную подложку вокруг оси Z, выводят, по завершении совмещения, сдвоенную призму оптико-механической системы совмещения изображений встречных контактов из пространства между коммутационной подложкой и плоской, жесткой мембраной узла вакуумной фиксации коммутационной подложки, производят прецизионное, без потери взаимной ориентации по осям X, Y, опускание коммутационной подложки по оси Z до соприкосновения ее контактов с ответными сквозными отверстиями в упомянутой мембране и фиксацию коммутационной подложки в этом положении манипулятором по оси Z, после чего, осуществляя откачку воздуха из объема под плоской, жесткой мембраной, фиксируют коммутационную подложку на плоской, жесткой мембране узла вакуумной фиксации коммутационной подложки, затем отводят манипулятор по оси Z установки от коммутационной подложки, зафиксированной на плоской, жесткой мембране узла вакуумной фиксации коммутационной подложки, затем последовательно выполняют посадку на базовые штыри узла вакуумной фиксации коммутационной подложки уплотнительной прокладки-рамки и жесткого плоского технологического носителя коммутационной подложки с приклеенной снизу пленкой, покрытой слоем клея в области контактирования с коммутационной подложкой, приклеивают коммутационную подложку тыльной стороной к упомянутому жесткому, плоскому технологическому носителю коммутационной подложки, отключают вакуумную фиксацию коммутационной подложки на жесткой, плоской мембране узла вакуумной фиксации коммутационной подложки и снимают с базовых штырей узла вакуумной фиксации коммутационной подложки упомянутый технологический носитель с приклеенной коммутационной подложкой, после чего осуществляют посадку на базовые штыри, совместимые с базовыми штырями упомянутых узлов вакуумной фиксации чипов и коммутационной подложки, технологического носителя с приклеенной коммутационной подложкой, контактами вверх, посадку, на эти же базовые штыри, упомянутого носителя капиллярных отверстий стороной, ответной коммутационной подложке, направленной вниз, и затем посадку, на эти же базовые штыри, технологического носителя с приклеенными чипами, контактами вниз, чем завершают совмещение контактов чипов с встречными контактами коммутационной подложки через капиллярные отверстия, выполненные в упомянутом плоском носителе из диэлектрического материала и получают пакет деталей многокристального модуля, подготовленного для капиллярной сборки в установке вакуумной пайки.

2. Установка для реализации способа по п.1, включающая основание, на верхней поверхности которого размещена оптико-механическая система совмещения встречных контактов чипов и коммутационной подложки, содержащая двухкоординатный столик с манипуляторами для управления перемещениями в горизонтальной плоскости, по осям Х и У, коммутационной подложкой, закрепляемой на столике, узел с манипулятором вертикальных перемещений и вращений чипов по оси Z через посредство вертикально расположенного штока с вакуумным пинцетом на его нижнем торце, подключенным к вакуумному насосу, служащим для захвата и удержания чипов в процессе совмещения, при этом упомянутый узел снабжен приводом горизонтального перемещения, служащим для достижения области расположения технологического поддона с размещенными на нем чипами, осуществления их поочередного захвата, доставки в зону совмещения и установки на коммутационной подложке, закрепленной на упомянутом двухкоординатном столике, сдвоенную призму упомянутой оптико-механической системы, цветную видеокамеру и цветной монитор для отображения упомянутых встречных контактов в процессе их совмещения путем управления перемещениями коммутационной подложки по координатам X,Y и поворотами чипа вокруг оси Z, отличающаяся тем, что упомянутая установка дополнительно снабжена узлом вакуумной фиксации чипов и узлом вакуумной фиксации коммутационной подложки, при этом упомянутые узлы вакуумной фиксации, в процессе их использования, закреплены на упомянутом двухкоординатном столике, и подключены к вакуумному насосу по независимым каналам.

3. Установка по п.2, отличающаяся тем, что узел вакуумной фиксации чипов, закрепленный на двухкоординатном столике установки, содержит, преимущественно, прямоугольный корпус с днищем, в котором выполнен канал для откачки воздуха из полости, образованной днищем, боковыми стенками упомянутого корпуса и жесткой, плоской мембраной, на верхней поверхности которой фиксируются чипы, с базовыми посадочными отверстиями по ее углам, размещенной на верхнем торце корпуса, по углам которого имеются базовые штыри узла вакуумной фиксации чипов, уплотнительную прокладку-рамку с отверстиями по углам, посредством которой она надета, аналогично мембране, на упомянутые базовые штыри сверху мембраны, в которой, кроме посадочных отверстий, имеются отверстия, выполненные в единой координатной сетке встречных контактов чипов, коммутационной подложки и упомянутого носителя капиллярных отверстий, жесткий, плоский технологический носитель чипов, выполненный из теплопроводного материала с отверстиями по углам, выполненными аналогично отверстиям в уплотнительной прокладке-рамки, на нижней стороне которого закреплена термостойкая пленка, на нижней поверхности которой, в местах ее соприкосновения с чипами, нанесен тонкий слой клея.

4. Установка по п.2, отличающаяся тем, что узел вакуумной фиксации коммутационной подложки, закрепленный на двухкоординатном столике установки, содержит, преимущественно, прямоугольный корпус с днищем, в котором выполнен канал для откачки воздуха из полости, образованной днищем, боковыми стенками упомянутого корпуса и жесткой, плоской мембраной, на верхней поверхности которой фиксируется коммутационная подложка, с посадочными отверстиями по ее углам, размещенной на верхнем торце корпуса, по углам которого имеются базовые штыри узла вакуумной фиксации коммутационной подложки, уплотнительную прокладку-рамку с отверстиями по углам, посредством которой она надета аналогично мембране, на упомянутые базовые штыри сверху мембраны, в которой, кроме посадочных отверстий, имеются отверстия, выполненные в единой координатной сетке встречных контактов чипов, коммутационной подложки и носителя капиллярных отверстий, жесткий, плоский технологический носитель коммутационной подложки, выполненный из теплопроводного материала с отверстиями по углам, выполненными аналогично отверстиям в уплотнительной прокладке-рамки, на нижней стороне которого закреплена термостойкая пленка, на нижней поверхности которой, в местах ее соприкосновения с коммутационной подложкой, нанесен тонкий слой клея.

5. Установка по любому из пп.3 или 4, отличающаяся тем, что отверстия в упомянутой плоской, жесткой мембране сформированы по шаблонам носителя капиллярных отверстий.

6. Установка по любому из пп.3 или 4, отличающаяся тем, что уплотнительная прокладка-рамка выполнена с размерами, равными внешнему контуру торца корпуса.

7. Установка по п.3, отличающаяся тем, что толщина уплотнительной прокладки-рамки выполнена равной толщине чипа.

8. Установка по п.4, отличающаяся тем, что толщина уплотнительной прокладки-рамки выполнена равной толщине коммутационной подложки.

9. Установка по п.3, отличающаяся тем, что жесткий, плоский технологический носитель чипов выполнен из теплопроводного материала.

10. Установка по п.4, отличающаяся тем, что жесткий, плоский технологический носитель коммутационной подложки выполнен из теплопроводного материала.

11. Установка по п.3, отличающаяся тем, что вакуумируемая область под мембраной узла вакуумной фиксации чипов разделена воздухонепроницаемыми перегородками на зоны под чипами, причем каждая зона вакуумируется через свой канал в днище корпуса, независимо от других зон.

12. Установка по п.3, отличающаяся тем, что упомянутый технологический носитель чипов представляет собой рамку, совпадающую по габаритам и базовым отверстиям с вышеупомянутой уплотнительной прокладкой-рамкой, и фрагментов, выполненных в габаритах чипов, причем эти фрагменты связаны с рамкой и между собой прочными перемычками, а упомянутая пленка, прикрепленная снизу, выполнена сплошной.

13. Установка по п.4, отличающаяся тем, что узел вакуумной фиксации коммутационной подложки выполнен с мембраной для коммутационной подложки, состоящей из отдельных фрагментов, с зазорами между ними в плоскости XY.

14. Установка по п.13, отличающаяся тем, что, по крайней мере, некоторые из упомянутых фрагментов являются чипами.