Способ изготовления микромодуля

Авторы патента:

H01L25/04 - блоки приборов, не имеющих отдельных корпусов

Владельцы патента RU 2773807:

Акционерное общество "Российская корпорация ракетно-космического приборостроения и информационных систем" (АО "Российские космические системы") (RU)

Изобретение относится к технологии микроэлектронных приборов, состоящих из нескольких полупроводниковых компонентов на твердом теле, и может быть использовано при производстве аппаратуры с высокоплотным монтажом. Cпособ изготовления микромодуля включает формирование на коммутационной плате коммутационных слоев, сквозных металлизированных отверстий, монтаж бескорпусного кристалла, создание электрических соединений между бескорпусным кристаллом и платой микросваркой, формирование пакета коммутационных плат путем создания электрических соединений между коммутационными платами с применением токопроводящих микрошариков, заливку компаундом пространства, образованного между коммутационными платами и корпусирование. Согласно изобретению бескорпусной кристалл монтируют в предварительно профилированную коммутационную плату после создания коммутационных слоев со стороны, не занятой коммутационными слоями путем последовательного формирования глухого отверстия для монтажа бескорпусного кристалла и сквозного отверстия внутри глухого «сухим» травлением последовательно в Бош-процессе для коммутации платы с бескорпусным кристаллом через предварительно сформированную спреевым методом фоторезистивную маску. Изобретение обеспечивает возможность изготовления микромодуля с уменьшенными массогабаритными характеристиками и повышенной степенью интеграции. 5 з.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к технологии микроэлектронных приборов, состоящих из нескольких полупроводниковых компонентов на твердом теле (активных кристаллов) или конструктивных элементов (пассивных чип-компонентов), сформированных внутри одной несущей подложки и сгруппированных по блокам в единую сборку и может быть использовано при производстве аппаратуры с высокоплотным монтажом.

Из уровня техники известно техническое решение (RU 2 651 543. Опубл. 20.04.2018. Бюл. № 11. [1]), относящееся к способу изготовления микроэлектронного узла. Бескорпусные кристаллы устанавливают лицевой стороной на технологическую подложку со слоем клея, совмещая их контактные площадки с реперными знаками. На технологическую подложку устанавливают технологическую рамку, совмещая окно рамки с реперными знаками на технологической подложке. Герметизируют бескорпусные кристаллы, заполняют зазор между кристаллами и рамкой клеем, шлифуют обратную сторону кристаллов и рамки, приклеивают кристаллодержатель. Снимают технологическую подложку, затем многоуровневую коммутацию контактных площадок кристаллов и внешних контактных площадок изготавливаемого микроэлектронного узла, на которых в защитном слое формируют выступающие выводы, и вырезают изготавливаемый микроэлектронный узел из кристаллодержателя.

К недостаткам известного технического решения относится низкие технологичность, эффективность и степень интеграции из-за размещения кристаллов на одном уровне.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту является техническое решение известное из (RU 2 705 229. Опубл. 06.11.2019. Бюл. № 31. [2]). Согласно известному техническому решению способ трехмерного многокристального корпусирования интегральных микросхем памяти предусматривает следующую последовательность операций:

- обеспечение пластины с кристаллами памяти и подложки, имеющей контактные площадки с двух сторон;

- ламинирование лицевой стороны поверхности пластины;

- утонение пластины шлифовкой и полировкой ее обратной поверхности;

- монтаж утоненной пластины обратной поверхностью на пленочный носитель с клеевым пленочным слоем, закрепленный на рамке;

- резка утоненной пластины на отдельные кристаллы;

- разогрев подложки и монтаж кристаллов с клеевым пленочным слоем на подложку с лицевой стороны в стек со смещением, оставляющим открытыми контактные площадки кристаллов;

- обработка в сушильной печи подложки с установленными кристаллами для полимеризации клеевого пленочного слоя;

- очистка контактных площадок кристаллов и подложки с лицевой стороны;

- создание электрических соединений между контактными площадками кристалла и контактными площадками подложки с лицевой стороны;

- очистка подложки с установленными кристаллами;

- герметизация компаундом подложки с установленными кристаллами;

- отчистка контактных площадок подложки с обратной стороны;

- установка паяльных шариков на контактные площадки подложки с обратной стороны и их оплавление в печи;

- разделение подложки дисковыми пилами на отдельные интегральные микросхемы памяти.

При осуществлении способа из RU 2 705 229 для корпусирования многокристальной интегральной микросхемы памяти подбирают материалы ядра подложки и компаунда с коэффициентами температурного расширения не более 5⋅10^-6 К^-1, причем разница между коэффициентами температурного расширения материалов ядра подложки и компаунда не более 2⋅10^-6 К^-1. Выдерживают разницу между температурами подложки при монтаже кристаллов и при заливке компаундом не более 70°С. Толщину кристалла на этапе утонения пластины подбирают таким образом, чтобы суммарная толщина стека кристаллов с учетом клеевых пленочных слоев примерно равнялась разнице между толщиной интегральной микросхемы памяти и удвоенной толщиной подложки.

К недостаткам известного технического решения относится низкие технологичность, эффективность и степень интеграции из-за необходимости размещения кристаллов один над другим в стек (пирамидкой) с последовательным уменьшением их геометрических размеров от основания.

Заявляемый в качестве изобретения способ изготовления микромодуля направлен на повышение технологичности конструкции, степени интеграции и, как следствие, уменьшение массогабаритных характеристик.

Указанный результат достигается тем, что предложен способ изготовления микромодуля, включающий формирование на коммутационной плате коммутационных слоев, сквозных металлизированных отверстий, монтаж бескорпусного кристалла, создание электрических соединений между бескорпусным кристаллом и платой микросваркой, формирование пакета коммутационных плат путем создания электрических соединений между коммутационными платами с применением токопроводящих микрошариков, заливку компаундом пространства, образованного между коммутационными платами и корпусирование. Бескорпусной кристалл монтируют в предварительно профилированную коммутационную плату после создания коммутационных слоев со стороны, не занятой коммутационными слоями, путем последовательного формирования глухого отверстия для монтажа бескорпусного кристалла и сквозного отверстия внутри глухого для коммутации платы с бескорпусным кристаллом.

Также, в качестве материала коммутационной платы используют монокристаллический кремний.

Формирование глухого отверстия для монтажа бескорпусного кристалла и сквозного отверстия для коммутации платы с бескорпусным кристаллом осуществляют «сухим» травлением последовательно в Бош-процессе через предварительно сформированную маску.

Последовательное формирование глухого отверстия для монтажа бескорпусного кристалла и сквозного отверстия внутри глухого для коммутации платы с бескорпусным кристаллом осуществляют со стороны, не занятой коммутационными слоями через предварительно сформированную спреевым методом фоторезистивную маску.

h≤(Н_кр+l_адг)/3, Н_кр>>l_адг, где

Н_кр - толщина бескорпусного кристалла, мкм,

l_адг - толщина слоя адгезива после монтажа бескорпусного кристалла, мкм.

После шлифовки со стороны, не занятой коммутационными слоями, методами микрообработки формируют дополнительные коммутационные слои.

Сущность заявляемого способа поясняется графическими материалами (фиг. 1, 2 и 3):

фиг. 1 - блок-схема технологического процесса изготовления микромодуля в виде последовательности изображений разрезов;

фиг. 2 - составные части микромодуля перед их сборкой и собранная конструкция;

фиг. 3 - блок-схема технологического процесса последовательного формирования глухого отверстия для монтажа бескорпусного кристалла и сквозного отверстия внутри глухого для коммутации платы с бескорпусным кристаллом.

На фиг. 1 и фиг. 2 обозначены:

поз. а - исходная подложка коммутационной платы на основе монокристаллического кремния;

поз. б - подложка коммутационной платы после формирования коммутационного слоя;

поз. в - подложка коммутационной платы после формирования диэлектрического слоя;

поз. г - формирование сквозных отверстий;

поз. д - металлизация сквозных отверстий;

поз. е - формирование коммутационного слоя;

поз. з - формирование глухого отверстия;

поз. и - формирование сквозного отверстия для монтажа бескорпусного кристалла;

поз. к - формирование адгезива для монтажа бескорпусного кристалла;

поз. л - монтаж бескорпусного кристалла;

поз. м - шлифовка со стороны, не занятой коммутационными слоями;

поз. н - разварка бескорпусного кристалла;

поз. о - коммутационная плата с установленными шариками;

поз. п - коммутационная плата с установленными шариками;

поз. р - микромодуль после сборки и заливки компаундом.

На фиг. 3 обозначены:

поз. с - подложка коммутационной платы с сформированными коммутационными слоями;

поз. т - нанесенный с двух сторон подложки спреевым методом фоторезистивный слой;

поз. у - сформированная со стороны, не занятой коммутационными слоями, фоторезистивная маска для травления глухого отверстия;

поз. ф - сформированное «сухим» травлением в Бош-процессе глухое отверстие для монтажа бескорпусного кристалла;

поз. х - сформированная со стороны, не занятой коммутационными слоями, фоторезистивная маска для травления сквозного отверстия;

поз. ц - формирование «сухим» травлением в Бош-процессе сквозного отверстия внутри глухого для коммутации платы с бескорпусным кристаллом;

поз. ч - сформированное «сухим» травлением в Бош-процессе сквозное отверстие внутри глухого для коммутации платы с бескорпусным кристаллом.

Осуществление изобретения можно пояснить следующим образом.

Как и было указано выше, предложенный способ изготовления микромодуля характеризуется следующими отличительными признаками:

- бескорпусной кристалл монтируют в предварительно профилированную коммутационную плату после создания коммутационных слоев со стороны, не занятой коммутационными слоями путем последовательного формирования глухого отверстия для монтажа бескорпусного кристалла и сквозного отверстия внутри глухого для коммутации платы с бескорпусным кристаллом;

- в качестве материала коммутационной платы используют монокристаллический кремний;

- формирование глухого отверстия для монтажа бескорпусного кристалла и сквозного отверстия внутри глухого для коммутации платы с бескорпусным кристаллом осуществляют «сухим» травлением последовательно в Бош-процессе через предварительно сформированную маску;

- последовательное формирование глухого отверстия для монтажа бескорпусного кристалла и сквозного отверстия внутри глухого для коммутации платы с бескорпусным кристаллом осуществляют со стороны, не занятой коммутационными слоями через предварительно сформированную спреевым методом фоторезистивную маску;

- перед формированием пакета коммутационных плат путем создания электрических соединений между коммутационными платами с применением токопроводящих микрошариков коммутационные платы подвергают шлифовке со стороны, не занятой коммутационными слоями на величину h, определяемую из соотношений:

h≤(Н_кр+l_адг)/3, Н_кр>>l_адг, где

Н_кр - толщина бескорпусного кристалла, мкм,

l_адг - толщина слоя адгезива после монтажа бескорпусного кристалла, мкм;

- после шлифовки коммутационной платы со смонтированным бескорпусным кристаллом со стороны, не занятой коммутационными слоями, методами микрообработки формируют дополнительные коммутационные слои.

Монтаж бескорпусного кристалла осуществляют на предварительно профилированную коммутационную плату после создания коммутационных слоев со стороны, не занятой коммутационными слоями путем последовательного формирования глухого отверстия для монтажа бескорпусного кристалла и сквозного отверстия внутри глухого для коммутации платы с бескорпусным кристаллом, что обеспечивает технологичность конструкции за счет возможности проведения литографии после монтажа кристалла. Использование в качестве материала коммутационной платы монокристаллического кремния позволяет сформировать глухое и сквозное отверстия «сухим» травлением в Бош-процесса с высокой точностью, что невозможно выполнить другими методами и что также обеспечивает технологичность. Использование спреевого нанесения для формирования фоторезистивной маски позволяет осуществлять последовательно глухое и сквозное отверстия «сухим» травлением в Бош-процессе со стороны, не занятой коммутационными слоями.

Перед формированием пакета коммутационных плат путем создания электрических соединений между коммутационными платами с применением токопроводящих микрошариков коммутационные платы подвергают шлифовке со стороны, не занятой коммутационными слоями, что приводит к уменьшению массогабаритных характеристик устройства и повышению степени интеграции. Величина h, определяемая из соотношений h≤(Н_кр+l_адг)/3, Н_кр>>l_адг где Н_кр - толщина бескорпусного кристалла, мкм, l_адг - толщина слоя адгезива после монтажа бескорпусного кристалла, мкм, выбрана из соображений прочности конструкции. Формирование дополнительных коммутационных слоев после шлифовки со стороны, не занятой коммутационными слоями обеспечивает при необходимости снижение массогабаритных характеристик и увеличение степени интеграции.

Таким образом, предложен технологичный способ изготовления микромодуля, обеспечивающий изготовление с уменьшенными массогабаритными характеристиками и повышенной степенью интеграции.

Источники информации

1. Низов В.Н. Способ изготовления микроэлектронного узла. RU 2 651 543. Патентообладатель: Акционерное общество «Авиаавтоматика» имени В.В. Тарасова». Заявка: 2016148054, 07.12.2016. Опубл. 20.04.2018. Бюл. № 11.

2. Путролайнен В.В., Беляев М.А., Перминов В.В. Способ трехмерного многокристального корпусирования интегральных микросхем памяти. RU 2 705 229. Патентообладатель: Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Петрозаводский государственный университет» Заявка: 2019106268, 05.03.2019. Опубл. 06.11.2019. Бюл. № 31.

1. Способ изготовления микромодуля, включающий формирование на коммутационной плате коммутационных слоев, сквозных металлизированных отверстий, монтаж бескорпусного кристалла, создание электрических соединений между бескорпусным кристаллом и платой микросваркой, формирование пакета коммутационных плат путем создания электрических соединений между коммутационными платами с применением токопроводящих микрошариков, заливку компаундом пространства, образованного между коммутационными платами и корпусирование, отличающийся тем, что бескорпусной кристалл монтируют в предварительно профилированную коммутационную плату после создания коммутационных слоев со стороны, не занятой коммутационными слоями путем последовательного формирования глухого отверстия для монтажа бескорпусного кристалла и сквозного отверстия внутри глухого для коммутации платы с бескорпусным кристаллом.

2. Способ изготовления микромодуля по п. 1, отличающийся тем, что в качестве материала коммутационной платы используют монокристаллический кремний.

3. Способ изготовления микромодуля по п. 1, отличающийся тем, что формирование глухого отверстия для монтажа бескорпусного кристалла и сквозного отверстия внутри глухого для коммутации платы с бескорпусным кристаллом осуществляют «сухим» травлением последовательно в Бош-процессе через предварительно сформированную маску.

4. Способ изготовления микромодуля по п. 1, отличающийся тем, что последовательное формирование глухого отверстия для монтажа бескорпусного кристалла и сквозного отверстия внутри глухого для коммутации платы с бескорпусным кристаллом осуществляют со стороны, не занятой коммутационными слоями через предварительно сформированную спреевым методом фоторезистивную маску.

5. Способ изготовления микромодуля по п. 1, отличающийся тем, что перед формированием пакета коммутационных плат путем создания электрических соединений между коммутационными платами с применением токопроводящих микрошариков коммутационные платы подвергают шлифовке со стороны, не занятой коммутационными слоями на величину h, определяемую из соотношений:

h≤(Н_кр+l_адг)/3, Н_кр>>l_адг, где

Н_кр - толщина бескорпусного кристалла, мкм,

l_адг - толщина слоя адгезива после монтажа бескорпусного кристалла, мкм.

6. Способ изготовления микромодуля по п. 5, отличающийся тем, что после шлифовки коммутационной платы со смонтированным бескорпусным кристаллом со стороны, не занятой коммутационными слоями, методами микрообработки формируют дополнительные коммутационные слои.

Использование: для сборки электронных компонентов в электронный модуль. Сущность изобретения заключается в том, что способ изготовления трехмерного электронного модуля включает следующие этапы: создают функциональные блоки, осуществляя монтаж электронных компонентов на технологические подложки с контактными площадками на боковых гранях, проводят тестирование сформированного на подложке функционального блока, при положительном результате которого осуществляют дальнейшие этапы, производят подготовку технологической заливочной оснастки путем ее очистки от посторонних веществ, загрязнений, сушки и нанесения разделительной смазки, которая имеет антиадгезионные свойства, осуществляют позиционирование функциональных блоков в технологической заливочной оснастке, располагая их параллельно один над другим, совмещая контактные площадки, осуществляют приготовление теплопроводящего электроизоляционного компаунда и заливают компаунд в технологическую заливочную оснастку, при приготовлении и заливке теплопроводящего электроизоляционного компаунда применяют операцию двойной дегазаци, осуществляют полимеризацию теплопроводящего электроизоляционного компаунда, обрезают боковые грани сформированного трехмерного электронного модуля для открытия контактных площадок технологических подложек, обрезку осуществляют посредством оборудования, позволяющего обеспечить минимальную шероховатость поверхности боковых торцов трехмерного электронного модуля, проводят процедуру очистки трехмерного электронного модуля от возможных загрязнений, формируют сплошную поверхностную металлизацию методом трафаретной печати, при помощи лазерного пучка локально удаляют участки поверхностной металлизации на боковых гранях, тем самым образуя отдельные дорожки металлизации, коммутирующие необходимые контактные площадки согласно электрической схеме трехмерного электронного модуля.

Способ электрического и механического соединения плат и интерпозеров в 3d электронных сборках // 2703831

Изобретение относится к электронной технике и может быть использовано при изготовлении 3D сборок с гибридными электронными компонентами. Сущность: способ электрического и механического соединения плат в 3D электронных сборках заключается в реализации вертикальных линий коммутации за счет пайки механически напряженной проволоки с периферийными контактными площадками пакетированных плат сборки, пропущенной через торцевые прорези плат в области этих контактных площадок, а также за счет использования стенок из гибкого диэлектрического материала вокруг сквозных стержнеобразных направляющих сборки, формирующих объем вокруг электронных компонентов каждого уровня сборки для заливки компаундом.

Многокристальный модуль // 2702705

Изобретение относится к электронной технике и может быть использовано при изготовлении многоуровневых многокристальных модулей в трехмерной сборке с повышенными эксплуатационными характеристиками. Многоуровневый многокристальный модуль содержит по меньшей мере две монтажные платы и две одинаковые по планарным габаритным размерам коммутационные платы, которые вместе с электронными компонентами образуют уровень модуля.

Способ изготовления трехмерного электронного модуля с высокой плотностью размещения компонентов и устройство // 2688581

Использование: для изготовления электронных устройств с поверхностным расположением компонентов. Сущность изобретения заключается в том, что способ изготовления трехмерного электронного модуля с высокой плотностью размещения компонентов, включающий получение заготовки печатной платы на металлической основе; сгибание печатной платы и монтаж электронных компонентов на ее поверхности, при этом используют заготовку печатной платы, выполненную в виде развертки, плоские участки которой имеют форму n-угольника, где n ≥ 2, и выполнены с возможностью образования граней пространственной структуры; монтаж поверхностных выводных компонентов и электронных узлов осуществляют на развертке печатной платы, путем их группировки на поверхности по меньшей мере двух участков печатной платы, с учетом сохранения их пространств в последующем изгибе платы; сгибают развертку печатной платы путем последовательного относительного поворота частей заготовки вокруг линии сгиба до размещения электронных компонентов одного участка в свободном пространстве между электронными компонентами другого или нескольких других участков платы.

Электронный узел, который включает в себя уложенные друг на друга электронные устройства // 2659980

Изобретение относится к электронным устройствам, уложенным друг на друга. Электронный узел содержит первое электронное устройство, которое включает в себя полость, которая углубляется в заднюю сторону первого электронного устройства, при этом первое электронное устройство включает в себя промежуточную пластину на передней стороне первого электронного устройства, при этом полость в первом электронном устройстве углубляется сквозь первое электронное устройство до промежуточной пластины, и электронный узел также содержит второе электронное устройство, установленное на первом электронном устройстве в пределах полости в первом электронном устройстве.

Микромодуль // 2659726

Изобретение относится к области создания малогабаритных микромодулей на гибкой плате, содержащих несколько БИС. Сущность изобретения: микромодуль содержит гибкую плату, снабженную металлизированными межслойными переходными отверстиями и смонтированными на ней кристаллами бескорпусных БИС с выступами.

Способ изготовления трехмерного многокристального модуля на гибкой плате // 2657092

Изобретение относится к микроэлектронике, в частности к области создания малогабаритных многокристальных устройств, изготовленных по гибридной трехмерной технологии. В способе изготовления трехмерного многокристального модуля на гибкой плате формируют симметрично с двух противоположных краев два монтажных выступа с контактными площадками, служащих выводами многокристального модуля.

Способ изготовления трехмерного электронного модуля // 2656030

Изобретение относится к радиоэлектронике. Предлагается новый способ изготовления трехмерного электронного модуля.

Многоярусные микроэлектронные кристаллы, встроенные в микроэлектронную подложку // 2630706

Изобретение относится к микроэлектронным устройствам, которые включают в себя многоярусные микроэлектронные кристаллы, встроенные в микроэлектронную подложку. Согласно изобретению по меньшей мере один первый микроэлектронный кристалл прикреплен ко второму микроэлектронному кристаллу, при этом между вторым микроэлектронным кристаллом и по меньшей мере одним первым микроэлектронным кристаллом размещен материал для неполного заполнения, микроэлектронные кристаллы заделаны в микроэлектронную подложку, а микроэлектронная подложка содержит первый наслаиваемый слой и второй наслаиваемый слой, между которыми образована граница раздела, причем граница раздела примыкает к материалу для неполного заполнения границы раздела, или первому микроэлектронному кристаллу, или второму микроэлектронному кристаллу.

Способ повышения прочности стыковки кристаллов // 2613617

Изобретение относится к области полупроводниковой микроэлектроники, а именно к технологии сборки полупроводниковых приборов, и может быть использовано для гибридизации матричных фотоприемных устройств методом перевернутого монтажа. В способе повышения прочности стыковки индиевых микроконтактов БИС и МФЧЭ посредством сдавливания индиевых микроконтактов, расположенных на стыкуемых кристаллах, микроконтакты на обоих кристаллах выполняют в форме вытянутых прямоугольников, расположенных под углом по отношению друг к другу, на периферии матрицы формируют множество прямоугольных микроконтактов на каждом кристалле, которое объединяют в решетки и создают опорные индиевые микроконтакты большой площади.

Микромодуль космического назначения // 2778034

Изобретение относится к микроэлектронным приборам космического назначения и может быть использовано в составе бортовой и наземной аппаратуры космических аппаратов с высокоплотным монтажом. Предложен микромодуль, включающий в свой состав корпус с крышкой, основание, N чередующихся коммутационных плат, содержащих сквозные металлизированные отверстия, коммутационные металлические слои в виде микрополосковых линий и диэлектрические слои, с установленными на них, электрически соединенными с каждой из них, бескорпусными кристаллами, с заливкой компаундом пространств между платами. В предложенном микромодуле со стороны, не занятой коммутационными слоями, последовательно расположены глухие отверстия для монтажа бескорпусных кристаллов и сквозные отверстия для коммутации платы с бескорпусными кристаллами после формирования коммутационных слоев, при этом глубина глухих отверстий выбирается из соотношения Н≤h+a, где Η - толщина бескорпусных кристаллов, мкм, h - глубина глухого отверстия, мкм, а - толщина адгезива после монтажа бескорпусного кристалла и отверждения, мкм. Технический результат заключается в создании технологичного микромодуля космического назначения с уменьшенными массогабаритными характеристиками, предназначенного для эксплуатации в составе бортовой аппаратуры в широком диапазоне температур с увеличенным сроком эксплуатации. 7 з.п. ф-лы, 4 ил.