Сборки и монтажа интегральных микросхем

Операция в МК	Номер опера­ции в МК	Характерные признаки внешнего вида образца после выпол­нения операции	Характерные виды и причины брака на данной операции	Номер пластины

Форма табл.П2.2

Конструктивно-технологические особенности изучаемых ИМС

№ п/п	Параметр	Значения параметра
	Конструкция ленточного носителя (1-, 2-или 3-е дойный)
	Материалы, из которых изготовлен лен­точный носитель
	Способ монтажа ИМС (гибкий или жесткий)
	Способ герметизации ИМС (в корпусе или бёскорпусная)
	Герметизирующий материал
	Конструктивно-технологический тип ИМС (ПИМС на биполярных транзисторах или МДП-ИМС) и способ изоляции эле­ментов в ИМС
	Размеры кристалла, мм
	Количество внешних контактных площадок в кристалле: из них соединенных с внешними выводами
	Длина гибких выводов, мм: между кристаллом и ситалловой платой между ситалловой платой и ленточным носителем
	Количество гибких выводов: между кристаллом и ситалловой платой между ситалловой платой и ленточным носителем
	Количество объемных выводов на кристалле
	Средний диаметр объемного вывода, мкм

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 2

Многоуровневая коммутация в технологии изготовления ЭС

Целью работы: является изучение современных технологических методов создания многоуровневой коммутации и конструкторско-технологических особенностей реализации многослойных коммутационных плат, а также приобретение навыков выбора оптимальных технологических приемов для изготовления многослойных коммутационных плат заданной конструкции.

Продолжительность занятия – 4ч.

Теоретические сведения

Увеличение быстродействия ЭВС в условиях применения элементной базы повышенной степени интеграции привело к необходимости максимального повышения плотности монтажа на коммутационных платах (КП) устройств и развития методов и средств техники поверхностного монтажа компонентов при изготовлении функциональных ячеек (ФЯ).

Большое количество выводов (более 1000) у современных кристаллодержателей требует чрезвычайно плотной, надежной коммутации, реализация которой на одном уровне платы (в одной плоскости) не представляется возможной. Коммутационные элементы в значительной степени определяют массу и габариты аппаратуры, паразитные связи, мощность рассеяния и в целом надежность ЭВС. Учитывая также многообразие микрокорпусов и конструкций элементной базы, появившейся в настоящее время для устройств с повышенной плотностью монтажа, вопрос разработки и производства многоуровневых (многослойных*) коммутационных плат (МКП) является одним из главных при создании перспективных ЭВС и требует комплексного подхода к его решению.

Этот комплекс включает:

- материаловедческий аспект (выбор материалов, обеспечивающих физико-химическую совместимость между собой и с другими конструктивами при изготовлении и эксплуатации устройства, технологичность и функциональную оптимальную нагрузку);

- технологический аспект (выбор оптимальных технологических приемов для реализации конструкции МКП с точки зрения технологичности и надежности, а также решение частных задач по реализации конструкторско-технологических решений);

- конструкторский аспект (разработка оптимального варианта трассировки коммутации, оптимальной геометрии элементов КП и самой МКП, а также решение частных задач, связанных со спецификой использования МКП, например, конструирования, теплоотводов);

Естественно, такое разделение условно и на практике разработчик
(конструктор-технолог) решает задачи, как правило, сразу в нескольких аспектах. В рамках данного занятия необходимо рассмотреть общие и конкретные вопросы, касающиеся изготовления различных конструкторско-технологических вариантов МКП.

Основные требования к платам с многоуровневой коммутацией:

- высокая плотность рисунка линий коммутации;

- малые масса и габариты коммутирующих элементов при возрастающем количестве уровней коммутации;

- снижение числа сварных и паянных соединений;

- высокая ремонтопригодность;

- возможность применения автоматизированного проектирования и изготовления;

- возможность установки и монтажа навесных компонентов с любой конфигурацией выводов;

- необходимые размеры коммутационной платы, обладающей требуемой механической прочностью, минимальными паразитными связями и обеспечивающей теплоотвод.

В качестве материалов для изготовления основы МКП применяют нефольгированные и фольгированные диэлектрики, а также металлы и их сплавы. Важнейшие требования к диэлектрическим материалам:

- необходимые диэлектрические свойства;

- высокая механическая прочность;

- термостойкость и химическая стойкость;

- химическая инертность по отношению к сопрягаемым материалам;

- минимальная зависимость электрофизических характеристик от климатических и других воздействий;

- высокая технологичность (например, обрабатываемость);

- низкая стоимость.

Широко распространены в настоящее время стеклотекстолиты, бумажно-фенольные, полиимидные, керамические материалы, а также ситалл, поликор, кремний и др. В табл. 2.1 приведены перспективные материалы для МКП и их основные характеристики. Важно отметить, что использование волокнистых материалов (эпоксистекловолокно, кевлар, арамид и др.) перспективно с точки зрения минимальных остаточных напряжений в многослойных структурах, сформированных на основе данных материалов.

Для создания коммутации в производстве МКП используют усовершенствованные технологии изготовления печатных плат: субтрактивную (чаще всего в комбинации с химико-гальванической металлизацией отверстий, то есть комбинированную позитивную или негативную технологии), полуаддитивную, аддитивную, а также приемы толсто- и тонкопленочной технологии (табл. 2.2). В последнее время появляются сообщения о создании МКП с применением эпитаксиально-планарной технологии в сочетании с тонкопленочной.

Субтрактивная технология изготовления КП, основанная на избирательном травлении фольги (не защищенной фоторезистом) хорошо освоена в производстве КП. Для её реализации используется фольгированный диэлектрик и методы трафаретной, либо офсетной печати, а чаще всего фотопечати. В связи с возрастающими требованиями к повышению плотности коммутации все чаще используется медная "тонкая" (9 мкм) и "сверхтонкая" (5 мкм и менее) фольга. Это позволяет резко снизить величину бокового подтравливания линий, равную толщине слоя меди, и создавать платы с линиями шириной до 200 мкм. Однако производство такой фольги имеет ряд трудностей и дорого. Поэтому там, где необходимо применение плат с шириной коммутационных линий менее 200 мкм,используются полуаддитивная или аддитивная технологии.

В полуаддитивной технологии сначала на чистую диэлектрическую заготовку химически осаждается слой меди толщиной 1,0 - 2,5 мкм, а затем избирательно ведется гальваническое наращивание коммутационных элементов, после чего с технологического поля стравливается химически осажденная медь.

В аддитивном процессе и предварительная, и последующая металлизации (осаждение меди) проводятся избирательно (с применением химического осаждения), что в принципе исключает подтравливание коммутирующих дорожек, а так же исключает боковое их "разрастание" (последнее характерно для гальванического осаждения металлов).

Перед химическим осаждением предварительно проводят сенсибилизацию и активацию поверхности диэлектрического основания платы с применением соответственно растворов, содержащих двуххлористое олово, а затем двуххлористый палладий с целью придания диэлектрику каталитических свойств. Металлизацию можно формировать одновременно с двух сторон платы.

На одном диэлектрическом основании по субтрактивной технологии можно также получить два уровня (слоя) коммутации, если использовать двухсторонний фольгированный диэлектрик. Более двух слоев коммутации можно получить путем набора диэлектрических плат (по сформированной на них коммутацией с одной или двух сторон), соединенных склеивающими прокладками, и последующего их прессования. Электрическое соединение между слоями коммутации в МКП осуществляется чаще всего через специально выполненные (например, сверлением) в КП отверстия (до получения топологического рисунка коммутации), которые затем обычно металлизируют (так как использование пистонов, штырей, игл и т.д. - процесс трудоемкий, требующий увеличения диаметра переходных отверстий). Несмотря на то, что развитие технологии изготовления КП сопровождается постоянным снижением ширины проводников, плотность коммутации в МКП во многом определяется размерами переходных отверстий со слоя на слой

Таблица 2.1

Материалы для изготовления коммутационных плат
и их основные характеристики.

N п/п	Материал	Диэлектрическая проницаемость на частоте 1МГц	ТКЛР, (х10-6), 1/ºС	Коэффициент теплопровод-ности, Вт/(м∙град.)	Применение
	Эпоксидная смола – стекловолокно	4,5 – 5,0	14,0 – 18,0	0,16	Изделия бытовой техники; ЭУ широкого применения
	Полиимид - стекловолокно	3,8 – 4,5	15,0 – 18,0	0,38	Специальные изделия с повышенной плотностью монтажа, в том числе МКМ
	Эпоксидная смола – кевлар	3,9 – 4,5	5,3 – 5,6	0,12	Маломощные ЭУ, работающие в условиях повышенных градиентов температур; МКМ
	Полиимид – арамид	3,6	5,8	0,15	Быстродействующие ЭУ; МКМ
	Фторопласт – стекловолокно	2,3 – 3,5	8,0	0,26	Быстродействующие ЭУ; СВЧ ЭУ; МКМ.
	Эпоксидная смола – кварц	3,6	5,0	0,17	Устройства средней и повышенной мощности; СВЧ ЭУ, эксплуатируемые при повышенных температурах

Примечание. ТКЛР – температурный коэффициент линейного расширения; ЭУ – электронные устройства; СВЧ – сверх высокочастотные; МКМ – многокристальные микромодули

Продолжение табл. 2.1

N п/п	Материал	Диэлектрическая проницаемость на частоте 1МГц	ТКЛР, (х10-6), 1/ºС	Коэффициент теплопроводности, Вт/(м∙град.)	Применение
	Полиимид – кевлар	3,5 – 3,6	5,6 – 5,8	0,15	Мощные, быстродействующие устройства; МКМ
	Полиимид – кварц	3,4	6,0 – 8,0	0,20	Мощные, устройства, эксплуатируемые при повышенных градиентах температур
	Эпоксидная смола – графит	−	3,0	1,00	Для согласования ТКЛР материалов КП и компонентов в ЭУ
	Термопласты (полисульфон, полиэфиримид, полиэфирсульфон, стеклоэпоксиды)	2,8 – 3,2	20,0	0,16	Изделия, выполняемые по спец. технологии; МКМ; прозрачные платы для дисплеев; устройства цветного кодирования; рельефные, объемные сложной формы и другие уникальные КП для ЭУ

Продолжение табл. 2.1

N п/п	Материал	Диэлектрическая проницаемость на частоте 1МГц	ТКЛР, (х10-6), 1/ºС	Коэффициент теплопроводности, Вт/(м∙град.)	Применение
	Стальная эмалированная подложка	6,8	12,0	40,00	Мощные ЭУ различного назначения
	Медь – инвар – медь	Не имеет смысла	5,8 – 6,4	150,00 (по осям x, y) 20,00 (по оси z)	Для более точного согласования ТКЛР всех материалов КП и компонентов ЭУ
	Сплав 42	Не имеет смысла	5,3	15,00	ЭУ, требующие точного согласования ТКЛР материалов элементов КП с материалами компонентов
	Тефлон	1,9 – 2,2	50,0-80,0	0,23	СВЧ – устройства (для согласования ТКЛР материалов КП и компонентов)
	Медь	Не имеет смысла	17,3	406,00	Мощные устройства
	Оксид алюминия	9,0 – 10,0	6,5	26,00	Устройства, работающие при высоких температурах

Окончание табл. 2.1

N п/п	Материал	Диэлектрическая проницаемость на частоте 1МГц	ТКЛР, (х10-6), 1/ºС	Коэффициент теплопроводности, Вт/(м∙град.)	Применение
	Оксид бериллия	6,0 – 7,0	8,0	230,00	Мощные ЭУ; ЭУ спец. назначения
	Карбид кремния	6,0 – 7,5	1,5 – 4,2	220,00	Мощные и специальные ЭУ
	Нитрид алюминия	5,0 – 8,8	1,5 – 7,0	Более 220,00	Мощные и СВЧ ЭУ, в том числе МКМ, работающие в экстремальных условиях
	Политетраф-торэтилен со специальным наполнителем	2,0 – 2,44	6,0 – 15,0	1,00 и более	СВЧ ЭУ с минимальными перекрестными помехами; уплотнители в ЭУ для защиты от влаги
	Нитрид бора	4,2	1,2	55,00	Мощные СВЧ ЭУ; быстродействующие специальные ЭУ
	Керамика на основе нитрида кремния	6,8 – 12,0	2,8 – 3,2	40,00 – 80,00	Мощные ЭУ; спец. вычислительные ЭУ; МКМ
	Тонкие алмазные пленки	4,0 – 5,7	0,6 – 1,3	900,00 – 1000,00	Мощные ЭУ; специальные ЭУ
	Биокерамика	Сведения отсутствуют	Сведения отсутствуют	Сведения отсутствуют	Сенсорные устройства; биоэлектронные устройства для нейронных ЭВС; микромеханические системы

Таблица 2.2