5. Конструктивные исполнения бескорпусной элементной базы.

Бескорпусная элементная база

Бескорпусные большие интегральные схемы (БК БИС) находят самое широкое применение, отвечая проблемам комплексной микроминиатюризации (так как наибольшая монтажная площадь, которую может занимать СБИС на коммутационной плате, - это посадочная площадь самого кристалла). А компьютерно-интегрированная технология сборки обеспечивает прекрасные экономические показатели (низкая трудоемкость и себестоимость).

Для БК СБИС имеется широкий выбор материалов и выводов, а также технологий микроконтактирования. Также БК СБИС имеют наименьшие значения переходных сопротивлений, паразитных емкостей и индуктивностей, что способствует повышению скорости обработки сигналов МКМ.

Надежность бескорпусных СБИС не ниже, а при определенных конструктивных исполнениях и выше, чем у корпусированных, по следующим причинам:

• уменьшено количество микросварных и паяных соединений на одну контактную площадку;

• исключено влияние корпуса на функционирование СБИС;

• улучшены условия теплоотвода за счет непосредственного монтажа на теплоотводящие платы без дополнительных переходных элементов;

повышена устойчивость к механическим воздействиям, чему способствует прежде всего малая масса БК СБИС и конструктивов с их применениемДля стандартизации бескорпусной элементной базы существует отраслевой стандарт, в соответствие с которым БК ЭБ подразделяется на 5 модификаций:

• модификация «1» - микросхемы с гибкими проволочными выводами;

• модификация «2» - микросхемы с ленточными выводами на гибком полимерном носителе;

• модификация «3» - микросхемы с жесткими (шариковыми или столбиковыми) выводами;

• модификация «4» - микросхемы на общей пластине;

• модификация «5» - микросхемы на общей пластине, разделенные без потери ориентации.

6 Компьютерно-интегрированные технологии проволочного микромонтажа и монтажа сбис с организованными выводами в производстве эвс.

Современные методы сборки бескорпусных СБИС основываются на двух направлениях: проволочной сборке и сборке с организованными выводами.

ИМС с проволочными выводами

Выводы можно присоединять микросваркой или пайкой. Пайка – ремонтопригодность, но низкая производительность + возможно растворение материала перемычек и пленочных контактов в расплавленном припое. Микросварка – автоматизация и качество, но возможно образование хрупких интерметаллических соединений и ухудшение адгезии тонких металлических пленок к подложке. Наиболее широко применяют разновидности микросварки давлением, при которых соединение формируется в твердой фазе за счет сжатия поверхностей и нагрева.

В качестве выводов используют проволоку крупного сечения из золота или алюминия, из чистого алюминия, проволока из алюминий-кремниевого сплаваи алюминий-магниевого сплава.

Обычно при проволочном монтаже применяются соединения встык и внахлест. При отсутствии загрязнений на соединяемых поверхностях прочность соединений зависит от площади контакта.

В зависимости от материала вывода и контактной площадки используют: Термокомпрессионная сварка

Сварка давлением с косвенным импульсным нагревом

Сварка сдвоенным (расщепленным) электродом

Ультразвуковая сварка

Электроннолучевая и лазерная сварка

Дальнейшая автоматизация процессов создания СБИС КГА и монтажа кристаллов на плату МКМ достигается применением так называемых организованных выводов (методы беспроволочного соединения). Наибольшее распространение получили:

• присоединение с помощью балочных выводов;

• присоединение перевернутым кристаллом с шариковыми (столбиковыми) выводами;

• сборка с использованием гибких полимерных носителей.

Кристаллы с балочными выводами

Выводы из золота формируются после окончания технологического процесса изготовления полупроводниковой структуры. По существу они представляют собой продолжение выходных площадок кристалла и выступают за пределы кристалла в виде консольных балок.

При монтаже кристаллов с балочными выводами на плату приваривают или припаивают только концы наружных частей балок, поэтому сами кристаллы не подвергаются механическим воздействиям.

ИМС с организованными шариковыми выводами

Характерная особенность кристаллов с шариковыми выводами состоит в том, что все выводы формируются в пределах кристалла на его лицевой стороне, а монтаж производится лицевой стороной вниз по методу перевернутого кристалла - флип-чип-монтаж.

Использование ИМС с шариковыми и столбиковыми выводами обеспечивает следующие преимущества:

• высокую плотность активных элементов и ИМС на кремниевой пластине, так как внешние выводы не требуют дополнительной площади кристалла;

• возможность автоматизации операции монтажа элементов на платы, ее высокую производительность;

• хорошую ремонтопригодность;

• возможность матричного расположения контактных площадок и очень малая протяженность межконтактных соединений, что сводит к минимуму величину их индуктивности.

Недостатками монтажа по методу перевернутого кристалла являются:

• худшие тепловые характеристики (по сравнению с кристаллом, присоединенным обычным способом);

• трудность обеспечения гарантированного присоединения выводов при групповом процессе пайки;

• сильное влияние внутренних механических напряжений из-за разницы ТКЛР кристалла и подложки;

Автоматизированная сборка с использованием ленты-носителя (АСЛН)

Эту технологию часто называют ТАВ-технологией (Таре Automated Bonding). Автоматизированный монтаж кристаллов осуществляется с использованием гибкого носителя с ленточными выводами, изготавливаемого отдельно (технологически не связанного с кристаллом), с применением фотолитографии по слою алюминия (или меди), расположенному на тонком полимерном основании. После полной аттестации СБИС на носителе производится вырубка и затем монтаж СБИС КГА в МКМ.

Типы гибких носителей можно разделить на три группы: однослойные, многослойные (дву- и трехслойные) и пространственные.

Одноточечная автоматизированная сборка на ленту-носитель

Метод переноса объемных выводов (ОВ)