ИНТЕГРАЛЬНАЯ СХЕМА Российский патент 1999 года по МПК H01L27/04 H01L23/482 

Изобретение относится к полупроводниковым интегральным микросхемам (ИМС), в частности к микросхемам с диэлектрической изоляцией компонентов и подложкой из поликристаллического полупроводникового материала, с низкой и средней плотностью расположения элементов на кристалле, которые изготовлены традиционными технологиями: полупроводниковой или гибридной.

В качестве первого аналога [2] рассмотрена, с точки зрения ее конструкции, стандартная интегральная микросхема, содержащая корпус, в котором размещается кристаллодержатель, выполненный с контактными площадками на двух его противоположных сторонах, электрически соединенных между собой металлизированными проводниками, на котором закреплен полупроводниковый кристалл с контактными площадками, соединенными с контактными площадками кристаллодержателя проволочными перемычками, и выводы, запрессованные в корпус, электрически соединенные с контактными площадками полупроводникового кристалла.

В качестве второго аналога [3] выбрана интегральная микросхема, включающая поликристаллическую подложку, активные и пассивные элементы, размещенные в изолированных диэлектриком участках монокристаллического полупроводника, систему металлизированных соединений с пересечениями, которые выполнены в виде расположенных непосредственно в подложке высоколегированных участков с размерами зерен поликристалла, не превышающими 3 мкм.

В качестве прототипа рассмотрена полупроводниковая интегральная микросхема (фиг. 1) [1], содержащая корпус 1, конструкция которого может быть различной, с выводами 2, расположенными двухрядно, по периметру или матрицей, в зависимости от их количества (от 14 до 64) и типа корпуса, полупроводниковый кристалл 3 с активными, пассивными элементами и металлическими межсоединениями, соединительные проводники 4, один конец которых приварен к контактным площадкам кристалла 5, расположенным, как правило, по его периметру, а другой - к выводам корпуса или контактным площадкам кристаллодержателя 6, соединенным с выводами корпусов ИМС.

Недостатком конструкции, общим как для прототипа, так и для обоих аналогов, с точки зрения авторов данной работы, является "жесткое" назначение выводов ИМС в процессе сборки, впоследствии не изменяемое, что приводит к следующим последствиям: при проектировании печатных плат для радиоэлектронной аппаратуры и вычислительной техники такая ИМС помещается на плату в заданном рядом условий месте и происходит ее соединение с другими компонентами платы (трассировка). В ходе этого процесса возможно возникновение следующей ситуации: трассы, подводимые к ИМС сверху (снизу), должны быть соединены с нижними (верхними) выводами ИМС, такие трассы практически неизбежно пересекут другие трассы - подходящие к боковым выводам ИМС (фиг.2а).

Аналогичная ситуация возникает, если трассы, подводимые к боковым выводам ИМС, идут с противоположной стороны - они пересекут трассы, подходящие к вертикальным выводам ИМС (фиг. 2б). В результате практически невозможно обойтись без межслойных переходов или перемычек, что снижает качество платы, ее надежность и технологичность.

Изобретение направлено на повышение надежности и увеличение технологичности печатной платы, содержащей интегральные микросхемы в качестве компонента.

Это достигается тем, что по периметру полупроводникового кристалла за счет некоторого увеличения его площади выполняются концентрические коммутационные кольца, как бы разделяющие контактные площадки кристалла 5 прототипа (фиг. 1) на две части: внутренние и внешние контактные площадки. Контактные площадки кристалла прототипа выполняют две функции: снимают информацию с функциональной части кристалла ИМС и передают ее на контактные площадки кристаллодержателя 6 и, следовательно, на выводы 2 ИМС. В отличие от прототипа у ИМС предлагаемой конструкции эти функции разделены: внутренние контактные площадки снимают информацию с кристалла, а внешние - передают ее на контактные площадки кристаллодержателя. Связь внутренних контактных площадок с внешними осуществляется посредством коммутационных колец. Для обеспечения возможности назначения определенной функции нужному выводу ИМС каждая внешняя контактная площадка электрически соединяется с одним из коммутационных колец в процессе изготовления ИМС, а каждая внутренняя контактная площадка имеет возможность коммутации с любым из коммутационных колец перед установкой микросхемы на монтажную плату.

Сущность изобретения поясняется фиг.3, где представлен вид предлагаемой интегральной схемы сверху, из которого видно, что в конструкцию стандартной ИМС, имеющей корпус 1, выводы 2, полупроводниковый кристалл 3, соединительные проводники 4, контактные площадки кристалла 5, в дальнейшем называемые внутренними и выполняемые непосредственно в подложке в виде высоколегированных участков с размерами зерен поликристалла, не превышающими 2 мкм, и контактные площадки кристаллодержателя 6, дополнительно введены: коммутационные кольца 7, количество которых равно числу контактных площадок кристалла, выполняемые на его поверхности пленочной технологией, и внешние контактные площадки 8, располагающиеся за коммутационными кольцами по краю кристалла и соединяемые навесными проводниками 4 с контактными площадками 6 кристаллодержателя.

Внешние и внутренние контактные площадки выполняются удлиненными - длина внутренних ограничивается уровнем последнего (внешнего) коммутационного кольца, а каждая внешняя контактная площадка соединяется электрически с одним из коммутационных колец, уровнем которого и определяется ее длина.

Для осуществления заложенной в устройство возможности назначения выводов при установке ИМС на монтажную плату необходимо выполнить электрическое соединение посредством прожигания изолирующего слоя между определенной внутренней контактной площадкой и коммутационным кольцом, соединенным с необходимым выводом ИМС.

Следует отметить, что площадь кристалла такой ИМС по сравнению с прототипом незначительно возрастает за счет ширины коммутационных колец (2 мкм) и такого же изолирующего расстояния между ними. Например, при числе выводов ИМС - 24 размер стороны полупроводникового кристалла увеличится примерно на 0,2 мм,
Использование предлагаемых интегральных микросхем позволит минимизировать число конфликтов между трассами, а следовательно, количество межслойных соединений (переходов)
В статическом состоянии ИМС предлагаемой конструкции предполагает наличие микросхемы с выводами 2 (фиг. 3), изолированными коммутационными кольцами 7 от ее функциональной части, т.е. от внутренних контактных площадок 5.

Способ использования предлагаемой ИМС в составе монтажной платы или другого устройства после назначения выводов предложенным способом не отличается от способа использования прототипа.

Источники информации:
1. Коледов Л.А. Технология и конструкции микросхем, микропроцессоров и микросборок. - М.; Радио и связь, 1989, с. 400.

2. Авторское свидетельство СССР N 1583995, H 01 L 23/28, 1987.

3. Авторское свидетельство СССР N 470237, H 01 L 27/00, 24.08.77.

Использование: в вычислительной и радиоэлектронной аппаратуре. Сущность изобретения: в конструкцию полупроводникового кристалла стандартной интегральной микросхемы введены коммутационные кольца, расположенные по периметру кристалла, количество которых равно числу выводов кристалла. Кроме имеющихся контактных площадок, называемых в данном случае внутренними, по краю полупроводникового кристалла расположены внешние контактные площадки. Все контактные площадки для обеспечения возможности соединения любого вывода корпуса ИМС с любой внутренней контактной площадкой кристалла выполняются удлиненными - указанная возможность реализуется при обеспечении электрического соединения необходимых внутренних контактных площадок с внешними при помощи коммутационных колец. Техническим результатом изобретения является повышение надежности и увеличение тенологичности печатной платы, содержащей интегральные микросхемы в качестве компонента. 3 ил.

Интегральная микросхема, включающая поликристаллическую подложку, активные и пассивные элементы, металлические межсоединения, отличающаяся тем, что в нее по периметру поверхности полупроводникового кристалла введены коммутационные кольца шириной 2 мкм и таким же изолирующим расстоянием между ними, количество которых равно числу выводов кристалла ИМС, и кроме внутренних контактных площадок введены внешние контактные площадки, располагающиеся по краю кристалла и соединенные с контактными площадками кристаллодержателя, контактные площадки выполнены удлиненными, непосредственно в подложке в виде высоколегированных участков с размерами зерен поликристалла не более 2 мкм, каждая внешняя контактная площадка имеет электрическое соединение с одним из коммутационных колец, чем и определяется ее длина, а длина каждой внутренней контактной площадки для обеспечения возможности ее коммутации с любым коммутационным кольцом перед установкой ИМС на монтажную плату ограничивается внешним коммутационным кольцом.