ОРГАНИЧЕСКИЙ КРИСТАЛЛОДЕРЖАТЕЛЬ ДЛЯ ИНТЕГРАЛЬНЫХ СХЕМ С ПРОВОЛОЧНЫМИ СОЕДИНЕНИЯМИ Российский патент 2000 года по МПК H01L23/498 

Область техники
Изобретение относится к органическим кристаллодержателям для интегральных схем с проволочными соединениями.

Предшествующий уровень техники
Полупроводниковые устройства на интегральных схемах или просто кристаллы обычно представляют собой электронный блок, выполненный путем установки одного или нескольких кристаллов на керамической, например алюмооксидной, подложке кристаллодержателя с использованием проволочных соединений для электрического подсоединения контактных площадок 1/0 (входа/выхода) на каждом кристалле к соответствующим контактным площадкам и к соответствующим схемам разветвления по выходу на керамической подложке кристаллодержателя. Получающийся в результате керамический кристаллодержатель затем устанавливается на печатной плате (PCB) или "схемной печатной карте" (PCC) и через схемы на PCB или PCC электрически соединяется с другими керамическими кристаллодержателями и/или другими электронными элементами, установленными на PCB или PCC.

Несмотря на то, что вышеописанная схема компоновки является приемлемой, но при использовании керамических подложек кристаллодержателя имеются определенные ограничения и недостатки. Например, как известно, скорость распространения электрического сигнала через проволочку на диэлектрическом слое или между двумя диэлектрическими слоями пропорциональна обратной величине корня квадратного из диэлектрической постоянной диэлектрического слоя или слоев. К сожалению, диэлектрические постоянные керамики относительно велики, например, диэлектрическая постоянная оксидоалюминиевой керамики примерно 9, что приводит к тому, что скорости распространения сигналов в керамических кристаллодержателях оказываются относительно низкими, а в некоторых случаях нежелательно низкими.

Использование керамических подложек кристаллодержателей приводит также к определенным ограничениям на 1/0 (входы/выходы). Например, однослойная керамическая подложка кристаллодержателя включает только один слой схем разветвления по выходу на верхней поверхности этого одного керамического слоя, проходящего к контактным площадкам вокруг внешней периферии керамического слоя. Обычно для электрического соединения такого керамического кристаллодержателя к PCB или PCC используется рамка с выводами, имеющая внутренние выводы, подсоединенные к этим периферийным контактным площадкам. Однако, по мере увеличения количества 1/0 (вводов/выводов) кристалла необходимо увеличивать число проволочных соединений разветвления по выходу и, соответственно, уменьшать расстояние между проволочными соединениями разветвления по выходу до такого значения, когда нежелательные взаимные влияния соседних проволочных соединений разветвления по выходу станут неприемлемыми. Более того, оказывается чрезвычайно сложно или даже невозможно сформировать соответствующее большое число контактных площадок вокруг внешней периферии керамического слоя. Следовательно, однослойные керамические подложки кристаллодержателей имеют ограниченные возможности в отношении управления кристаллами с большим числом 1/0 (входов/выходов).

Попытки разместить вместе кристаллы, имеющие относительно большое число 1/0 (входов/выходов), привели к использованию многослойных подложек кристаллодержателей, применяя так называемые решеточные структуры с шариковыми выводами (BGA) вместо рамок с выводами. Керамические подложки кристаллодержателей такого типа отличаются от однослойных керамических подложек кристаллодержателей тем, что они включают два или более слоев схем разветвления по выходу на двух или более керамических слоях. Важно, что эти слои схем разветвления по выходу электрически взаимосвязаны механически при помощи просверленных отверстий, которые металлизированы и/или заполнены электропроводящим материалом. Кроме того, определенное количество таких отверстий проходит от слоев схем разветвления по выходу до контактных площадок на дне подложек кристаллодержателей, на которых установлены шариковые выводы из припоя (образующие решеточную структуру, поэтому она называется решеточная структура с шариковыми выводами). Предполагается, что эти шариковые выводы из припоя должны быть механически и электрически присоединены к соответствующим контактным площадкам, на которые может быть нанесен припой, на PCB или PCC. К сожалению, отверстия, электрически соединяющие между собой слои схем разветвления по выходу, имеют относительно большие диаметры, а это приводит к тому, что между проволочными соединениями по выходу должны быть относительно большие расстояния. Но это ограничивает количество 1/0 (входов/выходов) кристаллов, которые могут быть размещены с помощью таких многослойных керамических подложек кристаллодержателей.

Другие попытки компоновки кристаллов, имеющих относительно большое количество 1/0 (вводов/выводов), привели к использованию многоярусных полостей в многослойных керамических подложках. Используемый термин "полость" означает углубление в подложке, а не отверстие, проходящее сквозь толщину подложки. Когда используют такую конфигурацию, то кристалл устанавливается на дне многоярусной полости лицевой стороной вверх. Проволочные соединения проходят от контактных площадок 1/0 на верхней поверхности кристалла к контактным площадкам на каждой открытой верхней поверхности различных слоев многослойной керамической подложки, составляющих различные ярусы многоярусной полости. Несмотря на то, что такая конфигурация позволяет разместить достаточно большое количество 1/0 кристаллов, но она приводит к тому, что довольно длинные проволочные соединения вытягиваются от кристалла к верхним ярусам многоярусной полости. И, как следствие, нежелательно увеличивается "время пролета" соответствующих электрических сигналов.

Керамические подложки кристаллодержателей также ограничены в отношении их способности к рассеянию тепла. Например, в случае многослойного керамического кристаллодержателя, имеющего кристалл, расположенный на дне многоярусной полости, рассеяние тепла обычно осуществляется за счет теплоотвода, установленного непосредственно под полостью. Но это предполагает, что тепло, генерированное кристаллом, должно обязательно пройти через керамический слой на дне полости перед тем, как оно достигнет теплоотвода. Вследствие этого скорость рассеяния тепла оказывается ограниченной.

В IBM T.D.B. 28(7), стр. 2918-2919 раскрыта схема для изготовления кристаллодержателей высокой плотности, формируемых фотографическим методом, в которой применяется пластический материал, выпускаемый фирмой E.I. du Pont de Nemours & Co. под названием "фотоформируемый пластик" или "PPM-Alpha". Этот материал предназначен для формирования отверстий между несколькими слоями диэлектрика способом фотографии, которые взаимосвязаны за счет стандартной металлизазации и фототравления. Если сравнивать с многослойными керамическими блоками и металлизированной керамикой с полиимидом, то преимущества фотоформированных кристаллодержателей следующие. Могут использоваться органические, керамические или металлические подложки, а блок снабжается для эффективного охлаждения высокотермическими нагрузками. В этой схеме могут применяться прижатые элементы, элементы, установленные на поверхности, устройства с микропроволочными выводами или отдельные конструкции с несколькими кристаллами. Кроме того, металлическая подложка может действовать как защита устройства, а также как теплоотвод при применении, например, в качестве источников энергии.

В патенте США 5355283 описана решетчатая структура с шариковыми выводами с соединениями через отверстия. Эта структура с шариковыми выводами сформирована путем установки и электрического подсоединения одного или нескольких устройств к подложке, в которой выполнены отверстия для соединения электропроводящих путей, сформированных в поверхности подложки, с шариковыми контактами из припоя, выполненными на противоположной поверхности подложки. Отверстия выполнены путем механического или лазерного сверления. Шариковые выводы из припоя сформированы на каждой контактной площадке и прикреплены путем оплавления, например, к печатной плате. Электронные элементы могут включать один или несколько кристаллов интегральных схем, а также пассивные элементы. Электронные элементы прикреплены к подложке посредством проволочного соединения автоматизированной сборки интегральных схем перевернутых кристаллов. Для герметизации электронных устройств применяется герметизирующий материал.

В реферате патента Японии 14 (225) (E-927) раскрыта подложка для монтажа электронных элементов, предназначенная для улучшения рассеяния тепла и упрощения структуры за счет покрытия поверхностей платы на обеих сторонах сквозного отверстия слоями металлической пленки, контактирующей с теплопроводящим полимерным составом. Сквозные отверстия на плате находятся там, где размещают электронные элементы. Много сквозных отверстий выполнено и в других местах. Затем отверстия заполняют теплопроводящим полимерным составом и он отверждается. Далее отверстия покрывают слоем металла для формирования металлизированного слоя. В случае нанесения металлического покрытия слои металлической пленки формируют таким образом, чтобы они однородно покрывали все верхние и нижние поверхности отверстий. То есть, формирование слоя отверстий и формирование слоя металлической пленки проводится в одном и том же процессе выполнения металлического покрытия. Затем элементы приклеиваются к слою металлического покрытия на плате с помощью связующего материала из серебряной пасты, подсоединяются проволочные соединения, а выводные штырьки вставляются в отверстия.

Раскрытие изобретения
Таким образом, целью настоящего изобретения является разработка кристаллодержателей, которые (1) характеризуются достаточно высокой скоростью распространения электрического сигнала, (2) на которых размещаются кристаллы, относительно насыщенные 1/0, в которых исключается выполнение механически просверленных отверстий для соединения различных слоев схем разветвления по выходу (3), которые характеризуются относительно коротким "временем пролета", и (4) характеризуются относительно высокой скоростью рассеяния тепла.

В предложенном кристаллодержателе вместо керамических диэлектрических материалов применяются органические диэлектрические материалы, например композиции эпоксидная смола/стекло торговой марки " FR4" и "DriClad". Эти органические материалы имеют относительно низкие диэлектрические постоянные, например, диэлектрическая постоянная "FR4" составляет 4.0. Поэтому предложенный кристаллодержатель характеризуется относительно высокими скоростями распространения электрического сигнала.

В предложенном кристаллодержателе также применяется органический фотоформируемый диэлектрический слой. Этот слой выполняет функцию пленочного перераспределяющего слоя (FRL). Этот органический диэлектрический слой чувствителен к свету, легко облучается светом через шаблон и обрабатывается подобно фоторезисту для формирования отверстий, которые далее называются "фотоотверстиями" в отличие от отверстий, просверленных механически в фотоформируемом диэлектрическом слое. Эти фотоотверстия легко формируются, их диаметры значительно меньше, чем диаметры отверстий, которые могут быть выполнены с использованием традиционной технологии механического отверстия обычно не меньше, чем 0.3048 мм (12 мил; 0.012 дюйм), а диаметр фотоотверстия может быть меньше, например, 0.05 мм (2 мил; 0.002 дюйма). Следовательно, когда фотоформируемый диэлектрический слой (или слои) формируется на предложенном кристаллодержателе, то становится возможным соединить между собой два (или более) слоев схем разветвления по выходу без ограничения расстояния между проволочными соединениями разветвления по выходу до такой же величины, как при использовании механически просверленных отверстий. В результате, на предлагаемом кристаллодержателе размещаются кристаллы, имеющие большее количество 1/0, чем это возможно при использовании традиционных керамических кристаллодержателей.

Кроме того, в предложенном кристаллодержателе применяется одноярусная полость для размещения в ней кристалла вместо многоярусной полости. В результате, не требуется довольно длинных проволочных соединений. Следовательно, предложенный кристаллодержатель обеспечивает довольно короткое "время пролета" для соответствующих электрических сигналов.

В одном варианте воплощения изобретения тепловые проходы, выполненные под одноярусной полостью, проходят до дна кристаллодержателя, чтобы отводить тепло, вырабатываемое кристаллом, в атмосферу. В другом варианте теплоотвод выполняется непосредственно под тепловыми проходами, чтобы дополнительно увеличить рассеяние тепла. В еще одном варианте кристаллодержатель включает металлический, например, медный слой, который функционирует как теплоотвод, а глубина одноярусной полости доходит или даже входит в металлический слой. Это приводит к непосредственному физическому контакту между кристаллом в полости и теплоотводом, что обеспечивает еще большее рассеяние тепла.

В другом варианте выполнения предложенный кристаллодержатель включает по меньшей мере два органических слоя с заземленным слоем, размещенным между ними. Одноярусная полость, соответствующая этому варианту, имеет глубину по меньшей мере до заземленного слоя. В этом варианте изобретение также содержит почти непрерывное металлическое кольцо, которое охватывает по кругу боковые стенки полости и вытянуто вертикально до верхней поверхности кристаллодержателя. Наличие этого металлического кольца дает преимущества, оно позволяет легко выполнять контакт с заземленным слоем и при этом не требуется механически просверленного отверстия, проходящего до заземленного слоя. Вследствие этого, расстояние между проволочными соединениями разветвления по выходу может быть также уменьшено.

Краткое описание чертежей
В дальнейшем изобретение поясняется описанием конкретных вариантов воплощения со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых:
фиг. 1 изображает поперечное сечение первого варианта выполнения предложенного кристаллодержателя, согласно изобретению;
фиг. 2 - поперечное сечение второго варианта выполнения предложенного кристаллодержателя, согласно изобретению;
фиг. 3 - поперечное сечение третьего варианта выполнения предложенного кристаллодержателя, согласно изобретению;
фиг. 4 - поперечное сечение четвертого варианта выполнения предложенного кристаллодержателя, согласно изобретению;
фиг. 5 - поперечное сечение пятого варианта выполнения предложенного кристаллодержателя, согласно изобретению;
фиг. 6 - вид сверху подложки для изготовления пятого варианта предложенного кристаллодержателя, согласно изобретению.

Подробное описание наилучших вариантов воплощения
Предложенный кристаллодержатель для кристаллов с проволочными соединениями (1) обеспечивает относительно высокие скорости распространения электрических сигналов, (2) на нем легко размещаются кристаллы с большим числом 1/0, (3) для него не требуются длинные проволочные соединения, вследствие чего достигается относительно короткое "время пролета" для электрических сигналов, распространяющихся через проволочные соединения, и (4) обеспечивается относительно высокая скорость рассеяния тепла.

Как отмечено выше, предложенный кристаллодержатель обеспечивает относительно высокие скорости распространения электрических сигналов, поскольку в нем применяются органические материалы, такие как композиции эпоксидная смола/стекло, продаваемые под торговой маркой " FR4 u DriClad" вместо керамических материалов. На предложенном кристаллодержателе также легко размещаются кристаллы с относительно большим числом 1/0, поскольку в нем применяется по меньшей мере один фотоформируемый диэлектрический слой (в котором выполняются "фотоотверстия") в качестве пленочного перераспределяющего слоя (FRL) для электрического соединения между собой двух (или более) слоев схем разветвления по выходу. В предложенном кристаллодержателе отсутствуют относительно длинные проволочные соединения и достигается относительно короткое "время пролета" для электрических сигналов, распространяющихся по проволочным соединениям, поскольку в нем применяется одноярусная полость для размещения кристалла вместо многоярусной полости. Кроме того, некоторые варианты предложенного кристаллодержателя включают также тепловые проходы или слой из металлического материала, непосредственно расположенные под кристаллом, для усиления теплопереноса.

В первом варианте кристаллодержатель 10 (фиг. 1), включающий подложку 20 кристаллодержателя, имеющую взаимно противоположные поверхности 30 и 40. Эта подложка 24 также включает несколько, например три, наложенных друг на друга диэлектрических слоя 50, 60, 70 из органического диэлектрического материала, которые состоят, например, из композиции эпоксидная смола/стекло, продаваемой под торговой маркой FR4 и DriClad. Органический диэлектрический слой 50 служит основой для слоя 80 схем разветвления по выходу, например, из меди. Между органическими диэлектрическими слоями 50 и 60 размещен слой 90 из электрически проводящего материала, например меди, который выполняет функцию силового слоя. Между органическими диэлектрическими слоями 60 и 70 размещен другой слой 100 из электропроводящего материала, например меди, который выполняет функцию заземления.

Толщина каждого из органических диэлектрических слоев 50, 60 и 70 находится в диапазоне от 50.8 мкм (2 мил) до 508 мкм (20 мил). Толщина меньше 50.8 мкм (2 мил) нежелательна, поскольку соответствующие органические диэлектрические слои тогда становятся недопустимо хрупкими, ненадежными и трудно изготавливаемыми. Толщины больше 508 мкм (20 мил) нежелательны, поскольку такие толстые диэлектрические слои, как правило, не требуются и сквозь такие толстые слои трудно сверлить отверстия.

Толщина каждого из слоев 80 (слой схем разветвления по выходу), 90 (силовой слой) и 100 (земляной слой) из электропроводящего материала находится в диапазоне от 3.18 мкм (0,125 мил) до 63.5 мкм (2.5 мил). Толщины меньшие 3.18 мкм (0.125 мил) нежелательны, поскольку соответствующие электропроводящие слои часто оказываются неспособными выдерживать температурные отклонения, которым может подвергаться кристаллодержатель. Толщины большие 63,5 мкм (2.5 мил) нежелательны, поскольку это приводит к нежелательно продолжительному времени формирования толстых слоев при использовании обычных технологий металлизации, а трудности, связанные с управлением шириной линий, значительно увеличиваются.

Подложка 24 кристаллодержателя также включает органический фотоформируемый диэлектрический слой 110, который покрывает слой 80 схем разветвления по выходу. Подходящим составом для слоя 110 является, например, состав из фотоформируемого катионно полимеризуемого полимера. Этот материал (полимер) включает эпоксидную полимерную систему, содержащую от 10% до 80 мас.% полиолиевого полимера, который является продуктом конденсации эпихлоргидрина и бифенола А, имеет молекулярный вес от 40000 до 130000; от 20% до 90 мас.% полимера эпоксидного октафункционального бифенола А формальдегидного новолака, имеющего молекулярный вес от 4000 до 10000, и при необходимости антипирен, от 35% до 50 мас.% эпоксидного глицидинэфиртетрабромбифенола A, имеющего точку плавления от 60^oC до 110^oC и молекулярный вес от 600 до 2500. К этой полимерной системе добавляется от 0.1 до 15 весовых частей на 100 частей полимера катионный фотоинициатор, способный инициировать полимеризацию эпоксидной полимерной системы при облучении актиничным излучением. Система дополнительно характеризуется тем, что толстая пленка из такого вещества 0.05 мм (2.0 мил) имеет поглощение света в области от 330 нм до 700 нм менее 0.1. Дополнительно в эту систему может быть добавлен фотосенсибилизатор, такой как перилен и его производные или антрацен и его производные.

Органический фотоформируемый диэлектрический слой 110 легко наносится, используя обычные методики нанесения покрытия, например, покрытие, наносимое поливом или путем облипания валка. Толщина фотоформируемого диэлектрического слоя 110 составляет от 0.05 мм (2 мил) до 0.5 мм (20 мил). Толщины меньше 0.05 мм (2 мил) нежелательны, поскольку слишком сложно формировать такие тонкие слои, хотя они также проявляют требующиеся диэлектрические и фотоформирующие свойства. Толщины больше 0.5 мм (20 мил) нежелательны, потому что в таких толстых слоях слишком сложно выполнять маленькие фотоотверстия.

Используя традиционную фотолитографическую технологию, фотоформируемый диэлектрический слой 110 легко облучается светом через шаблон, а затем обрабатывается для получения в слое 110 фотоотверстий 120 (фиг. 1). Следует заметить, что облученные области полимера подвергаются структурированию и, следовательно, они становятся менее способными к распаду (растворению), чем необлученные области при дальнейшей обработке. Эти фотоотверстия 120 затем легко покрываются слоем электропроводящего материала, такого как медь, используя традиционную технологию металлизации.

Фотоформируемый диэлектрический слой 110 является основой для слоя 130 схем разветвления по выходу, например из меди, который включает контактные площадки. Очевидно, что металлизированные фотоотверстия 120 в фотоформируемом диэлектрическом слое 110 служат для электрического соединения слоев 130 и 80 схем разветвления по выходу. Как было замечено выше, важно, что диаметры фотоотверстий меньше, чем диаметры механически просверленных отверстий. Следовательно, расстояние между проволочными соединениями разветвления по выходу может быть меньше, чем расстояние между ними в том случае, если отверстия просверлены механически.

Подложка 24 кристаллодержателя включает одноярусную полость 140, имеющую глубину, которая проходит только на толщину фотоформируемого диэлектрического слоя 110. Кристалл 150 с проволочными соединениями расположен на дне полости лицевой стороной вверх и проволочные соединения 160 проходят от контактных площадок на кристалле 150 к контактным площадкам слоя 130 схем разветвления по выходу.

Предпочтительно, чтобы подложка 24 кристаллодержателя включала механически просверленные тепловые каналы 170, которые расположены непосредственно под кристаллом 150 и проходят насквозь через органические слои 80, 90 и 100. Эти тепловые каналы 170 предназначены для отвода тепла, выделяемого кристаллом 150 в атмосферу, и, следовательно, они обеспечивают увеличение рассеяния тепла. Следует заметить, что эти тепловые каналы предпочтительно заполняются серебряной пастой с эпоксидным наполнителем для увеличения теплопереноса. Следует также заметить, что на заключительных стадиях изготовления слой из материала шаблона для припоя накладывается на поверхность 40 кристаллодержателя, и, следовательно, этот материал шаблона для припоя покрывает серебряную пасту с эпоксидным наполнителем.

Диаметры тепловых каналов 170 находятся в диапазоне от 0.15 мм (6 мил) до 0.3 мм (12 мил). Диаметры, меньшие 0.15 мм (6 мил), нежелательны, поскольку соответствующие тепловые каналы смогут обеспечивать неприемлемо низкий теплоперенос. Диаметры, превышающие 0.3 мм (12 мил), нежелательны, поскольку слой из материала шаблона для припоя, находящийся в контакте с серебряной пастой с эпоксидным наполнителем в соответствующих тепловых отверстиях, будет иметь тенденцию к растрескиванию, и лежащий сверху кристалл будет проявлять тенденцию к отслаиванию от подложки кристаллодержателя.

Подложка 24 кристаллодержателя дополнительно включает несколько механически просверленных металлизированных отверстий 180. Каждое такое отверстие 180 оканчивается на поверхности 40, где оно окружено электрически проводящим участком 190, например, из меди, прикрепленным к поверхности 40. Кроме того, к поверхности 40 прикреплено несколько электрически проводящих контактных площадок 200, а также полоски электрических схем (не показаны), например, из меди, которые соединяют контактные площадки 200 с металлизированными отверстиями 180. На участках 190 и контактных площадках 200 прикреплены шариковые выводы из припоя, каждый из которых имеет состав, включающий 67% свинца и 33% олова. Очевидно, что эти шариковые выводы из припоя должны прикрепляться к контактным площадкам на PCB или PCC, которые способны удерживать припой.

На фиг. 2 показан второй вариант кристаллодержателя 10, отличающийся от первого варианта тем, что одноярусная полость 140 по глубине простирается также и через слои 80 и 90. Теплоотвод 220 прикреплен к поверхности 40 и, по существу, вертикально ориентирован по отношению к кристаллу 150 и тепловым отверстиям 170. Более того, шариковые выводы из припоя 210 прикреплены к контактным участкам и площадкам на поверхности 30.

На фиг. 3 показан третий вариант кристаллодержателя 10, который отличается от первого и второго вариантов тем, что подложка кристаллодержателя 24 включает относительно толстый фотоформируемый диэлектрический слой 110, непосредственно примыкающий к поверхности 30, и слой 230 из металлического материала, например меди, который непосредственно примыкает к поверхности 40. Здесь слой 230 действует отчасти как элемент жесткости и предпочтительно является электрически заземленным. С другой стороны, на фотоформируемом диэлектрическом слое 110 находится слой 130 схем разветвления по выходу, включающий контактные площадки. Кроме того, фотоформируемый диэлектрический слой 110 включает фотоотверстия 120, проходящие насквозь по толщине слоя 110 до электрически заземленного металлического слоя 230. Более того, шариковые выводы из припоя 210 прикреплены к некоторым контактным площадкам слоя 130 схем разветвления по выходу.

В третьем варианте кристаллодержатель 10 включает одноярусную полость 140, которая проходит через толщину фотоформируемого диэлектрического слоя 110 до слоя 230 из металлического материала. Кристалл 150 с проволочными соединениями размещен на дне полости 140 и находится в непосредственном физическом контакте с металлическим слоем 230. В результате увеличивается рассеяние тепла, поскольку металлический слой 230 действует также и как теплоотвод.

В этом третьем варианте кристаллодержателя 10 толщина фотоформируемого диэлектрического слоя 110 находится в диапазоне величин от 0.05 мм (2 мил) до 0.5 мм (20 мил). Толщины, выходящие за пределы этого диапазона, нежелательны по вышеупомянутым причинам.

Толщина металлического слоя 230 находится в диапазоне от 0.1 мм (4 мил) до 0.6 мм (20 мил). Толщины, меньшие 0.1 мм (4 мил), нежелательны, поскольку тогда соответствующие металлические слои не обладают требуемой жесткостью. Толщины, превышающие 0.5 мм (20 мил), нежелательны, постольку в этом случае коэффициенты теплового расширения (КТР) соответствующих металлических слоев доминируют в КТР соответствующих подложек кристаллодержателей, что приводит к рассогласованию КТР между подложками кристаллодержателей и соответствующими кристаллами, а это, в свою очередь, приводит к растрескиванию кристаллов.

На фиг. 4 показан четвертый вариант кристаллодержателя 10, отличающийся от третьего варианта тем, что фотоформируемый диэлектрический слой 110 относительно тонкий, а металлический слой 230 относительно толстый. Кроме того, одноярусная полость 140 простирается по глубине на полную толщину фотоформируемого слоя 110 и частично на толщину металлического слоя 230.

В четвертом варианте кристаллодержателя 10 толщина фотоформируемого диэлектрического слоя 110 все еще находится в диапазоне от 0.05 мм (2 мил) до 0.5 мм (20 мил). Толщины, выходящие за пределы этого диапазона, нежелательны по вышеупомянутым причинам.

Полная толщина металлического слоя 230 находится в диапазоне от 0.1 мм (4 мил) до 0.5 мм (20 мил). Толщины, выходящие за пределы этого диапазона, также нежелательны по вышеупомянутым причинам.

Частичная толщина металлического слоя 230, которая находится непосредственно под полостью 140, должна быть по меньшей мере 0.1 мм (4 мил). Толщины, меньшие 0.1 мм (4 мил), нежелательны, поскольку соответствующие металлические слои будут обладать недопустимо низкой жесткостью.

На фиг. 5 показан пятый вариант кристаллодержателя 10, аналогичный первому и второму вариантам в том, что подложка 24 кристаллодержателя включает несколько, например три, наложенных друг на друга органических диэлектрических слоя 50, 60 и 70, состоящих, например, из композиции эпоксида смола/стекло, продаваемой под торговой маркой DriClad. Органический диэлектрический слой 50 является основой для слоя 80 схем разветвления по выходу, включающего контактные площадки. Между органическими диэлектрическими слоями 50 и 60 размещен слой 90 из электропроводящего материала, например меди, который выполняет в этом варианте функцию заземления. Между органическими диэлектрическими слоями 60 и 70 расположен другой слой 100 из электропроводящего материала, например меди, который выполняет функцию силового слоя. Следует заметить, что земляной слой проходит вдоль подложки до боковых стенок полости 140, а силовой слой - нет.

Толщины органических диэлектрических слоев 50, 60 и 70 аналогичны толщинам этих слоев, указанным выше. Кроме того, толщины электропроводящих слоев 80 (схем разветвления по выходу), 90 слоя заземления и 100 (силового слоя) также аналогичны толщинам, указанным выше.

Пятый вариант кристаллодержателя 10 подобен третьему и четвертому вариантам в том отношении, что подложка 24 кристаллодержателя включает металлический слой 230, который предпочтительно заземлен. Толщина металлического слоя 230 такая же, как и толщина металлического слоя 230 в третьем варианте.

Пятый вариант кристаллодержателя 10 включает также одноярусную полость 140, которая по глубине простирается на толщину органических диэлектрических слоев 50, 60 и 70 до металлического слоя 230. Кристалл 150 размещен на дне полости 140 и поэтому он находится в непосредственном физическом контакте с металлическим слоем 230. Следовательно, увеличивается рассеяние тепла, поскольку металлический слой 230 выполняет роль теплоотвода.

Пятый вариант кристаллодержателя 10 отличается от других вариантов тем, что он включает почти непрерывный слой 240 из электропроводящего материала, например меди, который прикреплен к боковым стенкам полости 140 и окружает их. Этот слой 240 проходит вертикально от дна полости 140 до верха полости 140 и простирается вдоль по верхней поверхности органического диэлектрического слоя 50, примыкающего к слою 80 схем разветвления по выходу. Поскольку земляной слой 90 простирается горизонтально до боковых стенок полости 140, слой 240 находится в непосредственном физическом и электрическом контакте со слоем заземления и, таким образом, он электрически заземлен.

Благодаря наличию слоя 240, отпадает необходимость в выполнении множества механически просверленных отверстий, проходящих по толщине органического диэлектрического слоя 50 до слоя 90 заземления. Следовательно, если определенные контактные площадки кристалла должны быть электрически заземлены, то проволочные соединения от этих контактных площадок кристалла доводят до участка слоя 240 на поверхности органического диэлектрического слоя 50, а не до контактных участков, окружающих механически просверленные отверстия, проходящие до земляного слоя 90. Благодаря этому может быть уменьшено расстояние между проволочными соединениями разветвления по выходу, так как в пятом варианте требуется относительно небольшое количество таких механически просверленных отверстий.

Следует заметить, что пятый вариант кристаллодержателя 10 включает механически просверленное, металлизированное отверстие 180, которое проходит по толщине через органические диэлектрические слои 50 и 60 до силового слоя 100. Белее того, пятый вариант также включает кольцо 250 из металла, например меди, которое окружает полость 140 и физически и электрически контактирует с металлизированным отверстием 180, проходящим до силового слоя 100. Это кольцо 250 обеспечивает преимущества, поскольку оно устраняет необходимость в выполнении дополнительных отверстий, проходящих до силового слоя. Следовательно, электрический контакт с силовым слоем 100 достигается просто за счет электрического контакта с кольцом 250.

На фиг. 6 показан способ формирования слоя 240 и кольца 250. Когда формируется полость 140, то механически вырезаются две щели 260 и 270, имеющие форму прямого угла. Они вырезаются по глубине на толщину органических диэлектрических слоев 50, 60 и 70. Ширина этих щелей имеет величину в диапазоне от 0.63 мм (25 мил) до 2.5 мм (100 мил). Внешние поверхности этих щелей определяют боковые стенки полости 140. Слой фоторезиста 280 затем наносится на поверхность органического диэлектрического слоя 50. Далее этот слой фоторезиста облучается и обрабатывается так, чтобы убрать фоторезист со всего органического диэлектрического слоя 50 за исключением щелей 260 и 270. Область 241 на поверхности органического диэлектрического слоя 50 должна быть занята слоем 240, а область 251 должна быть занята кольцом 250. Следует заметить, что слой фоторезиста лежит на слоях из органического диэлектрического материала, окружающих щели 260 и 270. Щели 260 и 270, область 241, которая должна быть занята слоем 240, а также область, которая должна быть занята кольцом 250, металлизируются с помощью традиционных методик использования затравки и металлизации. Затем выполняются механические разрезы по центральным линиям щелей 260 и 270, эти разрезы потом расширяются так, чтобы соединить эти центральные линии, и вырезанный материал извлекается. Это приводит к образованию полости 140, оставляя вокруг боковых стенок полости 140 металл, простирающийся почти непрерывно, за исключением углов полости, до которых первоначально щели не доходили.

Использование: микроэлектроника, производство интегральных микросхем. Сущность изобретения: в кристаллодержателе для интегральных схем с проволочными соединениями использованы органические диэлектрические материалы вместо, как принято, керамических материалов. В этом кристаллодержателе также применяется по меньшей мере один органический диэлектрический слой, на котором может быть сформировано изображение фотолитографическим методом. Этот слой имеет металлизированные отверстия для электрического соединения между собой двух или более слоев схем разветвления по выходу. Кроме того, в этом кристаллодержателе применяется одноярусная полость для размещения кристалла. Кристаллодержатель включает тепловые отверстия и/или металлический слой, выполненные непосредственно под кристаллом, для увеличения рассеяния тепла. Техническим результатом изобретения является разработка кристаллодержателя, который характеризуется высокой скоростью распространения электрического сигнала, коротким "временем пролета", высокой скоростью рассеяния тепла, в котором исключается выполнение механически просверленных отверстий для соединения различных слоев схем. 5 з.п. ф-лы, 6 ил.

1. Кристаллодержатель (10), содержащий подложку (24) кристаллодержателя, которая включает первую поверхность (30), вторую поверхность (40), противоположную первой поверхности (30), по меньшей мере, первый (110) и несколько вторых (50, 60, 70) слоев из органического материала, причем на первом слое (110), непосредственно примыкающем к первой поверхности (30), находится первый слой (130) из электропроводящего материала, включающий контактные площадки, второй слой (80) из электропроводящего материала, расположенный между первым (110) и вторыми (50, 60, 70) слоями из органического материала, при этом подложка (24) кристаллодержателя включает также слой (230) из металлического материала, который непосредственно примыкает ко второй поверхности (40), третий слой (100) из электропроводящего материала, расположенный между вторыми слоями (60, 70), одноярусную полость (140), имеющую глубину, простирающуюся от первой поверхности (30) ко второй поверхности (40) и простирающуюся, по меньшей мере, к указанному слою из металлического материала, полупроводниковый кристалл (150), расположенный в полости (140) лицевой стороной вверх, который включает контактные площадки и проволочные соединения, вытянутые от контактных площадок кристалла до контактных площадок на первом слое из органического материала (110), область из электропроводящего материала (240), которая находится в электрическом контакте со слоем (90) из электропроводящего материала, причем, по меньшей мере, частично окружает боковые стенки полости (140) и простирается до первой поверхности (30) и по ней, при этом проволочное соединение также проходит от кристалла (150) до участка области на первой поверхности (30), и металлическое кольцо (250), окружающее полость (140) и электрически контактирующее со слоем (100) из электропроводящего материала. 2. Кристаллодержатель по п.1, отличающийся тем, что дополнительно включает электропроводящий слой (90), расположенный между вторыми слоями (50, 60). 3. Кристаллодержатель по любому из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что первый слой из органического материала (110) является слоем, выполненным с возможностью формирования на нем рисунка фотолитографическим методом. 4. Кристаллодержатель по любому из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что дополнительно содержит несколько отверстий, сформированных с использованием традиционной фотолитографической технологии, содержащих электропроводящий материал, проходящих через толщину первого слоя из органического материала (110). 5. Кристаллодержатель по любому из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что вторая поверхность снабжена несколькими электропроводящими площадками и/или участками (190, 200), а кристаллодержатель (10) дополнительно содержит шариковые выводы из припоя (210), прикрепленные к площадкам и/или участкам (190, 200). 6. Кристаллодержатель по любому из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что слой (100) из электропроводящего материала является силовым слоем.