МНОГОКРИСТАЛЬНАЯ МИКРОСХЕМА Российский патент 2018 года по МПК H01L23/52 H01L25/18 

Изобретение относится к области микроэлектроники и может быть использовано при изготовлении многокристальных микросхем 3D-конструкции типа «система-в-корпусе», в том числе при изготовлении многофункциональных устройств, таких как компьютеры, видеокамеры, переводчики и другие изделия - как показано на Фиг. 3. Техническим результатом изобретения являются уменьшение размеров изделия и увеличение надежности контактных соединений при изготовлении многокристальной микросхемы благодаря жесткой фиксации взаимного расположения контактов на плате-основании и ответных проводящих областей на полупроводниковых кристаллах. Выполнение контактных узлов из жестких материалов позволяет изготовить их минимально возможных размеров, которые достижимы микроэлектронной технологией, а групповые методы изготовления обеспечивают высокую воспроизводимость и надежность контактных узлов, что особенно важно для устройств высокой функциональной сложности с высокой плотностью внутренних межсоединений и большим числом внешних выводов.

Область техники

Изобретение направлено на решение проблем изготовления многокристальных микросхем, конструкция которых объединяет несколько полупроводниковых кристаллов, смонтированных на общую плату-основание и электрически соединенных между собой, и содержит внешние выводы, предназначенные для сборки микросхемы на печатную плату одним из известных методов. Монтаж кристаллов вплотную друг к другу в виде стопы и групповое формирование соединений к ним с помощью прецизионных заостренных контактов, размещенных на плате-основании, позволяет уменьшить размеры и повысить надежность внутренних межсоединений многокристальной микросхемы.

Уровень техники

Конструкция многокристальной микросхемы, содержащая полупроводниковые кристаллы, расположенные вплотную друг к другу в виде стопы и механически и электрически соединенные с платой-основанием с помощью жестких прецизионных контактов, позволяет уменьшить размеры и повысить надежность контактов многокристальной микросхемы.

Из литературы [1] известна конструкция трехмерной интегральной схемы, представляющей собой многокристальный модуль (МКМ), в котором полупроводниковые кристаллы микросхем расположены друг над другом. Внешние выводы от контактных площадок кристаллов выведены на поверхность основания сборки и соединяются между собой в соответствии с заданной электрической схемой. В описанной конструкции выводы кристаллов к боковой поверхности сборки могут быть выполнены проволочными перемычками, флип-чипом или TAB. Такой способ создания соединений приводит к увеличению габаритных размеров изделия, снижает плотность упаковки МКМ, увеличивает паразитные параметры выводов (сопротивление, емкость и индуктивность) и снижает надежность контактов.

Другое техническое решение предложено в патенте [2], где описан многокристальный модуль, представляющий собой пакет кристаллов (микросхем), соединенных между собой с помощью боковых плат с отверстиями, соответствующим выводам микросхем и обеспечивающим присоединение выводов к боковым платам и проводящие дорожки для межсоединений. Такая конструкция увеличивает плотность сборки микросхем по сравнению с традиционными методами планарного (2D) монтажа микросхем на печатную плату. Однако необходимость сверления отверстий, совмещения штыревых выводов с отверстиями в боковых коммутационных платах, использования процессов пайки при формировании соединений и применение дополнительной несущей платы препятствуют уменьшению размеров изделия, а наличие паяных соединений снижает надежность межсоединений.

Предлагаемая конструкция позволяет устранить эти проблемы, т.к. стопа полупроводниковых кристаллов соединяется с коммутационной платой-основанием микросхемы посредством заостренных проводящих контактов, сформированных микроэлектронными методами в соответствии с расположением проводящих областей, выведенных на торцы кристаллов, как показано на Фиг. 1. В предлагаемой конструкции заостренные контакты на плате-основании, сформированные методами микроэлектронной технологии, могут быть уменьшены до размера менее 1 мкм, что позволяет коммутировать проводящие области на полупроводниковых кристаллах таких же размеров, что, в свою очередь, позволяет уменьшить размеры контактных площадок на кристаллах и, соответственно, размеры самих используемых кристаллов.

Раскрытие изобретения

Задачей, на решение которой направлено данное изобретение, является достижение технического результата, заключающегося в уменьшении размеров микросхемы и увеличении надежности внутренних соединений между элементами многокристальной микросхемы. Уменьшение размеров микросхемы достигается тем, что полупроводниковые кристаллы одинакового размера собираются в стопу, а контактные площадки кристаллов выведены на одну (лицевую) грань стопы, кик изображено на Фиг. 4. При этом некоторые или все кристаллы могут быть распложены «лицевыми» плоскостями (плоскостями, содержащими активные приборы), попарно друг к другу. Стопа кристаллов лицевой гранью соединена с платой-основанием микросхемы, на которой выполнены миниатюрные проводящие острия, расположенные напротив проводящих областей, выведенных на торцы кристаллов, образующих лицевую грань стопы (см. Фиг. 1) Плата-основание может быть выполнена из диэлектрического материала, например, из керамики AlO₂, AlN или другого, на котором сформирована система межсоединений и внешние выводы (штырьковые, ленточные, шариковые и др.), изготовленные одним из известных методов на стороне, противоположной монтажу полупроводниковых кристаллов, как показано на Фиг. 2. Плата-основание выполняет функцию коммутации кристаллов между собой и соединяет необходимые электрические цепи с внешними выводами многокристальной микросхемы. При этом, поскольку проводящие острия могут быть изготовлены методами микроэлектроники с использованием фотолитографии, вакуумного напыления и прецизионного травления металлических слоев, их размеры могут быть уменьшены до 1 мкм и менее, что позволяет использовать полупроводниковые кристаллы уменьшенных размеров с минимально возможными размерами контактных площадок. Применение кристаллов, использующих уменьшенные контактные площадки, позволяет дополнительно сократить габаритные размеры многокристальной микросхемы. Электрическое соединение проводящих областей, выведенных на лицевую грань стопы кристаллов, с системой коммутации, расположенной на плате-основании, обеспечивается через проводящие контакты-острия, расположенные на плате-основании. Изготовленные методами микроэлектроники контактные узлы обеспечивают высокую воспроизводимость и надежность электрических соединений.

Таким образом, предложенная конструкция позволяет уменьшить габаритные размеры многокристальной микросхемы и повысить ее надежность.

Краткое описание чертежей

Изобретение иллюстрируется следующими чертежами.

Фиг. 1 - Многокристальная микросхема до сборки: стопа кристаллов (1), проводящее острие (2) с лицевой стороны платы-основания (3), внешний вывод (4) многокристальной микросхемы.

Фиг.2 - Многокристальная микросхема - вид со стороны монтажа на печатную плату: стопа кристаллов (1), проводящее острие (2) с лицевой стороны платы-основания, плата-основание (3), внешний вывод (4).

Фиг. 3 - Многофункциональное устройство, реализованное в виде многокристальной микросхемы: кристалл фоточувствительной матрицы (5), кристалл-микрофон (6), стопа кристаллов (1), реализующая усиление и обработку видео- и звуковых сигналов, кристалл солнечной батареи (7), плата-основание (3), с системой проводящих острий (2), внешний вывод микросхемы (4).

Фиг. 4 - Стопа кристаллов (1) с полупроводниковыми кристаллами, расположенными «лицевыми» плоскостями друг к другу и проводящими областями, выходящими на «лицевую» грань стопы, предназначенная для монтажа на плату-основание.

Пример осуществления изобретения

Разработана конструкция, в которой при изготовлении многокристальной микросхемы использована стопа кристаллов, состоящая из восьми одинаковых по размерам кристаллов БИС СОЗУ, с контактными площадками, выведенными на дорожку реза с одной стороны кристалла. Стопа кристаллов смонтирована на керамическую плату-основание, на которой сформированы: двухуровневая система металлизации, проводящие острия из вольфрама, служащие контактами к проводящим шинам, выходящим на край кристаллов, внешние штырьковые выводы, соединенные с системой металлизации через сквозные отверстия в плате-основании. Такая конструкция уменьшает размер и увеличивает надежность многокристальной микросхемы.

Литература

1. Патент US 2007/0120267 A1. Multi chip module. МКИ H01L 23/34, H01L 23/52. Hiroshi Kuroda, Kazuhiko Hiranuma.

2. Патент US 36916. Apparatus for stacking semiconductor chips. МКИ H01L 23/34, H01L 23/02, H01L 23/04, H05K 7/00. Mark Moshayedi.

Изобретение относится к области микроэлектроники. Многокристальная микросхема, включающая стопу кристаллов одинакового размера, имеющих проводящие области, выходящие на лицевую грань стопы и соединенные с контактными площадками кристаллов, плату-основание, соединенную со стопой кристаллов и имеющую необходимую разводку межсоединений и внешние выводы, расположенные с нижней стороны платы-основания, предназначенные для монтажа многокристальной микросхемы на печатную плату, при этом на верхней стороне платы-основания выполнены миниатюрные проводящие острия, расположение которых соответствует проводящим областям на одной лицевой грани стопы кристаллов, и электрически соединены с ними. Изобретение обеспечивает уменьшение размеров многокристальной микросхемы и повышение ее надежности. 4 ил.

Многокристальная микросхема, включающая стопу кристаллов одинакового размера, имеющих проводящие области, выходящие на лицевую грань стопы и соединенные с контактными площадками кристаллов, плату-основание, соединенную со стопой кристаллов и имеющую необходимую разводку межсоединений и внешние выводы, расположенные с нижней стороны платы-основания, предназначенные для монтажа многокристальной микросхемы на печатную плату, выполненные одним из известных методов, отличающаяся тем, что с целью уменьшения размеров многокристальной микросхемы и повышения ее надежности на верхней стороне платы-основания выполнены миниатюрные проводящие острия, расположение которых соответствует проводящим областям на одной лицевой грани стопы кристаллов, и электрически соединены с ними.