Герметичный сборочный модуль для монтажа микрорадиоэлектронной аппаратуры, выполненный групповым методом с последующей резкой на модули Российский патент 2019 года по МПК H01L23/52 

Изобретение относится к микроэлектронным устройствам, для поверхностного монтажа, а именно к герметичным модулям, которые изготовлены и герметизированы по групповой технологии с последующим разделением, которые, в частности, могут быть применены для изготовления приборов СВЧ.

Из уровня техники известны герметичные модули, содержащие металлизированные выводы и кристаллы, соединенные с указанными выводами, например, корпус полупроводникового прибора (см. RU 175486 U1, опубл. 06.12.2017) (1), содержащий пластиковое основание с металлическими выводами и посадочным местом под полупроводниковый кристалл и крышку, выполненную из керамики, герметично присоединенную к основанию, образующую полость над полупроводниковым кристаллом.

Недостатком указанного аналога является недостаточная технологичность изготовления корпуса полупроводникового прибора, поскольку указанный корпус невозможно изготовить по групповой технологии; недостаточная герметичность, надежность модуля и сложность последующего его монтажа.

Наиболее близким аналогом заявленного изобретения может быть выбрана интегральная схема в герметичном корпусе (см. SU 1700639, опубл. 23.12.1991) (2), которая содержит полупроводниковый кристалл с контактными площадками, помещенный на основании корпуса, ленточные выводы из алюминия, введенные внутрь корпуса через стеклоприпой и снабженные эластичной прокладкой, и крышку.

Недостатками наиболее близкого аналога (2) также является недостаточная технологичность изготовления корпуса полупроводникового прибора, поскольку указанный корпус невозможно изготовить по групповой технологии из-за применения боковых выводов, что также определяет сложность последующего монтажа корпуса.

Несмотря на то, что аналог (2) предложен в качестве наиболее близкого, указанное устройство не является средством того, же назначения, что и заявленный сборочный модуль, так как не может быть выполнен групповым методом.

Техническим результатом выполнения указанного герметичного сборочного модуля является повышение его надежности, герметичности, уменьшение теплового сопротивления между кристаллом и подложкой, уменьшение массогабаритных характеристик, повышение технологичности производства и монтажа указанного модуля посредством применения группового метода изготовления, а также последующего поверхностного монтажа герметичного модуля.

Технический результат достигается за счет создания герметичного сборочного модуля для монтажа микрорадиоэлектронной аппаратуры, выполненного групповым методом с последующей резкой на модули, содержащего герметично соединенные при помощи стеклокерамического припоя нижнюю подложку и верхнюю крышку, выполненные из одного и того же полупроводникового или диэлектрического материала, в подложке выполнены сквозные полностью металлизированные токопроводящим материалом герметичные микроотверстия, размещенные между и под глухими полостями под кристаллы, внешние выводы которых размещены на наружной поверхности подложки и снабжены слоем припоя, обеспечивающим монтаж модуля на плате, на внутренней стороне подложки выполнены глухие полости с размещенными в них кристаллами, которые соединены с металлизированными микроотверстиями бессварочным методом посредством нанесения на область контакта слоя планаризируемого диэлектрика и формирования металлизации между контактными площадками кристаллов и металлизированными микроотверстиями, кристаллы в местах соединения с металлизированными микроотверстиями, размещенными под кристаллами, закрепленными при помощи токопроводящего материала.

В частном случае выполнения герметичный сборочный модуль при монтаже СВЧ приборов планаризируемым диэлектриком покрыта только область контактных площадок по периметру кристалла, в остальных случаях кристаллы полностью покрыты планаризируемым диэлектриком.

В частном случае выполнения в качестве материалов подложки и верхней крышки может быть выбран один из следующих материалов: нитрид алюминия, высокоомный кремний, поликор.

Заявленное изобретение проиллюстрировано следующими фигурами.

Фиг. 1 - фрагмент группового вида на герметичные модули в разрезе,

Фиг. 2 - условный вид сверху, на котором отображена группа модулей на подложке;

На фиг. 1 позиции обозначают следующее:

1 - верхняя крышка;

2 - подложка;

3 - стеклоспай;

4 - металлизированное сквозное микроотверстие;

5 - слой диэлектрика;

6 - кристалл;

7 - контакт к кристаллу;

8 - БГА выводы (выводы поверхностно монтируемых радиоэлектронных изделий);

9 - верхняя металлизация;

10 - герметичный модуль.

Заявленный герметичный сборочный модуль для монтажа микрорадиоэлектронной аппаратуры, изготовленный групповым методом с последующей резкой на модули, выполнен следующим образом.

При создании изобретения ставилась техническая задача создания групповой технологии изготовления герметичного модуля со сквозными металлизированными «зарощенными» микроотверстиями, с формированием полости под кристалл, которая позволяла бы разместить кристалл с планиризацией диэлектрика по всей поверхности модуля и последующим формированием контактных площадок на нижней поверхности сборки без применения процессов сварки.

Формирование сборочного модуля производилось в следующей последовательности.

1. В крышке формируют глухие отверстия, центры которых совпадают с глухими отверстиями подложки.

2. В подложке формируют сквозные микроотверстия и глухие отверстия под кристаллы.

3. Сквозные отверстия металлизируют до полного заполнения.

4. Кристаллы устанавливают в полость.

5. Наносят и планаризируют диэлектрик.

6. Формируют контактные окна в диэлектрике.

7. Формируют металлические проводники между контактными площадками кристаллов и контактными площадками внешней стороны подложки.

8. Производят совмещение крышки с подложкой и герметизацию модулей посредством сварки крышки через стеклокерамический припой с подложкой.

9. Производят резку пластин на модули.

Таким образом, полученный герметичный сборочный модуль для монтажа микрорадиоэлектронной аппаратуры, содержит герметично соединенные при помощи стеклокерамического припоя подложку и крышку. Крышка и подложка должны быть выполнены из одинаковых полупроводниковых или диэлектрических материалов, например, таких, как нитрид алюминия, высокоомный кремний или поликор. В подложке выполнены сквозные полностью металлизированные токопроводящим материалом герметичные микроотверстия, металлизация микроотверстия может быть выполнена, например, медью или золотом. Микроотверстия могут быть выполнены между и под глухими полостями для кристаллов, внешние металлизированные выводы микроотверстий размещены на наружной поверхности подложки и снабжены слоем припоя, который обеспечивает возможность поверхностного монтажа модуля. На внутренней стороне подложки выполнены глухие полости, в которых размещены кристаллы, которые соединены с металлизированными микроотверстиями бессварочным методом посредством нанесения на область контакта слоя планаризируемого диэлектрика с последующим формированием контактных окон в диэлектрике и формированием металлизации между контактными площадками кристаллов и металлизированными микроотверстиями. Преимуществом бессварочной технологии является то, что для всех приборов снижается их трудоемкость изготовления, и повышается надежность; для СВЧ приборов длина проводников становится минимальной, что приводит к минимальным потерям сигнала. Кристаллы в местах соединения с металлизированными микроотверстиями, размещенными под кристаллами, закреплены при помощи токопроводящего материала.

Герметичный сборочный модуль может быть выполнен следующим способом.

Пример 1

Изготовление герметичного сборочного модуля для изготовления приборов СВЧ.

В подложке с лицевой стороны пробивали лазером сквозные микроотверстия диаметром 160 мкм, пробивали глухие полости 2000 мкм, и пробивали сквозные микроотверстия в полости диаметром 160 мкм.

В крышке пробивали глухие полости, глубиной 2000 мкм, центры которых совпадали с центрами глухих полостей подложки. Проводили напыление на подложку Cr-Cu толщиной по 5 мкм с двух сторон. Далее осаждали методом гальванического осаждения 80 мкм Cu, заращивая сквозные микроотверстия. При последующей фотолитографии вскрывалась область вокруг сквозного микроотверстия с обеих сторон, куда методом гальванического осаждения наносилось гальваническое золото толщиной 3 мкм по защитной маске фоторезиста, с последующим удалением фоторезистивной маски. Удаление металлических слоев Cu и Cr по золотой маске проводилось в жидкостных травителях. Кристаллы монтировались в глухие полости подложки с применением преформ из эвтектического сплава ЗлГр 12 при температуре 410°С, с последующим нанесением диэлектрика CYCLOTENE 4026-46 при температуре 350°С, вскрывались микроотверстия в области заклепок, контактные площадки кристалла и центральную область кристалла от диэлектрика. Проводили напыление Cr-Cu толщиной 5 мкм с одной стороны, с последующей фотолитографией. Далее методом гальванического осаждения золотого покрытия формировался коммутационный слой. Металлические слои Cu и Cr удаляли по золотой маске в жидкостных травителях. Модули герметизировались групповым методом на уровне пластины и крышки стеклянной пастой фирмы Namics Diemat 2700Р при температуре 325°С, с последующим разрезанием.

Пример 2

Изготовление герметичного сборочного модуля микрорадиоэлектронной аппаратуры.

В подложке с лицевой стороны пробивали лазером сквозные микроотверстия диаметром 200 мкм, пробивали глухие полости 2000 мкм, и пробивали сквозные микроотверстия в полости диаметром 200 мкм.

В крышке пробивали глухие полости, глубиной 2000 мкм, центры которых совпадали с центрами глухих полостей подложки. Проводили напыление на подложку Cr-Cu толщиной по 3 мкм с двух сторон. Далее осаждали методом гальванического осаждения 100 мкм Cu, заращивая сквозные микроотверстия. При последующей фотолитографии вскрывалась область вокруг сквозного микроотверстия с обеих сторон, куда методом гальванического осаждения наносилось гальваническое золото толщиной 3 мкм по защитной маске фоторезиста, с последующим удалением фоторезистивной маски. Удаление металлических слоев Cu и Cr по золотой маске проводилось в жидкостных травителях. Кристаллы монтировались в глухие полости подложки с применением преформ из эвтектического сплава ЗлГр 12 при температуре 410°С, с последующим нанесением диэлектрика CYCLOTENE 4026-46 при температуре 350°С, вскрывались микроотверстия в области заклепок, контактные площадки кристалла. Проводили напыление Cr-Cu толщиной 3 мкм с одной стороны, с последующей фотолитографией. Далее методом гальванического осаждения золотого покрытия формировался коммутационный слой. Металлические слои Cu и Cr удаляли по золотой маске в жидкостных травителях. Модули герметизировались групповым методом на уровне пластины и крышки стеклянной пастой фирмы Namics Diemat 2700Р при температуре 325°С, с последующим разрезанием.

Заявляемый герметичный сборочный модуль для монтажа микрорадиоэлектронной аппаратуры, выполненный групповым методом с последующей резкой на модули имеет следующие преимущества: невысокую трудоемкость изготовления; повышенную надежность, обусловленную повышением герметичности корпуса; улучшенные теплоотводящие свойства. Указанный модуль более технологичен, обладает меньшей массой и габаритами, обеспечивает возможность надежного планарного соединения корпуса с другими элементами.

Использование: для поверхностного монтажа. Сущность изобретения заключается в том, что герметичный сборочный модуль для монтажа микрорадиоэлектронной аппаратуры, выполненный групповым методом с последующей резкой на модули, содержит герметично соединенные при помощи стеклокерамического припоя подложку и крышку, выполненные из полупроводниковых или диэлектрических материалов, в подложке выполнены сквозные полностью металлизированные токопроводящим материалом герметичные микроотверстия, размещенные между и под глухими полостями под кристаллы, внешние выводы которых размещены на наружной поверхности подложки и снабжены слоем припоя, обеспечивающим монтаж модуля на плате, на внутренней стороне подложки выполнены глухие полости с размещенными в них кристаллами, которые соединены с металлизированными микроотверстиями бессварочным методом посредством нанесения на область контакта слоя планаризируемого диэлектрика и формирования металлизации между контактными площадками кристаллов и металлизированными микроотверстиями, кристаллы в местах соединения с металлизированными микроотверстиями, размещенными под кристаллами, закреплены при помощи токопроводящего материала. Технический результат: обеспечение возможности повышения его надежности, герметичности, уменьшения теплового сопротивления между кристаллом и подложкой, уменьшения массогабаритных характеристик, повышения технологичности производства и монтажа указанного модуля посредством применения группового метода изготовления. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Герметичный сборочный модуль для монтажа микрорадиоэлектронной аппаратуры, выполненный групповым методом с последующей резкой на модули, содержащий герметично соединенные при помощи стеклокерамического припоя подложку и крышку, выполненные из одинаковых полупроводниковых или диэлектрических материалов, в подложке выполнены сквозные полностью металлизированные токопроводящим материалом герметичные микроотверстия, размещенные между и под глухими полостями под кристаллы, внешние выводы которых размещены на наружной поверхности подложки и снабжены слоем припоя, обеспечивающим монтаж модуля на плате, на внутренней стороне подложки выполнены глухие полости с размещенными в них кристаллами, которые соединены с металлизированными микроотверстиями бессварочным методом посредством нанесения на область контакта слоя планаризируемого диэлектрика и формирования металлизации между контактными площадками кристаллов и металлизированными микроотверстиями, кристаллы в местах соединения с металлизированными микроотверстиями, размещенными под кристаллами, закреплены при помощи токопроводящего материала.

2. Герметичный сборочный модуль по п.1, отличающийся тем, что при монтаже СВЧ приборов планаризируемым диэлектриком покрыта только область контактных площадок по периметру кристалла, в остальных случаях кристаллы полностью покрыты планаризируемым диэлектриком.

3. Герметичный сборочный модуль по п.1, отличающийся тем, что в качестве материала подложки и крышки может быть выбран один из следующих материалов: нитрид алюминия, высокоомный кремний, поликор.