Способ изготовления эластичной прокладки из фольгированного диэлектрика с монослоями алмаза для контактирующих устройств СВЧ-диапазона Российский патент 2023 года по МПК H01R4/58 H05K3/42 

Область техники, к которой относится изобретение

Изобретение относится к области микроэлектронной техники, в частности к способам электрического и функционального контроля и испытаний СВЧ монолитных интегральных схем (МИС) в корпусах для поверхностного монтажа.

Уровень техники

Известен способ изготовления печатной платы (Л.А. Брусницына, Е.И. Степановских. Технология изготовления печатных плат. Учебное пособие. Издательство Уральского университета, 2015, С. 16-18), в котором на заготовке в виде фольгированного диэлектрика с просверленными отверстиями проводится металлизация всей платы, включая внутренние стенки отверстий. Затем наносится сухой пленочный фоторезист, который формирует маску во время фотолитографии в виде рисунка печатных проводников и образует завески-тенты над металлизированными отверстиями, защищая их во время последующей операции травления свободных участков медной фольги. После травления сухой пленочный фоторезист удаляют. В данном решении обеспечение надежного электрического контакта СВЧ МИС с контактными площадками на печатной плате возможно только с помощью создания паяного соединения. Такой способ не решает задачи обеспечения надежного прижимного электрического контакта выводов и основания корпуса СВЧ МИС для поверхностного монтажа с соответствующими металлизированными площадками измерительной печатной платы. Так, в случае несплошного контакта основания корпуса, являющегося, как правило, общим электродом МИС с соответствующей площадкой измерительной печатной платы, а также сигнальных выводов корпуса, измерения СВЧ параметров будут не точными и отличаться даже для одного и того же изделия при повторном измерении.

Известно контактное устройство для электротермотренировки микросхем (Патент №US 4824392, США, 1989). Контактное устройство содержит множество электрических контактов, расположенных внутри соответствующих колодцев. При этом контакты включают в себя участки, проходящие за нижнюю поверхность контактного устройства для монтажа пайкой в отверстия печатной платы и упругие контактные участки, которые непосредственно обеспечивают контакт с выводами микросхемы при сжатии.

Данное техническое решение обеспечивает приемлемое качество контроля электрических параметров до частот порядка 1,0 ГГц и не может быть использовано для создания электрического контакта при измерении СВЧ параметров МИС с рабочей частотой

до 50 ГГц из-за высоких значений паразитных составляющих емкостей, индуктивностей и омического сопротивления контактов.

Известно техническое решение (Патент №KR 102169588 B1, Южная Корея, 2019), в котором контакт печатной платы с корпусом осуществляется с помощью подпружинных штифтов. Подпружинные штифты монтируются в контактное приспособление с тестовым гнездом и электрически соединяются с выводами печатной платы.

Данное техническое решение обеспечивает приемлемое качество контроля электрических параметров до частот порядка 3,0 ГГц и не может быть использовано для создания электрического контакта при измерении СВЧ параметров МИС с рабочей частотой

до 50 ГГц из-за высоких значений паразитных составляющих емкостей, индуктивностей и омического сопротивления пружинных контактов.

Известен способ изготовления контактного устройства, представляющее собой тестовую плату, на которой в качестве межсоединения используется токопроводящий эластомерный контакт, обеспечивающий приемлемое качество контроля электрических параметров

до частот порядка 10,0 ГГц (А.С. Груздев, А.С. Багдасарян, Т.В. Синицына. Прецизионные контактные устройства для контроля частотных характеристик устройств на ПАВ // Теория и техника радиосвязи. - 2018. - №4. - С. 108-116). Контактное устройство включает в себя корпус, печатную плату с впаянными в нее высокочастотными разъемами и пластину с окном, размер которого выполнен под конкретный корпус измеряемого образца. Недостатками такого контактного устройства является малый ресурс, нестабильность работы при низких температурах, что важно при проведении климатических испытаний, а также трудности с регулированием усилия прижатия образца. Вследствие этого происходит нестабильный контакт с контактными площадками корпуса СВЧ МИС и усиливается влияние переходного сопротивления.

Ближайшим техническим решением является эластомерное контактное устройство (Патент №6854985, США, 2005), представляющее собой металлополимерный электропроводящий композит для электрического соединения двух компонентов, которое можно многократно использовать для тестирования, исключая погрешности при измерении электрических параметров, обеспечивающее приемлемое качество контроля электрических параметров до частот порядка 10,0 ГГц, но данное техническое решение не обеспечивает возможности контроля параметров СВЧ МИС с рабочей частотой до 50 ГГц из-за высоких значений паразитных составляющих емкостей, индуктивностей и омического сопротивления контактов. Техническим результатом изобретения является способ изготовления эластичной прокладки из фольгированного диэлектрика с монослоями алмаза для контактирующих устройств СВЧ-диапазона, обеспечивающий измерения параметров СВЧ монолитных интегральных схем с рабочей частотой до 50 ГГц, исключающий погрешности и непостоянство электрического контакта СВЧ МИС и измерительной печатной платы при проведении измерений.

Раскрытие сущности изобретения

При способе монтажа корпуса СВЧ МИС на измерительную печатную плату методом пайки, зазоры между контактирующими поверхностями монтажных площадок печатной платы и монтажных площадок корпуса СВЧ МИС, достигающие размеров 2-5 мкм, заполняются припоем, обеспечивающим сплошной контакт монтажных площадок измерительной печатной платы и корпуса СВЧ МИС, что обеспечивает оптимальные СВЧ параметры МИС в составе корпуса. Однако при тестировании СВЧ МИС с помощью прижимного контакта, указанные зазоры будут вносить существенные погрешности проводимых измерений, при этом не обеспечивая нужного постоянства электрического контакта и их повторяемость.

Технологический процесс, соответствующий изобретению, обеспечивает изготовление эластичной прокладки из фольгированного диэлектрика, которая является переходной платой между корпусом СВЧ МИС и измерительной печатной платой и позволяет проводить измерения электрических параметров СВЧ МИС с повышенной точностью с помощью прижимного контакта и без необходимости создания паяного соединения, за счет исключения каких-либо зазоров между контактными площадками корпуса СВЧ МИС и контактными площадками измерительной печатной платы, что достигается формированием на металлизации фольгированного двухстороннего диэлектрика монослоя металлизированных зерен алмазного порошка. В свою очередь, металлизированные зерна алмазного порошка контактных площадках фольгированного диэлектрика, вминаясь на 2-3 мкм в контактные площадки корпуса СВЧ МИС с одной стороны и в контактные площадки измерительной печатной платы с другой стороны, обеспечивают беззазорные электрические контакты, что исключает погрешности при измерении параметров СВЧ МИС в корпусах для поверхностного монтажа. Кроме того, толщина фольгированного диэлектрика в 0,05 мм, а также диаметр переходных металлизированных отверстий 0,1-0,15 мм, заполненных токопроводящим клеем, обеспечивают снижение паразитных составляющих индуктивностей и емкостей, а также омического сопротивления, расширяя возможный рабочий частотный диапазон при проведении измерений до 50 ГГц.

Технический результат обеспечивается тем, что в способе изготовления эластичной прокладки из фольгированного диэлектрика для измерений параметров СВЧ МИС в корпусе для поверхностного монтажа, включающий формирование металлизированных переходных отверстий, формирование рисунка металлизации методом фотолитографического травления, соответствующего контактным площадкам корпуса СВЧ МИС с одной стороны и контактным площадкам измерительной платы с другой стороны, где на полученном рисунке металлизации с помощью трафаретов наносят слой токопроводящего клея на основе серебра и формируют монослои металлизированного никелем алмазного порошка с одинаковым размером зерна, выбранного из ряда 13-15 мкм, при толщине слоя клея, равной 80% от размера зерна алмазного порошка, причем монослои алмазного порошка наносят в следующей последовательности:

- через трафарет, на металлизацию фольгированного диэлектрика, выступающий над поверхностью металлизации на высоту, равную 80% от размера зерна алмазного порошка, наносят токопроводящий клей, одновременно заполняя им металлизированные переходные отверстия;

- через трафарет, выступающий над поверхностью металлизации фольгированного диэлектрика с нанесенным слоем токопроводящего клея на высоту, равную размеру зерна алмазного порошка, в нанесенный слой клея вдавливают алмазный порошок.

Краткое описание чертежей

Изобретение иллюстрируется фигурой 1, на которой:

1 - диэлектрик;

2 - металлизация диэлектрика;

3 - металлизированные переходные отверстия;

4 - токопроводящий клей;

5 - металлизированный никелем алмазный порошок, сформированный на поверхности токопроводящего клея (4);

На фигуре 2 схематически представлено изображение измерительной печатной платы, где:

1 - измерительная печатная плата;

2 - фольгированный диэлектрик, с нанесенным монослоем алмазного порошка, обеспечивающий электрический контакт корпуса СВЧ МИС с измерительной печатной платой;

3 - СВЧ МИС в корпусе для поверхностного монтажа;

4 - прижим для фиксации корпуса СВЧ МИС в измерительной плате.

Осуществление изобретения

Для получения заявленного технического результата, в качестве фольгированного диэлектрика предпочтительно использовать металлизированную полиимидную пленку толщиной 0,05 мм, поскольку данный материал имеет высокие диэлектрические свойства, а металлизация переходных отверстий в этом материале является хорошо отработанным технологическим процессом. Переходные отверстия в полиимидной пленке целесообразно выбирать диаметром 0,1-0,15 мм, что обеспечит их заполнение токопроводящий клеем, при формировании монослоя алмаза.

Для приклейки алмазного порошка выбран электропроводящий клей на основе серебра. Такие клеи после полимеризации имеют объемное удельное электрическое сопротивление не более 5⋅10^-4 Ом⋅см. После нанесения монослоя алмазного порошка целесообразно формирование дополнительного защитного покрытия химическим никелем, толщиной 1-2 мкм и золота, толщиной 3 мкм. Для получения монослоя алмазного порошка используют металлические трафареты предпочтительно из нержавеющей стали. Данный материал не подвержен коррозии, а также легко обрабатывается лазерной резкой, что позволяет формировать прецизионные размеры апертур трафарета.

При формировании монослоя алмазного порошка сначала через трафарет, на металлизацию фольгированного диэлектрика, выступающий над поверхностью металлизации на высоту, равную 70-80% от размера зерна алмазного порошка, наносят токопроводящий клей, одновременно заполняя им металлизированные переходные отверстия. Затем через трафарет, выступающий над поверхностью металлизации фольгированного диэлектрика с нанесенным слоем токопроводящего клея на высоту, равную размеру зерна алмазного порошка, в нанесенный слой клея вдавливают алмазный порошок. При этом зерна алмазного порошка будут выступать на 3-5 мкм над поверхностью затвердевшего клея.

Алмазный порошок, металлизированный никелем, широко используется в промышленности, например, при изготовлении алмазного инструмента, что предопределило выбор порошка с таким покрытием.

Для оценки качества печатной платы из двухстороннего фольгированного диэлектрика с нанесенным монослоем алмаза были проведены измерения коэффициента стоячей волны (КСВ) СВЧ МИС в корпусе для поверхностного монтажа с рабочей частотой до 50 ГГц. Для оценки погрешности измерений был измерен КСВ СВЧ МИС в корпусе, припаянном к контактным площадкам измерительной печатной платы. Это обеспечивало надежное контактирование выводных площадок корпуса СВЧ МИС с соответствующими контактными площадками печатной платы. По результатам измерения КСВ СВЧ-входа и СВЧ-выхода МИС на частотах 20 ГГц и 50 ГГц равнялся 1,36 и 1,67 соответственно.

При десятикратном измерении КСВ СВЧ МИС в корпусе без пайки к измерительной печатной плате и с использованием фольгированного диэлектрика, со сформированным монослоем алмаза, КСВ СВЧ входа и выхода МИС на частотах 20 ГГц и 50 ГГц равнялся 1,41 и 1,73 соответственно. Погрешность составила не более 4%, что свидетельствует о высокой точности измерений, а также о низком значении паразитных составляющих, вносимых эластичной прокладкой из фольгированного диэлектрика. Высокая износостойкость эластичной прокладки из фольгированного диэлектрика с монослоями алмаза для контактирующих устройств СВЧ-диапазона, соответствующей изобретению, подтверждена более 500 циклами прижима СВЧ МИС.

Изобретение относится к области электротехники, а именно к способу изготовления эластичной прокладки, которое может быть использовано при испытаниях СВЧ монолитных интегральных схем (МИС) с рабочей частотой до 50 ГГц. Повышение точности испытаний за счет снижений погрешностей является техническим результатом, который достигается тем, что между корпусом СВЧ МИС и измерительной печатной платой установлена эластичная прокладка, при этом способ изготовления эластичной прокладки из фольгированного диэлектрика с монослоями алмаза включает формирование металлизированных переходных отверстий, формирование рисунка металлизации методом фотолитографического травления, на который с помощью трафаретов наносят слой токопроводящего клея на основе серебра и формируют монослои металлизированного никелем алмазного порошка с одинаковым размером зерна, выбранного из ряда 13-15 мкм, при толщине слоя клея, равной 80% от размера зерна алмазного порошка, при этом металлизированные зерна алмазного порошка вминают на 2-3 мкм в контактные площадки корпуса с одной стороны и в контактные площадки измерительной печатной платы с другой стороны. Толщина фольгированного диэлектрика в 0,05 мм, а также диаметр переходных металлизированных отверстий 0,1-0,15 мм, заполненных токопроводящим клеем, обеспечивают снижение паразитных составляющих индуктивностей и емкостей, а также омического сопротивления, расширяя возможный рабочий частотный диапазон при проведении измерений до 50 ГГц. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Способ изготовления эластичной прокладки из фольгированного диэлектрика с монослоями алмаза для контактирующих устройств СВЧ-диапазона для измерений параметров СВЧ монолитных интегральных схем в корпусе для поверхностного монтажа, включающий формирование металлизированных переходных отверстий, формирование рисунка металлизации методом фотолитографического травления, отличающийся тем, что на полученном рисунке металлизации с помощью трафаретов наносят слой токопроводящего клея на основе серебра и формируют монослои металлизированного никелем алмазного порошка с одинаковым размером зерна, выбранного из ряда 13-15 мкм, при толщине слоя клея, равной 80% от размера зерна алмазного порошка.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что через трафарет на металлизацию фольгированного диэлектрика, выступающий над поверхностью металлизации на высоту, равную 80% от размера зерна алмазного порошка, наносят токопроводящий клей, одновременно заполняя им металлизированные переходные отверстия, далее через трафарет, выступающий над поверхностью металлизации фольгированного диэлектрика с нанесенным слоем токопроводящего клея на высоту, равную размеру зерна алмазного порошка, в нанесенный слой клея вдавливают алмазный порошок, тем самым формируя монослой алмазного порошка.