Монолитная интегральная схема Российский патент 2024 года по МПК H01L23/482 

Изобретение относится к электронной технике и может быть использовано для обеспечения поверхностного монтажа микроэлектронных компонентов в изделия типа «система в корпусе», «система на кристалле», многокристальные модули, микросборки и модули с внутренним монтажом компонентов.

Монолитные интегральные схемы (МИС) используются при создании СВЧ приемо-передающих модулей современных радиоэлектронных систем. Типовое применение МИС, выполненных на полупроводниковом кристалле с металлизированным экраном по обратной стороне и имеющих поверхностно-ориентированные выводы, в составе радиоэлектронной аппаратуры (РЭА) СВЧ и КВЧ диапазонов осуществляется путем монтажа кристаллов МИС на посадочное место в плате и последующим электрическим соединением выводов кристалла и контактных площадок платы при помощи проволочных перемычек. Данный способ установки кристаллов приводит к повышению стоимости за счет выполнения дорогостоящих работ по микромонтажу и разварке кристаллов, ухудшению параметров за счет неконтролируемого влияния индуктивности проволочных перемычек на СВЧ характеристики.

В настоящее время существует ряд конструкторских решений, позволяющих снизить массогабаритные параметры СВЧ модулей и исключающих использование проволочных перемычек путем монтажа перевернутых кристаллов микросхем на плату (flip-chip) и одновременным электрическим соединением выводов кристалла и платы при помощи пайки. Это позволяет существенно повысить компактность радиоэлектронных модулей, повысить воспроизводимость электрических характеристик, повысить надежность и снизить стоимость за счет уменьшения количества проволочных перемычек и сокращения дорогостоящих работ по микромонтажу и настройке.

В [1 - патент РФ №2648311 Способ изоляции при монтаже перевернутых кристаллов] описывается способ монтажа перевернутых кристаллов с контактными столбиками и подложки с металлизацией на контактных площадках из припоя (технология flip-chip) с использованием специальной клейкой ленты, размещенной между кристаллом и подложкой. Недостатком данного способа является необходимость дополнительного изготовления преформы из специальной клейкой ленты с отверстиями под выводы, что приводит к удорожанию процесса монтажа кристалла.

В [2 - патент РФ №2441298 Межсоединение методом перевернутого кристалла на основе сформированных соединений] описывается метод монтажа и электрического соединения выводов кристалла и платы по методу перевернутого кристалла между акустическим элементом и специализированной интегральной схемой, с помощью контактных столбиковых выводов, расположенных на металлизированных контактных площадках кристаллов, принятый за прототип. Недостатком прототипа является повышение себестоимости монтажа МИС за счет необходимости проведения контроля качества электрического соединения выводов кристалла и платы методами рентгеновской микроскопии с применением специального технологического оборудования.

Технической проблемой, на решение которой направлена предлагаемая монолитная интегральная схема, является создание МИС СВЧ, предназначенное для автоматизированного поверхностного монтажа методом flip-chip без применения специального технологического оборудования для проведения контроля качества паянных соединений и обеспечивающей безындуктивное электрическое соединение МИС и контактных площадок платы, а также повышенную механическую прочность кристалла на сдвиг.

Для решения технической проблемы предлагается монолитная интегральная схема, выполненная в виде полупроводникового кристалла со сформированными контактными площадками для последующего монтажа.

Согласно изобретению, на лицевой стороне кристалла располагают топологию, заземляющие и сигнальные выводы монолитной интегральной схемы для монтажа на плату, на обратной стороне кристалла располагают сплошной металлизированный заземляющий экран, электрическое соединение которого с топологией и заземляющими выводами монолитной интегральной схемы выполняется с помощью сквозных металлизированных отверстий, на боковых сторонах кристалла сформированы выборки произвольной формы в местах выводов для монтажа, которые вскрывают пробельные окна к заземляющим и сигнальным выводам монолитной интегральной схемы.

Технический результат - снижение трудозатрат на контроль качества паяных электрических соединений контактных площадок кристалла и платы, снижение себестоимости изготовления СВЧ модулей, реализация безындуктивного электрического соединения МИС и контактных площадок платы, повышение механической прочности кристалла на сдвиг.

Сочетание отличительных признаков и свойств предлагаемого полупроводникового кристалла из литературы не известны, поэтому изобретение соответствует критериям новизны и изобретательского уровня.

На фигуре 1 изображен схематичный вид лицевой стороны полупроводникового кристалла со сформированной топологией, заземляющими и сигнальными выводами МИС.

На фигуре 2 изображен схематичный вид полупроводникового кристалла, смонтированного лицевой стороной на плату методом flip-chip.

Монолитная интегральная схема (фиг. 1) выполнена на полупроводниковом кристалле (1). Топология МИС расположена на лицевой стороне кристалла и покрыта защитной диэлектрической пленкой (2), например, из органического полимера, для предотвращения химического или физического воздействия на топологию и активные элементы МИС. Также на лицевой стороне полупроводникового кристалла (1), в составе топологии МИС, сформированы входные сигнальные выводы МИС (3) и выходные сигнальные выводы МИС (4), предназначенные для ввода и вывода СВЧ сигнала, а также заземляющие выводы (5). Заземляющие выводы (5) МИС с помощью сквозных металлизированных отверстий электрически соединены со сплошным металлизированным экраном (12) (фиг. 2), расположенным с обратной стороны полупроводникового кристалла (1). Формирование полупроводникового кристалла (1) (фиг. 1) МИС проводится путем разделения полупроводниковой гетероструктуры на отдельные кристаллы методом плазмохимического травления с одновременным получением выборок (6), расположенных на боковых сторонах полупроводникового кристалла (1). Монтаж МИС на плату (8) (фиг. 2) осуществляется методом flip-chip с одновременной фиксацией полупроводникового кристалла (1) (фиг. 1) в посадочном месте платы и электрического соединения входных сигнальных выводов МИС (3) и платы (9) (фиг. 2), выходных сигнальных выводов МИС (4) (фиг. 1) и платы (10) (фиг. 2), заземляющих выводов МИС (5) (фиг. 1) и платы (11) (фиг. 2), например, при помощи припоя, нанесенного на выводы платы (9, 10, 11). При припаивании выводов МИС (3, 4, 5) (фиг. 1) и платы (9, 10, 11) (фиг. 2) друг к другу происходит расплавление припоя (13) и смачивание выводов МИС (3, 4, 5) (фиг. 1) в области выборок (6) на боковых сторонах полупроводникового кристалла (1). Первичный контроль качества электрического соединения выводов МИС (3, 4, 5) и платы (9, 10, 11) (фиг. 2) проводится при помощи методов прямого визуального контроля путем наблюдения смачиваемости припоем выводов МИС (3, 4, 5) (Фиг. 1) в области выборок (6). Для правильной ориентации и совмещения выводов МИС (3, 4, 5) и платы (9, 10, 11) (фиг. 2) между собой на обратной стороне полупроводникового кристалла (1) (фиг. 1), например, в сплошном металлизированном экране (12) (фиг. 2), формируется метка совмещения (7).

Рассмотренный полупроводниковый кристалл опробован при изготовлении МИС СВЧ усилителей на гетероструктурах арсенида галлия.

В результате использования предложения получен следующий технический эффект:

- монолитная интегральная схема, предназначенная для монтажа методом flip-chip без применения специального технологического оборудования для проведения контроля качества паянных соединений и обеспечивающая повышенную механическую прочность кристалла на сдвиг, а также безындуктивное электрическое соединение монолитной интегральной схемы и контактных площадок платы.

Изобретение относится к электронной технике и может быть использовано для обеспечения поверхностного монтажа микроэлектронных компонентов. Монолитная интегральная схема (МИС) выполнена в виде полупроводникового кристалла со сформированными контактными площадками для последующего монтажа, при этом на лицевой стороне кристалла располагают топологию, заземляющие и сигнальные выводы монолитной интегральной схемы для монтажа на плату, на обратной стороне кристалла располагают сплошной металлизированный заземляющий экран, электрическое соединение которого с топологией и заземляющими выводами монолитной интегральной схемы выполняется с помощью сквозных металлизированных отверстий, на боковых сторонах кристалла сформированы выборки произвольной формы в местах выводов для монтажа, которые вскрывают пробельные окна к заземляющим и сигнальным выводам монолитной интегральной схемы. Изобретение обеспечивает снижение трудозатрат на контроль качества паяных электрических соединений контактных площадок кристалла и платы, снижение себестоимости изготовления СВЧ модулей, реализацию безындуктивного электрического соединения МИС и контактных площадок платы, повышение механической прочности кристалла на сдвиг. 2 ил.

Монолитная интегральная схема, выполненная в виде полупроводникового кристалла со сформированными контактными площадками для последующего монтажа, отличающаяся тем, что на лицевой стороне кристалла располагают топологию, заземляющие и сигнальные выводы монолитной интегральной схемы для монтажа на плату, на обратной стороне кристалла располагают сплошной металлизированный заземляющий экран, электрическое соединение которого с топологией и заземляющими выводами монолитной интегральной схемы выполняется с помощью сквозных металлизированных отверстий, на боковых сторонах кристалла сформированы выборки произвольной формы в местах выводов для монтажа, которые вскрывают пробельные окна к заземляющим и сигнальным выводам монолитной интегральной схемы.