Общие сведения о кристаллодержателях на гибких носителях

В последнее время при корпусировании кристаллов БИС (СБИС) всё интенсивнее осваиваются методы их сборки и монтажа на гибких (чаще всего полиимидных) носителях. Эти методы достаточно полно отвечают комплексу требований к процессам монтажа кристаллов. Особенно важное преимущество сборки и монтажа БИС на гибких ленточных носителях - возможность контроля характеристик приборов, смонтированных на носителе, до их окончательного присоединения к коммутационной плате и возможность проведения электротермотренировки (ЭТТ).

В связи с необходимостью обеспечения в современных СБИС высоких скоростей переключения, а также предотвращения деградации сигнала и перекрестных искажений, вносимых соседними выводами, все более усиливается интерес к технологии автоматизированной сборки кристаллов на ленте (к так называемым ТАВ-кристаллодержателям) характеризующейся низким омическим сопротивлением и возможностью управления полным сопротивлением выводов. К достоинствам ТАВ-кристаллодержателей относятся также низкая стоимость, малые габариты и плоский профиль. ТАВ-кристаллодержатель может заменить дорогостоящий и относительно тяжелый керамический корпус. Поддержка лентой хрупких выводов позволяет применять ТАВ - кристаллодержатели с большим количеством выводов и малым шагом между ними (для серийных образцов 254-101 мкм). При использовании установок для автоматизированного присоединения внутренних концов выводов к контактным площадкам кристалла возможен монтаж схем на ТАВ-кристаллодержатели с несколькими тысячами выводов и с шагом между ними 76,2 мкм (установки проволочной термокомпрессионной сварки уже нельзя применять при расстоянии между выводами менее 152,4 мкм). Среди немногих американских фирм, поставляющих ИС на гибкой ленте (в 1990 г. их было выпущено 50 млн. шт.), можно назвать АМD, LST Logic, Motorola и др. В Японии все основные полупроводниковые фирмы изготавливают широкую номенклатуру приборов на гибкой ленте. В 1990 г. объем выпуска ИС в ТАВ-кристаллодержателях был равен 286 млн. шт. В странах Западной Европы эту технологию используют при производстве часов и кредитных карточек со встроенной ЭВМ. По мере увеличения числа выводов и уменьшения зазора между внутренними концами (до менее 76,2 мкм) усиливается необходимость применения многоуровневой гибкой ленты с шинами питания и заземления. Благодаря наличию на ленте шин питания и заземления уменьшается количество контактных площадок на кристалле. Это, в свою очередь, позволяет уменьшить размер кристалла и увеличить выход годных в пересчете на одну пластину. Однако двухуровневую гибкую ленту (с двумя слоями (уровнями) коммутации) можно использовать только в схемах с числом выводов менее 600, расстоянием между контактными площадками более 101,6 мкм и временем нарастания сигнала более 300 пс. Разрабатывается трехуровневая гибкая лента, содержащая сигнальную плоскость и плоскости шин питания и заземления, хорошо изолированные друг от друга, способствующие помехоустойчивому прохождению сигнала (рис. 1). Путем изоляции сигнальной плоскости, шин питания и заземления с помощью диэлектрических пленок, расположенных между тремя слоями с проводниками удалось значительно снизить индуктивность цепей питания, а в результате и шум переключения сигнала, по сравнению с гибкими лентами традиционной структуры. Применение толстых пленок меди для шин питания и заземления снижает омические потери. Такая лента пригодна для корпусирования схем с более чем 700 выводами. Специалисты фирмы продемонстрировали ТАВ-кристаллодержатель для 600-вывоной схемы с шагом между внутренними концами выводов – 38,1 мкм, между внешними – 76,2 мкм.

Аналогичные разработки проводятся на фирме ЗМ (основной поставщик гибкой ленты в США). В настоящее время она выпускает двухуровневую ленту и изучает вопрос о возможности добавления с помощью существующего технологического процесса третьего слоя металла. Такую ленту изготавливают безадгезивным методом, при котором медь аддитивно наносится электролитическим способом на химически протравленную пленку полиимида. Подчеркивается, что разработка технологии осаждения диэлектриков является важнейшим этапом создания многоуровневых гибких, лент. По мнению специалистов технологический процесс изготовления двухуровневых лент не пригоден для создания трехуровневых.

В настоящее время проявляется интерес и к матричной гибкой ленте (рис. 2). При традиционном размещении большого количества контактных площадок размером 76.2 - 101.6 мкм по периферии кристалла увеличивается его размер, а следовательно, и стоимость. Было предложено располагать контактные столбики внутри активной области кристалла и разработать матричную гибкую ленту, обеспечивающую контакт со столбиками (в активной области кристалла) и с контактными площадками, расположенными по периметру кристалла.

Исследуется возможность помещения контактов питания и заземления в центре активной области, а всех сигнальных контактов - по периферии кристалла. На фирме Rogers разрабатываются требования к технологии присоединения выводов в случае применения матричной гибкой ленты. По мнению специалистов, многослойные гибкие матричные ленты смогут использоваться в качестве гибких подложек для монтажа нескольких кристаллов.

Кристаллодержатель на гибкой ленте. Под кристаллодержателем следует понимать корпусированную в мини или микрокорпусе, либо полукорпусированную конструкцию ИС (БИС, СБИС, УБИС) с 4-х сторонней разводкой выводов. Техника сборки и монтажа самих компонентов в корпусах заложила основы для разработки методов установки и монтажа кристаллов ИС на гибридной ленте. В сущности, кристаллодержатели на гибкой ленте, т.е. ТАВ (Tape Automated Bonding) – компоненты могут быть созданы с использованием некоторых вариантов известной технологии монтажа на подложке гибридной СИ с бескорпусными кристаллами (чипами), которая сама является прообразом техники поверхностного монтажа компонентов (ТПМК) и основана на почти полном отказе от корпусированных компонентов (в целях увеличения плотности монтажа), а также установке компонентов (обычно полупроводниковых) непосредственно на коммутационную плату с применением, например, проволочного монтажа.

ТАВ является перспективным вариантом конструкции кристаллодержателя компонента, поскольку не только повышает эффективность использования коммутационной платы, но и позволяет реализовать исключительно высокое быстродействие компонента благодаря отказу от традиционного корпуса и выводной рамки.

Рис. 1. Поперечное сечение трехуровневой ТАВ – конструкции фирмы Rogers; 1 – шина питания; 2 – слой адгезива; 3 – шина заземления; 4 – вывод заземления; 5 – слой полиимида; 6 – слой адгезива; 7 – вывод питания; 8 – сигнальный вывод; 9 – металлизация сквозных отверстий.

Рис.2. Поперечное сечение матричной ТАВ – конструкции; 1 – диэлектрическая пленка;

2 – коммутация; 3 – кристалл ИС.

 

Конструкция ТАВ рассматривается, например, как альтернатива корпусному исполнению арсенид-галлиевых приборов, реализующих быстродействие, соответствующее тактовой частоте свыше 35 МГц. ТАВ-компонент можно испытывать непосредственно перед установкой на плату, что является весьма существенным его достоинством.

Конструкция ТАВ особенно подходит для применения в различных недорогих изделиях, таких, как, например, интеллектуальные кредитные карточки. Это, в основном, связано с формой поставки кристаллодержателей. Они поставляются на гибкой ленте, снабженной перфорированными отверстиями для подачи на сборку, т. е. как обычные компоненты, монтируемые на поверхность коммутационной платы. К контактным площадкам кристалла присоединены паучковые выводы держателя. Перед монтажом на подложку производится вырубка кристалла с частью держателя.

ТАВ-компонент обладает еще несколькими достоинствами, включая единственное в своем роде - возможность проведения контроля и необходимых испытаний на ленте-носителе непосредственно перед монтажом. Кроме того, поскольку приборы закреплены на ленте, никакой дополнительной ориентации при их установке на коммутационной плате не требуется. Типичный размер вывода у кристаллодержателя на гибкой ленте равен 0,05 дюйма (1,27 мм), а размер контактных площадок 1,29 мм² намного меньше площадок для проволочного монтажа.

С помощью ТАВ можно реализовать некоторые нетривиальные схемотехнические и конструкторские решения, обычно сложные в исполнении на уровне коммутационной платы, например, межсоединения контактных площадок, внутри матрицы. Однако ТАВ должен разрабатываться определенным для каждого вида изделия. Кроме того, ремонт изделий с кристаллодержателями на гибкой ленте затруднителен. Сборка и монтаж на поверхности гибкой ленты также проблематичны.

Возможны несколько конструктивных вариантов исполнения ТАВ в зависимости от конструкции используемой ленты. Более других распространены ТАВ на однослойных лентах, применяемые исключительно в дешевых устройствах. Существуют также двух и трехслойные конструкции. Многослойная – позволяет осуществлять более эффективную коммутацию выводов по сравнению с однослойной конструкцией, но затраты на ее разработку выше.

Имеется несколько вариантов технологической реализации ТАВ. В Японии фирма Matsushita Electric Industries применяет технику многократно используемых подложек, на которых методами электроосаждения выполняются золотые столбиковые выводы толщиной 30 мкм. Затем столбики переносятся на выводную рамку ленты, после чего выводная рамка присоединяется к алюминиевой металлизации кристалла, с которым она образует единый схемный элемент. В качестве ленты применяется полиимидная пленка толщиной 125 мкм, несущая медные паучковые выводы толщиной 35 мкм. Цикл переноса столбиковых выводов может повторяться примерно до 30 раз, прежде чем подложка станет непригодной к использованию.

Еще одной разработкой, осуществляемой в настоящее время, является посадка нескольких кристаллов на обычную рамку и предварительное соединение их между собой с помощью пленочной основы. Пленка фактически выполняет функцию гибкой подложки схемы; специалисты считают, что в наше время такая структура может обеспечить удобное соединение между собой до семи кристаллов. ТАВ-компонент является также серьезным конкурентом традиционным способам установки кристалла в корпус (которые не следует смешивать с методами монтажа бескорпусных кристаллов на коммутационной плате). В этом случае ТАВ может служить заменой выводной рамке и проволочному монтажу. Некоторые специалисты считают, что именно таким будет его ближайшее и наиболее эффективное применение.

⇐ Предыдущая40414243444546474849Следующая ⇒

Поделиться: