RU2221312C1 - Method for producing three-dimensional electronic module - Google Patents
Method for producing three-dimensional electronic module Download PDFInfo
- Publication number
- RU2221312C1 RU2221312C1 RU2002121800/28A RU2002121800A RU2221312C1 RU 2221312 C1 RU2221312 C1 RU 2221312C1 RU 2002121800/28 A RU2002121800/28 A RU 2002121800/28A RU 2002121800 A RU2002121800 A RU 2002121800A RU 2221312 C1 RU2221312 C1 RU 2221312C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- conductors
- manufacturing
- module
- module according
- components
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Structures Or Materials For Encapsulating Or Coating Semiconductor Devices Or Solid State Devices (AREA)
- Encapsulation Of And Coatings For Semiconductor Or Solid State Devices (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области технологии изготовления трехмерных электронных модулей, в том числе способных работать в условиях внешних воздействий таких, как при повышенном радиационном излучении, в открытом космосе, в атомных котлах, при интенсивном электромагнитном излучении, а конкретно - к способу изготовления трехмерного электронного модуля. The invention relates to the field of manufacturing technology of three-dimensional electronic modules, including those capable of operating under external influences such as with increased radiation, in outer space, in atomic boilers, with intense electromagnetic radiation, and more particularly, to a method for manufacturing a three-dimensional electronic module.
Данное изобретение не распространяется на создание защищенных от внешних воздействий электронных компонентов и материалов. This invention does not extend to the creation of electronic components and materials protected from external influences.
Уровень техники
Известно техническое решение по российскому патенту 2133523 от 20.07.99 г. H 01 L 25/03, Н 05 К 7/02 "Трехмерный электронный модуль".State of the art
Known technical solution according to Russian patent 2133523 from 07.20.99, H 01 L 25/03, H 05
Между самостоятельными электронными компонентами, выполненными на базе кристаллов ИС, и микроплатами, содержащими активные и пассивные электронные компоненты, размещены промежуточные платы многофункционального назначения. Все составные части модуля выполнены преимущественно из теплопроводящих материалов и совместно с элементами внутримодульного теплоотвода составляют эффективную теплоотводящую систему, микроплаты и промежуточные платы дополнительно содержат пленочные активные и пассивные компоненты, выполненные по полупроводниковой, тонкопленочной или толстопленочной технологии, что значительно увеличивает функциональные возможности аппаратуры. Предложенная конструкция модуля может быть использована для электронной аппаратуры широкого применения. Between independent electronic components made on the basis of IC crystals and microcards containing active and passive electronic components, multifunction boards are placed. All component parts of the module are mainly made of heat-conducting materials and together with the elements of the intramodular heat sink make up an effective heat sink system, microboards and intermediate boards additionally contain film active and passive components made using semiconductor, thin-film or thick-film technology, which significantly increases the functionality of the equipment. The proposed module design can be used for electronic equipment of wide application.
Преимуществом данного решения является то, что конструкция модуля предусматривает применение "голых" полупроводниковых кристаллов, чем повышает плотность упаковки. Предложены варианты экономически эффективной сборки модуля путем капиллярной пайки или с применением эластичных элементов. К недостаткам следует отнести наличие теплоотводящей гребенки, что значительно снижает плотность упаковки, а также применение полимерных материалов и тяжелых металлов, что ограничивает применение данной конструкции в специфических условиях внешних воздействий. The advantage of this solution is that the module design provides for the use of “bare” semiconductor crystals, which increases the packing density. Variants of cost-effective assembly of the module by capillary soldering or using elastic elements are proposed. The disadvantages include the presence of a heat sink comb, which significantly reduces the packing density, as well as the use of polymeric materials and heavy metals, which limits the use of this design in specific conditions of external influences.
Известно также техническое решение по авторскому свидетельству СССР 934893 Н 05 К 1/14 от 14.03.80 г. "Блок электронной аппаратуры". There is also a technical solution according to the author's certificate of the USSR 934893 N 05 K 1/14 dated 03/14/80, "Electronic equipment block".
Блок радиоэлектронной аппаратуры, содержащий коммутационную плату, микроплаты с выводами, параллельно закрепленные торцами и электрически соединенные с коммутационной платой, при этом выводы для соединения каждой микроплаты с коммутационной платой размещены на одном из торцев микроплаты, на других торцах которой размещены выводы для соединения микроплат между собой. Показан вариант конструкции блока с сошлифованными гранями для вскрытия балочных выводов и дальнейшим напылением металлических пленочных проводников по граням блока, что является безусловным достоинством данного технического решения. К недостаткам следует отнести обязательное наличие балочных выводов, спрессованных в полимер, что снижает плотность упаковки и значительно повышает количество межсоединений: нет варианта теплоотвода от электронных компонентов, входящих в состав блока. A block of electronic equipment containing a circuit board, microcards with leads parallel to the ends and electrically connected to the circuit board, the terminals for connecting each microcircuit to the circuit board are located on one of the ends of the microcircuit, on the other ends of which are the terminals for connecting the microcircuits to each other . A design variant of the block with polished faces for opening the beam leads and further spraying of metal film conductors along the faces of the block is shown, which is the undoubted advantage of this technical solution. The disadvantages include the mandatory presence of beam terminals pressed into a polymer, which reduces the packing density and significantly increases the number of interconnects: there is no option for heat removal from the electronic components that make up the unit.
Известно техническое решение по российскому патенту 2133622 Н 05 К 1/11, H 01 L 21/70 от 20.07.99 г. "Способ изготовления и контроля электронных компонентов". Known technical solution according to Russian patent 2133622 N 05 K 1/11, H 01 L 21/70 from 07/20/99, "Method for the manufacture and control of electronic components."
Данное решение заключается в том, что множество кристаллов располагают в пресс-форме, ориентируясь на контактные площадки кристаллов и базовые элементы пресс-формы, изолируют все незащищенные поверхности кристаллов, кроме контактных площадок. This solution consists in the fact that many crystals are placed in the mold, focusing on the contact pads of the crystals and the basic elements of the mold, isolate all unprotected surfaces of the crystals, except for the contact pads.
Отличительная особенность способа заключается в том, что при расположении в пресс-форме кристаллы фиксируют между собой с образованием группового носителя, при этом обеспечивают расположение лицевых поверхностей кристаллов в единой плоскости с одной из поверхностей группового носителя, при этом на эту плоскость наносят одновременно все проводники, необходимые для электротемотренировки (ЭТТ) и контроля, а также разъем. Вариантом способа является то, что одновременно с кристаллами в пресс-форму помещают групповую металлическую рамку, которую фиксируют одновременно с кристаллами. Недостатком способа является то, что он распространяется только на изготовление групповых полимерных носителей. A distinctive feature of the method is that when placed in a mold, the crystals are fixed to each other with the formation of a group carrier, while ensuring that the front surfaces of the crystals are in the same plane with one of the surfaces of the group carrier, while all conductors are applied to this plane at the same time, necessary for electrical heating (ETT) and control, as well as the connector. A variant of the method is that simultaneously with crystals, a group metal frame is placed in the mold, which is fixed simultaneously with the crystals. The disadvantage of this method is that it applies only to the manufacture of group polymer carriers.
Известно техническое решение по международной заявке PCT/SU90/00022 (номер международной публикации WO 91/11824) H 01 L 25/04; G 11 C 17/00 от 24.01.90 г. "Трехмерный электронный блок и способ его изготовления". A technical solution is known according to international application PCT / SU90 / 00022 (international publication number WO 91/11824) H 01 L 25/04; G 11 C 17/00 of January 24, 1990. "Three-dimensional electronic unit and method for its manufacture."
Способ изготовления трехмерного электронного блока включает размещение электронных элементов в носителе, электрическое присоединение электронных элементов к выводным контактам носителя, размещение носителей в блоке параллельно друг другу, коммутацию носителей по боковым поверхностям блока, а также предварительнную группировку электронных элементов по принципу наименьшего количества выводных контактов у носителя, ориентировку электронных элементов относительно друг друга, предварительную их фиксацию, изготовление полимерных носителей с окончательным закреплением в них электронных элементов, электрическое изолирование незащищенных токопроводящих зон электронных элементов; кроме контактных площадок, очистку контактных площадок и выводных контактов носителей от органических загрязнений и окисных пленок, нанесение на поверхности электронных элементов и носителей проводников, электрическое соединение выводных контактов носителей по поверхности блока, герметизацию собранного блока. Предусматривается также размещение носителей в блоке с зазором и перепаивание их с использованием капиллярного эффекта, обеспечивая их механическое и электрическое соединение. A method of manufacturing a three-dimensional electronic unit includes the placement of electronic elements in the carrier, the electrical connection of electronic elements to the output contacts of the carrier, the placement of carriers in the block parallel to each other, the switching of carriers along the side surfaces of the block, and the preliminary grouping of electronic elements according to the principle of the least number of output contacts on the carrier , orientation of electronic elements relative to each other, their preliminary fixation, manufacture of polymer nose Iteli with the final fixing of electronic elements in them, electrical isolation of unprotected conductive zones of electronic elements; in addition to contact pads, cleaning of contact pads and terminal contacts of carriers from organic contaminants and oxide films, drawing on the surface of electronic elements and carriers of conductors, electrical connection of terminal contacts of carriers on the surface of the block, sealing the assembled block. It is also envisaged to place the carriers in the block with a gap and solder them using the capillary effect, ensuring their mechanical and electrical connection.
Преимуществом данного решения является комплексный подход к реализации трехмерной конструкции, вариант соединения носителей по граням блока. К недостаткам следует отнести отсутствие применения электронных элементов и носителей с расположением контактных площадок непосредственно на их торцевых поверхностях, что могло бы значительно повысить плотность упаковки и уменьшить количество межсоединений. Наличие паяных контактов между носителями уменьшает надежность их соединения. The advantage of this solution is an integrated approach to the implementation of a three-dimensional structure, a variant of connecting carriers along the edges of the block. The disadvantages include the absence of the use of electronic elements and carriers with the location of contact pads directly on their end surfaces, which could significantly increase the packing density and reduce the number of interconnects. The presence of soldered contacts between the carriers reduces the reliability of their connection.
Решение по российскому патенту 2133522 является наиболее близким аналогом по отношению к патентуемому способу изготовления трехмерного электронного модуля. The solution according to Russian patent 2133522 is the closest analogue to the patented method of manufacturing a three-dimensional electronic module.
Сущность изобретения
Основной задачей данного изобретения является создание трехмерной электронной аппаратуры, работающей в том числе в условиях внешних воздействий и одновременно обладающей всеми преимуществами трехмерных конструкций: высокой плотностью упаковки, высокими показателями надежности, хорошим теплоотводом при высокой технологичности и низкой себестоимости изготовления.SUMMARY OF THE INVENTION
The main objective of this invention is the creation of three-dimensional electronic equipment, which also operates under external influences and at the same time possesses all the advantages of three-dimensional structures: high packing density, high reliability indicators, good heat dissipation at high manufacturability and low manufacturing costs.
Поставленная задача решается тем, что способ изготовления трехмерного электронного модуля (далее - модуля), включающий изготовление и предварительный контроль бескорпусных электронных компонентов (далее - компонентов), защищенных от внешних воздействий, размещение их в модуле параллельно друг другу и электрическое соединение их преимущественно по торцевым и лицевым поверхностям, изготовление средств теплоотвода и внешних выводов, согласно изобретению предусматривает размещение множества компонентов ориентированно друг относительно друга с созданием единой плоскости по лицевым поверхностям компонентов и предварительное их закрепление в таком положении. Размещение компонентов производят с ориентацией их по контактным площадкам или по контуру. Данная операция может производиться на установках поверхностного монтажа компонентов на печатные платы с применением машинного зрения. Также можно использовать установку для монтажа перевернутых кристаллов (flip-chip). В любом случае точность позиционирования должна быть не хуже ±10 мкм. The problem is solved in that the method of manufacturing a three-dimensional electronic module (hereinafter referred to as the module), including the manufacture and preliminary control of open-frame electronic components (hereinafter referred to as components) protected from external influences, placing them in the module parallel to each other and connecting them mainly along the end and front surfaces, the manufacture of heat sinks and external terminals, according to the invention provides for the placement of many components oriented relative to each other other with creation of a single plane faces of the components and their preliminary fixing in this position. The components are placed with their orientation along the contact pads or along the contour. This operation can be performed on surface mount units for components on printed circuit boards using machine vision. You can also use the installation for mounting inverted crystals (flip-chip). In any case, the positioning accuracy should be no worse than ± 10 microns.
Далее компоненты фиксируют составом, легко удаляемым физическими или химическими средствами, при этом фиксирующий состав должен обладать высокой адгезией к наносимым впоследствие проводникам. Одновременно фиксирующим составом изолируют электрически незащищенные зоны на поверхностях компонентов, образованные в результате их изготовления, а также формируют переходные отверстия. ребра жесткости и другие необходимые конструктивные элементы, чем заканчивают изготовление групповой микроплаты. Фиксирование компонентов может осуществляться на стандартной установке герметизации пластмассой, используемой при заключении кристаллов ИС в полимерные корпуса. Further, the components are fixed with a composition that can be easily removed by physical or chemical means, while the fixing composition must have high adhesion to subsequently applied conductors. At the same time, electrically unprotected zones on the surfaces of the components formed as a result of their manufacture are isolated with a fixing composition, and vias are also formed. stiffeners and other necessary structural elements, which completes the manufacture of a group microplate. Fixing of the components can be carried out on a standard plastic sealing installation used in enclosing IC crystals in polymer cases.
В случае применения в качестве фиксирующего состава полимера, требующего деполимеризации после фиксирования компонентов, производят термообработку групповой микроплаты, а также механическую обработку для удаления облоя, литников и заусенцев. Термообработка ведется с использованием любых печей с регулировкой температур от +100 до +200oС с точностью ±10oС.In the case of using a polymer that requires depolymerization after fixing the components as a fixing composition, the heat treatment of the group microplate is performed, as well as mechanical processing to remove burrs, sprues and burrs. Heat treatment is carried out using any furnace with temperature control from +100 to +200 o С with an accuracy of ± 10 o С.
Затем наносят проводники микроплат преимущественно методом вакуумного напыления на лицевую и обратную стороны групповой микроплаты с предварительной очисткой контактных площадок компонентов от загрязнений и окисных пленок в едином вакуумном цикле с напылением, одновременно металлизируют переходные отверстия и образуют вилку разъема для последующей электротермотренировки и функционального контроля. Нанесение проводников может осуществляться на любой вакуумной установке желательно непрерывного или полунепрерывного действия с магнетронными испарителями и при планетарном вращении групповых микроплат во время напыления. Толщина первичного напыления (до наращивания проводников) составляет 2...4 мкм. При проведении данной операции необходимо обеспечить температурный режим, не влияющий на физические свойства фиксирующего состава. Then, microplate conductors are applied mainly by vacuum deposition on the front and back sides of a group microplate with preliminary cleaning of the component pads from contamination and oxide films in a single vacuum spraying cycle, at the same time metallizing vias and form a plug for subsequent electrotraining and functional control. The application of conductors can be carried out on any vacuum installation, preferably continuous or semi-continuous operation with magnetron evaporators and during planetary rotation of group microplates during spraying. The thickness of the primary spraying (before building up the conductors) is 2 ... 4 microns. When carrying out this operation, it is necessary to ensure a temperature regime that does not affect the physical properties of the fixing composition.
Далее наращивают проводники до толщины, обеспечивающей необходимую электропроводность и механическую прочность микроплат после удаления впоследствии фиксирующего состава. Наращивание проводников микроплат на групповой микроплате производят химическим или гальваническим методом или вакуумным напылением. Наращивание вакуумным напылением можно производить одновременно с нанесением проводников. Then, the conductors are increased to a thickness that provides the necessary electrical conductivity and mechanical strength of the microboards after subsequently removing the fixing composition. The extension of the conductors of microboards on a group microplate is carried out by chemical or galvanic method or by vacuum deposition. Vacuum extension can be applied simultaneously with the application of conductors.
Затем производят электрическое присоединение групповых микроплат к стендам, проводят электротермотренировку и полный функциональный контроль групповых микроплат в соответствии с техническими условиями на примененные компоненты. Then make the electrical connection of group microplates to the stands, conduct electrotraining and full functional control of group microboards in accordance with the technical conditions for the components used.
После чего вырезают годные микроплаты из групповой микроплаты и помещают их в защищенную от статического электричества тару. After that, suitable microboards are cut out from the group microplate and placed in a container protected from static electricity.
Затем склеивают микроплаты в пакет со взаимной их ориентацией по проводникам, расположенным на торцевых поверхностях микроплат и с выдерживанием необходимого для выполнения дальнейших операций шага их расположения. Микроплаты в пакет склеивают непрерывным швом по всему периметру сопрягаемых микроплат. При склейке микроплат в пакет возможно применение сублимирующего клея, наносимого методом возгонки. Этот клей затем легко удаляется путем нагрева пакета до температуры выше температуры возгонки. Then the microboards are glued into a bag with their mutual orientation along the conductors located on the end surfaces of the microboards and withstanding the step of their location necessary for further operations. The microplates in the package are glued with a continuous seam around the entire perimeter of the mating microplates. When bonding microplates into a package, sublimation glue, applied by sublimation, is possible. This glue is then easily removed by heating the bag to a temperature above the sublimation temperature.
Далее удаляют наплывы клея с торцевых поверхностей микроплат преимущественно плазмохимическим методом. Then glue flows are removed from the end surfaces of the microboards mainly by the plasma-chemical method.
После чего наносят внешние проводники на боковые грани пакета и наращивают их до толщины, обеспечивающей необходимую механическую прочность конструкции при выполнении дальнейших операций. Нанесение проводников на грани пакета можно производить последовательно преимущественно методом вакуумного напыления с предварительной очисткой мест электрического контакта между проводниками от загрязнений и окисных пленок в едином вакуумном цикле с напылением. Нанесение внешних проводников на грани пакета можно производить также путем сплошного нанесения металлического слоя на все боковые грани пакета, наращивания слоя металла химическим или гальваническим методом или вакуумным напылением, а далее - локального удаления слоя металла с граней пакета механическим или химическим или лазерным методом до образования изолированных друг от друга внешних проводников. Наращивание внешних проводников на боковых гранях пакета производят химическим иди гальваническим методом или вакуумным напылением. Толщина проводников микроплат и внешних проводников после наращивания должна быть, как правило, не меньше 40...50 мкм. After that, external conductors are applied to the side faces of the package and build them up to a thickness that provides the necessary mechanical strength of the structure when performing further operations. The application of conductors on the verge of the package can be carried out sequentially mainly by vacuum spraying with preliminary cleaning of the electrical contact between the conductors from contaminants and oxide films in a single vacuum spraying cycle. The application of external conductors on the face of the package can also be carried out by continuous deposition of a metal layer on all side faces of the package, building up the metal layer by chemical or galvanic method or by vacuum deposition, and then local removal of the metal layer from the faces of the package by mechanical or chemical or laser method until isolated from each other external conductors. The extension of the external conductors on the side faces of the package is carried out by the chemical go galvanic method or by vacuum deposition. The thickness of the conductors of microboards and external conductors after building should, as a rule, be not less than 40 ... 50 microns.
Затем удаляют фиксирующий состав и клей из конструкции пакета физическими или химическими методами. При удалении фиксирующего состава и клея при помощи жидкого растворителя или взаимодействием с химическим раствором данную операцию производят преимущественно обработкой в ультразвуковой ванне с последующей, при необходимости, нейтрализацией и далее - отмывкой в деионизованной воде и вакуумной сушкой. При удалении фиксирующего состава и клея сухими методами, например, при помощи нагрева до полного разложения фиксирующего состава и клея, в дальнейшем производят очистку сжатым осушенным инертным газом. Then the fixing composition and glue are removed from the package design by physical or chemical methods. When removing the fixing composition and glue using a liquid solvent or by interaction with a chemical solution, this operation is carried out mainly by treatment in an ultrasonic bath, followed by, if necessary, neutralization and then washing in deionized water and vacuum drying. When the fixing composition and glue are removed by dry methods, for example, by heating until the fixing composition and glue are completely decomposed, they are subsequently cleaned with compressed, dried inert gas.
Далее производят сборку модуля, которая состоит из следующих операций:
- электрического присоединения предварительно изготовленного внешнего кабеля к необходимым зонам проводников путем пайки или сварки или приклеиванием токопроводящим клеем. При присоединении внешнего кабеля производят при необходимости электрическое присоединение, по меньшей мере, одной из его жил к защитной оболочке с целью ее "заземления";
- помещение пакета в предварительно изготовленную защитную оболочку с минимальным зазором между ними. Защитную оболочку изготавливают из материала с высокой теплопроводностью и экранирующими или "прозрачными" свойствами от внешних воздействий;
- заполнение защитной оболочки теплопроводной электроизоляционной пудрой (далее - пудрой) с последующим уплотнением ее виброметодом. При этом уплотнение теплопроводной электроизоляционной пудры производят последовательным приложением вибрации по осям X, Y и Z с переменной частотой и амплитудой колебаний, обеспечивающими наилучшее заполнение всех пустот в модуле при сохранении геометрической формы и целостности проводников и компонентов. После заполнения защитной оболочки пудрой и ее уплотнения может быть произведена термообработка со спеканием частиц пудры. В случае, когда не требуется большой механической прочности модуля и его экранирования, после термообработки со спеканием частиц пудры, модуль извлекают из защитной оболочки, служащей в данном случае технологической формой и, таким образом, получают модуль в безоболочном варианте. Во время термообработки выбирают такой температурный режим спекания пудры, при котором она бы не уменьшала свою теплопроводность и электроизоляционные свойства;
- герметизация модуля, производимая путем приваривания, или припаивания, или приклеивания крышки непрерывным швом к защитной оболочке;
- финишный контроль модуля на специализированных или универсальных стендах и упаковка годных модулей в тару, защищенную от статического электричества.Next, the module is assembled, which consists of the following operations:
- electrical connection of the prefabricated external cable to the necessary zones of the conductors by soldering or welding or by gluing with conductive glue. When connecting an external cable, if necessary, an electrical connection is made to at least one of its cores to the protective sheath in order to “ground” it;
- placing the package in a prefabricated protective shell with a minimum gap between them. The protective shell is made of a material with high thermal conductivity and shielding or "transparent" properties from external influences;
- filling the protective sheath with a heat-conducting electrical insulating powder (hereinafter referred to as powder), followed by sealing it with a vibration method. In this case, the heat-conducting electrical insulating powder is densified by sequential application of vibration along the X, Y, and Z axes with a variable frequency and amplitude of oscillations, which ensure the best filling of all voids in the module while maintaining the geometric shape and integrity of the conductors and components. After filling the protective sheath with powder and sealing it, heat treatment can be performed with sintering of the powder particles. In the case when the mechanical strength of the module and its shielding are not required, after heat treatment with sintering of the powder particles, the module is removed from the protective sheath, which in this case serves as a technological form and, thus, the module is obtained in a shell-free version. During heat treatment, a temperature regime for sintering the powder is selected in which it would not reduce its thermal conductivity and electrical insulating properties;
- sealing the module by welding, or soldering, or gluing the cover with a continuous seam to the protective sheath;
- final control of the module on specialized or universal stands and packaging of suitable modules in containers protected from static electricity.
При изготовлении модуля все элементы его конструкции: проводники, внешний кабель, защитную оболочку и пудру - изготавливают из материалов, защищенных от внешних воздействий. Является также предпочтительным выбор материала для подложек компонентов, проводников, внешнего кабеля и защитной оболочки осуществлять применением материалов с аналогичными свойствами. При изготовлении модуля используют универсальные технологические процессы, позволяющие применять практически любые материалы, например, вакуумное напыление металлов, сплавов и диэлектриков. In the manufacture of the module, all elements of its design: conductors, an external cable, a protective sheath, and powder are made from materials that are protected from external influences. It is also preferable to select a material for component substrates, conductors, an external cable and a protective sheath using materials with similar properties. In the manufacture of the module, universal technological processes are used that make it possible to use practically any materials, for example, vacuum deposition of metals, alloys, and dielectrics.
Перечень фигур
В дальнейшем предлагаемое изобретение поясняется конкретными примерами его выполнения и прилагаемыми чертежами, на которых:
фиг. 1 изображает технологический маршрут изготовления трехмерного электронного модуля;
фиг. 2 изображает один из вариантов операции ориентированного размещения компонентов;
фиг. 3 изображает фрагмент групповой микроплаты после нанесения проводников;
фиг.4 изображает продольный разрез пакета из микроплат после их склейки;
фиг. 5 изображает продольный разрез модуля после его окончательной сборки.List of figures
In the future, the invention is illustrated by specific examples of its implementation and the accompanying drawings, in which:
FIG. 1 shows a technological route for manufacturing a three-dimensional electronic module;
FIG. 2 depicts one embodiment of an operation of oriented placement of components;
FIG. 3 shows a fragment of a group microplate after application of conductors;
figure 4 depicts a longitudinal section of a package of microboards after gluing;
FIG. 5 is a longitudinal section through a module after its final assembly.
Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения
Способ изготовления трехмерного электронного модуля состоит из следующих основных операций, показанных на фиг.1. Применяемые активные и пассивные компоненты изготавливают стандартными методами, при этом активные компоненты предварительно контролируют в составе полупроводниковых пластин, а пассивные компоненты подвергают полному контролю (операция 17). При этом необходимо, чтобы применяемые компоненты выполнялись бы в варианте, защищенном от внешних воздействий.Information confirming the possibility of carrying out the invention
A method of manufacturing a three-dimensional electronic module consists of the following basic operations shown in figure 1. The active and passive components used are manufactured by standard methods, while the active components are pre-controlled in the composition of the semiconductor wafers, and the passive components are subjected to complete control (operation 17). In this case, it is necessary that the components used are performed in a variant that is protected from external influences.
Один из вариантов выполнения операции 01 ориентированного размещения компонентов иллюстрирует фиг.2. Компонент 1 (в данном случае - полупроводниковый кристалл) удерживают вакуумной присоской 2 и центрируют относительно нее зажимом 3. На основании 4, которое может служить одной из деталей пресс-формы, изготавливают выступы 5. Основание 4 и компонент 1 имеют возможность взаимного перемещения друг относительно друга для обеспечения дальнейшего совмещения контактных площадок 6 компонента 1 с выступами 5 на основании 4. Совмещение производят преимущественно автоматически с применением машинного зрения. После касания компонента 1 с выступами 5 вакуум и присоски 2 отключают, но перед этим подключают вакуум к отверстию 7 в основании 4, предварительно закрепляя компонент 1 в заданном положении. Точность позиционирования компонентов 1 друг относительно друга по их контактным площадкам 6 должна быть не хуже ±10 мкм. One of the options for operation 01 oriented component placement is illustrated in figure 2. Component 1 (in this case, a semiconductor crystal) is held by a vacuum suction cup 2 and centered relative to it by a
Далее производят фиксирование компонентов 1 (операция 02, фиг.3). Данную операцию производят методами опрессовки полимером или заливкой с образованием групповой микроплаты 8. При выполнении этой операции фиксирующий состав 9 изолирует электрически незащищенные зоны компонентов 1 путем частичного подлива на лицевую, торцевые и обратную сторону компонента 1, что показано на сечении А - А фиг.3. В случае, когда групповая микроплата 8 имеет значительные размеры, на ней образуют ребра жесткости 10. Групповая микроплата 8 имеет множество сквозных отверстий 11, расположенных как по периметру будущих микроплат, так и в других необходимых для дальнейшей трассировки проводников местах. В случае необходимости производят термообработку групповой микроплаты 8 с целью деполимеризации полимера (операция 03) и механическую обработку (операция 04) для удаления облоя, литников и заусенцев. Далее на противоположные плоскости групповой микроплаты 8 наносят проводники микроплат 12 с одновременной металлизацией отверстий 11 и образованием вилки разъема 13. Проводники микроплат 12 наносят преимущественно методом вакуумного напыления через "свободные" маски. В едином вакуумном цикле производят предварительную очистку контактных площадок 6 компонентов 1 от загрязнений и окисных пленок. Но возможны и другие методы, например, со сплошным нанесением металлической пленки на все поверхности групповой микроплаты 8 с дальнейшим формированием проводников микроплат 12 методами фотолитографии. В случае необходимости возможна многослойная разводка проводников микроплат 12 по поверхностям групповой микроплаты 8. При нанесении проводников микроплат 12 учитывают, что они должны занимать максимально возможную площадь между компонентом 1 и металлизированными отверстиями 11, расположенными по перметру будущих микроплат. Целесообразно изготавливать групповые микроплаты 8 отдельно для каждого типа компонентов 1, так как это упрощает дальнейшую электротермотренировку (ЭТТ) и функциональный контроль. Для пассивных компонентов (для которых ЭТТ не предусматривается) групповые микроплаты 8 изготавливают только с металлизированными отверстиями 11 по периметру будущих микроплат и без вилки разъема 13. Next, fixation of the components 1 is carried out (operation 02, Fig. 3). This operation is performed by crimping with polymer or pouring with the formation of a
Затем производят наращивание проводников микроплат 12 (операция 06). Эта операция необходима для придания проводникам микроплат необходимой электропроводности и прочности при дальнейшем удалении фиксирующего состава. Then produce the extension of the conductors of the microplate 12 (operation 06). This operation is necessary to give the conductors of the microboards the necessary electrical conductivity and strength with further removal of the fixing composition.
Далее все групповые микроплаты 8, содержащие активные компоненты, направляют на групповую ЭТТ и функциональный контроль (операция 07). В процессе этой операции определяются вышедшие из строя компоненты 1, и данная информация записывается в компьютер. ЭТТ производят в соответствии с техническим условиями на компоненты 1. Then, all group microplates 8 containing active components are sent to group ETT and functional control (operation 07). During this operation, failed components 1 are determined, and this information is written to the computer. ETT is produced in accordance with the technical specifications for components 1.
После этого по данным компьютера производят вырезку годных микроплат 14 (операция 08, фиг.4) из групповой микроплаты 8 по линиям разреза, показанным на фиг.3. При этом на торцевых поверхностях микроплат 14 должны сохраниться проводники микроплат 12. After that, according to computer data, the cutting of suitable microboards 14 (operation 08, FIG. 4) is performed from the
Микроплаты 14 склеивают в пакет клеем 15 (операция 09, фиг.4), совмещая между собой проводники, расположенные на торцевых поверхностях микроплат 14 и с выдерживанием заданного шага расположения микроплат 14 между собой при помощи приспособления. Клеевой шов должен быть непрерывным по всему периметру микроплат 14. The
В случае, когда излишки клея 15 образуют наплывы на проводниках микроплат 12, расположенных на их торцевых поверхностях, наплывы удаляют (операция 10) преимущественно плазмохимическим методом. In the case where
Операции нанесения внешних проводников 16 и их наращивание (операции 11 и 12, фиг.5) можно производить по аналогии с операциями нанесения и наращивания проводников микроплат (операции 05 и 06). Но существует вариант нанесения внешних проводников 16 путем сплошного нанесения и наращивания металлического слоя на боковые грани пакета с последующим локальным удалением металла с зон, расположенных между будущими внешними проводниками 16. Удаление осуществляют механическим методом (например, гравировкой), или методом химического травления, или лазерным методом до образования изолированных друг от друга внешних проводников 16. The operation of applying the
Далее удаляют фиксирующий состав 9 и клей 15 (операция 13) любыми физическими или химическими методами. В случае проведения данной операции в жидкой среде желательно применение ультразвуковой обработки для полного удаления фиксирующего состава 9 и клея 15. При необходимости в этом случае применяют нейтрализацию химического реагента (также с применением ультразвуковой обработки), последующую отмывку в деионизованной воде и вакуумную сушку. Таким образом, получают конструкцию пакета с "висящими" на проводниках 12 и 16 компонентами 1. Толщина проводников 12 и 16 должна быть достаточной для проведения дальнейших технологических операций. Next, the fixing
Далее осуществляют сборку модуля (операция 14, фиг.5). Предварительно изготавливают внешний кабель 17 (операция 18) преимущественно из провода, защищенного от специфического внешнего воздействия и имеющего необходимое электроизоляционное покрытие. Внешний кабель 17 электрически присоединяют к необходимым зонам проводников микроплат 12 и внешних проводников 16 методами сварки, или пайки, или приклейки электропроводным клеем. Также предварительно изготавливают защитную оболочку 18 (операция 19) из материала, защищенного от специфического внешнего воздействия любым известным способом: штамповкой, прессованием, литьем и пр. Пакет помещают в защитную оболочку 18 с минимальным зазором и постепенно начинают заполнять объем защитной оболочки 18 электроизоляционной теплопроводной пудрой 19 с приложением вибрации по трем осям координат с переменной амплитудой и частотой колебаний, уплотняя таким образом пудру 19 и обеспечивая ее проникновение между компонентами 1 и проводниками 12 и 16. Виброуплотнение пудры 19 приводит к обеспечению высокой теплопроводности внутри модуля и интенсивному выводу тепла на защитную оболочку 18. Для увеличения этого эффекта прибегают к термообработке после уплотнения пудры 19 до ее поверхностного или объемного спекания. Но при этом выбирают такой режим обработки, при котором не должно быть потери теплопроводных и электроизоляционных свойств пудры 19. Затем производят герметизацию модуля путем, например, приварки крышки 20 непрерывным швом к защитной оболочке 18. Next, the module is assembled (
После этого производят финишный контроль модуля (операция 15) в соответствии с техническими условиями на него и с применением специальных или стандартных измерительных стендов. Как правило, при проведении контроля требуется внешний теплоотвод. При отработке технологии и при выпуске пилотных партий на этом этапе производят также контроль целостности компонентов 1 и проводников 12 и 16 неразрушающими методами контроля. After that, the module is final controlled (operation 15) in accordance with the technical conditions for it and with the use of special or standard measuring stands. As a rule, when conducting control, an external heat sink is required. During the development of the technology and the production of pilot batches at this stage, the integrity of components 1 and
Годные модули упаковывают (операция 16) в тару, защищенную от статического электричества. Маркировка на таре и сопроводительная документация должны содержать кроме эксплуатационных параметров указание о необходимости внешнего теплоотвода при эксплуатации модуля. Suitable modules are packaged (operation 16) in a container protected from static electricity. The marking on the container and the accompanying documentation must contain, in addition to the operational parameters, an indication of the need for an external heat sink during module operation.
Операции 01, 02, 05 и 08 выполняют с учетом технических решений по патенту 2133522. Operations 01, 02, 05 and 08 are performed taking into account the technical solutions of Patent 2133522.
Данное изобретение может быть с успехом использовано при изготовлении широкой гаммы электронной аппаратуры, способной работать в обычных условиях внешних воздействий, а также таких, как при повышенном радиационном излучении, при облучении космическими лучами, при интенсивном электромагнитном излучении. При этом изготовленные таким образом изделия будут иметь все преимущества трехмерных приборов: высокую плотность упаковки, эффективный теплоотвод от любого компонента и высокие показатели надежности. Для реализации данного изобретения не потребуется применения уникального технологического оборудования и освоения ранее неизвестных технологических процессов. This invention can be successfully used in the manufacture of a wide range of electronic equipment that can operate under normal conditions of external influences, as well as such as with increased radiation, when irradiated with cosmic rays, with intense electromagnetic radiation. At the same time, products manufactured in this way will have all the advantages of three-dimensional devices: high packing density, effective heat removal from any component and high reliability indicators. To implement this invention will not require the use of unique technological equipment and the development of previously unknown technological processes.
Пример промышленного применения
При заданном типе внешнего воздействия в виде нейтронного излучения при изготовлении модуля допускается применение только легких материалов: активные компоненты изготавливают на кремниевых подложках, пассивные - на кремнии с изолированием двуокисью кремния или нитридом кремния или на подложках из анодированного алюминия. Проводники напыляют и наращивают алюминием преимущественно с применением "свободных" масок, защитную оболочку и внешний кабель также изготавливают из анодированного алюминия. Пудру изготавливают из измельченной алюмонитридной или алюмооксидной керамики. Возможна реализация безоболочного варианта по п.14 формулы изобретения или со спеканием пудры по п. 15 формулы. Таким образом, удается изготовить вариант трехмерного электронного модуля в "прозрачном" для нейтронного излучения исполнении.Industrial example
For a given type of external influence in the form of neutron radiation, only light materials can be used in the manufacture of the module: active components are made on silicon substrates, passive components are made on silicon with insulation with silicon dioxide or silicon nitride or on substrates made of anodized aluminum. Conductors are sprayed and expanded with aluminum mainly using “free” masks, the protective sheath and the external cable are also made of anodized aluminum. The powder is made from crushed aluminitride or alumina ceramics. It is possible to implement a shell-free variant according to claim 14 or with sintering powder according to
Claims (16)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2002121800/28A RU2221312C1 (en) | 2002-08-15 | 2002-08-15 | Method for producing three-dimensional electronic module |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2002121800/28A RU2221312C1 (en) | 2002-08-15 | 2002-08-15 | Method for producing three-dimensional electronic module |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2221312C1 true RU2221312C1 (en) | 2004-01-10 |
| RU2002121800A RU2002121800A (en) | 2004-03-20 |
Family
ID=32091534
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2002121800/28A RU2221312C1 (en) | 2002-08-15 | 2002-08-15 | Method for producing three-dimensional electronic module |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2221312C1 (en) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2443031C2 (en) * | 2009-12-29 | 2012-02-20 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Государственный научный центр Российской Федерации - Физико-энергетический институт имени А.И. Лейпунского" | Method for cleaning gas-insulated high-voltage device |
| RU2492549C1 (en) * | 2012-03-20 | 2013-09-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Московский государственный технический университет имени Н.Э. Баумана" (МГТУ им. Н.Э. Баумана) | Method of assembling three-dimensional electronic module |
| RU2498453C1 (en) * | 2012-04-03 | 2013-11-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Московский государственный технический университет имени Н.Э. Баумана" (МГТУ им. Н.Э. Баумана) | Method for manufacture of 3d electronic device |
| RU2498454C1 (en) * | 2012-05-12 | 2013-11-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Московский государственный технический университет имени Н.Э. Баумана (МГТУ им. Н.Э. Баумана) | Method for manufacture of shf 3d module |
| RU2511007C2 (en) * | 2012-06-20 | 2014-04-10 | Открытое акционерное общество "Концерн радиостроения "Вега" | Method of increasing yield ratio when manufacturing high-density electronic modules |
| RU2657092C1 (en) * | 2017-05-25 | 2018-06-08 | Закрытое акционерное общество "Научно-исследовательский институт микроприборов-технология" (ЗАО "НИИМП-Т") | Method of the three-dimensional multi-crystal module on flexible board manufacturing |
-
2002
- 2002-08-15 RU RU2002121800/28A patent/RU2221312C1/en not_active IP Right Cessation
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2443031C2 (en) * | 2009-12-29 | 2012-02-20 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Государственный научный центр Российской Федерации - Физико-энергетический институт имени А.И. Лейпунского" | Method for cleaning gas-insulated high-voltage device |
| RU2492549C1 (en) * | 2012-03-20 | 2013-09-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Московский государственный технический университет имени Н.Э. Баумана" (МГТУ им. Н.Э. Баумана) | Method of assembling three-dimensional electronic module |
| RU2498453C1 (en) * | 2012-04-03 | 2013-11-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Московский государственный технический университет имени Н.Э. Баумана" (МГТУ им. Н.Э. Баумана) | Method for manufacture of 3d electronic device |
| RU2498454C1 (en) * | 2012-05-12 | 2013-11-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Московский государственный технический университет имени Н.Э. Баумана (МГТУ им. Н.Э. Баумана) | Method for manufacture of shf 3d module |
| RU2511007C2 (en) * | 2012-06-20 | 2014-04-10 | Открытое акционерное общество "Концерн радиостроения "Вега" | Method of increasing yield ratio when manufacturing high-density electronic modules |
| RU2657092C1 (en) * | 2017-05-25 | 2018-06-08 | Закрытое акционерное общество "Научно-исследовательский институт микроприборов-технология" (ЗАО "НИИМП-Т") | Method of the three-dimensional multi-crystal module on flexible board manufacturing |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2002121800A (en) | 2004-03-20 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP2501019B2 (en) | Flexible circuit board | |
| JP4899604B2 (en) | Three-dimensional semiconductor package manufacturing method | |
| US6320257B1 (en) | Chip packaging technique | |
| CN107301982B (en) | CGA integrative packaging structure and its implementation based on LTCC | |
| CN104347541B (en) | The manufacture method of circuit module and circuit module | |
| JPH0399456A (en) | Semiconductor device and method of manufacturing the same | |
| RU2221312C1 (en) | Method for producing three-dimensional electronic module | |
| RU2193260C1 (en) | Method for manufacturing three-dimensional multicomponent electronic module | |
| EP0747951A2 (en) | Method of constructing a sealed chip-on-board electronic module | |
| CN212967737U (en) | LED product packaging structure | |
| KR20180077115A (en) | Manufacturing method of pcb and semiconductor package using transparent carrier | |
| RU2492549C1 (en) | Method of assembling three-dimensional electronic module | |
| US4996630A (en) | Hybrid module electronics package | |
| RU2222074C1 (en) | Method for manufacturing hybrid electronic module | |
| RU2498454C1 (en) | Method for manufacture of shf 3d module | |
| RU2314598C1 (en) | Method for producing polymeric electronic module | |
| USRE34291E (en) | Hybrid module electronics package | |
| RU2475885C1 (en) | Method for manufacture of 3d electronic module | |
| RU2511054C2 (en) | Method of making semiconductor devices | |
| RU2193259C1 (en) | Method for manufacturing three-dimensional polymeric electronic module | |
| CN112086546A (en) | LED product packaging structure and packaging method | |
| EP0117211B1 (en) | Method for fabricating a package for an integrated circuit | |
| CN113766758B (en) | Three-dimensional circuit generation method and circuit board | |
| US20110169162A1 (en) | Integrated Circuit Module and Multichip Circuit Module Comprising an Integrated Circuit Module of This Type | |
| JP2001144215A (en) | Flip-chip mounter |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20090816 |