RU2752013C1 - Method for manufacture of microassembly of frameless electronic components on flexible organic substrates - Google Patents

Abstract

FIELD: electric elements.SUBSTANCE: invention relates to microassembly, particularly, to a technology for installation of a frameless electronic component base on flexible substrates. The technical result is achieved by creating multilayer switching with formation of electrical contacts with the leads of frameless electronic components (FEC) the crystals whereof are pre-thinned to a thickness of less than 100 mcm and installed on the adhesive with leads facing upward on a flexible organic substrate. The height difference at the interface of the FEC and the substrate is leveled by local application of layers of dielectric material along the perimeter around the FEC by a method of ink jet printing, gradually increasing the perimeter of the printing area, wherein a the step at the interface of the component and the substrate is gradually smoothed with formation of a uniform smooth surface for formation of a multilayer commutation, whereon the lower switching layer providing electrical connection of the FEC leads with the multilayer switching is applied. Then dielectric and conductive layers are consequently applied by a method of inkjet printing to create multilayer switching. Windows are therein left in the dielectric layers during printing, by means whereof electrical contact between the levels of multilayer commutation is provided.EFFECT: provided are flexibility of the resulting product and reduction of thickness thereof during manufacture of microassembly of frameless components on flexible substrates.1 cl, 1 dwg

Description

Предлагаемое техническое решение относится микросборке, в частности к технологии монтажа бескорпусной электронной компонентной базы на гибкие подложки.The proposed technical solution relates to microassembly, in particular to the technology of mounting an unpackaged electronic component base on flexible substrates.

Известен способ монтажа электронных компонентов с шариковыми выводами, представленный в патенте РФ RU 2331993 C2, в котором монтаж осуществляется методом перевернутого кристалла, включающий установку компонента на монтажную поверхность подложки и расплавление шариков припоя. Однако известный способ обладает существенными недостатками:A known method of mounting electronic components with ball leads, presented in the RF patent RU 2331993 C2, in which the mounting is carried out by the inverted crystal method, including the installation of the component on the mounting surface of the substrate and melting the solder balls. However, the known method has significant disadvantages:

- способ не пригоден для монтажа на низкотемпературные органические подложки, в том числе полиэтиленнафталат (ПЭН), так как базовым процессом является высокотемпературная термообработка для создания паяных соединений компонента с токоведущими слоями;- the method is not suitable for mounting on low-temperature organic substrates, including polyethylene naphthalate (PEN), since the basic process is high-temperature heat treatment to create soldered joints of a component with current-carrying layers;

- способ приводит к увеличению толщины изделия на протяженность слоя расплавленных шариковых выводов и припоя;- the method leads to an increase in the thickness of the product over the length of the layer of molten ball leads and solder;

- способ требует высокоточного совмещения электронного компонента с многослойной коммутацией в процессе монтажа для достижения требуемого электрического контакта.- the method requires high-precision alignment of the electronic component with multilayer commutation during installation in order to achieve the required electrical contact.

Также известен способ изготовления микроэлектронного узла на пластичном основании (патент РФ RU 2597210 С1), согласно которому многокристальный модуль изготавливается методом заливки бескорпусных электронных компонентов кремнийорганическим полимером для образования планарной структуры в виде кристаллов бескорпусных электронных компонентов интегрированных в подложку, для последующей их коммутации. Недостатком данного способа также является необходимость высокотемпературной обработки кремнийорганического полимера на этапе задубливания (до 250°С), что существенно ограничивает спектр совместимых материалов, повышает жесткость всей конструкции и предъявляет высокие требования к технологии обеспечения плоскостности поверхности полимера при его нанесении и после термической обработки с учетом дальнейшего использования в качестве базиса для реализации металлической токоразводки.There is also a known method of manufacturing a microelectronic unit on a plastic base (RF patent RU 2597210 C1), according to which a multichip module is manufactured by pouring unpackaged electronic components with an organosilicon polymer to form a planar structure in the form of crystals of unpackaged electronic components integrated into the substrate for their subsequent switching. The disadvantage of this method is the need for high-temperature treatment of the organosilicon polymer at the stage of hardening (up to 250 ° C), which significantly limits the range of compatible materials, increases the rigidity of the entire structure and makes high demands on the technology of ensuring the flatness of the polymer surface during its application and after heat treatment, taking into account further use as a basis for the implementation of metal wiring.

Наиболее близким техническим решением (прототипом) является способ встраивания компонента в основание и формирования электрического контакта с компонентом, описанный в патенте РФ RU 2297736 C2, который является способом изготовления микросборки бескорпусных электронных компонентов на гибких органических подложках, включающим создание многослойной коммутации и формирование электрического контакта между многослойной коммутацией и выводами электронных компонентов. В предложенном способе в подложке фактически формируется микрорельеф в виде полостей, в которые размещаются компоненты, а затем свободный объем полости заполняется смолой для фиксации бескорпусных компонентов внутри подложки. После чего на поверхности полученной псевдопланарной структуры наносится коммутация.The closest technical solution (prototype) is a method for embedding a component in a base and forming an electrical contact with a component, described in RF patent RU 2297736 C2, which is a method for manufacturing a microassembly of unpackaged electronic components on flexible organic substrates, including creating multilayer switching and forming an electrical contact between multilayer switching and leads of electronic components. In the proposed method, a microrelief is actually formed in the substrate in the form of cavities in which the components are placed, and then the free volume of the cavity is filled with resin to fix the unpackaged components inside the substrate. After that, switching is applied on the surface of the resulting pseudoplanar structure.

Недостатком данного способа является необходимость реализации операции формирования полостей в подложке и обеспечения плоскостности поверхности при заполнении полученных полостей смолой. Кроме того гетерогенность получаемой таким образом подложки снижает механическую прочность изделия в целом, в том числе в отношении гибкости, а также ограничивает возможность использования ультратонких подложек для создания изделия, так как фиксация бескорпусного электронного компонента в подложке производится за счет сцепления его торца с заполнителем (смолой), а также заполнителя с подложкой по границе сформированной полости.The disadvantage of this method is the need to implement the operation of forming cavities in the substrate and ensuring the flatness of the surface when filling the resulting cavities with resin. In addition, the heterogeneity of the substrate obtained in this way reduces the mechanical strength of the product as a whole, including with respect to flexibility, and also limits the possibility of using ultrathin substrates to create the product, since the fixation of the unpackaged electronic component in the substrate is carried out due to the adhesion of its end to the filler (resin ), as well as a filler with a substrate along the boundary of the formed cavity.

Задачей заявляемого изобретения является создание способа, позволяющего изготавливать сверхтонкие гибридные сборки на основе утоненных кристаллов бескорпусных электронных компонентов на гибких органических подложках для обеспечения возможности их дальнейшей конформной интеграции в функциональные изделия.The objective of the claimed invention is to create a method that makes it possible to manufacture ultrathin hybrid assemblies based on thinned crystals of unpackaged electronic components on flexible organic substrates to enable their further conformal integration into functional products.

Технический результат, полученный при решении указанной задачи, заключается в упрощении технологии изготовления микросборки бескорпусных компонентов на гибкие подложки, при этом обеспечивается достижение гибкости получаемого изделия и уменьшение его толщины.The technical result obtained when solving this problem is to simplify the technology for manufacturing microassembly of unpackaged components on flexible substrates, while achieving flexibility of the resulting product and reducing its thickness.

Указанный технический результат достигается за счет того, что в способе изготовления микросборки бескорпусных электронных компонентов на гибких органических подложках, включающем создание многослойной коммутации с формированием электрических контактов между многослойной коммутацией и выводами бескорпусных электронных компонентов, предварительно утоненные до толщины менее 100 мкм кристаллы бескорпусных электронных компонентов устанавливаются на адгезив выводами вверх на гибкую органическую подложку, далее выравнивают перепад высот на границе бескорпусного электронного компонента и подложки путем локального нанесения методом каплеструйной печати по периметру вокруг бескорпусного электронного компонента слоев диэлектрического материала с постепенным увеличением периметра зоны печати, при котором за счет перекрытия с предыдущим слоем нанесенного диэлектрического материала происходит постепенное сглаживание ступеньки на границе компонента и подложки, при этом после каждого прохода печати все выравнивающие слои диэлектрического материала, кроме последнего, отверждаются ультрафиолетовым излучением для достижения максимальной толщины слоя, последний слой задубливается, в результате чего образуется однородная гладкая поверхность для формирования многослойной коммутации, на которую наносят нижний слой коммутации токопроводящими чернилами с температурой спекания менее 150°С, обеспечивающий электрическое присоединение выводов бескорпусных электронных компонентов к многослойной коммутации, далее методом каплеструйной печати осуществляется последовательное нанесение диэлектрических и токопроводящих слоев для создания многослойной коммутации, при этом в процессе печати в диэлектрических слоях оставляются окна, через которые обеспечивается электрический контакт между уровнями многослойной коммутации.The specified technical result is achieved due to the fact that in the method of manufacturing a microassembly of unpackaged electronic components on flexible organic substrates, including the creation of multilayer switching with the formation of electrical contacts between multilayer switching and the leads of unpackaged electronic components, crystals of unpackaged electronic components, pre-thinned to a thickness of less than 100 μm, are installed onto the adhesive with leads upwards onto a flexible organic substrate, then the height difference at the border of the unpackaged electronic component and the substrate is leveled by local ink jet printing along the perimeter around the unpackaged electronic component of layers of dielectric material with a gradual increase in the perimeter of the printing zone, at which, due to overlap with the previous layer of the deposited dielectric material, there is a gradual smoothing of the step at the interface between the component and the substrate; f the leveling layers of the dielectric material, except for the latter, are cured by ultraviolet radiation to achieve the maximum layer thickness, the last layer is hardened, as a result of which a uniform smooth surface is formed to form a multilayer commutation, on which the lower commutation layer is applied with conductive ink with a sintering temperature of less than 150 ° C, providing electrical connection of the leads of unpackaged electronic components to multilayer commutation, then by the method of ink jet printing, the sequential deposition of dielectric and conductive layers is carried out to create multilayer commutation, while in the process of printing, windows are left in the dielectric layers through which electrical contact between the levels of multilayer commutation is ensured.

Данный способ основывается на использовании технологии каплеструйной печати для формирования многослойной коммутации на гибких подложках с размещенными на них кристаллами электронных компонентов, предварительно утоненными до толщины менее 100 мкм. При этом формирование коммутации и электрическое присоединение компонента выполняется одновременно в едином цикле процесса каплеструйной печати. Выбор материала подложки несущественен для процесса, он может проводиться как с жестким основанием (например, текстолит FR4), так и с использованием сверхтонкой гибкой органической подложкой (например, ПЭН пленка толщиной 30 мкм). Возможность применения органических полимеров в качестве материала подложки обеспечивается тем, что в предложенном способе применяются только низкотемпературные процессы (до 150°С).This method is based on the use of ink jet technology for the formation of multilayer switching on flexible substrates with crystals of electronic components placed on them, preliminarily thinned to a thickness of less than 100 microns. In this case, the formation of the commutation and the electrical connection of the component is carried out simultaneously in a single cycle of the inkjet printing process. The choice of the substrate material is insignificant for the process; it can be carried out both with a rigid base (for example, FR4 textolite), and with the use of an ultrathin flexible organic substrate (for example, a PEN film with a thickness of 30 μm). The possibility of using organic polymers as a substrate material is ensured by the fact that the proposed method uses only low-temperature processes (up to 150 ° C).

После размещения и фиксации электронного компонента на подложке для обеспечения последующего доступа к выводам электронного компонента и его конформного механического закрепления на подложке производится псевдопланаризация поверхности путем выравнивания перепада высот на границе компонента и подложки. Для этого каплеструйным методом наносятся слои диэлектрического материала вокруг компонента с постепенным увеличением периметра зоны печати, при этом за счет перекрытия с предыдущим слоем происходит постепенное сглаживание ступеньки на границе компонента и подложки. Все выравнивающие слои диэлектрика наносятся с отверждением ультрафиолетовым излучением после каждого прохода печати для достижения максимальной толщины слоя, а последний слой наносится с засветкой после окончания печати. При этом сглаживается рельеф поверхности за счет увеличенного времени растекания чернил и образуется однородная гладкая поверхность, требуемая для формирования многослойной коммутации.After placing and fixing the electronic component on the substrate to provide subsequent access to the terminals of the electronic component and its conformal mechanical fixation on the substrate, the surface is pseudoplanarized by leveling the height difference at the interface between the component and the substrate. For this, layers of dielectric material are applied around the component with a gradual increase in the perimeter of the print zone using the drop-jet method, while, due to the overlap with the previous layer, the steps at the interface between the component and the substrate are gradually smoothed. All dielectric alignment layers are applied with UV curing after each printing pass to achieve maximum layer thickness, and the last layer is applied with exposure after printing. In this case, the surface relief is smoothed due to the increased spreading time of the ink and a homogeneous smooth surface is formed, which is required for the formation of multilayer commutation.

Полученная поверхность пригодна для печати нижнего слоя коммутации, причем наносимый слой также обеспечивают электрическое присоединение выводов электронного компонента к коммутации. Использование токопроводящих чернил с температурой спекания менее 150°С обеспечивает возможность реализации процесса на сверхтонких органических подложках, поскольку их отжиг не приводит к повреждению подложки.The resulting surface is suitable for printing the lower switching layer, and the applied layer also provides the electrical connection of the leads of the electronic component to the switching. The use of conductive ink with a sintering temperature of less than 150 ° C makes it possible to implement the process on ultrathin organic substrates, since their annealing does not damage the substrate.

Далее в рамках унифицированной технологии каплеструйной печати возможно дальнейшее последовательное наращивание количества токопроводящих и диэлектрических слоев для создания многослойной коммутации. При этом в диэлектрических слоях оставляются окна, области в которых материал не наносится, обеспечивающие электрический контакт между коммутационными слоями. На полученную; вышеуказанным способом многослойную коммутацию возможен монтаж базовых компонентов схемы.Further, within the framework of the unified inkjet technology, it is possible to further sequentially increase the number of conductive and dielectric layers to create multilayer switching. In this case, windows are left in the dielectric layers, areas in which no material is applied, providing electrical contact between the switching layers. Received; in the above way multilayer switching is possible installation of the basic components of the circuit.

Предлагаемое изобретение иллюстрируется фиг. 1 (а, б, в, г, д, е) - последовательность технологических операций способа изготовления микросборки бескорпусных электронных компонентов на гибких органических подложках.The invention is illustrated in FIG. 1 (a, b, c, d, e, f) is a sequence of technological operations of a method for manufacturing a microassembly of unpackaged electronic components on flexible organic substrates.

Микросборка (Фиг. 1) содержит:Micro-assembly (Fig. 1) contains:

1 - органическая полимерная подложка,1 - organic polymer substrate,

2 - слой адгезива,2 - adhesive layer,

3 - бескорпусной электронный компонент,3 - unpackaged electronic component,

4 - выводы электронного компонента,4 - conclusions of the electronic component,

5 - выравнивающая диэлектрическая структура,5 - aligning dielectric structure,

6 - нижний слой многослойной коммутации,6 - lower layer of multilayer commutation,

7 - слой диэлектрика (межслойная изоляция многослойной коммутации),7 - dielectric layer (interlayer insulation of multilayer commutation),

8 - второй слой многослойной коммутации.8 - the second layer of multilayer commutation.

Пример реализации технологического процесса приведен на фиг. 1 и отображает весь технологический процесс согласно изобретению. Далее процесс, изображенный на фиг. 1, рассматривается поэтапно.An example of the implementation of the technological process is shown in Fig. 1 and depicts the entire technological process according to the invention. Next, the process depicted in FIG. 1 is considered in stages.

На этапе А (фиг. 1А) На исходную органическую подложку 1, например из ПЭН, в области предполагаемого монтажа бескорпусных электронных компонентов любым из известных доступных способов локально наносят адгезив 2.At stage A (Fig. 1A), an adhesive 2 is locally applied to the original organic substrate 1, for example, from PEN, in the area of the intended mounting of unpackaged electronic components by any of the known available methods.

Размещение и фиксация бескорпусного электронного компонента 3 производится на этапе Б (фиг. 1Б). Утоненный кристалл компонента устанавливается на адгезив на подложку выводами 4 вверх, после чего производится задубливание адгезива 2.The placement and fixation of the unpackaged electronic component 3 is performed at stage B (Fig. 1B). The thinned crystal of the component is installed on the adhesive on the substrate with the leads 4 upwards, after which the adhesive 2 is hardened.

На этапе В (фиг. 1В) производится псевдопланаризация поверхности путем локального нанесения каплеструйным методом по периметру вокруг компонента совокупности диэлектрических слоев 5 с последовательным уменьшением их количества по мере увеличения расстояния от торца компонента. После каждого прохода, чтобы уменьшить растекание и обеспечить набор высоты все слои, кроме последнего, отверждаются. Последний слой задубливается по завершении процесса печати для получения гладкой псевдопланарной поверхности.At stage B (Fig. 1B), the surface is pseudo-planarization by local drop-jet deposition along the perimeter around the component of the set of dielectric layers 5 with a sequential decrease in their number as the distance from the end face of the component increases. After each pass, all but the last layers are cured to reduce bleeding and gain height. The last layer is hardened at the end of the printing process to obtain a smooth pseudo-planar surface.

Далее (фиг. 1Г) производится каплеструйная печать нижнего слоя многослойной коммутации 6, причем одновременно с формированием коммутации в процессе печати токопроводящими чернилами реализуется контакт коммутации с электрическими выводами компонента.Further (Fig. 1D), ink jet printing of the lower layer of multilayer switching 6 is performed, and simultaneously with the formation of switching in the process of printing with conductive ink, the switching contact with the electrical terminals of the component is realized.

После чего осуществляется последовательное нанесение диэлектрических 7 (фиг. 1Д) и токопроводящих 8 (фиг. 1Е) слоев, образующих многослойную коммутационную структуру. Для обеспечения контакта между слоями коммутации, в процессе печати диэлектрических слоев создаются окна, осуществляющие связь между уровнями коммутации.After that, dielectric 7 (Fig. 1D) and conductive 8 (Fig. 1E) layers are sequentially deposited, forming a multilayer switching structure. To ensure contact between the switching layers, in the process of printing the dielectric layers, windows are created that communicate between the switching levels.

В результате изготовлена ультратонкая микросборка на основе утоненных кристаллов бескорпусных электронных компонентов на гибкой органической подложке, обладающая гибкостью в пределах гибкости электронного компонента.As a result, an ultrathin microassembly was made based on thinned crystals of unpackaged electronic components on a flexible organic substrate, which has flexibility within the flexibility of an electronic component.

Claims (1)

Способ изготовления микросборки бескорпусных электронных компонентов на гибких органических подложках, включающий создание многослойной коммутации с формированием электрических контактов между многослойной коммутацией и выводами бескорпусных электронных компонентов, отличающийся тем, что предварительно утоненные до толщины менее 100 мкм кристаллы бескорпусных электронных компонентов устанавливаются на адгезив выводами вверх на гибкую органическую подложку, далее выравнивают перепад высот на границе бескорпусного электронного компонента и подложки путем локального нанесения методом каплеструйной печати по периметру вокруг бескорпусного электронного компонента слоев диэлектрического материала с постепенным увеличением периметра зоны печати, при котором за счет перекрытия с предыдущим слоем нанесенного диэлектрического материала происходит постепенное сглаживание ступеньки на границе компонента и подложки, при этом после каждого прохода печати все выравнивающие слои диэлектрического материала, кроме последнего, отверждаются ультрафиолетовым излучением для достижения максимальной толщины слоя, последний слой задубливается, в результате чего образуется однородная гладкая поверхность для формирования многослойной коммутации, на которую наносят нижний слой коммутации токопроводящими чернилами с температурой спекания менее 150°С, обеспечивающий электрическое присоединение выводов бескорпусных электронных компонентов к многослойной коммутации, далее методом каплеструйной печати осуществляется последовательное нанесение диэлектрических и токопроводящих слоев для создания многослойной коммутации, при этом в процессе печати в диэлектрических слоях оставляются окна, через которые обеспечивается электрический контакт между уровнями многослойной коммутации.A method of manufacturing a microassembly of unpackaged electronic components on flexible organic substrates, including the creation of multilayer switching with the formation of electrical contacts between multilayer switching and the leads of unpackaged electronic components, characterized in that crystals of unpackaged electronic components pre-thinned to a thickness of less than 100 microns are mounted on the adhesive with the leads upward on the flexible organic substrate, then the height difference at the border of the unpackaged electronic component and the substrate is leveled by local ink jet printing along the perimeter around the unpackaged electronic component of layers of dielectric material with a gradual increase in the perimeter of the printing zone, at which, due to overlap with the previous layer of applied dielectric material, gradual smoothing occurs steps at the interface between the component and the substrate, while after each printing pass, all the alignment layers of the dielectric material and besides the last one, they are cured with ultraviolet radiation to achieve the maximum layer thickness, the last layer is hardened, as a result of which a uniform smooth surface is formed for the formation of multilayer switching, on which the lower switching layer is applied with conductive ink with a sintering temperature of less than 150 ° C, providing electrical connection of the terminals dielectric and conductive layers are sequentially applied to create multilayer commutation by ink jet printing, while the printing process leaves windows in the dielectric layers through which electrical contact between the multilayer commutation levels is ensured.

Images