RU71478U1 - SMALL BODY INTEGRATED IC - Google Patents

Abstract

Полезная модель относится к микроэлектронике, а именно к корпусному исполнению интегральных микросхем и полупроводниковых приборов, и может быть использована в производстве микроэлектронных изделий для поверхностного монтажа. Полезная модель повышает надежности и эксплуатационные характеристики корпуса микросхемы, упрощает конструкцию. Корпус микросхемы состоит из полупроводникового кристалла с микросхемой и плоской крышки из того же материала, приклеенной к лицевой стороне полупроводникового кристалла по всей его площади тонким слоем соединительного материала. Выводы корпуса образованы сквозными проводящими каналами из поликристаллического полупроводника, соединяющими лицевую и обратную стороны полупроводникового кристалла, которые изолированы от материала кристалла слоем диэлектрика. Эти каналы выступают над поверхностью обратной стороны полупроводникового кристалла, образуя столбиковые выводы корпуса микросхемы, и имеют контактные площадки, покрытые металлом и лежащие в одной плоскости. При этом обратная сторона кристалла покрыта защитным и экранирующим слоем поликристаллического полупроводника, изолированного слоями диэлектрика.The utility model relates to microelectronics, namely to the case design of integrated circuits and semiconductor devices, and can be used in the manufacture of microelectronic products for surface mounting. The utility model improves the reliability and performance characteristics of the housing of the chip, simplifies the design. The housing of the microcircuit consists of a semiconductor chip with a microcircuit and a flat cover of the same material glued to the front side of the semiconductor chip over its entire area with a thin layer of connecting material. The findings of the housing are formed by through conductive channels of a polycrystalline semiconductor, connecting the front and back sides of the semiconductor crystal, which are isolated from the material of the crystal by a dielectric layer. These channels protrude above the surface of the reverse side of the semiconductor crystal, forming the columnar leads of the microcircuit housing, and have contact pads coated with metal and lying in the same plane. In this case, the reverse side of the crystal is covered with a protective and shielding layer of a polycrystalline semiconductor insulated with dielectric layers.

Description

Полезная модель относится к микроэлектронике, а именно к корпусному исполнению интегральных микросхем и полупроводниковых приборов, и может быть использована в производстве микроэлектронных изделий для поверхностного монтажа.The utility model relates to microelectronics, namely to the case design of integrated circuits and semiconductor devices, and can be used in the manufacture of microelectronic products for surface mounting.

Известна конструкция корпуса полупроводникового прибора, включающая основание в виде кристалла из полупроводникового материала первого типа проводимости со сформированной на его лицевой стороне микросхемой, крышки из полупроводникового материала с полостью и сквозных проводящих каналов из того же полупроводникового материала второго типа проводимости, соединяющих лицевую и обратную стороны полупроводникового кристалла, причем контактные площадки сквозных проводящих каналов планарны обратной стороне полупроводникового кристалла, и на них сформированы металлические шариковые выводы. [А.С. СССР №1393249, кл. Н01L 21/56] опубликован в 1991 г.A known structure of a semiconductor device case, including a base in the form of a crystal of a semiconductor material of the first type of conductivity with a microcircuit formed on its front side, a cover of semiconductor material with a cavity and through conductive channels of the same semiconductor material of the second type of conductivity connecting the front and back sides of the semiconductor crystal, and the contact pads of the through conductive channels are planar to the reverse side of the semiconductor crystal a, and on them metal ball conclusions are formed. [A.S. USSR No. 1393249, class H01L 21/56] published in 1991

Одним из недостатков известной конструкции является недостаточная герметичность корпуса, поскольку сварное соединение крышки с основанием проходит по периметру основания. По тому же периметру проходит линия реза пластины, необходимая для разделения ее на отдельные микросхемы в процессе производства. В результате трещин и сколов, сопровождающих эту операцию, возникает разгерметизация отдельных корпусов, что снижает процент выхода и надежность готовых микросхем. Увеличение же ширины сварного шва приводит к увеличению габаритов корпуса, а следовательно, к повышению его материалоемкости и себестоимости.One of the disadvantages of the known design is the lack of tightness of the housing, since the welded connection of the cover with the base passes along the perimeter of the base. A plate cutting line runs along the same perimeter, necessary for dividing it into separate microcircuits during production. As a result of cracks and chips accompanying this operation, depressurization of individual cases occurs, which reduces the percentage of output and the reliability of the finished chips. An increase in the width of the weld seam leads to an increase in the dimensions of the body, and, consequently, to an increase in its material consumption and cost.

Наличие полости в крышке из полупроводникового материала в известной конструкции предполагает обязательное проведение сборочных операций в атмосфере инертного газа, что усложняет изготовление данного корпуса.The presence of a cavity in the lid of a semiconductor material in a known design requires the mandatory assembly operations in an inert gas atmosphere, which complicates the manufacture of this housing.

Другим недостатком известной конструкции корпуса микросхемы является то, что изоляция сквозных проводящих каналов от материала полупроводникового кристалла обеспечивается р-n переходом. Эта изоляция имеет известные недостатки, такие как большой ток утечки, большая паразитная емкость, низкое пробивное напряжение.Another disadvantage of the known design of the housing of the chip is that the isolation of the through conductive channels from the material of the semiconductor chip is provided by the pn junction. This insulation has known disadvantages, such as high leakage current, large stray capacitance, low breakdown voltage.

К недостаткам известной конструкции следует также отнести отсутствие механической защиты и электрического экранирования микросхемы с обратной стороны полупроводникового кристалла.The disadvantages of the known design should also include the lack of mechanical protection and electrical shielding of the microcircuit from the back of the semiconductor chip.

Еще одним недостатком известной конструкции является то, что выводы корпуса выполнены металлическими шариками, имеющими большой разброс по высоте. Это приводит к низкому качеству и ненадежности монтажа корпуса на печатную платуAnother disadvantage of the known design is that the findings of the housing are made of metal balls having a large spread in height. This leads to poor quality and unreliable mounting of the housing on the printed circuit board.

Задача полезной модели:Utility Model Task:

- повышение надежности и эксплуатационных характеристик, упрощение конструкции.- improving the reliability and performance, simplifying the design.

Технический результат достигается тем, что в малогабаритном корпусе интегральной микросхемы, состоящем из основания в виде кристалла из полупроводникового материала со сформированной на его лицевой стороне микросхемой, крышки из того же полупроводникового материала и сквозных проводящих каналов, соединяющих лицевую и обратную стороны полупроводникового кристалла, крышка выполнена в виде плоской пластины, приклеенной к лицевой стороне полупроводникового кристалла по всей его площади тонким слоем соединительного материала, а сквозные проводящие каналы выполнены из высоколегированной поликристаллической модификации того же полупроводникового материала и изолированы от материала кристалла слоем диэлектрика, причем каналы выступают над поверхностью обратной стороны полупроводникового кристалла, образуя The technical result is achieved by the fact that in a small-sized case of an integrated microcircuit, consisting of a base in the form of a crystal of semiconductor material with a microcircuit formed on its front side, a cover of the same semiconductor material and through conductive channels connecting the front and back sides of the semiconductor crystal, the cover is made in the form of a flat plate glued to the front side of the semiconductor crystal over its entire area with a thin layer of connecting material, and through e conducting channels made of polycrystalline high-modification of the same semiconductor material and insulated from the dielectric material of the crystal layer, wherein the channels protrude from the back side surface of the semiconductor chip, forming

столбиковые выводы, кроме того кристалл из полупроводникового материала имеет на обратной стороне экранирующий слой, выполненный из поликристаллической модификации того же полупроводникового материала, изолированный от материала кристалла и от внешней среды слоями диэлектрика, а контактные площадки столбиковых выводов выступают над поверхностью защитного слоя, имеют на поверхности тонкий слой металла и лежат в одной плоскости с отклонением не более 0,2 мкм.bump terminals, in addition, a crystal of semiconductor material has a shielding layer on the reverse side made of a polycrystalline modification of the same semiconductor material, isolated from the crystal material and from the environment by dielectric layers, and the contact pads of the bump terminals protrude above the surface of the protective layer and have on the surface a thin layer of metal and lie in the same plane with a deviation of not more than 0.2 microns.

На фигуре схематично изображен разрез предлагаемого малогабаритного корпуса интегральной микросхемы.The figure schematically shows a section of the proposed small-sized housing integrated circuit.

Малогабаритный корпус микросхемы состоит из основания 1 в виде полупроводникового кристалла со сформированной на его лицевой стороне микросхемой 2, которая с обратной стороны механически защищена и электрически экранирована слоем 3 высоколегированной поликристаллической модификации того же полупроводника. Слой 3 изолирован от кристалла слоем 4 диэлектрика, а от окружающей среды слоем 5 диэлектрика. Корпус содержит крышку 6 из того же полупроводникового материала, что и основание, выполненную в виде плоской пластины, приклеенной по всей площади к лицевой стороне полупроводникового кристалла тонким слоем 7 соединительного материала. В основании 1 имеются сквозные проводящие каналы 8, соединяющие лицевую и обратную стороны полупроводникового кристалла и выполненные из высоколегированного поликристаллического полупроводникового материала. Эти каналы 8 изолированы от материала кристалла и защитного слоя слоем 9 диэлектрика, причем каналы 8 выступают над внешней поверхностью защитного слоя, образуя столбиковые выводы 10 корпуса микросхемы.The small-sized housing of the microcircuit consists of a base 1 in the form of a semiconductor crystal with a microcircuit 2 formed on its front side, which is mechanically protected and electrically shielded by a layer 3 of a high-alloy polycrystalline modification of the same semiconductor on the back side. Layer 3 is isolated from the crystal by a dielectric layer 4, and from the environment by a dielectric layer 5. The housing contains a cover 6 of the same semiconductor material as the base, made in the form of a flat plate glued over the entire area to the front side of the semiconductor crystal with a thin layer 7 of the connecting material. At the base 1 there are through conductive channels 8 connecting the front and back sides of the semiconductor crystal and made of highly doped polycrystalline semiconductor material. These channels 8 are isolated from the material of the crystal and the protective layer by a dielectric layer 9, and the channels 8 protrude above the outer surface of the protective layer, forming bumps 10 of the housing of the microcircuit.

Контактные площадки 11 столбиковых выводов 10, в частности, имеют на поверхности тонкий слой металла и лежат в одной плоскости с отклонением не более 0,2 мкм.The contact pads 11 of the stub terminals 10, in particular, have a thin metal layer on the surface and lie in the same plane with a deviation of not more than 0.2 μm.

Отмеченные недостатки известной конструкции корпуса микросхемы в предлагаемой полезной модели решаются следующим образом.The noted disadvantages of the known design of the housing of the microcircuit in the proposed utility model are solved as follows.

Крышка из полупроводникового материала выполнена в виде плоской пластины и приклеена к поверхности полупроводникового кристалла по всей своей площади, что исключает проникновение влаги, облегчает сборку и повышает надежность корпуса по сравнению с прототипом.The cover of the semiconductor material is made in the form of a flat plate and is glued to the surface of the semiconductor crystal over its entire area, which eliminates the penetration of moisture, facilitates assembly and increases the reliability of the case compared to the prototype.

Сквозные проводящие каналы выполнены из высоколегированной поликристаллической модификации того же полупроводникового материала и изолированы от материала кристалла слоем диэлектрика, что повышает напряжение пробоя изоляции и снижает паразитные емкость и ток утечки по сравнению с известной конструкцией.The through conductive channels are made of a highly alloyed polycrystalline modification of the same semiconductor material and are isolated from the crystal material by a dielectric layer, which increases the breakdown voltage of the insulation and reduces the stray capacitance and leakage current in comparison with the known construction.

Сквозные проводящие каналы выполнены выступающими над обратной поверхностью полупроводникового кристалла и образуют столбиковые выводы, контактные площадки которых лежат в одной плоскости, что повышает качество и надежность припайки корпуса на печатную плату по сравнению с прототипом.Through conductive channels are made protruding above the back surface of the semiconductor crystal and form bumps, the contact pads of which lie in the same plane, which improves the quality and reliability of soldering the case onto the printed circuit board in comparison with the prototype.

Микросхема надежно защищена со всех сторон от механических и климатических воздействий: сверху - крышкой из полупроводниковой пластины; снизу - защитным слоем изолированной поликристаллической модификации полупроводникового материала; с боков - пассивными областями исходного полупроводникового материала, изолированного от микросхемы диэлектриком. Кроме того, микросхема, после ее монтажа на плату, электрически экранирована от платы слоем высоколегированного изолированного диэлектриком поликристаллического материала. Это исключает взаимные паразитные электрические наводки микросхемы и печатной платы.The microcircuit is reliably protected from all sides from mechanical and climatic influences: from above - a cover from a semiconductor plate; bottom - a protective layer of an isolated polycrystalline modification of a semiconductor material; on the sides, passive regions of the initial semiconductor material isolated from the microcircuit by a dielectric. In addition, the microcircuit, after it is mounted on the circuit board, is electrically shielded from the circuit board with a layer of highly doped insulated polycrystalline material. This eliminates mutual spurious electrical interference from the microcircuit and the printed circuit board.

Конструкция корпуса использует только материалы, обладающие хорошей согласованностью по термическому расширению и химически инертные.The body design uses only materials that have good consistency in thermal expansion and are chemically inert.

Предложенная конструкция корпуса микросхемы обладает высокой технологичностью процесса изготовления, поскольку предполагает только групповые методы обработки, традиционные в технологии микроэлектронного производства. Такая конструкция исключает наиболее трудоемкие операции индивидуальной обработки, характерные для The proposed design of the housing of the microcircuit has a high manufacturability of the manufacturing process, since it involves only group processing methods traditional in microelectronic production technology. This design eliminates the most time-consuming operations of individual processing, characteristic of

процесса сборки корпусных полупроводниковых приборов, такие как посадка кристаллов на основание, разварка выводов, герметизация, вырубка, маркировка и т.п.the assembly process of case semiconductor devices, such as landing crystals on the base, pin weld, sealing, cutting, marking, etc.

Таким образом, предложенная конструкция малогабаритного корпуса интегральной микросхемы значительно повышает эксплуатационные характеристики, и снижает себестоимость корпуса микросхемы.Thus, the proposed design of a small-sized case of an integrated microcircuit significantly increases operational characteristics, and reduces the cost of the microcircuit housing.

Claims (3)

1. Малогабаритный корпус интегральной микросхемы, состоящий из основания в виде кристалла из полупроводникового материала со сформированной на его лицевой стороне микросхемой, крышки из того же полупроводникового материала и сквозных проводящих каналов, соединяющих лицевую и обратную стороны полупроводникового кристалла, отличающийся тем, что крышка выполнена в виде плоской пластины, приклеенной к лицевой стороне полупроводникового кристалла по всей его площади тонким слоем соединительного материала, а сквозные проводящие каналы выполнены из высоколегированной поликристаллической модификации того же полупроводникового материала и изолированы от материала кристалла слоем диэлектрика, причем эти каналы выступают над поверхностью обратной стороны полупроводникового кристалла, образуя столбиковые выводы.1. Small-sized housing of an integrated circuit, consisting of a base in the form of a crystal of semiconductor material with a microcircuit formed on its front side, a cover of the same semiconductor material and through conductive channels connecting the front and back sides of the semiconductor crystal, characterized in that the cover is made in in the form of a flat plate glued to the front side of the semiconductor crystal over its entire area with a thin layer of connecting material, and through conductive channels you made of a highly doped polycrystalline modification of the same semiconductor material and isolated from the crystal material by a dielectric layer, these channels protruding above the surface of the back side of the semiconductor crystal, forming bumps. 2. Малогабаритный корпус по п.1, отличающийся тем, что кристалл из полупроводникового материала имеет на обратной стороне защитный экранирующий слой, выполненный из поликристаллической модификации того же полупроводникового материала, изолированный от материала кристалла и от внешней среды слоями диэлектрика, а контактные площадки столбиковых выводов выступают над поверхностью защитного слоя.2. The small-sized housing according to claim 1, characterized in that the crystal of the semiconductor material has on the back side a protective shielding layer made of a polycrystalline modification of the same semiconductor material, isolated from the material of the crystal and from the environment by dielectric layers, and the contact pads of the bar terminals protrude above the surface of the protective layer. 3. Малогабаритный корпус по п.1, отличающийся тем, что контактные площадки столбиковых выводов имеют на поверхности тонкий слой металла и лежат в одной плоскости с отклонением не более 0,2 мкм.

3. The small-sized case according to claim 1, characterized in that the contact pads of the column leads have a thin metal layer on the surface and lie in the same plane with a deviation of not more than 0.2 μm.