Корпусирование микросхем

Корпусирование интегральных схем (ИС) представляет собой окончательный этап производства, в процессе которого полупроводниковый кристалл устанавливают в корпус. В него обычно входят фиксация на носителе или основании, соединение контактных площадок с электрическими выводами и герметизация. После того как корпусирование кристалла завершено, осуществляется завершающее тестирование работы микросхемы. Лазерный цех SNDGroup предлагает юридическим и коммерческим организациям Российской Федерации весь спектр услуг, связанных со сборкой интегральных схем. Благодаря инновационным технологиям, современному оборудованию и квалифицированному персоналу мы можем обеспечить высокое качество работ и выполнение их в максимально сжатые сроки.

Корпус интегральной микросхемы (ИС) представляет собой герметичное устройство, предназначенное для защиты от неблагоприятных воздействий окружающей среды. К таким факторам относятся электромагнитные излучения, повышенная влажность, механические нагрузки, агрессивные химикаты, прямые солнечные лучи и т. д. Кроме этого, корпус должен обеспечивать:

• передачу электрических сигналов;
• подвод питания к элементам;
• быстрый отвод выделяемого тепла от кристаллов;
• проверку (при необходимости) параметров микросхемы;
• корректную сборку и монтаж в изделие.

Кроме этого, работоспособность установленного элемента должна сохраняться в заданном диапазоне температур. Все это предъявляет высокие требования к материалам и конструкции и делает корпусирование сложной и ответственной задачей. Чтобы упростить автоматизированную сборку, был разработан стандартный ряд типоразмеров.

При всем разнообразии конструкций все изделия делятся на две большие группы.

Для сквозного монтажа. Микросхема располагается с одной стороны печатной платы, ее выводы – с другой. В категорию «выводных» корпусов входят следующие виды.

Для поверхностного монтажа. Они предназначаются для корпусирования SMD-компонентов. В отличие от предыдущей категории и корпус микросхемы, и ее выводы располагаются с одной стороны печатной платы. Их припаивают к специальным проводящим дорожкам на поверхности ПП. В категорию корпусов для SMD-монтажа входят такие виды.

Корпусированием называют интеграцию электронных компонентов в функциональное устройство путем обеспечения проводимости. Формирование последней предусматривает наличие нескольких уровней.

Нулевой. На этом уровне формируются свойства межсоединения на панели еще до того, как она будет разделена на отдельные чипы. В нулевой уровень входят формирование перераспределительных слоев (RDL) и их перераспределительных площадок, с включением пассивных компонентов или без них. Сюда же относится размещение металлических слоев и (как альтернатива) нанесение медных подушек на площадки. Корпусированием нулевого уровня называются также и другие операции с пластиной до ее разделения на чипы.

Первый. К нему относят первичное соединение ИС, графических процессоров и т. п. с другими элементами. Корпуса, применяющиеся на первом уровне, предназначены формировать проводимость чипа путем ее вывода на более крупную площадку и более простое соединение с другими элементами. Их примером являются корпуса flip-chip или соединенные проводами. Выводы могут располагаться по периметру, в два ряда или в виде поверхностной решетки.

Второй. Он относится к производству печатных плат (ПП) и включает в себя все операции, связанные с их сборкой. В него входит установка корпусов I уровня, резисторов, конденсаторов, индукторов и других пассивных элементов.

Третий. Под ним подразумевается конечная сборка, то есть соединение готовых плат с другими элементами и установку в корпус, после чего электронное устройство считается готовым и отправляется на тестирование.

Установка полупроводниковых кристаллов в корпуса относится к завершающему этапу производства. Качество конечного изделия зависит от того, насколько правильно были выбраны материалы и точно соблюдался технологический процесс. К каждому уровню корпусирования предъявляются свои требования.

Нулевой. На этом уровне пластины, как правило, обрабатываются индивидуально. Многие процессы, которые проходят в установках напыления и покрытия, являются вакуумными. Поэтому так важно обеспечить высокую степень чистоты использующихся реагентов, а сами материалы должны быть совместимы с процессами, включающими в себя применение вакуума.

Первый. Корпусирование этого уровня является самым близким к чипу. Поэтому желательно, чтобы коэффициенты теплопроводности всех использующихся были низки и максимально близки по значению. Это позволит избежать появления трещин при перепадах температур и обеспечит надежное соединение металлических и диэлектрических пленок.

Второй. Требования этого уровня менее строги к коэффициенту теплопроводности, но включают в себя:

• химическую совместимость к веществам, очищающим остатки смолы;
• сохранение свойств после использования механического и/или лазерного сверления;
• определенный уровень физических и экологических свойств металлов и диэлектриков.

Самыми авторитетными документами, регламентирующими требования ко всем трем уровням, являются стандарты IPC – Международной Ассоциации производителей электроники.

Сборка и герметизация интегральных схем, процессоров и полупроводниковых приборов включает в себя три основных этапа.

Присоединение кристалла к основанию корпуса. Основными требованиями к этой операции относятся надежность и механическая прочность соединения, в отдельных случаях – быстрое рассеивание тепла (передача его к подложке). Присоединение осуществляется приклеиванием или пайкой.

Материалы для приклеивания. При корпусировании кристаллов используются диэлектрические и электропроводящие клеи. Для улучшения теплопроводящих свойств в состав первых добавляют керамические или стеклянные порошки, во вторые – мелкодисперсное серебро.

Материалы для пайки. Припаивание кристаллов/микросхем осуществляется проводящими припоями:

• стеклянными. Они состоят из окислов металлов, устойчивы к коррозии, имеют хорошее сцепление практически со всеми материалами;
• металлическими. Такая пайка осуществляется с помощью паяльной пасты или навесок/прокладок припоя (преформ). Последние помещают между кристаллом и подложкой.

Присоединение выводов. В зависимости от конкретного изделия применяются следующие виды операций.

Проволочный монтаж. Присоединение осуществляется с помощью металлических лент или проволоки из меди, алюминия или золота. Для этого используется ультразвуковая, термокомпрессионная или электроконтактная сварка.

Беспроволочный монтаж. Его проводят по технологии flip-chip («перевернутый кристалл»). Контакты, имеющие вид шариков/балок, формируются при металлизации поверхности методами:

• электролитического/вакуумного напыления;
• заполнением готовыми микросферами;
• трафаретной печати.

После этого кристалл переворачивается и монтируется на подложке.

Защита от внешнего воздействия. Окружающая среда оказывает значительное влияние на качество поверхности кристалла и, как результат, на стабильность его рабочих характеристик. Поэтому правильная защита от неблагоприятного внешнего воздействия является важным этапом корпусирования. Она осуществляется на завершающем этапе сборки и может проводиться в одном из двух вариантов (в зависимости от технологии производства).

Корпусная герметизация. Ее проводят присоединением крышки корпуса к его основанию. Для этого используются пайка, сварка или приклеивание, обеспечивающие вакуум-плотную герметизацию. Технология присоединения, тип клея и припоя (стеклянный либо металлический) выбираются под конкретные задачи производства.

Бескорпусная герметизация. Для нее используются полимеры (пластмассы) либо компаунды. После отвердевания (полимеризации) они могут быть мягкими или твердыми, в соответствии с поставленными задачами. В современном производстве используется две технологии бескорпусной герметизации:

• glob-top («капля»). Компаунд наносится на верхнюю часть микросборки так, чтобы сформировался купол, покрывающий как сам кристалл, так и его выводы. Для этого используется герметизирующий состав средней вязкости;
• dam-and-fill («дамба и наполнение»). Такая технология применяется для бескорпусной герметизации микросхем и кристаллов с большим количеством выводов. Сначала по периметру возводится «дамба» из компаунда с высокой вязкостью. Затем она заполняется низковязким материалом.

К преимуществам бескорпусной герметизации можно отнести ее универсальность и гибкость дозирования. Один и тот же материал и оборудование могут использоваться для кристаллов различной формы и размеров.