Результат интеллектуальной деятельности: Герметичный сборочный модуль для монтажа микрорадиоэлектронной аппаратуры, выполненный групповым методом с последующей резкой на модули

Изобретение относится к микроэлектронным устройствам, для поверхностного монтажа, а именно к герметичным модулям, которые изготовлены и герметизированы по групповой технологии с последующим разделением, которые, в частности, могут быть применены для изготовления приборов СВЧ.

Из уровня техники известны герметичные модули, содержащие металлизированные выводы и кристаллы, соединенные с указанными выводами, например, корпус полупроводникового прибора (см. RU 175486 U1, опубл. 06.12.2017) (1), содержащий пластиковое основание с металлическими выводами и посадочным местом под полупроводниковый кристалл и крышку, выполненную из керамики, герметично присоединенную к основанию, образующую полость над полупроводниковым кристаллом.

Недостатком указанного аналога является недостаточная технологичность изготовления корпуса полупроводникового прибора, поскольку указанный корпус невозможно изготовить по групповой технологии; недостаточная герметичность, надежность модуля и сложность последующего его монтажа.

Наиболее близким аналогом заявленного изобретения может быть выбрана интегральная схема в герметичном корпусе (см. SU 1700639, опубл. 23.12.1991) (2), которая содержит полупроводниковый кристалл с контактными площадками, помещенный на основании корпуса, ленточные выводы из алюминия, введенные внутрь корпуса через стеклоприпой и снабженные эластичной прокладкой, и крышку.

Недостатками наиболее близкого аналога (2) также является недостаточная технологичность изготовления корпуса полупроводникового прибора, поскольку указанный корпус невозможно изготовить по групповой технологии из-за применения боковых выводов, что также определяет сложность последующего монтажа корпуса.

Несмотря на то, что аналог (2) предложен в качестве наиболее близкого, указанное устройство не является средством того, же назначения, что и заявленный сборочный модуль, так как не может быть выполнен групповым методом.

Техническим результатом выполнения указанного герметичного сборочного модуля является повышение его надежности, герметичности, уменьшение теплового сопротивления между кристаллом и подложкой, уменьшение массогабаритных характеристик, повышение технологичности производства и монтажа указанного модуля посредством применения группового метода изготовления, а также последующего поверхностного монтажа герметичного модуля.

Технический результат достигается за счет создания герметичного сборочного модуля для монтажа микрорадиоэлектронной аппаратуры, выполненного групповым методом с последующей резкой на модули, содержащего герметично соединенные при помощи стеклокерамического припоя нижнюю подложку и верхнюю крышку, выполненные из одного и того же полупроводникового или диэлектрического материала, в подложке выполнены сквозные полностью металлизированные токопроводящим материалом герметичные микроотверстия, размещенные между и под глухими полостями под кристаллы, внешние выводы которых размещены на наружной поверхности подложки и снабжены слоем припоя, обеспечивающим монтаж модуля на плате, на внутренней стороне подложки выполнены глухие полости с размещенными в них кристаллами, которые соединены с металлизированными микроотверстиями бессварочным методом посредством нанесения на область контакта слоя планаризируемого диэлектрика и формирования металлизации между контактными площадками кристаллов и металлизированными микроотверстиями, кристаллы в местах соединения с металлизированными микроотверстиями, размещенными под кристаллами, закрепленными при помощи токопроводящего материала.

В частном случае выполнения герметичный сборочный модуль при монтаже СВЧ приборов планаризируемым диэлектриком покрыта только область контактных площадок по периметру кристалла, в остальных случаях кристаллы полностью покрыты планаризируемым диэлектриком.

В частном случае выполнения в качестве материалов подложки и верхней крышки может быть выбран один из следующих материалов: нитрид алюминия, высокоомный кремний, поликор.

Заявленное изобретение проиллюстрировано следующими фигурами.

Фиг. 1 - фрагмент группового вида на герметичные модули в разрезе,

Фиг. 2 - условный вид сверху, на котором отображена группа модулей на подложке;

На фиг. 1 позиции обозначают следующее:

1 - верхняя крышка;

2 - подложка;

3 - стеклоспай;

4 - металлизированное сквозное микроотверстие;

5 - слой диэлектрика;

6 - кристалл;

7 - контакт к кристаллу;

8 - БГА выводы (выводы поверхностно монтируемых радиоэлектронных изделий);

9 - верхняя металлизация;

10 - герметичный модуль.

Заявленный герметичный сборочный модуль для монтажа микрорадиоэлектронной аппаратуры, изготовленный групповым методом с последующей резкой на модули, выполнен следующим образом.

При создании изобретения ставилась техническая задача создания групповой технологии изготовления герметичного модуля со сквозными металлизированными «зарощенными» микроотверстиями, с формированием полости под кристалл, которая позволяла бы разместить кристалл с планиризацией диэлектрика по всей поверхности модуля и последующим формированием контактных площадок на нижней поверхности сборки без применения процессов сварки.

Формирование сборочного модуля производилось в следующей последовательности.

1. В крышке формируют глухие отверстия, центры которых совпадают с глухими отверстиями подложки.

2. В подложке формируют сквозные микроотверстия и глухие отверстия под кристаллы.

3. Сквозные отверстия металлизируют до полного заполнения.

4. Кристаллы устанавливают в полость.

5. Наносят и планаризируют диэлектрик.

6. Формируют контактные окна в диэлектрике.

7. Формируют металлические проводники между контактными площадками кристаллов и контактными площадками внешней стороны подложки.

8. Производят совмещение крышки с подложкой и герметизацию модулей посредством сварки крышки через стеклокерамический припой с подложкой.

9. Производят резку пластин на модули.

Таким образом, полученный герметичный сборочный модуль для монтажа микрорадиоэлектронной аппаратуры, содержит герметично соединенные при помощи стеклокерамического припоя подложку и крышку. Крышка и подложка должны быть выполнены из одинаковых полупроводниковых или диэлектрических материалов, например, таких, как нитрид алюминия, высокоомный кремний или поликор. В подложке выполнены сквозные полностью металлизированные токопроводящим материалом герметичные микроотверстия, металлизация микроотверстия может быть выполнена, например, медью или золотом. Микроотверстия могут быть выполнены между и под глухими полостями для кристаллов, внешние металлизированные выводы микроотверстий размещены на наружной поверхности подложки и снабжены слоем припоя, который обеспечивает возможность поверхностного монтажа модуля. На внутренней стороне подложки выполнены глухие полости, в которых размещены кристаллы, которые соединены с металлизированными микроотверстиями бессварочным методом посредством нанесения на область контакта слоя планаризируемого диэлектрика с последующим формированием контактных окон в диэлектрике и формированием металлизации между контактными площадками кристаллов и металлизированными микроотверстиями. Преимуществом бессварочной технологии является то, что для всех приборов снижается их трудоемкость изготовления, и повышается надежность; для СВЧ приборов длина проводников становится минимальной, что приводит к минимальным потерям сигнала. Кристаллы в местах соединения с металлизированными микроотверстиями, размещенными под кристаллами, закреплены при помощи токопроводящего материала.

Герметичный сборочный модуль может быть выполнен следующим способом.

Пример 1

Изготовление герметичного сборочного модуля для изготовления приборов СВЧ.

В подложке с лицевой стороны пробивали лазером сквозные микроотверстия диаметром 160 мкм, пробивали глухие полости 2000 мкм, и пробивали сквозные микроотверстия в полости диаметром 160 мкм.

В крышке пробивали глухие полости, глубиной 2000 мкм, центры которых совпадали с центрами глухих полостей подложки. Проводили напыление на подложку Cr-Cu толщиной по 5 мкм с двух сторон. Далее осаждали методом гальванического осаждения 80 мкм Cu, заращивая сквозные микроотверстия. При последующей фотолитографии вскрывалась область вокруг сквозного микроотверстия с обеих сторон, куда методом гальванического осаждения наносилось гальваническое золото толщиной 3 мкм по защитной маске фоторезиста, с последующим удалением фоторезистивной маски. Удаление металлических слоев Cu и Cr по золотой маске проводилось в жидкостных травителях. Кристаллы монтировались в глухие полости подложки с применением преформ из эвтектического сплава ЗлГр 12 при температуре 410°С, с последующим нанесением диэлектрика CYCLOTENE 4026-46 при температуре 350°С, вскрывались микроотверстия в области заклепок, контактные площадки кристалла и центральную область кристалла от диэлектрика. Проводили напыление Cr-Cu толщиной 5 мкм с одной стороны, с последующей фотолитографией. Далее методом гальванического осаждения золотого покрытия формировался коммутационный слой. Металлические слои Cu и Cr удаляли по золотой маске в жидкостных травителях. Модули герметизировались групповым методом на уровне пластины и крышки стеклянной пастой фирмы Namics Diemat 2700Р при температуре 325°С, с последующим разрезанием.

Пример 2

Изготовление герметичного сборочного модуля микрорадиоэлектронной аппаратуры.

В подложке с лицевой стороны пробивали лазером сквозные микроотверстия диаметром 200 мкм, пробивали глухие полости 2000 мкм, и пробивали сквозные микроотверстия в полости диаметром 200 мкм.

В крышке пробивали глухие полости, глубиной 2000 мкм, центры которых совпадали с центрами глухих полостей подложки. Проводили напыление на подложку Cr-Cu толщиной по 3 мкм с двух сторон. Далее осаждали методом гальванического осаждения 100 мкм Cu, заращивая сквозные микроотверстия. При последующей фотолитографии вскрывалась область вокруг сквозного микроотверстия с обеих сторон, куда методом гальванического осаждения наносилось гальваническое золото толщиной 3 мкм по защитной маске фоторезиста, с последующим удалением фоторезистивной маски. Удаление металлических слоев Cu и Cr по золотой маске проводилось в жидкостных травителях. Кристаллы монтировались в глухие полости подложки с применением преформ из эвтектического сплава ЗлГр 12 при температуре 410°С, с последующим нанесением диэлектрика CYCLOTENE 4026-46 при температуре 350°С, вскрывались микроотверстия в области заклепок, контактные площадки кристалла. Проводили напыление Cr-Cu толщиной 3 мкм с одной стороны, с последующей фотолитографией. Далее методом гальванического осаждения золотого покрытия формировался коммутационный слой. Металлические слои Cu и Cr удаляли по золотой маске в жидкостных травителях. Модули герметизировались групповым методом на уровне пластины и крышки стеклянной пастой фирмы Namics Diemat 2700Р при температуре 325°С, с последующим разрезанием.

Заявляемый герметичный сборочный модуль для монтажа микрорадиоэлектронной аппаратуры, выполненный групповым методом с последующей резкой на модули имеет следующие преимущества: невысокую трудоемкость изготовления; повышенную надежность, обусловленную повышением герметичности корпуса; улучшенные теплоотводящие свойства. Указанный модуль более технологичен, обладает меньшей массой и габаритами, обеспечивает возможность надежного планарного соединения корпуса с другими элементами.