MX2013011403A - Empaque de microelectrónica de alta densisdad. - Google Patents

Empaque de microelectrónica de alta densisdad.

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MX2013011403A
MX2013011403A MX2013011403A MX2013011403A MX2013011403A MX 2013011403 A MX2013011403 A MX 2013011403A MX 2013011403 A MX2013011403 A MX 2013011403A MX 2013011403 A MX2013011403 A MX 2013011403A MX 2013011403 A MX2013011403 A MX 2013011403A
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MX
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housing
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ceramic substrate
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Tao Xu
Harmel Jean Defretin
Glenn Gardner
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Schlumberger Technology Bv
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Abstract

En la presente se provee un empaque de microelectrónica ilustrativo y métodos ilustrativos para manufacturar el mismo. El empaque puede permitir y/o mejorar el uso de microelectrónica en un orificio profundo, ajustes de alta temperatura y/o alta presión. El empaque de microelectrónica puede incluir componentes activos de doble lado, disipadores de calor y/o apilamiento tridimensional de dados.

Description

EMPAQUE DE MICROELECTRÓNICA DE ALTA DENSIDAD ANTECEDENTES DE LA DESCRIPCIÓN CAMPO DE LA DESCRIPCIÓN La descripción se refiere generalmente al campo de los componentes para los instrumentos de fondo de pozo. Más específicamente, la descripción se refiere al empaque de los componentes de microelectrónica para su uso en un ajuste de fondo de pozo, de alta temperatura y/o de alta presión.
ARTE ANTERIOR Los controladores/memoria de registro de alta fiabilidad y alta capacidad se usan a menudo en las herramientas de fondo de pozo, tales como herramientas de cable o de registro durante la perforación (LWD). El empaque convencional de la tecnología de módulo multichip (MCM) conduce a las MCM de un cierto tamaño y peso. Además, en la última década, el desarrollo de empaques de alta densidad se impulsa principalmente por el mercado de la electrónica de consumo portátil, que se especifican en el intervalo de temperatura de 0°C a 85°C. Aunque se han hecho avances significativos, se desconoce la fiabilidad de las soluciones en el entorno de una gran descarga de alta temperatura de fondo de pozo.
En consecuencia, puede ser deseable para la nueva tecnología de empaque de MCM, que pueda mejorar uno o más aspectos del empaque convencional de MCM.
BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS La Figura 1 ilustra un sistema de emplazamiento de pozo en el que se puede emplear la presente descripción, de acuerdo con una modalidad ilustrativa.
La Figura 2A ilustra una vista superior de un subensamble de MCM que tiene dos sustratos soldados directamente sobre una carcasa de metal, de acuerdo con una modalidad ilustrativa.
La Figura 2B ilustra una vista en sección transversal del subensamble de MCM de la Figura 2A, de acuerdo con una modalidad ilustrativa.
La Figura 2C ¡lustra una vista esquemática del subensamble de MCM de la Figura 2A que muestra un área de soldadura fuerte de cuatro puntos en el sustrato, de acuerdo con una modalidad ilustrativa.
La Figura 3A ilustra una vista superior despiezada de un subensamble de MCM que tiene dos sustratos soldados sobre una estructura intermedia soldada sobre la carcasa de metal, de acuerdo con una modalidad ilustrativa.
La Figura 3B ilustra una vista en sección transversal del subensamble de MCM de la Figura 3A, de acuerdo con una modalidad ilustrativa.
La Figura 4 A ilustra una vista superior despiezada de un subensamble de MCM soldado con los postes soldados sobre una carcasa de metal, de acuerdo con una modalidad ilustrativa.
La Figura 4B ilustra una vista enfocada del sustrato y los postes del subensamble de MCM de la Figura 4A, de acuerdo con una modalidad ilustrativa.
La Figura 4C ¡lustra una vista enfocada de un área de soldadura para los postes del subensamble de MCM de la Figura 4A, de acuerdo con una modalidad ilustrativa.
La Figura 5A ¡lustra un esquema de un sustrato para un subensamble de MCM que tiene una abertura para una partición de alta potencia, de acuerdo con una modalidad ilustrativa.
La Figura 5B ilustra un esquema del lateral delantero del sustrato de la Figura 5B colocado en una carcasa de metal, de acuerdo con una modalidad ilustrativa.
La Figura 5C ilustra un esquema del lateral posterior del sustrato de la Figura 5A colocado en una carcasa de metal y que tiene un disipador de calor, de acuerdo con una modalidad ilustrativa.
La Figura 5D ilustra un esquema de la vista lateral del sustrato de la Figura 5A, colocado en la carcasa de metal que tiene el disipador de calor, de acuerdo con una modalidad ilustrativa.
La Figura 6 ilustra un esquema de un subensamble de MCM con las matrices y los separadores apilados, de acuerdo con una modalidad ilustrativa.
La Figura 7A ilustra un esquema de la vista lateral de un subensamble de MCM con las matrices apiladas sin separadores, de acuerdo con una modalidad ilustrativa.
La Figura 7B ilustra un esquema de la vista superior del subensamble de MCM de la Figura 7A, de acuerdo con una modalidad ilustrativa.
La Figura 8A ilustra un esquema de la vista lateral de un subensamble de MCM con las matrices y los separadores apilados de diferentes tamaños, de acuerdo con una modalidad ilustrativa.
La Figura 8B ilustra un esquema de la vista lateral de un subensamble de MCM con las matrices y los separadores apilados de diferentes tamaños con un epoxi conductor, de acuerdo con una modalidad ilustrativa.
La Figura 8C ilustra un esquema de la vista superior del subensamble de MCM de la Figura 8A, de acuerdo con una modalidad ilustrativa.
La Figura 9A ilustra un esquema de la vista lateral de un subensamble de MCM con las matrices apiladas de diferentes tamaños, de acuerdo con una modalidad ilustrativa.
La Figura 9B ilustra una vista superior del subensamble de MCM de la Figura 9A, de acuerdo con una modalidad ilustrativa.
La Figura 10A ilustra un esquema de la vista lateral de un subensamble de MCM con las matrices que tienen una configuración lateral posterior, de acuerdo con una modalidad ilustrativa.
La Figura 10B ilustra un esquema de la vista superior del subensamble de MCM de la Figura 10A, de acuerdo con una modalidad ilustrativa.
La Figura 1 1 ilustra un esquema de un procedimiento probador de sustrato, de acuerdo con una modalidad ilustrativa.
La Figura 12A ilustra un esquema de la vista lateral de un subensamble de MCM con una estructura intermedia, de acuerdo con una modalidad ilustrativa.
La Figura 12B ilustra un esquema de la vista lateral de un subensamble de MCM con un poste intermedio, de acuerdo con una modalidad ilustrativa.
La Figura 12C ilustra un esquema de la vista lateral de un subensamble de MCM con un poste intermedio y un disipador de calor, de acuerdo con una modalidad ilustrativa.
La Figura 13 ilustra un diagrama de flujo de las etapas de un proceso de ensamble ilustrativo para un empaque de ensamble de MCM, de acuerdo con una modalidad ilustrativa.
DESCRIPCIÓN DETALLADA La descripción proporciona los componentes de microelectrónica para su uso en los instrumentos y métodos electrónicos de fondo de pozo para fabricar los mismos. Se describirán a continuación ciertas modalidades, que incluyen en las siguientes Figuras 1-13, que representan las modalidades representativas o ilustrativas de la descripción.
La Figura 1 ilustra un sistema de emplazamiento de pozo en el que se puede emplear la presente descripción, de acuerdo con una modalidad ilustrativa. El emplazamiento de pozo puede estar en tierra o costa afuera. En este sistema ilustrativo, se forma un hoyo 11 en las formaciones de subsuperficie 106 mediante la perforación giratoria de una manera que es bien conocida. Las modalidades de la descripción pueden usar además la perforación de dirección, como se describirá de aquí en adelante.
Se suspende una sarta de perforación 12 dentro del hoyo 11 y tiene un ensamble de fondo del agujero 100 que incluye una broca de perforación 105 en su extremo inferior. El sistema de superficie incluye el ensamble de plataforma y torre de perforación 10 posicionados sobre el hoyo 11 , el ensamble 10 que incluye una tabla giratoria 16, la barra kelly 17, el gancho 18 y el pivote giratorio 19. La sarta de perforación 2 se gira mediante la tabla giratoria 16, energizada por medios no mostrados, que acopla la barra kelly 17 en el extremo superior de la sarta de perforación. La sarta de perforación 12 se suspende de un gancho 18, acoplado a un bloque viajero (tampoco se muestra), a través de la barra kelly 17 y un pivote giratorio 19 que permite la rotación de la sarta de perforación con relación al gancho. Como es bien conocido, se podría usar alternativamente un sistema de accionamiento de la parte superior.
En el ejemplo de esta modalidad, el sistema de superficie incluye además los fluidos o lodos de perforación 26 almacenados en un foso 27 formados en el emplazamiento de pozo. Una bomba 29 suministra el fluido de perforación 26 al interior de la sarta de perforación 12 a través de un puerto en el pivote 19, que provoca que el fluido de perforación fluya hacia abajo a través de la sarta de perforación 12 como se indica por la flecha de dirección 8. El fluido de perforación sale de la sarta de perforación 12 a través de los puertos de la broca de perforación 105 y después puede circular hacia arriba a través de la región anular entre el exterior de la sarta de perforación y la pared del hoyo 11 , como se indica por las flechas de dirección 9. De esta manera bien conocida, el fluido de perforación lubrica la broca de perforación 105 y porta las cortaduras de la formación 106 hasta la superficie a medida que se regresa al foso 27 para la recirculación.
En varias modalidades, se pueden usar los sistemas y métodos descritos en la presente con cualquier medio de transporte conocido por los expertos en la materia. Por ejemplo, se pueden usar los sistemas y métodos descritos en la presente con las herramientas u otros componentes electrónicos transmitidos por cable, línea de cable de acero, transporte de tubería de perforación, perforación de tubería en espiral, y/o una interíaz de transporte durante la perforación. Para el propósito de solamente un ejemplo, la Figura 1 representa una ¡nterfaz durante la perforación. Sin embargo, los sistemas y métodos descritos en la presente podrían aplicarse igualmente al medio de transporte por cable o cualquier otro medio adecuado. El ensamble de fondo del agujero 00 de la modalidad ilustrada incluye un módulo de registro durante la perforación (LWD) 120, un módulo de medición durante la perforación (MWD) 130, un sistema y motor rotodirigible, y la broca de perforación 105.
El módulo de LWD 120 se aloja en un tipo especial de cuello de perforación, como se conoce en la materia, y puede contener una o una pluralidad de tipos conocidos de herramientas de registro (por ejemplo, la herramienta de registro 121 ). Se entenderá además que se puede emplear más de un módulo de LWD y/o de MWD, por ejemplo como se representa en 120A. (Las referencias, a lo largo de, a un módulo en la posición de 120 puede significar alternativamente un módulo en la posición de 120A también.) El módulo de LWD incluye las capacidades para medir, procesar, y almacenar la información, así como para comunicarse con el equipo de superficie. En la modalidad presente, el módulo de LWD incluye un dispositivo de medición por resonancia magnética nuclear.
El módulo de MWD 130 se aloja también en un tipo especial de cuello de perforación, como se conoce en la materia, y puede contener uno o más dispositivos para medir las características de la sarta de perforación y la broca de perforación. La herramienta de MWD incluye además un aparato (no se muestra) para generar la energía eléctrica para el sistema de fondo de pozo. Esto puede incluir típicamente un generador de turbina de lodo energizado por el flujo del fluido de perforación, se entiende que se pueden emplear otros sistemas de alimentación y/o de baterías. En la modalidad presente, el módulo de MWD incluye uno o más de los siguientes tipos de dispositivos de medición: un dispositivo de medición de peso en la broca, un dispositivo de medición de torque, un dispositivo de medición de vibración, un dispositivo de medición de choque, un dispositivo de medición de deslizamiento de la barra, un dispositivo de medición de dirección, y un dispositivo de medición de inclinación.
Una variedad de los componentes descritos anteriormente con referencia al sistema de emplazamiento de pozo ilustrativo y/o una variedad de otros componentes que se pueden reconocer por el experto en la materia que tiene el beneficio de la presente descripción - puede incluir la microelectrónica que puede beneficiarse de ser capaz de resistir altas temperaturas y/o altas presiones en un ajuste de fondo de pozo. Por ejemplo, tanto las herramientas de registro durante la perforación como las de cable de acero (por ejemplo, una herramienta de triple combinación de alta temperatura que se puede necesitar para operar a temperaturas alrededor o por encima de 200 °C), particularmente puede contener tal microelectrónica que puede beneficiarse de ser capaz de resistir altas temperaturas y/o altas presiones. Varios otros tipos de herramientas con una variedad de mecanismos de transporte, tales como tubería en espiral, tubería de perforación cableada, línea de cable de acero, y los similares, pueden utilizar también tal microelectrónica en una variedad de temperaturas estándar y altas.
Varias modalidades de empaque de microelectrónica de alta densidad se pueden dividir teóricamente en cuatro aspectos: (1 ) acoplamiento del componente activo de doble cara; (2) disipador de calor para alimentar el medio; (3) apilamiento de matriz en 3D; y (4) el bien conocido sustrato poblado. Cada uno de estos bloques de construcción se describirá ahora en más detalle. La separación de estos aspectos es solamente para propósitos de la descripción. Como se puede reconocer por el experto en la materia, se pueden hacer las varias modalidades del empaque usando uno, dos, tres o cuatro de los aspectos, y se pueden fabricar en cualquier orden adecuado. Adicionalmente, cada aspecto se podría usar con los procesos y componentes alternativos o adicionales, como se puede reconocer por el experto en la materia que tiene el beneficio de la presente descripción.
Aspecto 1 : Acoplamiento del componente activo de doble cara. En una modalidad, el primer aspecto para ciertas modalidades ilustrativas del empaque de microelectrónica descrito en la presente puede ser el uso de la matriz activa en ambos lados del sustrato. Hay varios métodos para montar un módulo multichip (MCM) sobre una placa de circuito impreso (PCB) o en una estructura. En algunas modalidades, la matriz de rejilla de contacto (PGA) y las MCM tipo bañeras se pueden soldar directamente sobre un agujero pasante PCB. Usualmente, el MCM tipo PGA tiene un anillo de sello en la parte superior del sustrato para sellar la tapa y los pasadores en el lateral inferior del sustrato para el montaje y la conexión eléctrica. Las MCM montadas en la estructura se pueden atornillar, en varias modalidades ilustrativas, a través de los agujeros de montaje, pegadas o suspendidas en el encapsulamiento. Puede tener por lo tanto una carcasa para acomodar el sustrato cerámico.
En ciertas modalidades del empaque de microelectrónica descritas en la presente, se puede usar para el acoplamiento del componente activo de doble cara, una MCM montada en la estructura. Los sustratos cerámicos se pueden pegar sobre la carcasa con adhesivo no conductor para cubrir al menos una parte importante del lateral posterior del sustrato. Sin embargo, si los componentes activos se acoplan a ambos lados del sustrato, el área de contacto entre la carcasa y el sustrato se puede limitar - es decir, en el perímetro de cada lado del sustrato. Si aún se usa el pegamento para unir el sustrato de doble cara sobre la carcasa, la fiabilidad del empaque puede sufrir, lo que significa que los sustratos pueden deslaminarse de la carcasa. Por lo tanto, puede establecerse un reto para el acoplamiento del componente activo de doble cara en el método de cómo unir el sustrato cerámico de manera fiable a la carcasa de metal.
En varias modalidades del empaque de microelectrónica descritas en la presente, se pueden usar tres métodos para unir el sustrato cerámico de doble cara de manera fiable sobre la carcasa de metal u otro tipo de carcasa con el área de contacto limitada: (1 ) llevar a cabo la soldadura fuerte de un sustrato a una carcasa de metal; (2) soldar el sustrato a una estructura de metal después soldar la estructura sobre la carcasa; y (3) soldar el sustrato a los postes de metal después soldar los postes sobre la carcasa. Son posibles otras modalidades y métodos consecuentes con la presente descripción, como son las combinaciones y subcombinaciones de lo anterior, como se puede reconocer por el experto en la materia que tiene el beneficio de la presente descripción. La Figura 2A ilustra una vista superior de un subensamble de MCM 200 que tiene dos sustratos 202 soldados directamente sobre una carcasa 204, de acuerdo con una modalidad ilustrativa. La Figura 2B ilustra una vista en sección transversal del subensamble de MCM 200 de la Figura 2A, de acuerdo con una modalidad ilustrativa. La Figura 2C ilustra una vista esquemática del subensamble de MCM 200 de la Figura 2A que muestra un área de soldadura fuerte de cuatro puntos en el sustrato 202, de acuerdo con una modalidad ilustrativa.
Como se muestra en las Figuras 2A a 2C, una MCM puede incluir un sustrato 202 que se suelda directamente a un metal u otra carcasa 204. En algunas modalidades, el sustrato 202 puede ser el sustrato cerámico cocido de alta temperatura (HTCC) 202. En algunas modalidades, la soldadura fuerte se puede considerar un proceso que une el metal de manera que un metal de relleno se calienta por encima de su punto de fusión y se distribuye entre dos o más partes ajustadas por la acción capilar. El metal de relleno se lleva ligeramente por encima de su temperatura de fusión mientras se protege por una atmósfera adecuada. Fluye después sobre el metal de base (conocido como humectante) y se enfría entonces para unir las piezas de trabajo juntas. La aleación para soldadura se une a los materiales y se compensa por la diferencia en sus tasas de expansión.
Con la soldadura fuerte, como se muestra en las Figuras 2A a 2C, donde hay un coeficiente relativamente grande de expansión térmica (CTE) desigual entre la carcasa de metal 204 y el sustrato cerámico 202, puede ser deseable usar la soldadura fuerte de punto (es decir, donde los rellenos de soldadura fuerte se aplican a ciertos lados 206 del perímetro como se muestra en la Figura 2C) en lugar de un relleno de soldadura fuerte continua alrededor del sustrato 202 para reducir el área de contacto. El método de soldadura fuerte puede ser un proceso relativamente simple que puede no necesitar elementos complejos y etapas de procesamiento. Sin embargo, en algunas modalidades, la mayoría de la masa puede ser de la carcasa de metal 204, y por lo tanto la HTCC u otro sustrato 202 puede estar bajo gran esfuerzo residual durante la etapa de enfriamiento de la soldadura fuerte. En algunas modalidades, por lo tanto, el sustrato 202 puede agrietarse después de la soldadura fuerte a menos que el material de la carcasa 204 tenga un CTE próximo con el sustrato 202.
La Figura 3A ilustra una vista superior despiezada de un subensamble de MCM 200 que tiene dos sustratos 202 soldados sobre una estructura intermedia 308 soldada sobre la carcasa de metal 204, de acuerdo con una modalidad ilustrativa. La Figura 3B ilustra una vista en sección transversal del subensamble de MCM 200 de la Figura 3A, de acuerdo con una modalidad ilustrativa. Las modalidades de las Figuras 3A a 3B ilustran ciertos aspectos de la segunda opción (es decir, el método de soldadura fuerte de la estructura) descrito anteriormente, en donde la estructura de metal intermedia 308 se puede soldar primero sobre el sustrato cerámico 202, y soldar después sobre la carcasa de metal principal 204. En ciertas modalidades, esta opción puede reducir el esfuerzo residual interno entre el sustrato cerámico 202 y la carcasa de metal 204 durante la soldadura fuerte. En algunas modalidades, la estructura intermedia 308 se puede fabricar del mismo tipo de material como la carcasa de metal 204. En algunas modalidades, la soldadura se puede llevar a cabo usando la soldadura láser.
En algunas modalidades, el método de soldadura fuerte de la estructura puede usar la soldadura para conectar el sustrato 202 a la carcasa 204. En algunas modalidades, el método de soldadura fuerte de la estructura puede ser más costoso que la parte comparativa hecha por el método de soldadura fuerte; sin embargo, el sustrato 202 en cuestión de agrietamiento se puede controlar mejor usando el método de soldadura fuerte de la estructura.
La Figura 4A ilustra una vista superior despiezada de un subensamble de MCM 200 soldado con los postes soldados sobre una carcasa de metal 204, de acuerdo con una modalidad ilustrativa. La Figura 4B ilustra una vista enfocada del sustrato 202 y los postes 410 del subensamble de MCM 200 de la Figura 4A, de acuerdo con una modalidad ilustrativa. La Figura 4C ilustra una vista enfocada de un área de soldadura 412 para los postes 410 del subensamble de MCM 200 de la Figura 4 A, de acuerdo con una modalidad ilustrativa.
Como se muestra en las Figuras 4A a 4C, para minimizar el área y esfuerzo de contacto entre los sustratos cerámicos 202 y la parte de metal soldada, los postes de metal 410 se pueden soldar sobre el sustrato cerámico 202. En algunas modalidades, los postes de metal 410 se pueden soldar al sustrato 202 en las cuatro esquinas, y/o en el medio de los lados largos. En algunas modalidades, estos postes 410 se pueden soldar sobre la carcasa 204 con las áreas de soldadura 412 (por ejemplo, los agujeros) para acomodar estos postes 410, como se muestra en la Figura 4C. En algunas modalidades, el sustrato 202 puede estar flotando en la carcasa de metal 204 con los postes 410 conectados a la carcasa 204, que está en contraste con los métodos de soldadura fuerte y soldadura fuerte de la estructura descritos anteriormente - que puede implicar unir largos sustratos de HTCC u otros sustratos 202 sobre la carcasa de metal 204 creando de ese modo la posibilidad de que se deforme el sustrato 202. En el método de soldadura fuerte del poste, la posibilidad de que se deforme el sustrato 202 se puede disminuir minimizando las áreas soldadas y dejar que el sustrato 202 flote en la carcasa 204, es decir, se aplica el esfuerzo mínimo al sustrato 202 en esta configuración. En algunas modalidades, sin embargo, la soldadura fuerte del poste puede necesitar elementos delicados para sostener los postes 410 durante el proceso de soldadura fuerte y recipientes para manejar el sustrato 202 con los postes 410.
Aspecto 2: Disipador de calor para la potencia del medio. En algunas modalidades, los disipadores de calor 518 se pueden incorporar en las MCM para disipar el calor del medio a los dispositivos o partición de alta potencia 516. Los disipadores de calor 518 se puede adicionar en las MCM que contienen el acoplamiento del componente activo de doble cara descrito anteriormente así como en las MCM que no contienen tal acoplamiento.
La Figura 5A ilustra un esquema de un sustrato 202 para un subensamble de MCM 200 que tiene una abertura 514 para una partición de alta potencia 516, de acuerdo con una modalidad ilustrativa. La Figura 5B ilustra un esquema del lateral delantero del sustrato 202 de la Figura 5B colocado en una carcasa de metal 204, de acuerdo con una modalidad ilustrativa. La Figura 5C ilustra un esquema del lateral posterior del sustrato 202 de la Figura 5A colocado en una carcasa de metal 204 y que tiene un disipador de calor 518, de acuerdo con una modalidad ilustrativa. La Figura 5D ilustra un esquema de la vista lateral del sustrato 202 de la Figura 5A, colocado en la carcasa de metal 204 que tiene el disipador de calor 518, de acuerdo con una modalidad ilustrativa.
Como se muestra en las Figuras 5A a 5D, la HTCC u otro sustrato 202 tiene una abertura 514 para montar el medio al dispositivo o módulo parcial de alta potencia. En algunas modalidades, el sustrato 202 no tiene alta conductividad térmica, y los componentes de baja potencia se pueden montar en el mismo, mientras que los dispositivos/componentes con disipación/consumo de media a alta potencia se pueden montar ya sea directamente sobre el disipador de calor 518 o sobre un sustrato pequeño (no mostrado) con alta conductividad térmica (hecho de BeO, AIN, u otros tipos de materiales que se pueden reconocer por el experto en la materia que tiene el beneficio de la presente descripción) y se pueden montar después sobre el disipador de calor 518. En el lateral de la carcasa 204, el sustrato 202 se puede unir sobre la carcasa de metal 204 usando una de las tres opciones como las descritas anteriormente. La carcasa 204 puede tener dos aberturas, como se muestra en la Figura 5C: una primera abertura para el disipador de calor 518 y una segunda abertura para el lateral posterior del sustrato 202. El disipador de calor 518 se puede soldar sobre la carcasa de metal 204 como se muestra en la Figura 5B. La parte de baja potencia del módulo puede ser de doble cara con una ventana abierta en la carcasa 204 como se demuestra en la Figura 5C.
Aspecto 3: Apilamiento de matriz en 3D. Para aumentar aún más la densidad de empaque vertical, se puede usar el apilamiento de matriz para embalar múltiples matrices en la parte superior una con respecto a otra. Para aplicaciones de alta temperatura y/o alta presión, puede necesitarse que se usen nuevos materiales y procesos para hacer esta tecnología compatible con el entorno severo. Se muestran varias estructuras y métodos ilustrativos de apilamiento de matriz en 3D en las Figuras 6 a 10B. Son posibles además otras estructuras y métodos consecuentes con la presente descripción.
La Figura 6 ¡lustra un esquema de un subensamble de MCM 200 con las matrices apiladas 620 y los separadores 622, de acuerdo con una modalidad ilustrativa. Como se muestra en la Figura 6, el apilamiento de matriz se puede llevar a cabo en algunas modalidades con las matrices 620 de sustancialmente el mismo tamaño apilado con los separadores 622. En algunas modalidades, las matrices 620 se pueden unir a los separadores 622 usando el epoxi 624A. Las matrices 620 se pueden conectar a una almohadilla de enlace 628 en el sustrato 202 a través de alambres de enlace 626, que pueden conectar las matrices 620 con el sustrato 202.
Estas matrices ilustrativas 620 se pueden usar para formar registros de memoria donde se pueden apilar múltiples matrices de memoria flash 620 del mismo tipo, y las matrices 620 de la misma pila pueden compartir el mismo bus de dirección y bus de datos. Las matrices apiladas 620 en el mismo arreglo pueden compartir alguna o la mayoría de las almohadillas de enlace 628 en el sustrato 202, y por lo tanto se puede reducir en consecuencia el área de presión para las matrices 620. En algunas modalidades, los separadores 622 se pueden usar para crear espacio para los bucles de alambres de enlace 626.
La Figura 7A ilustra un esquema de la vista lateral de un subensamble de MCM 200 con las matrices apiladas 620 sin los separadores 622, de acuerdo con una modalidad ilustrativa. La Figura 7B ilustra un esquema de la vista superior del subensamble de MCM 200 de la Figura 7A, de acuerdo con una modalidad ilustrativa. Como se muestra en las Figuras 7A a 7B, se puede alcanzar el apilamiento de matriz con las matrices del mismo tamaño 620 apiladas sin los separadores 622. En algunas modalidades, se puede alcanzar el apilamiento de matrices del mismo tamaño 620 en la parte superior una con respecto a otra usando generalmente las matrices de forma rectangular 620, y alternando la orientación entre cada matriz 620. Por ejemplo, como se muestra en las Figuras 7A a 7B, las matrices 620 se pueden orientar alternativamente en una dirección x y una dirección y. Como se muestra además, particularmente en la Figura 7B, cada matriz 620 puede tener una almohadilla de enlace 628 y los correspondientes alambres de enlace 626 a lo largo del lado más corto de la matriz de forma generalmente rectangular 620.
En algunas modalidades, después que una primera matriz 620 se acopla a un sustrato 202 y se conecta al circuito usando los alambres de enlace 626, la segunda matriz 620 se acopla sobre la primera matriz 620 con 90-grados de rotación con respecto a la primera matriz 620 usando el epoxi no conductor 624C. La segunda matriz 620 se conecta entonces al sustrato 202 con los alambres de enlace 626. Cada matriz 620 por sí misma puede servir como un separador entre las matrices 620 en las pilas vecinas. Esta configuración puede eliminar el uso de separadores adicionales 622, y por lo tanto puede aumentar la densidad vertical del subensamble de MCM 200 en aproximadamente un cincuenta por ciento en comparación con la modalidad ¡lustrada en la Figura 6. En algunas modalidades, se puede compensar la densidad vertical más alta por el área de almohadilla de enlace del sustrato adicional 202 para acomodar los alambres de enlace 626 en la otra orientación. En algunas modalidades, tales como donde se puede limitar la densidad de empaque por la altura total de la pila, usando una modalidad similar a la de las Figuras 7A a 7B se puede alcanzar la densidad de empaque total mayor que en la modalidad de la Figura 6.
La Figura 8A ilustra un esquema de la vista lateral de un subensamble de MCM 200 con las matrices apiladas 620A-B de diferentes tamaños y los separadores 622, de acuerdo con una modalidad ilustrativa. La Figura 8B ilustra un esquema de la vista lateral de un subensamble de MCM 200 con las matrices apiladas 620A-B de diferentes tamaños y los separadores 622 con un epoxi conductor 624D, de acuerdo con una modalidad ilustrativa. La Figura 8C ilustra un esquema de la vista superior del subensamble de MCM 200 de la Figura 8B, de acuerdo con una modalidad ilustrativa. Como se muestra en las Figuras 8A a 8C, en las modalidades ilustrativas, el apilamiento de matriz puede utilizar matrices 620A-B con diferentes tamaños.
En ciertas modalidades ilustrativas, como se muestra en las Figuras 8A a 8C, se puede usar un separador de alambre enlazable 622 en medio de las dos matrices 620A-B como una etapa intermedia para conectar la matriz pequeña 620A-B con el sustrato 202. Si una matriz superior 620B (es decir, una que no sea la matriz más inferior 620A) no tiene una conexión lateral posterior, puede ser deseable para la matriz 620B que se monte en el separador 622 con el epoxi no conductor 624C, como se ilustra en la Figura 8A. En algunas modalidades, si la matriz superior 620B tiene una conexión lateral posterior, puede ser deseable entonces para la matriz 620B que se monte en el separador 622 con el epoxi conductor 624D, como se muestra en la Figura 8B. En las modalidades ilustrativas, la almohadilla de montaje de matriz 830 en el separador 622 puede ser chapado en oro y el alambre unido al sustrato 202. En algunas modalidades, la almohadilla dorada y el enlace de alambre pueden conectarse al lateral posterior de las matrices 620 al sustrato 202.
La Figura 9A ilustra un esquema de la vista lateral de un subensamble de MCM 200 con las matrices apiladas 620A-B de diferentes tamaños, de acuerdo con una modalidad ilustrativa. La Figura 9B ilustra una vista superior del subensamble de MCM 200 de la Figura 9A, de acuerdo con una modalidad ilustrativa. El subensamble de MCM 200 de las Figuras 9A a 9B es similar al del subensamble de MCM 200 de las Figuras 8A a 8C, excepto que no están incluidos los separadores 622. En ciertas modalidades, tales como donde las matrices 620A-B están más cerca en tamaño una con respecto a otra, puede o no ser útil un separador 622 y se puede omitir por lo tanto. Como se muestra en las Figuras 9A a 9B, la matriz superior 620B se monta directamente sobre la matriz inferior 620A con el epoxi no conductor 624C. Son posibles otros arreglos adecuados consecuentes con estos conceptos.
La Figura 10A ilustra un esquema de la vista lateral de un subensamble de MCM 200 con las matrices 620 que tiene una configuración lateral posterior, de acuerdo con una modalidad ilustrativa. La Figura 10B ilustra un esquema de la vista superior del subensamble de MCM 200 de la Figura 10A, de acuerdo con una modalidad ilustrativa. Como se muestra en las Figuras 10A-B, las matrices 620 se pueden apilar con la configuración lateral posterior tal como donde las matrices 620 tienen una conexión lateral posterior y son del mismo tamaño. En las modalidades ilustrativas, se pueden incluir un separador 622 que tiene un lateral superior 1032 metalizado (chapado en oro) y un lateral posterior no conductor 1034. El lateral inferior 1034 del separador 622 se puede acoplar al lateral superior de la matriz 620 con el epoxi no conductor 624C, mientras que al lateral superior 1032 del separador 622 se conecta al lateral posterior de la matriz 620 con el epoxi conductor 624D, como se muestra en las Figuras 10A y 10B. En algunas modalidades, puede ser deseable incluir el epoxi conductor 624D en el lateral posterior de la matriz 602 debido a la conexión en el mismo; por el contrario, puede ser deseable usar el epoxi no conductor en el lateral superior de la matriz 620 debido a los circuitos integrados en el mismo (no se muestran) los cuales no se deben cortocircuitar. El lateral superior del separador 622 puede ser el alambre unido al sustrato 202, que conecta el lateral posterior de la matriz 620 y a las almohadillas de enlace 628 al sustrato 202.
Aspecto 4: Probador de sustrato poblado 202. En algunas modalidades, para mejorar un rendimiento de primer paso (FPY) en el nivel de la MCM, el sustrato 202 una vez poblado se puede probar antes de que se suelde a la carcasa de MCM 204. Probar el sustrato 202 anteriormente a la soldadura del sustrato 202 a la carcasa 204 puede permitirse para que el sustrato 202 se repare o se recoloque más fácil, rápidamente, y/o más barato. Las almohadillas de sustrato dedicadas accesibles por los pasadores tipo pogo, sondas móviles, u otras herramientas comunes para probar la placa que se pueden reconocer por el experto en la materia que tiene el beneficio de la presente descripción, se pueden diseñar para facilitar la prueba - por ejemplo, la exploración de límites (BSCAN) prueba la continuidad eléctrica del módulo para garantizar que las conexiones se hacen correctamente y/o la prueba de funcionamiento.
La Figura 11 ilustra un esquema de un procedimiento probador de sustrato 202, de acuerdo con una modalidad ilustrativa. En algunas modalidades, las matrices 620 se puede probar capa 1136, 1137 por capa 1136, 1137 para facilitar la reparación como se muestra en la Figura 11. En algunas modalidades, la primera capa lateral superior 1136A de cada pila superior 1139 se puede probar, así como la primera capa lateral inferior 1137A de cada pila inferior 1141. Posteriormente, si las capas pasan las pruebas, las segundas capas 1136B, 1137B, las terceras capas 1136C, 1137C, y las cuartas capas 36D, 37D se pueden colocar en la parte superior y probar. Basado en el FPY, estas etapas se pudieran eliminar para reducir el tiempo/coste especialmente si se usan las bien conocidas matrices 620. En algunas modalidades, si se localiza una matriz mala 620, entonces la pila (por ejemplo, la pila superior 1139 o la pila inferior 1141 donde se localiza la matriz mala 620) se elimina y se comienza de nuevo.
La Figura 12A ilustra un esquema de la vista lateral de un subensamble de MCM 200 con una estructura intermedia 308, de acuerdo con una modalidad ilustrativa. La Figura 12B ilustra un esquema de la vista lateral de un subensamble de MCM 200 con un poste intermedio, de acuerdo con una modalidad ilustrativa. La Figura 12C ¡lustra un esquema de la vista lateral de un subensamble de MCM 200 con un poste intermedio y un disipador de calor 518, de acuerdo con una modalidad ilustrativa.
Como se muestra en la Figura 12A, un subensamble de MCM 200 puede incluir un sustrato de HTCC (u otro material adecuado) 202, con las matrices 620 y los componentes pasivos acoplados al mismo. Las matrices apiladas 620 se pueden separar por los separadores 622 con el epoxi 624A para pegarlos juntos. Las matrices 620 se pueden conectar al sustrato 202 a través de alambres de enlace 626. Una estructura intermedia 308 se puede usar para conectar el sustrato 202 a la carcasa 204. Las matrices 620 y los componentes en el lateral inferior del sustrato 202 puede tener la matriz 620 acoplada al epoxi 624B y los enlaces de alambre para conectarse con el sustrato 202. Adicionalmente, el empaque puede incluir un conector 1240 y los alambres de enlace 1238 que conectan el sustrato 202 al conector 1248 para interactuar con otros módulos exteriores. En las modalidades ilustrativas, un alambre de matriz 1244 se puede conectar a una matriz lateral inferior 620 con el sustrato 202. La matriz lateral inferior 620 se localiza en el lateral posterior del sustrato 202 y se puede conectar al circuito integrado del sustrato 202 a través del alambre de matriz 1244.
La modalidad mostrada en la Figura 12B es similar a la modalidad de la Figura12A, pero en donde se usan los postes intermedios 410 descritos anteriormente en lugar de una estructura intermedia 308. La Figura 12C es similar igualmente a la Figura 12B, pero representa adicionalmente un disipador de calor ilustrativo 518 con un dispositivo/componente con el medio para el consumo/disipación de alta potencia montado sobre un sustrato pequeño 202 con alta conductividad térmica y se puede montar después sobre el disipador de calor 518, como se describió anteriormente con referencia a la Figura 5.
La Figura 13 ilustra un diagrama de flujo de las etapas de un proceso de ensamble ilustrativo para un empaque de ensamble de MCM, de acuerdo con una modalidad ilustrativa. En la etapa 1301 , se puede llevar a cabo una inspección visual del sustrato 202 para identificar alguna inconformidad del chapado del sustrato 202. Ejemplos de inconformidades que se pueden detectar incluyen la contaminación del chapado, los nodulos, las bombas, los vacíos, las manchas de trazas, y los similares. En la etapa 1302, se puede llevar a cabo la limpieza con disolvente de ambos lados del sustrato 202, y después se puede hornear el sustrato 202. En las modalidades ilustrativas, se puede hornear el sustrato 202 entre 10-20 minutos a una temperatura entre 120 y 180 grados centígrados. En las etapas 1303 y 1304, las matrices activas 620 y los componentes pasivos se pueden unir con pegamento conductor o pegamento no conductor a los sustratos 202 lateral delantero y lateral posterior, respectivamente. Los pegamentos (u otros epoxis) se pueden secar también durante estas etapas. En la etapa 1305, se puede llevar a cabo la limpieza de plasma (con argón o cualquier otro material adecuado tal como oxígeno). En las etapas 1306 y 1307, se puede llevar a cabo el enlace de alambre de los laterales posterior y delantero, que incluyen los alambres de cierre.
En la etapa 1308, se puede hacer el ensamble de matriz apilado para ambos lados del sustrato 202. Esta etapa se puede dividir además en cuatro subetapas, como se muestra en la Figura 13. En la etapa 1308A, se puede unir el separador 622 y se puede secar el correspondiente epoxi 624A-D. En la etapa 1308B, se puede unir la matriz 620 y se puede secar el correspondiente epoxi 624A-D. En la etapa 1308C, la matriz 620 puede ser un alambre unido. En la etapa 1308D, se puede llevar a cabo una prueba de nivel de sustrato 202 de una capa de las matrices 620. Si es necesario (por ejemplo, si la prueba se falla), entonces la revisión de la capa de matriz puede comenzar de nuevo en la etapa 1308A. De otra manera, puede reiniciarse la etapa 1308A para la siguiente capa de matriz.
En la etapa 1309, se pueden llevar a cabo las pruebas de nivel de sustrato y la exploración. En la etapa 1310, se pueden soldar los postes 410 a la carcasa 204 (es decir, en una modalidad donde se usan los postes 410 con la soldadura fuerte). En la etapa 1311 , los conectores son alambres unidos al sustrato 202. En la etapa 1312, se lleva a cabo una prueba de presello. En la etapa 1313, se sellan las tapas superior e inferior 1242. Finalmente, en la etapa 1314, se lleva a cabo la prueba final.
Los métodos y etapas ilustrativos descritos en las modalidades presentadas anteriormente son ilustrativos, y, en las modalidades alternativas, se pueden llevar a cabo ciertas etapas en un orden diferente, en paralelo una con respecto a otra, omitirse por completo, y/o combinarse entre los diferentes métodos ilustrativos, y/o se pueden llevar a cabo ciertas etapas adicionales, sin apartarse del alcance y el espíritu de la descripción. En consecuencia, tales modalidades alternativas se incluyen en la descripción descrita en la presente.
Aunque las modalidades particulares de la descripción se han descrito en detalle, la descripción es simplemente para propósitos de ilustración. Varias modificaciones de, y etapas equivalentes correspondientes a, los aspectos descritos de las modalidades ilustrativas, además de los descritos anteriormente, se pueden hacer por los expertos en la materia sin apartarse del alcance y el espíritu de la descripción que se define en las reivindicaciones siguientes, el alcance de las cuales está de acuerdo con la interpretación más amplia para abarcar tales modificaciones y estructuras equivalentes.

Claims (20)

REIVINDICACIONES:
1 . Un empaque de módulo multlchip de alta temperatura que comprende: un sustrato cerámico que tiene dos lados con los componentes activos en ambos lados; y una carcasa acoplada a un sustrato cerámico mediante la soldadura fuerte.
2. El empaque de módulo multichip de alta temperatura de la reivindicación 1 , en donde el sustrato cerámico se suelda directamente a la carcasa.
3. El empaque de módulo multichip de alta temperatura de la reivindicación 1 , en donde el sustrato cerámico se suelda a una estructura de metal, la estructura de metal que se suelda a la carcasa.
4. El empaque de módulo multichip de alta temperatura de la reivindicación 1 , en donde el sustrato cerámico se suelda a al menos un poste de metal, el al menos un poste de metal que se suelda a la carcasa.
5. El empaque de módulo multichip de alta temperatura de la reivindicación 1 , que comprende además un disipador de calor acoplado a la carcasa.
6. El empaque de módulo multichip de alta temperatura de la reivindicación 5, en donde el disipador de calor se suelda a la carcasa de metal.
7. El empaque de módulo multichip de alta temperatura de la reivindicación 5, que comprende además al menos un módulo de consumo de energía dispuesto en el disipador de calor.
8. El empaque de módulo multichip de alta temperatura de la reivindicación 7, en donde el al menos un módulo de consumo de energía se monta directamente en el disipador de calor.
9, El empaque de módulo multichip de alta temperatura de la reivindicación 7, en donde el al menos un módulo de consumo de energía se monta en un segundo sustrato, el segundo sustrato que comprende al menos uno de BeO y A1 N, el segundo sustrato que se monta sobre el disipador de calor.
10. El empaque de módulo multichip de alta temperatura de la reivindicación 1 , que comprende además un conjunto de matrices verticalmente apiladas montadas en el sustrato.
1 1. El empaque de módulo multichip de alta temperatura de la reivindicación 10, en donde el conjunto de matrices verticalmente apiladas comprende una pluralidad de matrices de tamaño sustancialmente idéntico.
12. El empaque de módulo multichip de alta temperatura de la reivindicación 1 1 , que comprende además los separadores dispuestos entre las matrices verticalmente apiladas.
13. El empaque de módulo multichip de alta temperatura de la reivindicación 10, en donde las matrices se conectan con una conexión lateral posterior.
14. El empaque de módulo multichip de alta temperatura de la reivindicación 10, en donde el conjunto de matrices verticalmente apiladas comprende una matriz de tamaño más pequeño montada en la parte superior de una matriz de tamaño más grande.
15. Un método para fabricar un empaque de módulo multichip de alta temperatura que comprende: proporcionar un sustrato cerámico que tiene dos lados con los componentes activos en ambos lados; y unir una carcasa al sustrato cerámico mediante la soldadura fuerte.
16. El método de la reivindicación 15, en donde la soldadura fuerte comprende al menos uno de: soldar el sustrato cerámico directamente sobre la carcasa; soldar el sustrato cerámico sobre una estructura de metal y soldar la estructura a la carcasa; y soldar el sustrato cerámico sobre un poste de metal y soldar el poste a la carcasa.
17. El método de la reivindicación 16, que comprende además unir un disipador de calor a la carcasa.
18. El método de la reivindicación 17, que comprende además apilar verticalmente las matrices en el sustrato.
19. El método de la reivindicación 18, que comprende además probar las matrices sobre una base de capa por capa.
20. Un empaque de módulo multichip de alta temperatura que comprende: un sustrato cerámico que tiene dos lados con los componentes activos en ambos lados; una carcasa acoplada a un sustrato cerámico mediante la soldadura fuerte; un disipador de calor acoplado a la carcasa; y un módulo de consumo de energía dispuesto en el disipador de calor.
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