RU190135U1

RU190135U1 - MULTI CRYSTAL MEMORY MODULE

Info

Publication number: RU190135U1
Application number: RU2019111306U
Authority: RU
Inventors: Сергей Михайлович Кручинин; Денис Васильевич Вертянов
Priority date: 2019-04-16
Filing date: 2019-04-16
Publication date: 2019-06-21

Abstract

Использование: для производства как многокристальных модулей, так и компонентов и изделий уровня «система в корпусе» на основе гибких плат. Сущность полезной модели заключается в том, что многокристальный модуль памяти, представляющий пространственную сборку уровней с бескорпусными микросхемами на полимерных основаниях, защищенных компаундом, при этом межуровневая коммутация включает припойные микробампы в отверстиях компаунда, расположенные по периферии модуля, полимерное основание выполнено гибким или гибко-жестким, а уровни с бескорпусными микросхемами расположены друг над другом, создавая вертикальную коммутацию. Технический результат: обеспечение возможности уменьшения массогабаритных показателей конструкции, повышения надежности и расширения функциональных возможностей. 3 ил.Use: for the production of both multichip modules and components and products of the “system in case” level on the basis of flexible boards. The essence of the utility model lies in the fact that a multichip memory module representing a spatial assembly of levels with unpackaged microcircuits on polymer bases protected by a compound, while inter-level switching includes solder micro bulbs in the compound holes located along the periphery of the module, the polymer base is flexible or flexible , and the levels with unpackaged microcircuits are located one above the other, creating a vertical commutation. Technical result: providing the possibility of reducing the weight and dimensions of the design, improving reliability and expanding functionality. 3 il.

Description

Полезная модель относится к области изготовления микроэлектронных устройств и может быть использована для производства многокристальных модулей, микросборок и компонентов систем в корпусе на основе гибких печатных плат со встроенным монтажом компонентов.The invention relates to the manufacture of microelectronic devices and can be used for the production of multichip modules, microassemblies and system components in a housing based on flexible printed circuit boards with integrated component assembly.

Известен многокристальный модуль, представляющий собой конструкцию из пакетов корпусов с интегральными схемами памяти, установленными на основании [1]. На основании установлен набор микроплат и крышка, образующие в сборе с основанием герметичный корпус, при этом на внутренних поверхностях крышки и основания установлены соответственно коммутационная плата и процессор, связанные с микроплатами корпуса проволочными соединениями, а на наружной поверхности основания выполнены внешние выводы, электрически соединенные с крышкой и микроплатами посредством коммутационной платы и сквозных токопроводящих каналов. Недостатками данного многокристального модуля являются огромное количество сварных соединений, что ухудшает электрические параметры конструкции. Из-за большого количества микроплат увеличиваются массогабаритные показатели. А отсутствие дополнительных теплопроводящих материалов, таких как компаунды, прокладки, металлизация сквозными каналами и пр., ставят под сомнение эффективный теплоотвод при наличии такой плотности микросхем.Known multichip module, which is a design of packages of packages with integrated circuits of memory, installed on the base [1]. On the base there is a set of microboards and a lid, forming a sealed case assembled with the base, while on the inner surfaces of the lid and base there are respectively a switching board and a processor connected to the microplates of the housing with wire connections, and external leads electrically connected to the outer surface of the base a cover and microboards by means of a switching payment and through conducting channels. The disadvantages of this multichip module are a huge number of welded joints, which impairs the electrical parameters of the design. Due to the large number of microboards, mass and weight indicators increase. And the absence of additional heat-conducting materials, such as compounds, gaskets, metallization through channels, etc., calls into question the effective heat sink in the presence of such a density of microcircuits.

Известен многокристальный модуль, выполненный в 3D исполнении и представляющий собой пакет кристаллодержателей и микроплат, которые соединены между собой диффузионной сваркой [2]. Такая микроэлектронная сборка содержит пакет кристаллодержателей и микроплат, на наружную поверхность которого нанесено защитное покрытие на основе полипараксилилена, с конструктивным исполнением, приспособленным для размещения в пакете кристаллодержателей электронных компонентов, внутренних и внешних выводов, отличающийся тем, что зоны размещения внешних выводов выполнены свободными от защитного покрытия, при этом ширина каждой зоны равна величине шага выводов увеличенной на 2 мм и расположенной симметрично относительно продольной оси выводов. Недостатками полученного многокристального модуля можно выделить наличие проволочного монтажа микросхем, что ухудшает электрические показатели и снижает надежность конструкции. А наличие одного защитного слоя не дает гарантии по сроку службы и хорошей теплопроводности, из-за плотной компоновки микроплат между собой. Помимо этого, полипараксилилен неустойчив к ультрафиолету, что усложняет производственный и транспортировочный процесс.Known multichip module, made in 3D and represents a package of crystal carriers and microplates, which are interconnected by diffusion welding [2]. Such a microelectronic assembly contains a package of crystal holders and microboards, on the outer surface of which a protective coating based on polyparaxilylene is applied, with a design adapted to accommodate electronic components of the internal and external terminals in the package of crystal holders, characterized in that the external terminal placement areas are made free of protective the width of each zone is equal to the pitch of the pins increased by 2 mm and located symmetrically relative to the longitudinal oh pin axis. The disadvantages of the obtained multichip module can be identified the presence of wire mounting chips, which affects the electrical performance and reduces the reliability of the design. And the presence of a single protective layer does not guarantee the service life and good thermal conductivity, due to the dense layout of the microboards among themselves. In addition, polyparaxilylene is unstable to ultraviolet, which complicates the manufacturing and transportation process.

Известен также трехмерный многокристальный модуль на гибкой плате, выполненный по «методу свертки», включающий формирование боковых выступов на гибком носителе со смонтированными на них микросхемами, и двумя монтажными выступами с контактными площадками для дальнейшего монтажа многокристального модуля памяти на основную печатную плату [3]. Данное изобретение выбрано в качестве прототипа предложенного решения создания трехмерных изделий микроэлектронной техники на гибком основании. Трехмерную сборку модуля выполняют, последовательно укладывая и приклеивая клеем-герметиком боковые выступы с размещенными на них микросхемами на центральною часть гибкой платы соосно один над другим, и затем складывают центральную часть гибкой платы, совмещая стороны микросхем без перекосов частей модуля относительно друг друга, причем монтажные выступы гибкой платы расположены в основании трехмерного многокристального модуля с двух противоположных краев. Недостатками данного решения являются, во-первых, ограниченное количество микросхем памяти гибкого многокристального модуля, а именно не более 4. Во-вторых, формирование на плате соединений с длинной протяженностью электрических путей между монтажными участками для микросхем снизит энергоэффективность будущего изделия, из-за более длительного прохождения сигнала между бескорпусными микросхемами. Помимо этого, за счет большой длины проводников между контактами микросхем будут появляться дополнительные емкости и сопротивления на участках гибкой платы, что может привести к дополнительным потерям напряжения.Also known is a three-dimensional multichip module on a flexible board made according to the “convolution method”, which includes the formation of lateral protrusions on a flexible carrier with microcircuits mounted on them, and two mounting protrusions with contact pads for further mounting a multi-chip memory module on the main printed circuit board [3]. This invention is chosen as a prototype of the proposed solution for creating three-dimensional products of microelectronic technology on a flexible basis. The three-dimensional assembly of the module is performed by sequentially laying and gluing the glue-sealant to the side projections with the microchips placed on them on the central part of the flexible board coaxially one above the other, and then folding the central part of the flexible board, aligning the sides of the module relative to each other, and mounting the protrusions of the flexible circuit are located at the base of a three-dimensional multichip module with two opposite edges. The disadvantages of this solution are, firstly, the limited number of memory chips of a flexible multichip module, namely not more than 4. Secondly, the formation of connections on the board with a long length of electrical paths between the mounting sections for the chips will reduce the energy efficiency of the future product, due to long signal passage between unpackaged microcircuits. In addition, due to the large length of the conductors between the contacts of the microcircuits, additional capacitances and resistances will appear in the sections of the flexible circuit, which can lead to additional voltage losses.

Задача полезной модели заключается в уменьшении массогабаритных показателей, повышении надежности и функциональных возможностей многокристальных модулей, микросборок и компонентов систем в корпусе на основе гибких печатных плат со встроенным монтажом компонентов.The task of the utility model is to reduce the mass and size parameters, increase the reliability and functionality of multi-chip modules, micro assemblies and system components in a case based on flexible printed circuit boards with built-in component installation.

Решение поставленной задачи достигается тем, что трехмерный многокристальный модуль памяти выполняется на гибком полимерном носителе, в основание которого установлены бескорпусные микросхемы памяти по технологии беспаечного и бессварочного монтажа. Межуровневая коммутация осуществляется посредством микробампов, находящихся по краям модуля вокруг модулей с бескорпусными микросхемами. Сами же модули покрыты кремнийорганическим компаундом для придания большей стойкости к прочностным и климатическим воздействиям. Данное решение позволяет создавать многоуровневые многокристальные модули памяти и 3D микросборки, где параметры по надежности, функциональности и массогабаритным показателям превышают возможности прототипа. Так как в конструкции контакт между бескорпусной микросхемой и платой-носителем формируется напрямую (без проволочного монтажа) посредством прямой металлизации к вскрытым контактным площадкам бескорпусных микросхем, то скорость сигналов увеличивается, за счет более коротких длин проводников. Пространственная сборка не ограничивается только четырьмя бескорпусными микросхемами памяти, а имеет возможность устанавливать в разы больше при меньших габаритных показателях, что дает еще одно преимущество перед прототипом.The solution of this problem is achieved by the fact that the three-dimensional multichip memory module is performed on a flexible polymer carrier, the base of which is equipped with unpackaged memory chips based on the technology of solderless and non-welded mounting. Inter-level switching is carried out by means of micro-bulbs located on the edges of the module around the modules with unpackaged microcircuits. The modules themselves are coated with a silicone compound to provide greater resistance to stress and climatic effects. This solution allows you to create multi-level multichip memory modules and 3D microassemblies, where the parameters in terms of reliability, functionality and mass-dimensional parameters exceed the capabilities of the prototype. Since in the design the contact between the coreless chip and the carrier board is formed directly (without wire mounting) by means of direct metallization to the exposed contact pads of the frameless chips, the speed of the signals increases due to shorter conductor lengths. Spatial assembly is not limited to only four internal memory chips, but has the ability to install many times more with smaller overall performance, which gives another advantage over the prototype.

На фиг. 1 показана конструкция 3D многокристального модуля памяти в негерметизированном состоянии (а), и в разрезе (б), выполненного по пространственной сборке, где 1 - полимерная пленка; 2 - бескорпусной бескорпусная микросхема; 3 - кремнийорганический компаунд; 4 - слой коммутации; 5 - микробампы. На фиг. 2 и 3 изображена конструкция, с расположением четырех модулей на одном гибком полимерном основании. При максимальной плотности упаковки бескорпусных микросхем и минимальных массогабаритных характеристиках распределение мощности, выдаваемой от микросхем, и тепла, выделяемого от проводников рисунка коммутации и микробампов, равномерное по всей конструкции 3D многокристального модуля памяти. Крупные выходные контактные площадки модуля памяти расположены по периферии со всех сторон основания для проверки электрического контакта с помощью зондов или щупов и для дальнейшего монтажа уровней. Размер контактных площадок подбирается в зависимости от вида припойных шариков и условий их монтажа.FIG. 1 shows the construction of a 3D multichip memory module in the unpressurized state (a), and in section (b), made in spatial assembly, where 1 is a polymer film; 2 - internal packageless microcircuit; 3 - silicone compound; 4 - switching layer; 5 - micro bulbs. FIG. Figures 2 and 3 show the construction, with the arrangement of four modules on one flexible polymer base. With a maximum packing density of unpackaged microcircuits and minimal weight and size characteristics, the distribution of power outputted from the microcircuits and the heat generated from the commutators of the switching pattern and microcamps is uniform throughout the design of the 3D multi-chip memory module. Large output contact pads of the memory module are located on the periphery on all sides of the base for checking electrical contact using probes or probes and for further level mounting. The size of the pads is selected depending on the type of solder balls and the conditions of their installation.

В процессе изготовления многокристального модуля памяти, в первую очередь, бескорпусные микросхемы устанавливаются по технологии внутреннего монтажа на полимерный материал, которым выступает связка полиимидных лаков, затем вся заготовка герметизируется кремнийорганическим компаундом, вскрываются отверстия к контактным площадкам микросхем и формируется необходимое количество слоев металлизации и диэлектрика, далее монтируются припойные шарики. Впоследствии из заготовки вырезают готовые модули и устанавливаются на одну общую гибкую печатную плату, на которой по периметру по краям находятся контактные площадки для 3D интеграции. Полученную конструкцию можно назвать уровнем. Последующие уровни устанавливаются друг на друга и монтируются через припойные шарики, тем самым образуя пространственную сборку. Полимерное основание многокристального модуля может быть выполнено как в гибком исполнении, так и в гибко-жестком. Пространство между уровнями заполняется компаундом для создания эффективного теплоотвода и монолитной конструкции, что придаст также дополнительную прочность.In the process of manufacturing a multichip memory module, first of all, unpackaged microcircuits are installed according to the internal installation technology on a polymer material, which is a bundle of polyimide varnishes, then the whole billet is sealed with a silicon compound, the holes are opened to the contact pads of the microcircuits and the required number of metallization layers and dielectric is formed, Further solder balls are mounted. Subsequently, finished modules are cut out from the blank and installed on one common flexible printed circuit board, on which along the perimeter along the edges there are contact pads for 3D integration. The resulting construction can be called level. Subsequent levels are set on each other and mounted through solder balls, thereby forming a spatial assembly. The polymer base of a multichip module can be made both in a flexible version and in a flexible-rigid one. The space between the levels is filled with a compound to create an effective heat dissipation and a monolithic structure, which will also give additional strength.

У многокристальных модулей, микросборок, изделий на основе гибких печатных плат со встроенным монтажом компонентов есть хорошие перспективы. Особенно это касается возможности массового производства изделий, таких как встраиваемые модули памяти для GPS/ГЛОНАСС - приемников, вычислительных модулей, радиоэлектронных узлов авиационной и автомобильной аппаратуры.Multichip modules, microassemblies, products based on flexible printed circuit boards with integrated component assembly have good prospects. Especially it concerns the possibility of mass production of products, such as embedded memory modules for GPS / GLONASS - receivers, computing modules, radio-electronic units of aviation and automotive equipment.

Источники информации:Information sources:

1. Патент РФ №2463684.1. RF patent №2463684.

2. Патент РФ №156842.2. RF patent №156842.

3. Патент РФ №2657092 - прототип.3. RF patent №2657092 - prototype.

Claims

Multichip memory module, representing the spatial assembly levels unpackaged chips on polymeric substrates protected compound, characterized in that Interlevel switching comprises solder mikrobampy in holes compound located on the module periphery, the polymer base is flexible or flexurally rigid, and levels with unpackaged chips are located one above the other, creating a vertical commutation.