RU2222074C1 - Method for manufacturing hybrid electronic module - Google Patents

Method for manufacturing hybrid electronic module Download PDF

Info

Publication number
RU2222074C1
RU2222074C1 RU2002133754/28A RU2002133754A RU2222074C1 RU 2222074 C1 RU2222074 C1 RU 2222074C1 RU 2002133754/28 A RU2002133754/28 A RU 2002133754/28A RU 2002133754 A RU2002133754 A RU 2002133754A RU 2222074 C1 RU2222074 C1 RU 2222074C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
components
assembly
conductors
manufacturing
module according
Prior art date
Application number
RU2002133754/28A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2002133754A (en
Inventor
Ю.Д. Сасов
Original Assignee
Сасов Юрий Дмитриевич
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Сасов Юрий Дмитриевич filed Critical Сасов Юрий Дмитриевич
Priority to RU2002133754/28A priority Critical patent/RU2222074C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2222074C1 publication Critical patent/RU2222074C1/en
Publication of RU2002133754A publication Critical patent/RU2002133754A/en

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/02Bonding areas; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/04Structure, shape, material or disposition of the bonding areas prior to the connecting process
    • H01L2224/04105Bonding areas formed on an encapsulation of the semiconductor or solid-state body, e.g. bonding areas on chip-scale packages
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/18High density interconnect [HDI] connectors; Manufacturing methods related thereto
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/18High density interconnect [HDI] connectors; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/23Structure, shape, material or disposition of the high density interconnect connectors after the connecting process
    • H01L2224/24Structure, shape, material or disposition of the high density interconnect connectors after the connecting process of an individual high density interconnect connector
    • H01L2224/241Disposition
    • H01L2224/24135Connecting between different semiconductor or solid-state bodies, i.e. chip-to-chip
    • H01L2224/24137Connecting between different semiconductor or solid-state bodies, i.e. chip-to-chip the bodies being arranged next to each other, e.g. on a common substrate
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/18High density interconnect [HDI] connectors; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/23Structure, shape, material or disposition of the high density interconnect connectors after the connecting process
    • H01L2224/25Structure, shape, material or disposition of the high density interconnect connectors after the connecting process of a plurality of high density interconnect connectors
    • H01L2224/251Disposition
    • H01L2224/2518Disposition being disposed on at least two different sides of the body, e.g. dual array
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/26Layer connectors, e.g. plate connectors, solder or adhesive layers; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/31Structure, shape, material or disposition of the layer connectors after the connecting process
    • H01L2224/32Structure, shape, material or disposition of the layer connectors after the connecting process of an individual layer connector
    • H01L2224/321Disposition
    • H01L2224/32151Disposition the layer connector connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive
    • H01L2224/32221Disposition the layer connector connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked
    • H01L2224/32245Disposition the layer connector connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked the item being metallic
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/73Means for bonding being of different types provided for in two or more of groups H01L2224/10, H01L2224/18, H01L2224/26, H01L2224/34, H01L2224/42, H01L2224/50, H01L2224/63, H01L2224/71
    • H01L2224/732Location after the connecting process
    • H01L2224/73251Location after the connecting process on different surfaces
    • H01L2224/73267Layer and HDI connectors
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/93Batch processes
    • H01L2224/95Batch processes at chip-level, i.e. with connecting carried out on a plurality of singulated devices, i.e. on diced chips
    • H01L2224/96Batch processes at chip-level, i.e. with connecting carried out on a plurality of singulated devices, i.e. on diced chips the devices being encapsulated in a common layer, e.g. neo-wafer or pseudo-wafer, said common layer being separable into individual assemblies after connecting

Abstract

FIELD: assembling microelectronic equipment using three-dimensional chip components as source objects. SUBSTANCE: proposed method involves use of high-reliability and low-cost electronic components in assembling electronic equipment and limited manufacture of lacking components by commonly used technology. Use is made of high-reliability methods for interconnections as well as mechanization and automation of production processes employing standard process equipment. EFFECT: enhanced yield of modules using smaller chips at improved performance characteristics. 15 cl, 9 dwg

Description

Область техники
Данное изобретение относится к области технологии сборки микроэлектронной аппаратуры с применением в качестве исходных объектов объемных бескорпусных электронных компонентов, а конкретно - к способу изготовления гибридного электронного модуля.
Technical field
This invention relates to the field of assembly technology of microelectronic equipment using bulk electronic components as initial objects, and more particularly, to a method for manufacturing a hybrid electronic module.

Уровень техники
Из литературы хорошо известны варианты конструкций гибридных интегральных схем (см., например, "Конструирование и расчет больших гибридных интегральных схем, микросборок и аппаратуры на их основе" под ред. Б.Ф. Высоцкого, Москва, "Радио и связь", 1981 г.).
State of the art
Variants of hybrid integrated circuit designs are well known from the literature (see, for example, "Designing and Calculation of Large Hybrid Integrated Circuits, Microassemblies and Equipment Based on Them" edited by B. F. Vysotsky, Moscow, Radio and Communication, 1981 .).

Бескорпусные электронные компоненты размещаются и закрепляются механически на теплопроводной печатной плате. Контактирование с разводкой печатной платы производится приваркой проволочного вывода к контактной площадке электронного компонента с одной стороны и к контактной площадке печатной платы с другой стороны. Возможно также контактирование припайкой шариковых выводов, сформированных на электронном компоненте, непосредственно к контактным площадкам печатной платы. На печатной плате могут быть нанесены пассивные компоненты методами тонкопленочной или толстопленочной технологии. Межсоединения выполняются тонкопленочной технологией с применением методов фотолитографии. Вся сборка заключена в герметичный корпус с жесткими внешними выводами. Гибридная интегральная схема контролируется и тренируется после окончательной сборки и ремонту не подлежит. Unpacked electronic components are placed and mechanically mounted on a heat-conducting printed circuit board. Contacting with the PCB layout is done by welding the wire lead to the contact pad of the electronic component on the one hand and to the contact pad of the printed circuit board on the other hand. It is also possible to solder the ball leads formed on the electronic component directly to the pads of the printed circuit board. Passive components can be applied to a printed circuit board using thin-film or thick-film technology. Interconnects are performed by thin-film technology using photolithography methods. The entire assembly is enclosed in a sealed enclosure with rigid external leads. The hybrid integrated circuit is monitored and trained after final assembly and cannot be repaired.

Достоинством этой конструкции является сокращение объема электронной аппаратуры в несколько раз по сравнению с использованием корпусированных компонентов, смонтированных на обычных печатных платах. Недостатками являются низкая производительность и надежность из-за применения сварки и пайки для межсоединений, относительно низкая плотность упаковки, напряженный тепловой режим работы, применение нетренированных электронных компонентов. The advantage of this design is the reduction in the volume of electronic equipment by several times compared to the use of packaged components mounted on conventional printed circuit boards. The disadvantages are low productivity and reliability due to the use of welding and soldering for interconnects, relatively low packing density, intense thermal operation, the use of untrained electronic components.

Известна конструкция модуля памяти американской фирмы Cubic Memory, в которой исходным компонентом является слой, состоящий из четырех кристаллов динамической памяти. Этот слой скрайбирован из полупроводниковой пластины диаметром 8 дюймов, сошлифованной до толщины 0,2...0,3 мм. Каждый такой слой покрывается изоляционной пленкой полиимида, в которой вскрываются фотолитографией окна в местах контактных площадок кристаллов. На поверхность слоя наносятся проводники, соединяющие кристаллы между собой и формирующие внешние зоны контактирования каждого слоя. Возможно нанесение второй изоляционной пленки, вскрытие окон в ней и вторичное нанесение проводников, так как в схемах памяти необходимо соединить параллельно большое количество контактных площадок, находящихся в одной плоскости. Слои соединяются при помощи токопроводящего состава вертикальными объемными шинами, имеющими выход на нижний слой, образующий выходные контакты модуля, ориентированные на поверхностный монтаж модуля. В конструкции используются слои не только со всеми четырьмя годными кристаллами, но и с тремя. САПР обеспечивает все варианты разводки слоев при любом расположении годных кристаллов. Слои не подвергаются электротермотренировке, а контролируются на подогретом столике. The known design of the memory module of the American company Cubic Memory, in which the initial component is a layer consisting of four crystals of dynamic memory. This layer is scribed from a semiconductor wafer with a diameter of 8 inches, polished to a thickness of 0.2 ... 0.3 mm. Each such layer is covered with an insulating polyimide film, in which windows are opened by photolithography at the points of contact pads of the crystals. Conductors are applied to the surface of the layer, connecting the crystals with each other and forming the external contact zones of each layer. It is possible to apply a second insulating film, open windows in it and apply secondary conductors, since in memory circuits it is necessary to connect in parallel a large number of pads located in the same plane. The layers are connected using a conductive composition with vertical volumetric buses having access to the lower layer, forming the output contacts of the module, oriented to the surface mounting of the module. The design uses layers not only with all four suitable crystals, but also with three. CAD provides all the layout options for layers at any location of suitable crystals. The layers are not electrically heated, but are controlled on a heated table.

Недостатками данной конструкции является то, что она ориентирована только на изготовление "чистой" памяти, не предусматривает наличие контроллера, конденсаторов развязки по питанию и других компонентов "обвязки", то есть конструкция не универсальна. Кроме того, стремление сделать модуль более низким по высоте привело к потере более 70% годных кристаллов, не вошедших в "четверки" и "тройки" годных слоев. Конструкция дорога в изготовлении (на уровне бортовой аппаратуры) и обладает низкими показателями надежности из-за отсутствия электротермотренировки слоев перед их сборкой в модуль. The disadvantages of this design is that it focuses only on the production of "clean" memory, does not provide for a controller, isolation capacitors for power supply and other components of the "strapping", that is, the design is not universal. In addition, the desire to make the module lower in height led to the loss of more than 70% of suitable crystals, which were not included in the “fours” and “threes” of suitable layers. The design is expensive to manufacture (at the level of on-board equipment) and has low reliability indicators due to the lack of electrothermalization of the layers before assembly into the module.

Известно также техническое решение по патенту SU 1753961 А H 01 L 21/50 от 20.07.89 г. "Гибридный многоуровневый электронный модуль". The technical solution according to the patent SU 1753961 A H 01 L 21/50 from 07.20.89, "Hybrid multi-level electronic module" is also known.

Контактные площадки бескорпусных микросхем расположены на поверхности каждой из плат и соединены проводниками, которые подключены к соответствующим выводным контактам данной платы, соответствующие выводы каждой из плат являются внешними выводами модуля, коммутация плат между собой выполнена неразъемным электрическим монтажом, при этом теплоотвод выполнен в виде гребенки, между ребрами которой установлены платы, корпус модуля выполнен монолитным из герметизирующего материала. Кроме того, модуль содержит коммутационные платы с планарными выводами, которые являются внешними выводами модуля, выводные контакты плат выполнены в виде жестких балок, коммутационные платы выполнены в виде гибких печатных плат, причем их выводы размещены по периметру жестких рамок, кроме того, платы состоят из отдельных частей, соединенных по их выводным контактам. Коммутационные печатные платы размещены по граням модуля. The contact pads of the open-circuit microcircuits are located on the surface of each of the boards and are connected by conductors that are connected to the corresponding output contacts of this board, the corresponding conclusions of each of the boards are external outputs of the module, the switching of the boards together is made by one-piece electrical installation, and the heat sink is made in the form of a comb, between the ribs of which the boards are installed, the module case is made monolithic of a sealing material. In addition, the module contains switching boards with planar leads, which are the external leads of the module, the output contacts of the boards are made in the form of rigid beams, the switching boards are made in the form of flexible printed circuit boards, and their conclusions are placed around the perimeter of the rigid frames, in addition, the boards consist of individual parts connected by their output contacts. Patch printed circuit boards are placed on the edges of the module.

Преимуществом данного решения является размещение соединительных коммутационных плат по граням модуля, а также вариант конструкции составной платы. К недостаткам следует отнести выполнение выводных контактов плат в виде жестких балок, спрессованных в полимер; громоздкость теплоотвода, состоящего из гребенки с расположением ребер между платами; применение пайки для внешних соединений плат, что уменьшает показатели надежности модуля. The advantage of this solution is the placement of patch boards along the edges of the module, as well as a design option for the composite board. The disadvantages include the implementation of the output contacts of the boards in the form of rigid beams pressed into a polymer; the bulkiness of the heat sink, consisting of a comb with the location of the ribs between the boards; the use of soldering for external board connections, which reduces the reliability of the module.

Известно также техническое решение по авторскому свидетельству СССР 1266459 A1 H 05 K 7/06 от 15.11.84 г. "Блок электронной аппаратуры и способ его изготовления". There is also known a technical solution according to the author's certificate of the USSR 1266459 A1 H 05 K 7/06 of 11/15/84 "Block of electronic equipment and method of its manufacture."

Способ изготовления блока включает выполнение пазов в боковых стенках оснований микроплат, формирование проводников на торцевых сторонах микроплат и в пазах боковых оснований микроплат, сборку микроплат в пакет и электрическое соединение проводников в пазах боковых стенок оснований соответствующих микроплат. Способ также предусматривает формирование проводников на торцевых сторонах микроплат и в пазах боковых стенок оснований микроплат, которое производят одновременно путем вакуумного напыления, а электрическое соединение проводников в пазах боковых стенок оснований соответствующих микроплат осуществляют вакуумным напылением с последующим облуживанием. Вакуумное напыление проводников в пазах боковых стенок оснований микроплат осуществляют по всей поверхности боковых стенок оснований с последующей сошлифовкой напыленного слоя между пазами. A method of manufacturing a block includes making grooves in the side walls of the base of the microboards, forming conductors on the end sides of the micro boards and in the grooves of the side bases of the micro boards, assembling the micro boards in a bag and connecting the conductors in the grooves of the side walls of the bases of the respective micro boards. The method also provides for the formation of conductors on the end sides of the microboards and in the grooves of the side walls of the bases of the microboards, which is produced simultaneously by vacuum deposition, and the electrical connection of the conductors in the grooves of the sides of the bases of the microplates is carried out by vacuum deposition followed by tinning. Vacuum deposition of conductors in the grooves of the side walls of the bases of the microboards is carried out over the entire surface of the side walls of the bases with subsequent grinding of the sprayed layer between the grooves.

Преимуществом данного способа можно считать образование углубленных проводников, что повышает возможную токовую нагрузку при использовании блока, а также применение вакуумного напыления при изготовлении микроплат. К недостаткам следует отнести сложную и дорогую технологию персонального изготовления микроплат с углубленными фигурными пазами на торцах; уменьшение плотности упаковки за счет применения полимерных микроплат даже для отдельных электронных компонентов; применение пайки для соединения микроплат в блоке. The advantage of this method can be considered the formation of in-depth conductors, which increases the possible current load when using the unit, as well as the use of vacuum spraying in the manufacture of microplates. The disadvantages include the complex and expensive technology for the personal production of microboards with in-depth figured grooves at the ends; decrease in packing density due to the use of polymer microplates even for individual electronic components; the use of soldering to connect microplates in the block.

Известно также техническое решение по авторскому свидетельству СССР 934893 Н 05 К 1/14 от 14.03.80 г. "Блок электронной аппаратуры". There is also a technical solution according to the author's certificate of the USSR 934893 N 05 K 1/14 dated 03/14/80, "Electronic equipment block".

Блок радиоэлектронной аппаратуры, содержащий коммутационную плату, микроплаты с выводами, параллельно закрепленные торцами и электрически соединенные с коммутационной платой, при этом выводы для соединения каждой микроплаты с коммутационной платой размещены на одном из торцов микроплаты, на других торцах которой размещены выводы для соединения микроплат между собой. Показан вариант конструкции блока с сошлифованными гранями для вскрытия балочных выводов и дальнейшим напылением металлических пленочных проводников по граням блока, что является безусловным достоинством данного технического решения. A block of electronic equipment containing a circuit board, microcards with leads parallel to the ends and electrically connected to the circuit board, the terminals for connecting each microcircuit to the circuit board are located on one of the ends of the microcircuit, on the other ends of which are the terminals for connecting the microcircuits to each other . A design variant of the block with polished faces for opening the beam leads and further spraying of metal film conductors along the faces of the block is shown, which is the undoubted advantage of this technical solution.

К недостаткам следует отнести обязательное наличие балочных выводов, спрессованных в полимер, что снижает плотность упаковки и значительно повышает количество межсоединений; не представлен вариант теплоотвода от электронных компонентов, входящих в состав блока. The disadvantages include the mandatory presence of beam terminals, pressed into a polymer, which reduces the packing density and significantly increases the number of interconnects; the option of heat removal from the electronic components that make up the unit is not presented.

Известно техническое решение по международной заявке PCT/SU90/00022 (номер международной публикации WO 91/11824) H 01 L 25/04; G 11 C 17/00 от 24.01.90 г. "Трехмерный электронный блок и способ его изготовления". A technical solution is known according to international application PCT / SU90 / 00022 (international publication number WO 91/11824) H 01 L 25/04; G 11 C 17/00 of January 24, 1990. "Three-dimensional electronic unit and method for its manufacture."

Способ изготовления трехмерного электронного блока включает размещение электронных элементов в носителе, электрическое присоединение электронных элементов к выводным контактам носителя, размещение носителей в блоке параллельно друг другу, коммутацию носителей по боковым поверхностям блока, а также предварительнную группировку электронных элементов по принципу наименьшего количества выводных контактов у носителя, ориентировку электронных элементов относительно друг друга, предварительную их фиксацию, изготовление носителей с окончательным закреплением в них электронных элементов, электрическое изолирование незащищенных токопроводящих зон электронных элементов, кроме контактных площадок, очистку контактных площадок и выводных контактов носителей от органических загрязнений и окисных пленок, нанесение на поверхности электронных элементов и носителей проводников, электрическое соединение выводных контактов носителей по поверхности блока, герметизацию собранного блока. Предусматривается также размещение носителей в блоке с зазором и перепаивание их с использованием капиллярного эффекта, обеспечивая их механическое и электрическое соединение. A method of manufacturing a three-dimensional electronic unit includes the placement of electronic elements in the carrier, the electrical connection of electronic elements to the output contacts of the carrier, the placement of carriers in the block parallel to each other, the switching of carriers along the side surfaces of the block, and the preliminary grouping of electronic elements according to the principle of the least number of output contacts on the carrier , orientation of electronic elements relative to each other, their preliminary fixation, manufacture of carriers with approx by attaching electronic elements in them, electrically isolating unprotected conductive zones of electronic elements, except contact pads, cleaning contact pads and terminal contacts of carriers from organic contaminants and oxide films, applying electronic elements and carriers to conductors on the surface, electrical connection of carrier terminal contacts on the block surface sealing the assembled unit. It is also envisaged to place the carriers in the block with a gap and solder them using the capillary effect, ensuring their mechanical and electrical connection.

Преимуществами данного решения является комплексный подход к реализации трехмерной конструкции, вариант соединения носителей по граням блока, нанесение проводников методом вакуумного осаждения металлических пленок, а также вариант конструкции, когда один из носителей состоит из отдельных частей, соединенных электрически и механически по контактам, расположенным на их поверхностях. К недостаткам следует отнести отсутствие варианта применения электронных элементов и носителей с расположением контактных площадок непосредственно на их торцевых поверхностях, что могло бы значительно повысить плотность упаковки и уменьшить количество межсоединений. Наличие паяных контактов между носителями уменьшает параметры надежности их соединения. Составной носитель состоит из отдельных частей, соединенных между собой также пайкой. The advantages of this solution are a comprehensive approach to the implementation of a three-dimensional design, the option of connecting carriers along the faces of the block, the deposition of conductors by the method of vacuum deposition of metal films, as well as the design option when one of the carriers consists of separate parts, connected electrically and mechanically by the contacts located on their surfaces. The disadvantages include the lack of the option of using electronic elements and carriers with the location of contact pads directly on their end surfaces, which could significantly increase the packing density and reduce the number of interconnects. The presence of soldered contacts between carriers reduces the reliability parameters of their connection. The composite carrier consists of individual parts interconnected by soldering as well.

Это техническое решение является наиболее близким аналогом настоящего изобретения. This technical solution is the closest analogue of the present invention.

Вопросам выбора оптимального размера электронного компонента, в частности, посвящена статья "Технология" в сборнике "Электроника: прошлое, настоящее и будущеее" под редакцией Б.Ф. Высоцкого, Москва, "Мир", 1980 г., с. 253. In particular, the article "Technology" in the collection "Electronics: Past, Present, and Future" edited by B.F. Vysotsky, Moscow, Mir, 1980, p. 253.

В данной статье приводятся данные о том, что площадь, занимаемая внутренними межсоединениями в полупроводниковом кристалле, превышает площадь, занимаемую логическими элементами, и растет непропорционально с возрастанием общей площади кристалла. Так, у монолитного кристалла площадью 2 см2 площадь, занимаемая межсоединениями в процентном отношении, в 3 раза больше, чем у кристалла площадью 0,5 см2. В абсолютных величинах площадь, занимаемая межсоединениями в большом кристалле в 4 раза, а в малом кристалле - в 1,3 раза превышает площадь, занимаемую логическими элементами. Из этого можно сделать вывод, что большой кристалл, составленный из четырех малых, будет иметь даже меньшую площадь, чем единый монолитный кристалл.This article provides evidence that the area occupied by internal interconnects in a semiconductor crystal exceeds the area occupied by logic elements and grows disproportionately with an increase in the total area of the crystal. So, in a monolithic crystal with an area of 2 cm 2, the area occupied by interconnects as a percentage is 3 times larger than in a crystal with an area of 0.5 cm 2 . In absolute terms, the area occupied by interconnects in a large crystal is 4 times higher, and in a small crystal it is 1.3 times larger than the area occupied by logic elements. From this we can conclude that a large crystal composed of four small crystals will have even smaller area than a single monolithic crystal.

Ввиду того, что степень интеграции, достигнутая в настоящее время при производстве ИС, достигла своего технологического предела (технологическая норма составляет доли микрометра) и дальнейшее уменьшение этой нормы приведет к отказу от традиционной фотолитографии, что неизбежно вызовет переоснащение технологическим оборудованием всей микроэлектронной индустрии, многие разработчики идут по пути простого увеличения площади полупроводникового кристалла. Но при этом резко (в несколько раз) падает процент выхода годных кристаллов на пластине ввиду того, что вероятность попадания дефекта в большой кристалл во много раз больше вероятности попадания дефекта в малый кристалл. Расчеты и проведенные эксперименты показали, что при уменьшении площади кристалла в 4 раза процент выхода годных на полупроводниковой пластине увеличивается в 8,2 раза, при этом стоимость сборки гибридного модуля, заменяющего большой кристалл, не превышает всего 15% от стоимости составляющих его электронных компонентов. Может оказаться целесообразным введение в состав гибридного модуля электронных компонентов, которые не могут быть выполнены в монолитном исполнении с остальными компонентами (например, мощные резисторы или конденсаторы большой емкости). В большинстве случаев удается получить наилучшие характеристики гибридного модуля при применении электронных компонентов, выполненных по различным технологиям с применением различных материалов (кремний, сапфир, арсенид галлия, феррогранат, керамика и пр.), что принципиально невозможно в монолитном исполнении. Due to the fact that the degree of integration currently achieved in the production of ICs has reached its technological limit (the technological norm is a fraction of a micrometer) and a further decrease in this norm will lead to the abandonment of traditional photolithography, which will inevitably lead to the re-equipment of the entire microelectronic industry with technological equipment, many developers follow the path of simply increasing the area of the semiconductor crystal. But at the same time, the percentage of yield of suitable crystals on the plate drops sharply (several times) due to the fact that the probability of a defect entering a large crystal is many times greater than the probability of a defect entering a small crystal. Calculations and experiments showed that with a decrease in the crystal area by 4 times, the yield on a semiconductor wafer increases by 8.2 times, while the assembly cost of a hybrid module replacing a large crystal does not exceed only 15% of the cost of its electronic components. It may be appropriate to introduce electronic components into the hybrid module, which cannot be implemented in a monolithic design with other components (for example, powerful resistors or large capacitors). In most cases, it is possible to obtain the best characteristics of the hybrid module when using electronic components made using various technologies using various materials (silicon, sapphire, gallium arsenide, ferrogarnet, ceramics, etc.), which is fundamentally impossible in a monolithic design.

Сущность изобретения
Основой данного изобретения является следующее. При новом проектировании и изготовлении интегральных схем или при их модернизации вместо малонадежных и дорогих больших (БИС) и сверхбольших (СБИС) интегральных схем, выполняемых в настоящее время на монолитных полупроводниковых подложках, предлагается проектировать и изготавливать гибридные модули, состоящие из существующих высоконадежных и дешевых малогабаритных объемных бескорпусных компонентов, а также из изготовленных недостающих гарантированно годных объемных бескорпусных компонентов. В качестве активных компонентов применяют кристаллы, вычлененные из полупроводниковых пластин, а в качестве пассивных компонентов - бескорпусные объемные компоненты. При этом применяют традиционные технологии изготовления компонентов, а также известные способы межсоединений, не уступающие по параметрам надежности способам, примененным в заменяемых аналогичных монолитных схемах. Таким образом, представляется возможным изготовление гибридных модулей, по технико-экономическим показателям и параметрам надежности превышающим параметры аналогичных монолитных БИС и СБИС.
SUMMARY OF THE INVENTION
The basis of this invention is the following. In the new design and manufacture of integrated circuits, or during their modernization, instead of unreliable and expensive large (LSI) and ultra-large (VLSI) integrated circuits, which are currently being implemented on monolithic semiconductor substrates, it is proposed to design and manufacture hybrid modules consisting of existing highly reliable and cheap small-sized bulk unpacked components, as well as from manufactured missing guaranteed volumetric unpacked components. Crystals isolated from semiconductor wafers are used as active components, and bulk components are used as passive components. In this case, traditional technologies for the manufacture of components are used, as well as well-known interconnect methods, not inferior in reliability parameters to the methods used in replaceable similar monolithic circuits. Thus, it seems possible to manufacture hybrid modules that, in terms of technical and economic indicators and reliability parameters, exceed the parameters of similar monolithic LSIs and VLSIs.

Основной задачей данного изобретения является разработка технологического процесса сборки электронной аппаратуры, позволяющей осуществить переход от проектирования и производства сложных БИС и СБИС, выполненных на монолитной подложке, к методам сборки их гибридных аналогов со значительным улучшением технико-экономических характеристик электронной аппаратуры. The main objective of this invention is to develop a technological process for the assembly of electronic equipment, allowing the transition from design and production of complex LSI and VLSI, made on a monolithic substrate, to methods of assembly of their hybrid counterparts with a significant improvement in the technical and economic characteristics of electronic equipment.

Поставленная задача решается тем, что способ изготовления гибридного электронного модуля (далее - модуля), включающий изготовление исходных малогабаритных бескорпусных электронных компонентов, их ориентированное размещение друг относительно друга, электрическое соединение компонентов между собой и с внешними выводами, герметизацию полученной сборки, функциональный контроль ее и упаковку, согласно изобретению предусматривает осуществление предварительного полного входного контроля применяемых существующих компонентов и изготовление недостающих гарантированно годных компонентов (далее - компонентов). Под гарантированно годными компонентами следует понимать компоненты, прошедшие электротермотренировку (ЭТТ) или диагностику с последующим функциональным контролем и признанные годными. The problem is solved in that a method of manufacturing a hybrid electronic module (hereinafter referred to as the module), including the manufacture of the initial small-sized open-frame electronic components, their oriented placement relative to each other, the electrical connection of the components with each other and with the external terminals, sealing the resulting assembly, its functional control and the packaging according to the invention provides for the implementation of preliminary full input control of the existing components used and manufacturing guaranteed fit of the missing components (hereinafter - the components). Guaranteed suitable components should be understood as components that have undergone electrotraining (ETT) or diagnostics with subsequent functional control and are recognized as suitable.

Первоначально на все электрически незащищенные поверхности существующих и изготовленных компонентов, кроме контактных площадок, локально наносят изоляционный слой. Существующие активные компоненты, как правило, уже имеют изоляционный слой двуокиси кремния толщиной 0,5...1 мкм, нанесенный на лицевую поверхность компонента (поверхность, содержащую активную зону), за исключением контактных площадок. В этом случае является обязательным дополнительное покрытие изоляционным слоем сколов, образованных на лицевой поверхности компонента, покрытие торцевых и обратных поверхностей компонентов. Initially, an insulating layer is applied locally to all electrically exposed surfaces of existing and manufactured components, except for contact pads. Existing active components, as a rule, already have an insulating layer of silicon dioxide with a thickness of 0.5 ... 1 μm deposited on the front surface of the component (surface containing the active zone), with the exception of contact pads. In this case, additional coating with an insulating layer of chips formed on the front surface of the component is mandatory, and the end and back surfaces of the components are coated.

Далее на лицевые, обратные и торцевые поверхности компонентов наносят проводники, необходимые в дальнейшем для электрического соединения компонентов между собой и организации внешних контактных площадок. Толщина наносимых проводников обычно составляет от 2 до 4 мкм, а ширина проводника зависит от его токовой нагрузки, при этом плотность тока не должна превышать 10 А/см2. Проводники наносят преимущественно методом вакуумного напыления через "свободные" маски на серийно выпускаемых вакуумных установках непрерывного или полунепрерывного действия с планетарным вращением компонентов. "Свободную" маску (инструмент) изготавливают преимущественно из магнитомягкого материала толщиной 50...100 мкм методом химического фрезерования или лазерным методом. Материал проводников - медь с подслоем хрома или алюминий с подслоем ванадия. Перед нанесением проводников производят очистку мест напыления от загрязнений и окисных пленок преимущественно методом ионной бомбардировки в едином вакуумном цикле с напылением проводников.Next, conductors are applied to the front, back and end surfaces of the components, which are necessary in the future for the electrical connection of the components between themselves and the organization of external contact pads. The thickness of the applied conductors is usually from 2 to 4 μm, and the width of the conductor depends on its current load, while the current density should not exceed 10 A / cm 2 . Conductors are applied mainly by vacuum spraying through "free" masks on a commercially available vacuum installations of continuous or semi-continuous action with planetary rotation of the components. A “free” mask (tool) is made mainly of soft magnetic material with a thickness of 50 ... 100 microns by chemical milling or laser method. The material of the conductors is copper with a chromium sublayer or aluminum with a vanadium sublayer. Before applying the conductors, the spraying areas are cleaned of contaminants and oxide films mainly by ion bombardment in a single vacuum cycle with the spraying of conductors.

Затем при помощи связующего состава производят механическое соединение компонентов в сборку. Для изготовления плоской сборки механическое соединение производят путем непосредственной стыковки сопрягаемых торцевых поверхностей компонентов с их приклейкой друг к другу клеящим связующим составом. При этом применяют приспособление, обеспечивающее образование, по меньшей мере, одной общей плоскости расположения лицевых поверхностей сопрягаемых компонентов. В случае, когда необходимо обеспечить некоторый зазор между сопрягаемыми компонентами, применяют в качестве связующего состава полимер, спрессовывающий компоненты. Опрессовку производят на любых прессах двойного действия или на установках герметизации пластмассой. При механическом соединении компонентов в этом варианте в связующем составе формируют сквозные отверстия и пазы для последующей их металлизации во время нанесения проводников на поверхности плоской сборки и соединения проводников, расположенных на противоположных поверхностях плоской сборки. Возможен также вариант, когда механическое соединение компонентов производят по сопрягаемым лицевым и обратным поверхностям компонентов и/или плоских сборок, образуя объемную гибридную сборку. В этом случае при помощи приспособления обеспечивают ориентацию компонентов по проводникам, расположенным на торцевых поверхностях компонентов. Но в любом случае связующий состав должен обладать высокими теплопроводными и электроизоляционными свойствами. Then, using a binder composition, the components are mechanically bonded to the assembly. For the manufacture of a flat assembly, a mechanical connection is made by directly docking the mating end surfaces of the components with gluing them to each other with an adhesive binder. In this case, a device is used that ensures the formation of at least one common plane of the arrangement of the front surfaces of the mating components. In the case when it is necessary to provide some clearance between the mating components, a polymer pressing the components is used as a binder composition. Pressure testing is carried out on any double-action presses or on plastic sealing installations. When the components are mechanically bonded in this embodiment, through holes and grooves are formed in the bonding composition for their subsequent metallization during the deposition of conductors on the surface of the flat assembly and the connection of conductors located on opposite surfaces of the flat assembly. It is also possible that the mechanical connection of the components is carried out on the mating front and back surfaces of the components and / or flat assemblies, forming a three-dimensional hybrid assembly. In this case, using the device, the components are oriented along the conductors located on the end surfaces of the components. But in any case, the binder composition must have high heat-conducting and electrical insulating properties.

Далее на все поверхности сборки вторично локально наносят изоляционный слой кроме мест будущих электрических соединений компонентов между собой и мест будущих соединений с внешними выводами. Селективное изолирование поверхностей компонентов и сборки можно производить путем распыления органического диэлектрика через "свободные" маски на серийных установках нанесения диэлектрика распылением с последующей термообработкой. Если в качестве диэлектрика применяют фоторезист, то его в последующем термически задубливают. Толщина изоляционного слоя в этом случае составляет 5...10 мкм, что является достаточным для исключения появления проколов в изоляционном слое. Изолирование также можно производить путем нанесения неорганического диэлектрика типа нитрида кремния методом пиролитического осаждения через "свободные" маски на серийных установках пиролиза. В этом случае достаточна толщина изоляционного слоя в 1 мкм. Возможен также вариант сплошного нанесения органического диэлектрика с последующим его локальным удалением плазмой через "свободные" маски с использованием установок плазмохимического травления. Существует вариант сплошного нанесения изоляционного слоя с последующим его локальным удалением традиционными методами фотолитографии. Further, on all surfaces of the assembly, an insulating layer is applied again locally, except for the places of future electrical connections of the components to each other and places of future connections with external terminals. Selective isolation of the surfaces of components and assemblies can be accomplished by spraying an organic dielectric through “free” masks on a serial spray dielectric coating system followed by heat treatment. If a photoresist is used as a dielectric, then it is subsequently thermally submerged. The thickness of the insulating layer in this case is 5 ... 10 μm, which is sufficient to prevent the occurrence of punctures in the insulating layer. Isolation can also be done by applying an inorganic dielectric such as silicon nitride by pyrolytic deposition through "free" masks in commercial pyrolysis units. In this case, a thickness of the insulating layer of 1 μm is sufficient. The option of continuous deposition of an organic dielectric with its subsequent local removal by plasma through “free” masks using plasma-chemical etching plants is also possible. There is a variant of continuous deposition of an insulating layer with its subsequent local removal by traditional methods of photolithography.

Затем на поверхности сборки наносят внешние проводники, соединяющие электрически компоненты между собой и совместно с контактными площадками компонентов, образующими внешние контактные площадки сборки. При этом очень важным фактором является то, что нанесение проводников на поверхности компонентов и сборки производят любым известным способом, не уступающим по показателям надежности способу соединений, примененному в заменяемой монолитной БИС или СБИС. При напылении проводников через "свободные" маски последние могут иметь рельефную форму, повторяющую профиль напыляемой поверхности. Проводники на поверхности компонентов и сборки можно наносить вакуумным напылением сплошного металлического слоя с последующей фотолитографией и применением, например, метода лазерного экспонирования. Существует вариант, когда проводники на поверхности компонентов и сборки наносят методом вакуумного напыления сплошного металлического слоя с последующим удалением пробельных участков металлизации преимущественно лазерным методом на установках лазерной обработки материалов до размыкания соседних проводников. Внешние проводники наносят теми же способами и на том же оборудовании, что и проводники на компонентах. Then, external conductors are applied to the surface of the assembly, electrically connecting the components together and together with the contact pads of the components forming the external contact pads of the assembly. Moreover, a very important factor is that the deposition of conductors on the surfaces of components and assemblies is carried out in any known manner that is not inferior in terms of reliability to the method of connections used in the replaceable monolithic LSI or VLSI. When spraying conductors through "free" masks, the latter can have a relief shape that repeats the profile of the sprayed surface. Conductors on the surface of components and assemblies can be applied by vacuum deposition of a continuous metal layer, followed by photolithography and, for example, the use of laser exposure. There is an option when the conductors on the surface of the components and the assembly are applied by vacuum deposition of a continuous metal layer followed by the removal of white areas of metallization mainly by the laser method in laser processing systems for materials to open adjacent conductors. External conductors are applied in the same ways and on the same equipment as the conductors on the components.

В случае, когда разводка проводников на сборке достаточно проста и может быть расположена полностью на поверхностях сборки, нанесение изоляционного слоя и проводников на поверхности компонентов не производят. In the case when the wiring of the conductors on the assembly is quite simple and can be located completely on the surfaces of the assembly, the insulating layer and conductors are not applied to the surface of the components.

Далее осуществляют тепловой контакт сборки с заранее изготовленным теплорастекателем через теплопроводящий состав. Теплорастекатель, изготовленный из теплопроводного материала (например, из медных или алюминиевых сплавов), должен иметь профиль, соответствующий профилю сопрягаемой с ним сборки. В качестве материала теплопроводящего состава можно применить стандартную пасту КПТ-8, при этом зазор между сборкой и теплорастекателем должен быть минимальным (практически не более 0,1 мм). Next, the assembly is thermally contacted with a prefabricated heat transfer agent through a heat-conducting composition. A heat dissipator made of a heat-conducting material (for example, copper or aluminum alloys) must have a profile that matches the profile of the assembly mating with it. As the material of the heat-conducting composition, you can use the standard paste KPT-8, while the gap between the assembly and the heat dissipator should be minimal (almost no more than 0.1 mm).

После чего электрически соединяют внешние контактные площадки сборки с внешними выводами. Электрическое соединение внешних контактных площадок сборки с внешними выводами модуля осуществляют преимущественно методом вакуумного напыления проводников, что обеспечивает также высокие надежностные характеристики модуля. After that, the external contact pads of the assembly are electrically connected to the external terminals. The electrical connection of the external contact pads of the assembly with the external terminals of the module is carried out mainly by the method of vacuum deposition of conductors, which also provides high reliability characteristics of the module.

Далее производят герметизацию модуля опрессовкой теплопроводным электроизоляционным полимером. При этом возможна первоначальная опрессовка со вскрытием внешних контактных площадок сборки и внешних выводов модуля, их электрическое соединение, а затем вторичная опрессовка с полной герметизацией модуля. Применяют то же оборудование, что и при нанесении проводников на плоские сборки. Возможно также производить герметизацию модуля вакуумной заливкой теплопроводным электроизоляционным компаундом с предварительным его вакуумированием на стендах вакуумной заливки. Next, the module is sealed by crimping with a thermally conductive insulating polymer. In this case, initial crimping is possible with opening of the external contact pads of the assembly and the external terminals of the module, their electrical connection, and then secondary crimping with complete sealing of the module. Apply the same equipment as when applying conductors to flat assemblies. It is also possible to seal the module by vacuum pouring with a heat-conducting electrical insulating compound with its preliminary evacuation at vacuum filling stands.

Финишный контроль модуля производят при помощи специализированных или универсальных стендов на соответствие с техническими условиями на модуль. Final control of the module is carried out using specialized or universal stands for compliance with the technical conditions for the module.

Упаковку модуля производят в тару, исключающую механическое повреждение модуля и защищающую его от статического электричества. The module is packaged in containers that exclude mechanical damage to the module and protect it from static electricity.

Перечень фигур и чертежей
В дальнейшем предлагаемое изобретение поясняется конкретными примерами его выполнения, на которых:
фиг.1 изображает укрупненный технологический маршрут изготовления гибридного электронного модуля;
фиг.2 изображает вариант локального нанесения изоляционного слоя на компоненты с применением "свободной" маски;
фиг. 3 изображает вариант нанесения проводников на поверхности компонента;
фиг.4 изображает вариант изготовления плоской сборки с механическим соединением компонентов по торцевым поверхностям через значительный слой связующего состава после вторичного локального нанесения изоляционного слоя и нанесения внешних проводников на сборку;
фиг. 5 изображает вариант изготовления плоской сборки с непосредственным механическим соединением компонентов по торцевым поверхностям после вторичного локального нанесения изоляционного слоя и нанесения внешних проводников на сборку;
фиг.6 изображает вариант изготовления объемной сборки с непосредственным механическим соединением компонентов и плоских сборок по лицевым и обратным поверхностям после вторичного локального нанесения изоляционного слоя и нанесения внешних проводников на сборку;
фиг. 7 изображает вариант изготовления модуля с использованием сборки по фиг.4;
фиг. 8 изображает вариант изготовления модуля с использованием сборки по фиг.5;
фиг. 9 изображает вариант изготовления модуля с использованием сборки по фиг.6.
List of figures and drawings
In the future, the invention is illustrated by specific examples of its implementation, in which:
figure 1 depicts an enlarged technological route of manufacturing a hybrid electronic module;
figure 2 depicts a local application of the insulating layer on the components using a "free"mask;
FIG. 3 shows an embodiment of applying conductors to the surface of a component;
figure 4 depicts an embodiment of the manufacture of a flat assembly with a mechanical connection of the components on the end surfaces through a significant layer of a binder composition after the secondary local deposition of the insulating layer and the application of external conductors to the assembly;
FIG. 5 shows an embodiment of the manufacture of a flat assembly with direct mechanical connection of the components along the end surfaces after the secondary local deposition of the insulating layer and the application of external conductors to the assembly;
Fig.6 depicts a manufacturing option of a three-dimensional assembly with direct mechanical connection of components and flat assemblies on the front and back surfaces after the secondary local application of the insulating layer and the application of external conductors to the assembly;
FIG. 7 depicts an embodiment of a module using the assembly of FIG. 4;
FIG. 8 depicts an embodiment of a module using the assembly of FIG. 5;
FIG. 9 depicts an embodiment of a module using the assembly of FIG. 6.

Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения
Для реализации предлагаемого изобретения разработан технологический процесс, укрупненный маршрут которого приведен на фиг.1.
Information confirming the possibility of carrying out the invention
To implement the invention, a technological process has been developed, an enlarged route of which is shown in figure 1.

Первоначально проводят полный входной контроль существующих компонентов, предназначенных для применения в гибридном модуле. Недостающие компоненты изготавливают по традиционным технологиям, принятым в электронной промышленности (операция 01). На сборку допускают только гарантировано годные компоненты. Под гарантировано годными компонентами следует понимать компоненты, прошедшие электротермотренировку или диагностику с последующим функциональным контролем и признанные годными. Initially, a complete input control of existing components intended for use in a hybrid module is carried out. The missing components are manufactured using traditional technologies adopted in the electronics industry (operation 01). Only approved components are guaranteed for assembly. Guaranteed suitable components should be understood as components that have undergone electrical examination or diagnostics with subsequent functional control and are recognized as suitable.

Затем производят локальное нанесение изоляционного слоя на компоненты (операция 02). В одном из вариантов выполнения данной операции (фиг.2) компоненты 1 закрепляют на фигурном основании 2 при помощи, например, воско-канифольного состава. Все поверхности компонентов 1, не подлежащие покрытию изоляционным слоем 3, в том числе контактные площадки 4, закрывают "свободной" маской 5, удерживаемой магнитной доской 6. Изоляционный состав 7, находящийся в распыленном состоянии, под действием вакуума засасывается в отверстия, выполненные в основании 2, и через пазы 8 благодаря эффекту завихрения оседает на торцевые и частично на лицевые и обратные поверхности компонентов 1, образуя изоляционный слой 3. При необходимости аналогично (но без применения "свободной" маски 5) покрывают изоляционным слоем 3 и обратные поверхности компонентов 1. Then produce a local deposition of the insulating layer on the components (operation 02). In one embodiment of this operation (FIG. 2), the components 1 are fixed on a figured base 2 using, for example, a wax-rosin composition. All surfaces of components 1 not subject to coating with an insulating layer 3, including contact pads 4, are covered with a “free” mask 5 held by a magnetic board 6. The insulating composition 7, which is in a sprayed state, is sucked into the holes made in the base under vacuum 2, and through the grooves 8, due to the swirl effect, settles on the end and partly on the front and back surfaces of the components 1, forming an insulating layer 3. If necessary, the insulation is coated similarly (but without the use of a “free” mask 5) layer 3 and the back surfaces of the components 1.

Нанесение проводников на поверхности компонентов 1 (операция 03) производят методом вакуумного напыления (фиг.3). Для этого компоненты 1 механически закрепляют в приспособлении, состоящем из корпуса 9 и подвижных зажимов 10. При этом обеспечивают единую плоскость расположения лицевой поверхности компонентов 1 с поверхностями корпуса 9 и зажимов 10. На эту единую плоскость помещают "свободную" маску 5, в которой предусмотрены отверстия в местах расположения контактных площадок 4 и в других местах будущего расположения проводников. "Свободная" маска 5 удерживается магнитной доской 6. В корпусе 9 и в зажимах 10 имеются сквозные пазы для формирования проводников на торцевых поверхностях компонентов 1. В процессе напыления образуется металлическое покрытие 11 на всех открытых поверхностях приспособления, в том числе на незащищенных "свободной" маской 5 поверхностях компонентов 1. В случае необходимости компоненты 1 переворачивают и аналогично наносят проводники на обратные и вторично - на торцевые поверхности компонентов 1. Для более эффективного нанесения проводников на торцевые поверхности компонентов 1 целесообразно во время напыления обеспечить планетарное вращение компонентов 1 совместно с приспособлением. Изоляционный слой 3 на фиг.3 условно не показан. The application of conductors on the surface of the components 1 (operation 03) is carried out by the method of vacuum deposition (figure 3). For this, the components 1 are mechanically fixed in a device consisting of a housing 9 and movable clamps 10. At the same time, a single plane of arrangement of the front surface of the components 1 with the surfaces of the housing 9 and clamps 10 is provided. A “free” mask 5 is placed on this single plane, in which holes in the locations of the contact pads 4 and in other places of the future location of the conductors. The "free" mask 5 is held by a magnetic board 6. In the case 9 and in the clamps 10 there are through grooves for forming conductors on the end surfaces of the components 1. In the process of spraying, a metal coating 11 is formed on all open surfaces of the device, including on unprotected "free" mask 5 to the surfaces of the components 1. If necessary, the components 1 are turned over and the conductors are likewise applied to the reverse and secondly to the end surfaces of the components 1. For more efficient deposition of conductors on t The end surfaces of the components 1, it is advisable during the spraying to ensure planetary rotation of the components 1 together with the device. The insulating layer 3 in figure 3 is conventionally not shown.

Далее производят механическое соединение компонентов 1 в сборку (операция 04). По одному из вариантов изготавливают плоскую сборку 12 (фиг. 4) при помощи соединения компонентов 1 связующим составом 13 с расположением компонентов 1 с некоторым зазором между собой. Компоненты 1 могут иметь на своих поверхностях проводники 14, выполненные по способу, указанному на фиг. 3. В местах плоской сборки 12, свободной от компонентов 1, располагают сквозные отверстия 15, необходимые для дальнейшего электрического соединения проводников, расположенных на противоположных поверхностях плоской сборки 12. Далее на поверхности плоской сборки 12 наносят изоляционный слой 3 (операция 05) за исключением контактных площадок 4, необходимых для контактирования с впоследствии наносимыми проводниками. Поверх изоляционного слоя 3 наносят внешние проводники 16 (операция 06) по способу, показанному на фиг. 3. При этом на одной из поверхностей плоской сборки 12 формируют внешние контактные площадки 17. Next, a mechanical connection of the components 1 to the assembly is performed (operation 04). In one embodiment, a flat assembly 12 is made (Fig. 4) by connecting the components 1 with a binder composition 13 with the arrangement of the components 1 with some clearance between them. Components 1 may have conductors 14 on their surfaces made according to the method indicated in FIG. 3. In the places of the flat assembly 12, free from components 1, through holes 15 are located, which are necessary for further electrical connection of the conductors located on opposite surfaces of the flat assembly 12. Next, an insulating layer 3 is applied to the surface of the flat assembly 12 (operation 05) with the exception of contact pads 4 required for contact with subsequently applied conductors. Outer conductors 16 are applied over the insulating layer 3 (operation 06) according to the method shown in FIG. 3. At the same time, external contact pads 17 are formed on one of the surfaces of the flat assembly 12.

По другому варианту изготовления плоской сборки 12 (фиг.5) компоненты 1 механически соединены между собой (операция 04) непосредственно (с минимальным зазором) связующим составом 13 по своим торцевым поверхностям. В этом варианте наличие сквозных отверстий 15 непредусмотрено, а все соединения между противоположными поверхностями плоской сборки 12 производят только через ее торцевые поверхности. Аналогично с предыдущим вариантом локально наносят изоляционный слой 3 на плоскую сборку 12 (операция 05) и внешние проводники 16 (операция 06), а также формируют внешние контактные площадки 17. Изоляционный слой 3, нанесенный на компоненты 1, на фиг.4 и 5 условно не показан. According to another embodiment of the manufacture of a flat assembly 12 (Fig. 5), the components 1 are mechanically interconnected (operation 04) directly (with a minimum clearance) by a binder composition 13 along their end surfaces. In this embodiment, the presence of through holes 15 is not provided, and all connections between opposite surfaces of the flat assembly 12 are made only through its end surfaces. Similarly to the previous embodiment, the insulating layer 3 is locally applied to the flat assembly 12 (operation 05) and the external conductors 16 (operation 06), and also the external contact pads are formed 17. The insulating layer 3 applied to the components 1 is conventionally shown in FIGS. 4 and 5 not shown.

Объемная сборка 18 (фиг.6) может содержать как компоненты 1, так и плоские сборки 12 с расположенными на них проводниками 14 и 16. Компоненты 1 и/или плоские сборки 12 механически соединяют (операция 04) по лицевым и обратным поверхностям связующим составом 13 с минимальным зазором. Далее локально наносят изоляционный слой 3 на грани объемной сборки 18 (операция 05) за исключением мест последующего контакта внешних проводников 16 с компонентами 1 и/или с плоскими сборками 12, а также зон, предназначенных для последующего соединения с внешними выводами модуля. Далее наносят на грани объемной сборки 18 внешние проводники 16 (операция 06) с образованием внешних контактных площадок 17. Изоляционный слой 3 на фиг.6 условно не показан. The bulk assembly 18 (Fig. 6) may contain both components 1 and flat assemblies 12 with conductors 14 and 16 located on them. Components 1 and / or flat assemblies 12 are mechanically connected (operation 04) on the front and back surfaces with a binder composition 13 with a minimum clearance. Next, the insulating layer 3 is locally applied on the verge of the volumetric assembly 18 (operation 05) except for the places of subsequent contact of the external conductors 16 with the components 1 and / or with the flat assemblies 12, as well as the zones intended for subsequent connection with the external terminals of the module. Next, external conductors 16 are applied on the verge of the bulk assembly 18 (operation 06) with the formation of external contact pads 17. The insulating layer 3 is not conventionally shown in Fig. 6.

В случае, когда разводка проводников 16 на плоской 12 или объемной 18 сборке достаточно проста и может быть расположена полностью на поверхностях сборки, локальное нанесение изоляционного слоя (операция 02) и проводников на поверхности компонентов (операция 03) не производят. In the case when the wiring of the conductors 16 on a flat 12 or volumetric 18 assembly is quite simple and can be located completely on the surfaces of the assembly, local application of the insulating layer (operation 02) and conductors on the surface of the components (operation 03) is not performed.

Соединение плоской сборки 12 (операция 08), изготовленной по варианту, показанному на фиг.4, с теплорастекателем 19 (фиг.7) производят через теплопроводящий электроизоляционный состав 20, который обеспечивает не только хороший тепловой контакт плоской сборки 12 с теплорастекателем 19, но и предохраняет внешние проводники 16 плоской сборки от электрического замыкания на теплорастекатель 19. Далее электрически присоединяют плоскую сборку 12 к внешним выводам 21 преимущественно методом вакуумного напыления внешних проводников 16. При этом внешние проводники 16 могут иметь контакт с контактными площадками 4 компонентов 1. Далее производят герметизацию полимерным материалом 22 (операция 09) с образованием стандартного полимерного корпуса. The connection of the flat assembly 12 (operation 08), made according to the embodiment shown in FIG. 4, with the heat transfer 19 (FIG. 7) is made through the heat-conducting electrical insulation composition 20, which provides not only good thermal contact of the flat assembly 12 with the heat transfer 19, but also protects the external conductors 16 of the flat assembly from electrical short circuit to the heat dissipator 19. Next, the flat assembly 12 is electrically connected to the external terminals 21 mainly by vacuum spraying of the external conductors 16. The external water cans 16 can have contact with the contact pads of 4 components 1. Next, they are sealed with polymer material 22 (step 09) to form a standard polymer shell.

На фиг. 8 показаны аналогичные операции, выполняемые с плоской сборкой, изготовленной в соответствии с фиг.5. Отличительной особенностью является изготовление теплорастекателя 19 ступенчатой формы, повторяющей форму сопрягаемой плоской сборки 12. In FIG. Figure 8 shows similar operations performed with a flat assembly made in accordance with figure 5. A distinctive feature is the manufacture of a heat spreader 19 of a stepped shape, repeating the shape of the mating flat assembly 12.

На фиг.9 показаны операции, выполняемые с объемной сборкой 18. При этом электрическое контактирование объемной сборки 18 с внешними выводами 21 производят соединением с внешними проводниками 16, расположенными по граням объемной сборки 18. Теплорастекатель 19 имеет также ступенчатую форму в соответствии с конфигурацией сопрягаемой объемной сборки 18. Figure 9 shows the operations performed with the volumetric assembly 18. In this case, the electrical contacting of the volumetric assembly 18 with the external terminals 21 is performed by connecting with external conductors 16 located along the faces of the volumetric assembly 18. The heat distributor 19 also has a stepped shape in accordance with the configuration of the mated volumetric builds 18.

Финишный контроль модуля (операцию 10) производят при помощи специализированных или универсальных стендов на соответствие с техническими условиями на модуль. Final control of the module (operation 10) is carried out using specialized or universal stands for compliance with the technical conditions for the module.

Упаковку модуля (операцию 11) производят в тару, исключающую механическое повреждение модуля и защищающую его от статического электричества. The packaging of the module (step 11) is carried out in containers that exclude mechanical damage to the module and protect it from static electricity.

Данное изобретение может быть широко использовано при сборке электронной аппаратуры преимущественно из существующих высоконадежных и дешевых электронных компонентов с ограниченным изготовлением недостающих компонентов по традиционным технологиям. This invention can be widely used in the assembly of electronic equipment mainly from existing highly reliable and cheap electronic components with limited manufacture of missing components by traditional technologies.

Реализация данного изобретения дает дополнительный большой экономический эффект за счет многократного повышения процента выхода годных на пластине при переходе с применения больших кристаллов на кристаллы меньших размеров. The implementation of this invention provides an additional large economic effect due to the multiple increase in the percentage of yield on the plate during the transition from the use of large crystals to smaller crystals.

Пример промышленного применения
В 1998 г. стоимость одной микросхемы динамической памяти фирмы Samsung Electronics емкостью 256 Мбит составляла 496 долл. Используя патентуемое решение, гибридный модуль с лучшими технико-экономическими характеристиками, чем у монолитной интегральной схемы, можно было бы изготовить из 4 кристаллов емкостью 64 Мбита, имевшихся тогда в продаже по цене 25 долл. за кристалл. При этом можно было бы получить с одного гибридного модуля (с учетом стоимости его сборки) прибыль в 337 долл., а только с одной технологической линии, состоящей из оборудования, имеющегося на любом предприятии радиоэлектронного профиля, - ежегодную прибыль в размере 185,7 млн долл.
Industrial example
In 1998, the cost of one 256 Mbps Samsung Electronics dynamic memory chip was $ 496. Using a patented solution, a hybrid module with better technical and economic characteristics than a monolithic integrated circuit could be made of 4 crystals with a capacity of 64 Mbps then on sale at a price of $ 25 per crystal. At the same time, it would be possible to get a profit of $ 337 from one hybrid module (taking into account the cost of its assembly), and an annual profit of 185.7 million from just one production line consisting of equipment available at any radio-electronic enterprise Doll.

Claims (15)

1. Способ изготовления гибридного электронного модуля, включающий изготовление исходных малогабаритных бескорпусных электронных компонентов, их ориентированное размещение относительно друг друга, электрическое соединение компонентов между собой и с внешними выводами, герметизацию полученной сборки, функциональный контроль ее и упаковку, отличающийся тем, что предварительно осуществляют полный входной контроль применяемых существующих компонентов и изготавливают недостающие гарантированно годные компоненты, первоначально на все электрически незащищенные поверхности существующих и изготовленных компонентов, кроме контактных площадок, локально наносят изоляционный слой, затем на лицевые, обратные и торцевые поверхности компонентов наносят проводники, необходимые в дальнейшем для электрического соединения компонентов между собой и организации внешних контактных площадок, после чего при помощи связующего состава производят механическое соединение компонентов в сборку, далее на все поверхности сборки вторично локально наносят изоляционный слой кроме мест будущих электрических соединений компонентов между собой и мест будущих соединений с внешними выводами, затем на поверхности сборки наносят внешние проводники, соединяющие электрически компоненты между собой и совместно с контактными площадками компонентов образующими внешние контактные площадки сборки, при этом все проводники на поверхности компонентов и сборки наносят любым известным способом, не уступающим по показателям надежности способу соединений, примененному в заменяемой монолитной интегральной схеме, производят тепловой контакт сборки с заранее изготовленным теплорастекателем через теплопроводящий состав, после чего электрически соединяют внешние контактные площадки сборки с внешними выводами, в заключение производят герметизацию, финишный контроль и упаковку годного модуля в защитную тару.1. A method of manufacturing a hybrid electronic module, including the manufacture of the initial small-sized open-frame electronic components, their oriented placement relative to each other, the electrical connection of the components with each other and with the external terminals, sealing the resulting assembly, its functional control and packaging, characterized in that it is preliminarily carried out full incoming control of existing components used and produce the missing guaranteed components that are suitable, initially for all Electrically unprotected surfaces of existing and manufactured components, in addition to the contact pads, locally apply an insulating layer, then conductors are applied to the front, back and end surfaces of the components, which are necessary for the electrical connection of the components between themselves and the organization of external contact pads, and then using a bonding composition the components are mechanically bonded into the assembly, then an insulating layer is applied locally again on all assembly surfaces except for the places where damaging the electrical connections of the components to each other and places of future connections with external terminals, then apply external conductors to the assembly surface, connecting the components electrically to each other and together with the component pads forming the external contact pads of the assembly, all conductors on the surface of the components and assembly are applied by any in a known manner that is not inferior in terms of reliability to the method of connections used in the replaceable monolithic integrated circuit, heat ntakt assembly premanufactured teplorastekatelem through the thermal interface composition, after which electrically connect the external contact pad assembly with external terminals, in conclusion produce sealing, finishing and packaging of suitable control unit in a protective container. 2. Способ изготовления модуля по п.1, отличающийся тем, что селективное изолирование поверхностей компонентов и сборки производят путем распыления органического диэлектрика через "свободные" маски с последующей термообработкой.2. The method of manufacturing the module according to claim 1, characterized in that the selective isolation of the surfaces of the components and the assembly is carried out by spraying an organic dielectric through "free" masks, followed by heat treatment. 3. Способ изготовления модуля по п.1, отличающийся тем, что селективное изолирование поверхностей компонентов и сборки производят путем нанесения неорганического диэлектрика методом пиролитического осаждения через "свободные" маски.3. The method of manufacturing the module according to claim 1, characterized in that the selective isolation of the surfaces of the components and the assembly is carried out by applying an inorganic dielectric by pyrolytic deposition through "free" masks. 4. Способ изготовления модуля по п.1, отличающийся тем, что селективное изолирование поверхностей компонентов и сборки производят путем сплошного нанесения органического диэлектрика с последующей термообработкой и его локальным удалением методом травления плазмой через "свободные" маски.4. The method of manufacturing the module according to claim 1, characterized in that the selective isolation of the surfaces of the components and the assembly is carried out by continuous deposition of an organic dielectric followed by heat treatment and its local removal by plasma etching through “free” masks. 5. Способ изготовления модуля по п.1, отличающийся тем, что селективное изолирование поверхностей компонентов и сборки производят путем сплошного нанесения изоляционного слоя с последующим его локальным удалением методами фотолитографии.5. The method of manufacturing the module according to claim 1, characterized in that the selective isolation of the surfaces of the components and the assembly is carried out by continuous deposition of the insulating layer, followed by its local removal by photolithography methods. 6. Способ изготовления модуля по п.1, отличающийся тем, что механическое соединение компонентов производят по сопрягаемым торцевым поверхностям, образуя плоскую гибридную сборку.6. The method of manufacturing the module according to claim 1, characterized in that the mechanical connection of the components is carried out on the mating end surfaces, forming a flat hybrid assembly. 7. Способ изготовления модуля по п.1, отличающийся тем, что механическое соединение компонентов производят по сопрягаемым лицевым и обратным поверхностям компонентов и/или плоских сборок, образуя объемную гибридную сборку.7. The method of manufacturing the module according to claim 1, characterized in that the mechanical connection of the components is carried out on the mating front and back surfaces of the components and / or flat assemblies, forming a three-dimensional hybrid assembly. 8. Способ изготовления модуля по пп.1 и 7, отличающийся тем, что проводники на поверхности компонентов и сборки наносят методом вакуумного напыления через "свободные" маски, при этом маски могут иметь рельефную форму.8. A method of manufacturing a module according to claims 1 and 7, characterized in that the conductors on the surface of the components and the assembly are applied by vacuum spraying through "free" masks, while the masks can have a relief shape. 9. Способ изготовления модуля по пп.1 и 8, отличающийся тем, что проводники на поверхности компонентов и сборки наносят методом вакуумного напыления сплошного металлического слоя с последующей фотолитографией и применением метода лазерного экспонирования.9. A method of manufacturing a module according to claims 1 and 8, characterized in that the conductors on the surface of the components and the assembly are applied by vacuum deposition of a continuous metal layer with subsequent photolithography and using the laser exposure method. 10. Способ изготовления модуля по пп.1 и 8, отличающийся тем, что проводники на поверхности компонентов и сборки наносят методом вакуумного напыления сплошного металлического слоя с последующим удалением пробельных участков металлизации преимущественно лазерным методом до размыкания соседних проводников.10. A method of manufacturing a module according to claims 1 and 8, characterized in that the conductors on the surface of the components and the assembly are applied by vacuum deposition of a continuous metal layer with the subsequent removal of white areas of metallization mainly by the laser method until the neighboring conductors open. 11. Способ изготовления модуля по п.1, отличающийся тем, что механическое соединение компонентов при образовании плоской сборки или объемной сборки производят связующим теплопроводным электроизоляционным составом.11. A method of manufacturing a module according to claim 1, characterized in that the mechanical connection of the components during the formation of a flat assembly or bulk assembly is carried out by a binder heat-conducting electrical insulation composition. 12. Способ изготовления модуля по пп.1 и 6, отличающийся тем, что при механическом соединении компонентов по сопрягаемым торцевым поверхностям в связующем составе формируют сквозные отверстия и пазы для последующей их металлизации во время нанесения проводников на поверхности плоской сборки и соединения проводников, расположенных на противоположных поверхностях плоской сборки.12. A method of manufacturing a module according to claims 1 and 6, characterized in that through mechanical connection of the components along the mating end surfaces in the binder composition, through holes and grooves are formed for their subsequent metallization during deposition of conductors on the surface of a flat assembly and connection of conductors located on opposite surfaces of the flat assembly. 13. Способ изготовления модуля по п.1, отличающийся тем, что электрическое соединение внешних контактных площадок сборок с внешними выводами модуля осуществляют преимущественно методом вакуумного напыления проводников.13. A method of manufacturing a module according to claim 1, characterized in that the electrical connection of the external contact pads of the assemblies with the external terminals of the module is carried out mainly by the method of vacuum deposition of conductors. 14. Способ изготовления модуля по п.1, отличающийся тем, что герметизацию модуля производят опрессовкой теплопроводным электроизоляционным полимером.14. A method of manufacturing a module according to claim 1, characterized in that the module is sealed by crimping with a thermally conductive insulating polymer. 15. Способ изготовления модуля по п.1, отличающийся тем, что герметизацию модуля производят вакуумной заливкой теплопроводным электроизоляционным компаундом с предварительным его вакуумированием.15. A method of manufacturing a module according to claim 1, characterized in that the module is sealed by vacuum filling with a heat-conducting electrical insulating compound with its preliminary evacuation.
RU2002133754/28A 2002-12-17 2002-12-17 Method for manufacturing hybrid electronic module RU2222074C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2002133754/28A RU2222074C1 (en) 2002-12-17 2002-12-17 Method for manufacturing hybrid electronic module

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2002133754/28A RU2222074C1 (en) 2002-12-17 2002-12-17 Method for manufacturing hybrid electronic module

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2222074C1 true RU2222074C1 (en) 2004-01-20
RU2002133754A RU2002133754A (en) 2004-06-10

Family

ID=32091857

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2002133754/28A RU2222074C1 (en) 2002-12-17 2002-12-17 Method for manufacturing hybrid electronic module

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2222074C1 (en)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2458431C2 (en) * 2008-02-14 2012-08-10 Мицубиси Хэви Индастриз, Лтд. Module of semiconductor element and method of its manufacturing
RU172495U1 (en) * 2017-03-17 2017-07-11 Закрытое акционерное общество "ГРУППА КРЕМНИЙ ЭЛ" OUTPUT FRAME OF A POWERFUL INTEGRAL IC
RU2645151C1 (en) * 2016-10-31 2018-02-16 Акционерное общество "Авиаавтоматика" имени В.В. Тарасова" Method of manufacturing microelectronic unit
RU2713572C1 (en) * 2019-08-01 2020-02-05 Акционерное общество "Российская корпорация ракетно-космического приборостроения и информационных систем" (АО "Российские космические системы") Method for manufacturing microwave-hybrid integrated microcircuit for space purposes with multilevel commutation

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2503086C1 (en) * 2012-07-27 2013-12-27 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Московский государственный технический университет имени Н.Э. Баумана" (МГТУ им. Н.Э. Баумана) Method for encapsulation of electronic components

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2458431C2 (en) * 2008-02-14 2012-08-10 Мицубиси Хэви Индастриз, Лтд. Module of semiconductor element and method of its manufacturing
RU2645151C1 (en) * 2016-10-31 2018-02-16 Акционерное общество "Авиаавтоматика" имени В.В. Тарасова" Method of manufacturing microelectronic unit
RU172495U1 (en) * 2017-03-17 2017-07-11 Закрытое акционерное общество "ГРУППА КРЕМНИЙ ЭЛ" OUTPUT FRAME OF A POWERFUL INTEGRAL IC
RU2713572C1 (en) * 2019-08-01 2020-02-05 Акционерное общество "Российская корпорация ракетно-космического приборостроения и информационных систем" (АО "Российские космические системы") Method for manufacturing microwave-hybrid integrated microcircuit for space purposes with multilevel commutation

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US7786596B2 (en) Hermetic seal and reliable bonding structures for 3D applications
KR100772604B1 (en) Integrated Electronic Chip and Interconnect Device and Process for Making the Same
US5107586A (en) Method for interconnecting a stack of integrated circuits at a very high density
US5019946A (en) High density interconnect with high volumetric efficiency
US6486549B1 (en) Semiconductor module with encapsulant base
US5418687A (en) Wafer scale multi-chip module
CN101228625B (en) Semiconductor package with plated connection
KR101103950B1 (en) Integrated circuit coating for improved thermal isolation
KR101117887B1 (en) Microelectronic workpieces and methods for manufacturing microelectronic devices using such workpieces
JPH02133943A (en) High integrated circuit and manufacture thereof
JP2000269381A (en) Package board, semiconductor package and its manufacture
RU2222074C1 (en) Method for manufacturing hybrid electronic module
RU2193260C1 (en) Method for manufacturing three-dimensional multicomponent electronic module
KR101971402B1 (en) Manufacturing method of pcb using transparent carrier
WO2000002246A1 (en) Double-sided electronic device
RU2492549C1 (en) Method of assembling three-dimensional electronic module
US20040245651A1 (en) Semiconductor device and method for fabricating the same
JP3947525B2 (en) Semiconductor device heat dissipation structure
JPS60257144A (en) Metallized structure for forming contact connection
AU629711B2 (en) Hybrid module electronics package
RU2221312C1 (en) Method for producing three-dimensional electronic module
JPH11214448A (en) Semiconductor device and method for manufacturing semiconductor device
RU2314598C1 (en) Method for producing polymeric electronic module
RU2511054C2 (en) Method of making semiconductor devices
US20050098883A1 (en) Interconnection for chip sandwich arrangements, and method for the production thereof

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20101218