Конструкции ленточных носителей

 

Сборка полупроводниковых приборов и интегральных микросхем на ленточных носителях (ЛН) способствует снижению стоимости приборов и ИМС, так как резко повышается уровень механиза­ции и автоматизации и уменьшаются затраты на материалы. На рис.9 приведена классификация наиболее распространенных конст­рукций ленточных носителей. В основу классификации положены следующие параметры: число слоев носителя, материал-основа про­водников носителя и конструктивное выполнение выводов носите­ля, предназначенных для соединения с контактными площадками (КП) кристалла. Последний параметр определяет конструктивное исполнение монтируемых на носитель кристаллов - с объемными выводами на КП или без них. Однослойные ЛН состоят из одного слоя металла, двухслойные ЛН имеют структуру металл - полимер, трехслойные ЛН - структуру металл - адгезив - полимер.

Материалом полимерной пленки носителя могут быть поли-имид, полиэфир, полиэфирсульфат, гибкий эпоксистеклопластик и ряд других. Наибольшее распространение получил полиимид из-за следующих его свойств: высокой термостойкости (возможен крат­ковременный нагрев до 400 °С), стабильности физических и химиче­ских параметров при высоких температурах и воздействии кислот, возможности селективной химической обработки и использования в качестве подложки при вакуумном напылении металлических пле­нок. Полимерная пленка, являясь конструктивной основой двух- и трехслойных носителей, как правило, имеет размеры, заимствован­ные из техники кино, это особенно относится к ширине пленки {8, 11, 16, 35 или 70 мм) или ее перфорации.

К материалу выводов носителя предъявляются такие требова­ния, как прочность, пластичность, коррозионная стойкость, хоро­шая адгезия к полимерной пленке (для двух- и трехслойных), трави-мость с обеспечением зазоров до 50 - 70 мкм, легкость золочения или облуживания. Находят применение золото, алюминий, никель, медь с покрытием и без него. Золото используют в основном в виде покрытия. Наибольшее распространение в конструкциях ЛН получили алюминий и медь с различными покрытиями (Sn, Au, Ag и др.) в виде фольги. Толщина алюминиевой фольги 0,025 - 0,07 мм, медной фольги 0,03 - 0,035 мм и в отдельных случаях до 0,076 мм.

Однослойные ленточные носители не нашли широкого приме­нения из-за отсутствия возможности контроля электрических пара­метров ИМС на ленте вследствие шунтирования выводов, возмож­ности замыкания выводов на края кристалла и трудности монтажа из-за неплоскостности краев выводов.

 

Рис.13. Классификация распространенных конструкций ленточных носителей

Наибольшее распространение при сборке и монтаже бескорпусных полупроводниковых БИС получили полиимидные носители: двухслой­ный с алюминиевыми выводами и трехслойный с медными выводами. Размеры носителей определяются размерами кристалла, технологией монтажа изделий и типоразмерами КП и посадочных мест микросборок. Типоразмеры носителей определены ОСТ В 11.0546 в зависимости от количества выводов (от 2 до 128). ЛН могут выполняться либо с дву­сторонним, либо с четырехсторонним расположением выводов.

 

Полиимидный носитель с алюминиевыми выводами

 

Практически все типы ленточных носителей конструктивно имеют три функциональные зоны:

1) внутренняя зона А предназначена для монтажа кристалла. Соз­данные в ней узкие балочные выводы расположены в соответствии с контактными площадками кристалла БИС;

2) монтажная зона Б служит для присоединения выводов носителя к контактным площадкам коммутационной платы. В ней находятся более широкие балочные выводы, чем в зоне А;

3) периферийная (измерительная) зона В используется для измере­ний электрических параметров БИС и технологических испытаний в процессе производства.

В отдельных конструкциях ЛН можно выделить четвертую зону, называемую зоной маркировки и перфорации.

На рис.10 представлена конструкция полиимидного носителя с алюминиевыми выводами. Четвертая зона в данной конструкции распо­ложена в третьей периферийной, в других конструкциях маркировку располагают в свободных местах измерительной зоны.

Перед сборкой и монтажом на коммутационной плате полиимид­ный носитель обрезают по краю зоны Б. В угловых участках измери­тельной зоны расположены три крепежных отверстия Д, предназначен­ных для закрепления носителя с кристаллом в технологической и измерительной таре.

Угловой участок, свободный от крепежных отверстий, является местом маркировки носителя, угол и сторона расположения места маркировки совпадают с нумерацией первого вывода носителя.

Конструкция выводов ленточного носителя во внутренней зоне может быть консольной или закрепленной (рис.11). Ширина выво­дов носителя в этой зоне определяется размерами КП кристаллов и составляет 0,08 - 0,15 мм, шаг выводов ЛН соответствует шагу КП кристалла. Ширина защитного полиимидного кольца составляет 0,3 - 0,5 мм. В закрепленной конструкции ширина внутреннего опорного полиимидного кольца обычно равна 0,3 - 0,5 мм, а вели­чина перекрытия вывода с внутренним опорным полиимидным кольцом составляет 0,15 -0,35 мм.

 

Рис. 14. Конструкция полиимидного носителя с алюминиевыми выводами

для микросхем на 64 вывода: А - внутренняя зона; Б - монтажная зона;

В - измерительная зона; Г - место маркировки; Д - крепежные отверстия

 

Закрепленная конструкция более, чем консольная, приемлема для монтажа кристаллов с большим числом контактных площадок (40 - 60 и более) и небольшим их шагом (250 мкм и менее). В этом случае получают более высокий процент выхода годных изделий при изготовлении носителей и на операциях сборки ИМС за счет устранения брака, обусловленного краевыми дефектами выводов, практически полной ликвидации деформации выводов и др. Защит­ная полиимидная рамка (кольцо) может содержать металлизиро­ванный ключ, указывающий положение первого вывода. В других конструкциях имеется отличие в конфигурации первого вывода вне зоны контактирования от остальных, позволяющее его идентифи­цировать.

Рис.15. Варианты конструкции выводов ленточного носителя: консольная (а) и закрепленная (б). 1 - кристалл; 2 - контактная площадка; 3 - алюми­ниевый вывод; 4 - защитное полиимидное кольцо; 5 - внутреннее опорное полиимидное кольцо; 6 - промежуточное кольцо

 

Представляет интерес конструкция носителя с защитным коль­цом из окиси алюминия АlОз, сформированным на самом выводе (рис.16). Шаг выводов носителя в монтажной зоне Б составляет 0,5 или 0,625 мм, а ширина вывода соответственно 0,25 или 0,3 мм. Монтажной зоной или зоной присоединения выводов считается область от защитного полиимидного кольца до линии вырубки.

Рис.16. Конструкция трехслойного полиимидного носителя с алюминиевы­ми выводами: 1 - кристалл; 2 - КП кристалла; 3 - алюминиевый вывод; 4 - защитное кольцо из АlОз (2 - 3 мкм); 5-полиимид; 6-адгезионный клеевой слой.

 

На рис.17 показана конструкция полиимидного носителя с кристаллом после вырубки и формовки, указаны основные типо­размеры. Типоразмеры зависят от размеров кристалла. Например, для кристалла размером до 5,1x5,1 мм они таковы: А - 9,8; В = 0,4; С = 8,6; Д_пах = 5,1; К = 0,2; М_тах - 0,6 мм.

 

Рис.17. Конструкция полиимидного носителя с кристаллом

после вырубки и формовки:! - кристалл; 2 - ленточный вывод;

3 - защитное покрытие; А, В, С, D, К, М - типоразмеры

 

Измерительная зона В (см. рис.14) располагается за зоной вы­рубки. Шаг выводов в ней равен 1,25 мм при ширине вывода 1,05 -1,15 мм. Размер зоны контактирования каждого вывода для измерения электрических параметров изделии на носителе - не менее 0,6x0,6 мм.

Двухслойные носители изготавливают серийно по одному из двух вариантов технологий:

• методами вакуумного и гальванического осаждения металличе­ских слоев (А1) на полимерную пленку с последующей фотолито­графией;

• с помощью фотохимической обработки с последовательным травлением слоя полиимида, полученного поливом на алюминиевую фольгу, и алюминия в специальных травителях.

В качестве адгезива трехслойных носителей в отечественной про­мышленности используют специальный клей.

Трехслойный полиамидный носитель с медными выводами

(полиимид - адгезионный подслой (Сr) - медь)

 

Полиимидный носитель с медными выводами (рис.18) использует­ся для установки на него кристаллов с объемными выводами. При сбор­ке объемные выводы кристалла присоединяют к балочным выводам, сформированным на носителе.

Технология производства таких носителей предусматривает вы­полнение следующих операций:

• осаждение в вакууме пленок Сг - Сu - Сг (толщиной 1,6 - 1,8 мкм);

• избирательное гальваническое наращивание меди на элементах коммутации (толщиной 20 мкм);

• локальное травление полиимида;

• гальваническое наращивание меди и покрытия олово - висмут (толщиной 4-9 мкм).

Наличие покрытия Sn - Bi у балочных выводов носителя обуслов­лено необходимостью создания благоприятных условий для монтажа. В конструкции носителя имеются металлизированные отверстия для крепления балочных выводов в зоне монтажа и обеспечения двухсто­роннего электрического контактирования в измерительной зоне.

В трех углах носителя имеются отверстия размером 1,5x1,5 мм для его установки в тару и крепления на кассету сварочной установки.

Ширина балочного вывода носителя во внутренней зоне А (см. рис.18) составляет ~ 200 мкм.

Рис.18. Конструкция полиимидного носителя с медными выводами: А - зона монтажа кристалла с объемными выводами; Б - зона мон­тажа носителя на плату; В - испытательная и измерительная зона; С - переходные отверстия

 

Для измерения параметров ИМС после присоединения объем­ных выводов к контактным площадкам кристаллов и разделения полупроводниковой пластины на отдельные кристаллы разработана специальная оснастка: измерительный носитель, являющийся со­ставным элементом измерительной тары (рис.19). Структура про­водников измерительного полиимидного носителя следующая:

• термически напыленный в вакууме слой Сг - Си толщиной 0,0015-0,0017 мм;

• слой гальванически наращенной меди толщиной 0,01 -0,015 мм;

• покрытие из золота или Sn - Bi толщиной 0,002 - 0,003 мм.
Таким образом, минимальное значение суммарной толщины проводящего покрытия 0,016 мм, а в зоне контактирования с объ­емными выводами кристалла 0,1 мм.

 

Рис.19. Конструкция измерительного полиимидного носителя: 1- место маркировки; 2 - крепежное от­верстие; 3 - проводник; 4 - переходные отверстия; 5 - полиимид; 6 - базовое отверстие

 

Двустороннее расположение проводников на носителе связано с необходимостью контактирования носителя с объемными выво­дами кристалла с одной стороны и зондами контролирующего уст­ройства с другой стороны. Электрический контакт между провод­никами на обеих сторонах обеспечивается при помощи металлизированных переходных отверстий диаметром ~ 0,13 мм. В измерительных носителях осуществляют измерение параметров и электротермотренировку ИМС с объемными выводами.

 

Технология сборки и монтажа бескорпусных ИМС на полиимидных носителях с алюминиевыми выводами (А1-ПН)

 

Технологический процесс (ТП) сборки предусматривает сле­дующие основные операции:

• разделение пластин на кристаллы;

• установку кристалла на гибком носителе.

ТП монтажа включает следующие основные операции:

• присоединение выводов;

• защиту поверхности кристалла;

• измерение параметров ИМС и электротермотренировку. Наиболее тудоемкая и ответственная операция ТП монтажа -

присоединение выводов к контактным площадкам кристаллов. Она может быть выполнена с помощью различного оборудования. Сравнительные характеристики используемых установок даны в табл.3.

Таблица 3