Конструктивные исполнения бескорпусных бис

Использование бескорпусных БИС в микроэлектронной аппаратуре (МЭА) позволяет обеспечить значительное уменьшение ее массогабаритных характеристик, снижение значений переходных сопротивлений, паразитных индуктивностей и емкостей, повышение надежности. Бескорпусные БИС обладают универсальностью применения при пониженной материалоемкости.

Бескорпусные БИС изготавливают с гибкими проволочными выводами, на полиимидном носителе и с объемными выводами. На коммутационной плате БИС на полиимидном носителе занимают площадь, в 4 – 10 и более раз меньшую по сравнению с микросхемами в корпусах. Для монтажа на плату выводы БИС в этом случае имеют вид квадратных контактных площадок, расположенных в периферийных областях кристалла.

Применение бескорпусных БИС на полиимидных носителях позволяет повысить надежность МЭА за счет: уменьшения количества сварных и паянных соединений в расчете на одну контактную площадку БИС (для корпусных – три – четыре соединения, для бескорпусных – два – три), улучшения условий отвода теплоты при установке кристалла непосредственно на теплоотводящий пьедестал, снижения механических напряжений в кристалле БИС и небольшой массы.

Бескорпусные БИС с объемными выводами представляют собой кристаллы БИС, на контактных площадках которых образованы шариковые (или столбиковые) выводы. Объемные выводы (ОВ) изготавливают из золота, облуженной или позолоченной меди и сплава олово – серебро. Такие БИС занимают на коммутационной плате площадь, в 16 – 40 раз меньшую, чем корпусные БИС, и в 4 – 10 раз меньшую, чем бескорпусные БИС на полиимидном носителе. Сопротивление их выводов в 20 – 100 раз, паразитная индуктивность в 60 – 200 раз и межвыводная емкость в 9 – 50 раз ниже, чем у корпусных БИС.

Объемные выводы на контактных площадках кристалла БИС могут быть сформированы двумя различными способами. В первом способе, называемом "мокрым", используют процессы вакуумного осаждения барьерного слоя (хром – медь, хром – никель, ванадий – медь), на котором гальванически выращивают припойные шарики. Барьерный слой создают из металлов, имеющих хорошую адгезию к алюминию кристалла БИС и не образующих с ним выпрямляющих контактов, т.е. не влияющих на электрические параметры БИС. К недостаткам "мокрого" способа относят трудность нанесения однородного покрытия необходимой толщины, сложность контроля за составом припоя и выдерживанием размеров ОВ из-за гальванического разрастания, а также ухудшение параметров БИС, особенно на МДП-структурах.

Чтобы избежать недостатков "мокрого" способа формирования ОВ, применяют "сухой" способ. Сущность его заключается в ультразвуковом присоединении шариков из золотой проволоки и последующей обрезке проволоки непосредственно над шариком. "Сухой" способ прост и практически не влияет на параметры БИС.

Объемные выводы формируют на кристаллах, находящихся в составе пластины, до ее разделения. При этом "сухой" способ обеспечивает избирательность в формировании ОВ: они создаются на контактных площадках только годных, предварительно проверенных по электрическим параметрам кристаллов БИС.

Полиимидные носители с алюминиевыми балочными выводами присоединяют к алюминиевым контактным площадкам кристаллов БИС ультразвуковой микросваркой. В этом случае при взаимодействии материалов вывода и контактной площадки образуется надежное однокомпонентное микросварное соединение.

Присоединять медные, покрытые олово-висмутом балочные выводы полиимидного носителя к контактным площадкам кристаллов сложнее, так как медь и алюминии технически несовместимы при микросварке и пайке. Поэтому перед их соединением на контактных площадках кристалла или ленточных выводах носителя формируют объемные выводы, на кристалле – золотые или припойные, на носителе – золотые.

Присоединение носителя может быть осуществлено пайкой или термокомпрессионной сваркой. Объемные золотые выводы на носителе формируют импульсной пайкой с образованием золото-оловянного эвтектического сплава, термокомпрессионной сваркой с золотым покрытием медной балки, а также лазерной импульсной пайкой или сваркой.

В оловянное покрытие медных балочных выводов вводят висмут (до 10 %) или свинец (до 40 %) с целью предотвращения образования хрупкой фазы интерметаллида AuSm. При добавлении висмута толщина интерметаллида после пайки при температуре 250 °С и времени выдержки 30 с составляет 0,5 – 2 мкм. Легирование припоя свинцом при пайке в таких же условиях приводит к образованию слоя интерметаллида толщиной 4 – 5 мкм, который способствует образованию прочных паянных соединений. Дальнейшее увеличение его толщины вызывает уменьшение прочности.

Перед присоединением полиимидного носителя или перед установкой на коммутационную плату пластина с кристаллами БИС закрепляется на эластичной адгезионной пленке и разделяется на отдельные кристаллы на всю толщину, что исключает необходимость в дальнейшем разламывания пластины, и объемные выводы не повреждаются.