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. 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 полиимид, 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), травимость 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.
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:
внутренняя зона А предназначена для монтажа кристалла. Созданные в ней узкие балочные выводы расположены в соответствии с контактными площадками кристалла БИС;
монтажная зона Б служит для присоединения выводов носителя к контактным площадкам коммутационной платы. В ней находятся более широкие балочные выводы, чем в зоне А;
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. 8.1 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. 8.2). 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.
Рисунок 8.1. 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.
Рисунок 8.2 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. 8.3). 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.
Рисунок 8.3. 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.8.4 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 мм; В = 0,4 мм; С = 8,6 мм; Dтах = 5,1 мм; К = 0,2 мм; Мтах = 0,6 мм.
Рисунок 8.4. Конструкция полиимидного носителя с кристаллом после вырубки и формовки: 1 – кристалл; 2 – ленточный вывод; 3 – защитное покрытие; А, В, С, D, К, М – типоразмеры.
Измерительная зона В (см. рис.8.1.) 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 изделия на носителе – не менее 0,6 x 0,6 мм.
Двухслойные носители изготавливают серийно по одному из двух вариантов технологий:
методами вакуумного и гальванического осаждения металлических слоев 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.