Технология сборки микросхем

Полупроводниковые микросхемы могут быть однокристальными (монолитными) и многокристальными (микросборками). Однокристальная микросхема может иметь индивидуальный герметизированный корпус с внешними выводами для монтажа на печатной плате, или быть бескорпусной и входить в состав микросборки.

Многокристальная микросхема (микросборка) представляет собой совокупность бескорпусных микросхем, смонтированных на общей коммутационной плате. В качестве компонентов в микросборке могут присутствовать бескорпусные согласующие резисторы и развязывающие конденсаторы. Вследствие высокой насыщенности связей коммутационная плата выполняется многоуровневой и, таким образом, является миниатюрным аналогом многослойной печатной платы. При изготовлении коммутационной платы может быть использована как тонкоплёночная, так и толстоплёночная технологии.

Гибридно-плёночные микросхемы включают в себя плёночные пассивные элементы (резисторы и конденсаторы), коммутационные проводники, нанесённые непосредственно на подложку из изоляционного материала, и бескорпусные полупроводниковые кристаллы (транзисторы, диоды, диодные матрицы, несложные микросхемы), монтируемые на той же подложке.

В качестве активных элементов в полупроводниковых микросхемах используются полевые МДП- или МОП-транзисторы и биполярные транзисторы. В соответствии с этим все полупроводниковые микросхемы делятся на три основные вида: биполярные, униполярные (МДП или МОП) и биполярно-полевые.

Наиболее высокой степенью интеграции обладают цифровые интегральные схемы с регулярной структурой: схемы динамической и статической памяти, постоянные и перепрограммируемые ЗУ. Это связано с тем, что в таких схемах доля участков поверхности ИС, приходящаяся на межсоединения, существенно меньше, чем в схемах с нерегулярной структурой.

Коммутационные платы микросборок

Коммутационная плата микросборки представляет собой миниатюрный аналог многослойной печатной платы. На поверхности коммутационных плат монтируются компоненты микросборки - бескорпусные интегральные микросхемы (кристаллы), микроплаты с группой интегральных тонкопленочных резисторов (согласующих входы и выходы ИС), одиночные объемные миниатюрные конденсаторы (в качестве развязывающих элементов). Высокая плотность монтажа требует и высокого разрешения коммутационного рисунка. В отличие от печатных плат его получают путем осаждения тонких пленок в вакууме с последующей фотолитографией, или с использованием толстопленочной технологии. Коммутационные проводники должны находиться на нижних уровнях платы, а на поверхность должны выходить только монтажные площадки для сварки или пайки выводов (перемычек) компонентов.

В зависимости от материала изолирующих слоев и способа их формирования коммутационные платы можно разделить на четыре типа: а) тонкопленочные с использованием осаждения в вакууме; б) тонкопленочные с использованием окисления алюминия в электролите (анодирование); в) толстопленочные; г) на основе многослойной керамики.

Тонкопленочные платы

Формирование слоев (уровней) платы выполняется на общей подложке из электроизолирующего материала (ситалл, поликор и др.) путем повторяющихся циклов "осаждения тонкой пленки в вакууме - фотолитография".

Рис. 2. Структура тонкопленочной коммутационной платы (нижние уровни)

Осажденный сплошной слой электропроводящего металла (чаще всего алюминия) после фотолитографии превращается в систему проводников, перпендикулярных плоскости чертежа. В этой системе предусматриваются расширенные площадки для контактных переходов на следующий уровень. В осажденном затем в вакууме изолирующем слое с помощью фотолитографии получают окна для контактных переходов, и вновь осаждается электропроводящий слой, в котором фотолитографией формируют систему проводников, ортогональных к нижележащим. При этом через окна в изолирующем слое создается контактный переход. Эти циклы повторяются вплоть до последнего, верхнего уровня металлизации. В последнем изолирующем слое вскрываются лишь окна над монтажными площадками: площадками для электромонтажа компонентов и периферийными площадками для монтажа микросборки в целом в модуле следующего уровня (например, на печатную плату ячейки).

Нетрудно заметить, что с первого же цикла обработки в многоуровневой системе возникает и развивается рельеф, создающий ступеньки в изолирующих и проводящих слоях (на рис. 2 отмечены кружками). Эти участки являются потенциальной причиной отказа: в первом случае пробоя изоляции, во втором разрушения проводника.