100. Изготовление электронных модулей по технологии внутреннего монтажа.

Одно из направлений развития электронных модулей, которое по праву относится к российским изобретениям и где мы являемся лидерами – это технология внутреннего монтажа. Технология внутреннего монтажа устраняет необходимость в корпусировании ИС и производстве многослойных печатных плат. Главное же то, что данная технология придает электронному блоку новые характеристики и устраняет недостатки, присущие технологии поверхностного монтажа. Суть данной технологии сводится к тому, что кристаллы ИС монтируются в специальных углублениях внутри керамических, металлических или полимерных плат с последующим монтажом пассивных и прочих элементов на поверхности печатных плат (рис. 7.4). Выгоды, которые дает данное направление, представлены в табл.

Сравнение технологий поверхностного монтажа и внутреннего монтажа

Сравниваемые показатели	Поверхностный монтаж СБИС в BGA-корпусах	Внутренний монтаж ИС
Надежность контактов	Шариковые выводы BGA-корпусов не способны многократно компенсировать разницу в расширениях корпуса и платы. В условиях бессвинцовых контактов их пластичность уменьшается	Разница в расширении подложки и кристалла отсутствует, либо выводы — дорожки — сформированы на пластичном материале
Электромагнитные паразитные явления	Плотная выводная рамка СБИС и плотная разводка ПП под СБИС являются источником паразитных явлений индуктивной или конденсаторной природы	Паразитные явления отсутствуют
Чувствит-ть к внеш несанкциониров-м электромагнитным воздействиям	Плотная выводная рамка СБИС и многоуровневая разводка ПП явл-ся антеннами, принимающими внеш несанкциониров воздействия	Электронный блок не чувствителен к внеш несанкциониров электромагнит возд-виям ввиду отсутствия выводов и многоуровневой разводки ПП
Тепловая нагруж-ть электронного блока	Корпус СБИС и полимерные слои ПП препятствуют рассеиванию тепла, выделяемого компонентами	Кристаллы ИС находятся внутри металлич платы, лишены корпуса, толстые слои полимерных материалов в блоке отсутствуют
Виброустойчивость	Корпус СБИС массивен, механическая прочность безвыводных контактов не велика	Вес кристалла минимален, кристалл находится внутри платы, соединяющие слои очень пластичны
Быстродействие	Наличие выводов и многоуровневая разводка ПП, невозможность близкого размещения исполнительных элементов и СБИС приводят к утрате быстродействия	Быстродействие электронных блоков, исполненных по технологии внутреннего монтажа, в несколько раз, а иногда и в несколько десятков раз выше поверхностномонтируемых аналогов в связи с уменьшением длины связей
Деградация токоведущих дорожек платы	Соврем технологии произ-ва ПП не обеспечивают 100% удаления остатков травителя с поверхности проводников, что приводит со временем к деградации и разрушению проводника	Напыление проводников шириной 50-70 мкм происходит через маску методом вакуумного напыления. Дальнейшая деградация проводника исключена
Экологич чистота технологического процесса	Вред, наносимый природе производством корпусов ИС и печатных плат, хорошо известен	Экологически чистая технология
Экономический эффект	Затраты на производство растут год от года	Стоимость кристаллов минимальна. Печатные платы отсутствуют. Надежность аппаратуры дает колоссальный экономический эффект
Массогабаритные характеристики	Электронные блоки, исп-нные по технологии пов. монтажа, имеют габариты в 2-3 раза <, чем электрон. блоки, исп-нные по штырьковой технологии	Электронные блоки, исполненные по технологии внутреннего монтажа, имеют габариты в 10-20 раз меньшие, чем электронные блоки, исполненные по технологии поверхностного монтажа

Рис. 7.4. Последовательность операций изготовления радиоэлектронного узла с внутренним монтажом:

а – основа печатной платы (металлическая, керамическая, поликоровая); б – пробивка отверстий для установки кристаллов бескорпусных микросхем; в – позиционирование кристаллов микросхем в отверстия.; г - фиксация кристаллов микросхем компаундом; д – нанесение защитного диэлектрического париленового (полипараксиленового ) покрытия; е – ионно-химическое травление через металлическую маску окон над контактными площадками кристалла ИС; ж – вакуумное осаждение многослойного (Ti-Cu-Ni) покрытия; з - повторение операций д, е, ж (до 30 слоев) и установка пассивных компонентов; и – окончательная электро- и влагозащита париленовым покрытием

Технология внутреннего монтажа реализуется следующим образом:

1) на подложке из алюминия штампом пробиваются прямоугольные отверстия соответствующие, с допустимым увеличением, размерам кристаллов ИС, монтируемых в данное отверстие;

2) методом анодирования на подложке формируется диэлектрический слой;

3. подложка укладывается на ровную поверхность монтажного столика, и кристаллы устанавливаются в отверстия активной стороной вниз. Манипулирование кристаллами производится вакуумным захватом, удерживающим кристалл за неактивную сторону кристалла;

4) заложенные в подложку и планоризированные с нижней стороны подложки кристаллы фиксируются в ней компаундом, наносимым в зазор между кристаллом и подложкой;

5) после полимеризации компаунда подложка с кристаллами помещается в установку нанесения париленового (полипараксилиленового) покрытия, где при температуре 28°С на поверхности подложки и лицевых сторонах кристаллов происходит формирование диэлектрического слоя – париленовой пленки;

6) через металлические маски в слое парилена ионно-химическим травлением вскрываются окна над контактными площадками ИС. Одновременно происходит очистка контактных площадок перед напылением проводников;

7) в установках вакуумного напыления через свободные технологические маски производится напыление проводников Ti – Cu – Ni. 

Указанные операции осаждения слоя парилена, вскрытия окон, вакуумной металлизации могут повторяться необходимое количество раз для формирования нужного количества слоев (до 30 слоев), причем переход со слоя на слой производится с помощью отверстий, диаметр которых не превышает ширину проводника;

8) пассивные элементы функционального электронного блока припаиваются к печатной плате традиционными способами, как элементы поверхностного или штырькового монтажа;

9) окончательная электро- и влагозащита обеспечивается внешним париленовым покрытием.

Приведенная технология применима как при корпусировании ИС, так и при непосредственном монтаже кристаллов внутри функционального электронного блока. Тепловая разгрузка кристаллов смонтированных вышеприведенным способом, обеспечивается как напылением слоя металла на заднюю поверхность кристалла и подложки в целом, так и напылением слоя металла на тонкий слой диэлектрика с лицевой стороны кристалла и печатной платы. Кроме того плата с кристаллами может быть плотно присоединена к дополнительным теплоотводящим основаниям – радиаторам. На поверхности теплоотвода могут быть сформированы дополнительные слои коммутации с использованием полимидных пленок с вакуумной металлизацией.

Для реализации метода необходимы в основном два вида оборудования:

- установки вакуумного напыления;

- установки ионного травления.

Помимо увеличения плотности монтажа в несколько раз благодаря отсутствию выводов микросхем, уменьшения ширины проводников до 50 - 70 мкм, снижению диаметра переходного отверстия до 25 – 30 мкм, также увеличивается надежность за счет следующего:

- отсутствие сварных и паяных контактов;

- проводник формируется сухим методом и состоит из чистых материалов, не содержит никаких остатков травления, являющихся фактором деградации тонких проводников обычных печатных плат;

- близость коэффициентов линейного расширения кристалла, оксидного защитного слоя подложки, керамических корпусов конденсаторов и ситалловых корпусов резисторов для поверхностного монтажа обеспечивает безотказную работу блоков при резких перепадах температуры;

- кристаллы ИС, уложенные в алюминиевую или керамическую подложку, находятся в условиях постоянной теплоразгрузки на тело подложки, что создает надежные условия эксплуатации ИС.

- подложка из алюминия естественным образом создает не только теплоразгрузку кристаллов, но и обеспечивает защиту схемы от постороннего электромагнитного воздействия.