Анализ современных технологий изготовления гибридных микросборок (стр. 2 из 2)

а)
б)

Рис. 1. Микросборка на медь-полиимидном носителе:

а) – фотография (вид со стороны микросхемы); б) – схематическое изображение зон сварки носителя с микросхемой (вид со стороны носителя)

Вышеописанные способы формирования межсоединений обеспечили уменьшение количества сварных соединений в детекторных модулях практически в два раза и позволили значительно упростить сам процесс сборки. При этом в процессе сборки полностью исключена возможность коротких замыканий в областях сварки контактных площадок сенсоров и микросхем с проводниками гибких кабелей и плат. Применение гибких плат специально для микросхем позволяет не только автоматизировать процесс сборки, но и обеспечить полный функциональныйконтроль микросхем, в том числе по динамическим параметрам и, таким образом, исключить возможность появления брака из-за микросхем при дальнейшей сборке микромодулей.

Тем не менее, и в этом случае остались нерешенными некоторые проблемы, присущие традиционной COF-технологии на основе медь-полиимидных фольгированных диэлектриков. По-прежнему для обеспечения надежного безкоррозионного соединения с алюминиевыми контактными площадками микросхем и сенсоров на медные проводники гибких плат и кабелей необходимо нанесение дополнительных слоев никеля и золота, что усложняет процесс формирования гибких коммутирующих элементов. С этой точки зрения наиболее оптимальным вариантом дальнейшего совершенствования COF-технологии является применение безадгезивных алюминий-полиимидных лакофольговых диэлектриков.

Безадгезивные алюминий - полиимидные диэлектрики, используюмые в качестве гибких коммутирующих элементов в COF-технологии, обладают всеми теми достоинствами, которыми обладают и безадгезивные медь-полиимидные материалы. Однако ряд их преимуществ по сравнению с медь-полиимидными диэлектриками позволил существенно расширить возможности COF-технологии на современном этапе развития приборостроения.

Прежде всего, алюминий обладает высокой коррозионной стойкостью. Кроме того, алюминий имеет радиационную длину почти в 6 раз превышающую радиационную длину меди. Несмотря на то, что алюминий по сравнению с медью обладает меньшей механической прочностью; меньшей теплопроводностью, удельным электрическим сопротивлением примерно в 1,6 раза большим удельного электрического сопротивления меди, важное значение имеет тот факт, что алюминий почти в 3,5 раза легче меди. Благодаря малой плотности алюминия обеспечивается большая электрическая проводимость на единицу массы. Таким образом, коммутирующие элементы на основе алюминий-полиимидных лакофольговых диэлектриков позволяют максимально минимизировать массу вещества в рабочем объеме, что особенно перспективно для сенсорных систем с высокой плотностью каналов информации.

Алюминиевая COF-технология хорошо адаптируется к современному автоматизированному оборудованию ультразвуковой сварки типа Delvotec. При этом обеспечивается высокое качество и надежность сварных соединений не только из-за того, что свариваются однородные материалы (алюминиевые контактные площадки электронных компонентов и алюминиевые проводники коммутирующих элементов), но также и из-за того, что сварочные электроды, применяемые в сварочных установках, позволяют обеспечить оптимальные режимы процессов сварки. Кроме того, коммутирующие элементы на основе безадгезивных алюминий-полиимидных диэлектриков позволяют значительно улучшить емкостные характеристики электронных устройств.

СпециалистамиГосударственного предприятия Научно-исследовательский технологический институт приборостроения (ГП НИТИП, г. Харьков) разработана и освоена инновационная технология изготовления гибких коммутирующих элементов на основе безадгезивных алюминий-полиимидных лакофольговых диэлектриков и технология сборки гибридных микромодулей и электронных узлов высокой степени интеграции.

Практическое применение предложенная технология нашла при построении современных систем автоматического управления летательными аппаратами различного предназначения. Гибкие кабели и платы на основе лакофольговых диэлектриков ФДИ-А-50 и ФДИ-А-24 (полиимид толщиной 10÷20 мкм и алюминий толщиной 14÷30 мкм) характеризуются пластичностью, гибкостью и стабильностью электрических характеристик и успешно заменяют проволочный монтаж при сборке микромодулей.

Описанную компоновку невозможно реализовать при проволочном монтаже, так как в этом случае объекты сварки должны иметь одностороннее расположение и практически невозможно изменить конфигурацию проводников после сварки.

Алюминиевая COF-технология также позволяет без ограничений располагать на одних и тех же гибких платах вместе с кристаллами микросхем различные навесные компоненты. В этом случае, в отличие от СОВ-технологии, SMD-компоненты устанавливаются на платы с помощью гибких алюминий-полиимидных носителей (рис. 2, а). Сначала на гибкие носители с помощью пайки устанавливаются SMD-компоненты (рис. 2, б), а затем гибкие носители с навесными SMD-компонентами монтируются на гибкие платы с помощью ультразвуковой сварки. Контакты для пайки на носителях формируются путем химического и электрохимического осаждения слоев никеля толщиной 2 ÷ 3 мкм и олово-висмута толщиной 7 ÷ 10 мкм. Применение таких гибких носителей с SMD-компонентами позволяет заменять навесные компоненты в процессе проверки функционирования микросборок.

а)	б)

Рис. 2. Монтаж SMD-компонентов по COF-технологии с помощью гибких алюминий-полиимидных носителей:

а) – гибкие алюминий-полиимидные носители; б) – гибкие носители с SMD-компонентами, установленными пайкой

При этом в процессе изготовления микросборок полностью исключается опасность загрязнения основных плат остатками флюсов, а так же повышается технологичность слоев гибких плат и сборочных единиц благодаря тому, что нанесение припойных покрытий (Ni-SnBi) и сборка SMD-компонентов на гибких носителях выполняются в ходе отдельных технологических процессов.

Разработанная в ГП НИТИП инновационная технология ультразвуковой сварки алюминий-полиимидных плат и кабелей с микросхемами и приемниками радиационного излучения адаптирована для применения автоматизированных сварочных установок типа FK Delvotec-6400, ЭМ-4370 и др., позволяющих обеспечить точность позиционирования при сварке ± 3 ÷ 5 мкм.

В качестве основных материалов в разработках использованы безадгезивные алюминий-полиимидные лакофольговые диэлектрики типа ФДИ-А (ЫУО.037.042 ТУ) производства ООО “Тэтраэдр” (г. Москва, Россия).

Лакофольговые алюминий-полиимидные диэлектрики типа ФДИ-А представляют собой алюминиевую рулонную фольгу с односторонне нанесенным полипирометиллитимидным лаковым покрытием с последующей термической (при температуре 300°С в течение 30 мин) имидизацией до состояния собственно полиимида. Пленочные безадгезивные композиции были разработаны и широко применялись в СССР еще в середине восьмидесятых годов. Они нашли широкое применение в производстве лент-носителей ИС и БГИС с числом выводов до 500, гибких шлейфов, многослойных плат с числом слоев до 20 и других изделий, придавая им легкость, компактность, возможность соединения подвижных частей и формирования трехмерных схем. Однако на тот период времени алюминий-полиимидные диэлектрики использовались только для коммутации микросхем с шагом проводников 200 мкм и более. При участии специалистов ГП НИТИП в разработках гибких кабелей и плат для микромодулей международных проектов СВМ, ALICE, удалось значительно усовершенствовать сборочную технологию “сhip on flex” и адаптировать ее к самым высоким современным требованиям и задачам.

Список использованных источников

1. Фарассат Ф., Валев С. “Кристалл на плате” (СОВ): новая эра сборочной технологии // Технологии в электронной промышленности. – 2005. – № 6. – C. 71 – 76.

2. Still А. CDF Run II silicon tracking projects // Nucl. Instr. and Meth. – 2008.- A 447.-Р. 1 – 8.

3. Merkel P. et al. CDF Run IIb Silicon Detector: Тhe Innermost Layer // IEEE Transactions on Nuclear Science. – 2004. - Vol. 51, No 5. – Р. 2215-2219.

4. Tricomi A. The CMS Inner Tracker Silicon Microstrip Modules: Production and test // Nucl. Instr. аnd Meth.- 2007. - A 570. – Р. 248 – 252.