Технология изготовления полиимидных коммуникационных структур для сборки высокоинтегрированных изделий микроэлектроники

• Автор: Дарбинян, Артур Владимирович
• Шифр специальности: 05.27.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2002
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 140 с. : ил

Оглавление
Введение

Глава 1. Анализ и сравнение существующих технологии монтажа кристалла.

1.1 Обзор технологий высокоплотиого микромонтажа.

1.2 Проволочный микромонтаж.

1.3 Монтаж методом перевернутого кристалла.

1.4 Микромонтаж с применением полиимидных носителей.

1.5 Сравнение методов высокоплотиого монтажа

компонентов на плату.

Глава 2. Компьютерное моделирование конструкции.

2.1 Конструкция Универсального Контактного Узла УКУузел.

2.2 Термомеханическое моделирование конструкций на
базе УКУузла.
2.3 Исследование капиллярного поднятия припоя в УКУузле.
Глава 3. Разработка технологического маршрута изготовления полиимидного носителя.
3.1 Обоснование метода нанесения тонких пленок в
вакууме на полиимидную пленку.
3.2 Оптимизация режимов магнетронного нанесения
меди при двусторонней металлизации
полиимидных пленок.
3.3 Плазмохимическое травление полиимида.
3.4 Исследование зависимости величины адгезии
напыленной медной пленки от свободной
поверхностной энергии полиимидной пленки.
3.5 Исследование величины адгезии медной пленки к полиимидному носителю без адгезивного подслоя хрома.
3.6 Технологический маршрут изготовления
полиимидного носителя.
Глава 4. Экспериментальные исследования тестовых структу р и натурные испытания.
4.1 Исследование элементного состава контактной зоны
пленок меди с полиимидом.
4.2 Экспериментальные исследования тестовых
структур УКУ узлов.
4.3 Механическая прочность паяных соединений
исследование на разрыв.
4.4 Исследование прочности паяных соединений
исследование на срез.
4.5 Контроль качества паяных соединений
неразрушающим методом.
4.6 Ускоренные испытания на воздействие температуры
и влажности.
Заключение
Литература


Целью работы является разработка технологии изготовления коммутационных структур с высокой плотностью размещения сквозных металлизированных отверстий на основе полиимидных пленок для сборки многовыводных кристаллов. Исследование термомеханической прочности контактных узлов с соединительными элементами, сформированными на основе явления капиллярного эффекта, в составе сборок типа «кристалл-полиимид». На основе проведенного термомеханического моделирования выявлено, что самым напряженным элементом контактного соединения является припой, а прочность соединения обуславливается величиной адгезии медной пленки к полиимиду и заполнением сквозного металлизированного отверстия припоем не менее чем на 2/3 объема капилляра. Отработаны процессы плазмохимической активации поверхности полиимида и методика двухэтапного нанесения меди методом магнетронного распыления. Разработанный технологический маршрут был использован при изготовлении полиимидных носителей на производственной базе ОАО «Завод Компонент». Многообразие конструкций контактных узлов для монтажа кристаллов можно разделить на следующие типы [1-3]. Первый тип - сварка. Характеризуется расположением соединяемых контактов (один - на поверхности кристалла, другой - на монтажной поверхности) в разных параллельных плоскостях. При этом контакты обращены рабочими поверхностями в одну сторону и соединяются протяженными промежуточными элементами - например, проволокой, приваренной к контактам. Второй тип - пайка. Аналогичен первому, контактные площадки также расположены в параллельных плоскостях, но рабочими поверхностями навстречу друг другу. Промежуточный элемент протяженного типа - в виде балки на полиимидной пленке. Необходимо отметить два главных недостатка указанных типов контактных узлов: использование дефектообразующих технологических операций (сварка); негрупповой характер основных сборочных операций (индивидуальное последовательное формирование каждого контактного узла - по две сварки на каждый контактный узел). Третий тип аналогичен второму, но контакты совмещены между собой, благодаря чему промежуточный элемент имеет минимальную протяженность и выполнен в виде выступа, столбиковой или шариковой формы, предварительно сформированного на контакте кристалла. Соединение контактов производится пайкой. Методы монтажа кристалла представлены на рис 1. Рис. Методы монтажа кристалла на плату. Одним из широко используемых в настоящее время методов присоединения выводов от кристаллов ИМС (интегральная микросхема) как к контактным площадкам корпуса, так и платам является проволочный микромонтаж. Однако, для микромонтажа бескорпусных ИМС все большее распространение получил монтаж с помощью жестких организованных выводов. Для проволочного микромонтажа используется проволока диаметром — мкм из золота, алюминия (и его сплавов), а также (значительно реже) из сплава палладия с никелем (% Рё, % N1). Большие скорости процессов микромонтажа, полная автоматизация технологических процессов сборки требуют большой стабильности свойств проволоки, особенно при повышенных температурах. Золотая проволока изготавливается из золота чистоты ,9% с последующей стабилизацией свойств, что достигается особой техникой плавления золота и термообжигом проволоки. Преимущества применения золотой проволоки заключаются в том, что она легко подвергается как сварке, так и пайке; кроме того, золотая проволока совместима практически с любым материалом контактных площадок — это делает ее незаменимой для микромонтажа бескорпусных ИМС в микросборках и ячейках [4-6]. Однако для микромонтажа корпусных ИМС с точки зрения уменьшения стоимости и лучшей совместимости с алюминиевой металлизацией контактных площадок кристалла предпочтительнее использовать проволок}' алюминия и его сплавов. Алюминиевая проволока изготавливается двух модификаций: твердая и мягкая. Проволока из алюминия чистоты ,9% выпускается в основном мягкой модификации. Сплавы алюминия болсс предпочтительны для изготовления проволоки, чем чистый алюминий, из-за повышенной прочности сварного соединения.