9.6. Особенности сборки сверхбыстродействующих ис и процессоров

Создание сверхбыстродействующих ИС (СБИС) и микропроцессоров (МП) на одном кристалле привело к необходимости создания, как новых типов корпусов, так и совершенствования методов монтажа кристалла ИС на кристаллоноситель с применением новых материалов, которые обеспечивают более высокую технологичность процесса сборки.

Корпус ИС должен обладать оптимальной конструкцией, достаточно хорошо отводить тепло и иметь низкую стоимость. Указанные требования продиктованы условием высокой надежности таких ИС. Поэтому при изготовлении высоконадежных ИС используются сварные герметичные корпуса, обычно удовлетворяющие достаточно жестким требованиям на механическую стойкость и на стойкость к воздействиям окружающей среды.

Обычные корпуса типа ДИП (диэлектрик-полупроводник), которые хорошо зарекомендовали себя в производстве ИС, крайне не рациональны для монтажа СБИС и МП. Основной причиной является то, что такой важный параметр, как эффективность использования монтажной площади, равная отношению площади кристалла к площади, необходимой для монтажа его на носитель, очень быстро падает с ростом числа выводов. Так, например, если для 18-выводного ДИП-корпуса требуется площадь ~1,81 см² для монтажа кристалла площадью 0,25 см², то эффективность использования корпуса составляет 0,25/1,81 или всего 14%. Для 40-выводного корпуса этот параметр падает уже до 4%.

Кроме того, еще один существенный недостаток корпусов данного типа – серьезное ухудшение их электрических характеристик при повышении быстродействия ИС. Дело в том, что в этом случае начинают отрицательно сказываться сопротивление и индуктивность соединений между близкими к торцам выводами корпусов и выводными контактами кристалла, особенно для ДИП-корпусов очень больших размеров.

В результате тактовые частоты ИС, произведенных в ДИП-корпусах, ограничены всего 500 МГц, тогда как в других более совершенных конструкциях эти величины достигают ~4 ГГц и выше. Помимо сказанного, появляющиеся новые типы кристаллоносителей из керамики и пластмассы имеют гораздо меньшие размеры и массу.

Наибольшее распространение для монтажа БИС, СБИС и МП получили корпуса плоского типа и кристаллоносители с матричными выводами, безвыводные керамические кристаллоносители и пластмассовые носители с металлическими выводами. Имеются следующие конструктивно-технологические варианты исполнения таких корпусов:

• плоский керамический корпус (рис. 9.5,а);

• прямоугольный керамический корпус с матрицей выводов (в данном примере трехслойный) типа ″cucaracha″ (рис.9.5,б);

• керамический корпус с упругими внешними выводами (рис. 9.5,в);

• безвыводной стеклоэпоксидный носитель.

а б в

Рис. 9.5. Конструктивно-технологическиве варианты

изготовления корпусов ИС

Для всех указанных типов корпусов характерны хорошие электрические характеристики и высокая эффективность использования монтажной площади. Например, для безвыводного кристаллоносителя с 18-контактными площадками требуется монтажная площадь всего ~0,65 см² при площади кристалла ~0,2 см², а эффективность использования площади составляет ~30 %. Это очень хороший показатель. Увеличение числа контактных площадок до 40 уже требует S~3,13 см² при площади кристалла БИС~1,64 см², т.е. эффективность использования возрастает до 52%.

Преимущество корпусов со штырьковыми выводами состоит в минимальных монтажных площадях, занимаемых ими на печатных платах. К недостатку таких корпусов относится сложность технологического контроля формирования внутренних выводов.

Из всех возможных вариантов конструирования БИС и СБИС только керамические кристаллоносители полностью совместимы с керамическими подложками гибридных микросхем и микросборок.

Для монтажа БИС и СБИС может использоваться проволочный монтаж. При таком типе технологического процесса контактные площадки кристалла и носителя соединяются золотой проволокой диаметром d = 0,25-0,02 мм при размерах контактных площадок от 0,70,1 мм и от 0,50,5 мм соответственно. Монтаж БИС и МП с помощью ленточных носителей начинает применяться так же широко, как и монтаж обычных ИС малой и средней степени интеграции. Как правило, при таком варианте сборки используется монтаж кристаллов БИС лицевой поверхностью вниз. Для теплоотвода служат специальные теплопроводящие эпоксидные смолы.

С ростом числа выводов БИС и МП контактные площади на кристалле уменьшаются до размеров, при которых проволочный монтаж оказывается нерациональным из-за низкой производительности автоматической линии. Поэтому автоматизированная сборка кристаллов на ленте-носителе становится единственным приемлемым технологическим процессом сборки ИС.