Анализ современных технологий изготовления гибридных микросборок

Эти недостатки были в значительной степени устранены после появления гибких одно и двусторонних безадгезивных фольгированных диэлектриков DuPont Pyralux с медной основой. Технологическое преимущество таких материалов состоит в том, что они не содержат адгезивных прослоек между медью и полиимидом, но обладают высокой силой сцепления между слоем меди и поверхностью полиимида.

Материалы с беза

дгезивной и высокопрочной структурой DuPont Pyralux AP и DuPont Pyralux AC являются высокотехнологичными при фотолитографической обработке, групповом избирательном травлении сквозных отверстий в переходах и формировании элементов топологии очень малых размеров. Наиболее важными характеристиками этих материалов является высокая избирательность при химобработке полиимида и меди; эластичность и механическая прочность полиимида; высокая термостойкость (+350°С) и холодостойкость (–196°С).

Ввиду хорошей адаптивности к фотохимическому избирательному травлению полиимида безадгезивная структура материала позволяет полностью исключить из техпроцессов изготовления гибких коммутирующих элементов применение механических операций сверления и фрезерования, заменяя их групповыми процессами, и, таким образом, сократить технологический цикл, снизить трудоемкость и, в конечном счете, уменьшить стоимость изготовления изделий.

Кроме того, для микросхем с высокой плотностью и прецизионностью элементов топологии при использовании указанных материалов, оказалось целесообразным применение методов микроэлектронной технологии, которая включает использование жидких фоторезистов, обладающих высокой чувствительностью и разрешающей способностью; использование практически всех способов нанесения жидких фоторезистов (центрифугирование, погружение, пульверизация); сочетание позитивных и негативных фоторезистов; применение стеклянных и гибких пленочных фотошаблонов; применение установок с односторонним и двусторонним экспонированием; применение плазмохимической и ионноплазменной избирательной обработки материалов.

Описанные выше достоинства безадгезивных медь-полиимидных пленочных материалов были использованы при создании коммутирующих элементов для детекторных микростриповых модулей в международном эксперименте STAR в BNL (США). Возможность формирования сквозных отверстий в слоях полиимида позволила отказаться от применения алюминиевой проволоки для соединения контактных площадок микросхем и сенсоров с выводами коммутирующих медь-полиимидных плат и кабелей и осуществлять присоединение выводов непосредственно к контактным площадкам микросхем и сенсоров с помощью ультразвуковой сварки через “окна” в полиимиде (рис. 1).

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 функциональный контроль 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.

Специалистами Государственного 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.

 Скачать реферат