Способ изготовления корпуса микросхемы


 


Владельцы патента RU 2561240:

ЧЕЛНОКОВ ЕВГЕНИЙ ИВАНОВИЧ (RU)

Изобретение относится к технологии производства приборов электронной техники. Способ изготовления корпуса микросхемы включает изготовление металлокерамического или металлостеклянного основания с монтажными и контактными металлическими площадками, сборку и пайку металлокерамического основания с металлическими деталями корпуса, нанесение слоя никеля и меди поверх никеля и их последующее спекание в защитной или восстановительной газовой атмосфере с образованием плотного медно-никелевого подслоя, нанесение золота на металлические поверхности в качестве финишного покрытия. Изобретение обеспечивает сокращение расхода золота за счет снижения толщины золотого покрытия до 0,1-0,5 мкм по всей металлической поверхности корпуса микросхемы с одновременным повышением плотности покрытия, его коррозионной стойкости, проводимости и термических характеристик для повышения эффективности в процессе сборки микросхем и повышения их стойкости в процессе эксплуатации в электронной аппаратуре. 3 з.п. ф-лы.

 

Изобретение относится к технологии производства приборов электронной техники, а именно к изготовлению металлокерамических и металлостеклянных корпусов интегральных микросхем, некоторых видов полупроводниковых приборов, металлокерамических плат и других аналогичных изделий, в частности к способам нанесения покрытий.

Известен способ нанесения электрохимических покрытий в барабане, выполненном в форме перфорированного многогранника из токонепроводящего материала со съемными гранями, пазами и токоподводом, отличающийся тем, что, с целью получения селективного покрытия, каждая грань барабана выполнена в виде многоместной кассеты, а токоподвод выполнен в виде пластины с закрепленными на ней струнами, и, что кассета выполнена в виде ячеек со сквозными отверстиями в местах преимущественного осаждения покрытия на деталях. [1] (Челноков Е.И. и др. Авторское свидетельство СССР №943334 от 24.10.1980, кл. C25D 17/20). Несмотря на то что при таком электрохимическом покрытии золото наносится на металлические поверхности корпуса селективно, т.е. на монтажных и контактных металлических площадках для припайки кристалла микросхемы золото-кремниевым припоем и для присоединения проволочных выводов кристалла к контактным площадкам толщина покрытия существенно больше (3-6 мкм), чем на внешних металлических выводах (2-3 мкм), недостатком способа является недостаточно большое снижение расхода золота.

Использование корпусов с тонким (0,1-0,2 мкм) золотым покрытием позволяет снизить затраты на их изготовление и уменьшить цену на корпус примерно в 5 раз, а расход золота - в 20 раз. [2] (Владимир Ланин, Виктор Емельянов «Снижение толщины золотых покрытий при изготовлении интегральных схем», Ж. Технологии в электронной промышленности, №7'2008). Тонкие химические слои золотого покрытия обеспечивают создание качественных сварных соединений алюминиевой проволокой методом УЗ-сварки в диапазоне существующих режимов. Динамика изменения прочности межсоединений при воздействии технологических факторов и испытаний такая же, как и у корпусов с покрытием толщиной 3-6 мкм. Присоединение кристаллов методом приклейки позволяет исключить термоудар на кристалл и корпус, в 2 раза снижает величину механических напряжений в системе «кристалл - дно корпуса». Замена золотого покрытия на корпусах ИС на Ni-B для 14-выводных микросхем неадекватна с точки зрения надежности микросхем в длительном процессе их эксплуатации, так как не исключается вероятность отказов ИС, связанных с разрушением сварных соединений на траверсе. Однако, как показала практика, тонкие химические слои золотого покрытия на сегодня так и не нашли применения в серийном производстве корпусов ИС ввиду того же принципиального недостатка, что и на корпусах ИС с Ni-В, поскольку снижается процент выхода годных на операции сборки ИС, но, главное, не исключается вероятность отказов ИС, связанных с разрушением сварных соединений на траверсе в процессе эксплуатации.

Известно иммерсионное золочение контактных площадок печатных плат. [3] (А. Медведев, Ю. Набатов, П. Семенов, С. Шкундина. Иммерсионное золочение под пайку. Ж. Технология в электронной промышленности, №2, 2010). Само покрытие представляет собой композицию из меди контактной площадки, подслоя химически осажденного никеля и иммерсионно осажденного золота. Тонкий слой золота толщиной 0,05-0,1 мкм несет единственную функцию - защитить никель от окисления для последующей пайки. При пайке оно быстро растворяется в припое, при этом обнажается свежая поверхность никеля для смачивания припоем. Именно подобную функцию несет золотое покрытие на внешних выводах корпусов ИС при монтаже на печатную плату. Однако в последнее время все чаще можно слышать нарекания по поводу иммерсионного покрытия золотом контактных площадок печатных плат, что ставит под вопрос реальность заимствования опыта снижения толщины золотого покрытия применительно к выводам корпусов ИС с 2-3 мкм до 0,05-0,1 мкм. Потеря смачиваемости или непрочные паяные соединения становятся общеизвестными пороками иммерсионного золочения. Это явление знакомо всем под названием «черный никель» (black nikel) или «черная контактная площадка» (black pad).

Покрытие «никель-золото» исключительно высокой коррозионной стойкости представлено в одноименной статье [4] (Олаф Курц (Olaf Kurtz), Флоренс Лагорс-Брок (Florence Lagorce-Broc), Михаэль Данкер (Michael Danker), Роберт Рютер (Robert Ruther), Юрген Бартельмес (Jurgen Barthelmes). Перевод: Евгений Чезганов. «Покрытие «никель-золото» исключительно высокой коррозионной стойкости», Ж. Технологии в электронной промышленности, №4'2011). В статье описан техпроцесс, обеспечивающий осаждение слоя золота толщиной всего 0,3 мкм, когда покрытие осаждают на оптимальной комбинации покрытия «никель/никель-фосфор». Такое сочетание материалов выдерживает испытание в азотной кислоте и при этом обеспечивает высокую коррозионную стойкость. В противоположность чистому никелю, покрытие никель-фосфором демонстрирует высокую степень коррозионной устойчивости и износостойкости, однако имеет и недостатки - низкую скорость осаждения и худшую пластичность слоя.

Достаточно близким по технической сущности к предлагаемому способу изготовления корпуса является «Способ изготовления корпуса микросхемы» [5] (Агафонов О.Н., патент РФ №2034368 от 30.04.1995, кл.: H01L 23/48), включающий изготовление металлокерамического основания с монтажным и контактными металлическими площадками, сборку и пайку основания с металлическими деталями корпуса, нанесение слоя никеля и золота на металлические поверхности, отличающийся тем, что, с целью сокращения расхода золота за счет сокращения площади его нанесения, перед нанесением слоя золота корпус размещают в среде полимерного порошка и нагревают металлические детали корпуса до образования защитной полимерной пленки электромагнитным полем, глубина проникновения которого в металлические детали равна или меньше их поперечных относительно магнитных силовых линий размеров. Однако и этот способ не внедрен в практику производства корпусов ИС ввиду недостаточной технологической воспроизводимости процесса, а также ввиду его высокой трудоемкости относительно существующего традиционного техпроцесса.

Технической задачей изобретения является сокращение расхода золота за счет снижения толщины золотого покрытия до 0,1-0,5 мкм по всей металлической поверхности корпуса микросхемы с одновременным повышением плотности покрытия, его коррозионной стойкости, проводимости и термических характеристик. Указанные свойства покрытий необходимо обеспечивать как для выполнения сборки микросхем при воздействии технологических факторов, так и для последующей эксплуатации в электронной аппаратуре с целью повышения стойкости микросхем от воздействия неблагоприятных внешних факторов.

Для достижения указанной технической задачи в заявленном способе предусмотрено введение дополнительного медно-никелевого подслоя перед нанесением золотого покрытия. Получение подслоя обеспечивается путем нанесения медного покрытия поверх никелевого покрытия и их последующего спекания в защитной или восстановительной газовой атмосфере с образованием плотного медно-никелевого покрытия.

Для расширения конструктивно-технологических возможностей способа проводят нанесение второго никелевого слоя поверх медно-никелевого подслоя перед нанесением золотого покрытия, в том числе в различных вариантах покрытий состава «никель», «никель-фосфор» и/или «никель-бор».

Для расширения конструктивно-технологических возможностей при достижении технической задачи в условиях гальванического способа нанесения, покрытия, дополнительно к названным способам, могут быть получены селективным (разнотолщинным) методом, в специальной экранирующей корпуса от анодов оснастке с отверстиями в местах преимущественного нанесения золотого и других покрытий. То есть над монтажным колодцем для посадки и пайки кристалла и на траверсах для разварки выводов от кристалла.

Технико-экономическая эффективность использования изобретения заключается в повышении эффективности на операциях сборки микросхем, в повышении надежности микросхем в процессе эксплуатации в электронной аппаратуре, а также в существенной экономии золота в производстве корпусов интегральных микросхем.

Пример реализации способа

В качестве образцов используют основания металлостеклянных или металлокерамических корпусов ИС.

Изделия с внешними выводами после их термообработки обезжиривают в моющем растворе, промывают в ванне с проточной горячей (75-90°C) водой и в ванне с деионизованной водой. Потом изделия декапируют 2-3 мин в соляной кислоте с удельным весом 1,13…1.19 г/см3, после чего их промывают в холодной проточной и в деионизованной водах.

Затем изделия помещают в раствор никелирования, содержащий:

- никель сернокислый: 180…240 г/л,

- натрий хлористый: 3…15 г/л,

- кислоту борную: 20…30 г/л,

- натрий сернокислый: 50…100 г/л,

- магний сернокислый: 30…50 г/л,

и обрабатывают 60-80 мин при pH=5,2…5,8 раствора, при плотности тока 0,4…0,8 А/дм2 и при соотношении площади анода к площади катода не менее чем 1: 1.

После никелирования изделия промывают в холодной проточной воде и в ванне с горячей (75-90°C) проточной водой и в трех ваннах с горячей (75-90°C) деионизованной водой.

Далее без перерыва никелированные изделия помещают в раствор меднения, содержащий специальные добавки БСД или БСД-2 при широком диапазоне концентрации остальных компонентов:

- медь сернокислая: 60…220 г/л,

- кислота серная: 60…200 г/л,

- натрий хлористый: 40…80 мг/л

и обрабатывают в растворе 60-80 мин при плотности тока 1…1.5 А/дм2.

После меднения изделия промывают в холодной проточной воде и в ванне с горячей проточной водой и в трех ваннах с горячей (75-90°C) деионизованной водой и сушат в сушильном шкафу 15-20 мин при температуре 65±5°C.

Высушенные изделия далее помещают (затаривают) на керамические подставки (кассеты) и термообрабатывают в восстановительной газовой среде (в водороде) в печи проходного типа «БЛОК-М» при температуре 870-890°C (3-5 мин), т.е. при скорости движения цепной ленты 10-12 см/мин.

Термообработанные изделия никелируют в прежнем растворе и по прежним режимам.

После чего без перерыва проводят золочение в течение 3-5 мин в цитратном электролите следующего состава:

- калия дицианоаурат: 10…14 г/л,

- кислота лимонная: 15…25 г/л,

- калий лимоннокислый трехзамещенный 75…80 г/л и при следующих режимах:

- водородный показатель раствора pH=4,8…5.5,

- катодная плотность тока: 0,3…0,4 А/дм2,

- температура 60…80°C,

- соотношение анодной и катодной поверхностей должно быть в пределах 1…2:1.

После золочения изделия промывают в шести ваннах улавливания, моют в холодной проточной воде и затем в горячей (75-90°C) проточной воде. Промывают в трех ваннах с горячей деионизованной воде и в трех ведрах со спирто-ацетонной смесью (1 часть спирта и 7 частей ацетона) с последующей сушкой в сушильной камере в течение 15-20 мин при температуре 65±5°C.

1. Способ изготовления корпуса микросхемы, включающий изготовление металлокерамического или металлостеклянного основания с монтажными и контактными металлическими площадками, сборку и пайку основания с металлическими деталями корпуса, нанесение никеля и золота на металлические поверхности, отличающийся тем, что перед нанесением золота наносят медное покрытие поверх никелевого покрытия и спекают его с никелевым покрытием в защитной или восстановительной газовой атмосфере до образования плотного медно-никелевого подслоя.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что на медно-никелевый подслой перед нанесением золотого покрытия наносят второй никелевый слой.

3. Способ по п. 2, отличающийся тем, что второй никелевый слой выполнен в виде покрытия никель-фосфор или никель-бор.

4. Способ по любому из пп. 1-3, отличающийся тем, что при гальваническом способе нанесения покрытия нанесены селективным методом в оснастке, экранирующей корпуса от анодов, с отверстиями в местах преимущественного нанесения золотого покрытия.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области силовых корпусов и более конкретно к вводам, выполненным в этих корпусах. Технический результат - предложение ввода, позволяющего минимизировать риски возникновения мультипакторных эффектов, и обеспечение возможности функционирования ввода при передаче сигналов повышенной мощности.

Изобретение относится к области силовых корпусов и более конкретно к вводам, выполненным в этих корпусах. Технический результат - предложение ввода, позволяющего минимизировать риски возникновения мультипакторных эффектов, и обеспечение возможности функционирования ввода при передаче сигналов повышенной мощности.

Изобретение относится к электронной технике. В выводной рамке для многокристального полупроводникового прибора СВЧ, содержащей, по меньшей мере, два вывода каждый с внешними и внутренними концами, внешние концы выводов соединены с технологической рамкой, внутренние концы каждого вывода имеют конфигурацию, соответствующую конфигурации контактных площадок кристалла полупроводникового прибора, и предназначены для непосредственного соединения с последним.
Изобретение относится к проводящим пастам для формирования металлических контактов на поверхности субстратов для фотогальванических элементов. Проводящая паста по существу свободна от стеклянной фритты.

Изобретение относится к модулю полупроводникового преобразователя электроэнергии. Технический результат - создание модуля полупроводникового преобразователя электроэнергии с охлаждаемой ошиновкой (8) по меньшей мере двух модулей (2, 4) силовых полупроводниковых приборов, который можно нагружать электрически сильнее по сравнению со стандартным модулем полупроводникового преобразователя электроэнергии, при этом может выдерживаться допустимая температура для изоляционного слоя (32) и материала ламинирования ошиновки (8).

Изобретение относится к области приведения в контакт ОСИД с проводником. В способе для приведения в контакт ОСИД с проводником, ОСИД содержит подложку, по меньшей мере, с одной ячейкой, область контакта и инкапсулирующую оболочку, содержащую тонкую пленку, которая содержит нитрид кремния, карбид кремния или оксид алюминия, причем инкапсулирующая оболочка инкапсулирует, по меньшей мере, область контакта, а способ содержит этапы компоновки проводника на инкапсулирующей оболочке и взаимного соединения проводника с областью контакта, без предварительного удаления инкапсулирующей оболочки между проводником и областью контакта.

Изобретение относится к микроэлектронике, к структурам взаимного соединения в многокристальных корпусах. Сущность изобретения: многокристальный корпус включает в себя подложку, имеющую первую сторону, противоположную вторую сторону и третью сторону, которая продолжается от первой стороны до второй стороны, первый кристалл, закрепленный на первой стороне подложки, и второй кристалл, также закрепленный на первой стороне подложки, и мост, расположенный рядом с третьей стороной подложки и соединенный с первым кристаллом и со вторым кристаллом.

Изобретение относится к вычислительным системам, в частности к системной плате. .

Изобретение относится к электронной технике. .

Изобретение относится к межсоединениям по методу перевернутого кристалла. .
Наверх