Коледов Л.А. - Технология ИС (1086443), страница 41
Текст из файла (страница 41)
В перспективе возможно создание органических полимеров, выдерживающих кратковременное воздействие температуры 600, 700 и даже 900 ' С. Полнимилы очень дороги. Их получают из соединений, синтез которых сложен, проводится во много стадий н требует применении трулнодоступных исходвых веществ. Конструктивно-технологические варианты многоуровневой разводки гибридных ИС с использованием полиимидного лака представлены на рис. 5.12, а с использованием полиимидных пленок— на рис.
5.16. Многоуровневая разводка с использованием тол с т ы х п л е н о к реализуется в двух конструктивно-технологических вариантах: в виде нескольких чередующихся проводящих и изолирующих слоев, расположенных на одной или двух сторонах монолитной керамической подложки, и в виде нескольких керамических слоев с нанесенными на них коммутационными системами толстопленочных проводников и контактных площадок, сквозных, заполненных проводящим материалом отверстий для электрической связи между слоями.
Первый из этих вариантов изображен на рис. 5.18. Такие многоуровневые толстопленочные структуры получают последовательным нанесением и вжиганием проводя~них и изолирующих слоев. Изолирующие слои необходимо изготовлять беспористыми длн устранения коротких замыканий металлизации. Для повышения выхода годных применяют двукратную печать материала изолирующего слоя.
При этом уменьшаются паразитные емкости за счет увеличения толщины диэлектрика. Плотность толстопленочного монтажа ограничивается технологическими возможностями формирования соседних отверстий в изолирующем слое для переходов. В процессе создания многоуровневых коммутационных плат могут формироваться также толстопленочные резисторы и конденсаторы. Многослойные керамические подложки формируются из нескольких слоев необожженной алюмооксидной керамики толщиной при- 5 У йу 177 и.' Ус5,' .©.о и н О О б) Рис. 5.!7. Структурная формула (а) н упрощенная лестничная схема (в) полиимида !76 Рис. 5.18. Фрагмент толстопленочной многоуровневой разводки: Г- г чгхнг хрчнчхочиоа перемычки, Х вЂ” слой прип х, Х вЂ” верха й, у ччй (третий) слой провохннхов; К б— «зчххчч г схан З, 7 в втароа к первый чровохчмхт ,Х вЂ” х Г ч ° ч поллоя«х 9- навесное кемпа *нт лстчплгнччхоа г брихноз НИС, ГО- выводи вьесиога хочхонгнт мерно 100 мкм, на поверхность которых последовательно наносят пасту для коммутационных проводников (рис.
5.!9 сц). После опрес. совки и обжига многослойного пакета образуется монолитная структура, внутри н на поверхности которой расположены коммутационные проводники (рнс. 5.19, б, и). Межслойные соединения формиру ются через сквозные отверстия в керамических слоях при заполнении проводящей пастой в процессе получения коммутационных проводников слоя. Увеличение степени интеграции до 1О ...!О элементов на кристалл, повышение их быстродействия до 10 "...1О Рс, увеличение до нескольких десятков и даже сотен числа внешних выводов поставило перед конструкторами микроэлектронной аппаратуры необходимость обеспечения плотнейшей упаковки кристаллов полупроводниковых СБИС, в которой для уменьшения задержки сигнала кристаллы следует расположить к можно ближе друг к другу.
Рис. йпз. Конструкция многослойной коммутаци иой керамической платы: а - натор » ~оса верам к в мнотоуровневай керамической пл ломаке алн на сспм» к по ент в, а — ра о о е не поп»актам» пере Нов в роме т вм» с. пнт «оммутапнанкой плати Проблема размещения в малом объеме большого количества кристаллов, каждый из которых имеет множество внешних выводов, сопряжена с решением принципиально новых конструкторско-технологических вопросов: во-первых, нужно в небольшом объеме расположить тысячи соединительных проводников, по которым подается электропитание и распределяются информационные сигналы между кристаллами; во-вторых, электрофизические свойства этой системы проводников должны быть такими, чтобы передаваемые по ним сигналы искажались как можно меньше. Добиться этого по мере увеличения скорости переключения и уменьшения размеров схем становится все труднее.
Наконец, в-третьих, система плотно упакованных кристаллов СБИС выделяет значительное количество тепла, которое необходимо отводить. Во многих случаях проблема теплоотвода оказывается наиболее сложной. Самая совершенная технология, позволяющая создавать высокую плотность разводки и размещать большое количество кристаллов микросхем в малом объеме, окажется бесполезной, если не обеспечить отвод выделяемого кристаллами тепла без опасности их перегрева и потери работоспособности. Считается, что при воздуц~ном охлаждении цифровой МЭА тепловой поток на уровне кристалла не должен превышать 2 Вт/ем~, на уровне платы — 0,5 Вт/см'.
С увеличением числа выводов на кристалле СБИС и числа кристаллов на единице площади платы главной становится проблема присоединения, подвода проводников к этим выводам. Сигнальные проводники должны проводиться между контактными площадками для присоединения выводов кристаллов н между сквозными отверстиями для соединения слоев. Размещение нескольких проводников между соседними отверстиями позволяет повысить плотность монтажа, но одновременно усложняет технологию изготовления и процесс конструирования платы с многоуровневой разводкой. 178 5.5.
РЕКОРДНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ, ДОСТИГНУТЫЕ ПРИ СОЗДАНИИ МНОГОУРОВНЕВОЙ РАЗВОДКИ Конструктивно-технологический вариант тонкопленочной многоуровневой разводки с использованием полиимидных коммутационных плат на жестком алюминиевом основании позволяет разместить до !20 бескорпусных цифровых БИС с 48 выводами, используя 1О уровней тонкопленочных сигнальных проводников шириной до 70 мкм с минимальным диаметром переходных отверстий 50 мкм. Такая многоуровневая плата цифровой аппаратуры на жестком алюминиевом основании показана на рис. 5,20, ее вертикальная структура показана на рис. 5.16, г.
Коммутационные тонкопленочные проводники шириной 50...!00 мкм, а также переходы с одного уровня на другой выдерживают ток силой до 2,5 А, платы работоспособны при низкой (77К) и сравнительно высокой (470К) температурах. !79 Рнс. 5.21. Многоуровневая система разводки на основе керамической платы: ! — сигнальная ы, 3 — кристалл полупроволи о ой СБИС. б — каитак ная п ошалка б — контантнмй шарп рипоя; б- иерераспрел ~п й слой, б- б.. ой си иллан * проволннков, 7 — «.слой н иальнмл про ол о, б — слой правопи ко с орнмм апра е ем; У вЂ” штмр вшшннл амвонов сибрнлвай БИС И 11 И И 13 1 1! И 1ИИИ ПИ!И 33ИИ! ШИИ И33Ш И31И! И1ИИ ! !ИИИ И1ИИ ППИ1 Ш13И ! ШИИ 1ИИИ ИПШ 000000000000000000000000000000000000000000 00000000000000000000000000000000000000000 00000000000в00000000000000000000000000000000000 Рис 5.20.
Об!ций вид конструкции гибридной многоуровневой БИС на металлическом анодпрованном основании с полиимнднымн коммутационными платами н бескорпусными цнфронымн полупроводниковыми БИО с гибкими выводами: 3 — но акти ее н. шапки н ш мволов снбрил см Бис, 3 но л ыш место; б — по~у ровол ко ан БИС ня нбком полинмнлном носителе 180 Столь же высокие результаты получены при отработке конструктивно-технологического варианта гибридных СБИС на основе многоуровневых керамических коммутационных плат.
Основу этого варианта составляет керамическая подложка размерами 9ОХ90Х5 мм (рис. 5.21), которая содержит внутри себя сложную, но компактную сеть коммутационных проводников, шин питания и межуровневых соединений (рис. 5.22). На лицевой верхней стороне подложки выполнены посадочные места для установки от 100 до 133 кристаллов быстродействующих полупроводниковых СБИС на биполярных транзисторах со временем переключения логических схем, входящих в эти кристаллы, около 1,1 нс В общей сложности для присоединения этих кристаллов с жесткими выводами методом перевернутого кристалла на плате сформировано около 12 10Б контактных площадок.
На нижней стороне платы укреплены 1800 штырьковых контактных выводов, через которые подается питание на кристаллы, вводятся и выводятся сигналы для связи с другими модулями через панель. Жесткие шариковые выводы кристаллов СБИС так же, как и система штырьковых внешних выводов многоуровневой керамической плоты, имеют вид двумерных матриц с целью умсньшсния занимаемой ими площади. Керамическая подложка содержит 33 слоя проводников; слои соединяются между собой с помощьку более чем 35 1О' сквозных контактных отверстий. Из указанного числа проводящих слоев в подложке 16 отведены под сигнальные '1роводники, прокладываемые по осям Л или у.
Проектные нормы предусматривают расположение сквозных контактных отверстий в ~злах прнмоугольной сетки с шагом 0,5 мм. Между соседними 181 '~; 1~; ~~.,ф:-;1У.;э,5",: 1!от)1-:, ~«,,'.~., :~ ~й* „''„- "-', ! '.,; т. й ,н ')н '.' ' и Ей ф Рис. 5.22. Топология проаоляших слоеа нераминеснои платы: н - «нрнннй н й ннн «монк« Н ««р т р ..; — н нн нн н н отверстиями можно прокладывать только одну сигнальную линию, что облегчает машинное проектирование системы проводников. Указанные 15 сигнальных слоев обеспечивают максимальную длину соединений 320 см на 1 см' плошади подложки.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
