PL179061B1

PL179061B1 - Plytka nosna do montazu drutowego struktur pólprzewodnikowych ukladów scalonych PL PL PL

Info

Publication number: PL179061B1
Application number: PL96321595A
Authority: PL
Inventors: Ashwinkumar Ch Bhatt; Subahu D Desai; Thomas P Duffy; Jeffrey A Knight
Original assignee: Ibm
Priority date: 1995-02-15
Filing date: 1996-01-17
Publication date: 2000-07-31
Also published as: DE69605286D1; WO1996025763A2; ATE187014T1; HU216982B; CN1134601A; HUP9702316A2; US5724232A; CZ225697A3; ES2139330T3; JP3297287B2; CA2164901A1; CN1150613C; HUP9702316A3; JPH08241936A; US6038137A; US5599747A; DE69605286T2; CN1041470C; EP0809862B1; SG34493A1

Abstract

1. Plytka nosna do montazu drutowego struktur pólprzewodnikowych ukladów scalonych, zawierajaca podloze struktury pólprzewodnikowej, posiadajace dwie wzajemnie przeciwlegle powierzchnie, przynajmniej pierwsza warstwe oraz co najmniej jedna druga warstwe materialu organicznego, co najmniej jedna warstwe mate- rialu przewodzacego elektrycznie, usytuowana pomiedzy warstwami materialu organicznego, warstwe materialu metalicznego, usytuowana w bezposrednim sasiedztwie powierzchni podloza struktury pólprzewodnikowej, wne- ke oraz strukture pólprzewodnikowa, umieszczona we wnetrzu tej wneki i stykajaca sie z warstwa materialu metalicznego, znamienna tym, ze zawiera metaliczny pierscien (250), który otacza jednopoziomowa wneke (140), siegajaca od pierwszej powierzchni (30) podloza (24) struktury pólprzewodnikowej, usytuowanej w bezposrednim sasiedztwie pierwszej warstwy (110) materialu organicznego, w kierunku ku drugiej po- wierzchni (40) podloza (24) struktury pólprzewodnikowej i dochodzaca przynajmniej do warstwy (230) materialu metalicznego, i jest polaczony elektrycznie z warstwa (100) materialu przewodzacego elektrycznie, usytuowana pomiedzy drugimi warstwami (60, 70) materialu orga- nicznego. FIG . 4 F IG . 5 PL PL PL

Description

Przedmiotem wynalazku jest płytka nośna do montażu drutowego struktur półprzewodnikowych układów scalonych.

Znana jest, na przykład z opisów patentowych JP 06314859, JP 02058358, EP 0623956, EP 0427265 i z publikacji „IBM Technical Disclosure Bulletin”, vol. 28, nr 7, str. 2918-1919, płytka nośna do montażu drutowego struktur półprzewodnikowych układów scalonych, zawierająca podłoże struktury półprzewodnikowej, posiadające dwie wzajemnie przeciwległe powierzchnie, przynajmniej pierwszą warstwę oraz co najmniej jedną, drugą warstwę materiału organicznego, co najmniej jedną warstwę materiału przewodzącego elektrycznie, usytuowaną pomiędzy warstwami materiału organicznego, warstwę materiału metalicznego, usytuowaną w bezpośrednim sąsiedztwie powierzchni podłoża struktury półprzewodnikowej, wnękę oraz strukturę półprzewodnikową, umieszczoną we wnętrzu tej wnęki i stykającą się z warstwą materiału metalicznego.

Elementy półprzewodnikowych układów scalonych, zwane poniżej strukturami półprzewodnikowymi lub po prostu strukturami, są zwykle obudowywane elektronicznie przez zamontowanie jednej lub kilku struktur na ceramicznym podłożu nośnikowym, na przykład z tlenku glinu, i zastosowanie połączeń drutowych do elektrycznego połączenia pól

179 061 kontaktowych wejściowych i wyjściowych, znajdujących się na każdej strukturze z odpowiednimi polami kontaktowymi, a zatem odpowiednimi układami rozprowadzającymi, na podłożu ceramicznym. Otrzymany nośnik ceramiczny ze struktura jest następnie montowany na płytce drukowanej lub karcie drukowanej oraz łączony w ten sposób, za pośrednictwem obwodów tej płytki lub karty drukowanej z innymi takimi ceramicznymi nośnikami struktur i/lub innymi częściami elektronicznymi na płytce lub karcie drukowanej.

Stosowanie podłoży ceramicznych do struktur pociąga za sobą pewne ograniczenia i niedostatki. Na przykład, jak wiadomo, prędkość propagacji sygnału elektrycznego przez przewód na podłożu dielektrycznym, lub między dwiema warstwami dielektrycznymi, jest proporcjonalna do odwrotności pierwiastka kwadratowego ze stałej dielektrycznej warstw. Niestety, stała dielektryczna tlenku glinu wynosi około 9, co powoduje, że podłoża ceramiczne wykazują małe, niekiedy niedopuszczalne małe prędkości propagacji.

Stosowanie podłoży ceramicznych struktur powoduje również pewne ograniczenia dotyczące pól kontaktowych wejściowych i wyjściowych. Na przykład jednowarstwowy nośnik ceramiczny struktury zawiera tylko jedną warstwę obwodów rozprowadzających na górnej powierzchni jednej warstwy ceramicznej (do połączenia takiej struktury z płytką lub kartą, drukowaną służy zwykle ramka z wyprowadzeniami, której przewody wewnętrzne połączone są z obwodowymi polami kontaktowymi). W miarę wzrostu liczby przewodów rozprowadzających konieczne jest odpowiednie zmniejszanie odstępów między przewodami rozprowadzającymi, aż do momentu, w którym wystąpią niedopuszczalne już przesłuchy międzyprzewodowe. Ponadto, staje się coraz trudniejsze, jeśli nie niemożliwe, tworzenie odpowiedniej liczby pól kontaktowych na zewnętrznym obwodzie warstwy ceramicznej. Tak więc występuje ograniczenie dotyczące jednowarstwowych podłoży ceramicznych do struktur, w odniesieniu do możliwości pomieszczenia dużej liczby struktur wejściowych/wyjściowych.

Próby przejścia na struktury o stosunkowo dużej liczbie zacisków wejście/wyjście doprowadziły do zastosowania ceramicznych podłoży wielowarstwowych z wykorzystaniem tak zwanych sieci sferycznych zamiast ramek z wyprowadzeniami. Te rodzaje podłoży ceramicznych struktur różnią się od podłoży jednowarstwowych tym, że zawierają, dwie lub więcej warstw wyprowadzeń połączonych elektrycznie przez wywiercone mechanicznie otwory przelotowe, które są pokrywane galwanicznie lub wypełniane materiałem przewodzącym elektrycznie. Ponadto pewna liczba takich otworów odchodzi od warstw obwodów rozprowadzających do platform na spodnich stronach podłoży struktur, na których zainstalowane są sferyczne kontakty lutownicze (ustawione w sieć, stąd termin sieć sferyczna). Te sferyczne kontakty lutownicze przeznaczone są do mechanicznego i elektrycznego połączenia ich z odpowiednimi lutowanymi polami kontaktowymi na płytce drukowanej lub karcie drukowanej. Niestety, otwory wiercone mechanicznie łączące wzajemnie warstwy obwodów rozprowadzających mają stosunkowo duże średnice i wymagają dużych odstępów między wyprowadzeniowych, zaś te stosunkowo duże odstępy między przewodami odprowadzającymi ograniczają, liczbę wejść i wyjść struktury mieszczących się na takim ceramicznym podłożu wielowarstwowym.

Inne próby obudowywania struktur mających stosunkowo dużą liczbę wyprowadzeń wejście/wyjście polegały na stosowaniu rozmieszczonych w wielu poziomach wnęk w wielowarstwowych podłożach ceramicznych, przy czym stosowany termin „wnęka” oznacza wgłębienie w podłożu, a nie otwór przechodzący przez grubość podłoża. Przy zastosowaniu takiej konfiguracji obudowy, struktura montowana jest na wprost wnęki wielopoziomowej. Połączenia drutowe sięgają od pól kontaktowych wejście/wyjście na górnej powierzchni struktury do pól kontaktowych na odsłoniętych górnych powierzchniach różnych warstw wielowarstwowego podłoża ceramicznego tworzącego różne poziomy wnęk wielopoziomowych. Jakkolwiek taka konfiguracja daje możliwość zmieszczenia stosunkowo dużej liczby wyprowadzeń wejście/wyjście struktury, to powoduje stosunkowo dużą długość połączeń drutowych odchodzących od struktury do górnych poziomów wnęki wielopoziomowej. W konsekwencji w sposób niepożądany wzrasta czas przebiegu odpowiednich sygnałów elektrycznych.

179 061

Ceramiczne podłoża nośnikowe struktur ograniczone są również w odniesieniu do ich możliwości rozpraszania mocy strat. Na przykład, w przypadku ceramicznego nośnika wielowarstwowego ze strukturą umieszczoną na spodzie wnęki wielopoziomowej, rozpraszanie ciepła osiąga się zwykle przez zastosowanie radiatora bezpośrednio pod wnęką. Lecz to powoduje, że ciepło wytwarzane przez strukturę wymaga, przed dojściem do radiatora, przeniesienia na zasadzie przewodnictwa warstwy ceramicznej na spodzie wnęki. W wyniku tego zmniejsza się szybkość rozpraszania ciepła.

Tak więc twórcy opracowujący podłoża struktur poszukują, dotychczas bez sukcesu, płytek nośnych, które zapewniają, stosunkowo duże prędkości propagacji sygnałów elektrycznych, umożliwiają osadzenie struktur o stosunkowo dużej liczbie wyprowadzeń wejście/wyjście, bez potrzeby mechanicznego wiercenia otworów dla połączenia miedzy sobą różnych warstw obwodów rozprowadzających oraz wykazują, stosunkowo mały czas przebiegu sygnału i stosunkowo duże rozpraszanie ciepła.

Płytka nośna do montażu drutowego struktur półprzewodnikowych układów scalonych, zawierająca podłoże struktury półprzewodnikowej, posiadające dwie wzajemnie przeciwległe powierzchnie, przynajmniej pierwszą warstwę oraz co najmniej jedną drugą warstwę materiału organicznego, co najmniej jedną warstwę materiału przewodzącego elektrycznie, usytuowaną pomiędzy warstwami materiału organicznego, warstwę materiału metalicznego, usytuowaną w bezpośrednim sąsiedztwie powierzchni podłoża struktury półprzewodnikowej, wnękę oraz strukturę półprzewodnikową, umieszczoną we wnętrzu tej wnęki i stykającą się z warstwą materiału metalicznego, według wynalazku charakteryzuje się tym, że zawiera metaliczny pierścień, który otacza jednopoziomową wnękę, sięgającą od pierwszej powierzchni podłoża struktury półprzewodnikowej, usytuowanej w bezpośrednim sąsiedztwie pierwszej warstwy materiału organicznego, w kierunku ku drugiej powierzchni podłoża struktury półprzewodnikowej i dochodzącą przynajmniej do warstwy materiału metalicznego, i jest połączony elektrycznie z warstwą materiału przewodzącego elektrycznie usytuowaną pomiędzy drugimi warstwami materiału organicznego.

Pomiędzy drugą warstwą materiału organicznego i następną drugą, warstwą materiału organicznego usytuowana jest druga warstwa materiału przewodzącego elektrycznie.

Pierwszą warstwę materiału organicznego stanowi warstwa światłoczuła.

Pierwsza warstwa materiału organicznego posiada otwory przelotowe, wykonane za pomocą technik fotolitograficznych i zawierające materiał przewodzący elektrycznie.

Na drugiej powierzchni podłoża struktury półprzewodnikowej usytuowane są przewodzące elektrycznie pola kontaktowe i/lub powierzchnie kontaktowe, z którymi połączone są sfery lutownicze.

Warstwa materiału przewodzącego elektrycznie jest połączona jako płyta zasilająca.

Wynalazek zapewnia stosunkowo duże prędkości propagacji sygnałów elektrycznych, umożliwia osadzenie struktur o stosunkowo dużej liczbie wyprowadzeń wejście/wyjście, bez potrzeby mechanicznego wiercenia otworów dla połączenia między sobą różnych warstw obwodów rozprowadzających, pozwala uniknąć stosowania stosunkowo długich drutów połączeniowych i uzyskać stosunkowo mały czas przebiegu sygnału oraz wykazuje stosunkowo duże rozpraszanie ciepła.

Płytka nośna, według wynalazku, zawiera organiczne materiały dielektryczne, jak na przykład zestawy epoksydowo-szklane, zamiast ceramicznych materiałów dielektrycznych. Te materiały organiczne mają stosunkowo małe stałe dielektryczne, na przykład 4,0. W wyniku tego, płytka nośna według wynalazku zapewnia stosunkowo duże prędkości propagacji sygnałów elektrycznych.

Płytka nośna, według wynalazku, zawiera również organiczną światłoczułą warstwę dielektryczną, stanowiącą foliową warstwę redystrybucyjną. Znaczy to, że konkretna organiczna warstwa dielektryczna jest wrażliwa na światło, i z łatwością można ją selektywnie naświetlać przez maskę i wywołać, dokładnie tak, jak fotomaskę, w celu otrzymania otworów przelotowych (zwanych poniżej fotoprzelotami, dla odróżnienia ich od otworów przelotowych wierconych mechanicznie) w światłoczułej warstwie dielektrycznej. Istotne jest, że fotoprzeloty są łatwe do ukształtowania ze średnicami znacznie mniejszymi od średnic otworów przelo179 061 towych ukształtowanych konwencjonalnymi metodami mechanicznego wiercenia. Na przykład, średnica wierconego konwencjonalnie otworu przelotowego nie jest zwykle mniejsza, niż około 0,3 mm, podczas gdy średnica fotoprzelotu może wynosić na przykład zaledwie 0,05 mm. W konsekwencji, kiedy taka dielektryczna warstwa światłoczuła wchodzi w skład płytki nośnej według wynalazku, możliwe jest połączenie między dwoma (lub więcej) warstwami obwodów rozprowadzających bez ograniczania odstępów między drutami rozprowadzającymi w takim stopniu, jak przy stosowaniu przelotów wierconych mechanicznie. W wyniku tego, płytka nośna według wynalazku mieści struktury o większej liczbie wyprowadzeń wejście/wyjście, niż konwencjonalne płytki nośne ceramiczne.

Płytka nośna według wynalazku zawiera poza tym wnękę jednopoziomową do pomieszczenia struktury, zamiast wnęki wielopoziomowej. W wyniku tego unika się stosunkowo długich połączeń drutowych. Dzięki temu płytka nośna według wynalazku cechuje się krótkimi czasami przebiegu odpowiednich sygnałów elektrycznych.

Termiczne otwory przelotowe poniżej wnęki jednokondygnacyjnej, sięgające do spodu nośnika struktury, umożliwiają odprowadzanie z powietrzem do atmosfery ciepła wytwarzanego przez strukturę. Bezpośrednio pod przelotami termicznymi umieszczony jest radiator, w celu przyspieszenia rozpraszania ciepła. Płytka nośna zawiera warstwę metaliczną, na przykład miedzianą, działającą jak radiator, a głębokość jednokondygnacyjnej wnęki dochodzi do, a nawet sięga w głąb, warstwy metalicznej. Zapewnia to bezpośredni kontakt fizyczny między strukturą we wnęce, a radiatorem, co daje w wyniku jeszcze większe rozpraszanie ciepła.

Płytka nośna według wynalazku zawiera przynajmniej dwie warstwy organiczne, z warstwą uziemienia między nimi, oraz zawiera prawie ciągły pierścień metalowy, który otacza ścianki boczne wnęki i rozciąga się w pionie do powierzchni górnej nośnika. Obecność tego pierścienia metalowego umożliwia łatwy kontakt elektryczny z warstwą uziemienia, bez potrzeby wiercenia mechanicznego otworów przelotowych sięgających do warstwy uziemienia. Dzięki temu uzyskuje się korzystne zmniejszenie odstępów między drutami rozprowadzającymi.

Przedmiot wynalazku uwidoczniono w przykładach wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia w przekroju płytkę nośną według wynalazku, w pierwszym przykładzie wykonania, fig. 2 - w przekroju płytkę nośną według wynalazku, w drugim przykładzie wykonania, fig. 3 - w przekroju płytkę nośną według wynalazku, w trzecim przykładzie wykonania, fig. 4 - w przekroju płytkę nośnią według wynalazku, w czwartym przykładzie wykonania, fig. 5 w przekroju płytkę nośną według wynalazku, w piątym przykładzie wykonania, a fig. 6 przedstawia w widoku z góry podłoże, z przedstawieniem procesu wykorzystywanego do wytwarzania płytki nośnej według wynalazku, w piątym przykładzie wykonania.

Przedstawiona na fig. 1 płytka nośna 10 zawiera podłoże 24 z przeciwległymi powierzchniami 30 i 40. To podłoże 24 zawiera również zespół, na przykład trzech warstw 50, 60 i 70 materiału organicznego, na przykład warstw dielektrycznych, takich jak zestawy epoksydowo-szklane. Jakkolwiek tego nie przedstawiono wyraźnie na fig. 1, do podtrzymania warstw 80 obwodów rozprowadzających, na przykład z miedzi, służy dielektryczna organiczna warstwa 50. Między obiema dielektrycznymi warstwami 50 i 60 materiału organicznego zamknięta jest warstwa 90 z materiału przewodzącego elektrycznie, na przykład miedzi, która służy za płytę uziemienia.

Grubość każdej z dielektrycznych warstw 50, 60 i 70 materiału organicznego sięga od około 0,05 mm do około 0,5 mm. Grubości poniżej około 0,05 mm są niepożądane, ponieważ odpowiadające im organiczne warstwy dielektryczne są kruche, słabe i trudne w manipulacji. Grubości powyżej 0,5 mm są niepożądane, ponieważ tak grube ograniczenia warstwy dielektryczne są zwykle niepotrzebne, i utrudnione jest wiercenie otworów przelotowych przez tak grube warstwy. Grubość każdej z warstw 80 (obwody rozprowadzające), 90 (płyta zasilająca) i 100 (płyta uziemienia) z materiału przewodzącego elektrycznie sięga od około 0,003 mm do około 0,06 mm. Grubości poniżej około 0,003 mm są niepożądane ponieważ odpowiadające im warstwy przewodzące elektrycznie często nie wytrzymują wyskoków temperatury, na jakie może być narażony nośnik struktury. Grubości powyżej około 0,06 mm są niepożądane, ponieważ przy konwencjonalnych metodach nanoszenia warstw galwanicznych potrzebny jest niedopuszczalnie długi czas obróbki, oraz rosną kłopoty związane z regulacją szerokości linii.

179 061

Jak to pokazano na fig. 1, podłoże 24 również zawiera organiczną światłoczułą warstwę dielektryczną, określaną jako pierwsza warstwa 110 materiału organicznego, która nakrywa warstwę 80 obwodów rozprowadzających. Użyteczną kompozycją na pierwszą warstwę 110 materiału organicznego jest, na przykład materiał światłoczuły polimeryzowany kationowo na bazie epoksydowej, który zawiera układ żywicy epoksydowej zawierający w zasadzie od około 10% do około 80% wagowych żywicy poliolowej, będącej produktem kondensacji epichlorohydryny i bisfenolu A o masie cząsteczkowej między około 40.000 a około 130.000; od około 20% do około 90% wagowych epoksydowanej fwrmaldehydwwo-bisfenolwwej A ośmiofunkcyjnej żywicy nowolakowej o masie cząsteczkowej wynoszącej od 4.000 do 1.000, a jeżeli konieczne jest zmniejszenie palności, od około 35% do 50% wagowych epoksydowanego eteru glicydylowego tetrabromobisfenwlu A o punkcie mięknienia od około 60°C do około 110°C i masie cząsteczkowej od około 600 do około 2.500. Do tego układu żywicowego dodaje się około 0,1 do 15 części wagowych, na 100 części żywicy, fotoinicjatora mającego właściwość inicjalizowania polimeryzacji przy naświetlaniu promieniowaniem aktynicznym; przy czym układ ten charakteryzuje się dodatkowo absorpcją światła poniżej 0,1 w obszarze 330 do 700 mm w przypadku folii o grubości 0,05 mm. Ewentualnie można dodać fotosensybilizatora, jak na przykład perylen lub jego pochodne bądź antracen lub jego pochodne.

Organiczna światłoczuła warstwa dielektryczna czyli pierwsza warstwa 110 materiału organicznego jest łatwa do osadzenia z użyciem konwencjonalnej metody pokrywania, na przykład przez pokrywanie kurtynowe albo pokrywanie wałkiem. Grubość dielektrycznej światłoczułej pierwszej warstwy 110 materiału organicznego sięga od około 0,05 mm do około 0,5 m. Grubości poniżej około 0,05 mm są niepożądane, ponieważ trudne jest tworzenie takich cienkich warstw przy równoczesnym osiągnięciu pożądanej światłoczułości i właściwości dielektrycznych. Grubości powyżej około 0,5 mm są niepożądane ponieważ trudne jest tworzenie niewielkich fotoprzelotów w tak grubych warstwach.

Przy korzystaniu z konwencjonalnych metod fotograficznych światłoczuła dielektryczna pierwsza warstwa 110 materiału organicznego może być eksponowana w łatwy sposób selektywnie, a następnie wywoływana w celu utworzenia fotoprzelotów czyli otworów przelotowych 120 w warstwie 110, jak to pokazano na fig. 1. (Należy zauważyć, że eksponowane obszary ulegają usieciowaniu, a zatem stają się słabiej rozpuszczalne w wywoływaczu, niż obszary nie eksponowane). Te fotoprzeloty czyli otwory przelotowe 120 można następnie z łatwością pokryć materiałem przewodzącym elektrycznie, na przykład miedzią, przy zastosowaniu konwencjonalnych metod pokrywania.

Jakkolwiek nie widać tego wyraźnie na fig. 1, światłoczuła dielektryczna warstwa 110 materiału organicznego podtrzymuje warstwę 130 obwodów rozprowadzających, na przykład z miedzi, zawierającą pola kontaktowe. Oczywiście, pokrywane fotoprzeloty czyli otwory przelotowe 120 w światłoczułej pierwszej warstwie 110 materiału organicznego służą do łączenia elektrycznego warstw 130 i 80 obwodów rozprowadzających między sobą. Istotne jest, że jak wspomniano powyżej, średnice fotoprzelotów są mniejsze od średnic wierconych mechanicznie otworów przelotowych. W wyniku tego, odstępy między drutami rozprowadzającymi mogą być mniejsze, niż poprzednio.

Jak pokazano na fig. 1, podłoże 24 struktury zawiera jednopoziomową wnękę 140, o głębokości, która przechodzi tylko przez grubość światłoczułej dielektrycznej pierwszej warstwy 110 materiału organicznego. Struktura montowana drutami jest umocowana jako zwrócona w stronę spodu wnęki, przy czym druty montażowe 160 wychodzą z pól kontaktowych na strukturze 150 w celu połączenia pól warstwy 130 obwodów rozprowadzających.

Korzystne jest, jeżeli, jak to pokazano na fig. 1, podłoże 24 struktury zawiera (wiercone mechanicznie) termiczne otwory przelotowe 170, które rozmieszczone są bezpośrednio pod strukturą 150 i przechodzą na grubości warstw organicznych 80, 90 i 100. Te termiczne otwory przelotowe 170 służą do usuwania ciepła wytwarzanego przez strukturę 150 do atmosfery, a zatem służą do wzmożenia rozpraszania ciepła. Te termiczne otwory przelotowe są, korzystnie, wypełnione srebrną pastą epoksydową dla poprawienia przenoszenia ciepła. W końcowych etapach produkcji, nakłada się pewną warstwę, tak zwaną maskę lutowniczą na powierzchnię 40 płytki nośnej 10, a zatem ta maska lutownicza pokrywa srebrną pastę epoksydową

179 061

Średnice termicznych otworów przelotowych 170 zawierają się w zakresie od około 0,15 mm do około 0,3 mm. Stosowanie średnic termicznych otworów mniejszych od około 0,15 mm jest niekorzystne, ponieważ odpowiednie termiczne otwory przelotowe nie osiągają pożądanej wydajności odprowadzania ciepła. Stosowanie średnic powyżej 0,3 mm jest niekorzystne, ponieważ warstwa materiału maski lutowniczej w styku ze srebrną pastą epoksydową w odpowiednich termicznych otworach przelotowych ma tendencje do pękania a pokrywająca struktura ma skłonność do odwarstwienia się od podłoża nośnego.

Jak pokazano na fig. 1, podłoże 24 płytki nośnej 10 zawiera wiele wierconych mechanicznie pokrywanych galwanicznie otworów przelotowych 180. Każdy z takich otworów kończy się przy powierzchni 40, gdzie jest otoczony powierzchnią kontaktową 190 przewodzącą elektrycznie, na przykład z miedzi, połączoną z powierzchnią 40. Z powierzchnią 40 połączonych jest również kilka przewodzących elektrycznie pól kontaktowych 200, jak również przewody obwodu elektrycznego (nie przedstawione), na przykład z miedzi, które łączą poła kontaktowe 200 z pokrywanymi otworami przelotowymi 180. Na powierzchniach kontaktowych 190 i polach kontaktowych 200 założone są sfery lutownicze 210, z kompozycji zawierającej na przykład 67% ołowiu i 33% cyny. Jest oczywiste, że sfery lutownicze 210 służą do przyłączania lutowanych pól kontaktowych.

Przedstawiona na fig. 2 płytka nośna 10, w drugim przykładzie wykonania, różni się od płytki z pierwszego przykładu wykonania tym, że głębokość jednopoziomowej wnęki 140 również przechodzi przez warstwy 80 i 90 materiału organicznego. Ponadto, do powierzchni 40 przymocowany jest radiator 220, ustawiony w zasadzie współliniowo w pionie ze strukturą 150 i termicznymi otworami przelotowymi 170. Ponadto, do pól i powierzchni kontaktowych na powierzchni 30 dołączone są sfery lutownicze 210.

Przedstawiony na fig. 3, trzeci przykład wykonania płytki nośnej 10, różni się od wykonań pierwszego i drugiego tym, że podłoże 24 struktury zawiera stosunkowo grubą, światłoczułą dielektryczną warstwę 110 materiału organicznego, w bezpośrednim sąsiedztwie powierzchni 30, oraz warstwę 230 materiału metalicznego, na przykład miedzi, bezpośrednio sąsiadującą z powierzchnią 40. W tym przypadku warstwa 230 działa częściowo jak usztywniacz, i jest uziemiona elektrycznie. Z drugiej strony, jak poprzednio dielektryczna, światłoczuła warstwa 110 materiału organicznego podtrzymuje warstwę 130 obwodów rozprowadzających, włącznie z polami kontaktowymi. Poza tym dielektryczna, światłoczuła warstwa 110 materiału organicznego zaopatrzona jest w fotoprzeloty czyli otwory przelotowe 120 przechodzące przez grubość dielektrycznej, światłoczułej warstwy 110 materiału organicznego do warstwy 230 materiału metalicznego. Struktura 150 przeznaczona do montażu drutowego osadzona jest na dnie wnęki 140, a zatem jest w bezpośrednim kontakcie fizycznym z warstwą 230 materiału metalicznego. W wyniku tego, zwiększa się rozpraszanie ciepła, ponieważ warstwa 230 materiału metalicznego również działa w charakterze radiatora.

W tym trzecim przykładzie wykonania płytki nośnej 10, grubość dielektrycznej, światłoczułej warstwy 110 materiału organicznego sięga od około 0,05 mm do około 0,5 mm. Grubości spoza tego zakresu są niepożądane z podanych powyżej powodów'.

Grubość warstwy 230 materiału metalicznego mieści się w zakresie od około 0,1 mm do około 0,5 mm. Niekorzystne jest stosowanie grubości mniejszych od około 0,1 mm ze względu na brak sztywności odpowiednich warstw metalicznych. Grubości powyżej około 0,5 mm są niepożądane ponieważ współczynniki rozszerzalności termicznej odpowiednich warstw metalicznych dominują współczynniki odpowiednich podłoży struktur, co prowadzi do niezgodności współczynników rozszerzalności cieplnej między podłożami struktur a odpowiednimi strukturami, i z kolei do pękania struktur.

Z figury 4 widać, że czwarty przykład wykonania płytki nośnej 10, różni się od trzeciego przykładu wykonania tym, że dielektryczna, światłoczuła warstwa 110 materiału organicznego jest stosunkowo cienka, a warstwa 230 materiału metalicznego jest stosunkowo gruba. Ponadto głębokość jednopoziomowej wnęki 140 rozciąga się na całej grubości dielektrycznej, światłoczułej warstwy 110 materiału organicznego, i częściowo przez grubość warstwy 230 materiału metalicznego. W czwartym przykładzie wykonania płytki nośnej 10, grubość dielektrycznej, światłoczułej warstwy 110 materiału organicznego sięga od około 0,05 mm do około

179 061

0,5 mm. Grubość (pełna) warstwy 230 materiału metalicznego również i w tym przypadku mieści się w zakresie od około 0,1 mm do około 0,5 mm. Grubości spoza tego zakresu są niepożądane z podanych powyżej powodów. Grubość (częściowa) warstwy 230 materiału metalicznego bezpośrednio pod wnęką 140 powinna wynosić co najmniej około 0,1 mm. Niekorzystne jest stosowanie grubości mniejszych od około 0,1 mm ze względu na brak sztywności odpowiednich warstw metalicznych.

Przedstawiony na fig. 5, piąty przykład wykonania płytki nośnej 10, jest podobny do pierwszego i drugiego przykładu wykonania w tym, że podłoże 24 struktury zawiera kilka, na przykład trzy, laminowane dielektryczne warstwy 50, 60 i 70 materiału organicznego złożone na przykład z zestawu szkło/epoksyd. Jak poprzednio, dielektryczna warstwa 50 materiału organicznego podtrzymuje warstwę 90 materiału przewodzącego elektrycznie, na przykład miedzi, która służy w charakterze płaszczyzny zasilania. Należy zaznaczyć, że płyta uziemiona z boku sięga do ścianek bocznych wnęki 140, natomiast płaszczyzna zasilająca nie.

Grubości dielektrycznych warstw 50, 60 i 70 materiału organicznego są podobne do podanych powyżej. Również grubość każdej z elektrycznie przewodzących warstw, 80 (obwody rozprowadzające), 90 (płyta zasilająca) i 100 (płyta uziemienia) są również podobne do podanych powyżej.

Piąty przykład wykonania płytki nośnej 10 jest podobny do pierwszego i drugiego przykładu wykonania w tym, że podłoże 24 struktury zawiera warstwę 230 materiału metalicznego, korzystnie uziemioną. Grubość warstwy 230 materiału metalicznego jest podobna do grubości warstwy 230 materiału metalicznego w trzecim przykładzie wykonania.

Jak to przedstawiono na fig. 5 piąty przykład wykonania płytki nośnej 10 również zawiera jednopoziomową wnękę 140 o głębokości takiej, że przechodzi przez grubość dielektrycznych warstw 50, 60 i 70 materiału organicznego do warstwy 230 materiału metalicznego. Struktura 150 osadzona jest na dnie wnęki 140, a zatem jest w bezpośrednimi kontakcie fizycznym z warstwa 230 materiału metalicznego. W wyniku tego zwiększa się rozpraszanie ciepła, ponieważ warstwa 230 materiału metalicznego również działa w charakterze radiatora.

Piąty przykład wykonania płytki nośnej 10 różni się od innych przykładów wykonania tym, że zawiera prawie ciągłą warstwę 240 z materiału przewodzącego elektrycznie, na przykład z miedzi, przymocowaną do ścianek bocznych wnęki 140 i otaczająoąje. Ta warstwa 240 odchodzi pionowo od spodu wnęki 140 do szczytu wnęki 140 i zachodzi w bok na górną powierzchnię dielektrycznej warstwy 50 materiału organicznego, w sąsiedztwie warstwy 80 obwodów rozprowadzających. Ponieważ płyta uziemiona 90 sięga bokiem do ścianek bocznych wnęki 140, to warstwa 240 pozostaje w bezpośrednim fizycznym i elektrycznym kontakcie z płytą uziemienia, a zatem jest elektrycznie uziemiona.

Obecność warstwy 240 jest korzystna ze względu na to, że redukuje konieczność mechanicznego wiercenia wielu otworów przelotowych przechodzących przez grubość dielektrycznej warstwy 50 materiału organicznego do płyty uziemionej 90. Zatem jeżeli pewne pola kontaktowe struktury mają być uziemione elektrycznie, to druty połączeniowe z pól kontaktowych tej struktury są przedłużone do tej części warstwy 240 na powierzchni dielektrycznej warstwy 50 materiału organicznego, a nie do powierzchni otaczających wiercone mechanicznie otwory przelotowe dochodzące do płyty uziemionej 90. Ponieważ w piątym przykładzie wykonania potrzebnych jest stosunkowo niewiele wierconych mechanicznie otworów przelotowych, to można, zmniejszyć odstępy między drutami rozprowadzającymi.

Należy zaznaczyć, że piąty przykład wykonania płytki nośnej 10 struktury zawiera wiercony mechanicznie, metalizowany otwór przelotowy 180, który rozciąga się przez grubość dielektrycznych warstw 50 i 60 materiału organicznego do płytki zasilania, czyli warstwy 100 materiału przewodzącego elektrycznie. Płytka nośna 10 zawiera pierścień 250 z metalu, na przykład miedzi, który otacza wnękę 140 i pozostaje w bezpośrednim fizycznym i elektrycznym kontakcie z metalizowanym otworem przelotowym 180 dochodzącym warstwy 100 materiału przewodzącego elektrycznie, czyli płyty zasilania. Zaleta tego pierścienia 250 polega na tym, że eliminuje on potrzebę stosowania dodatkowych otworów przelotowych sięgających do płytki zasilania. Zatem kontakt elektryczny z warstwą 100 materiału przewodzącego elektrycznie, czyli płytką zasilania osiąga się za pośrednictwem tylko styku elektrycznego z pierścieniem 250.

179 061

Na figurze 6 przedstawiono sposób kształtowania warstwy 240 i pierścienia 250. Jak to przedstawiono na fig. 6, przy kształtowaniu wnęki 140, odbywa się mechaniczne wycinanie dwóch prostokątnych szczelin 260 i 270 przez grubości dielektrycznych warstw 50, 60 i 70 materiału organicznego. Szerokości tych szczelin wynoszą od około 0,625 mm do około

2,5 mm. Zewnętrzne powierzchnie tych szczelin tworzą ścianki boczne, stanowiące wnękę 140. Następnie na powierzchni dielektrycznej warstwy 50 materiału organicznego osadza się warstwę fotomaski 280. Ta warstwa fotomaski pokrywająca całość dielektrycznej warstwy 50 materiału organicznego z wyjątkiem szczelin 260 i 270, obszaru 241 na powierzchni dielektrycznej warstwy 50 materiału organicznego, który zajęty będzie przez warstwę 240 oraz obszaru 251, który zajęty będzie przez pierścień 250. Warstwa fotomaski podtrzymywana jest przez warstwy organicznego materiału dielektrycznego otoczonego szczelinami 260 i 270. Szczeliny 260 i 270, obszar 241, który zajęty będzie przez warstwę 240, jak również obszar, który zajęty będzie przez pierścień 250, są następnie metalizowane z użyciem konwencjonalnych metod metalizacji chemicznej i elektrochemicznej. Wzdłuż osi szczelin 260 i 270 dokonuje się następnie podcięć mechanicznych, przy czym te podcięcia rozszerza się następnie, aż do połączenia między osiami, a wycinany metal się usuwa. Powoduje to utworzenie wnęki 140, z pozostawieniem materiału rozmieszczonego w sposób prawie ciągły (z wyjątkiem narożników wnęki, do których pierwotnie szczeliny nie sięgają) wokół ścianek bocznych wnęki 140.

260

FIG. 6

179 061

FIG.2

FIG.3

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 60 egz.

Cena 2,00 zł.

Claims

Zastrzeżenia patentowe

1. Płytka nośna do montażu drutowego struktur półprzewodnikowych układów scalonych, zawierająca podłoże struktury półprzewodnikowej, posiadające dwie wzajemnie przeciwległe powierzchnie, przynajmniej pierwszą warstwę oraz co najmniej jedną drugą warstwę materiału organicznego, co najmniej jedną warstwę materiału przewodzącego elektrycznie, usytuowaną pomiędzy warstwami materiału organicznego, warstwę materiału metalicznego, usytuowaną w bezpośrednim sąsiedztwie powierzchni podłoża struktury półprzewodnikowej, wnękę oraz strukturę półprzewodnikową, umieszczoną we wnętrzu tej wnęki i stykającą się z warstwą materiału metalicznego, znamienna tym, że zawiera metaliczny pierścień (250), który otacza jednopoziomową wnękę (140), sięgającą od pierwszej powierzchni (30) podłoża (24) struktury półprzewodnikowej, usytuowanej w bezpośrednim sąsiedztwie pierwszej warstwy (110) materiału organicznego, w kierunku ku drugiej powierzchni (40) podłoża (24) struktury półprzewodnikowej i dochodzącą przynajmniej do warstwy (230) materiału metalicznego, i jest połączony elektrycznie z warstwą (100) materiału przewodzącego elektrycznie, usytuowaną pomiędzy drugimi warstwami (60,70) materiału organicznego.
2. Płytka według zastrz. 1, znamienna tym, że pomiędzy drugą warstwą (60) materiału organicznego i następną drugą warstwą (50) materiału organicznego usytuowana jest druga warstwa (90) materiału przewodzącego elektrycznie.
3. Płytka według zastrz. 1, znamienna tym, że pierwszą warstwę (110) materiału organicznego stanowi warstwa światłoczuła.
4. Płytka według zastrz. 1, znamienna tym, że pierwsza warstwa (110) materiału organicznego posiada otwory przelotowe (120), wykonane za pomocą technik fotolitograficznych i zawierające materiał przewodzący elektrycznie.
5. Płytka według zastrz. 1, znamienna tym, że na drugiej powierzchni (40) podłoża (24) struktury półprzewodnikowej usytuowane są przewodzące elektrycznie pola kontaktowe (200) i/lub powierzchnie kontaktowe (190), z którymi połączone są sfery lutownicze (210).
6. Płytka według zastrz. 1, znamienna tym, że warstwa (100) materiału przewodzącego elektrycznie jest połączona jako płyta zasilająca.