RU2572588C1 - Method of making electronic assemblies on flexible support without soldering and welding processes - Google Patents
Method of making electronic assemblies on flexible support without soldering and welding processes Download PDFInfo
- Publication number
- RU2572588C1 RU2572588C1 RU2014133855/07A RU2014133855A RU2572588C1 RU 2572588 C1 RU2572588 C1 RU 2572588C1 RU 2014133855/07 A RU2014133855/07 A RU 2014133855/07A RU 2014133855 A RU2014133855 A RU 2014133855A RU 2572588 C1 RU2572588 C1 RU 2572588C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- making
- base
- components
- polymer
- electronic components
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Non-Metallic Protective Coatings For Printed Circuits (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к приборостроению, а именно к технологии производства многокристальных модулей, микросборок и модулей на основе печатных плат с внутренним монтажом компонентов.The invention relates to instrumentation, and in particular to the production technology of multi-chip modules, microassemblies and modules based on printed circuit boards with internal installation of components.
Известен способ изготовления электронного узла со встроенным компонентом [1].A known method of manufacturing an electronic unit with an integrated component [1].
В указанном способе в проводящем слое несущей пленки узла создаются отверстия под размещения столбиковых выводов, сформированных на контактных площадках электронного компонента. Затем компонент устанавливается на пленку таким образом, чтобы столбиковые вывода входили в отверстия проводящего слоя, с обратной стороны от столбиковых выводов компонент частично встраивается в диэлектрический слой. После чего несущий слой пленки удаляется, оставляя столбиковые выводы открытыми, а затем происходит формирование слоя металлизации с контактированием столбиковых выводов.In this method, holes are created in the conductive layer of the carrier film of the assembly for the placement of the bumps formed on the contact pads of the electronic component. Then, the component is mounted on the film so that the column leads enter the holes of the conductive layer, on the back side of the column leads the component is partially embedded in the dielectric layer. After that, the carrier layer of the film is removed, leaving the bumps open, and then there is the formation of a metallization layer with contacting bumps.
Недостатком этого способа является необходимость создания столбиковых выводов на контактных площадках полупроводниковых компонентов, что ведет к увеличению числа технологических операций и соответственно к увеличению стоимости производства электронных узлов.The disadvantage of this method is the need to create a column conclusions on the contact pads of semiconductor components, which leads to an increase in the number of technological operations and, accordingly, to an increase in the cost of production of electronic components.
Известен способ встраивания компонента в основание и формирования электрического контакта с компонентом, заключающийся в создании отверстий в основании для полупроводниковых компонентов, причем отверстия проходят между первой и второй поверхностями основания, на вторую поверхность структуры основания наносят полимерную пленку, которая закрывает сквозные отверстия со стороны второй поверхности структуры основания. Затем в отверстия вводят полупроводниковые компоненты со стороны первой поверхности и прижимают к полимерной пленке, после чего происходит окончательное отверждение полимерной пленки [2].A known method of embedding a component in the base and forming electrical contact with the component, which consists in creating holes in the base for semiconductor components, the holes passing between the first and second surfaces of the base, a polymer film is applied to the second surface of the base structure, which covers the through holes on the side of the second surface base structure. Then, semiconductor components are introduced into the holes from the side of the first surface and pressed to the polymer film, after which the final curing of the polymer film occurs [2].
Недостатком данного способа является также создание столбиковых выводов на контактных площадках полупроводниковых компонентов. Другим недостатком способа является использование стеклотекстолита в качестве основания печатной платы, что ограничивает использование изделий, изготовленных на основе данной технологии в условиях воздействия жестких факторов, а также отсутствием возможности сгибаться.The disadvantage of this method is the creation of bumps on the pads of semiconductor components. Another disadvantage of this method is the use of fiberglass as the base of the printed circuit board, which limits the use of products made on the basis of this technology under the influence of tough factors, as well as the inability to bend.
Наиболее близким к заявленному способу известным техническим решением является способ изготовления электронных узлов на основе гибко-жестких печатных плат, в котором монтаж компонентов осуществляется без пайки [3]. Данный способ является прототипом патентуемого изобретения.Closest to the claimed method, the known technical solution is a method of manufacturing electronic components based on flexible-rigid printed circuit boards, in which the components are installed without soldering [3]. This method is a prototype of the patented invention.
Компоненты, предварительно протестированные и запрограммированные, размещаются на планарном основании. Сборка герметизируется с помощью паяльной маски, диэлектрика или электроизоляционного материала с переходными отверстиями, сформированными или просверленными к выводам компонентов, проводникам и контактным площадкам. Затем сборку металлизируют и герметизируют компаундом, после чего повторно сверлят отверстия и формируют нужные слои.Components pre-tested and programmed are placed on a planar basis. The assembly is sealed with a solder mask, dielectric or electrical insulating material with vias formed or drilled to the component leads, conductors and pads. Then the assembly is metallized and sealed with a compound, after which the holes are re-drilled and the necessary layers are formed.
Сборка создана по новому процессу реверсивного формирования межсоединений, без использования припоя, таким образом, обходя применения выводов электронных компонентов, олова и проблем, связанных с термообработкой. Термин «реверс» обозначает обратный порядок сборки;The assembly was created according to the new process of reversing the formation of interconnects, without the use of solder, thus bypassing the use of the findings of electronic components, tin and problems associated with heat treatment. The term “reverse” means the reverse order of assembly;
компоненты устанавливаются первыми, а затем изготавливаются слои схемы вместо того, чтобы первым создать плату, а потом смонтировать компоненты. Никакой стандартной платы не требуется, сокращается время производственного цикла, уменьшаются затраты и сложность, а также снижаются проблемы надежности платы.the components are installed first, and then the circuit layers are made instead of first creating a circuit board and then mounting the components. No standard board is required, production cycle times are reduced, cost and complexity are reduced, and board reliability problems are reduced.
Недостатком данного способа является применение корпусированных электронных компонентов, что ведет к значительному увеличению массогабаритных характеристик узлов, а также не устраняет проблемы, связанные с внутрикорпусной разваркой кристаллов.The disadvantage of this method is the use of packaged electronic components, which leads to a significant increase in the mass and size characteristics of the nodes, and also does not eliminate the problems associated with the internal casing of crystals.
Задачей изобретения является создание способа производства максимально компактных, надежных, быстродействующих и более экономичных в изготовлении электронных узлов радиоэлектронной аппаратуры.The objective of the invention is to provide a method for the production of the most compact, reliable, high-speed and more economical in the manufacture of electronic components of electronic equipment.
Для реализации указанной задачи предлагается изменить последовательность выполнения операций, исключить из технологического цикла изготовления электронных узлов процессы пайки и сварки для монтажа компонентов, применить бескорпусные кристаллы и полимерную пленку в качестве основания, а также использовать вакуумно-плазменные процессы для формирования межслойных соединений.To achieve this goal, it is proposed to change the sequence of operations, to exclude soldering and welding processes from the technological cycle of manufacturing electronic components for component installation, to use free-form crystals and a polymer film as a base, and to use vacuum-plasma processes to form interlayer compounds.
Изготовление начинается с подготовки основания электронного узла в виде фольгированного полимера. Основание может иметь как одностороннюю, так и двухстороннюю металлизацию, может использоваться как пленка в виде фольгированного полимера, так и формироваться из жидкого или твердого полимерного материала на тонком металлическом основании.Production begins with the preparation of the base of the electronic unit in the form of a foil polymer. The base can have either one-sided or double-sided metallization, a film in the form of a foil polymer can be used, and it can be formed from a liquid or solid polymer material on a thin metal base.
С одной стороны основания формируются реперные знаки для установки электронных компонентов и для совмещения последующих слоев, с обратной стороны - отверстия в металле точно над будущими контактными площадками кристаллов и других выводов электронных компонентов, а также в местах будущих переходных отверстий в диэлектрике.On one side of the base, reference marks are formed for installing electronic components and for combining subsequent layers, on the reverse side there are holes in the metal exactly above future contact pads of crystals and other terminals of electronic components, as well as in places of future vias in the dielectric.
Кристаллы интегральных схем и другие компоненты прецизионно устанавливаются и приклеиваются к основанию с помощью термо- и химостойкого полимерного клея - лака, предварительно нанесенного тонким слоем по всей поверхности и просушенного до определенной температуры, при которой он частично полимеризуется. Полимерный клей - лак может наноситься любым известным способом - пульверизацией, центрифугированием, окунанием, поливом. Не исключается вариант в качестве альтернативы клеящего слоя применять липкую ленту.Integrated circuit crystals and other components are precision mounted and glued to the base with the help of heat and chemical resistant polymer glue - varnish, previously applied with a thin layer over the entire surface and dried to a certain temperature at which it partially polymerizes. Polymer adhesive - varnish can be applied in any known manner - by spraying, centrifuging, dipping, watering. It is possible that an adhesive tape can be used as an alternative to the adhesive layer.
В процессе размещения электронные компоненты прижимаются к основанию контактными площадками или выводами вниз под определенной нагрузкой, и при заданном температурном профиле происходит дальнейшая полимеризация клея - лака. Окончательная полимеризация клея - лака осуществляется отдельно на установке с ИК - нагревом снизу.In the process of placement, electronic components are pressed to the base by pads or pins down under a certain load, and at a given temperature profile, further glue - varnish polymerizes. The final polymerization of glue - varnish is carried out separately at the installation with infrared heating from below.
Для жесткости конструкции и обеспечения планарности, а также дополнительного теплоотвода при последующих технологических операциях к обратной поверхности основания со стороны электронных компонентов узла устанавливается металлическая пластина. Существует два варианта изготовления электронного узла с применением металлической пластины. Первый, когда металлическая пластина приклеивается по всей поверхности на полимерный клей - лак и остается по окончанию всех технологических операций в составе конечного изделия. Тем самым получается «жесткий» вариант конструкции электронного узла. Второй, когда металлическая пластина, пройдя все операции, отделяется от основания и тем самым получается «гибкая» конструкция электронного узла.For structural rigidity and ensuring planarity, as well as additional heat removal during subsequent technological operations, a metal plate is installed to the back surface of the base from the side of the electronic components of the assembly. There are two options for manufacturing an electronic assembly using a metal plate. The first, when a metal plate is glued over the entire surface to a polymer glue - varnish and remains at the end of all technological operations in the composition of the final product. This results in a “hard” version of the design of the electronic unit. Secondly, when the metal plate, having gone through all the operations, is separated from the base and thereby a “flexible” design of the electronic assembly is obtained.
Переходные отверстия в основании формируются методом плазмохимического травления через металлизированную несъемную маску, которой является второй слой фольгированного полимера с отверстиями в металле. В случае использования в качестве основания одностороннего фольгированного полимера сначала создается топология под установку электронных компонентов и части схемы изделия, а второй слой под отверстия формируется после размещения электронных компонентов методом вакуумного напыления металлов и процессов фотолитографии. Не исключается вариант, в качестве альтернативы, где для создания отверстий в основании используется химическая или лазерная обработка.The vias in the base are formed by plasma-chemical etching through a metallized fixed mask, which is the second layer of foil polymer with holes in the metal. In the case of using a one-sided foil polymer as the base, a topology is first created for the installation of electronic components and parts of the product circuit, and a second layer for the holes is formed after the electronic components are placed by vacuum deposition of metals and photolithography processes. The option is not excluded, as an alternative, where chemical or laser processing is used to create holes in the base.
В процессе травления переходных отверстий не исключается возможность использовать очень тонкую съемную коваровую маску, плотно прижатую к основанию.In the process of etching vias, the possibility of using a very thin removable insidious mask, tightly pressed to the base, is not ruled out.
Монтаж или электрический контакт с электронными компонентами осуществляется без пайки и сварки методом вакуумного напыления металлов. Структура как минимум из двух различных металлов напыляется послойно по всей поверхности основания с запылением переходных отверстий в фольгированном полимере. Перед вакуумным напылением производится ионная очистка поверхности основания, отверстий, контактных площадок и других выводов электронных компонентов.Installation or electrical contact with electronic components is carried out without soldering and welding by vacuum deposition of metals. A structure of at least two different metals is sprayed layer by layer over the entire surface of the base with dusting of vias in the foil polymer. Before vacuum deposition, ionic cleaning of the surface of the base, holes, pads and other outputs of electronic components is performed.
Топология слоев коммутации изделия формируется методом фотолитографии.The topology of the product switching layers is formed by the photolithography method.
Последний слой разводки содержит крупные монтажные площадки, защищенные финишным покрытием. Это позволяет в дальнейшем легко монтировать микроузел на контактные площадки печатной платы методом оплавления припойной пасты.The last layer of the wiring contains large installation sites protected by a topcoat. This makes it possible in the future to easily mount a micronode on the pads of a printed circuit board by the method of reflowing solder paste.
Для формирования топологии слоев коммутации изделия не исключается возможность использовать способ напыления металлов через очень тонкую съемную коваровую маску, плотно прижатую к основанию.To form the topology of the product switching layers, the possibility of using a method of metal deposition through a very thin removable insidious mask, tightly pressed to the base, cannot be ruled out.
Заявленный способ изготовления электронных узлов на гибком носителе позволяет формировать и большее количество слоев, чем описано.The claimed method of manufacturing electronic components on a flexible medium allows you to form a larger number of layers than described.
На основе изобретенного способа можно изготавливать различные электронные узлы для радиоэлектронной аппаратуры со значительно улучшенными параметрами.Based on the invented method, it is possible to manufacture various electronic components for electronic equipment with significantly improved parameters.
Гибкий электронный узел может быть смонтирован на плату как компонент аналогично тому, как монтируются компоненты в BGA-корпусах. Монтаж электронного узла можно произвести на печатную плату из любого материала - стеклотекстолита, металла, керамики и т.д., так как основа узла компенсирует тепловое расширение платы за счет собственной пластичности. Поскольку гибкое основание электронного узла имеет минимальную толщину, может быть обеспечен отвод тепла от лицевой стороны кристаллов при монтаже узла на теплоотводящую печатную плату.A flexible electronic assembly can be mounted on a board as a component in the same way as components are mounted in BGA packages. The assembly of the electronic assembly can be done on a printed circuit board from any material - fiberglass, metal, ceramics, etc., since the base of the assembly compensates for the thermal expansion of the circuit due to its own plasticity. Since the flexible base of the electronic assembly has a minimum thickness, heat can be removed from the front of the crystals when the assembly is mounted on a heat-removing printed circuit board.
Изобретение поясняется фигурами, приведенными на чертеже.The invention is illustrated by the figures shown in the drawing.
На фиг. 1 показан вариант последовательных технологических операций изготовления фрагмента электронного узла радиоэлектронной аппаратуры на основе двухстороннего фольгированного полиимида, где способ осуществляется следующим образом.In FIG. 1 shows a variant of sequential technological operations of manufacturing a fragment of an electronic unit of electronic equipment based on double-sided foil polyimide, where the method is as follows.
Подготавливают поверхность фольгированного полиимида. Толщина слоев меди 2 и полиимида 1 зависит от схемы изделия и определяется расчетным путем. Заготовка может быть двухсторонним фольгированным полиимидом, а может формироваться самостоятельно путем магнетронного напыления металлов с двух сторон полиимидной пленки. При этом, если в качестве основного металла будет использоваться медь, ее необходимо защитить сверху никелем.The surface of the foil polyimide is prepared. The thickness of the layers of
Далее формируется топология схемы изделия с обеих сторон. В топологии верхнего слоя 4 формируются посадочные места 3 (отверстия в металле) под установку кристаллов и чип-компонента. На нижнем слое формируются отверстия в металле 6 ровно над контактными площадками кристаллов и чип-компонента для последующего травления полиимидной пленки. Как на верхнем, так и на нижнем слое формируются реперные знаки 5 для последующей ориентации компонентов и совмещения при процессах фотолитографии.Next, the topology of the product circuit is formed on both sides. In the topology of the top layer 4, seats 3 (holes in the metal) are formed for the installation of crystals and a chip component. Holes in the metal 6 are formed on the lower layer exactly above the contact pads of the crystals and the chip component for subsequent etching of the polyimide film.
Для натяжения пленки и придания планарности к верхней стороне фольгированного полиимида приклеивается пластина из нержавеющей стали в форме кольца 8 (играющая роль технологической оснастки), имеющая по периферии отверстия и реперные знаки 9. Пластина приклеивается за счет полиимидного клея - лака 7, нанесенного на поверхность пластины методом центрифугирования, с которой будет контактировать плата, и просушенного до определенной температуры. Приклеивание происходит при определенном давлении и температуре. Пластина имеет форму круга для равномерного натяжения полиимидной пленки и может иметь размеры стандартных кремниевых пластин: ⌀ 100 мм, ⌀ 150 мм, ⌀ 200 мм и т.д.To tension the film and give planarity to the upper side of the foil polyimide, a stainless steel plate is glued in the form of a ring 8 (playing the role of a tooling), which has holes and reference marks on the
Затем на поверхность фольгированного полиимида наносится термо- и химостойкий полиимидный клей - лак 10. Происходит нагрев платы до необходимой степени полимеризации клея - лака.Then, heat and chemical resistant polyimide adhesive - varnish is applied to the surface of the foiled
После чего кристаллы микросхем 11 и чип-компонент 12 прецизионно устанавливаются и приклеиваются к основанию посредством уже нанесенного на предыдущей операции клея - лака. В процессе размещения электронные компоненты прижимаются к основанию контактными площадками и выводами вниз, под определенной нагрузкой, и при заданном температурном профиле происходит дальнейшая полимеризация клея - лака.After that, the crystals of the
Далее электронные компоненты герметизируются полиимидным клеем-лаком или эпоксидным клеем 13 и производится окончательная полимеризация. Для жесткости конструкции и обеспечения планарности поверхности, а также дополнительного теплоотвода при последующих технологических операциях с обратной стороны основания узла приклеивается металлическая пластина 14.Further, the electronic components are sealed with polyimide glue-varnish or
Переходные отверстия 15 в основании формируются методом плазмохимического травления через второй слой фольгированного полиимида, который играет роль несъемной маски.The
Монтаж электронных компонентов осуществляется без пайки и сварки методом вакуумного напыления металлов. Структура 16 как минимум состоит из двух металлов хрома и меди. Напыляются они послойно по всей поверхности основания с запылением переходных отверстий в фольгированном полиимиде. Перед вакуумным напылением производится ионная очистка поверхности основания, отверстий, контактных площадок кристаллов и выводов чип-компонентов.Installation of electronic components is carried out without soldering and welding by vacuum deposition of metals.
После чего происходит формирование первого коммутационного слоя методом фотолитографии и наносится финишное защитное покрытие. Оно покрывает всю поверхность платы и будет выполнять функцию защиты от воздействия окружающей среды.After that, the first switching layer is formed by photolithography and a final protective coating is applied. It covers the entire surface of the board and will perform the function of protecting against environmental influences.
На заключительной операции производится удаление металлической оснастки, и отделение готового узла от заготовки.At the final operation, the removal of metal equipment and the separation of the finished unit from the workpiece are performed.
На фиг. 2 показана возможность сгибания фрагмента электронного узла, изготовленного по технологии фиг. 1.In FIG. 2 shows the possibility of bending a fragment of an electronic assembly made according to the technology of FIG. one.
У описанного способа производства микроузлов есть хорошие перспективы. Особенно это касается возможности массового производства таких изделий, как встраиваемые GPS/ГЛОНАСС - приемники, вычислительные модули, радиоэлектронные узлы авиационной и автомобильной аппаратуры, светодиодные платы и драйверы.The described method for the production of micro-nodes has good prospects. This is especially true of the possibility of mass production of such products as built-in GPS / GLONASS receivers, computing modules, electronic components of aircraft and automobile equipment, LED boards and drivers.
Описанная технология легко может быть трансформирована в рулонные варианты с минимальной трудоемкостью и себестоимостью.The described technology can easily be transformed into roll options with minimal labor and cost.
Источники информацииInformation sources
1. Патент США 20130015572.1. US patent 20130015572.
2. Патент РФ 2327311.2. RF patent 2327311.
3. Патент США 8193042 - прототип.3. US patent 8193042 - prototype.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2014133855/07A RU2572588C1 (en) | 2014-08-19 | 2014-08-19 | Method of making electronic assemblies on flexible support without soldering and welding processes |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2014133855/07A RU2572588C1 (en) | 2014-08-19 | 2014-08-19 | Method of making electronic assemblies on flexible support without soldering and welding processes |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2572588C1 true RU2572588C1 (en) | 2016-01-20 |
Family
ID=55086984
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2014133855/07A RU2572588C1 (en) | 2014-08-19 | 2014-08-19 | Method of making electronic assemblies on flexible support without soldering and welding processes |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2572588C1 (en) |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2010462C1 (en) * | 1992-06-09 | 1994-03-30 | Научно-технологический центр микроприборов | Multilayer printed circuit board with components |
| RU2327311C2 (en) * | 2002-01-31 | 2008-06-20 | Имбера Электроникс Ой | Method of integration of components to plate-base |
| US8193042B2 (en) * | 2008-10-17 | 2012-06-05 | Occam Portfolio Llc | Flexible circuit assemblies without solder and methods for their manufacture |
-
2014
- 2014-08-19 RU RU2014133855/07A patent/RU2572588C1/en active
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2010462C1 (en) * | 1992-06-09 | 1994-03-30 | Научно-технологический центр микроприборов | Multilayer printed circuit board with components |
| RU2327311C2 (en) * | 2002-01-31 | 2008-06-20 | Имбера Электроникс Ой | Method of integration of components to plate-base |
| US8193042B2 (en) * | 2008-10-17 | 2012-06-05 | Occam Portfolio Llc | Flexible circuit assemblies without solder and methods for their manufacture |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US10141203B2 (en) | Electrical interconnect structure for an embedded electronics package | |
| US7078788B2 (en) | Microelectronic substrates with integrated devices | |
| JP4899604B2 (en) | Three-dimensional semiconductor package manufacturing method | |
| US5989939A (en) | Process of manufacturing compliant wirebond packages | |
| US20140307403A1 (en) | Method for integrating an electronic component into a printed circuit board | |
| US10014243B2 (en) | Interconnection substrates for interconnection between circuit modules, and methods of manufacture | |
| KR101753225B1 (en) | Method for Manufacturing Circuit having Lamination Layer using LDS Process | |
| US9247631B2 (en) | Method for fabricating heat dissipation substrate | |
| CN110024107B (en) | Integrated circuit packaging method and integrated packaging circuit | |
| EP1579500A1 (en) | Methods for performing substrate imprinting using thermoset resin varnishes and products formed therefrom | |
| KR20170002830A (en) | Electronic component module and manufacturing method threrof | |
| JP2006519475A (en) | Free-standing contact structure formed directly on a module without casing | |
| JP2006521686A (en) | Device comprising electrical components on a substrate and method for manufacturing the device | |
| US11810844B2 (en) | Component carrier and method of manufacturing the same | |
| RU2572588C1 (en) | Method of making electronic assemblies on flexible support without soldering and welding processes | |
| TWI569368B (en) | Package substrate, package structure including the same, and their fabrication methods | |
| RU2639720C2 (en) | Printed circuit board with internal mounting of elements and method of its manufacture | |
| US11335664B2 (en) | Integrated circuit packaging method and integrated packaging circuit | |
| RU2571880C1 (en) | Microelectronic components mounting method | |
| US20140182904A1 (en) | Printed circuit board and method for manufacturing the same | |
| US9420709B2 (en) | Coreless board for semiconductor package, method of manufacturing the same, and method of manufacturing semiconductor package using the same | |
| JP2011187911A (en) | Side packaged type printed circuit board | |
| RU2581155C1 (en) | Method of making electronic node | |
| US11764344B2 (en) | Package structure and manufacturing method thereof | |
| KR101510625B1 (en) | Method for manufacturing the Embedded FPCB |