Многокристальный модуль

Изобретение относится к электронной технике и может быть использовано при изготовлении многоуровневых многокристальных модулей в трехмерной сборке с повышенными эксплуатационными характеристиками. Многоуровневый многокристальный модуль содержит по меньшей мере две монтажные платы и две одинаковые по планарным габаритным размерам коммутационные платы, которые вместе с электронными компонентами образуют уровень модуля. Уровни модуля соединены между собой механически и электрически с помощью коммутационных рамок тех же планарных размеров, что и коммутационные платы. Число рамок для межсоединения уровней модуля выбирают достаточным для размещения в образующейся внутренней полости электронных компонентов. Присоединение каждого нового уровня к числу уже имеющихся в модуле воспроизводит конфигурацию поверхности стыковки, поэтому модуль обладает открытой архитектурой и позволяет наращивание уровней в нем. Для того чтобы обеспечить унификацию коммутационной платы, монтаж электронных компонентов на нее выполняется через монтажную плату с оригинальной топологией горизонтальной электрической разводки. Для того чтобы обеспечить возможность беспроволочной коммутации монтажной платы с коммутационной платой, в последней выполняется сквозное окно несколько меньшее, чем монтажная плата. Монтажная плата устанавливается на коммутационную плату так, чтобы компоненты электроники оказались в окне коммутационной платы, а соответствующие контуры контактных площадок монтажной и коммутационной плат совпали. В такой ситуации горизонтальная электрическая разводка коммутационной платы заключается лишь в коммутации контактных площадок ее внешнего и внутреннего контуров, т.е. она перестает быть оригинальной и пригодна для использования в модулях с другим набором электронных компонентов. 2 н. и 1 з.п. ф-лы, 10 ил.

 

Область техники

Изобретение относится к электронной технике и может быть использовано при изготовлении многоуровневых многокристальных модулей в трехмерной сборке, с повышенными эксплуатационными характеристиками, а также обладающей высокой межвидовой функциональной плотностью за счет комбинации в своем составе корпусированных и бескорпусных электронных компонентов различных видов, включая СБИС, МЭМС, изделия пьезоэлектроники и пассивные элементы.

Предшествующий уровень техники

Многокристальные модули решают задачу компоновки и электрической коммутации по заданной электрической схеме различных электронных компонентов в ограниченном пространстве. В зависимости от конфигурации этого пространства разделяют двух- и трехмерные модули. В любом случае, модуль включает две или более плат с электрической разводкой, которые путем наложения друг на друга пакетируются в вертикальном направлении. Пакетируемые платы различаются по своей функции и конструкции. В некоторых случаях пакет плат размещается на основании, имеющем электрические выводы модуля в целом.

По функциональному назначению эти платы можно разделить на три группы: первая группа - платы, предназначенные только для механического монтажа и электрической коммутации электронных компонентов на этой плате между собой, вторая группа - платы, включающие функцию плат первой группы, но дополнительно обеспечивающие вертикальную электрическую коммутацию с ниже и выше лежащими платами, третья группа - платы, предназначенные для вертикальной коммутации плат в модуле и для образования в модуле внутреннего пространства для размещения в них электронных компонентов.

В литературе и описаниях патентов по соответствующей тематике, в том числе цитируемых в данной заявке, пока еще не установилась единая терминология в отношении этих групп плат и в отношении одного и того же функционального элемента модуля используются различные термины. Например, плату второй группы [Патент DE 102006000622 (А1) 2007.07.12] именуют как «вспомогательную пластину», или [Патент US 005703753A 12.30.1997] как «интерпозер». В то же время [Патент US 6,407,450 В1 18.06.2002, Патент US 006618267 В1 09.09.2003] термином «интерпозер» обозначена плата третьей группы, выполняющая исключительно роль вертикального соединения других плат в модуле.

В связи с этим, для адекватного описания сущности различных технических решений, существующих на момент подачи данной заявки, при анализе уровня техники в области многокристальных модулей введем единую терминологию для основных компонент таких модулей.

Платы первой группы - монтажные платы. Платы второй группы - коммутационные платы. Платы третьей группы - коммутационные рамки.

Монтажные платы имеют только горизонтальную электрическую разводку. Горизонтальная разводка выполняется в плоскости платы в виде, как правило, тонких 0,1-50 мкм электропроводящих линий шириной в несколько десятков или сотен микрометров методами литографии или шелкографии. Эти линии разводки начинаются на внутренних контактных площадках платы, предназначенных для коммутации с выходными контактными элементами электронных компонентов, и заканчиваются на внешних - выходных контактных площадках монтажной платы, образующих односторонний контур. На пути от внутренних контактных площадок к внешним линиям разводки они могут пересекаться, образуя топологический рисунок реализуемой электрической схемы. При сложной электрической схеме и большом количестве электронных компонентов, размещаемых на плате, электрическая разводка может быть многоуровневой, т.е. выполнена на одной стороне в нескольких уровнях, разделенных диэлектрическими слоями. Более того, многоуровневая разводка может быть выполнена с обеих сторон платы. Такая плата имеет двухстороннюю многоуровневую разводку и допускает монтаж электронных компонент с обеих сторон монтажной платы.

Коммутационные платы имеют горизонтальную и вертикальную электрическую разводку. Платы имеют двухсторонний внешний контур электрических контактов, выполненный, как правило, на периферии платы вдоль ее периметра. При этом соответствующие площадки внешнего контура на лицевой и обратной стороне платы электрически связаны с помощью того или иного элемента вертикальной электрической коммутации. Для многослойного исполнения плат элемент вертикальной коммутации выполняется с использованием внутренних горизонтальных электропроводящих слоев, как это сделано, например, в патенте DE 102006000622 (А1) 2007.07.12. В других случаях, вертикальная гальваническая связь реализована с помощью вертикальных металлизированных отверстий [Патент US 005703753 A 12.30.1997]. Электронные компоненты монтируются на коммутационную плату либо непосредственно [Патент US 6,407,450 В1 18.06.2002, Патент US 006618267 В1 09.09.2003], либо вместе с монтажной платой [Патент US 008199510 B2 12.06.2012, Патент US 20060108676 А1 25.05.2006, Патент US 20090014890 А1, 15.01.2009].

Коммутационные рамки имеют только вертикальную электрическую разводку и представляют собой конструкционный элемент модуля, выполненный на основе платы с большим сквозным окном в их центральной части, придающим таким платам геометрию рамки. Коммутационные рамки являются промежуточным элементом между коммутационными платами и служат для того, чтобы разнести по вертикали в пакете коммутационные платы с целью образования пространства для электронных компонентов, установленных на выше- и нижележащих коммутационных платах [Патент US 006618267B1 09.09.2003, Патент US 008199510B2 12.06.2012, Патент US 20060108676 А1 25.05.2006]. Для того, чтобы такие промежуточные элементы не нарушали вертикальную коммутацию между коммутационными платами в теле рамки выполнен, по аналогии с коммутационными платами, двухсторонний контур электрических контактов с элементами вертикальной коммутации.

Сборка в составе - коммутационной платы, иногда вместе с монтажной платой, иногда без нее, в зависимости от прямого [Патент US 6,407,450 В1 18.06.2002, Патент US 006618267B1 09.09.2003, Патент US 006618267 B1 09.09.2003,] или опосредованного [Патент US 008199510 B2 12.06.2012, Патент US 20060108676 А1 25.05.2006, Патент US 20090014890А1, 15.01.2009] размещения электронных компонентов на коммутационной плате, образует уровень многоуровневого трехмерного модуля (в терминологии патента US 20060108676 А1 25.05.2006 - «индивидуальные пакеты»). Соединение таких уровней между собой через коммутационные рамки обеспечивает механическую целостность модуля и электрическую коммутацию частей электрической схемы каждой коммутационной платы в единую электрическую схему модуля, как это сделано [Патент US 006618267 B1 09.09.2003, Патент US 008199510 B2 12.06.2012, Патент US 20060108676 А1 25.05.2006, Патент US 20090014890 А1, 15.01.2009] и, в принципе, может быть сделано [Патент DE 102006000622 (А1) 2007.07.12, Патент US 6,407,450 В1 18.06.2002].

Конструкционные решения [Патент US 005703753 A 12.30.1997, Патент WO 01/08187 А1, 01.02.2001] не являются объектами рассмотрения данной заявки. Они относятся к двухмерным многокристальным модулям типа радиотехнических блоков для слотовых сборок более крупных узлов, например, компьютеров [Патент US 005703753A 12.30.1997]. Далее на примере [Патент US 005703753A 12.30.1997] подробнее о конструкции двухмерного модуля. В составе конструкции [Патент US 005703753 A 12.30.1997] присутствует одна коммутационная рамка (в терминологии авторов [Патент US 005703753 A 12.30.1997] - «интерпозер 12» с окном), снизу которой присоединена монтажная плата с электронными компонентами (в терминологии авторов [Патент US 005703753 A 12.30.1997] -«многокристальный модуль 13»). Решение допускает установку с верхней стороны коммутационной рамки коммутационной платы с дополнительными электронными компонентами. Ниже монтажной платы может быть установлен элемент теплоотвода. Все платы и рамка механически соединены в модуль резьбовым винтом, что, конечно, недопустимо для трехмерных микросборок, где для обеспечения монтажа бескорпусных СБИС и других электронных чипов с микрометрическими контактными площадками, в составе модуля используются коммутационные платы на основе хрупкой керамики и монокристаллического кремния. Тем не менее, [Патент US 005703753A 12.30.1997, Патент WO 01/08187 А1, 01.02.2001] используются все основные для трехмерных модулей составляющие. Однако, конструкции [Патент US 005703753 A 12.30.1997, Патент WO 01/08187 А1, 01.02.2001] имеют только один-два уровня модуля с большим числом электронных компонентов в каждом, поэтому не является многоуровневым модулем. Кроме того, ее планарные размеры, что характерно для любой двухмерной сборки, велики по отношению к высоте модуля. В силу этого такие сборки не обеспечивают устойчивость к механическим перегрузкам, в том числе инерционной природы, приводящим к изгибным деформациям конструкции. Между тем, приобретение именно такой устойчивости явилось одним из побудительных мотивов к разработке во всем мире трехмерных модулей.

Технические решения, представленные в патентах DE 102006000622 (А1) 2007.07.12, US 6,407,450 В1 18.06.2002, US 006618267 В1 09.09.2003, US 008199510 В2 12.06.2012, US 20060108676 А1 25.05.2006, US 20090014890 A1, 15.01.2009 описывают объект, который ближе к заявляемому решению создания многоуровневого многокристального модуля. В патентах DE 102006000622 (А1) 2007.07.12, US 6,407,450 В1 18.06.2002, US 006618267 В1 09.09.2003 предлагается монтаж электронных компонентов непосредственно на коммутационную плату. В патентах US 008199510B2 12.06.2012, US 20060108676 А1 25.05.2006 монтаж электронных компонентов осуществляют на монтажную плату, которая в свою очередь устанавливается на коммутационную плату. В патенте US 20090014890 А1, 15.01.2009 коммутационные платы отсутствуют, монтажная плата выполнена с центральным сквозным окном, позволяющим осуществить дополнительную коммутацию единственного электронного компонента еще и с нижележащие сплошной монтажной платой, именуемой [Патент US 20090014890 А1, 15.01.2009] «держателем чипа». Вся комбинация монтажных плат установлена на основание модуля и электрически соединена с ним проволочной коммутацией.

Наиболее конструктивно и технологически сложными и, следовательно, дорогостоящими являются коммутационные платы. В решениях [Патент US 6,407,450 В1 18.06.2002, Патент US 006618267 В1 09.09.2003, Патент US 006618267 В1 09.09.2003] коммутационная плата относится к разряду оригинальных изделий, так как при смене набора электронных компонентов и/или схемотехнического решения требуется заново разработать и изготовить коммутационную плату. При использовании же относительно простой монтажной платы [Патент US 008199510 B2 12.06.2012, Патент US 20060108676 А1 25.05.2006, Патент US 20090014890 А1, 15.01.2009], коммутационная плата в определенных пределах становится унифицированной, а повторной разработке подлежит только монтажная плата. Однако, [Патент US 008199510 B2 12.06.2012, Патент US 20060108676 А1 25.05.2006, Патент US 20090014890 А1, 15.01.2009] монтаж электронных компонентов через монтажную плату означает обязательную проволочную коммутацию между монтажной и коммутационной платой, что ухудшает надежность и технические характеристики модуля.

Таким образом, на сегодня отсутствует решения для многоуровневого трехмерного модуля, в котором одновременно была бы возможна унификация коммутационной платы, а также отсутствие проволочного монтажа в модуле, что могло бы повысить технологичность, технические и эксплуатационные характеристики многоуровневого многокристального модуля, а также снизить его себестоимость.

Краткое описание чертежей

Фиг. 1. Компоновка с помощью коммутационных рамок многоуровневого многокристального модуля из уровней в составе коммутационной и монтажной платы с электронными компонентами.

Фиг. 2. Пример монтажной платы с горизонтальной электрической разводкой.

Фиг. 3. Пример унифицированной коммутационной платы со сквозным окном.

Фиг. 4. Монтажная плата в сборе с электронными компонентами.

Фиг. 5. Уровень модуля в составе коммутационной платы в сборе с монтажной платой и электронными компонентами.

Фиг. 6. Коммутационная рамка с контуром двухсторонних контактных площадок электрически связанных элементами вертикальной коммутации.

Фиг. 7. Уровень модуля с присоединенными монтажными рамками, залитый компаундом, готовый к наращиванию за счет присоединения следующих модулей.

Фиг. 8. Модель примера выполнения четырехуровневого модуля.

Фиг. 9. Пример исполнения компонентов многоуровневого многокристального модуля.

Фиг. 10. Фото примера многоуровневого многокристального модуля.

Термины и определения

Плата - конструкционный элемент модуля в виде тонкой пластины, имеющий электрическую разводку для реализации схемотехнических решений.

Горизонтальная электрическая разводка платы - совокупность тонких (в диапазоне от долей до десятков микрометров) электропроводящих линий и контактных площадок, лежащих в одной плоскости, параллельной поверхностям платы, образующих топологический рисунок, реализующий коммутации, предусмотренные принципиальной электрической схемой.

Вертикальная электрическая разводка платы - вертикальные электрические связи между контактными площадками, расположенными с разных сторон платы.

Электронные компоненты - корпусированные и некорпусированные приборы полупроводниковой электроники, микро-электро-механические системы, структуры пьезо- и оптоэлектроники, а также пассивные элементы и другие приборы и структуры электроники, необходимые для придания многокристальным модулям заданных функциональных свойств.

Монтаж - механическое и электрическое соединение двух элементов модуля в произвольном сочетании, например, электронного компонента и платы, двух плат, платы и коммутационной рамки, а также рамок между собой. Электрическая коммутация может быть выполнена с использованием металлической (например, золотой) микропроволоки, а также без нее за счет прямого соединения двух контактных площадок при их наложении и последующей пайки или сварке, а также при использовании специальных токопроводящих клеев.

Монтажная плата - плата, имеющая только горизонтальную электрическую разводку, реализующую электрическую схему коммутаций электронных компонентов, установленных на ее рабочей поверхности, включая контура контактных площадок для электронных компонентов, а также контур(ы) односторонних выходных контактных площадок платы на ее рабочей поверхности вдоль ее периметра. Контур односторонних выходных контактных площадок монтажной платы предназначен для ее коммутации с сопрягаемыми элементами конструкции модуля.

Коммутационная плата - плата, одновременно имеющая горизонтальную и вертикальную электрическую разводку. Коммутационная плата является оригинальной, если горизонтальная электрическая разводка коммутационной платы определяется номенклатурой и/или электрической схемой соединений электронных компонентов. Коммутационная плата является унифицированной если она может быть использована для прямого или косвенного размещения на ней различной номенклатуры электронных компонентов с различной электрической схемой их соединения. Вертикальная электрическая разводка обеспечивает электрическую связь в двухстороннем контуре выходных контактных площадок между соответствующим контактными площадками на разных сторонах коммутационной платы.

Коммутационная рамка - плата с большим сквозным окном в ее центральной части, придающим такой плате геометрию рамки. В теле коммутационной рамки выполнен контур двухсторонних контактных площадок попарно электрически соединенных элементами вертикальной коммутации. Планарные габаритные размеры, а также размеры в осях двухсторонних контуров и шаг контактных площадок для коммутационных рамок и коммутационных плат совпадают. В номенклатурных рядах коммутационные платы и рамки являются парными (сопряженными) элементами многоуровневого модуля.

Уровень модуля - сборочный узел в составе коммутационной платы с электронными компонентами, монтаж которых на нее выполнен непосредственно или с помощью монтажной платы.

Многоуровневый многокристальный модуль - монолитизированная компаундами вертикальная сборка по меньшей мере двух уровней модуля.

Подробное описание позиций чертежей, конструкции этапов сборки многоуровневого многокристального модуля

На фиг. 1 представлен пример четырех уровней 1-4 конструкции многокристального модуля 5 по данной заявке. Монтаж уровней модуля 5 выполнен, с помощью коммутационных рамок 6. Каждый из уровней содержит коммутационную плату 7 с окном в ее центре и монтажную плату 8 с электронными компонентами 9. Монтаж электронных компонентов 9 выполнен на монтажной плате 8 без использования проволоки. Монтаж монтажной платы 8 с электронными компонентами 9 на коммутационную плату 7 также выполнен без использования проволочного монтажа. Количество использованных рамок для монтажа двух уровней различно и выбрано так, чтобы образовать минимально необходимую высоту пространства для размещения электронных компонентов 9. Например, нижний уровень 4 и вышележащий уровень 3 соединены между собой двумя коммутационными рамками, уровень 3 и уровень 2 соединены одной коммутационной рамкой, уровень 2 и уровень 1 - двумя коммутационными рамками.

При сборке уровней 1-4 в модуль 5, уровни устанавливаются через коммутационные рамки 6 друг на друга. При этом возможны два варианта: рамка стыкуется с рамкой и рамка стыкуется с коммутационной платой. Поскольку внешние контура электрических контактов коммутационных рамок и плат одинаковы, стыковка произойдет в том и другом случае, что обеспечивает открытую архитектуру модуля и возможность наращивания в нем уровней и, соответственно функций. Например, уровень 4 и 3 соединены по внешним контурам электрических контактов коммутационной платы и коммутационной рамки, а уровень 1 и 2 соединяются по контурам электрических контактов двух коммутационных рамок с внешними выводами 11 модуля в целом.

Коммутационные рамки 6 могут быть использованы также для образования пространства для заливки компаундом 10, если такую заливку допускают условия функционирования электронных компонентов данного уровня, как это сделано, например, в уровне 1. Коммутационные рамки также могут быть использованы в качестве основания модуля 5, как это сделано в уровне 4, заканчивающегося коммутационной рамкой 6.

Монтажная плата 8 является единственным оригинальным элементом модуля (фиг. 2), имеет горизонтальную электрическую разводку, включая электропроводящие линии 12 и внутренние контуры контактных площадок

13 для монтажа электронных компонентов, а также контур выходных контактных площадок 14, расположенный вдоль периметра платы.

Коммутационная плата 7 является унифицированной (фиг. 3), выполнена со сквозным окном 15 в ее центральной части и имеет два контура контактных площадок: внешний контур контактных площадок с элементом вертикальной электрической коммутации 16 и внутренний контур односторонних контактных площадок 17. В горизонтальной электрической разводке соответствующие контактные площадки соединены электропроводящими дорожками 18. Расположение и количество контактных площадок 17 идентично расположению и количеству контактных площадок

14 монтажной платы 8, что позволяет монтировать монтажную плату 8 на коммутационную плату 7 путем наложения контактных площадок без использования проволочного монтажа.

Сборка многоуровневого многокристального модуля реализуется, например, в следующем порядке. Электронные компоненты 9 монтируются без использования проволочного монтажа на монтажную плату 8. Плата (фиг. 4) имеет соответствующие внутренние контуры контактных площадок 13 для монтажа электронных компонентов, а также выходные контактные площадки 14 с нанесенным на них соединительным материалом (припоем) 20. Монтажная плата 8 (фиг. 5) с одним или несколькими электронными компонентами 9 монтируется на коммутационной плате 7 путем совмещения внешнего контура контактных площадок 14 монтажной платы 8 с внутренним контуром контактных площадок 17 коммутационной платы 7. Электронные компоненты 9 при этом размещаются в окне 15 коммутационной платы 7, используя объем окна для частичного или полного размещения электронных компонентов, что увеличивает плотность монтажа в модуле и уменьшает необходимое количество коммутационных рамок 6.

Коммутационная рамка 6 (фиг. 6) выполняется в планарных габаритных размерах коммутационной платы 7, а геометрия ее контура электрических контактов 19 с элементами вертикальной коммутации полностью совпадает с геометрией внешнего контура электрических контактов 16 с элементами вертикальной коммутации коммутационной платы 7. Толщины всех коммутационных рамок, с точки зрения их унификации, могут быть одинаковыми или составлять некоторый ограниченный номенклатурный кратный ряд.

Коммутационную плату 7 уровня сборки дополняют сверху и снизу необходимым количеством коммутационных рамок 6 (фиг. 7), так чтобы монтажная плата 8 и электронные компоненты 9, с учетом частичного их погружения в толщу коммутационной платы, оказались внутри образовавшихся полостей. При необходимости такую сборку уровней с коммутационными рамками полностью или частично заливают компаундом 10.

Образовавшиеся сборки монтируют между собой в единый модуль 5 (фиг. 1).

Коммутационные платы и рамки лежат в одном номенклатурном ряду, который определяет их планарные габариты и внешние контуры электрических контактов. Они не требуют изменения при каждой смене состава электронных компонентов, подлежащих сборке в многоуровневый модуль и, следовательно, относятся к унифицированным элементам модуля. Оригинальной является лишь монтажная плата - относительно простой элемент модуля, не имеющий элементов вертикальной коммутации. Глубина полостей для электронных компонентов задается числом устанавливаемых коммутационных рамок.

Таким образом, в описанной конструкции решены все поставленные задачи и получены все положения заявленного технического результата, не достигаемого в комплексе ни в одном из известных аналогов:

- высокая унификация компонентов модуля, позволяющая оптимально по времени и затратам перенастраиваться с серии на серию;

- открытая архитектура модуля, позволяющая наращивать его конструкцию и функции без кардинальной переработки его элементов и компоновки в целом;

- возможность использования в качестве электронных компонентов приборы электроники различных видов, технологий и размеров и создавать трехмерные модули с высокой межвидовой функциональностью;

- технические условия для придания модулю не только высоких функциональных, но также технических и эксплуатационных параметров, например, в виде минимизированных RC задержек и повышения устойчивости к динамическим нагрузкам, за счет полного отказа от проволочной коммутации.

Пример выполнения

В качестве примера реализации многоуровневого многокристального модуля по данной заявке собран четырехуровневый многокристальный модуль.

Модель компьютерного моделирования четырехуровневого модуля представлена на фигуре 8. В двух нижних уровнях размещены корпусированная микросхема согласования импедансов цепей 9.1, а также изделие пьезоэлектроники 9.2. В двух верхних уровнях модуля в качестве электронных компонентов 9 размещены бескорпусные полупроводниковые приборы - кристалл контроллера 9.3 и кристалл специализированной интегральной схемы (ИС) 9.4.

Каждый уровень модуля имеет коммутационную плату 7.1-7.4, монтажную плату 8.1-8.4 с установленными на ней электронными компонентами. Установка и электрическая коммутация контактных площадок электронных компонентов 9.1-9.4 с контактными площадками горизонтальной электрической разводки монтажных плат произведена без использования проволочного монтажа. Монтаж электронных компонентов 9.1 и 9.2 выполнен методом поверхностного монтажа (в англоязычной литературе (метод SMD). При этом использован вариант двухстороннего монтажа компонентов на монтажную плату. Монтаж электронных компонентов, являющихся изделиями кремниевой микроэлектроники 9.3 и 9.4 выполнен со стороны лицевой поверхности кремниевых интегральных схем к монтажной плате (в англоязычной литературе - метод FlipChip). На внешние контактные площадки монтажной платы предварительно нанесли соединительный материал (припой) (фиг. 4 позиция 20).

Монтажную плату с установленными на ней электронными компонентами перевернули, электронные компоненты погрузили в окно коммутационной платы и совместили контактные площадки внешнего контура монтажной платы и внутреннего контура коммутационной платы. При температуре 240°С под заданным давлением произвели коммутацию монтажной и коммутационной платы. На фигуре 9а представлено фото сборки коммутационной 7.4 и монтажной платы 8.4, на нижней стороне которой установлен чип ИС, а по контуру коммутационная рамка 6.4 (фиг. 9б).

Коммутационная плата 7.4 и коммутационные рамки 6 выбраны из складского номенклатурного ряда 20×20/64 унифицированных коммутационных плат и рамок. Они имеют одинаковые планарные габаритные размеры 20×20 мм, одинаковые контуры двухсторонних электрических контактов (64 шт. ) с элементами вертикальной коммутации. Элементы вертикальной коммутации выполнены в виде сквозных металлизированных отверстий.

Избыточный размер коммутационной платы 7.4. по отношению к монтажной плате 8.4 обусловлен тем, что в нижних уровнях устанавливаются электронные компоненты больших габаритов. Между тем коммутационные платы всех уровней имеют одинаковые планарные габаритные размеры. В связи с этим коммутационные платы 7.1 и 7.2 из того же номенклатурного ряда унифицированных коммутационных плат и рамок 20×20/64 выбраны из второго ряда унификации (унификация по размеру окон) и имеют большие по размеру сквозные окна. На них монтируются большие монтажные платы 8.1 (фиг. 9в) и 8.2, поскольку на них установлены более габаритные, чем кристалл ИС 9.4, электронные компоненты 9.1 и 9.2. В принципе коммутационные платы модуля выбираются только из основного ряда унификации (габаритные размеры и число линий вертикальной коммуникации) или еще и из вторичных рядов (размер сквозного окна, материал и т.д.) в зависимости от того какой из характеристик модуля - технический или стоимостной являются главенствующими. Когда в модуле все коммутационные и, следовательно, монтажные платы, лежат в основном ряду унификации, достигается минимальная себестоимость модуля, но в ущерб техническим параметрам.

Размеры сквозного окна в коммутационной плате 7.3, 7.4 составляют 6,0×,6,0 мм, а в плате 7.1, 7.2 размеры 13,0×13,0 мм. Размеры монтажной платы, соответственно - для двух верхних уровней 7,0×7,0 мм, для двух нижних уровней 14,0×14,0 мм.

На фиг. 9в представлено фото нижней стороны собранного модуля. Видно, что на первом нижнем уровне коммутационная плата в сборе с монтажной платой монтируется в модуль в перевернутом состоянии, по аналогии с модулем на фиг. 1 для нижнего уровня 4. Это сделано для обеспечения герметичности модуля и возможно в силу идентичной топологии соединительных контуров, то есть совпадения конфигурации электронных контактов с элементами вертикальной коммутации любых крайних деталей объединяемых сборок.

На фиг. 10 представлен вид сверху (фиг. 10а) и снизу (фиг. 10б) описываемого модуля в сборе, который имеет 64 выходные контактные площадки на его тыльной стороне и предназначен для дальнейшего поверхностного (SMD) монтажа.

Испытания показали, что модуль обладает высокой устойчивостью к механическим воздействиям, например, удару одиночного действия с перегрузкой более 20 тыс. g, а также пониженным, в сравнении с другими видами сборки той же электрической схемы RC задержками.

В зависимости от условий эксплуатации модуль может быть дополнительно, как изделие в целом, залит компаундом или собран в жесткий, например, металлический корпус.

1. Многоуровневый многокристальный модуль, содержащий по меньшей мере две монтажные платы, на лицевой стороне вдоль периметра которых выполнены электрические контакты, соединенные горизонтальной электрической коммутацией с контактными площадками для электрических компонентов, а также содержащие электронные компоненты, установленные на этих контактных площадках;

по меньшей мере две коммутационные платы с одинаковыми планарными габаритными размерами, вдоль внешнего периметра которых на лицевой и обратной стороне выполнены электрические контакты с элементами вертикальной электрической коммутации, в центральной части выполнено сквозное окно, размер которого меньше размера монтажной платы, вдоль контура окна выполнены электрические контакты, соединенные горизонтальной электрической коммутацией с электрическими контактами с элементами вертикальной электрической коммутации, при этом расположение электрических контактов вдоль контура окна такое, что при наложении монтажной платы на коммутационную плату их электрические контакты совпадают;

коммутационные рамки одинаковой или кратной толщины с внешними размерами, совпадающими с размерами коммутационных плат, с внутренними размерами, большими размеров монтажных плат, вдоль внешнего периметра выполнены электрические контакты с элементами вертикальной электрической коммутации, расположение которых совпадает с расположением электрических контактов с элементами вертикальной электрической коммутации коммутационных плат, и при наложении коммутационных рамок и плат контакты совмещаются;

при этом:

монтажная плата установлена на коммутационную плату с совмещением их электрических контактов так, что электронные компоненты расположены в окнах коммутационных плат, коммутационные рамки установлены на коммутационные платы с совмещением их электрических контактов с элементами вертикальной электрической коммутации так, что монтажные платы и электронные компоненты полностью погружены в окна рамок.

2. Способ сборки многоуровневого многокристального модуля, раскрытого в п. 1, включающий:

- установку электронных компонент на монтажные платы;

- установку монтажных плат с электронными компонентами на коммутационные платы так, чтобы их электрические контакты были совмещены;

- выбор требуемого числа рамок для каждой коммутационной платы исходя из того, чтобы суммарная толщина рамок и коммутационной платы превышала максимальную высоту электронных компонент, расположенных на монтажной плате, при этом общее число рамок было минимальным;

- установку требуемого числа коммутационных рамок на коммутационную плату так, чтобы электрические контакты с элементами вертикальной коммутации всех коммутационных рамок и коммутационной платы совпали друг с другом и образовали непрерывные линии вертикальной электрической коммутации;

- установку друг на друга полученных сборок, каждая из которых включает в себя монтажную плату с электронными компонентами, коммутационную плату и требуемое число рамок таким образом, чтобы электронные контакты с элементами вертикальной коммутации крайних деталей объединяемых сборок совпадали между собой с образованием единого многокристального модуля.

3. Способ по п. 2, отличающийся тем, что полученные сборки в составе монтажной платы с электронными компонентами, коммутационной платы и коммутационных рамок перед сборкой в модуль заливают герметизирующим компаундом.



 

Похожие патенты:

Использование: для изготовления электронных устройств с поверхностным расположением компонентов. Сущность изобретения заключается в том, что способ изготовления трехмерного электронного модуля с высокой плотностью размещения компонентов, включающий получение заготовки печатной платы на металлической основе; сгибание печатной платы и монтаж электронных компонентов на ее поверхности, при этом используют заготовку печатной платы, выполненную в виде развертки, плоские участки которой имеют форму n-угольника, где n ≥ 2, и выполнены с возможностью образования граней пространственной структуры; монтаж поверхностных выводных компонентов и электронных узлов осуществляют на развертке печатной платы, путем их группировки на поверхности по меньшей мере двух участков печатной платы, с учетом сохранения их пространств в последующем изгибе платы; сгибают развертку печатной платы путем последовательного относительного поворота частей заготовки вокруг линии сгиба до размещения электронных компонентов одного участка в свободном пространстве между электронными компонентами другого или нескольких других участков платы.

Изобретение относится к электронным устройствам, уложенным друг на друга. Электронный узел содержит первое электронное устройство, которое включает в себя полость, которая углубляется в заднюю сторону первого электронного устройства, при этом первое электронное устройство включает в себя промежуточную пластину на передней стороне первого электронного устройства, при этом полость в первом электронном устройстве углубляется сквозь первое электронное устройство до промежуточной пластины, и электронный узел также содержит второе электронное устройство, установленное на первом электронном устройстве в пределах полости в первом электронном устройстве.

Изобретение относится к области создания малогабаритных микромодулей на гибкой плате, содержащих несколько БИС. Сущность изобретения: микромодуль содержит гибкую плату, снабженную металлизированными межслойными переходными отверстиями и смонтированными на ней кристаллами бескорпусных БИС с выступами.

Изобретение относится к микроэлектронике, в частности к области создания малогабаритных многокристальных устройств, изготовленных по гибридной трехмерной технологии.

Изобретение относится к радиоэлектронике. Предлагается новый способ изготовления трехмерного электронного модуля.

Изобретение относится к микроэлектронным устройствам, которые включают в себя многоярусные микроэлектронные кристаллы, встроенные в микроэлектронную подложку. Согласно изобретению по меньшей мере один первый микроэлектронный кристалл прикреплен ко второму микроэлектронному кристаллу, при этом между вторым микроэлектронным кристаллом и по меньшей мере одним первым микроэлектронным кристаллом размещен материал для неполного заполнения, микроэлектронные кристаллы заделаны в микроэлектронную подложку, а микроэлектронная подложка содержит первый наслаиваемый слой и второй наслаиваемый слой, между которыми образована граница раздела, причем граница раздела примыкает к материалу для неполного заполнения границы раздела, или первому микроэлектронному кристаллу, или второму микроэлектронному кристаллу.

Изобретение относится к области полупроводниковой микроэлектроники, а именно к технологии сборки полупроводниковых приборов, и может быть использовано для гибридизации матричных фотоприемных устройств методом перевернутого монтажа.

Изобретение относится к полупроводниковым устройствам и способам их изготовления. В полупроводниковом устройстве, включающем подложку крепления, тонкопленочный элемент, сформированный на подложке крепления, и полупроводниковый элемент, прикрепленный к подложке крепления, полупроводниковый элемент включает в себя основную часть полупроводникового элемента и множество подстилающих слоев, расположенных стопкой на стороне основной части полупроводникового элемента, обращенной к подложке крепления, причем каждый из подстилающих слоев включает в себя изолирующий слой и рисунок схемы на изолирующем слое, и рисунки схем присоединены друг к другу через контактные отверстия в изолирующих слоях.

Изобретение относится к области сборки сверхвысокочастотной аппаратуры с размещением электронных компонентов и связей между ними в трехмерном пространстве. Технический результат изобретения - обеспечение высокой плотности компоновки электронных компонентов с тепловыми характеристиками, исключающими появление «горячих точек», и высоких показателей надежности.

Изобретение относится к области производства электронной аппаратуры с расположением компонентов и связей между ними в трехмерном пространстве. Технический результат изобретения заключается в увеличении плотности компоновки электронной аппаратуры и улучшении показателей надежности компоновки.

Изобретение относится к электронной технике и может быть использовано при изготовлении многоуровневых многокристальных модулей в трехмерной сборке с повышенными эксплуатационными характеристиками. Многоуровневый многокристальный модуль содержит по меньшей мере две монтажные платы и две одинаковые по планарным габаритным размерам коммутационные платы, которые вместе с электронными компонентами образуют уровень модуля. Уровни модуля соединены между собой механически и электрически с помощью коммутационных рамок тех же планарных размеров, что и коммутационные платы. Число рамок для межсоединения уровней модуля выбирают достаточным для размещения в образующейся внутренней полости электронных компонентов. Присоединение каждого нового уровня к числу уже имеющихся в модуле воспроизводит конфигурацию поверхности стыковки, поэтому модуль обладает открытой архитектурой и позволяет наращивание уровней в нем. Для того чтобы обеспечить унификацию коммутационной платы, монтаж электронных компонентов на нее выполняется через монтажную плату с оригинальной топологией горизонтальной электрической разводки. Для того чтобы обеспечить возможность беспроволочной коммутации монтажной платы с коммутационной платой, в последней выполняется сквозное окно несколько меньшее, чем монтажная плата. Монтажная плата устанавливается на коммутационную плату так, чтобы компоненты электроники оказались в окне коммутационной платы, а соответствующие контуры контактных площадок монтажной и коммутационной плат совпали. В такой ситуации горизонтальная электрическая разводка коммутационной платы заключается лишь в коммутации контактных площадок ее внешнего и внутреннего контуров, т.е. она перестает быть оригинальной и пригодна для использования в модулях с другим набором электронных компонентов. 2 н. и 1 з.п. ф-лы, 10 ил.

Наверх