Инженеры АО «НИИЭТ» адаптировали полупроводниковые приборы в составе пластин к технологии flip-chip

Воронежский Научно-исследовательский институт электронной техники получил патент на инновационный метод в производстве микроэлектроники: «Способ применения платиновой металлизации в системе перераспределения контактных площадок кристаллов интегральных микросхем и полупроводниковых приборов». Авторы изобретения ­ - инженер-технолог 1 категории Виталий Побединский и ведущий инженер-технолог Никита Рогозин, сотрудники отдела разработки технологических процессов сборки СБИС и унифицированных электронных модулей НИИЭТ. Изобретатели рассказали в интервью о сути новации, ее промышленной значимости, о конкурентных преимуществах способа платиновой металлизации, а еще объяснили почему лень и инженерия неразрывно связаны между собой.

«Система инвариантна к исходной металлизации контактных площадок»

— Изобретение только тогда имеет какую-то ценность, когда его значимость подтверждена патентом. Виталий, Никита, расскажите, в чем сущность вашего изобретения?

Виталий Побединский: Наше изобретение относится к области электроники и предназначено для перераспределения контактных площадок полупроводниковых кристаллов интегральных микросхем (ИМС), гибридных интегральных схем (ГИС), микросборок, модулей и других полупроводниковых приборов (ПП) на пластине с помощью создания дополнительных тонкопленочных слоев и металлизации на основе платины. Данное изобретение позволяет адаптировать существующие полупроводниковые приборы в составе полупроводниковых пластин к технологии сборки методом «flip-chip».

В ряде случаев при проектировании кристаллов ИМС не закладывается возможность использования технологии «flip-chip», а в ходе разработки и сборки изделий с данным кристаллом появляется потребность ее применения. Наш способ перераспределения контактных площадок кристаллов позволяет решить эту проблему.

Никита Рогозин: Преимуществом нашего изобретения является отсутствие необходимости введения специализированной многослойной металлизации контактных площадок кристалла для перехода от технологии проволочной микросварки к технологии пайки и монтажа методом «flip-chip». Суть в том, что предлагаемая нами система уже включает весь функционал специализированной многослойной металлизации контактных площадок под пайку. Использование платины обусловлено следующими преимуществами: хорошая смачиваемость различными припоями, защита поверхности контактных площадок от окисления и коррозии, хорошие барьерные функции для предотвращения диффузии металла контактных площадок в смежные диэлектрические слои и диффузии припоя в металлизацию контактных площадок. Собственно, если вкратце, то сущность изобретения состоит именно в этом.

 © niiet.ru

— Потребитель ощутит пользу от внедрения вашей новации в устройстве, которое он приобрел?

Виталий Побединский: С точки зрения использования конечного изделия, с учетом того, что способ включает введение дополнительных защитных слоев и платиновой металлизации, это дает дополнительные возможности его применения при повышенных температурах, агрессивных средах. Например, когда среда меняется с окислительной на восстановительную. Это такие тонкие моменты, которые должны быть прописаны в назначении прибора.

Никита Рогозин: Функционал изделия не изменяется, появляется возможность использования полупроводниковых приборов в современных технологиях, таких как «flip-chip» и 3D-интеграция.

— Объясните промышленную значимость вашего изобретения, в каких отраслях оно может быть использовано: в космосе, сельском хозяйстве?

Никита Рогозин: Потенциал промышленного применения способа платиновой металлизации в системе перераспределения контактных площадок кристаллов интегральных микросхем и полупроводниковых приборов довольно широкий. Например, в качестве верхних слоев металлизации при изготовлении вновь создаваемых кристаллов интегральных микросхем и полупроводниковых приборов. Способ также может применяться для создания металлизации контактных площадок кристаллов, приспособленных к пайке припойных шариковых выводов на базе существующих контактных площадок под ультразвуковую разварку проволокой, так называемая металлизация под бампы. Нашу разработку можно применять для перераспределения контактных площадок существующих кристаллов. Предлагаемая система инвариантна к исходной металлизации контактных площадок кристаллов полупроводниковых приборов. Она применима для пластин с медной, алюминиевой и золотой металлизацией.

Этот способ подходит для изготовления коммутационных плат (интерпозеров) в составе гибридных интегральных схем и 3D-сборок. Также он дает возможность изменять размеры, геометрию и структуру существующих контактных площадок под проволочный монтаж. Применение платины позволяет использовать данный способ в биосовместимых медицинских приборах, например, в кардиостимуляторах и кардиодефибриляторах. Таким образом, ввиду хорошей биосовместимости и рецепционных (измерительных) свойств платины, новый метод становится лучшим выбором для использования в медицинской сфере, например, в области электронных кардиоимплантов.

«Обошли иностранные компании»

— Расскажите подробнее о том, какие конкурентные преимущества имеет ваш новаторский способ перед традиционными?

Виталий Побединский: Применение способа платиновой металлизации имеет ряд конкурентных преимуществ перед имеющимися, в частности зарубежными, аналогами.

В первую очередь, его можно реализовать на имеющемся оборудовании кристального производства. Суть в том, что нет необходимости закупать новую производственную линейку, как это было бы в случае с медью. Дело в том, что медь дает серьезное ионное загрязнение, а также проблемы травления и введения дополнительных адгезионных и барьерных слоев. Кроме этого, при использовании меди на технологическом оборудовании можно применять только этот металл. С платиной же эти проблемы исключаются.

Вместе с тем платина имеет очень высокую температуру плавления, хорошие показатели устойчивости к агрессивным средам. Помимо медицинской отрасли, такого рода способ металлизации можно использовать в автомобильной промышленности, например, в различных датчиках, анализаторах газов. Я уверен, что для автомобилестроения это очень перспективное направление.

Никита Рогозин: Полученное изобретение не имеет аналогов не только в России, но и в мире, следовательно, при его успешном применении продукция НИИЭТ будет иметь высокие конкурентные преимущества.

Объясню суть. Во всем мире широко распространена медная и алюминиевая металлизация. Причем медная — вытеснила алюминиевую именно из массового применения. Алюминиевая металлизация — больше применяется в военной промышленности, которая занимает всего 1% от мирового производства микроэлектроники. Наше же изобретение позволяет ее использовать в различных промышленных сферах. При этом создавая изделия, значительно превышающие по показателям надежности и долговечности в конкретных условиях их использования, например, в автомобильной промышленности, в создании медицинской техники.

Здесь бы я хотел отметить такой нюанс: мы додумались до того, что зарубежные коллеги, возможно, мимо себя пропустили. Вероятно, причина в том, что платина — драгоценный металл: для промышленного серийного применения есть финансовые ограничения. Наш способ обошел существующую практику иностранных компаний. Потому как качество и надежность конечного изделия компенсируется стоимостью потраченных на него материалов.

слева Виталий Побединский, справа Никита Рогозин) © niiet.ru

— Специалисты по патентной работе и защите авторских прав обращают внимание на то, что после получения документа необходимо активно использовать изобретение. Это позволит получить максимальную прибыль. Ваша новация в настоящее время используется в НИИЭТ?

Виталий Побединский: Мы стараемся внедрить все наши разработки в производство. Если говорить конкретно об этом изобретении, пока в серийно выпускаемых изделиях оно не используется. Мы убеждены, что наш способ имеет очень высокий потенциал, верим в дальнейшее его развитие и внедрение в производство. Хотелось бы подчеркнуть, что наше изобретение мы смогли получить в ходе внутренней инициативной работы, которую мы надеемся продолжать, развивать с целью усовершенствования технологии. Я уверен в широких возможностях применения способа платиновой металлизации и в дальнейшем получении нашим предприятием прибыли от использования данного метода.

— Были ли вложены значительные средства в исследования и разработку вашего изобретения?

Виталий Побединский: Работы в данном направлении в нашем Научно-исследовательском институте электронной техники ведутся с 2018 года, накоплен определенный опыт. В частности, группой наших сотрудников был получен патент на «Способ формирования шариковых выводов на алюминиевой металлизации контактных площадок кристалла», где, собственно, мы рассматривали уже возможность применения платиновой металлизации. Путь к нашему изобретению был долгий. Относительно вопроса о вложенных средствах в новацию, нам сложно объективно оценить их в конкретных цифрах: это уже экономическая составляющая, а мы все-таки инженеры.

«Самое сложное — отделить зерна от плевел»

— Если говорить как об экономической категории о личном энтузиазме, силах, свободном времени, вложенных в изобретение, это дорогого стоит?

Виталий Побединский: Это колоссальные вложения. С предшественником этого патента, «Способом формирования шариковых выводов на алюминиевой металлизации контактных площадок кристалла», который и стал основой нынешнего изобретения, мы плотно работали в течение двух лет. Исследовали метод, изготовили первые макетные образцы. На основании приобретенного нами опыта мы решили его модифицировать, чтобы он получил промышленное применение. Вот так шаг за шагом был разработан «Способ платиновой металлизации в системе перераспределения контактных площадок кристаллов интегральных микросхем и полупроводниковых приборов». За что, собственно, нашему предприятию был выдан нынешний патент.

Никита Рогозин: Со своей стороны хочу отметить, что новый способ реализуется уже на готовых пластинах: кремниевых или арсенид-галлиевых, а не на отдельных кристаллах. Он независим и инвариантен к полупроводниковым пластинам.

— Достижение успеха в деле требует настойчивости и терпения. Виталий, Никита, расскажите, что вами движет, что вас мотивирует при решении сложных задач?

Виталий Побединский: Известный факт, который давно открыли ученые: инженер в определенной степени — человек ленивый. Поэтому мы всячески хотим облегчить свою жизнь, пытаемся ее улучшить и модернизовать, и в результате превращаем ограничения в возможности.

В НИИЭТ у нас есть задачи, поставленные перед нами руководством, мы пробуем их решать, и, как мне кажется, у нас это успешно получается. А полученное изобретение является тем проросшим зерном, которое мы в процессе оптимизации задач отделили от плевел, и увидели в нем пользу для производства микроэлектроники.

— Является ли данное изобретение прорывным решением существующей проблемы в отрасли?

Никита Рогозин: В современной микроэлектронике, как зарубежной, так и отечественной, происходит увеличение производительности и функционала микросхем с одновременным уменьшением топологических норм проектирования, увеличением степени интеграции элементов, уменьшением площади кристаллов, что неизбежно приводит к увеличению количества входов/выходов. Широко применяющаяся технология проволочного монтажа практически исчерпала свой потенциал. Все это ведет к освоению новых технологий, таких как монтаж методом «flip-chip» и 3D-интеграция. В данном случае применение нашего изобретения способно решить некоторые из существующих проблем.

Виталий Побединский: Однозначно говорить о том, что это новый подход в микроэлектронике, рано. Мы продолжаем работать по данной тематике. Получение патента, который закрепил за нами право на интеллектуальную собственность, в определенной степени подстегнуло нас с большим усердием работать над новацией. Хочется получить конкретное конечное изделие с применением нашего способа, и уже после этого можно будет однозначно ответить на ваш вопрос.

«Верить в свои силы, не бояться критики и идти до конца!»

— Что было самым сложным в ходе работы над новым способом платиновой металлизации?

Виталий Побединский: Самое сложное — рассмотреть саму идею, концепцию, направление, по которому мы в результате и пришли к нашему изобретению. Был проанализирован большой объем доступной отечественной и зарубежной научной литературы по нашей тематике.

Никита Рогозин: Мы провели глубокий анализ этой технологии. Искали мировые аналоги, созвучные с нашими идеями. Хотели понять, что уже разработано зарубежными коллегами в этом направлении, с какими трудностями и проблемами им пришлось столкнуться.

Шел долгий мозговой штурм, путь был сложным, но именно он принес колоссальный опыт и послужил нашему развитию.

— Существует миф о создании таблицы Дмитрием Менделеевым во сне. У вас нечто подобное было, например, когда вы осознали, что ваши идеи переросли в реальную систему?

Виталий Побединский: Такой момент я почувствовал, когда мы смогли сконструировать, условно говоря, модель нашего способа. К изобретению у нас прилагаются иллюстрации. Мы их пошагово выстроили, чтобы наглядно представить, что удалось сделать на тот момент. Визуализация знаний, которые мы получили из книг, из собственного опыта, помогла понять, что наша разработка действительно реализуема и будет востребована. Я ощутил в тот миг, как долго все-таки мы шли к поставленной цели.

— Есть ли у вас предложения, идеи, которые вы бы хотели реализовать в нашем институте?

Виталий Побединский: Конечно. У нас очень сплоченный, дружный, работоспособный коллектив. Научные работы и в нашем отделе, и в институте ведутся непрерывно. Идей много, они разнонаправленные, находятся на различном уровне проработки и исполнения. С определенной частью выполненных работ вы можете ознакомиться в опубликованных научных работах.

Вместе с тем сейчас мы с Никитой принимаем участие в 10-й юбилейной Национальной научно-технической конференции, проводимой ежегодно Союзом машиностроителей России в форме открытого конкурса инновационных разработок молодых ученых и специалистов.

Свой проект мы создавали на базе нашего изобретения — системы перераспределения контактных площадок кристаллов полупроводниковых изделий на основе платиновой металлизации. Подробно рассказали о возможности адаптации новации в существующих полупроводниковых приборах в составе полупроводниковых пластин к технологии «flip-chip». Надеемся получить высокую оценку. На данный момент формальную экспертизу мы прошли успешно, ждем результатов первого тура, которые станут известны в конце июня — начале июля. Кстати, по итогам 10-й Национальной научно-технической конференции для победителей и призеров будет сформирован сборник научных трудов с размещением в базе РИНЦ на платформе Научной электронной библиотеки.

— Как вас поддерживают коллеги нашего предприятия, родные, друзья?

Виталий Побединский: У нас очень сплоченный коллектив. В отделе все знают, чем мы занимаемся. Каждый помогает, нас действительно поддерживают. Коллеги искренне радовались, когда пришло заключение из Федерального института промышленной собственности о том, что изобретение зарегистрировали.

Родные относятся к нашей работе с определенным смирением, потому как порой рабочего времени не хватает, и мы остаемся в НИИЭТ допоздна. Близкие понимают, насколько мы вовлечены в профессию, поддерживают этот огонек и энтузиазм.

— Молодым изобретателям, которые задумываются о своей интеллектуальной собственности, оформление патента кажется очень сложным и формальным вопросом. Специалисты утверждают, что необходимо создавать благоприятные условия: объяснять, помогать, мотивировать ученых и инженеров. Могли бы вы дать собственный совет?

Никита Рогозин: Интеллектуальная деятельность — это, безусловно, кропотливая работа, которая нуждается во всесторонней поддержке. Хочется пожелать тем, кто на распутье и задумывается о том, подлежит ли его идея интеллектуальной защите, лишь одно: верить в свои силы, не бояться критики и идти до конца! Во многом благодаря тому, что нас ежедневно поддерживали наши близкие и коллеги в НИИЭТ, нам удалось достичь своей цели.

Кстати, а вы знали, что на «Сделано у нас» статьи публикуют посетители, такие же как и вы? И никакой премодерации, согласований и разрешений! Любой может добавить новость. А лучшие попадут в телеграмм @sdelanounas_ru. Подробнее о том как работает наш сайт здесь👈