Корпусируем сами

«Очевидность отсутствия отечественных серийных технологий и материалов для корпусирования в пластик (компаундов для герметизации микросхем и заполнения подкристального пространства, разделительных и отмывочных материалов для пресс-форм) не только не позволяет обеспечить развитие микроэлектронной отрасли, но и не дает возможности гарантировать стабильный выпуск ответственной продукции, так как в настоящее время поставки подобных материалов из-за рубежа сталкиваются со все большими трудностями. ФИЦ ПХФ и МХ РАН совместно с Институтом пластмасс обладают взаимодополняющими компетенциями в области наук о полимерах и композиционных материалах. Поэтому к созданию технологии изготовления компаундов для корпусирования эти организации приступили сплоченной командой», — рассказал «Стимулу» заведующий отделом полимеров и композиционных материалов ФИЦ проблем химической физики и медицинской химии РАН, кандидат химических наук Георгий Малков.

Заведующий отделом полимеров и композиционных материалов ФИЦ ПХФ и МХ РАН, кандидат химических наук Георгий Малков

Нужны российские кристаллы

Корпусирование (сборка) микросхем — это финальный этап перед их использованием. Вокруг полупроводникового кристалла формируется полимерный корпус, защищающий его от внешних факторов — пыли, влаги, механических повреждений или электромагнитных помех. Для создания полимерных корпусов используется набор из четырех материалов: заливочного, герметизирующего, смазывающего и очищающего. Ранее применялись импортные материалы, но из-за санкций закупка сырья и компонентов из европейских стран, США, Японии и Кореи сильно ограничена. Китайская продукция уступает лучшим западным аналогам и не устраивает российских производителей микросхем по качеству, поскольку от партии к партии характеристики материалов сильно отличаются.

В России в сегменте корпусирования микросхем работают несколько предприятий, среди них крупнейший в России производитель микроэлектроники с топологическими нормами до 90 нм завод «Микрон» и российский инвестиционно-промышленный холдинг GS Group, который также разрабатывает и производит микроэлектронную продукцию. О том, какова сейчас ситуация в России в этой области, нам рассказал директор по развитию GS Nanotech Алексей Бородастов.

Директор по развитию GS Nanotech Алексей Бородастов

«Если говорить о микросхемах в полимерных корпусах, то все зависит от их сложности, — говорит он. — Под освоенные техпроцессы наших производителей кристаллов (до 180 нанометров) есть ряд предприятий, серийно корпусирующих микросхемы. Но, как правило, это старые корпуса, используемые с 70‒80-х годов прошлого века, такие как TSOP, QFP. Современную электронику из микросхем в таких корпусах создать не получится — не позволят требования по габаритам и производительности».

По его словам, развитие этого направления тормозят два фактора. Первый — технологический. В России отсутствует современное производство кристаллов. «Российским дизайн-центрам, которые хотят произвести современную микросхему, проще корпусировать микросхемы там, где кристаллы изготавливаются, к сожалению не в России, — сетует эксперт. — А требований Минпромторга об обязательности проведения данной технологической операции в России на сегодняшний день нет».

Второй фактор — рыночный. Сам рынок микросхем относительно мирового у нас очень небольшой, доля современных российских микросхем на нем невелика. И идут они в основном на нужды ОПК. Как отмечает Алексей Бородастов, рыночной стоимости услуг корпусирования можно достичь при массовом производстве сотнями тысяч и миллионами единиц в год, а российский рынок такой потребности в российских микросхемах не обеспечивает. Но ситуация начинает медленно меняться. Минпромторг проводит грамотную политику стимулирования спроса на отечественные микросхемы. Ряд производителей уже имеет заказы на сотни тысяч и даже миллионы микросхем в год, но таких примеров пока единицы.

«Наше предприятие производит современные многоконтактные безвыводные корпуса, к примеру BGA, используемые в микросхемах памяти, процессорах, системах-в-корпусе. Выбор российских современных микросхем для этого производства довольно-таки скудный, и они не позиционируются для применения на массовом рынке. Ситуацию поменяет запуск современного кристального производства и расширение номенклатуры современных контроллеров и процессоров, производимых в стране, и мы готовы перейти на серийный выпуск. Пока этого не случилось, стараемся участвовать во всех ОКР по разработке микросхем в надежде на масштабирование производства в будущем. А параллельно занимаемся разработкой и производством различной электроники», — говорит директор по развитию GS Nanotech.

Завод «Микрон» за последний год значительно расширил производственные мощности сборочного подразделения. Запущены новая линия сборки в пластиковые корпуса, дополнительные линии сборки чип-модулей для банковских карт и электронных документов, корпусирования микросхем для экстремальной электроники.

На дочернем предприятии «Микрона», МСП, также запущена первая в России линия по сборке COB-модулей для транспортных карт. COB (Chip on Board, «микросхема на плате») — технология монтажа микросхем и полупроводниковых приборов, при которой кристалл микросхемы без собственного корпуса распаивается непосредственно на печатную плату и покрывается изолирующей смесью для защиты от внешних воздействий.

Как пояснил «Стимулу» начальник сборочного производства АО «Микрон» Дмитрий Терентьев, в микроэлектронике применяется множество типов сборки, в зависимости от назначения изделия. Освоение новых технологий позволяет обеспечивать изделиями микроэлектроники российские предприятия. Например, SIP-сборка — несколько кристаллов монтируются на подложке под одним корпусом (применяется в мобильных, бытовых, умных устройствах), 3D-сборка — монтаж кристалла на кристалл для уменьшения площади изделия, при этом увеличивается его функционал (например, в одном корпусе могут совмещаться микроконтроллер MIK32 АМУР и флеш-память, такие изделия применяются в автоэлектронике, промышленной электронике, бытовых и умных устройствах), силовая чопперная сборка — установка, которую можно собрать из различных модулей в зависимости от нужд производства (силовые модули отвечают за контроль и регулирование уровня напряжения и тока, применяются в судостроении, в том числе в судах, предназначенных для работы в арктических условиях).

Начальник сборочного производства АО «Микрон» Дмитрий Терентьев

Свою продукцию «Микрон» в основном отгружает заказчикам в виде микросхем на пластинах, частично корпусирует на своих мощностях. «Микрон» выпускает микросхемы в том числе в многовыводных корпусах QFN64 и QFN104 на 64 и 104 вывода соответственно (применяются в бытовой и автоэлектронике, в устройствах связи), в миниатюрных корпусах VSSOP-8 (применяются в системах сбора данных, контрольно-измерительном оборудовании, датчиках тока, компараторах), силовых TO-корпусах (применяются в преобразователях и стабилизаторах напряжения, управлении двигателями постоянного тока и других силовых устройствах).

«Мы полностью поддерживаем все проекты, направленные на производство российских материалов для микроэлектроники. Химия и газы в микроэлектронике — важнейший фактор функционирования производства и конкурентоспособности продукции. В техпроцессе кристального производства на “Микроне” применяются десятки сверхчистых химических материалов, газов и газовых смесей, из них 27 уже успешно аттестованы и замещены на российские сверхчистые материалы. “Микрон” заинтересован в освоении новых материалов, активно взаимодействует со всеми разработчиками и производителями. Наша цель в среднесрочной перспективе — полностью перейти на отечественные материалы, это критически важно для обеспечения технологического суверенитета отрасли», — говорит Дмитрий Терентьев.

Алексей Бородастов, в свою очередь, отметил, что GS Group также приветствует любые проекты, которые приведут к реальному импортозамещению. «Если получится достичь хороших технических результатов, важно не упустить экономическую составляющую. Мы работаем на коммерческом рынке, где правит стоимость, и конкурировать нам приходится с зарубежными аналогами. Готовы участвовать в испытаниях, делиться обратной связью, подключать технологов и конструкторов к процессу “доводки” материала», — говорит директор по развитию GS Nanotech.

Процесс корпусирования микросхемы

Создать надежный корпус

Ученые ФИЦ ПХФ и МХ РАН и Института пластмасс решили не разрабатывать с нуля новые материалы для корпусирования микросхем, а исследовать импортные аналоги. Их всесторонне проанализировали и выяснили состав. Благодаря этому отпала необходимость перебирать все возможные комбинации компонентов, и это значительно ускорило разработку.

«Составы материалов для корпусирования микросхем теперь нам известны. Нашему центру совместно с коллегами из Института пластмасс удалось их расшифровать и отработать технологии получения. Мы определили химическую природу полимерной основы каждого из четырех материалов и наполнителей, которая также входит в состав — в некоторых материалах до 85 процентов. При этом удалось не просто определить и скопировать импортные составы, но и улучшить их по некоторым параметрам», — рассказал старший научный сотрудник ФИЦ ПХФ и МХ РАН, кандидат технических наук Кирилл Пахомов.

Ученые смогли увеличить теплостойкость компаунда для заливки подкристального пространства, уменьшить вязкость герметизирующего материала, а главное — хоть и ненамного, но упростить химический состав компаундов в сравнении с иностранными. Оптимизация продолжается, разработчики стремятся увеличить срок хранения составов и максимально перейти на отечественное сырье.

«Найти составляющие материала удалось достаточно быстро, а определить, в каком соотношении они находятся, гораздо сложнее. Тем не менее и эта работа выполнена. Сейчас, с одной стороны, мы продолжаем отрабатывать технологию получения материалов из доступных аналогов, а с другой — НИУ МИЭТ уже приступил к первичной апробации материалов в корпусировании многовыводных микросхем», ― пояснил исследователь.

Цех с линией по сборке микросхем в пластиковые корпуса на заводе «Микрон»

Ученый отметил, что даже маленькая неточность в создании корпуса может влиять на работу микросхемы и прибора целиком, а значит, получаемые материалы от партии к партии должны иметь стабильный набор характеристик. В лабораториях НИУ МИЭТ установлено, что экспериментальные образцы обладают удовлетворительными характеристиками. Но исследования в ФИЦ ПХФ и МХ РАН и Институте пластмасс продолжаются.

«Для выполнения работ были поставлены крайне сжатые сроки, — говорит Георгий Малков. — Исследования начались в октябре 2023 года, и уже в марте 2025-го должна быть создана технология изготовления компаундов, необходимо будет пройти испытания на базе промышленных партнеров. Окончание проекта с запуском производства планируется на осень 2025 года».

Автор: Алексей Андреев

Источник: https://stimul.online/articles/innovatsii/korpusiruem-sami/