DE112006003181T5

DE112006003181T5 - Method for bonding between electrical components using ultrasonic vibration

Info

Publication number: DE112006003181T5
Application number: DE112006003181T
Authority: DE
Inventors: Kyung-Wook Paik; Myung-Jin Yim; Hyoung-Joon Kim; Ki-Won Lee
Original assignee: Korea Advanced Institute of Science and Technology KAIST
Current assignee: Korea Advanced Institute of Science and Technology KAIST
Priority date: 2005-11-24
Filing date: 2006-11-22
Publication date: 2008-11-06
Also published as: TW200724272A; TWI306423B; KR20070025889A; JP2009517861A; KR100746330B1; WO2007061216A1; CN101322233A; CN101322233B

Abstract

Verfahren zum Bonden zwischen elektrischen Bauelementen, umfassend die Schritte:
Ausrichten von Elektroden auf einem Bondbereich eines oberen elektrischen Bauelements und eines unteren elektrischen Bauelements, welche zu bonden sind; und
Aushärten von Klebstoffen durch Einbringen von Ultraschallenergie in die Klebstoffe zwischen dem oberen elektrischen Bauelement und dem unteren elektrischen Bauelement und daher Verwenden von Wärme aus dem Klebstoff selbst.Method for bonding between electrical components, comprising the steps:
Aligning electrodes on a bonding region of an upper electrical device and a lower electrical device to be bonded; and
Curing adhesives by introducing ultrasonic energy into the adhesives between the upper electrical device and the lower electrical device and therefore using heat from the adhesive itself.

Description

TECHNISCHES GEBIETTECHNICAL AREA

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bonden zwischen elektrischen Bauelementen, und insbesondere ein Verfahren zum Bonden zwischen elektrischen Bauelementen, welches in einem Prozess zum Aushärten von Klebstoffen beim Bonden zwischen elektrischen Bauelementen in der Lage ist, einer Notwendigkeit abzuhelfen, Wärme von außen einzubringen, oder Wärme mit relativ niedriger Temperatur einzubringen, und den Prozessdruck im Fall eines Thermokompressions-Bondprozesses zu verringern.The The present invention relates to a method of bonding between electrical components, and in particular a method of bonding between electrical components used in a process for curing Adhesives are capable of bonding between electrical components is to remedy a need to introduce heat from outside or heat with relatively low temperature, and the process pressure in the case of a thermocompression bonding process.

ALLGEMEINER STAND DER TECHNIKGENERAL PRIOR ART

Gegenwärtige Anforderungen, wie etwa Schlankheit und geringes Gewicht, hohe Leistung, hohe Integration und umweltfreundliche Halbleiter-Packaging-Technologien, haben die Bedeutung einer Flip-Chip-Technologie unter den Bondverfahren auf Chipebene ins Rampenlicht gerückt. Die Flip-Chip-Technologie weitet gegenwärtig ihren Nutzungsbereich aus, bis hin zum Display-Package, wie etwa für eine Chipkarte, einen LCD, ein PDP usw., einen Computer, ein Mobiltelefon, ein Kommunikationssystem oder Ähnliches. Verbindungsmaterialien, welche in der Flip-Chip-Technologie verwendet werden, können hauptsächlich in Lot- und Nichtlotmaterialien unterteilt werden. Bis heute wird hauptsächlich die Flip-Chip-Technologie, welche Lote verwendet, eingesetzt. Allerdings weisen Lote Probleme bei Kostenwirksamkeit und bei komplexen Bondprozessen auf, wie etwa Lötflussmittelumhüllung, Ausrichtung des Chips/Substrats, Aufschmelzung von Bumps (Lötkontakthügeln), Entfernung von Lötflussmittel, Unterfüllung und Aushärtung. Auch wird es, da die Chipgröße geringer wird, immer schwieriger, Lötkügelchen herzustellen, und die Verarbeitungskosten für Dünnfilmprozesse und Lithographieprozesse usw. sind im Steigen. Daher steigt das Interesse an den Nichtlotmaterialien, wie auch das Interesse an der Fine-Pitch-Bondtechnologie und der kostengünstigen Flip-Chip-Technologie im Steigen ist. Entsprechend sind Flip-Chip-Bondtechnologien entwickelt worden, welche Klebstoffe verwenden, die Vorteile niedriger Kosten, einer Ultra-Fine-Pitch-Fähigkeit, eines bleifreien Prozesses, eines umweltfreundlichen lötflussmittelfreien Prozesses und eines Prozesses bei niedriger Temperatur aufweisen, verglichen mit jener Technologie, welche allgemeine Lot-Flip-Chips verwendet.Present requirements, such as slimness and light weight, high performance, high integration and environmentally friendly semiconductor packaging technologies, have the Importance of a flip-chip technology under the bonding method Chip level into the spotlight. Flip-chip technology is currently expanding its usage area up to the display package, such as for a chip card, an LCD, a PDP, etc., a computer, a mobile phone, a communication system or similar. Bonding materials used in flip-chip technology can be used mainly in Solder and non-solder materials be divided. To date, mainly the flip-chip technology, which solders used, used. However, solders have problems at cost effectiveness and in complex bonding processes, such as Solder flux cladding, Alignment of the Chips / substrate, melting of bumps, removal of solder flux, underfill and Curing. It will also, because the chip size is smaller becomes, more and more difficult, solder balls and the processing costs for thin-film processes and lithography processes etc. are on the rise. Therefore, the interest in non-soldering materials, as well as the interest in fine-pitch bonding technology and the cost-effective flip-chip technology in the rise is. Accordingly, flip-chip bonding technologies which use adhesives, the advantages of low cost, an ultra fine pitch capability, a lead-free process, an environmentally friendly solder flux-free Process and a process at low temperature, compared to that technology, which general solder flip chips used.

Klebstoffe als die Verbindungsmaterialien für Halbleiterpackages umfassen hauptsächlich isotrop leitende Klebstoffe (ICA), anisotrop leitende Klebstoffe (ACA), nicht leitende Klebstoffe (NCA) usw. Im Allgemeinen sind Klebstoffe Verbundmaterialien enthaltend leitende Metallpartikeln und Polymerharz, welches isolierende Eigenschaften und die Adhäsion aufweist, und sie gehen zu dem ICA, von dem NCA oder dem ACA aus, entsprechend dem Gehalt an leitenden Partikeln ineinander über. Konkret wird der Wert des Gehalts an leitenden Partikeln, wenn ein elektrischer Übergang erzeugt wird, als Perkolationsschwelle bezeichnet.adhesives as the compound materials for semiconductor packages mainly include isotropic conductive adhesives (ICA), anisotropic conductive adhesives (ACA), non-conductive adhesives (NCA) etc. Generally Adhesives Composite materials containing conductive metal particles and polymer resin having insulating properties and adhesion, and they go to the ICA, from the NCA or the ACA, accordingly the content of conductive particles into each other. Specifically, the value the content of conductive particles when an electrical transition is generated, referred to as percolation threshold.

Entsprechend dem Gehalt an leitenden Partikeln ist ein Klebstoff, welcher die leitenden Partikel nicht aufweist, der NCA, und ein Klebstoff, welcher die leitenden Partikel unterhalb des Perkolationsschwellwerts aufweist, der ACA. Außerdem ist ein Klebstoff, welcher die leitenden Partikel oberhalb desselben aufweist, der ICA, dessen Material selbst leitende Eigenschaften aufweist. Der Zweck, die Funktion und die Anwendung als Verbindungsmaterialien für des Halbleiter-Package können je nach seinen Kennwerten vielfältig sein.Corresponding The content of conductive particles is an adhesive which is the does not have conductive particles, the NCA, and an adhesive containing the has conductive particles below the percolation threshold, the ACA. Furthermore is an adhesive which has the conductive particles above it has, the ICA, whose material itself conductive properties having. The purpose, the function and the application as connecting materials for the Semiconductor package can varied depending on its characteristics be.

Ein Anwendungsbeispiel des isotrop leitenden Klebstoffs (ICA) als Verbindungsmaterialien für das Nichtlot-Flip-Chip-Package ist in 1 gezeigt. Mit Bezug auf 1 wird, nachdem der ICA auf die Nichtlotbumps wie etwa Gold-Stud-Bumps oder vergoldete Bumps und stromlos vernickelte/vergoldete Bumps, welche auf einem Halbleiterchip ausgebildet sind, aufgebracht ist, die Ausrichtung der Nichtlotbumps und der Substratelektroden ausgeführt. Und danach wird Wärme in den ICA eingebracht, um ihn auszuhärten, sodass elektrische Verbindungen zwischen den Nichtlotbumps und den Substratelektroden hergestellt werden. Zu dieser Zeit wird, wenngleich es entsprechend den Aushärtungsbedingungen des ICA anders sein kann, das Erwärmen bei annähernd 180°C 10 bis 30 Minuten lang ausgeführt. Danach wird der Unterfüllungsprozess zwischen dem Chip und dem Substrat ausgeführt, um die Zuverlässigkeit des Flip-Chip-Package zu verbessern.An example of use of the isotropic conductive adhesive (ICA) as interconnect materials for the non-solder flip-chip package is in FIG 1 shown. Regarding 1 After the ICA is applied to non-solder bumps such as gold stud bumps or gold plated bumps and electroless nickel plated / gold plated bumps formed on a semiconductor die, the alignment of the non-solder bumps and the substrate electrodes is performed. And thereafter, heat is introduced into the ICA to cure it so that electrical connections are made between the non-solder bumps and the substrate electrodes. At this time, although it may be different according to the curing conditions of the ICA, the heating at approximately 180 ° C is carried out for 10 to 30 minutes. Thereafter, the underfill process is performed between the chip and the substrate to improve the reliability of the flip-chip package.

Ein anisotrop leitender Film (ACF) ist ein Polymerfilm, welcher elektrisch anisotrope Eigenschaften und Adhäsionseigenschaften aufweist. Der ACF weist elektrisch leitende Eigenschaften in einer Filmdickerichtung und isolierende Eigenschaften in einer Flächenrichtung auf und enthält im Wesentlichen leitende Partikel, wie etwa Nickel, Gold/Polymer, Silber usw., und isolierende Harze, welche wärmeaushärtende Eigenschaften oder Thermoplastizität aufweisen. Elektrische Verbindungen werden zwischen oberen Elektroden und unteren Elektroden mit den leitenden Partikeln hergestellt. Diese leitenden Partikel sind in dem ACF verteilt, wobei dieser gleichzeitig Wärme und Druck ausgesetzt wird, zwischen einem Chip oder einem flexiblen Schaltungssubstrat, welches einen auf demselben montierten Chip aufweist, und einem Glassubstrat oder einem starren Substrat (2).An anisotropic conductive film (ACF) is a polymer film having electrically anisotropic properties and adhesion properties. The ACF has electroconductive properties in a film thickness direction and insulating properties in a planar direction, and contains substantially conductive particles such as nickel, gold / polymer, silver, etc., and insulating resins having thermosetting properties or thermoplasticity. Electrical connections are made between upper electrodes and lower electrodes with the conductive particles. These conductive particles are distributed in the ACF while being subjected to heat and pressure simultaneously between a chip or a flexible circuit substrate having a chip mounted thereon and a glass substrate or a rigid substrate (see FIG. 2 ).

Zu dieser Zeit wird das Aushärten des isolierenden Harzes durch die eingebrachte Wärme erzeugt, um größere Adhäsionskraft zu erzeugen. Um einen kostengünstigen Klebstoff-Herstellungsprozess und einen kostengünstigen Flip-Chip-Prozess, welcher derartige Klebstoffe verwendet, zu entwickeln, wurde der ACF, welcher wärmeaushärtendes Epoxidharz oder Harz auf Acrylbasis verwendet, welcher Hochgeschwindigkeits-Aushärtungseigenschaften aufweist, auf den Markt gebracht. Der ACA kann unterteilt werden in eine Filmform (anisotrop leitender Film, ACF) und eine Pastenform (anisotrop leitende Paste, ACP). Zur Zeit werden Klebstoffe in Pastenform entwickelt, um den Bondprozess und den Klebstoffherstellungsprozess zu vereinfachen. Ferner gibt es einen nichtleitenden Film (NCF) zum Entfernen leitender Partikel, um ein Ultra-Fine-Ptich-Bonden und niedrige Kosten zu erreichen, und eine NCP hergestellt in Pastenform.To this time will be curing of the insulating resin generated by the heat introduced, for greater adhesion to create. To be a cost-effective Adhesive manufacturing process and a low-cost flip-chip process, which used to develop such adhesives was the ACF, which thermosetting epoxy resin or acrylic-based resin which has high-speed curing properties has been put on the market. The ACA can be subdivided in a film form (anisotropically conductive film, ACF) and a paste form (anisotropically conductive paste, ACP). At present adhesives are in paste form developed to the bonding process and the adhesive manufacturing process to simplify. There is also a non-conductive film (NCF) for removing conductive particles, for an ultra-fine-ptich bonding and low cost, and an NCP made in paste form.

3 zeigt einen Flip-Chip-Bondprozess, welcher einen NCF oder die NCP als ein Verbindungsmaterial verwendet. Der Prozess bringt als Erstes den NCF oder die NCP um Substratelektroden an, und richtet diese zu einem Chip aus, in welchem Nichtlotbumps, insbesondere Gold-Stud-Bumps, ausgebildet sind, und härtet dann den NCA durch die eingebrachte Wärme aus, während die Nichtlotbumps direkt mit den Substratelektroden durch einen Thermokompressions-Bondprozess kontaktiert werden. 3 shows a flip-chip bonding process using an NCF or the NCP as a bonding material. The process first applies the NCF or NCP around substrate electrodes and directs them to a die in which non-solder bumps, particularly gold stud bumps, are formed, and then cures the NCA by the applied heat while the non-solder bumps directly contacted with the substrate electrodes by a thermocompression bonding process.

Die Verbindungsmaterialien, wie etwa ICA, ACA (ACF, ACP), NCA (NCF, NCP) usw. werden bereits zur Montage eines Flachbildschirmmoduls, wie etwa eines LCD, eines PDP, eines OLED usw., zur Oberflächenmontage elektrischer Bauelemente und zum Halbleiter-Flip-Chip-Bonden verwendet. Ferner sind die Verbindungsmaterialien bereits weitgehend in Verwendung in einem Outer-Lead-Bonding-Prozess (OLB), einem PCB-Prozess, einem Chip-on-Glass-Prozess (COG) und einem Chip- on-Film-Prozess (COF), im Bereich der Montage von Flachbildschirmmodulen, und sie haben ihren Markt hin zu Nichtlot-Flip-Chip-Bondprozessen und einer Technologie der Oberflächenmontage von Bauelementen ausgeweitet.The Interconnect materials such as ICA, ACA (ACF, ACP), NCA (NCF, NCP), etc. are already used for mounting a flat panel module, such as an LCD, a PDP, an OLED, etc., for surface mounting electrical components and used for semiconductor flip-chip bonding. Furthermore, the connection materials are already widely in use in an outer lead bonding process (OLB), a PCB process, a chip-on-glass process (COG) and a chip-on-film process (COF), in the field of mounting flat panel modules, and they have moved their market towards non-solder flip-chip bonding processes and one Surface mounting technology extended by components.

Der ICA ist ein Material, welches ein bestehendes Lot ersetzen kann, welches beim Bonden verwendet wird, um elektrische oder elektronische Bauelemente oder Schaltungsverdrahtungen einzubauen. Die Anwendungsgebiete sind ähnlich den Bondanwendungsgebieten des Lots. Das heißt, er kann zum Einbauen der Oberflächenmontage-Bauelemente verwendet werden, welche ein Aufschmelzen des Lots erfordern, oder für das Bonden des Flip-Chips unter Verwendung eines Lots, und er kann das Bonden durch Wärmeaushärtung des ICA bei einer Temperatur, welche niedriger ist als jene des Lotaufschmelzprozesses, erreichen. Allerdings besteht in diesem Fall ein Schwachpunkt darin, dass die Prozesstemperatur hoch und dass die Aushärtungszeit lang ist.Of the ICA is a material that can replace an existing solder, which is used in bonding to electrical or electronic components or to install circuit wiring. The fields of application are similar to the bonding application areas of the lot. This means, it can be used to install the surface mount components which require melting of the solder, or for bonding of the flip chip using a solder, and he can do the bonding by heat curing of the ICA at a temperature lower than that of the solder reflow process, to reach. However, there is a weak point in this case that the process temperature is high and that the curing time is long.

Im Fall des ACA wird dieser bei Montage eines Displaymoduls verwendet. Ein ACF findet am häufigsten Verwendung für OLB-Bonden, welches beim Bonden eines flexiblen Substrats an ein Glassubstrat verwendet wird, und für PCB-Bonden, welches verwendet wird, wenn ein flexibles Substrat an ein PCB-Substrat gebondet wird. Er weist verschiedene Arten leitender Partikel entsprechend den Anwendungsgebieten auf, und es ist ein bei niedriger Temperatur rasch aushärtenden Typ erforderlich, wo die Bondtemperatur niedriger wird, während die Bondzeit kürzer wird.in the In the case of the ACA, this is used when mounting a display module. An ACF is most common Use for OLB bonding, which when bonding a flexible substrate to a Glass substrate is used, and for PCB bonding, which uses becomes when a flexible substrate is bonded to a PCB substrate. He has various types of conductive particles according to the Application areas, and it is one at low temperature rapidly curing Type required where the bond temperature gets lower while the bond time shorter becomes.

Je höher die Dichte und die Integration eines IC-Treiberschaltungschips werden, desto mehr steigt die Notwendigkeit von Ultra-Fine-Pitch-Verfahren in einem COG-Prozess, in welchem ein IC-Treiberschaltungschip direkt an das Glassubstrat gebondet wird, und in einem COF-Prozess, in welchem ein IC-Treiberschaltungschip durch das Flip-Chip-Verfahren an das flexible Substrat gebondet wird.ever higher the Density and the integration of an IC driver circuit chip become the more the need for ultra-fine pitch in one goes up COG process, in which an IC driver circuit chip directly to the glass substrate and in a COF process in which an IC driver circuit chip through the flip-chip method is bonded to the flexible substrate.

Daher ist zu erwarten, dass die gegenwärtige Situation, welche das Ultra-Fine-Pitch-Bonden des ACF und den bei niedriger Temperatur rasch aushärtenden Typ erfordert, anhalten wird. Ferner wird sich das ACF-Bonden bei der Montage des flexiblen Substrats und des starren Substrats, zusätzlich zur Montage von Displaymodulen, entsprechend den Anforderungen der Ultra-Fine-Pitch-Bondfähigkeit eines Sockels oder eines Lots, der Gestaltungsfreiheit und der Reduktion von Bondbereich und Höhe durchsetzen. Seine Nützlichkeit steigt auf Grund der Vorteile des Nichtlot-Flip-Chip-Bondprozesses an Stelle des Flip-Chip-Bondens, welches das bestehende Lot verwendet. So ist der NCA rasch als Ersatzmaterial des ACA im Kommen. Als Nichtlotbump, welches in dem Nichtlot-Flip-Chip-Bondprozess verwendet wird, gibt es ein Gold-Stud-Bump, ein vergoldetes Bump, ein stromlos vernickeltes Bump, ein Kupferbump usw. In diesem Fall wird, da das Flip-Chip-Bonden durch Aufschmelzen auf Grund eines hohen Schmelzpunkts nicht ausgeführt werden kann, der Flip-Chip-Bondprozess durch den Thermokompressions-Bondprozess unter Verwendung des ACF ausgeführt.Therefore is expected that the current situation, which the Ultra Fine Pitch bonding of the ACF and the lower Temperature rapidly curing Type requires, will stop. Furthermore, the ACF bonding will be included the assembly of the flexible substrate and the rigid substrate, in addition to Assembly of display modules according to the requirements of ultra-fine-pitch-bondability a pedestal or a lot, the freedom of design and the reduction Bonding area and height push through. Its usefulness increases due to the advantages of the non-solder flip-chip bonding process instead of the flip-chip bonding, which uses the existing solder. Thus, the NCA is rapidly emerging as a replacement for the ACA. As Nichtlotbump, which is used in the non-solder flip-chip bonding process exists a gold stud bump, a gold plated bump, a electroless nickel plated Bump, a copper bump, etc. In this case, since the flip-chip bonding by melting due to a high melting point are not performed can, the flip-chip bonding process through the thermocompression bonding process using the ACF.

Allerdings basieren OLB, PCB, COG, COF, welche den ACF verwenden, der Flexibel-zu-Starr-Bondprozess und der Flip-Chip-Bondprozess auf einem mechanischen Kontakt der leitenden Partikel mit Elektroden und den Nichtlotbumps, unter Verwendung des Thermokompressions-Bondprozesses und des Wärmeaushärtens des Polymerharzes, neben denselben. Daher ist es nötig, die verschiedenen Probleme eines Aufbringens von Bonddruck, einer gleichförmigen Wärmeaushärtung des Polymerharzes, hoher Prozesstemperaturen für einen raschen Wärmeaushärtungsvorgang, und daher wärmebedingter Verformung eines Packages, einer Substratplanarität usw. zu lösen. Insbesondere ist es sehr schwierig, die ACF-Bondtechnologie auf Grund der Grenzen, die dem erzeugten Bonddruck gesetzt sind, wenn die Dicke eines Verbindungshalbleiterchips oder eines Siliziumchips gering ist, anzuwenden, da die Chips, durch den Prozessdruck, relativ bruchempfindlich werden.However, OLB, PCB, COG, COF using the ACF, the flexible-to-rigid bonding process, and the flip-chip bonding process are based on mechanical contact of the conductive particles with electrodes and non-solder bumps using the thermocompression bonding process and thermosetting the polymer resin, besides them. Therefore, it is necessary to consider the various problems of applying Bond pressure, a uniform heat curing of the polymer resin, high process temperatures for a rapid heat curing process, and therefore thermally induced deformation of a package, a substrate planarity, etc. to solve. In particular, it is very difficult to apply the ACF bonding technology due to the limitations imposed on the generated bonding pressure when the thickness of a compound semiconductor chip or a silicon chip is small, since the chips become relatively fragile due to the process pressure.

Wenn daher die neuen Materialien oder Prozesse entwickelt werden, welche in der Lage sind, die oben genannten Probleme im Halbleiter-Bondprozess oder im Montageprozess, welcher ICA, ACF, NCF, ACP und NCP verwendet, zu lösen, sind die Verwendungsmöglichkeiten von Polymer-Verbindungsmaterialien, wie etwa ICA, ACA und NCA usw., und von Bondprozessen bei niedriger Temperatur, welche dieselben verwenden, sowie einer kostengünstigen Bondtechnologie vielfältig.If therefore the new materials or processes are being developed which are able to address the above problems in the semiconductor bonding process or in the assembly process using ICA, ACF, NCF, ACP and NCP, to solve, are the uses of polymer compound materials such as ICA, ACA and NCA, etc., and low-temperature bonding processes using the same and a cost-effective Bonding technology diverse.

Ferner ist in einer Situation, welche der Verwendung von FCKWs und der Verwendung von Pb enge Grenzen setzt, da Umweltprobleme elektronischer Produkte (auf Grund der Verwendung von Lötflussmittel, Reinigungsmittel, Lot, welches Pb enthält, usw.) als ernste Probleme betrachtet werden, das intensive Interesse an diesen Materialien als umweltfreundliche Ersatzmaterialien im Steigen.Further is in a situation, which the use of CFCs and the Use of Pb sets narrow limits as environmental problems become more electronic Products (due to the use of soldering flux, cleaning agents, Lot containing Pb, etc.) regarded as serious problems, the intense interest in these materials as environmentally friendly replacement materials in the rise.

OFFENBARUNG DER ERFINDUNGDISCLOSURE OF THE INVENTION

TECHNISCHES PROBLEMTECHNICAL PROBLEM

Die vorliegende Erfindung ist vorgeschlagen, um die Probleme des Standes der Technik zu überwinden. Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, den Problemen des Standes der Technik abzuhelfen, und insbesondere ein Verfahren zum Bonden zwischen elektrischen Bauelementen vorzulegen, welches in einem Schritt des Aushärtens von Klebstoffen beim Bonden zwischen elektrischen Bauelementen in der Lage ist, einer Notwendigkeit abzuhelfen, Wärme von außen einzubringen, oder Wärme mit relativ niedriger Temperatur einzubringen, und den Prozessdruck im Fall eines Thermokompressions-Bondprozesses zu verringern.The The present invention is proposed to address the problems of the prior art overcome the technique. It is an object of the present invention to solve the problems of Prior art to remedy, and in particular a method for To submit between electrical components, which in a step of curing of adhesives when bonding between electrical components in is able to remedy a need to introduce heat from outside or heat with relatively low temperature, and the process pressure in the case of a thermocompression bonding process.

TECHNISCHE LÖSUNGTECHNICAL SOLUTION

Um die Aufgabe zu erfüllen, soll die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Bonden zwischen elektrischen Bauelementen vorlegen, umfassend die Schritte: Ausrichten von Elektroden auf einem Bondbereich eines oberen elektrischen Bauelements und eines unteren elektrischen Bauelements, welche zu bonden sind; und Aushärten von Klebstoffen durch Einbringen von Ultraschallenergie in den Klebstoff zwischen dem oberen elektrischen Bauelement und dem unteren elektrischen Bauelement und dadurch Erwärmen des Klebstoffs selbst.Around to fulfill the task The present invention is intended to provide a method of bonding between electrical components, comprising the steps: Align of electrodes on a bonding region of an upper electrical component and a lower electrical component to be bonded; and curing of adhesives by incorporating ultrasonic energy into the adhesive between the upper electrical component and the lower electrical Component and thereby heating the adhesive itself.

VORTEILHAFTE WIRKUNGENBENEFICIAL EFFECTS

Die vorliegende Erfindung ist in der Lage in einem Prozess zum Aushärten von Klebstoffen beim Bonden zwischen elektrischen Bauelementen, einer Notwendigkeit abzuhelfen, Wärme von außen einzubringen, oder Wärme mit relativ niedriger Temperatur einzubringen.The The present invention is capable of a process for curing Adhesives when bonding between electrical components, a necessity to remedy, heat from the outside or heat at a relatively low temperature.

Auch hat die vorliegende Erfindung die Wirkung, Prozessdruck im Fall eines Thermokompressions-Bondprozesses zu verringern. Als Resultat ist der Bondprozess gemäß der vorliegenden Erfindung in der Lage, Ertrag und Produktivität zu verbessern und dem Bondprozess exzellente Adhäsionskraft und Zuverlässigkeit zu verleihen.Also the present invention has the effect of process pressure in the case of a thermocompression bonding process. As result is the bonding process according to the present Invention able to improve yield and productivity and the bonding process excellent adhesion and reliability to rent.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGENBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS

Weitere Ziele und Aspekte der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung von Ausführungsformen deutlich, mit Bezug auf die begleitenden Zeichnungen, dabei zeigen:Further Objects and aspects of the present invention will become apparent from the following Description of embodiments clear with reference to the accompanying drawings, in which:

1 einen Flip-Chip-Bondprozess, welcher einen konventionellen isotrop leitenden Klebstoff verwendet; 1 a flip chip bonding process using a conventional isotropic conductive adhesive;

2 einen Flip-Chip-Bondprozess, welcher einen konventionellen anisotrop leitenden Klebstoff verwendet; 2 a flip-chip bonding process using a conventional anisotropic conductive adhesive;

3 einen Flip-Chip-Bondprozess, welcher einen konventionellen nichtleitenden Klebstoff verwendet; 3 a flip-chip bonding process using a conventional non-conductive adhesive;

4 einen Flip-chip-Bondprozess, welcher isotrop leitenden Klebstoff verwendet gemäß der vorliegenden Erfindung (in dem Fall, in dem ein Bump als Bondvermittler verwendet wird); 4 a flip-chip bonding process using isotropically conductive adhesive according to the present invention (in the case where a bump is used as a bonding agent);

5 einen Flip-Chip-Bondprozess, welcher isotrop leitenden Klebstoff verwendet gemäß der vorliegenden Erfindung (in dem Fall, in dem kein Bump als Bondvermittler verwendet wird); 5 a flip-chip bonding process using isotropically conductive adhesive according to the present invention (in the case where no bump is used as a bonding agent);

6 einen Flip-Chip-Bondprozess, welcher anisotrop leitenden Klebstoff verwendet gemäß der vorliegenden Erfindung; 6 a flip chip bonding process using anisotropically conductive adhesive according to the present invention;

7 Temperaturänderung von Klebstoff über der Zeit, in dem Fall, in dem anisotrop leitender Klebstoff mit Ultraschallenergie verarbeitet wird; 7 Temperature change of adhesive over time, in the case where anisotropically conductive adhesive is processed with ultrasonic energy;

8 einen Flip-Chip-Bondprozess, welcher nichtleitenden Klebstoff verwendet gemäß der vorliegenden Erfindung; 8th a flip-chip bonding process, which uses non-conductive adhesive according to the vorlie present invention;

9 einen Bondprozess zwischen starren und flexiblen Substraten, welcher anisotrop leitenden Klebstoff verwendet gemäß der vorliegenden Erfindung. 9 a bonding process between rigid and flexible substrates using anisotropically conductive adhesive according to the present invention.

BESTE AUSFÜHRUNGSFORM DER ERFINDUNGBEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION

Im hier Folgenden ist die vorliegende Erfindung ausführlicher zu beschreiben.in the Hereinafter, the present invention is more detailed to describe.

In der vorliegenden Erfindung sind unter den elektrischen Bauelementen, welche zu bonden sind, die Bauelemente zu verstehen, welche in elektrischen Produkten, wie etwa einem Halbleiterchip oder einem Substrat usw. verwendet werden, und unter dem Bonden zwischen elektrischen Bauelementen ist das elektrische Verbinden zwischen einem Halbleiterchip und einem Substrat, zwischen einem Halbleiterchip und einem Halbleiterchip, oder zwischen einem Substrat und einem Substrat, zu verstehen.In of the present invention are among the electrical components, which are to be bonded to understand the components which in electrical Products, such as a semiconductor chip or substrate, etc. be used, and under the bonding between electrical components the electrical connection between a semiconductor chip and a Substrate, between a semiconductor chip and a semiconductor chip, or between a substrate and a substrate.

Auf eine Art eines derartigen Halbleiterchips wird nicht speziell eingeschränkt, und zum Beispiel können eine Display-Treiberschaltungs-IC, eine Bildsensor-IC, eine Speicher-IC, eine Nichtspeicher-IC, eine Ultrahochfrequenz- oder HF-IC, eine Halbleiter-IC, welche ein Silizium als Hauptbestandteil aufweist, und eine Verbindungshalbleiter-IC enthalten sein.On a kind of such a semiconductor chip is not particularly limited, and for example a display driver circuit IC, an image sensor IC, a memory IC, a non-memory IC, an ultra-high frequency or RF IC, a semiconductor IC, which having a silicon as a main component, and containing a compound semiconductor IC.

Es kann sein, dass der Halbleiterchip in den Elektroden auf dem Bondbereich (oder einem Eingangs-/Ausgangspad) kein Nichtlotbump aufweist oder dass er eine Art des Bumps aufweist, ausgewählt zum Beispiel aus einem Gold-Stud-Bump, einem Kupfer-Stud-Bump, einem vergoldeten Bump, einem verkupferten Bump, einem stromlos vernickelten/vergoldeten Bump und einem stromlos vernickelten/verkupferten/vergoldeten Bump, als ein Metall-Stud-Bump oder ein metallbeschichtetes Bump.It may be that the semiconductor chip in the electrodes on the bond area (or an entry / exit pad) has no Nichtlotbump or that he has a kind of bump, selected for example, from a gold stud bump, a copper stud bump, a gold-plated bump, a copper-plated bump, a electroless nickel-plated / gilded Bump and an electroless nickel plated / coppered / gilded bump, as a metal stud bump or a metal-coated bump.

Außerdem können die Substrate flexible Substrate oder starre Substrate sein. Eines dieser Substrate kann eine elektrische Verbindung mit einem Halbleiterchip bilden, oder es kann eine elektrische Verbindung mit den anderen Substraten bilden, und dann eine elektrische Verbindung zwischen den flexiblen Substraten, zwischen den starren Substraten, oder zwischen den flexiblen Substraten und den starren Substraten enthalten. Unter den flexiblen Substraten sind die Substrate zu verstehen, welche eine Flexibilität aufweisen, wie etwa zum Beispiel Metallleitungen, welche auf einem Polyimidsubstrat ausgebildet sind. Die starren Substrate können indessen Substrate aus Epoxid/Glas, Keramik, Glas und Siliziumhalbleiter sein.In addition, the Substrates flexible substrates or rigid substrates. One of these substrates can form an electrical connection with a semiconductor chip, or it can form an electrical connection with the other substrates, and then an electrical connection between the flexible substrates, between the rigid substrates, or between the flexible substrates and the rigid substrates. Under the flexible substrates are the substrates to understand which have a flexibility, such as, for example, metal lines formed on a polyimide substrate are. The rigid substrates can however substrates of epoxy / glass, ceramics, glass and silicon semiconductors be.

Der Klebstoff kann ein leitender Klebstoff oder ein nichtleitender Klebstoff sein, und der leitende Klebstoff kann wiederum ICA oder ACA sein.Of the Adhesive may be a conductive adhesive or a non-conductive adhesive and the conductive adhesive may again be ICA or ACA.

Der ICA enthält leitende Partikel. Die verwendbaren leitenden Partikel sind nicht speziell eingeschränkt, und es können zum Beispiel eines ausgewählt aus einer Gruppe, enthaltend Silber, Kupfer, Gold, Kohlenstoff, Nickel, Palladium und Lotpulver mit niedrigem Schmelzpunkt, sowie Kombinationen derselben enthalten sein.Of the Contains ICA conductive particles. The usable conductive particles are not specifically restricted, and it can for example one selected from a group containing silver, copper, gold, carbon, Low melting point nickel, palladium and solder powder, as well Combinations thereof may be included.

Der ICA, welcher Polymerharz als Hauptbestandteil verwendet, kann zum Beispiel aus thermoplastischem Harz ausgewählt sein, wie etwa Epoxidharz, Polyesterharz, Acrylharz, Polyimidharz und Polysulfonharz usw., oder aus wärmeaushärtendem Harz.Of the ICA, which uses polymer resin as a main component, can be used for Example be selected from thermoplastic resin, such as epoxy resin, Polyester resin, acrylic resin, polyimide resin and polysulfone resin, etc. or thermosetting resin.

Der ACA umfasst die Form eines anisotrop leitenden Films (ACF) oder einer anisotrop leitenden Paste (ACP). Wenn der Klebstoff ein Filmtyp ist, kann eine Klebstoffschicht auf dem Substrat durch ein Verfahren aufgebracht werden, welches eine Fläche, welche Adhäsion aufweist, auf dem Substrat bei 5 kp/cm² bei etwa 80°C vorkomprimiert und danach einen Trennpapierfilm entfernt. Ferner ist es, wenn der Klebstoff ein Pastentyp ist, möglich, eine konstante Menge an Klebstoff in einer gewünschten Form unter Verwendung einer Sprühvorrichtung oder einer Siebdruckvorrichtung aufzubringen.The ACA is in the form of an anisotropic conductive film (ACF) or an anisotropic conductive paste (ACP). When the adhesive is a film type, an adhesive layer may be applied to the substrate by a method which precompresses an area having adhesion on the substrate at 5 kp / cm ² at about 80 ° C and thereafter removes a release paper film. Further, when the adhesive is a paste type, it is possible to apply a constant amount of adhesive in a desired shape by using a spraying device or a screen printing device.

Diese Klebstoffe enthalten leitende Partikel. Die verwendbaren leitenden Partikel sind nicht speziell eingeschränkt, und es können zum Beispiel eines ausgewählt aus einer Gruppe, enthaltend goldbeschichtete Polymerpartikel, goldbeschichtete Nickelpartikel, goldbeschichtete Kupferpartikel, Kupferpartikel, welche mit Lot mit niedrigem Schmelzpunkt beschichtet sind, Lotpartikel mit niedrigem Schmelzpunkt, sowie Kombinationen derselben enthalten sein.These Adhesives contain conductive particles. The suitable conductive Particles are not specifically limited, and it may be for Example of a selected from a group containing gold-coated polymer particles, gold-coated Nickel particles, gold-coated copper particles, copper particles, which are coated with low melting point solder, solder particles be included with low melting point, as well as combinations thereof.

Außerdem kann der ACA nichtleitende Partikel enthalten, welche von geringerer Größe sind als die leitenden Partikel. Als ein Beispiel für die nichtleitenden Partikel kann Siliziumoxid von 1 μm oder weniger, Aluminiumoxid, Berylliumoxid, Siliciumcarbid, Diamant, Bornitrid usw. enthalten sein. Der Wärmeausdehnungskoeffizient des Klebstoffs kann durch Hinzufügen der nichtleitenden Partikel, wie oben beschrieben, verringert werden.In addition, can the ACA contain non-conductive particles which are of lesser extent Size are as the conductive particles. As an example of the non-conductive particles can silica of 1 micron or less, alumina, beryllia, silicon carbide, diamond, Boron nitride, etc. may be included. The thermal expansion coefficient of Adhesive can be added by adding of the non-conductive particles as described above.

Der ACA, welcher Polymerharz als Hauptbestandteil verwendet, kann ausgewählt sein aus thermoplastischen Harzen, wie etwa Epoxidharz, Polyesterharz, Acrylharz, Polyimidharz und Polysulfonharz usw., oder zum Beispiel wärmeaushärtenden Harzen.Of the ACA using polymer resin as a main component may be selected from thermoplastic resins, such as epoxy resin, polyester resin, Acrylic resin, polyimide resin and polysulfone resin, etc., or for example thermosetting Resins.

Der NCA umfasst die Form eines nichtleitenden Films (NCF) oder einer nichtleitenden Paste (NCP). Wenn der Klebstoff ein Filmtyp ist, kann eine Klebstoffschicht auf dem Substrat durch ein Verfahren aufgebracht werden, welches eine Fläche, welche Adhäsion aufweist, auf dem Substrat bei 5 kp/cm² bei etwa 80°C vorkomprimiert und danach einen Trennpapierfilm entfernt. Ferner ist es, wenn der Klebstoff ein Pastentyp ist, möglich, eine konstante Menge an Klebstoff in einer gewünschten Form unter Verwendung einer Sprühvorrichtung oder einer Siebdruckvorrichtung aufzubringen.The NCA includes the form of a non-conducting the film (NCF) or a non-conductive paste (NCP). When the adhesive is a film type, an adhesive layer may be applied to the substrate by a method which precompresses an area having adhesion on the substrate at 5 kp / cm ² at about 80 ° C and thereafter removes a release paper film. Further, when the adhesive is a paste type, it is possible to apply a constant amount of adhesive in a desired shape by using a spraying device or a screen printing device.

Der NCA kann nichtleitende Partikel enthalten. Als ein Beispiel für die nichtleitenden Partikel kann Siliziumoxid von 1 μm oder weniger, Aluminiumoxid, Berylliumoxid, Siliciumcarbid, Diamant, Bornitrid usw. enthalten sein. Der Wärmeausdehnungskoeffizient des Klebstoffs kann durch Hinzufügen der nichtleitenden Partikel, wie oben beschrieben, verringert werden.Of the NCA may contain non-conductive particles. As an example of the non-conductive Particles can contain silica of 1 μm or less, alumina, beryllia, silicon carbide, diamond, Boron nitride, etc. may be included. The thermal expansion coefficient of Adhesive can be added by adding of the non-conductive particles as described above.

Der NCA, welcher Polymerharz als Hauptbestandteil verwendet, kann ausgewählt sein aus thermoplastischem Harz, wie etwa Epoxidharz, Polyesterharz, Acrylharz, Polyimidharz und Polysulfonharz, oder wärmeaushärtendem Harz, zum Beispiel.Of the NCA using polymer resin as a main component may be selected thermoplastic resin, such as epoxy resin, polyester resin, Acrylic resin, polyimide resin and polysulfone resin, or thermosetting one Resin, for example.

Die vorliegende Erfindung umfasst einen Aushärtungsprozess von Klebstoff, welcher an verschiedenen Bondstrukturen anwendbar ist. Der Aushärtungsprozess des Klebstoffs gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst einen Prozess zum Einbringen von Ultraschallenergie in den Klebstoff. Durch Einbringen der Ultraschallenergie ist es möglich, Prozesszeit und Prozesstemperatur zu reduzieren.The present invention includes a curing process of adhesive, which is applicable to various bonding structures. The curing process the adhesive according to the present invention The invention includes a process for introducing ultrasonic energy in the glue. By introducing the ultrasonic energy it is possible, Reduce process time and process temperature.

Die Ultraschallschwingung kann Longitudinalrichtung oder Horizontalrichtung oder eine Kombinationen derselben verwenden. Zu diesem Zweck kann ein Longitudinal-Ultraschallwandler und/oder ein Horizontalultraschallwandler verwendet werden. Es ist bekannt, dass die Merkmale des Longitudinal-Ultraschallwandlers darin bestehen, Produktionsertrag und Bondzuverlässigkeit zu verbessern, indem er bewirkt, dass die Schwingung gleichförmig in alle Bondbereiche eingebracht wird. Allerdings besteht, wenn die Schwingung fortgesetzt wird, nachdem die oberen Elektroden und die unteren Elektroden kontaktiert sind, die Gefahr der Beschädigung eines Chips. In diesem Fall mildert es die Auswirkungen, das Ende des Wandlerhorns mit einer Teflon^TM-Kappe abzudecken. Indessen kann im Fall des Horizontalultraschallwandlers, da die Schwingung in einer horizontalen Richtung eingebracht wird, der Schaden, welchen der Longitudinalwandler verursacht, minimiert werden. Im Fall eines Verwendens eines Die-Collets (Chipgreifers) usw., um den Chip zu fixieren, sind die Bondeigenschaften am Ende des Chips allerdings schlechter, da eine Konus-Schwingung erzeugt wird, derart, dass es zur Herabsetzung des Produktionsertrags und der Bondzuverlässigkeit kommt.The ultrasonic vibration may use longitudinal direction or horizontal direction, or a combination thereof. For this purpose, a longitudinal ultrasonic transducer and / or a horizontal ultrasound transducer can be used. It is known that the features of the longitudinal ultrasonic transducer are to improve production yield and bond reliability by causing the vibration to be uniformly introduced into all bonding regions. However, if the oscillation continues after the upper electrodes and the lower electrodes are contacted, there is a risk of damaging a chip. In this case, it mitigates the effects of covering the end of the transducer horn with a Teflon ^™ cap. Meanwhile, in the case of the horizontal ultrasonic transducer, since the vibration is introduced in a horizontal direction, the damage caused by the longitudinal transducer can be minimized. However, in the case of using a die-collet, etc., to fix the chip, the bonding properties at the end of the chip are inferior because cone vibration is generated so as to lower the production yield and the bond reliability ,

In der vorliegenden Erfindung beträgt ein angemessener Frequenzbereich 20 kHz bis 60 kHz, je nach den Kennwerten des ICA, ACA, NCA. Wenn die Frequenz erhöht wird, zu einer Zeit, in der die zugeführte Energie gleich bleibt, kann die Amplitude umgekehrt proportional zu derselben verringert werden, um eine Fehlausrichtung oder Beschädigung des Chips zu vermeiden. Da ferner der Erwärmungsvorgang des Klebstoffs unterschiedliche Kennwerte entsprechend der Frequenz indiziert, ist es nötig, einen Optimierungsprozess auszuführen, um ihn den Bedingungen, welche für den Prozess erforderlich sind, anzupassen. Da die Schwingungsfrequenz indessen durch die Masse und Form eines Schwingungserzeugers innerhalb einer einzigen Vorrichtung bestimmt ist, wird es nötig, die Vorrichtung zu modifizieren oder auszutauschen, um die Frequenz zu ändern.In of the present invention a reasonable frequency range 20 kHz to 60 kHz, depending on the Characteristics of the ICA, ACA, NCA. When the frequency is increased, at a time when the fed Energy stays the same, the amplitude can be inversely proportional reduced to the same, to misalignment or damage of the chip to avoid. Furthermore, since the heating process the adhesive different characteristics according to the frequency indexed, it is necessary to execute an optimization process to him the conditions, which for the process needed to adapt. Because the vibration frequency meanwhile, by the mass and form of a vibrator within A single device is determined, it is necessary, the Device to modify or exchange the frequency to change.

Wenn die vorliegende Erfindung die Frequenz fixiert und verwendet, indem eine einzige Vorrichtung eingesetzt wird, ist die Ultraschallenergie, welche beim Bonden eingebracht wird, von der Amplitude der Ultraschallschwingung bestimmt. Da die Amplitude der Ultraschallschwingung von einer Spannung aus einer Spannungsquelle bestimmt ist, welche an den Oszillator angelegt ist, kann die Amplitude durch Ändern der Spannung gesteuert werden. Wenn die Ultraschallenergie, welche beim Bonden eingebracht wird, zu hoch ist, weil es zur Beschädigung des Chips oder zur Überwärmung des Klebstoffs kommt, ist es nötig, die Amplitude der Ultraschallschwingung zu optimieren. Konkret kann, beim Flip-Chip-Bonden unter Verwendung von ICA, ACA und NCA, Schaden an dem Bump und an dem Pad (=Anschlussfläche) verursacht werden, nachdem es zum Kontakt zwischen dem Bump und dem Pad gekommen ist, oder der Schaden am Chip kann verursacht werden, nachdem der Klebstoff ausgehärtet ist. Um das zu verhindern, kann ein amplitudenvariables Verfahren eingesetzt werden, welches gleitend die angelegte Spannung reduziert, um die Amplitude der Ultraschallschwingung zu reduzieren, wenn das Bonden beinahe abgeschlossen ist, während der Bondprozess fortgeführt wird.If the present invention fixes and uses the frequency by a single device is used is the ultrasonic energy which when bonding is introduced, the amplitude of the ultrasonic vibration certainly. Since the amplitude of the ultrasonic vibration of a voltage from a voltage source which is connected to the oscillator is applied, the amplitude can be controlled by changing the voltage become. When the ultrasonic energy, which is introduced during bonding is too high, because it damage the chip or to overheat the Adhesive comes, it is necessary to optimize the amplitude of the ultrasonic vibration. Concretely, in flip-chip bonding using ICA, ACA and NCA, damage at the bump and the pad (= pad) are caused after it came to the contact between the bump and the pad, or The damage to the chip can be caused after the glue hardened is. To prevent this, an amplitude-variable method can be used which slidably reduces the applied voltage, to reduce the amplitude of the ultrasonic vibration when the Bonding is almost complete while the bonding process continues.

Wenn die Frequenz der Ultraschallschwingung und die Schwingungsamplitude bestimmt sind, wird der Erwärmungswert in dem Klebstoff über der Zeit bestimmt. Da die vorliegende Erfindung Wärme-Ultraschallbonden unter Verwendung von ICA, ACA und NCA implementiert, ist es sehr wichtig, den Klebstoff über eine angemessene Zeit und bei einer angemessenen Temperatur auszuhärten. Hier beträgt die angemessene Temperatur etwa 180°C bis 400°C unter Berücksichtigung der Aushärtungstemperatur und der Zerfallstemperatur des Klebstoffs. Wenn die Temperatur niedrig ist, kommt es nicht zum Aushärten, sodass es nicht zum Bonden kommen kann. Und wenn die Temperatur hoch ist, wird die Bondzuverlässigkeit aufgrund des Zerfalls des Klebstoffs oder der Hohlraumbildung innerhalb des Klebstoffs schlechter. Unter der angemessenen Zeit ist die Zeit zu verstehen, bis der Klebstoff vollständig ausgehärtet ist.When the frequency of the ultrasonic vibration and the vibration amplitude are determined, the heating value in the adhesive is determined over time. Since the present invention implements heat-ultrasonic bonding using ICA, ACA and NCA, it is very important to cure the adhesive for a reasonable time and temperature. Here, the appropriate temperature is about 180 ° C to 400 ° C taking into consideration the curing temperature and the decomposition temperature of the adhesive. When the temperature is low, it does not cure, so it can not bond. And when the temperature is high, the bonding reliability becomes worse due to the decay of the adhesive or the voiding within the adhesive. Under the appropriate time is the time to understand until the adhesive has fully cured.

Gemäß der vorliegenden Erfindung kann die Ultraschallenergie in einem Verfahren eingebracht werden, welches eine konstante Frequenz über eine vorbestimmte Zeit einbringt, oder in einem Verfahren, welches sie in Impulsform einbringt. Das heißt, wenn die Ultraschallenergie kontinuierlich unter den Bedingungen einer beliebigen Ultraschallschwingungsfrequenz und Schwingungsamplitude eingebracht wird, wenn die Temperatur des Klebstoffs den Temperaturbereich nicht übersteigt, dann kann das Thermosonicbonden nur mit der Steuerung der Zeit der Ultraschallschwingung implementiert werden. Wenn allerdings die Frequenz der Ultraschallschwingung und/oder die Schwingungsamplitude einen hohen Wert aufweist, sodass die Temperatur des Klebstoffs den Temperaturbereich übersteigt, kann ein Überwärmen des Klebstoffs verhindert werden, indem Energie intermittierend, durch Einbringen von Energie in Impulsform, bereitgestellt wird.According to the present Invention, the ultrasonic energy can be introduced in a method which has a constant frequency over introduces a predetermined time, or in a method which introduces them in a pulse form. That is, when the ultrasound energy continuously under the conditions of any ultrasonic vibration frequency and vibration amplitude is introduced when the temperature of the Adhesive does not exceed the temperature range, then the Thermosonicbonden implemented only with the control of the time of ultrasonic vibration become. However, if the frequency of ultrasonic vibration and / or the vibration amplitude has a high value, so that the temperature of the adhesive exceeds the temperature range, overheating of the Adhesive can be prevented by intermittently releasing energy Introducing energy in pulse form, is provided.

Der ICA, ACA und NCA weisen rheologische Eigenschaften entsprechend der Temperatur auf. Da die Wärme, welche innerhalb des Klebstoffs selbst durch die Ultraschallenergie erzeugt wird, entsprechend den rheologischen Eigenschaften des Klebstoffs variiert, kann die anfängliche Anstiegsrate der Temperatur, wenn die Temperatur steigt, durch Einbringen von Wärme in alle oder einige der oberen und der unteren Bondabschnitte geändert werden. Wenn ferner Wärme in den Klebstoff eingebracht wird, um die Viskosität des Klebstoffs vor dem Aushärten desselben zu minimieren, sodass das Klebstoffharz ungehindert fließen kann, kommt es zu Wirkungen steigender Adhäsion zwischen den Bondbereichen und zu weiterer Verringerung des Prozessdrucks.Of the ICA, ACA and NCA have rheological properties accordingly the temperature. Because the heat, which within the adhesive itself by the ultrasonic energy is generated, according to the rheological properties of the adhesive varies, may be the initial one Rise rate of temperature as the temperature rises, by introducing of heat be changed into all or some of the upper and lower bond sections. If furthermore heat is introduced into the adhesive to the viscosity of the adhesive before curing to minimize the same, so that the adhesive resin can flow unhindered, there are effects of increasing adhesion between bond areas and to further reduce process pressure.

Im hier Folgenden ist der Bondprozess zwischen den elektrischen Bauelementen durch das Aushärten des Klebstoffs unter Verwendung von Ultraschallenergie gemäß der vorliegenden Erfindung mit Bezug auf die Ausführungsform ausführlicher zu beschreiben.in the Here below is the bonding process between the electrical components by curing of the adhesive using ultrasonic energy according to the present invention Invention relating to the embodiment in more detail to describe.

4 zeigt einen Bondprozess zwischen einem Halbleiterchip und einem Substrat unter Verwendung eines ICA. 4 Fig. 10 shows a bonding process between a semiconductor chip and a substrate using an ICA.

Der Bondprozess führt SiO₂-Passivierung auf einem Siliziumchip aus und scheidet danach Al-Verdrahtungen auf demselben mit einer Dicke von 1 μm ab. Danach wird ein SiN_x- oder SiO₂-Passivierungsprozess ausgeführt, und danach wird ein I/O-Kontaktloch von 100 μm I/O-Durchmesser und bei 180 μm Abstand gebildet. Das Gold-Stud-Bump auf dem I/O-Pad wird gebildet und danach wird ein Planarisierungsprozess ausgeführt, um die Höhenabweichung des entsprechenden Bumps zu reduzieren. Zu dieser Zeit kann das Kupfer-Stud-Bump an Stelle des Gold-Stud-Bumps ausgebildet werden und der Planarisierungsprozess kann ebenfalls durchgeführt werden.The bonding process performs SiO ₂ passivation on a silicon chip and then deposits Al wirings thereon to a thickness of 1 μm. Thereafter, a SiN _x or SiO ₂ passivation process is carried out, and thereafter an I / O contact hole of 100 μm I / O diameter and 180 μm pitch is formed. The gold stud bump on the I / O pad is formed and then a planarization process is performed to reduce the height deviation of the corresponding bump. At this time, the copper stud bump may be formed in place of the gold stud bump, and the planarization process may also be performed.

Das Substrat ist ein organisches FR-4-Substrat mit einer Dicke von 1 mm, weist Nickel-/Kupfer-/Gold-Verdrahtungen als Goldverdrahtungen auf und ist mit einer Lötmaske geschützt, welche Elektroden freilässt.The Substrate is an organic FR-4 substrate with a thickness of 1 mm, has nickel / copper / gold wirings as gold wiring and is protected with a solder mask, which Leaves electrodes free.

Der ICA ist mit Matrixmaterialien gemischt, wie etwa Polymerharz usw., und mit leitenden Füllstoffen, wie etwa Silber, Kohlenstoffpartikel usw., und er ist im Allgemeinen in Pastenform. Als Polymerharz gibt es thermoplastische Harze, wie etwa Acrylharz, Polyimidharz, Polysulfonharz usw., wärmeaushärtendes Harz, wie etwa Epoxidharz, Phenolharz, Melaminharz, Polyesterharz usw., oder Harzgemische derselben. Als leitendes Füllmaterial gibt es Silber, Kupfer, Gold, Palladium, Silber-Palladium-Legierung, Kohlenstoff, Nickel oder Gemische derselben. Weitere Additive und Härter usw. sind mit denselben gemischt.Of the ICA is mixed with matrix materials, such as polymer resin, etc. and with conductive fillers, like silver, carbon particles, etc., and he's in general in paste form. As the polymer resin, there are thermoplastic resins such as such as acrylic resin, polyimide resin, polysulfone resin, etc., thermosetting Resin such as epoxy resin, phenolic resin, melamine resin, polyester resin etc., or resin mixtures thereof. As a conductive filler there are silver, copper, gold, palladium, silver-palladium alloy, carbon, Nickel or mixtures thereof. Other additives and hardeners etc. are mixed with them.

Der ICA, welcher durch den Prozess erhalten ist, wird auf das planare Substrat, wie etwa Glas usw., mit einer Höhe von etwa 10 μm gleichförmig aufgebracht. Danach taucht der Testchip in die ICA-Schicht, welche unter Verwendung eines Flip-Chip-Bonders aufgebracht ist. Der ICA wird durch diesen Prozess auf das Ende des Gold-Stud-Bumps übertragen, welches auf dem Testchip gebildet ist.Of the ICA obtained through the process becomes planar Substrate, such as glass, etc. uniformly applied with a height of about 10 microns. Thereafter, the test chip dips into the ICA layer, which is using a flip-chip bonder is applied. The ICA is through this Transferred the process to the end of the Gold Stud Bump, which was released on the Test chip is formed.

Der ICA, welcher am Ende des Gold-Stud-Bumps ausgebildet ist, wird durch Ausrichten des Testchips zu den Elektroden des organischen Substrats und danach durch Einbringen der Ultraschallenergie in denselben ausgehärtet. Zu dieser Zeit ist das Aushärten des ICA in einigen Sekunden abgeschlossen und das Gold-Stud-Bump des Testchips ist elektrisch mit den Elektroden auf dem organischen Substrat durch den dazwischen ausgehärteten Klebstoff verbunden. Danach wird die Unterfüllung, das ist das untere Füllmaterial, zwischen dem Chip und dem Substrat aufgebracht, und die Unterfüllung wird wärmeausgehärtet, sodass das Flip-Chip-Bonden unter Verwendung des ICA abgeschlossen ist.Of the ICA, which is trained at the end of the gold stud bump, is going through Aligning the test chip to the electrodes of the organic substrate and thereafter by introducing the ultrasonic energy into it hardened. At this time, the curing is completed the ICA in a few seconds and the gold stud bump of the test chip is electrical with the electrodes on the organic Substrate connected by the inter-hardened adhesive. After that, the underfill, that's the bottom filler, applied between the chip and the substrate, and the underfill becomes heat-cured, so the flip-chip bonding is completed using the ICA.

In der vorliegenden Ausführungsform ist es möglich, durch die Verwendung von Ultraschallenergie an Stelle des Verwendens eines bestehenden Wärmeaushärtungsprozesses zum Aushärten des ICA die Aushärtungstemperatur zu erhöhen und die Aushärtungszeit um einige Sekunden zu verkürzen.In the present embodiment, it is possible by the use of ultrasound Instead of using an existing thermosetting process to cure the ICA, increase the cure temperature and shorten the cure time by a few seconds.

5 zeigt ein Beispiel, in welchem das Polymerbump unter Verwendung des ICA direkt gebildet wird ohne Ausbilden des Gold-Stud-Bumps oder des Kupfer-Stud-Bumps an den jeweiligen I/Os des Halbleiterchips. Der Flip-Chip-Bondprozess kann durch Aushärten des Polymerbumps durch die Ultraschallenergie ausgeführt werden. 5 Figure 14 shows an example in which the polymer bump is formed directly using the ICA without forming the gold stud bump or copper stud bump on the respective I / Os of the semiconductor chip. The flip-chip bonding process can be carried out by curing the polymer bump by the ultrasonic energy.

Das heißt, das ICA-Polymerbump wird an den jeweiligen I/Os des Testchips gebildet, durch einen Strahlprozess oder einen Siebdruckprozess des ICA, und danach wird die Ultraschallenergie in das ausgebildete Bump eingebracht, um das ICA-Polymerbump zu härten, sodass das Flip-Chip-Bonden abgeschlossen ist. Danach kann der Unterfüllungsprozess durch Füllen des unteren Füllmaterials zwischen den Chip und das Substrat zum Verbessern der Zuverlässigkeit ausgeführt werden.The is called, the ICA polymer bump is formed on the respective I / Os of the test chip, by a blasting process or a screen printing process of the ICA, and then the ultrasonic energy is introduced into the formed bump, to cure the ICA polymer bump so that the flip-chip bonding is completed. After that, the underfilling process by filling of the lower filling material between the chip and the substrate to improve reliability accomplished become.

Ferner kann der Bondprozess zur Oberflächenmontage ausgeführt werden, unter Verwendung der Ultraschallenergie im Bondprozess der Oberflächenmontage-Bauelemente unter Verwendung des ICA.Further can the bonding process for surface mounting accomplished using the ultrasonic energy in the bonding process Surface mount components using the ICA.

Als Erstes wird der ICA gleichförmig durch den Siebdruckprozess auf die Substratelektroden aufgebracht. Danach wird der ICA ausgehärtet, durch Ausrichten der Oberflächenmontage-IC-Trägerelemente oder der passiven Bauelemente in dem Bondbereich, auf welchem der ICA aufgebracht ist, und danach durch Einbringen der Ultraschallenergie beim Montieren der Elemente. Wenn der Bondprozess der Oberflächenmontage-Bauelemente durch Einbringen der Ultraschallenergie in den ICA ausgeführt wird, kann der Oberflächenmontage-Bondprozess ohne einen weiteren Aushärtungsprozess abgeschlossen werden, im Gegensatz zu dem Oberflächenmontage-Bondprozess, welcher die Oberflächenmontage-Bauteile unter Verwendung einer bestehenden Bestückungsvorrichtung montiert, und welcher danach den Aushärtungsprozess des ICA ausführt.When First, the ICA becomes uniform applied to the substrate electrodes by the screen printing process. Thereafter, the ICA is cured by Align the surface mount IC carrier elements or the passive components in the bond area on which the ICA is applied, and then by introducing the ultrasonic energy at Mounting the elements. When the bonding process of surface mount devices by introducing the ultrasonic energy into the ICA, can the surface mount bonding process without a further curing process be completed, in contrast to the surface mount bonding process, which the surface mounting components mounted using an existing placement device, and which then the curing process of the ICA.

6 zeigt den Bondprozess des Halbleiterchips und des Substrats unter Verwendung des ACA. 6 shows the bonding process of the semiconductor chip and the substrate using the ACA.

Als Erstes führt der Bondprozess SiO₂-Passivierung auf einem Siliziumchip aus und scheidet Al-Verdrahtungen auf demselben mit einer Dicke von 1 μm ab. Danach wird ein SiN_x- oder SiO₂-Passivierungsprozess ausgeführt, und danach wird ein I/O-Kontaktloch von 100 μm I/O-Durchmesser und bei 180 μm Abstand gebildet. Das Nichtlotbump für das ACA-Bonden kann wie folgt gebildet werden.First, the bonding process performs SiO ₂ passivation on a silicon chip and deposits Al wirings thereon with a thickness of 1 μm. Thereafter, a SiN _x or SiO ₂ passivation process is carried out, and thereafter an I / O contact hole of 100 μm I / O diameter and 180 μm pitch is formed. The Nichtlotbump for ACA bonding can be formed as follows.

Das Gold-Stud-Bump oder das Kupfer-Stud-Bump wird auf dem I/O-Pad, mit einer Höhe von etwa 60 bis 80 μm unter Verwendung einer Goldverdrahtungsvorrichtung gebildet. Danach wird ein Planarisierungsprozess ausgeführt, um die Höhenabweichung der entsprchenden Bumps zu reduzieren. Dieser Prozess soll das Verformungsausmaß an dem Endabschnitt des Bumps beim Bonden des ACA groß machen und danach den Bondbereich erweitern, sodass zahlreiche leitende Partikel zwischen dem Bump und dem Substrat eingebunden werden und dass ein elektrischer Kontaktwiderstand dazwischen geringer ist. Ferner kann dieser Prozess die Beschädigung des Chips verhindern, wenn übermäßiger Druck auf einen spezifischen I/O auf Grund von ungleichförmiger Bumphöhe aufgebracht wird.The Gold Stud Bump or the Copper Stud Bump will be on the I / O Pad, with a height of about 60 to 80 microns formed using a gold wiring device. After that a planarization process is performed to determine the height deviation to reduce the corresponding bumps. This process is intended to determine the amount of deformation on the Make the end section of the bump large when bonding the ACA and then the bond area expand, leaving numerous conductive particles between the bump and the substrate and that an electrical contact resistance in between is less. Furthermore, this process can damage the Prevent chips when excessive pressure applied to a specific I / O due to non-uniform boulder height becomes.

Ein stromloses Bump kann mit einer Höhe von 20 bis 30 μm unter Verwendung stromloser Vernickelungs-/Verkupferungs-/Vergoldungsprozesse gebildet werden. In diesem Fall wird das Zinkatverfahren ausgeführt, um Al zu aktivieren, und danach wird ein Nickelbump gebildet, während Eintauchens desselben in eine Lösung zum stromlosen Vernickeln bei einer angemessenen Temperatur über eine angemessene Zeit. Wenn nötig, kann eine stromlos verkupferte Schicht, welche geringe Härte aufweist, gebildet werden. Danach wird eine dünne Goldbeschichtung, unter Verwendung einer Lösung zum stromlosen Vergolden, ausgeführt, um eine Oxidation von Nickel und Kupfer zu verhindern und um die elektrische Leitfähigkeit zu verbessern. Der Flip-Chip-Bondprozess durch den ACA wird unter Verwendung der stromlos vernickelten/vergoldeten Bumps oder der vernickelten/verkupferten/vergoldeten Bumps ausgeführt, sodass die leitenden Partikel in dem ACA zwischen den Bumps eingebunden sind und dass die Substratelektroden niedrigen Kontaktwiderstand aufweisen.One de-energized bump can with a height of 20 to 30 μm formed using electroless nickel plating / copper plating / gold plating processes become. In this case, the zincate process is carried out to Al, and then a nickel bump is formed while immersing it in a solution for electroless nickel plating at an appropriate temperature over one appropriate time. If needed, For example, an electroless copper-plating layer which has low hardness can be used. be formed. After that, a thin gold coating, under Using a solution for electroless gilding, executed, to prevent oxidation of nickel and copper and the electric conductivity to improve. The flip-chip bonding process by the ACA is using the electroless nickel plated / gold plated bumps or the nickel plated / coppered / gold plated ones Bumps running, so that the conductive particles in the ACA are sandwiched between the bumps and that the substrate electrodes have low contact resistance exhibit.

Außerdem kann nach Bilden einer Ti/Au-Seed-Layer (Keimlage) auf dem gesamten Bereich, welcher die jeweiligen I/Os des Testchips enthält, und nach Aufbringen von Photoresist (PR) (Fotolack) auf die Abschnitte, wobei die jeweiligen I/O-Padabschnitte frei bleiben, ein galvanisch vergoldetes Bump gebildet werden. Das vergoldete Bump, welches eine konstante Dicke aufweist, wird unter Verwendung eines galvanischen Vergoldungsverfahrens gebildet. Danach wird der PR entfernt, und die Seed-Layer wird geätzt, sodass des galvanisch vergoldete Bump in den jeweiligen I/O-Abschnitten ausgebildet werden kann.In addition, can after forming a Ti / Au seed layer on the whole area, which contains the respective I / Os of the test chip and after application of Photoresist (PR) (photoresist) on the sections, with the respective I / O pad sections remain free to form a galvanized gold bump. The Gold plated bump, which has a constant thickness, is used formed a galvanic gold plating process. After that, the PR is removed, and the seed layer is etched, so that the galvanic gilded bump can be formed in the respective I / O sections can.

Das verwendete Substrat ist ein organisches FR-4-Substrat, mit einer Dicke von 1 mm, weist Nickel-/Kupfer-/Goldverdrahtungen als Goldverdrahtungen auf und ist mit einer Lötmaske geschützt, welche Substratelektroden freilässt, auf welche der ACA aufgebracht wird.The used substrate is an organic FR-4 substrate, with a thickness of 1 mm, has nickel / copper / gold wirings as gold wiring and is protected with a solder mask, which Leaves substrate electrodes open, to which the ACA is applied.

Der ACA enthält isolierende Harze und leitende Partikel. Im Fall eines Films, wie Polymerharz, können Gemische aus festem Epoxid, flüssigem Epoxid, Phenoxyharz und MEK/Toluol-Lösungsmittel verwendet werden. Als ein typischer Härter kann Mikrokapsel-Imidazolhärter verwendet werden. Auch kann, im Fall einer Paste, der Härter in dem flüssigen Epoxid zugesetzt sein. Oberflächenbehandelte leitende Partikel werden damit gemischt, um die ACA-Lösung herzustellen. Wenn nötig, können nichtleitende Partikel, welche eine Dicke von 1 μm oder weniger aufweisen, gemischt werden, um den Wärmeausdehnungskoeffizienten nach dem Aushärten des ACA zu verringern. Um den Film zu bilden, wird der Film auf einem Trennpapierfilm durch ein Doctor-Blade-Verfahren ausgebildet, und eine Minute lang bei 80°C gehalten, um Lösungsmittel zu entfernen. Wenngleich die Dicke des Films entsprechend der Bumpgröße des Chips variiert, weist er eine Dicke von 10 bis 50 μm auf, um verschiedene Bumps aufzunehmen. Im Fall der Paste sind das flüssige Epoxid und die Additivmischungen optimiert, rheologische Eigenschaften aufzuweisen, welches für den Siebdruckprozess oder den Sprühprozess geeignet ist.Of the Contains ACA insulating resins and conductive particles. In the case of a movie, like Polymer resin, can Mixtures of solid epoxy, liquid Epoxy, phenoxy resin and MEK / toluene solvent can be used. As a typical hardener may be microcapsule imidazole hardener be used. Also, in the case of a paste, the hardener in the liquid epoxide be added. surface treated conductive particles are mixed with it to produce the ACA solution. If needed, can non-conductive particles having a thickness of 1 μm or less mixed be to the thermal expansion coefficient after curing the Reduce ACA. To make the film, the film is on a Release paper film by a doctor blade method formed and held for one minute at 80 ° C to solvent to remove. Although the thickness of the film is the same as the bump size of the chip varies, it has a thickness of 10 to 50 microns to accommodate different bumps. In the case of the paste are the liquid Epoxy and the additive mixtures optimized rheological properties to show which for the screen printing process or the spraying process is suitable.

Nach Aufbringen des ACA, welcher durch den Prozess auf dem organischen Substrat usw. erhalten ist, werden die Chips, auf welchen der Nichtlotbump ausgebildet ist, ausgerichtet. Danach wird das Flip-Chip-Bonden ausgeführt, durch gleichzeitiges Anwenden von Wärme, Druck und Ultraschallenergie auf die Chips oder durch Anwenden von ausschließlich Ultraschallenergie und Druck auf die Chips. Der Prozess zum Aufbringen des ACA auf das Substrat ist der folgende. Wenn der ACA ein ACA des Filmtyps ist, kann der ACA auf das Substrat durch Entfernen des Trennpapierfilms, nach Vorkomprimieren der Fläche, welche den Film aufweist, auf dem Substrat bei 5 kp/cm² bei 80°C aufgebracht werden. Wenn der ACA ein ACA des Pastentyps ist, kann der ACA auf das Substrat bei einer konstanten Menge in einer gewünschten Form aufgebracht werden, unter Verwendung einer Sprühvorrichtung oder einer Siebdruckvorrichtung. Die Temperatur des ACA kann in dem Thermokompressions-Bondprozess, welcher die Ultraschallschwingung verwendet, oder in dem Kompressionsbondprozess, welcher die Ultraschallschwingung verwendet, viel rascher erhöht werden als in dem bestehenden Thermokompressions-Bondprozess. Wie in 7 gezeigt, kann festgestellt werden, dass in dem Flip-Chip-Bondaufbau durch die Ultraschallenergie die Temperatur des ACA innerhalb von 2 Sekunden auf 270°C und auf maximal 305°C erhöht wird, und danach die Temperatur, nachdem die Ultraschallenergie weggenommen ist, rasch gesenkt wird.After applying the ACA obtained by the process on the organic substrate, etc., the chips on which the non-solder bump is formed are aligned. Thereafter, flip-chip bonding is performed by applying heat, pressure and ultrasonic energy simultaneously to the chips or by applying only ultrasonic energy and pressure to the chips. The process for applying the ACA to the substrate is as follows. When the ACA is a film-type ACA, the ACA may be applied to the substrate by removing the release paper film after precompressing the surface having the film on the substrate at 5 kp / cm ² at 80 ° C. When the ACA is a paste-type ACA, the ACA can be applied to the substrate at a constant amount in a desired form, using a spray device or screen printing device. The temperature of the ACA can be increased much faster in the thermocompression bonding process using the ultrasonic vibration or in the compression bonding process using the ultrasonic vibration than in the existing thermocompression bonding process. As in 7 1, it can be seen that in the flip-chip bond buildup by the ultrasonic energy, the temperature of the ACA is increased to 270 ° C within 2 seconds and to a maximum of 305 ° C, and thereafter, the temperature after the ultrasonic energy is released rapidly is lowered.

Zusätzlich kann im Unterschied zu dem Fall, in welchem der Prozessdruck in dem bestehenden Thermokompressions-Bondprozess mit 100 g pro Bump gesetzt ist, wenngleich 20 bis 50 g pro Bump gesetzt sind, ein stabiler Bondwiderstand erhalten werden, sodass der Prozessdruck bei dem Flip-Chip- Bonden, welches den ACA verwendet, durch den Ultraschallbondprozess bedeutend reduziert werden kann.In addition, can unlike the case where the process pressure in the existing thermocompression bonding process is 100 g per bump is set, though set 20 to 50 g per bump are, a stable bond resistance can be obtained, so the process pressure in the flip-chip bonding, which uses the ACA, meaning by the ultrasonic bonding process can be reduced.

8 zeigt einen Bondprozess zwischen einem Halbleiterchip und dem Substrat, welcher einen NCA verwendet. 8th Fig. 10 shows a bonding process between a semiconductor chip and the substrate using an NCA.

Durch Ausführen von SiO₂-Passivierung auf dem Siliziumchip, Abscheiden von Al-Verdrahtungen auf demselben mit einer Dicke von 1 μm und danach Ausführen von SiN_x- oder SiO₂-Passivierung wird ein I/O-Kontaktloch mit einem I/O-Durchmesser von 100 μm und bei einem Abstand von 180 μm gebildet. Vorzugsweise ist das Nichtlotbump ein Gold-Stud-Bump, da es für ein NCA-Bonden direkt mechanisch auf die Substratelektrode gebondet wird.By performing SiO ₂ passivation on the silicon chip, depositing Al wirings thereon to a thickness of 1 μm and then performing SiN _x or SiO ₂ passivation, an I / O contact hole with an I / O diameter is formed of 100 microns and formed at a distance of 180 microns. Preferably, the non-solder bump is a gold stud bump, as it is directly mechanically bonded to the substrate electrode for NCA bonding.

Aus diesem Grund wird auch das Gold-Stud-Bump oder das Kupfer-Stud-Bump auf dem I/O-Pad mit einer Höhe von etwa 60 bis 80 μm unter Verwendung einer Goldverdrahtungsvorrichtung gebildet. Ein Planarisierungsprozess wird danach ausgeführt, um die Höhenabweichung jedes Bumps zu reduzieren. Das dient dazu, einen Bondbereich zu erweitern, indem erlaubt wird, dass ein Verformungsausmaß an dem Endabschnitt des Bumps beim Bonden des NCA groß ist. Ferner kann dieser Prozess die Beschädigung des Chips verhindern, wenn übermäßiger Druck auf einen spezifischen I/O auf Grund von ungleichförmiger Bumphöhe aufgebracht wird.Out That's why the gold stud bump or the copper stud bump is also used on the I / O pad with a height from about 60 to 80 microns below Use of a gold wiring device formed. A planarization process will be executed afterwards around the height deviation to reduce every bump. This serves to connect a bond area expand by allowing a degree of deformation of the End portion of the bump when bonding the NCA is large. Further, this process can the damage prevent the chip when excessive pressure applied to a specific I / O due to non-uniform boulder height becomes.

Zusätzlich sind der Chip und das Substrat leicht auszurichten und zu bonden, sodass der Bondbereich erweitert werden kann.In addition are the chip and the substrate easy to align and bond, so the bond area can be extended.

Das verwendete Substrat ist ein organisches FR-4-Substrat mit einer Dicke von 1 mm, weist Nickel-/Kupfer-/Goldverdrahtungen auf und ist von der Lötmaske geschützt, welche die Elektroden freilässt.The used substrate is an organic FR-4 substrate with a thickness of 1 mm, has Nickel / copper / gold wirings on and off the solder mask protected, which leaves the electrodes free.

Der NCA umfasst isolierende Harze und nichtleitende Partikel. Im Fall des Films, wie Polymerharz, können Gemische aus festem Epoxid, flüssigem Epoxid, Phenoxyharz und MEK/Toluol-Lösungsmittel verwendet werden, und als der Härter kann ein Mikrokapsel-Imidazolhärter verwendet werden. Auch kann im Fall einer Paste der Härter in dem flüssigen Epoxid verwendet werden. Hier kann der NCA durch Beimengen der oberflächenbehandelten nichtleitenden Partikel, welche eine Dicke von weniger als 1 μm aufweisen, hergestellt werden, um die physikalischen Eigenschaften, wie etwa den Wärmeausdehnungskoeffizienten des NCA usw., zu steuern. Um den Film zu bilden, wird ein Film auf einem Trennpapierfilm unter Verwendung eines Doctor-Blade-Verfahrens ausgebildet und eine Minute lang bei 80°C gehalten, um das Lösungsmittel zu entfernen. Wenngleich die Dicke des Films entsprechend der Bumpgröße des Chips variiert, weist der Film eine Dicke von 10 bis 50 μm auf, sodass verschiedene Bumps aufgenommen werden können.The NCA includes insulating resins and non-conductive particles. In the case of the film such as polymer resin, mixtures of solid epoxy, liquid epoxy, phenoxy resin and MEK / toluene solvent may be used, and as the curing agent, a microcapsule imidazole hardener may be used. Also, in the case of a paste, the hardener may be used in the liquid epoxy. Here, the NCA can be prepared by blending the surface-treated non-conductive particles having a thickness of less than 1 μm to control the physical properties such as the thermal expansion coefficient of the NCA, etc. To form the film, a film on a release paper film un formed using a Doctor Blade method and kept at 80 ° C for one minute to remove the solvent. Although the thickness of the film varies according to the bump size of the chip, the film has a thickness of 10 to 50 μm, so that various bumps can be picked up.

Nach Aufbringen des NCA, welcher durch den Prozess erhalten ist, auf dem organischen Substrat, werden die Testchips, auf welchen der Nichtlotbump wie etwa der Gold-Stud-Bump ausgebildet ist, ausgerichtet. Danach wird das Flip-Chip-Bonden durch gleichzeitiges Anwenden von Wärme, Druck und Ultraschallenergie auf die Chips oder durch Anwenden von ausschließlich Ultraschallenergie und Druck auf die Chips ausgeführt. Der Prozess zum Aufbringen des NCA auf das Substrat ist der folgende. Wenn der NCA ein NCA des Filmtyps ist, kann der NCA auf das Substrat durch Entfernen des Trennpapierfilms, nach Vorkomprimieren der Fläche, welche den Film aufweist, auf dem Substrat bei 5 kp/cm² bei 80°C aufgebracht werden. Wenn der NCA ein NCA des Pastentyps ist, kann der NCA auf das Substrat bei einer konstanten Menge in einer gewünschten Form unter Verwendung einer Sprühvorrichtung oder einer Siebdruckvorrichtung aufgebracht werden. Die Ausrichtung der Elektroden des Substrats und des Bumps des Chips ist leicht zu erreichen, da der NCA relativ transparent ist.After applying the NCA obtained by the process on the organic substrate, the test chips on which the non-solder bump such as the gold stud bump is formed are aligned. Thereafter, the flip-chip bonding is performed by applying heat, pressure and ultrasonic energy simultaneously to the chips or by applying only ultrasonic energy and pressure to the chips. The process for applying the NCA to the substrate is as follows. When the NCA is a NCA of the film type, the NCA may be applied to the substrate by removing the release paper film after precompressing the surface having the film on the substrate at 5 kp / cm ² at 80 ° C. When the NCA is a paste-type NCA, the NCA can be applied to the substrate at a constant amount in a desired form using a sprayer or a screen printer. The alignment of the electrodes of the substrate and the bump of the chip is easy to achieve because the NCA is relatively transparent.

Die Temperatur des NCA kann in dem Thermokompressions-Bondprozess, welcher die Ultraschallschwingung verwendet, oder in dem Kompressionsprozess, welcher die Ultraschallschwingung verwendet, viel rascher erhöht werden, wie in dem ACA-Ultraschallbondprozess, als in dem bestehenden Kompressionsprozess. Als Resultat wird das Aushärten des NCA ausschließlich durch die Ultraschallenergie in dem Zustand, in dem Wärme nicht von außen eingebracht wird, rasch erreicht. Zusätzlich kann im Unterschied zu dem Fall, in welchem der Prozessdruck in dem bestehenden NCA-Thermokompressions-Bondprozess mit 100 bis 150 g pro Bump aufgebracht wird, wenngleich 20 bis 70 g pro Bump gesetzt werden, Bondwiderstand durch ein stabiles NCA-Bonden erhalten werden, sodass der Prozessdruck bei dem Flip-Chip-Bonden, welches den NCA verwendet, durch den Ultraschall-Bondprozess signifikant reduziert werden kann.The Temperature of the NCA may be in the thermocompression bonding process, which using the ultrasonic vibration, or in the compression process, which uses the ultrasonic vibration to be increased much more rapidly, as in the ACA ultrasonic bonding process, as in the existing compression process. As a result, curing becomes of the NCA exclusively by the ultrasonic energy in the state where heat is not from Outside is brought in, reached quickly. In addition, in difference to the case where the process pressure in the existing NCA thermocompression bonding process is applied at 100 to 150 g per bump, albeit 20 to 70 g per bump set, bond resistance can be obtained by a stable NCA bonding, so that the process pressure in the flip-chip bonding, which is the NCA used, significantly reduced by the ultrasonic bonding process can be.

9 zeigt einen Bondprozess zwischen einem flexiblen Substrat und einem starren Substrat, durch das Aushärten von ACA oder NCA unter Verwendung der Ultraschallenergie. 9 shows a bonding process between a flexible substrate and a rigid substrate by curing ACA or NCA using the ultrasonic energy.

Für eine elektrische Verbindung des flexiblen Substrats und des starren Substrats ist ein Bondverfahren, welches ACF/ACP oder NCF/NCP verwendet, im Begriff, sich aus einem bestehenden Verfahren heraus zu etablieren, welches ein Lot oder einen Sockel verwendet, entsprechend einer Tendenz hin zu einem Micro-Pitch-Bondverfahren. Aus diesem Grund steigt die Verwendung eines flexiblen Substrats des klebstofffreien Typs derart, dass eine Kupferverdrahtung direkt auf einem Film auf Polyimidbasis für das Micro-Pitch-Bonden ausgebildet ist. Ferner ist es möglich, dass das Bonden unter Verwendung des ACA oder des NCA ausgeführt wird selbst für das flexible Substrat, an welchem die Klebstoffschicht zwischen dem bestehenden Film auf Polyimidbasis und der Kupferverdrahtung vorhanden ist. Aus diesem Grund ist in dieser Ausführungsform das flexible Substrat des klebstofffreien Typs vorgesehen, welches verschiedene Abstände aufweist, von einem Abstand von 200 μm bis zu einem Abstand von 500 μm, und ein FR-4-Substrat, welches eine Dicke von 1 mm aufweist, ist als das starre Substrat vorgesehen.For an electric Connection of the flexible substrate and the rigid substrate is a bonding process using ACF / ACP or NCF / NCP is in the process of to establish themselves from an existing procedure, which a plumb or pedestal is used, according to a tendency towards a micro-pitch bonding process. Because of this, it is rising the use of a flexible substrate of the adhesive-free type such that a copper wiring directly on a polyimide-based film for micro-pitch bonding is trained. It is also possible that the bonding is performed using the ACA or the NCA even for the flexible substrate on which the adhesive layer between the existing polyimide-based film and copper wiring is available. For this reason, in this embodiment provided the flexible substrate of the adhesive-free type, which various distances from a distance of 200 microns to a distance of 500 microns, and a FR-4 substrate, which 1 mm thick is provided as the rigid substrate.

Ein allgemeiner wärmeaushärtbarer Typ würde den ACF von einer Dicke von 40 μm als das Verbindungsmaterial verwenden, und die goldbeschichteten Nickelpartikel von 8 μm als die leitenden Partikel. Um die Ultraschallenergie zusammen mit dem Prozessdruck während des Bondens zwischen dem flexiblen Substrat und dem starren Substrat anzuwenden, muss eine Ultraschallbondvorrichtung eines OLD- oder PCB-Verfahrens und nicht ein allgemeiner Flip-Chip-Bonder verwendet werden. Das heißt, das Aushärten des ACF wird durch Vorkomprimieren und Aufbringen des ACF auf den Bondbereich des starren Substrats und durch Ausrichten zwischen den Elektroden des flexiblen Substrats und den Elektroden des starren Substrats und danach durch Einbringen der Ultraschallwärmeenergie in denselben bei dem Kompressionsprozess herbeigeführt. Ferner wird das Bonden zwischen dem flexiblen Substrat und dem starren Substrat dadurch erreicht, dass als Erstes das flexible Substrat und das starre Substrat mit dem ACF mit dem allgemeinen OLB- oder PCB-Sonder vorkomprimiert werden und danach die Ultraschallenergie auf das flexible Substrat eingebracht wird.One general thermosetting Guy would the ACF of a thickness of 40 microns use as the bonding material, and the gold-plated Nickel particles of 8 μm as the conductive particles. To use the ultrasonic energy together with the Process pressure during bonding between the flexible substrate and the rigid substrate To use an ultrasonic bonding device of an OLD or PCB method and not a general flip-chip bonder can be used. That is, that Harden The ACF is prepared by precompressing and applying the ACF to the Bonding area of the rigid substrate and by aligning between the electrodes of the flexible substrate and the electrodes of the rigid Substrate and then by introducing the ultrasonic heat energy brought about in the same during the compression process. Further The bonding between the flexible substrate and the rigid Substrate achieved by, first of all, the flexible substrate and the rigid substrate with the ACF with the general OLB or PCB special precompressed and then the ultrasonic energy on the flexible substrate is introduced.

Das starre Substrat kann erwärmt werden und die Ultraschallenergie kann in einer Impulsform eingebracht werden, für den Bondprozess zwischen dem flexiblen Substrat und dem starren Substrat unter Verwendung des ACF, welcher effektiv und zuverlässig ist. Zusätzlich ist offensichtlich, dass sowohl die longitudinale Ultraschallenergie als auch die transversale Ultraschallenergie unabhängig verwendet werden können.The rigid substrate can be heated be and the ultrasonic energy can be introduced in a pulse shape be, for the bonding process between the flexible substrate and the rigid Substrate using the ACF, which is effective and reliable. additionally it is obvious that both the longitudinal ultrasonic energy as well as the transversal ultrasonic energy used independently can be.

INDUSTRIELLE ANWENDBARKEITINDUSTRIAL APPLICABILITY

Die vorliegende Erfindung ist in der Lage in einem Prozess zum Aushärten von Klebstoffen beim Bonden zwischen elektrischen Bauelementen, einer Notwendigkeit abzuhelfen, Wärme von außen einzubringen, oder Wärme mit relativ niedriger Temperatur einzubringen.The present invention is able, in a process for curing adhesives in bonding between electrical components, to remedy a need to absorb heat from outside or to introduce heat at a relatively low temperature.

Außerdem weist die vorliegende Erfindung eine Wirkung auf, den Prozessdruck im Fall eines Thermokompressions-Bondprozesses zu verringern. Als Resultat ist der Bondprozess gemäß der vorliegenden Erfindung in der Lage, Ertrag und Produktivität zu verbessern, wobei dem Bondprozess exzellente Adhäsionskraft und Zuverlässigkeit verliehen werden.In addition, points the present invention has an effect on the process pressure in the Case of a thermocompression bonding process to reduce. As a result, the bonding process according to the present invention Invention able to improve yield and productivity, the Bonding process excellent adhesion and reliability be lent.

ZUSAMMENFASSUNGSUMMARY

Die vorliegende Erfindung stellt ein Verfahren zum Bonden zwischen elektrischen Bauelementen bereit, umfassend die Schritte: Ausrichten von Elektroden auf einem Bondbereich eines oberen elektrischen Bauelements und eines unteren elektrischen Bauelements, welche zu bonden sind; und Aushärten von Klebstoffen durch Einbringen von Ultraschallenergie in die Klebstoffe zwischen dem oberen elektrischen Bauelement und dem unteren elektrischen Bauelement.The The present invention provides a method for bonding between electrical Components ready, comprising the steps: Alignment of electrodes on a bonding area of an upper electrical component and a lower electrical component to be bonded; and curing of Adhesives by introducing ultrasonic energy into the adhesives between the upper electrical component and the lower electrical Component.

Claims

Method for bonding between electrical components, comprising the steps: Aligning electrodes on one Bond area of an upper electrical component and a lower electrical component to be bonded; and Curing of Adhesives by introducing ultrasonic energy into the adhesives between the upper electrical component and the lower electrical Component and therefore using heat from the adhesive itself.

Method for bonding between electrical components according to claim 1, wherein the adhesive is conductive adhesive or non-conductive Glue is.

Method for bonding between electrical components according to claim 2, wherein the conductive adhesive is isotropically more conductive Glue is.

Method for bonding between electrical components according to claim 3, wherein the isotropic conductive adhesive is conductive Particles of one, selected from a group containing silver, copper, gold, carbon, Nickel, palladium, solder powder, which has a low melting point and combinations thereof.

Method for bonding between electrical components according to claim 3, wherein the isotropically conductive adhesive is a resin, selected from a group containing epoxy resin, polyester resin, acrylic resin, Polyimide resin and polysulfone resin.

Method for bonding between electrical components according to claim 2, wherein the conductive adhesive is anisotropically more conductive Film or anisotropically conductive paste.

Method for bonding between electrical components according to claim 6, wherein the conductive adhesive is a conductive particle one, selected from a group containing gold-coated polymer particles, gold-coated Nickel particles, gold-coated copper particles, nickel particles, which are coated with solder with low melting point, copper particles, which are coated with low melting point solder, solder particles low melting point, and combinations thereof.

Method for bonding between electrical components according to claim 7, wherein the conductive adhesive is further non-conductive Particles which are smaller in size than the conductive particles, contains.

Method for bonding between electrical components according to claim 7, wherein the conductive adhesive is a resin selected from a group containing epoxy resin, polyester resin, acrylic resin, polyimide resin and polysulfone resin.

Method for bonding between electrical components according to claim 2, wherein the non-conductive adhesive is a non-conductive Film or a non-conductive paste is.

Method for bonding between electrical components according to claim 10, wherein the non-conductive adhesive is non-conductive Contains particles.

Method for bonding between electrical components according to claim 10, wherein the non-conductive adhesive is a resin selected from a group containing epoxy resin, polyester resin, acrylic resin, polyimide resin and polysulfone resin.

Method for bonding between electrical components according to claim 1, wherein the upper and the lower electrical component a semiconductor chip and a substrate or a semiconductor chip and a semiconductor chip.

Method for bonding between electrical components according to claim 13, wherein the semiconductor chip is a semiconductor chip selected from a group containing a display driver circuit IC, a Image sensor IC, a memory IC, a non-memory IC, an ultra-high frequency or HF-IC, a semiconductor IC, which contains a silicon as the main component and a compound semiconductor IC.

Method for bonding between elektri The components of claim 1, wherein the electrodes on a bonding region comprise a bump selected from a group comprising a gold stud bump, a copper stud bump, a gold plated bump, a copper plated bump, a normally nickel plated / gold plated bump and an electroless nickel plated / coppered / gold plated bump.

Method for bonding between electrical components according to claim 1, wherein the upper and the lower electrical component a flexible substrate and a rigid substrate, or a flexible one Substrate and a flexible substrate, or a rigid substrate and are a rigid substrate.

Method for bonding between electrical components according to claim 16, wherein the flexible substrate indicates that a Metal wiring is formed on a polyimide base.

Method for bonding between electrical components according to claim 16, wherein the rigid substrate is a semiconductor substrate made of epoxy / glass, ceramic, glass or silicon.

Method for bonding between electrical components according to claim 1, wherein the ultrasound is a longitudinal ultrasonic vibration, a horizontal ultrasonic vibration or a combination thereof is.

Method for bonding between electrical components according to claim 1, wherein when the ultrasonic energy is introduced will, heat in all or part of the upper and lower bond area (s) is introduced.

Method for bonding between electrical components according to claim 1, wherein the frequency of the ultrasonic vibration 20 kHz to 60 kHz.

Method for bonding between electrical components according to claim 1, wherein the frequency and the amplitude of the ultrasonic vibration according to a degree of cure of the adhesive vary.

Method for bonding between electrical components according to claim 1, wherein the ultrasonic energy is constant at a predetermined frequency over a defined time or in a pulse form is introduced.