DE2839110A1 - Verfahren zum anbringen von metallkugeln auf einem mit oeffnungen versehenen substrat und mit metallkugeln versehenes substrat - Google Patents

Verfahren zum anbringen von metallkugeln auf einem mit oeffnungen versehenen substrat und mit metallkugeln versehenes substrat

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DE2839110A1 DE19782839110 DE2839110A DE2839110A1 DE 2839110 A1 DE2839110 A1 DE 2839110A1 DE 19782839110 DE19782839110 DE 19782839110 DE 2839110 A DE2839110 A DE 2839110A DE 2839110 A1 DE2839110 A1 DE 2839110A1
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Description

8.8.1978 /Γ · PHF 77564
Verfahren zum Anbringen von Metallkugeln auf einem mit öffnungen versehenen Substrat und mit Metallkugeln versehenes Substrat.
Die Erfindung bezieht sich auf
ein Verfahren zum Anbringen schmelzbarer Metallkugeln auf der Obex-f lache eines isolierenden Substrats, das mit Metalleitern versehen ist und das metallisierte Löcher aufweist; wobei die Metallisierung dex" Löcher mit den Leitern in Verbindung steht und wenigstens diese Metallisierung mit einem schmelzbaren Lötmaterial überzogen ist. Die Erfindung bezieht sich aixch auf ein mit Metallkugeln versehenes Substrat.
Die Erfindung wird auf dem Gebiet dex1 Elektronik und insbesondere der Mikroelektronik angewandt; sie schafft eine neue Vex-bindungstechnik, die sich bei der immer \veiter fortschreitenden Miniatux-isierung dex- elementaren elektronischen Einzelteile verwenden lasst.
Zahlreiche Vex-bindungstechniken
sind aus dem heutigen Stand der Technik bekannt. Bei einer dex- bekannten Verbindungstechniken werden Metalldrähte einex- nach dem andern auf einer Anschlussfläche eines elementaren Halbleiterbauelements, meistens durch Thermokompression, befestigt. Eine wichtige Verbesserung ist dadurch ex-halten, dass vorher auf den Anschlussflächen des Halbleiterbauelements Metallkugeln angebracht werden, die in der englischen Literatur als "bumps" be-zeichnet werden und es ex-möglichen, in einer einzigen
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Bearbeitung das mit Metallkugeln versehene Halbleiterbauelement auf einem auf einer Seite metallisierten Substrat festzulöten, wobei dieses Element in einem bestimmten Abstand gehalten wird, um j^arasitäre Kontakte zu ver-
S meiden.
Auch ist eine andere Verbindungstechnik bekannt, die darin besteht, dass ein zuvor mit Löchern versehenes biegsames Substrat verwendet wird, das auf beiden Seiten und in den Löchern metallisiert ist.
Die Anschluss flächen des Halbleiterbauelements werden in bezug auf die metallisierten Löcher des genannten Substrats positioniert und mit diesem Substrat verbunden. Obgleich diese Ausftnhrungsform grosse Vorteile, insbesondere in bezug auf die Vermeidung parasitärer Kontakte, bietei; x^eist sie einen bestimmten dem Verfahren inhärenten Nachteil auf : die Ansclilussflachen des Halbleiterbauelements müssen notwendigerweise Abmessungen aufweisen, die grössör als die der metallisierten Löcher1 sind, damit eine giite Verbindung mit und eine gute Haftung des HaIb-Ieitc3?bauelernents an dem Substrat gewährleistet werden.
Die vorliegende Erfindung ermöglicht es, dem obenbeschriebenen Nachteil entgegenzukommen, insbesondere dadurch, dass die Abmessungen der- Anschlussflächen des Halbleiterbauelements derart herabgesetzt werden, dass sie kleiner als die Abmessungen der metallisierten Löcher sein können«
Nach der Erfindung ist das Verfahren dadurch gekennzeichnet, dass auf einer Oberfläche des Substrats iv'enigstens an den Stellen der Löcher ein Harz angebracht wird, dessen Viskosität derart ist, dass das Harz nicht in die Löcher fliessen kann, und dass das Harz an den Stellen der Löcher erhitzt wird, wobei in der den Löchern zugewandten Seite des Harzes eine an die Löcher grenzende und von ihnen angekehrte sphärische Oberfläche gebildet wird, während durch die Erhitzung geschmolzenes Lötmaterial an diesen sphärischen Oberflächen entlang fliesst und nach Abkühlung Metallkugeln bildet.
Auf diese ¥eise bildet sich auf
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^ tr '
dein oberen Teil des Substrats an der Stelle jedes metallisierten Loches eine Metal!kugel, deren Abmessungen denen des Loches, das zu ihrer Bildung geführt hat} praktisch äquivalent sind.
Vorzugsweise erfolgt die Erhitzung mit Hilfe von Infrarot strahlung. Auf diese Weise erreicht der Metallüberzug des Substrats infolge einer grösseren Strahlungsabsorption eine-Temperatur, die die des Harzes überschreitet, wodurch die Bildung der Kugel erleichtert wird.
Die Erfindung wird nachstehend an
Hand der Zeichnung beispielsweise näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 im Schnitt ein mit Löchern.
versehenes Substrat, das auf beiden Seiten metallisiert ist;
Figuren 2 und 3 schematisch den Vorgang zur Bildung einer Kugel, und
Fig. h schematisch den nachher durchgeführten Vorgang zum Festlöten eines Halbleiterbauelements auf dem Substrat, das mit Kugeln ver-sehen ist, die durch das Verfahren nach der Erfindung erhalten sind.
Sie entsprechenden Elemente sind
in den verschiedenen Figuren mit denselben Bezugsziffern bezeichnet.
Fig. 1 zeigt ein Substrat 1, z.B.
einen biegsamen Film aus Polyimid, der, ausgehend von einer Kaliumlösung von Propandiol-1-2, mit Löchern versehen und. auf beiden Seiten z.B. auf die in der offengelegten französischen Patentanmeldung Nr. 2.320.361 beschriebene Weise metallisiert ist. Durch diese Behandlung ist das in dieser Figur mit 2 bezeichnete Loch auf der Innenseite metallisiert« Die Metallisierung 3 enthält als äussere Schicht ein schmelzbares Metall oder eine' " schmelzbare Legierung, wie z.B. eine Legierung von Zinn-Blei, die in der Elektronik vielfach Anwendung findet.
Wenn eine Lösung zum Anbringen der Löcher, wie Kaliumpropandiol-1-2, verwendet wird, wird
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durch gleichzeitiges Durchbohren auf den beiden Flächen des Substrates ein Loch «-mit mehr oder weniger schrägen Flächen erhalten, wie es in dieser Figur dargestellt ist« üblicherweise werden Löcher mit Abmessungen in der Grössenordnung von 50 /tun an der Oberfläche und in der G-rössenordnung von 20 /um an ihrem engsten Teil erhalten. Nach Metallisierung weist die Substratoberfläche rings um jedes Loeil z.B. einen kreisförmigen Teil mit einem Aussendurch messer in der Grössenordnung von 100 /um auf.
Nun wird auf der oberen Fläche des Substrats 1 an dor Stelle des metallisierten Loches 2 eine Harzkugel 4 angebracht, die derart viskos ist, dass sie nicht in das genannte Loch abfliessen kann (siehe Fige 2). Genauer gesagt muss das Harz derart ge-
^5 wählt sein, dass in bezug auf die Abmessungen des Loches die Viskosität des Harzes genügend ist, um Abfliessen zu verhindern. Mit Abmessungen des Loches zwischen 50 und 20 /UiE \tfar eine Viskosität von mehr als 100 Poises genügend. Beispielsweise, ohne dass dadurch die Erfindung auf irgendwelche Weise beschränkt wird, verwendete die Arimeldei'in für ihre Experimente gewöhnlich ein Harz, das insbesondere der Mikroelektronik angepasst ist und von der Firma Alpha Metals Inc. unter dex- Bezeichnung "Nonactivated Rosin Microflux 5002" vertrieben wird. Auch
■° kann das ganze Substrat mit dem genannten Harz überzogen werden, Dann bildet sich durch Erhitzung an der Stelle eines Loches 2 eine Metallkugel G, wie in Fig. 3 dargestellt ist. Wenn die Erhitzung nämlich genügend ist, wird die Metallschicht 'J geschmolzen und fängt das Harz zu sieden an; ohne Zweifel infolge einer Doppelerscheinung (Kapillarität durch verhältnismässig kleine Abmessungen der Löcher und Ansaugen durch das Sieden des Harzes) bildet sich eine Metallkugel am oberen Teil des Loches. Die Erhitzung muss dann beendet werden, um zu vermeiden, dass diese Kugel zerplatzt«
Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird die obenbeschriebene Erhitzung dux'ch eine Behandlung mit einer Infrarotstrahlung 5
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erzielt. Auf diese Weise erreicht die Metallschicht 3» diese Strahlung stärker als das Harz absorbiert, eine höhere Temperatur,, was beim Schmelzen der Lötlegierung die Bildung einer Kugel bei Kontakt mit einem relativ kälteren Milieu erleichtert.
In einer praktischen Ausführungsform bestand die nach der Erfindung niedergeschlagene Metallschicht 3 nacheinander aus einer dünnen Nickel-
schicht mit einer Dicke zwischen 1000 und 2000 A} einer Kupferschicht mit einer Dicke von etwa 10 /um und schliesslieh einer Zinn-Blei-Schicht (6O-ho) mit einer Dicke von einigen/um, deren Schmelztemperatur verhältnlsmässig niedrig ist und in der Grössenordnung von 18O°C liegt« Unter der Einwirkung einer Infrarotstrahlung mit einer Leistung von 100 ¥, die auf der Seite zugeführt wird, auf der man die Kugel zu bilden wünscht, wird die Zinn-Blei-Schicht flüssig und dann bildet sich eine Metallkugel bei Kontakt mit dem relativ kälteren Harz.
Der so in dieser Stufe des Verfahrens erhaltene Gegenstand ist mit Metallkugeln, versehen, die von dem anfänglich auf dem Substrat niedergeschlagenen Harz eingekapselt sind, wodurch ein guter Oberflächenzustand der Kugeln erhalten bleiben kann, was die iiachherige Durchführung eines Lötvorgangs erJ.eiclatert. Vor einen:· Lötbearbeitung wird dann das Harz z.B. mit Aceton gelöst; daiiti kann unmittelbar mit einer nicht oxidierten Zinn-Blei-Schicht gelötet werden. Diesel1 zusätzliche Vorteil der Erfindung schafft insbesondere die Möglichkeit, Lagerungsund Konservierungsprobleme zu lösen.
Auf dem Substrat kann ein elektronischer Einzelteil mit metallenen Kontaktflächen festgelötet werden. Die Kontaktflachen werden in bezug auf Metallkugeln positioniert« Einfach durch Erhitzung wird die Kugel zum Schmelzen gebracht; das Element wird angesaugt und an der Stelle des metallisierten Loches befestigt, wodurch eine völlig zuverlässige Verbindung gewährleistet wird.
Bei einer sehr besonderen Anweii-
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dung kann ein derartiges Substrat als Träger von Halbleiterscheiben dienen, wie an Hand der Fig. 4 beschrieben ist. In dieser Figur kann eine Halbleiterscheibe 7» die mit metallisierten Anschlussflächen versehen ist, an den Stellen metallisierter Löcher mit Hilfe von Metallkugeln. 6 festgelötet t/erden.
Während bei dem bekannten Stand der Technik die Abmessungen der Anschlussfläche 8 die des metallisierten Loches 2 überschreiten, können im Rahmen
der vorliegenden Erfindung die Abmessungen der Anschlussfläche 8 kleiner (in der Grössenordnung von 20 /um) als die des metallisierten Loches (in der Grössenordnung von 50 /Um) sein. Es ist selbstverständlich möglich, auf einem obenbeschriebenen metallisierten Substrat, das mit Löchern und mit Lötkugeln verseilen ist, die Verbindung zwischen einer Vielzahl von Halbleiterbauelementen herzustellen, wobei die grösste Dichte wirksamer Elemente erzielt werden kann. Ein nicht auf der Hand liegender Vorteil dieses gleichzeitigen Festlötens ist der, dass es nicht erfor~
derlich ist, Kugeln mit denselben Abmessungen an der Stelle jedes Loches zu bilden, weil nach dem Schmelzen derselben die Halbleiterscheibe an dem Substrat haftet, während die Lötleg.i eruag, die durch Kapillarwirkung in das Loch eindringt, das Element auf die ¥eise einer Niete
festlotet»
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Claims (1)

  1. 28391 ΊΟ
    8.8.1978 >r" ■ pHF 77564
    PATENTANSPRUECHE
    1. Verfahren zum Anbringen schmelzbarer Metallkugeln auf der Oberfläche eines isolierenden Substrats, das mit Metalleiterit versehen ist und metallisierte Locher aufweist, wobei die Metallisierung der Löcher
    S mit den Leitern in Verbindung steht und wenigstens diese Metallisierung mit einem schmelzbaren Lötmaterial überzogen ist, dadurch gekennzeichnet, dass auf einer Oberfläche des Substrats wenigstens an den Stellen der Löcher ein Harz angebracht wird, dessen Viskosität derart ist, dass das Harz nicht in die Löcher fliessen kann, und dass das Harz an den Stellen der Löcher erhitzt -wird, wobei in der den Löchern zugekehrten Seite des Harzes eine an die Löcher grenzende und von ihnen abgekehrte sphärische Oberfläche gebildet wird, während durch die Erhitzung ge-
    15, schmolzenes Lötmaterial an diesen sphärischen Oberflächen· entlang fliesst und nach Abkühlung Metallkugeln bildet.
    2. Vex"faharen nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Harz mit Hilfe von Infrarotstrahlung erhitzt wird.
    3. Isoliei'endes Substrat, das mit
    Löchern versehen ist, die metallisiert sind, wobei diese Metallisierung mit Leitern auf dem Substrat verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass an der Stelle jedes Loches eine aus geschmelzbarem Lötmaterial gebildete Kugel vorhanden ist, wobei diese Kugeln Anschlussstellen
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    ORIGINAL INSPECTED
    2838110
    8.8.1978 Z PHF 77564
    zur Verbindung· mit elektronischen Einzelteilen bilden. k. Isolierendes Substrat nach. Anspruch 3j dadurch gekennzeichnet, dass es aus einem biegsamen Film auf beiden Seiten metallisierten Polyimide besteht, wobei dieser biegsame Film mit mindestens einer integrierten Schaltung versehen ist, deren Kontaktstellen an dem Film mit Hilfe des Lötmaterials der Metallkugeln befestigt sind.
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DE2839110A 1977-09-12 1978-09-08 Verfahren zum Anbringen von schmelzbaren Lötkugeln auf der Oberfläche eines isolierenden Substrats Expired DE2839110C2 (de)

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