DE69115522T2

DE69115522T2 - Zwischenverbindung hoher Dichte

Info

Publication number: DE69115522T2
Application number: DE69115522T
Authority: DE
Inventors: James L Gates
Original assignee: Hughes Aircraft Co
Current assignee: Raytheon Co
Priority date: 1990-02-28
Filing date: 1991-02-12
Publication date: 1996-05-15
Anticipated expiration: 2011-02-13
Also published as: JPH04216639A; IL97168A0; DE69115522D1; JPH0666360B2; EP0444469A2; EP0444469B1; EP0444469A3; US5110299A

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Halbleiter- Hybridfelder, und bezieht sich im besonderen auf Stoßteilverbindungen für Hybridfelder hoher Dichte.
Typischerweise wird bei der Fertigung von Verzweigungen, wie z.E. die, die bei einer Brennebenenanordnung verwendet werden, eine Anordnung von Fotodetektoren mit einer Anzeigenanordnung durch Stoßteilverbindungen verbunden. Die Verbindungen sind typischerweise metallische Stoßteile bzw. Vorsprünge (bumps), die auf zwei getrennten Flächen ausgebildet sind. Der vorliegende Stand der Technik für Halbleiter-Hybridfelder hoher Dichte können z.B. ein Feld 128 x 128 von Detektoren auf 40 Mikrometer-Mittelpunkten schaffen, wobei jeder Detektor in der Größenordnung von 20 Mikrometern oder kleiner ist.
Herkömmliche Stoßteile, die im Hybridaufbau verwendet werden, haben eine runde Form. Ein Versatz (Translations- oder Rotationsversatz) verändert drastisch die Verbindungsfläche und somit den Druck, der bei der Hybridmontage aufgebracht wird. Der Versatz bewirkt ein Verrutschen während der Montage. Bei einem Hybridaufbau hoher Dichte lassen runde Stoßteile ein übermäßiges "Herausquetschen" zu, was ein Anwachsen in der Größe der ausgebildeten Verbindung erzeugt. Dieses bewirkt, daß benachbarte Stoßteile überbrückt werden. Wegen dieser Nachteile haben Hybridanordnungen, die herkömmliche runde Stoßteilverbindungen verwenden, typischerweise eine niedrige Ausbeute bei der Produktion.
Aus der WO80/01220 ist es bekannt, Mikrofedern mit einer dünnen Schicht Indium zu beschichten. Beide Mikrofedern werden im wesentlichen senkrecht zueinander angeordnet, und beide Mikrofedern werden mittels Wärme miteinander verbunden.
Es ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung, Verbindungsstoßteile für Verzweigungen hoher Dichte zu schaffen, die bei der Produktion eine hohe Ausbeute haben. Ein anderes Ziel der Erfindung liegt darin, Stoßteilverbindungen für Verzweigungen hoher Dichte vorzusehen, die kein Versatz aufgrund übermäßigen "Herausquetschens" (und Verrutschens) zulassen. Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, ineinandergreifende Verbindungsstoßteile auf zwei benachbarten Flächen zu schaffen, ohne daß daraus eine verminderte Verbindungsfläche nach dem Vereinigen resultiert. Ein noch weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung einer Verbindungsanordnung hoher Dichte für Hybridhalbleiterfelder, die das Risiko elektrischer Kurzschlüsse zwischen benachbarten Verbindungsstoßteilen vermindern.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

In Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung werden Verbindungsstoßteile geschaffen, die rechteckige Formen aufweisen zur Verwendung in einem Hybridfeldaufbau, wie z.B. für integrierte Schaltungsvorrichtungen, die Halbleiter- und Brennebenenanordnungsvorrichtungen und Dünnschicht - Superleitvorrichtungen und dergleichen einschließen. Die Stoßteile sind typischerweise metallisch und sind auf zwei getrennten gegenüberliegenden Flächen ausgebildet. An der Verbindungsstelle sind die Stoßteile senkrecht zueinander ausgerichtet. Dann werden die Stoßteilflächen miteinander vereinigt. Der Stoßteiloberflächenbereich vergrößert sich, nachdem die Stoßteile miteinander vereinigt sind. Dieses vermindert den Hybridisationsdruck, was ein zusätzliches "Herausquetschen" verhindert. Ein Translationsversatz verändert nicht die Verbindungsfläche. Ein Rotationsversatz bewirkt nur eine kleine Änderung der Verbindungsfläche. Der Oberflächenbereich der ausgebildeten Verbindung wird im wesentlichen konstant beibehalten, ungeachtet der relativen Ausrichtung der jeweiligen Stoßteile. Diese Erfindung macht Hybridanordnungen hoher Dichte ausführbar, da sie die Ausbeute gegenüber Hybridanordnungen hoher Dichte, die mit runden Stoßteilen ausgeführt werden, erhöht wird. Dieses wird durch eine Vorrichtung erzielt, wie sie im Patentanspruch 1 beansprucht ist und ein Verfahren ausgeführt, wie es im Patentanspruch 3 beansprucht ist.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHUNGEN

Die verschiedenen Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindungen können leichter unter Bezugnahme auf die folgende detaillierte Beschreibung im Zusammenhang mit den beiliegenden Zeichnungen verstanden werden, wobei gleiche Bezugszeichen gleiche Strukturelemente bezeichnen, und in denen:
Fig. 1 eine Draufsicht von zwei senkrecht ausgerichteten Stoßteilen vor der Hybridisation ist;
Fig. 2 eine Seitenansicht von zwei ausgerichteten Stoßteilen von Fig. 1 vor der Hybridisation ist; Fig. 3 eine Draufsicht der zwei Stoßteile nach der Hybridisation ist, die zwei vereinigte Stoßteilflächen zeigt; und
Fig. 4 eine Seitenansicht der zwei Stoßteile von Fig. 3 nach der Hybridisation ist.

Detaillierte Beschreibung

Unter Bezugnahme auf die Zeichnungen ist Fig. 1 eine Draufsicht einer Verbindung 10 vor der Hybridisation. Es ist zu verstehen, daß Fig. 1 eine stark vergrößerte Ansicht einer einzelnen Verbindung 10 in einem Feld (array) vor der Hybridisation ist. Ein Hybridfeld kann z.B. in der Größenordnung von 500 x 500 bis 1000 x 1000 solcher Verbindungen 10 haben. Die Verbindung 10 kann typischerweise kleiner als 20 Mikrometer oder weniger sein, und das Feld solcher Verbindungen 10 kann z.B. auf 20 Mikrometer-Mittelpunkten (micron centers) beabstandet sein. Somit ist eine hohe Dichte von extrem kleinen Verbindungen 10 gegeben, von denen jede von ihrer Nachbarverbindung um eine sehr kleine Abmessung beabstandet ist.
Die unteren und oberen Verbindungsstoßteile 12, 14 sind in Übereinstimmung mit der Erfindung senkrecht zueinander ausgerichtet gezeigt, bevor sie unter Hybridisationsdruck vereinigt werden. Die Stoßteile 12 und 14 sind metallisch und können z.B. aus einem Material, wie z.B. Indium hergestellt sein. Die Stoßteile 12, 14 sind auf separaten Flächen ausgebildet, die zusammengebracht, ausgerichtet und einem Druck unterworfen werden, um die Stoßteile 12, 14 zu vereinigen und um eine Hybridanordnung zu bilden. Die stoßteile 12, 14 sind unter Verwendung herkömmlicher fotolithographischer und Ablagerungstechniken und -anlagen ausgebildet, die herkömmlicherweise bei der Herstellung von integrierten Schaltungen verwendet werden. Eine der Flächen kann ein Brennebenenfeld sein, z.B. aus einer Mehrzahl von Fotodetektoren hergestellt ist, während die andere Fläche eine ineinandergreifende Anzeigeanordnung ist, die z.B. aus einer Mehrzahl von Anzeigezellen besteht. Wenn die beiden Flächen ineinandergebracht oder hybridisiert werden, umfassen sie eine Hybridanordnung hoher Dichte. Es ist jedoch verständlich, daß die vorliegende Erfindung nicht auf
Hybridbrennebenenanordnungen begrenzt ist, sondern kann mit einem Hybridfeldaufbau verwendet werden, der bei Halbleiterund Brennebenenanordnungsvorrichtungen, Supraleitvorrichtungen u. dgl. verwendet werden.
Die Stoßteile 12, 14 haben eine rechteckige Form oder Konfiguration. An der Verbindungsstelle werden sie im wesentlichen senkrecht zueinander plaziert und ausgerichtet. Die Länge oder die längste Abmessung (L) jedes Stoßteiles 12, 14 kann tvpischerweise z.B. 10 bis 20 Mikrometer oder weniger sein, während die Breite (W) jedes Stoßteiles 12, 14 z.B. in der Größenordnung von 2 bis 4 Mikrometern liegen kann.
Früher hatten herkömmliche Stoßteile, die im Hybridaufbau verwendet wurden, eine runde Form. Ein Versatz, entweder ein Translations- oder ein Rotationsversatz, veränderte drastisch die Verbindungsfläche, und somit den Druck, der auf die Hybridanordnung aufgebracht wurde. Ein Versatz bewirkte auch während der Montage ein Verrutschen. Ferner werden bei einem Hybridaufbau hoher Dichte runde Stoßteile einem übermäßigen "Herausquetschen" unterworfen, wobei ein Anwachsen in der Größe benachbarter Stoßteile einen Kurzschluß miteinander bewirkt. Die rechteckigen Stoßteile 12, 14 nach der vorliegenden Erfindung überwinden diese Probleme, die auftreten, wenn herkömmliche runde Stoßteile verwendet werden.
Wenn, wie aus Fig. 1 ersichtlich ist, zwei rechteckige Stoßteile 12, 14 im wesentlichen senkrecht zueinander vor der Hybridisation ausgerichtet werden, verändert ein Translationsversatz nicht die Fläche der Verbindung 10. Die Breite jedes Stoßteiles 12, 14 ist W, und die Fläche der Verbindung 10 ist W². Ein Rotationsversatz vor der Hybridisation bewirkt nur eine kleine Änderung der Fläche der Verbindung 10. Unter Bezugnahme auf Fig. 2, die eine Seitenansicht der Verbindung 10 von Fig. 1 ist, ist die Dicke der Verbindung 10 vor der Hybridisation annähernd gleich bis 2t oder das zweifache der Dicke (t) der Stoßteile 12, 14.
Unter Bezugnahme auf Fig. 3 ist dort eine Draufsicht der Verbindung lo nach der Hybridisation gezeigt, die darstellt, wie die Flächen der zwei Stoßteile 12, 14 miteinander vereinigt werden. Fig. 4 zeigt eine Seitenansicht der Verbindung 10 von Fig. 3. Die Fläche der elektrischen Verbindung 10 nach Hybridisation ist annähernd gleich 2W². Die Dicke der Verbindung 10 ist auf t vermindert. Der Oberflächenbereich der Verbindung 10 ist vergrößert, nachdem die zwei Stoßteile 12, 14 miteinander vereinigt sind. Die neue Fläche ist annähernd 2LW+W², was den Hybridisationsdruck vermindert, und somit ein zusätzliches Herausquetschen verhindert. Der Oberflächenbereich der ausgebildeten Verbindung 10 wird im wesentlichen konstant beibehalten, ungeachtet des relativen Versatzes der jeweiligen Stoßteile 12, 14.
Die rechteckigen Stoßteile 12, 14 der vorliegenden Erfindung machen Hybridanordnungen hoher Dichte ausführbar, da, wenn sie verwendet werden, die Ausbeute gegenüber Hybridanordnungen hoher Dichte, die mit herkömmlichen runden Stoßteilen hergestellt werden, erhöht wird. Die rechteckigen Stoßteile 12, 14 der vorliegenden Erfindung können mit heutigen Hybridhalbleiteranordnungen hoher Dichte, wie z.B. Brennebenenanordnungen, verwendet werden. Die Hybridfelder können zusammengefügt werden unter Verwendung herkömmlich erhaltbarer Anlagen, wie z.B. einer Hybridisationsanlage Modell M8 oder M9, die z.B. durch die Research Devices hergestellt wird.
Somit wurde eine neue und verbesserte Stoßteilverbindung für Halbleiterhybridanordnungen hoher Dichte beschrieben. Hybridanordnungen hoher Dichte, die mit den rechteckigen Stoßteilen nach der Erfindung hergestellt werden, haben eine hohe Produktionsausbeute. Die Stoßteilverbindungen der vorliegenden Erfindung lassen keinen Versatz aufgrund von übermäßigem "Herausquetschen" und Verrutschen zu. Verbindungsstoßteile auf zwei benachbarten Flächen können ineinandergreifend zusammengebracht werden, ohne daß sie in einer verminderten Verbindungsfläche nach dem Vereinigen resultieren. Die Stoßteile der vorliegenden Erfindung können bei Verbindungshybriden hoher Dichte verwendet werden, ohne daß man Gefahr läuft, elektrische Kurzschlüsse zwischen benachbarten Verbindungsstoßteilen zu erhalten.

Claims

1. Stoßteilverbindung in einer Hybridhalbleiteranordnung hoher Dichte, wobei die Verbindung umfaßt:

ein erstes längliches, im allgemeinen rechteckiges, verformbares, metallisches Stoßteil (12), das auf einer ersten Fläche angeordnet ist; und

ein zweites längliches, allgemein rechteckiges, verformbares, metallisches Stoßteil (14), das auf einer zweiten Fläche angeordnet ist;

wobei das zweite Stoßteil (14) im wesentlichen senkrecht zu dem ersten Stoßteil (12) ausgerichtet ist, und wobei die Dicke der Verbindung (10) annähernd der Dicke eines der Stoßteile (12, 14) ist.

2. Verbindung nach Anspruch 1, die ferner umfaßt:

ein erstes Feld länglicher Stoßteile (12), das auf einer ersten Fläche angeordnet ist; und

ein zweites Feld länglicher Stoßteile (14), das auf einer zweiten Fläche angeordnet ist und im wesentlichen zu der ersten Fläche ausgerichtet ist.

3. Verfahren zum Ausbilden einer Stoßteilverbindung in einer Hybridanordnung hoher Dichte, wobei das Verfahren die Stufen umfaßt:

Schaffen eines ersten länglichen, im allgemeinen rechteckigen verformbaren, metallischen Stoßteiles (12), das auf einer ersten Fläche angeordnet ist;

Schaffen eines zweiten länglichen, allgemein rechteckigen, verformbaren, metallischen Stoßteiles (14), das auf einer zweiten Fläche ausgebildet ist;

Ausrichten des zweiten Stoßteiles (12) im wesentlichen senkrecht zu dem ersten Stoßteil (12); und

Vereinigen des ersten und zweiten Stoßteiles (12, 14) unter Hybridisationsdruck, um die Verbindung (10) solcherart zu bilden, daß die Dicke der Verbindung (10) annähernd gleich der Dicke eines der Stoßteile (12, 14) vor dem Vereinigen ist.

4. Verfahren nach Anspruch 3, das ferner die Stufen umfaßt:

Schaffen eines ersten Feldes länglicher Stoßteile (12), das auf einer ersten Fläche angeordnet ist;

Schaffen eines zweiten Feldes von länglichen Stoßteilen (12), das auf einer zweiten Fläche angeordnet ist;

Ausrichten der ersten und zweiten Felder; und

Vereinigen der ersten und zweiten Stoßteile (12, 14) unter Hybridisationsdruck, um die Verbindung (10) zu bilden.