JP6975260B2 - 適合可能なターゲットパッドによる変形可能な電気接点 - Google Patents

Description

（関連出願）
本特許出願は、２０１７年６月１７日に出願されたＨａｂａらによる米国仮特許出願第６２／５１８，４０６号の優先権の利益を主張し、その全体が参照により本明細書に組み込まれる。

３Ｄ集積回路製造又は電子アセンブリの基材又は表面は、一般に、電気接点のアレイ、ボンディングパッド、又はグリッドアレイを有し、第２の基材又は表面上の対応する電気接点に導電的に接合されることができる。接点の均一性は、必ずしも完全ではないことがある。従来は、単一の電気接点が短すぎるか高すぎる場合、短い接点がそのターゲットボンディングパッドと交差するのを可能にするか、又は背の高い接点が接点の近くのボンディングを防止したりするのを防ぐために、２つの表面の接合に余裕がないことが多い。これは、従来の接点が全て理想的であると想定されており、一定の単一の固定距離で２つの表面の接合の不変停止を提供するように、接合される表面間に存在する誘電体層が計算されるためである。従来のダイ又はウェハレベルの接合プロセスにおける適合性の欠如は、接合中に接続しなかったいくつかの電気接点が存在する可能性があるため、最終製品の特定の割合が受け入れられない結果をもたらす。

マイクロエレクトロニクスアセンブリ及びその他の用途向けの適合可能なターゲットパッドによる変形可能な電気接点が提供される。第１の基材上の複数の変形可能な電気接点は、例えば、マイクロエレクトロニクスのダイレベル又はウェハレベルの組み立て中に、第２の基材上の複数の適合可能なパッドに接合されることができる。各変形可能接点は、圧縮性材料によって圧力が加えられると、第１の基材と第２の基材との間の接合圧力の量に関連する程度まで変形する。変形プロセスはまた、それぞれの適合可能なパッドを変形可能な電気接点によって拭き取り、良好な伝導のために新たな金属間接触を形成する。それぞれの適合可能なパッドは、つぶれて電気接点のほぼ変形した形状になり、大きな伝導表面積を提供すると同時に、水平方向の不整合も補償する。誘電体を溶かすために温度を上げることができ、これは、電気的接続をカプセル化し、２つの基材間の間隙及びばらつきを均等にし、２つの基材を永久的に固定する。

この概要は、特許請求される主題の重要な又は必須の特徴を特定することを意図するものではなく、特許請求される主題の範囲を限定する助けとして使用されることを意図するものでもない。

以下、本開示の特定の実施形態を添付の図面を参照して説明するが、同様の参照番号は同様の要素を意味する。しかしながら、添付の図面は、本明細書に記載される様々な実装を示し、本明細書に記載される様々な技術の範囲を限定することを意味するものではないということを理解されたい。

第１の基材上の変形可能接点が第２の基材上の適合可能なターゲットパッドに接合される例示的なシステムの図である。 図１の例示的なシステムの例示的な接合状態の図である。 対応する変形可能な電気接点に対する適合可能なターゲットパッドの完全適合及び部分適合の顕微鏡写真を示している。 成分の組み合わせ、複数の層、又は異なる材料の混合物を有する例示的なアンダーフィル材料の図である。 例示的な変形可能な導電性接点の例示的な幾何学的特徴の図である。 ウィングを有する例示的な変形可能な導電性接点の図である。 例示的な変形可能な導電性接点及び例示的なアンダーフィル材料の追加実装の図である。 ハンダの膜又は層を有する例示的な変形可能な導電性接点の例示的な実装の図である。 ２つの表面間で導電性接点を構成するための変形可能接点の追加の例の図である。 変形可能な導電性接点及び適合可能なターゲットパッドを有する電子アセンブリの例示的な方法のフロー図である。

概要
本開示は、マイクロエレクトロニクスアセンブリ及びその他の用途向けの適合可能なターゲットパッドによる変形可能な電気接点について説明する。記載された電気接点及び適合可能なターゲットパッドは、マイクロエレクトロニクスに限定されるものではなく、より大規模な電子アセンブリにおいて且つ一般に電気的接続を行うために使用することができる。
例示的なシステム

実装では、本明細書に記載の装置及び方法は、接合中に２つの表面にわたって構成される電気的接続を有する多数の種類の基材又は表面を一体に接合することに適用されることができる。実装では、各導電性電気接点は、２つの間を電気的に接続するときに、ターゲット導電性パッドに対する接触圧力下で電気接点が特定の方法で変形することを可能にする幾何学的形状を有する。ターゲット導電性パッドもまた、少なくとも部分的に変形し、その後に又は同時につぶれて、変形した電気接点の変形形状に適合する。これは、形成された電気的接続にわたって伝導のための大きな表面積を提供する。電気接点を変形させてターゲットパッドを接点の変形形状に適合させるプロセスはまた、拭き取り機能も含む。変形及び適合中の電気接点とそれに対応するターゲットパッドとの間のせん断作用は、良好な熱圧着接合及び金属間拡散接合のために２つの間に新たな金属間界面を形成する。

少なくとも変形可能な電気接点又は適合可能なパッドを裏打ちする誘電体は、高温で軟化又は溶融して、電気的接続をカプセル化し、空間に流れ込んで表面の変化を均等にし、第１の表面を第２の表面に固定することができる。

例示的なシナリオでは、変形可能な電気接点は、基材を通る導電性ビアに電気的に結合されてもよい。そして、変形可能な電気接点は、電子アセンブリ又はパッケージアセンブリ中に、例えば第２の基材上のルーティング層のターゲット電気パッドと電気的に接触し、それによって導電性ビアを延長するか、又は導電性ビアをさらなる電子回路又はルーティング線と結合する。

それぞれの変形可能な電気接点と対応する導電性ターゲットパッドとの間の変形−適合作用は、いくつかの利点を提供する。第１に、接続が行われているときの電気接点とそのターゲットパッドとの間のシフト又はスライド接触運動は、所定の変形可能な電気接点の拭き取り面、金属接点、又は金属エッジと対応するターゲットパッドの金属面との間の拭き取り又は掻き取り動作を提供する。この拭き取り動作は、２つの接合面の酸化物層及び他の緑青及び不純物を除去し、新鮮で且つきれいな金属間電気接点と初期金属接点界面又は２つの金属間の熱圧着接合を行う。第２に、新たに拭き取られたターゲットパッドの比較的大きな表面積は、変形した電気接点の比較的大きな表面積と電気的に接触し、従来の電気接点と従来の非適合可能で且つ非降伏性の平坦なターゲットパッドとの間で発生するような僅かな接点だけでなく、２つの面によって共有される金属間界面の比較的大きな表面積を通る大きな導電経路を提供する。第３に、この変形−適合の電気的接合技術は、電気接点とそれらのターゲットパッドとの間の垂直距離の変動だけでなく、多数の電気接点と第２の基材上の対応するターゲットパッドとの間の水平方向のずれに対して、ある程度の許容範囲と柔軟性を提供する。変形可能な電気接点は、ターゲットパッドとの完全な水平方向の位置合わせを「ミス」する可能性があり、変形した電気接点に対するターゲットパッドの適合は、位置ずれを補償し、初期位置ずれにもかかわらず十分な導電容量を有する強固な接続を提供することができる。

接点及びパッドのために選択された金属、及び接点及びパッドの背後にある裏打ち層のために選択された誘電体又は他のアンダーフィル材料を含む構成材料は、接点及びパッドの拭き取り動作及び変形−適合形態に影響を与える役割を果たすことができる。第１の基材と第２の基材との間の少なくとも１つのアンダーフィル材料は、各対応するパッドに対する各接点を変形させることができ、２つの基材が永久的に一体に固定されると第１の基材の第２の基材への近接度も決定することができる。

アンダーフィル材料の層は、例えば、第１の固体アンダーフィル材料及び第２の流動性アンダーフィル材料、流動性誘電体、固体誘電体、固体誘電体及び流動性誘電体の両方、固体及び流動性ポリマーの混合物、又は熱可塑性ポリイミドとすることができる。

少なくとも１つのアンダーフィル材料は、第１の基材が第２の基材に接合される前に、第１の表面、第２の表面、又は第１の表面及び第２の表面の両方に配置されることができ、少なくとも１つのアンダーフィル材料は、冷却、融合、又は固化して第１の基材を第２の基材に永久的に接合することができる。

アンダーフィルの第１の層は、複数の接点を支持し、アンダーフィルの第２の層は、複数のパッドを支持することができる。実装では、アンダーフィルの第１の層及びアンダーフィルの第２の層は、接点をパッドに変形した後、接点及びパッドの接合温度で接点の変形形状にパッドを適合させるのに適したそれぞれの硬度を有する。接点及びパッドもまた、それらの酸化層を互いに拭き取り、結合して接合するために新たな金属面を露出させるため、接点及びパッドの変形及び適合は、同時に発生する可能性がある。実装では、軟化した材料が結合された接点及びパッドをカプセル化してからアンダーフィルの第１の層とアンダーフィルの第２の層とを互いに接着又は固定し、第１の基材を第２の基材に永久的に固定することができるように、アンダーフィルの第１の層及びアンダーフィルの第２の層は、接点及びパッドの接合温度よりも高い軟化温度又は融合温度を有する。

アンダーフィルの第１の層の第１の材料及び／又はアンダーフィルの第２の層の第２の材料（又は同じ材料）は、軟化温度において、アンダーフィルの第１の層及びアンダーフィルの第２の層の孔、間隙、及び空間、並びに、第１及び第２の基材並びに第１及び第２のアンダーフィル層のｚ厚さの変動を吸収又は補償するために結合された接点及びパッドの周囲を充填するために流動性を有することができる。

図１は、例示的なシステム１００を示している。例示的な変形可能な導電性接点１０２及び１０４は、第１の基材１０６上に配置され、集積回路の一部又は貫通シリコンビアなど、第１の基材１０６のそれぞれの導電体１０８及び１１０に導電的に接続される。実装では、第２の基材１１２に接合される例示的な第１の基材１０６は、２つの基材１０６と１１２との間の界面を横切る各電気的接続に１つずつ、複数の変形可能な導電性接点１０２及び１０４（以下、「変形可能接点」又は「変形可能な電気接点」）を有する。本明細書で使用される場合、変形可能とは、電気接点１０２がその電気的ターゲット１１４に押し付けられると、その電気的ターゲット１１４に少なくとも部分的に適合するように形状を変化させることを意味する。実装では、変形可能接点１０２及び１０４が対向するターゲットパッド１１４及び１１６に対して１１８を圧縮すると、各変形可能接点１０２及び１０４は、各ターゲット導電性パッド１１４及び１１６に対して開口１２０を拡張する。スタイルに応じて、変形可能接点１０２は、その形状の曲線、曲げ、反り、膨らみ、又はその形状の拡張、曲げ、又は曲線でヒンジ式に接合することによって、ターゲットパッド１１４と導電的に結合するように１２０を拡張することができる。同様に、変形可能接点１０２は、適用される接合力によってターゲットパッド１１４に押し付けられたときにターゲットパッド１１４に適合するようにそれらの長さの広がりに沿って十分に曲がるほど薄い葉状アームによって構成されてもよい。

したがって、例示的なシステム１００は、第１の基材１０６上の複数の変形可能接点１０２及び１０４、第２の基材１１２上の複数の導電性パッド１１４及び１１６を有することができ、各変形可能接点１０２及び１０４は、第１の基材１０６が第２の基材１１２に接合されるとき、対応する導電性パッド１１４及び１１６と導電的に連結することができる。各変形可能接点１０２及び１０４は、対応する各導電性パッド１１４及び１１６に対する圧縮度１１８に関連して、広がった開口１２０などに適合するように構成されている。少なくとも１つのアンダーフィル材料１２２及び／又は１２４は、第１の基材１０６と第２の基材１１２との間に配置され、各変形可能接点１０２及び１０４を対応する各導電性パッド１１４及び１１６に対して作動させ、第２の基材１１２に対する第１の基材１０６の最も近い近接度１２４を判定する。

圧縮性材料、誘電体、又は材料の組み合わせなどのアンダーフィル材料１２２及び１２４は、複数の変形可能接点１０２及び１０４の下にあるか又は下を流れ、接点１０２及び１０４に圧力を加えて、接点１０２及び１０４を第２の基材１１２の反対側の表面上のターゲットパッド１１４及び１１６に押し付ける。変形可能接点１０２及び１０４の周りのアンダーフィル材料１２４はまた、第２の基材１１２の反対面上のそれらの対応するターゲットパッド１１４及び１１６に対する接点１０２及び１０４の相対的な剛性又は弾性も決定する。

所与の変形可能な電気接点１０２の「内部」には、アンダーフィル材料１２４がなく、それにより、アンダーフィル層１２４に、他の基材１１２に対して接合するために存在する孔１２６又は間隙が存在することができる。

各変形可能接点１０２及び１０４は、必要に応じて良好な導電性結合を構成するために、接点１０２と各ターゲット導電性パッド１１４との間の個々の距離によって決定される程度に、例えば開口１２０を広げることによって個々に適合する各ターゲット導電性パッド１１４及び１１６に適合するように独立して変形する。多数の変形可能接点１０２及び１０４は、グループ又は複数として、完全ではない可能性がある接点、及び予想される高さにない可能性がある接点を含む、多数の電気接点１０２及び１０４にわたる導電性結合を成功させるためのコンプライアントシステム１００を提供する。

図２は、例示的なシステム１００における基材１０６及び１１２の２つの例示的な接合状態を示している。実装では、アンダーフィル材料１２２及び１２４が最終的に接合動作に非圧縮性停止又はさらなる非圧縮性停止を提供することから、アンダーフィル材料１２２及び１２４は、各接点１０２の変形、形状変化、又は圧縮１１８の最大範囲を決定し、最後に、２つの接合面１０６及び１１２の間の永久距離を決定することができる。アンダーフィル材料１２２及び１２４はまた、冷却又は固化して、接合面１０６及び１１２を一体に保持、接着、又は接合してもよい。

適合可能なターゲットパッド１１４は、それらの対応する変形した電気接点１０２に完全に適合２００又は部分的に適合２０２することができる。図２では、アンダーフィル層１２２及び１２４が互いに接合されており、それにより、変形可能な電気接点１０２及び適合可能なターゲットパッド１１４に圧力が加えられている。所与の変形可能な電気接点１０２の「内部」には、アンダーフィル材料１２４がなく、それにより、アンダーフィル層１２４に、他の基材１１２に対して接合するために存在する孔１２６又は間隙が存在することができる。圧縮性材料とすることができる適合可能なターゲットパッド１１４を裏打ちするアンダーフィル材料１２２の他の層は、圧縮性パッド１１４を変形した電気接点１０２に押し込むか又は折り畳み、孔１２６（図１）も充填する。実装では、圧力、若しくは温度、又はその両方の増加は、アンダーフィル層１２２及び１２４のうちの１つ以上を軟化又は溶融させ、嵌合した電気接点１０２及びそのターゲットパッド１１４によってここで形成される電気的接続をカプセル化するが、また、こうして形成されたマトリックス内の空間、孔１２６、間隙、及び気泡を充填するためにアンダーフィル材料１２２を流動させる。そして、アンダーフィル１２２及び１２４は、冷却されて、２つの基材１０６及び１１２を一体に永久的に固定することができる。

図３は、例示的な変形可能な電気接点１０２及び対応する適合可能なターゲットパッド１１４の顕微鏡写真を示している。顕微鏡写真は、変形可能な電気接点１０２に対する適合可能なターゲットパッド１１４の完全な適合２００と、変形可能な電気接点１０２に対する適合可能なターゲットパッド１１４の部分的な適合２０２とを示している。

数十、数百、又は数千の電気接点と、マイクロエレクトロニクスアセンブリ又はパッケージアセンブリ用の２つの基材を接合したときに電気的に嵌合される対応するターゲットパッドにわたって、電気接点とターゲット導電性パッドとの間の変形−適合効果を提供するように構成材料が選択される。実装では、電気接点のアレイは、第１の誘電体などの第１の材料によって裏打ちされ、適合可能なターゲット電気パッドの対応するアレイは、第２の誘電体などの第２の材料によって裏打ちされる。実装では、第１の材料及び第２の材料は同じ材料であってもよい。

実装では、電気接点及び対応するターゲットパッドは、比較的低い温度で互いに比較的低い圧力で接触し、２つの間でスライド、掻き取り、及び／又は拭き取り動作を引き起こし、正の金属間電気的接触及び両者間の物理的な金属接合又は熱圧着接合の開始を提供する。電気接点及び対応するターゲットパッドが完全に嵌合した後、継続する圧力及び／又は温度上昇は、２つの裏打ち材料を軟化又は溶融させ始め、それによって軟化する裏打ち材料が既に構成された金属間電気接点に浸透又は介在することから除外される。

軟化材料又は溶融材料が流れて、２つの基材間又は電気接点とターゲットパッドとの間の孔及び欠陥を埋めることができる。この孔及び空間への裏打ち材料の流動及び充填メカニズムは、接合中に溶融層によって充填される孔、間隙、又は空間を設計することにより、パッケージアセンブリに意図的に組み込むことができる。溶融層による孔、間隙、及び空間の充填は、嵌合基材にわたる圧力を均等化することができ、構造又は材料の偶然の変動を補償することができ、及び／又は接合される基材の広い表面にわたって電気接点とそれらの対応するターゲットパッドとの間の距離の僅かな変動を補償することができる。

変形可能な電気接点を裏打ちする材料の１つ以上の層は、適合可能なターゲットパッドを裏打ちする材料の１つ以上の層と同じ方法で同時に軟化又は融解することができる。あるいは、２つの材料は、例えばプログラムされたパラメータに従って選択された順序で、差動的に軟化又は溶融してもよい。例えば、変形可能な電気接点を裏打ちする材料が最初に軟化し、電気接点が変形したり又はターゲットパッドに対して変形を開始したりすることを可能にする。ターゲットパッドを裏打ちする材料は、堅固な裏打ち面又は変形可能な電気接点が変形するために比較的柔軟な表面を提供するために比較的堅いままでとすることができる。ある時点で、適合可能なターゲットパッドを裏打ちする材料もまた軟化し、これらのターゲットパッドが電気接点の変形形状に少なくとも部分的に適合することを可能にし、プロセス中に互いにスライド、掻き取り、又は拭き取り、２つの間に形成された界面の大きな表面積を通る導電性経路を形成する。

裏打ち材料の軟化又は溶融は、少なくとも部分的に２つの裏打ち層が融合するまで進行することができる。２つの裏打ち層の融合、溶融、又は融着は、２つの基材を一体に接合する永続的な接合又は接着を提供する（金属接点及びパッドは、既に一体に接触及び嵌合しており、金属イオンが界面を越えて互いに拡散し始めると、強固な接点と金属間接合の開始を形成する）。

２つの電気的表面の変形−適合嵌合、及びこの電気的結合中に発生する拭き取り動作は、材料の選択及びそれらの幾何学的形状及び構造などの実装パラメータによって制御及びプログラムされることができる。

変形可能な電気接点の場合、接点の変形可能性を実現するための構造パラメータは、厚い接点が力を受けたときに変形しにくいため、組み立て中に使用される様々な温度における硬度、剛性、引張強度、展性、及びばね性、電気接点の幾何学的形状、及び接点の厚さなどの物理的特性に照らして、銅又は他の導体などの選択された金属又は合金の種類を含む。これらの要因は、全て、導電性ターゲットパッド及び裏打ち層の物理的特性など、他の構成要素の選択された特性の文脈で、変形可能な電気接点の動作を決定することができる。

導電性ターゲットパッドの構造パラメータは、ターゲットパッドが、ターゲットパッドに押し付けられたときに、電気接点によって想定される変形形状に対する圧力下でそれ自体適合又は成形することが意図されるため、銅、合金、又は他の導体などの材料、及びターゲットパッドの幾何学的形状、特にそれらの厚さの選択を含む。

変形可能な電気接点を裏打ちする材料の１つ以上の層、及び適合可能なターゲットパッドを裏打ちする材料の１つ以上の層はまた、各電気的接続の構成をもたらす金属間嵌合時の変形可能接点及び適合可能なターゲットパッドの動作も決定する。実装では、裏打ち層は、同一であるか、又は同じ材料の同じ若しくは異なる厚さである。他の実装では、２つの裏打ち層は、互いに異なっていてもよい。

実装では、変形可能な電気接点を裏打ちする材料の１つ以上の層及び適合可能なターゲットパッドを裏打ちする材料の１つ以上の層は、比較的低い第１の温度で固体、硬質、及び／又は剛性のままであり、変形可能な電気接点の金属及び適合可能なターゲットパッドの金属は互いに接触する。この第１の温度では、圧力下でのターゲットパッドとの接触は、電気接点を変形させ、圧力下での電気接点との接触は、ターゲットパッドを電気接点の現在の変形形状に適合させる。

他の実装では、選択された温度において、電気接点又はターゲットパッドの背後の裏打ち層の１つが、他の裏打ち層の前に最初に軟化することができる。どの裏打ち層が最初に軟化するかは、電気接点及びターゲットパッドの特性、幾何学的形状、及び相対的な柔軟性に依存することができる。電気接点及びターゲットパッドは、互いに押し込まれているため、変形−適合の遭遇中により大きな形成を受けると予想される構成要素の背後に、より柔らかい裏打ち層を有することが望ましいことがある。実装では、平坦な状態で開始するターゲットパッドは、拭き取り及び嵌合プロセス中に、一般に、最終的な変形を除き、それらのおおよその最終形状に事前に成形されることが多い電気接点よりも大きな形成（形状の変化）を受けると予想されることができる。そのため、あるシナリオでは、接合中の第１の温度において、最初にターゲットパッドの裏打ち層が軟化し、僅かに高い温度において電気接点の裏打ち層が軟化し、電気接点について、最終的な変形、更には逆適合を提供する。電気接点の変形とターゲットパッドの適合は、それらが互いに押し込まれているため、同時に発生することができ、そのため、変形−適合を実現するために２つの裏打ち層の軟化温度又は溶融温度を選択することは、使用される電気接点及びターゲットパッドの幾何学的形状、特定、及び特定の設計に依存することができる。

本明細書では、基材は、電子装置又は材料の表面を意味するために広く使用される。接合される表面は、マイクロエレクトロニクスにおいて使用されるように、ダイ、ウェハ、基材などの表面とすることができる。基材は、半導体から構成されてもよいが、ガラス、プラスチック、及び他の多くの材料から構成されてもよい。「接合」とは、一体にすることを意味し、例えば、中間の接着剤、層、ハンダ、又は装置による永久的な接合を含むことができる。本明細書に記載の変形可能な導電性接点及び支持アンダーフィル材料は、接合される導体の多少の変動に耐えることができるコンプライアントダイ、ウェハ、基材、装置、及びパッケージアセンブリを提供すると共に、２つの表面又は基材間に一貫した電気経路を提供する。

変形可能接点は、ダイツーダイプロセス、ダイツーウェハプロセス、ダイツー基材プロセス、中間構造アセンブリなどのダイレベルプロセスで使用されることができる。変形可能接点はまた、ウェハレベルのプロセスで、又はウェハツーウェハボンディング中に使用されることもできる。したがって、本明細書に記載の技術は、ダイ又はウェハ上で実行されることができ、ダイレベル及びウェハレベルのプロセス中にダイ、ウェハ、基材などを接合することができる。「基材」は、本明細書において広く使用され、マイクロエレクトロニクス技術において使用される材料又は装置の任意の表面を指す。

接合される基材又は他の表面は、シリコン又は他の半導体、ＩＩＩ−Ｖ材料、ガラス、ポリマー、プラスチック、フェノール、エポキシ、ガラスエポキシ、印刷回路基板などから構成されることができる。接合される各表面は、第２の反対側の表面上の反対側の導電体と結合される導電体を有する。導電体は、集積回路のボンディングパッド、相互接続、接続ポイント、貫通シリコンビア、ポスト、バンプ、印刷回路、グリッドアレイ、又は接合中にある表面から他の表面に導電的に接続されることができる他の導電性エンティティとすることができる。

図４に示すように、例示的なアンダーフィル材料１２４（又は図１−図２の１２２も）は、複数の層などの構成要素の組み合わせを有することができ、又は異なる材料の混合物とすることができる。様々な実装では、少なくとも１つのアンダーフィル材料１２４は、第２の流動性（液体又は可鍛性）４０４のアンダーフィル材料１２４と共に第１の固体アンダーフィル材料４０２とすることができる。アンダーフィル材料１２４は、誘電体、例えば単一の固体誘電体又は単一の流動性誘電体とすることができる。あるいは、アンダーフィル材料１２４は、固体誘電体４０２及び流動性誘電体４０４の両方から構成されてもよい。あるいは更に、例示的なアンダーフィル材料１２４は、他の固体ポリマー４０２及び流動性ポリマー４０４の混合物又は多層の組み合わせであってもよい。実装では、アンダーフィル材料１２４は、固体又は流動性の熱可塑性ポリイミド（ＴＰＩ）である。

実装では、少なくとも１つのアンダーフィル材料１２４は、第１の基材１０６上に配置される。他の実装では、アンダーフィル材料１２４は、最初に代わりに第２の基材１１２上に配置されてもよい。更に他の実装形態では、アンダーフィル材料１２４は、第１の基材１０６が第２の基材１１２に接合される前に、第１の基材１０６及び第２の基材１１２の両方に配置されてもよい。上記で紹介したように、アンダーフィル材料１２４又はアンダーフィル材料１２４の組み合わせは、互いに一定の距離１２４で第１の基材１０６を第２の基材１１２に永久的に接合するために冷却又は固化されることができる。
例示的な変形可能な導電性接点

図５は、例示的な変形可能な導電性接点１０２及び対向するターゲット導電性パッド１１４を示している。適合可能なターゲット導電性パッド１１４の初期状態は、平坦として示されているが、凹状、凸状、リッジ状、又は環状（リング状）などの他の様々な設計とすることができる。更に、ターゲット導電性パッド１１４は、第２の基材１１２の表面と同一平面にあるか、又は第２の基材１１２から突出するか、又は第２の基材１１２内に凹んでいてもよい。

図５の図は、円錐台としての例示的な変形可能な導電性接点１０２の実装の断面を示している。しかしながら、変形可能な導電性接点１０２は、多くの異なる設計、スタイル、及び幾何学形状で実装されてもよい。例えば、変形可能接点１０２は、例えば、導電性材料の葉、板ばね、ばね、可撓性カップ、導電性材料の湾曲可能な指、湾曲部材、折り畳み部材、屈曲部材、３葉又は４葉のクローバー又はクローバー葉状の部材、ｖ字状部材、ウィングを有するｖ字状部材、ｕ字状部材、Ｌ字状部材、及びｙ字状部材、又は図５に示される円錐台として実装されることができる。

例示的な変形可能な導電性接点１０２は、電子産業で使用される多くの導電性材料から作製することができる。例示的な構成材料は、銅合金、銅、青銅、リン青銅、鋼、チタン、銀、銀タングステン、銀タングステンカーバイド、銅タングステン、銀グラファイト、銀タングステンカーバイドグラファイト、銀モリブデン、銀ニッケル、銅グラファイト、タンタル、導電性ポリマー、及び他の導電性材料を含む。

変形可能な導電性接点１０２は、ダイレベル及びウェハレベルのプロセス中に、ウェハ、チップ、ダイ、及び相互接続のより細かいレベルの組み立て、積み重ね、及びパッケージングにおいて、印刷回路基板を離散構成要素と接合するための比較的大きなサイズ、ミリメートルで測定される変形可能な導電性接点１０２、ファインピッチ回路用のミクロンサイズで測定される非常に小さな接点１０２、リード、及びトレースなど、多くの異なるサイズで実装されることができる。

図５に示すように、変形可能な接点１０２の厚さ５０２（縮尺どおりには示されていない）及び幾何学的形状、並びに使用される材料の特性、接合力の垂直方向からの傾斜５０４の角度、及びアンダーフィル材料１２４の固体層４０２の上の変形可能接点１０２の拡張可能部分の高さ５０６は、個々の変形可能接点１０２の適合性に必要な力を画定するように選択されることができる。したがって、基材１０６上の複数の接点１０２に存在する個々の変形可能接点１０２の数は、基材１０６を第２の基材１１２に接合するときに複数の変形可能接点１０２の適合性に必要な総接合力を決定する。
例示的な拭き取り及びボンディング機能

実装では、変形可能接点１０２の形状又は設計は、ターゲット導電性パッド１１４の表面に接触してそれを横切って相互作用し、導電性接点又は接合を提供することができる。例えば、パッド１１４を横切る変形可能接点１０２の拡張１２０又は開口変形、及び変形した電気接点１０２に対するパッド１１４の適合は、ターゲット導電性パッド１１４及び電気接点１０２に拭き取り動作を生じさせることができ、電気接点１０２とパッド１１４との間の導電性結合を強化する。

図６は、電気接点又は物理的性能を促進するための付属物などの１つ以上のウィング６０２も有する変形可能接点１０２の実装を示している。ウィング６０２は、圧縮中に変形可能接点１０２を整列状態に保つための安定化部材とすることができ、ターゲットパッド１１４との導電性表面積接触を増加するために追加される導電性部材とすることができ、上述した拭き取り効果を増加させる拭き取り部材とすることができる。変形可能接点１０２がウィング６０２を有するか否かにかかわらず、変形可能接点１０２は、接合動作の方向に１２０を圧縮、モーフィング、形状変化、又は変形することができ、ターゲットパッド１１４の拭き取り動作を実行するために接合動作の方向に対して垂直又は直交する１つ以上の方向に１２０を拡張する又は広げることができる。

変形可能接点１０２、ウィング６０２、又は他の拭き取り部材は、ターゲット導電性パッド１１４にわたってクリーニング又は掻き取り動作を実行し、ターゲットパッド１１４及びそれ自体からも非導電性膜又は酸化物層を取り除き、部材間により明確な金属間電気的接触を構成することができる。

加えられる接合圧力は、変形可能接点１０２又は関連する拭き取り部材、例えばウィング６０２をターゲットパッド１１４又は第２の導体に冷間溶接させることができる。変形可能接点１０２とターゲット導電性パッド１１４との間の金属間界面は、熱圧縮接合を形成するか、さもなければ変形可能接点１０２（又は拭き取り部材６０２）の第１の金属とターゲットパッド１１４の第２の金属との間に区別可能な境界のない金属間接合ゾーンを有する導電性結合になることができる。そのような金属拡散接合を形成するために、２つの基材１０６及び１１２は、変形可能接点１０２及びターゲットパッド１１４の導電性金属が界面における原子拡散によって互いに溶着するのに十分な圧力及び温度によって一体にされ、これは固体結晶接合ゾーンになる。

実装では、変形可能接点１０２は、接合中に高温で、又は超音波印加により、又は高温及び超音波印加の両方で、ターゲット導電性パッド１１４又は第２の導体にアニール又は焼結することができる。実装では、同じ高温及び超音波印加はまた、アンダーフィル材料１２４を硬化又は固化させて、２つの表面１０６及び１１２の間の接合を完了することもできる。

ウィング６０２の幾何学的形状は、ウィング６０２の表面積を増加させ、ターゲットパッド１１４と共に有する変形可能接点１０２単独の表面接触面積と比較して、ウィング６０２とターゲットパッド１１４との間の表面接触面積を増加させるように選択されることができる。ウィング６０２の増加した表面接触面積は、変形可能接点１０２の導電性ウィング幅を増加させ、変形可能接点１０２がターゲットパッド１１４に対して僅かにずれている場合であっても、変形可能接点１０２がターゲット導電性パッド１１４と接触することを可能にすることができる。
追加の実装及び特徴

図７は、変形可能接点１０２及びアンダーフィル材料１２４の追加の実装を示している。図７に示される実装は、必ずしも同じ基材１０６上で発生するわけではないが、状況によっては、実装の２つ以上が同じ基材１０６上で共に使用されることができる。

アンダーフィル材料１２４は、変形可能接点１０２の選択レベル７０２までの１つ以上の層を形成するように配置されることができる。初期充填レベル７０２までのアンダーフィル材料１２４によって提供される支持体は、変形可能接点１０２の変形可能性、圧縮性、展延性、又はばね性を決定することができる。

アンダーフィル材料１２４のリップ、カラー、又は傾斜７０４は、変形可能接点１０２の接触端縁まで先細にすることができる。ポリマー又は他のアンダーフィル材料１２４のこの傾斜７０４は、更に、変形可能接点１０２の圧縮性及び開放性を強化又は増強することができる。アンダーフィル材料１２４のリップ又は傾斜７０４は、基材上の複数の変形可能接点１０２にわたって必要な接合圧力の量を増加させ、複数を圧縮して広げて開くことができる。しかしながら、リップ又は傾斜７０４を有することにより、必要な接合圧力の量を増加させることの利点は、リップ又は傾斜７０４が存在する場合、より多くの力で各変形可能接点１０２が対応するターゲットパッド１１４を押圧するということである。これは、変形可能接点１０２の変形、圧縮、又は広がりが、導電性結合の品質を損なう可能性があるあまりにも少ない圧力で発生することを防ぐ。

酸化保護剤７０６が変形可能接点１０２の導電性接触面に添加されてもよい。酸化保護剤７０６は、どの金属、合金、又は他の導電性材料を使用して変形可能接点１０２を構成するかなど、変形可能接点１０２の構成に依存することができる。実装では、金、白金、又は他の貴金属又は不活性金属の薄層又は薄膜が、変形可能接点１０２及び／又はターゲットパッド１１４の接触面上に蒸着、めっき、又はスパッタリングされて、高品質の金属間接触又は熱圧着接合、及び導電性結合を確実にすることができる。

実装では、誘電体又は他のポリマーなどのアンダーフィル材料１２４は、変形可能接点１０２の上部７０８、接触端縁、又はウィング６０２の近くに最初に蒸着されてもよい。このシナリオでは、その最初の接合前の状態では、アンダーフィル材料１２４は、例えばウィング６０２の突出部の下にアンダーカットを有さない。この実装７０８では、アンダーフィル材料１２４は、例えば、結合圧力を形成するために導電性接点１０２の弾力性又は変形性をほとんど又は全く許容せずに、アンダーフィル材料１２４によって直接支持及び裏打ちされるターゲットパッド１１４に直接ウィング６０２の接触表面積を押圧することができる。しかしながら、流動性アンダーフィル材料１２４は、アンダーフィル材料１２４が接合力下で適合されると、変形可能接点１０２の一部がターゲットパッド１１４に関して他よりも短いか又は高い場合、個々の変形可能接点１０２がその後に個別に適合することができるように、少なくとも部分的に使用されることができる。換言すれば、第１の基材１０６と第２の基材１１２との間の空間は、アンダーフィル材料１２４で比較的いっぱいになり始めることができるが、アンダーフィル材料１２４が溶融又は流動するにつれて、個々の各変形可能接点１０２は、常に、アンダーフィル材料１２４のいくつかの支持により、各ターゲットパッド１１４としっかりと導電性接触することができる。

図８は、図７に示される変形可能接点１０２の各実装に追加されるハンダ８０２又は他の接合剤又は合金化剤の膜又は層を示している。ハンダ８０２は、高温、例えば１８３−３５０℃の範囲の温度で流動性とされ、各導電性結合における導電性接合部を固定することができる。ハンダ８０２を溶融するための高温は、アンダーフィル材料１２４を流動性にするために適用されるのと同じ温度範囲内であってもよい。実装では、冷却すると、接合されたパッケージ全体は、複数の変形可能接点１０２と複数の導電性ターゲットパッド１１４との間の固体的にハンダ付けされた導電性結合によって固体接合基材１０６及び１１２に硬化及び固化する。

図９は、電子組み立てプロセスにおいて導電性接点を構成するための変形可能接点９００の追加の例を示している。例示的な変形可能接点９００は、変形可能接点９００が多数の異なる形状を有することができることを示すために示されている。例示的な変形可能接点９００の示されたセットは、限定的又は排他的であることを意味するものではない。図９に示される例示的な変形可能接点９００の寸法は、形状及び機能の違いを示すために様式化されており、部分、寸法、又は特徴の規模を限定することを意味するものではない。

変形可能接点９００の示された例は、異なるサイズで実装されることができる。変形可能接点９００は、比較的大きくすることができ、又はミクロンスケールで実装されることができ、いくつかの寸法は、長さ、幅、深さ、高さ、又は直径が数ミクロンにすぎない。

平面図では、例示的な変形可能接点９０２は、線対称な２つの柔軟で変形可能な葉を有する。変形中に、２つの可撓性葉９０４は、例示的な変形可能接点９０２から異なる距離の範囲内とすることができるターゲット導体との適合導電接点を形成するために必要な様々な程度に曲げられて広げられることができる。単一の表面上の複数の変形可能接点９０２は、それぞれ異なる程度に広がって開放し、各導電性結合を形成することができる。

平面図では、他の例示的な変形可能接点９０６は、点対称な３つの柔軟で変形可能な葉を有する。変形中に、３つの可撓性葉９０８は、例示的な変形可能接点９０２から様々な距離とすることができ、また、３葉の変形可能接点９０６の各葉からの異なる距離とすることができるターゲット導体との適合導電接点を形成するために必要な様々な等しい又は等しくない程度まで互いに曲がって離隔されて広げられることができる。単一の表面上の複数の変形可能接点９０６は、それぞれ異なる程度及び異なる形状に広がって開放し、各導電性結合を形成することができる。

平面図では、他の例示的な変形可能接点９１０は、点対称であり、様々な線を横切る４つの柔軟で変形可能な葉を有する。変形中に、４つの可撓性葉９１２は、例示的な変形可能接点９１０から様々な距離とすることができ、また、４葉の変形可能接点９１０の各葉からの異なる距離とすることができるターゲット導体との適合導電接点を形成するために必要な様々な等しい又は等しくない程度まで互いに曲がって離隔されて広げられることができる。単一の表面上の複数の変形可能接点９１０は、それぞれ異なる程度及び異なる形状に広がって開放し、各導電性結合を形成することができる。

平面図では、他の例示的な変形可能接点９１４は、圧縮などの変形中に適合変形可能部材を提供するためのスリット、分割、又は鋸歯状の切頭円錐形状を有する。変形９１６中に、例示的な変形可能接点９１４は、柔軟に開き、部材が広がり、例示的な変形可能接点９１４から様々な距離とすることができるターゲット導体との適合導電接点を形成することができる。単一の表面上の複数の変形可能接点９１４は、それぞれ異なる程度に広がって開放し、各導電性結合を形成することができる。

平面図では、他の例示的な変形可能接点９１８は、中心点に関して対称的な浅い皿又はカップ形状を有する。変形９２０中に、例示的な変形可能接点９１８の皿又はカップ形状は、例示的な変形可能接点９１８から異なる距離の範囲内とすることができるターゲット導体との適合導電接触を形成するために必要な様々な程度に開いて拡大することができる。単一の表面上の複数の変形可能接点９１８は、それぞれ異なる程度に広がって開放し、各導電性結合を形成することができる。

例示的な変形可能接点９００の他の多くの形状及び寸法は、記載された主題の範囲内で実装されることができる。例えば、所与の例示的な変形可能接点９００はまた、更に上述するように、追加のウィング又は付属物を有してもよい。
例示的方法

図１０は、変形可能な電気接点及び適合可能なターゲットパッドによって２つの表面にわたって導電性接続を構成する例示的な方法１０００を示している。図１０のフロー図では、例示的な方法１０００の動作が個々のブロックで示されている。

ブロック１００２において、第１の表面上の複数の変形可能な電気接点が第２の表面上の複数の適合可能なパッドに押し込まれ、第１の表面と第２の表面との間に各電気的接続を構成する。

ブロック１００４において、各変形可能な電気接点は、各適合可能なパッドに対する圧力によって変形されるか又は変形形状にモーフィングされる。

ブロック１００６において、各適合可能なパッドは、次に、変形可能な電気接点の変形形状に適合し、比較的大きな表面積の導電性接点を構成する。

更に、ブロック１００８において、ブロック１００４における変形は、各適合パッドを変形可能な電気接点によって拭き取り、各適合パッドと変形可能な電気接点との間に新たな金属間接触を形成することを更に含むことができる。

更に、ブロック１０１０において、例示的な方法は、複数の変形可能な電気接点と複数の適合可能なパッドとの間の電気的接続をカプセル化し、空間に流し込み、第１の表面を第２の表面に固定するために、少なくとも複数の変形可能な電気接点又は複数の適合可能なパッドを裏打ちする誘電体を溶融、軟化、及び／又は流動化することを含むことができる。

明細書及び添付の特許請求の範囲において、「接続する（connect）」、「接続（connection）」、「接続された（connected）」、「接続して（in connection with）」及び「接続している（connecting）」という用語は、「直接接続している（in direct connection with）」又は「１つ以上の要素を介して、接続している（in connection with, via one or more elements）」ことを意味するために使用される。「結合（couple）」、「結合している（coupling）」、「結合された（coupled）」、「共に結合された（coupled together）」及び「結合された（coupled with）」という用語は、「共に直接結合される（directly coupled together）」又は「１つ以上の要素を介して共に結合される（coupled together via one or more elements）」ことを意味するために使用される。

本開示は、限定された数の実施形態に関して開示されているが、本開示の利益を有する当業者は、所与の説明で可能な多くの修正及び変形を理解するであろう。添付の特許請求の範囲は、本開示の真の趣旨及び範囲内に含まれるようなかかる修正及び変形を包含することが意図される。

Claims (18)

1. システムであって、
   第１の基材上の複数の接点であって、各接点は、Ｖ字状又はカップ状のプロファイルを有する、接点と、
   第２の基材上の複数の平面パッドであって、前記第２の基材の各平面パッドは、前記第１の基材上の対応する接点のＶ字状又はカップ状のプロファイルの開口端に面している、平面パッドと、
   前記複数の平面パッドの下にある圧縮性材料と、を備え、
   前記第１の基材が前記第２の基材に接合されたときに、各接点が、開口したＶ字状プロファイル又は開口したカップ状プロファイルへ拡がり、
   前記第１の基材が前記第２の基材に接合されたときに、各平面パッドが、対応する接点の開口したＶ字状プロファイル又は開口したカップ状プロファイルに適合し、適合パッドを生成し、各接点及び対応する適合パッドは、前記接点の金属と、対応する適合パッドとの間に金属間接合を生成するように構成されている、システム。
2. 各接点及び平面パッドに拭き取り面を更に備え、導電性結合中に各接点及び対応する各平面パッドが前記拭き取り面において互いにスライドするときに、前記拭き取り面は、酸化物層、緑青、又は不純物を除去又は置換しながら前記接点と前記適合パッドとの間に金属間界面を形成するように移動する、請求項１に記載のシステム。
3. 前記圧縮性材料が、対応する各平面パッドに対して各接点を変形させ、前記第１の基材の前記第２の基材への最も近い近接度を決定するために、前記第１の基材と前記第２の基材との間に少なくとも１つのアンダーフィル材料を備える、請求項１に記載のシステム。
4. 前記少なくとも１つのアンダーフィル材料が、第１の固体アンダーフィル材料及び第２の流動性アンダーフィル材料、流動性誘電体、固体誘電体及び流動性誘電体の両方、固体及び流動性ポリマーの混合物、及び熱可塑性ポリイミドからなる群から選択される、請求項３に記載のシステム。
5. 前記少なくとも１つのアンダーフィル材料が、前記第１の基材が前記第２の基材に接合される前に、前記第１の基材、前記第２の基材、又は前記第１の基材及び前記第２の基材の両方に配置され、
   前記少なくとも１つのアンダーフィル材料が、前記複数の平面パッドを前記複数の接点に適合させるように高温で流れ、
   前記少なくとも１つのアンダーフィル材料が、冷却又は固化して、前記第１の基材を前記第２の基材に永久的に接合する、請求項３に記載のシステム。
6. 少なくとも前記複数の接点を裏打ちするアンダーフィルの第１の層と、前記複数の平面パッドを裏打ちするアンダーフィルの第２の層とを更に備え、
   前記アンダーフィルの前記第１の層及び前記アンダーフィルの前記第２の層が、前記接点及び前記適合パッドの接合温度において、前記接点を前記平面パッドに圧縮し、前記平面パッドを前記適合パッドに変形するのに適した硬度を有し、
   前記アンダーフィルの前記第１の層及び前記アンダーフィルの前記第２の層が、前記結合された接点及び適合パッドをカプセル化し、前記アンダーフィルの第１の層と前記アンダーフィルの第２の層とを互いに接着し、前記第１の基材を前記第２の基材に永久的に固定するための接合温度よりも高い軟化温度又は融合温度を有する、請求項３に記載のシステム。
7. 前記アンダーフィルの第１の層のための第１の材料と、前記アンダーフィルの第２の層のための第２の材料又は同じ材料とを更に備え、前記第１の材料又は前記第２の材料が、前記第１及び第２の基材と前記第１及び第２のアンダーフィル層のｚ厚さの変動を吸収又は補償するために、前記アンダーフィルの前記第１の層及び前記アンダーフィルの前記第２の層における孔、間隙、及び空間、及び結合された接点及び適合パッドの周囲を充填するための軟化温度において流動性を有する、請求項６に記載のシステム。
8. 各接点の前記Ｖ字状プロファイル又は前記カップ状プロファイルは、前記複数の接点の各接点と、各々対応する平面パッド又は適合パッドとの間の近接度の変動についての適合性及び導電接触を提供する程度の変形可能性を有し、平面パッド又は適合パッドの各々が、前記対応する接点の変形可能性に適合することができる幾何学的形状を含む、請求項１に記載のシステム。
9. 前記対応する接点が、前記開口したＶ字状プロファイル又は前記開口したカップ状プロファイルに拡張したとき、各適合パッドは、前記適合パッドに面している前記対応する接点の全表面領域に亘って金属間接合を構成する、請求項１に記載のシステム。
10. 変形形状に変化して、第１の表面が第２の表面に近接したときに、前記第１の表面の第１の導体と前記第２の表面の第２の導体との間に導電性結合を構成することができる変形可能な電気接点であって、前記変形可能な電気接点は、Ｖ字状又はカップ状の断面を有する、電気接点と、
    前記導電性結合を構成するときに、前記第２の導体を横切って移動するように構成された前記変形可能な電気接点の拭き取り面であって、前記変形可能な電気接点は、前記第２の導体へ圧縮されたとき、拡張したＶ字状の断面又は拡張したカップ状の断面へ開口する、拭き取り面と、
    前記第１の導体の前記変形可能な電気接点の拡張したＶ字状の断面又は拡張したカップ状の断面に適合し、適合パッドを構成し、前記第１の導体と前記第２の導体との間に導電性結合を構成する、前記第２の導体のパッドと、を備える、装置。
11. 前記第１の表面と前記第２の表面との間の空間の少なくとも一部を充填する少なくとも１つのアンダーフィル材料の１つ以上の層を更に備え、
    前記少なくとも１つのアンダーフィル材料の１つ以上の層が、前記第２の導体を横切って移動するときに前記拭き取り面に支持力を提供するポリマー材料又は誘電体を更に備え、
    前記ポリマー材料又は前記誘電体が、前記拭き取り面の最大移動の程度を決定する、請求項１０に記載の装置。
12. 少なくとも１つのアンダーフィル材料の１つ以上の層の少なくとも１つの層が、前記変形可能な電気接点及び前記適合可能なパッドが電気的に結合する接合温度を超える温度において流動可能である、請求項１０に記載の装置。
13. 前記変形可能な電気接点が、接合の方向に変形する幾何学的形状を有し、前記接合の方向に対して垂直な１つ以上の方向に拡張し又は広がって開き、前記第２の導体の拭き取りを行う、請求項１０に記載の装置。
14. 前記拭き取り面が、前記導電性結合を構成しながら拭き取り動作中に前記変形可能な電気接点及び前記第２の導体上の非導電性膜を取り除くように構成されている、請求項１０に記載の装置。
15. 接合中の前記第１の表面と前記第２の表面との間の圧力が、前記変形可能な電気接点を前記適合パッドに溶接させ、前記変形可能な電気接点と、前記第２の導体の前記適合パッドとの間の溶接が、熱圧着接合、拡散接合、又は金属間接合を備える、請求項１０に記載の装置。
16. 前記変形可能な電気接点が、前記接合中に、高温で又は超音波の印加で、又は高温及び超音波の印加の両方で、前記第２の導体の前記適合パッドにアニール又は焼結することができる、請求項１０に記載の装置。
17. 少なくとも複数の前記変形可能な電気接点を裏打ちするアンダーフィルの第１の層と、複数のパッドを裏打ちするアンダーフィルの第２の層とを更に備え、
    前記アンダーフィルの第１の層及び前記アンダーフィルの第２の層が、前記変形可能な電気接点及び前記適合パッドの接合温度において前記パッドに前記変形可能な電気接点を変形させ且つ前記パッドを前記変形可能な電気接点及び前記適合パッドの変形形状に適合させるのに適した硬度を有し、
    前記アンダーフィルの前記第１の層及び前記アンダーフィルの前記第２の層が、前記結合された変形可能な電気接点及び前記適合パッドをカプセル化し且つ前記アンダーフィルの第１の層及び前記アンダーフィルの第２の層を互いに接着して前記第１の表面を前記第２の表面に永久的に固定するための前記接合温度よりも高い軟化温度又は融合温度を有する、請求項１０に記載の装置。
18. 前記対応する変形可能な電気接点が、前記開口したＶ字状断面又は前記開口したカップ状断面に拡張したとき、各適合パッドは、前記適合パッドに面している前記対応する変形可能な電気接点の全表面領域に亘って金属間接合を構成する、請求項１０に記載の装置。

Images