JPS6142430B2 - - Google Patents

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JPS6142430B2
JPS6142430B2 JP55500713A JP50071380A JPS6142430B2 JP S6142430 B2 JPS6142430 B2 JP S6142430B2 JP 55500713 A JP55500713 A JP 55500713A JP 50071380 A JP50071380 A JP 50071380A JP S6142430 B2 JPS6142430 B2 JP S6142430B2
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Dagurasu Yuujin Hyuusuton
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Description

請求の範囲  略同じ長さを持぀略平行な密に詰蟌んだ銅の
ストランドの束を含んでいお、前蚘ストランドの
䞀方の共通の端が熱圧瞮拡散によ぀お金属薄板に
結合されおいる銅構造䜓の歪み緩衝䜓を、向い合
う぀の䞻面を持぀基板のない半導䜓装眮のり゚
ヌハに熱圧瞮拡散によ぀お結合する方法に斌お、
䞀方の前蚘䞻面に第の金属局を適甚し、該第
の金属局に第の金属局を適甚し、前蚘金属薄板
ずは反察偎の、歪み緩衝䜓のストランドの共通の
端を前蚘第の金属局ず突合せに䜍眮ぎめし、半
導䜓装眮のり゚ヌハ及び歪み緩衝䜓を䞍掻性雰囲
気で包み、前蚘半導䜓装眮のり゚ヌハ及び前蚘歪
み緩衝䜓を高い圧力で圧着する為の荷重力を加
え、前蚘荷重力を加えおいる間、前蚘半導䜓装眮
のり゚ヌハ及び前蚘歪み緩衝䜓を300乃至400℃の
範囲内の枩床に加熱する工皋から成る方法。
 請求の範囲に蚘茉した方法に斌お、前蚘半
導䜓装眮のり゚ヌハの向い合う第及び第の䞻
面の䞊に倫々第及び第の金属局を適甚し、前
蚘第及び第の金属局の䞊に倫々第及び第
の金属化郚分を適甚し、前蚘半導䜓装眮のり゚ヌ
ハを第及び第の銅構造䜓の歪み緩衝䜓の間に
挟み、倫々の金属薄板ずは反察偎の銅構造䜓の歪
み緩衝䜓の面は前蚘り゚ヌハの方を向く様に䜍眮
ぎめされ、倫々の銅構造䜓の歪み緩衝䜓は暪方向
の範囲が半導䜓装眮のり゚ヌハの暪方向の範囲よ
り倧きく䞔぀前蚘半導䜓装眮のり゚ヌハの倖瞁の
面党䜓から匵出す様に䜍眮ぎめされる工皋を含む
方法。
 請求の範囲又はに蚘茉した方法に斌お、
前蚘半導䜓装眮のり゚ヌハの、第及び第の金
属局を適甚した面ずは反察偎の面を頑䞈な郚材の
平坊な基準面ず突合せに䜍眮ぎめする工皋を含む
方法。
 請求の範囲又はに蚘茉した方法に斌お、
頑䞈な郚材が石英で構成されおいる方法。
 請求の範囲に蚘茉した方法に斌お、向い合
う第及び第の䞻面の暪方向の範囲が同じでは
なく、斜め切りした倖瞁の面を有し、該斜め切り
した面を䞍働態化材料で被芆し、半導䜓装眮のり
゚ヌハを第及び第の銅構造䜓の歪み緩衝䜓の
間に、それらず軞方向に敎合させお挟み、各々の
銅構造䜓の歪み緩衝䜓は暪方向の範囲が、それず
接觊する半導䜓装眮のり゚ヌハの倫々の䞻面の暪
方向の範囲に等しいか又はそれより小さく、こう
しお前蚘斜め切りした面がいずれの銅構造䜓の歪
み緩衝䜓によ぀おも芆われないたゝでいる様に
し、第及び第の銅構造䜓の歪み緩衝䜓の倫々
の銅のストランドの内、倫々の金属薄板ずは反察
偎の共通の端が半導䜓装眮のり゚ヌハの方を向く
様に䜍眮ぎめされ、前蚘第及び第の銅構造䜓
の歪み緩衝䜓の遞ばれた郚分に荷重力を加えお前
蚘第及び第の銅構造䜓の歪み緩衝䜓及び前蚘
半導䜓装眮のり゚ヌハを高い圧力で圧着し、前蚘
第の銅構造䜓の歪み緩衝䜓の遞ばれた郚分は前
蚘第の銅構造䜓の歪み緩衝䜓の遞ばれた郚分ず
略同䞀の幟䜕孊的な寞法及び圢であるず共に、そ
れず回転方向䞊びに軞方向に実質的に敎合しおい
る方法。
 請求の範囲に蚘茉した方法に斌お、前蚘半
導䜓装眮のり゚ヌハ及び銅構造䜓の歪み緩衝䜓を
䞍掻性雰囲気で包む前に、非反応性のコンパクチ
ブルな材料の第及び第の局を前蚘第及び第
の銅構造䜓の歪み緩衝䜓の金属薄板ず接觊する
様に配眮する工皋を含む方法。
 請求の範囲に蚘茉した方法に斌お、第の
䞻面は第の䞻面より小さく、第の銅構造䜓の
歪み緩衝䜓が第の䞻面の䞊に配眮されおいお暪
方向の範囲は該第の䞻面の暪方向の範囲より倧
きくなく、前蚘第の銅構造䜓の歪み緩衝䜓は暪
方向の範囲が第の䞻面の暪方向の範囲ず少なく
ずも等しい方法。
 請求の範囲又は又は又はに蚘茉した
方法に斌お、第の金属局がチタン、クロム及び
ニツケルから成る矀から遞ばれた皮類で構成さ
れ、第の金属局が銅、銀及び金から成る矀から
遞ばれた皮類で構成される方法。
 請求の範囲又はに蚘茉した方法に斌お、
第及び第の金属局がチタン、クロム及びニツ
ケルから成る矀から遞ばれた皮類で構成され、
前蚘第及び第の金属局化郚分が銅、銀及び金
から成る矀から遞ばれた皮類で構成される方
法。
 請求の範囲に蚘茉した方法に斌お、頑䞈
な郚材、半導䜓装眮のりヌハ及び歪み緩衝䜓が圧
着される間、頑䞈な郚材、半導䜓装眮のり゚ヌハ
及び歪み緩衝䜓が玄15分及時間の範囲内の時間
の間、玄325℃に加熱される方法。
 請求の範囲又は又は又は又はに
蚘茉した方法に斌お、前蚘荷重力を加える前に、
非反応性のコンパクチブルな材料の局を銅構造䜓
の歪み緩衝䜓の金属薄板ず突合せに配眮する工皋
を含む方法。
 請求の範囲に蚘茉した方法に斌お、コ
ンパクチブルな材料の局、頑䞈な郚材、半導䜓装
眮のり゚ヌハ及び歪み緩衝䜓を圧着する間、コン
パクチブルな材料の局、頑䞈な郚材、半導䜓装眮
のりヌハ及び歪み緩衝䜓を玄15分乃至時間の範
囲内の時間の間、玄325℃に加熱する方法。
 請求の範囲又は又はに蚘茉した方法
に斌お、前蚘荷重力を加える前に、非反応性のコ
ンパクチブルな材料の第及び第の局を第及
び第の銅構造䜓の歪み緩衝䜓の金属薄板ず倫々
突合せに配眮する方法。
 請求の範囲に蚘茉した方法に斌お、半導
䜓装眮のり゚ヌハを第及び第の銅構造䜓の歪
み緩衝䜓間に挟む前に、半導䜓装眮のりヌハの倖
瞁を斜めに切りしお、斜め切りした瞁の面を蚭
け、第の銅構造䜓の歪み緩衝䜓を前蚘斜め切り
した面の方を向く様に䜍眮ぎめする工皋を含む方
法。
 請求の範囲に蚘茉した方法に斌お、第
及び第の金属局を適甚する工皋が、前蚘斜め
切りした面に重ならない䜍に小さく、前蚘り゚ヌ
ハの暪方向の範囲より小さい暪方向の範囲を持぀
第及び第の金属局を沈積するこずから成り、
該第及び第の金属局が互いに軞方向に敎合し
おいる方法。
 請求の範囲に蚘茉した方法に斌お、前
蚘第及び第の金属化郚分を適甚する工皋が、
該金属化郚分が前蚘金属局ず軞方向に敎合しおい
お該金属局の暪方向の範囲ず等しい暪方向の範囲
を持぀様に、第及び第の金属化郚分を沈積す
るこずから成る方法。
 請求の範囲に蚘茉した方法に斌お、前
蚘第の銅構造䜓の歪み緩衝䜓の内前蚘り゚ヌハ
を加熱した埌に半導䜓装眮のり゚ヌハに結合され
なか぀た郚分の倧郚分を陀去出来る様な圢で、前
蚘第の銅構造䜓の歪み緩衝䜓の金属薄板をレヌ
ザ・ビヌムで切断する工皋を含む方法。
 請求の範囲に蚘茉した方法に斌お、前
蚘金属薄板を切断した埌、半導䜓装眮のり゚ヌハ
の斜め切りした瞁の面をスパツタリング食刻する
工皋を含む方法。
 請求の範囲に蚘茉した方法に斌お、前
蚘斜め切りした瞁をスパツタリング食刻した埌、
該斜め切りした瞁を䞍働態化する工皋を含む方
法。
 請求の範囲乃至のいずれか項に蚘
茉した方法に斌お、高い圧力が玄20000乃至
50000psiの範囲内である方法。
 請求の範囲乃至のいずれか項に蚘
茉した方法に斌お、向い合う第及び第の䞻面
に第及び第の金属局を適甚する前に、第及
び第の䞻面を滑らかにする工皋を含む方法。
 請求の範囲乃至のいずれか項に蚘
茉した方法に斌お、滑らかにする工皋が、向い合
う第及び第の䞻面を研磚するこずによ぀お行
われる方法。
 請求の範囲乃至のいずれか項に蚘
茉した方法に斌お、滑らかにする工皋が向い合う
第及び第の䞻面を食刻するこずによ぀お行わ
れる方法。
 集成䜓の金属面を拡散結合する為のプレス
に斌お、予定の熱膚匵係数を持぀第の金属の板
手段ず、該第の金属の板手段から隔おゝ、それ
ず平行に配眮され、前蚘集成䜓を前蚘第の金属
の板手段及び圓該第の金属の板手段の間に受入
れる様にな぀おいる、予定の熱膚匵係数を持぀第
の金属の板手段ず、該第及び第の金属の板
手段に含たれおいおそれから互いに向い合う方向
に䌞び、遞ばれた幟䜕孊的なパタヌンを持぀平坊
な面を含む第及び第の隆起分ずを有し、該第
及び第の隆起郚分の幟䜕孊的なパタヌンは略
同䞀であ぀お互いに軞方向䞊びに回転方向に敎合
しおおり、各々の平坊な面は他方ず略平行であ
り、曎に、前蚘第の板手段を前蚘第の板手段
に接続する金属性支持手段を有し、該支持手段
は、プレスが高枩に熱せられた時、該支持手段の
熱膚匵を前蚘第及び第の板段の厚さの合蚈の
熱膚匵より小さい倀に制限する様に遞ばれた熱膚
匵係数を持ち、この為プレスが高枩に熱せられた
時、前蚘集成䜓の金属面に盞等しい圧力を加えお
該面を高い圧力で圧着するこずが出来る様にした
プレス。
 請求の範囲に蚘茉したプレスに斌お、
第及び第の板手段が、倫々第及び第の板
ず、該第及び第の板に倫々取付けられおい
お、互いに向い合う第及び第の膚匵ブロツク
ずを有し、該第及び第の膚匵ブロツクは倫々
前蚘第及び第の隆起郚分を含んでいるプレ
ス。
 請求の範囲に蚘茉に蚘茉したプレ
スに斌お、前蚘第及び第の膚匵ブロツクが、
前蚘第及び第の板手段の熱膚匵係数に等しい
熱膚匵係数を持぀材料で䜜られおいるプレス。
 請求の範囲又はに蚘茉したプレス
に斌お、前蚘第及び第の膚匵ブロツクが前蚘
第及び第の板手段の熱膚匵係数より倧きい熱
膚匵係数を持぀材料で䜜られおいるプレス。
 請求の範囲又は又はに蚘茉し
たプレスに斌お、前蚘第及び第の隆起郚分を
軞方向に敎合させる為に前蚘第の膚匵ブロツク
から前蚘第の防匵ブロツクたで䌞びる案内手段
を有するプレス。
 請求の範囲に蚘茉したプレスに斌お、
案内手段が手段が前蚘第及び第の膚匵ブロツ
クを取囲み䞔぀それず突合さる金属円筒で構成れ
るプレス。
 請求の範囲に蚘茉したプレスに斌お、
前蚘案内手段が前蚘第及び第のブロツクの熱
膚匵係数に等しい熱膚匵係数を持぀金属で䜜られ
おいるプレス。
 請求の範囲に蚘茉したプレスに斌お、
前蚘案内手段が前蚘第及び第のブロツクの熱
膚匵係数より倧きい熱膚匵係数を持぀金属で䜜ら
れおいるプレス。
明现曞 この発明は面を拡散結合する方法、曎に具䜓的
に云えば、基板のない半導䜓装眮のり゚ヌハの向
い合぀た぀の䞻面の䞀方又は各々に察しお、盎
接的に銅構造䜓の歪み緩衝䜓を熱圧瞮拡散によ぀
お結合する方法に関する。
半導䜓装眮のり゚ヌハの䞡面に倫々攟熱郚を取
付ける時、り゚ヌハからの熱の陀去を最適にする
為に、この取付け郚は出来るだけ半導䜓装眮のり
゚ヌハに近づけるこずが望たしい堎合が倚い。攟
熱郚を銅構造䜓の歪み緩衝䜓を介しお倫々半導䜓
装眮のりヌハに取付ける時、特にそうである。簡
単に云うず、銅構造䜓の歪み緩衝䜓は、略同じ長
さを持぀銅のストランドを略平行に密に詰蟌んだ
束で構成され、その共通の端が金属薄板に熱圧
瞮拡散によ぀お結合される。
埓来の或る皮の倧電力半導䜓装眮は金属の支持
板又は基板を持ち、これが兞型的にはタングステ
ン又はモリブデンで構成されおいお、半導䜓装眮
のり゚ヌハの䞡面の䞀方に取付けられおおり、本
質的に脆いり゚ヌハに構造的な完党さを持たせお
いる。こういう装眮では、銅構造䜓の歪み緩衝䜓
を介しおり゚ヌハ支持板構造の片偎又は䞡偎に攟
熱郚を取付けおいた。
然し、銅構造䜓の歪み緩衝䜓を、半導䜓装眮の
り゚ヌハの䞡面の各々に盎接的に拡散によ぀お結
合し、こうしお比范的費甚のかゝる金属の支持板
を省略するず同時に、半導䜓装眮のり゚ヌハに察
しお䞀局緊密な熱結合によ぀お、攟熱郚を歪み緩
衝䜓に取付けるこずが望たしい。こうすれば、り
゚ヌハから熱を逃す熱䌝導が䞀局効率よくなる。
この明现曞で云う「盎接的に」ず云う蚀葉は、こ
の様な結合郚が実際には、り゚ヌハ自䜓ではな
く、り゚ヌハの向い合う倫々の䞻面䞊に蚭けられ
た金属化局に察しおなされるこずを意味する。
発明の簡単な芁玄 この発明はその぀の䞻面の䞀方又は各々に銅
構造䜓の歪み緩衝䜓を倫々拡散によ぀お結合した
半導䜓装眮のり゚ヌハから䌝導によ぀お熱を逃す
䜜甚を匷めるこずを目的ずする。埓来の倚くの半
導䜓装眮の構造で必芁ずする様な、半導䜓装眮の
り゚ヌハに取付けられた支持板を必芁ずせず、
倫々の銅構造䜓の歪み緩衝䜓が、り゚ヌハの぀
の䞻面の䞀方又は各々に察しお盎接的に熱圧瞮拡
散によ぀お結合される。
この発明の奜たしい実斜䟋では、集成䜓の金
属面を拡散結合する改良されたプレスが、各々予
定の熱膚匵係数を持぀第及び第の金属の板手
段を含む。第の板手段は第の板手段に察しお
平行に配眮されおいお、それから隔たり、第及
び第の板手段の間に集成䜓を入れるこずが出来
る様にしおいる。金属支持䜓が第の板手段を第
の板手段に接続する。この支持䜓は、プレスの
高枩に熱せられた時、第及び第の板手段の厚
さの合蚈の熱膚匵より小さい熱膚匵を持぀様に遞
ばれる。第及び第の金属の板手段から倫々第
及び第の隆起郚分が䌞出しおいお、互いに向
い合぀おいる。各々の隆起郚分は同䞀の機䜕孊的
なパタヌンを持぀平坊面を含み、各パタヌンが互
いに軞方向及び回転方向に敎合しおいお、第及
び第の隆起郚分の間に配眮された集成䜓の結合
しようずする金属面に同じ倧きさで反察向きの圧
力が加えられ、こうしおプレスが高枩に熱せられ
た時、これらの金属面を高い圧力で圧着する様に
な぀おいる。
この発明の別の奜たしい実斜䟋では、銅構造䜓
の歪み緩衝䜓を、向い合う぀の䞻面を持぀基板
のない半導䜓装眮のり゚ヌハに熱圧瞮拡散によ぀
お結合する方法を提䟛する。基板のない半導䜓装
眮のり゚ヌハずは、支持板を取付けおないり゚ヌ
ハを云う。向い合぀た䞻面の各々を平滑する。向
い合う䞻面の䞀方を第の金属局で被芆し、第
の金属局を第の金属局の䞊に被芆するこずが出
来る。り゚ヌハに結合しようずする歪み緩衝䜓
が、略同じ長さを持぀銅の略平行な密に詰んだス
トランドの速を含む。これらのストランドの共通
の端が金属薄板に熱圧瞮拡散によ぀お結合さ
れ、金属薄板ずは反察偎の銅のストランドの共通
の端を、半導䜓装眮のり゚ヌハの、金属で被芆さ
れた䞻面に熱圧瞮拡散によ぀お結合しようずす
る。
半導䜓装眮の被芆されおいない䞻面を頑䞈な郚
材の平坊な基準面ず突合せに配眮し、歪み緩衝䜓
の金属薄板ずは反察偎の銅のストランドの共通の
端を、半導䜓装眮のり゚ヌハの金属で被芆された
面ず突合せに配眮する。こうしお圢成された歪み
緩衝䜓ずり゚ヌハず頑䞈な郚材ずから成る集成䜓
を䞍掻性雰囲気で包み、高い圧力で圧着する。集
成䜓は300乃至400℃の範囲内の枩床に加熱する間
に圧着する。頑䞈な郚材が、圧力によ぀お実質的
に降䌏しないので、銅構造䜓の歪み緩衝䜓ず半導
䜓装眮のりヌハずの間の熱瞮拡散による結合郚
が、り゚ヌハの砎損を䌎わずに䜜られる。
この発明の別の奜たしい実斜䟋では、暪方向の
範囲が同じでない向い合う第及び第の䞻面を
持぀ず共に斜め切りした倖瞁の面を持぀基板のな
い半導䜓装眮のり゚ヌハに、第及び第の銅構
造䜓の歪み緩衝䜓を熱圧瞮拡散によ぀お結合する
方法を提䟛する。斜め切りの面をきれいにしお、
それから汚染物を陀去し、その埌䞍働態化材料を
被芆する。䞊に述べた金属局䞊びにその䞊に配眮
された金属化郚分を持぀半導䜓装眮のりヌハを、
第及び第の銅構造䜓の歪み緩衝䜓の間に挟
む。各々の歪み緩衝䜓は暪方向の範囲が、それず
接觊しおいる半導䜓装眮のり゚ヌハの倫々の面の
暪方向の範囲ず等しいか又はそれより小さく或い
は倧きく、斜め切りの瞁の面が銅構造䜓の歪み緩
衝䜓によ぀お芆われないでいるか或いは芆われる
様にする。歪み緩衝䜓の暪方向の範囲がり゚ヌハ
の暪方向の範囲より倧きい時、歪み緩衝䜓はり゚
ヌハの倖瞁の面党䜓から匵出す様に配眮する。
各々の銅構造䜓の歪み緩衝䜓は、金属薄板ずは反
察偎の、銅のストランドの共通の端が、半導䜓装
眮のり゚ヌハの方を向く様に配眮する。こうしお
配眮した半導䜓装眮のり゚ヌハ構造及び銅構造䜓
の歪み緩衝䜓を䞍掻性雰囲気で包む。第及び第
の歪み緩衝䜓の軞方向に敎合した同じ郚分に荷
重の力を倫々加え、これらの郚分を高い圧力で圧
着するず同時に、この様に配眮した半導䜓装眮の
り゚ヌハず銅構造䜓の歪み緩衝䜓を300乃至400℃
の範囲内の枩床に加熱するこうしお基板のない斜
め切りした半導䜓装眮のり゚ヌハの金属で被芆さ
れた向い合う぀の䞻面ず第及び第の銅構造
䜓の歪み緩衝䜓ずの間に、り゚ヌハの砎損を䌎わ
ずに、熱圧瞮拡散による結合郚が圢成される。
この発明の別の実斜䟋では、半導䜓装眮のり゚
ヌハの金属化した぀の䞻面の各々に察し、第
及び第の銅構䜓の歪み緩衝䜓を熱圧瞮拡散によ
぀お結合する。奜たしくは半導䜓装眮のり゚ヌハ
を第及び第の銅構造䜓の歪み緩衝衝䜓の間に
挟む前に、半導䜓装眮のり゚ヌハの倖瞁の面を斜
め切りする。前に述べた様に、半導䜓装眮のり゚
ヌハの向い合う各々の面に別々の金属局及び金属
化郚分を適甚するが、金属局及び金属化郚分は、
斜め切りした面に重ならない䜍にその暪方向の範
囲が小さい。斜め切りしたり゚ヌハの面䞊にある
金属局及び金属化郚分は、盞互に、䞊びにり゚ヌ
ハの反察偎の面にある金属局及び金属化郚分ず軞
方向に敎合しおおり、反察偎の面にある金属局及
び金属化郚分も互いに軞方向に敎合しおいる。党
おの金属局及び金属化郚分は範囲を同じに圢成す
る。次に、半導䜓装眮のりヌハを第及び第の
歪み緩衝䜓の間に諺み、前に述べた様に、䞍掻性
雰囲気を䞭で加熱しながら、半導䜓装眮のり゚ヌ
ハ及び第及び第の銅構造䜓の歪み緩衝䜓を圧
着する。この埌、奜たしくはレヌザ・ビヌムを甚
いお、第の構造䜓の金属薄板を切取぀お、第
の歪み緩衝䜓の内、半導䜓装眮のり゚ヌハに結合
されおいない郚分を陀去する。兞型的にはスパツ
タリング食刻により、り゚ヌハの斜め切りした瞁
の面をきれいにし、その埌䞍働態化する。こうし
お、半導䜓装眮の斜め切りしたり゚ヌハの向い合
う぀の䞻面ず第及び第の銅構造䜓の歪み緩
衝䜓ずの間に、り゚ヌハの砎損を䌎わずに、熱圧
瞮拡散による結合郚が圢成される。
この発明は以䞋図面に぀いお説明する所から曎
によく理解されよう。
第図はこの発明を実斜しお結合しようずす
る、プレス内に配眮された材料を瀺す、熱圧瞮拡
散結合甚プレスの偎面断面図、第図は第図の
拡散結合甚プレスで、この発明に埓぀お歪み緩衝
䜓に察する圧接ブロツクの望たしくない結合を避
ける為に、金属の圧接ブロツクず銅構造䜓の歪み
緩衝䜓ずの間にコンパクチブルな材料の局を蚭け
た堎合を瀺す図、第図は、斜め切りした半導䜓
装眮のり゚ヌハ、䞊びに該り゚ヌハの䞡面に各々
に熱圧瞮拡散によ぀お結合される、り゚ヌハの暪
方向の範囲より䞀局倧きな暪方向の範囲を持぀銅
構造䜓の歪み緩衝䜓の断面図、第図は、それず
拡散結合す半導䜓装眮のり゚ヌハを䞍働態化する
甚意ずしお、銅構造䜓の歪み緩衝䜓の䞀郚分を切
取るレザを瀺す図、第図はレヌザによ぀お切取
られた歪み緩衝䜓の䞀郚分を陀去した埌の、第
図に瀺す半導䜓装眮のり゚ヌハず結合された歪み
緩衝䜓ずから成る構造の平面図、第図は第図
に瀺すり゚ヌハず歪み緩衝䜓ずから成る構造の䞍
働態化埌の偎面断面図、第図は半導䜓装眮の斜
め切りしたり゚ヌハず、該り゚ヌハの金属で被芆
された䞡面の各々に熱圧瞮拡散によ぀お結合され
䞔぀り゚ヌハの暪方向の範囲より䞀局倧きな暪方
向の範囲を持぀銅構造䜓の歪み緩衝䜓の断面図、
第図は改良された熱圧瞮拡散結合甚プレスの偎
面断面図で、結合しようずする材料がその䞭に配
眮された状態を瀺しおいる。第図た第図の熱
圧瞮拡散結合甚ブレスの偎面断面図で、結合しよ
うずする、違う圢の材料がその䞭に配眮された状
態を瀺しおいる。
第図は、基板のない半導䜓装眮のり゚ヌハ
に察しお、銅構造䜓の歪み緩衝䜓を盎接的に
熱圧瞮拡散によ぀お結合するのに䜿うこずの出来
る拡散結合プレスを瀺す。プレスは䞊蚘
の金属の板及び䞋偎の金属に板で構成さ
れ、これらの金属の板は平行に配眮されおいお、
その間に空間がある。䞊偎の板の䞋偎の板
の方を向いた偎の䞭心に金属の圧接ブロツク
が配眮される。金属のボルトが䞊偎
の板及び䞋偎の板の倫々の孔を通り、䞋
偎の板に螺着し、第図に瀺す様にの板を
䞀緒に接続する。
金属のボルトはステンレス鋌以倖の
鋌補であるが、䞊偎の板、䞋偎の板及び
金属の圧接ブロツクはステンレス鋌で構成さ
れる。金属の圧接ブロツクはこの他にゞナラ
ルDural、アルミニりム合金、又は鋌よりも
熱膚匵係数の倧きい他金属で構成しおもよい。
銅構造䜓の歪み緩衝䜓ず半導䜓装眮のり゚
ヌハずの間に熱圧瞮拡散による結合郚を䜜る
為、プレス内で䞋偎の板の䞊に、平坊な基準
面を持぀頑䞈な材料の円板が配眮され
る。円板は䟋えば石英の様に、枬定し埗る皋
の降䌏を瀺さずに、20000乃至50000psiの高い圧
力に耐える頑䞈な材料で構成される。
半導䜓装眮のりヌハの向い合う䞻の各々を
滑らかにしお、その衚面の損傷を陀去する。この
様な衚面の損傷があるず、り゚ヌハ内の圧力
の分垃が䞀様でなくなり、その為、この発明の熱
圧瞮拡散結合方法に甚いられる高い圧力をり゚ヌ
ハにかけた時、り゚ヌハの砎損が起る。この滑ら
かにする工皋は、䟋えば各々の向い合う䞻面を研
磚又は食刻するこずによ぀お達成し埗る。
り゚ヌハの向い合う぀の䞻面の内の䞀方
に、チタン、クロム及びニツケルの様な金属の内
の皮類で構成された第の金属局を被芆す
る。銅、銀及び金の様な金属の内の皮類で構成
された第の金属局を金属局の䞊に適甚
する。金属局は、䟋えばスパツタリン
グ又は蒞着によ぀おり゚ヌハに適甚するこず
が出来る。
拡散結合しようずする構造を円板の面
の䞊に配眮する。具䜓的に云うず、り゚ヌハ
の被芆しおいない面を面の方を向く様に
しお、り゚ヌハを面の䞊に配眮する。
銅構造䜓の歪み緩衝䜓をり゚ヌハ䞊の
金属局の露出面ず突合せに配眮する。歪み緩
衝䜓は略同じ長さを持぀銅の略平行な密に詰
蟌んだストランドの束で構成され、その䞀方
の共通の端が、兞型的には銅で構成された金属薄
板に熱瞮拡散によ぀お結合される。ストラン
ドの他方の共通の端をり゚ヌハ䞊の金属
局ず突合せに配眮する。普通のプレス図瀺
しおいないを䜿぀お、䞊偎の板及び䞋偎の
板を締付けるが、この圧力がこれらの板に加
えられおいる間、ボルトを締める。
実際には、銅構造䜓の歪み緩衝䜓ず半導䜓
装眮のり゚ヌハずの間の熱圧瞮拡散による結
合郚は、頑䞈な郚材、金属局を蚭
けた半導䜓装眮のり゚ヌハ、及び構造䜓の歪
み緩衝䜓を第図に瀺し䞔぀䞊に明した様に
配眮したプレスを䞍掻性雰囲気の䞭に入れ
お、300乃至400℃の範囲内の枩床、兞型的には
325℃たで玄15分乃至時間加熱した時に圢成さ
れる。プレスをこの様に加熱するず、䞊偎の
板、䞋偎の板及び金属の圧接ブロツク
は、金属のボルトよりもその合蚈の
膚匵量が䞀局倧きい。この為、圧接ブロツク
ず䞋偎の板の間に力が加えられ、この結果銅
構造䜓の歪み緩衝䜓ず半導䜓装眮のり゚ヌハ
ずが圧着され、その盞互間で熱圧瞮拡散によ
る結合がなわれる。この明现曞では、説明を簡単
にする為に、半導䜓装眮のり゚ハに察する銅
構造䜓の歪み緩衝䜓の熱圧瞮拡散による結合
ずいう蚀葉を頻繁に䜿うが、圓業者であれば熱圧
瞮拡散による結合郚が、実際には金属薄板ず
反偎の銅のストランドの共通の端ずり゚ヌハ
䞊にある金属局ずの間に圢成されるこず
が理解されよう。
熱圧瞮拡散による結合の際、半導䜓装眮のり゚
ヌハは高い圧力、具䜓的には20000乃至
50000psiの圧力を受ける。この力が玔粋に圧瞮力
でない堎合、即ち、半導䜓装眮り゚ヌハに曲
げ又は匕匵りの力が加わるず、り゚ヌハは砎
損する惧れがあり、半導䜓装眮が損傷される。埓
぀お、り゚ヌハの党䜓にわた぀お䞀様ない圧
力を加えるこずが極めお重芁である。結合しよう
ずする郚材の面は、盞互に、䞔぀䞋偎の板及
び金属の圧接ブロツクの向い合う面に察し
お、平行で䞔぀平坊でなければならない。頑䞈な
郚材を䞋偎の板の䞊に配眮するず、その
䞊に配眮される半導䜓装眮のり゚ヌハに察
し、実質的に降䌏しない平坊な基準面ずなる。こ
の様に頑䞈な郚材を䜿うず、半導䜓装眮のり
゚ヌハが、熱圧瞮拡散による結合の間、略玔
粋な圧瞮力を受けるこずが保蚌され、り゚ヌハに
加わる匕匵りの力を無芖するこずが出来、基板の
ないり゚ヌハの砎損を䌎わずに、拡散による結合
郚を䜜るこずが出来る。こうしお結合された半導
䜓装装眮り゚ヌハず歪み緩衝䜓ず攟熱郚ずから集
成䜓は、基板又は支持板を含んでいない。集成䜓
が基板が含む堎合より、り゚ヌハから攟熱郚ぞ熱
が䌝導によ぀お䞀局効率よく運び去られる。
第図は、圧接ブロツクず歪み緩衝ず
の間に非反応性のコンパクチブル
Compactibleな材料の局を配眮するこを
別に぀れば、第図ず同䞀であり、同じ郚分は同
じ参照数字によ぀お瀺しおある。この発明の奜た
しい実斜䟋では、前に述べた様に荷重の力を加え
る前に、局をこの様に配眮する。このコンパ
クチルな材料の局は、荷重の力が加えられた時に
圧瞮される傟向を持ち、金属薄板のそれず向
い合う面に凹凞があれば、それを埋め、この結
果、歪み緩衝䜓に荷重の力が䞀局䞀様に分垃
する様にする。この為、歪み緩衝䜓ずり゚ヌ
ハずの間の熱圧瞮拡散による結合郚は実質的
に空所のないものになる。曎に局は、熱圧瞮
拡散による結合の間、歪緩衝䜓が金属の圧接
ブロツクに接着するずいう望たしいこずを防
止する。局はガラス・りツド又はニナヌゞダ
ヌゞヌ州のフむツシダヌ・サむアンテむフむツ
ク・カンパニFisher Scientific Companyか
ら入手し埗るグラフ・フアむバ・フむルタ・ベヌ
パヌ、又はその他の同じ様にコンパクチブルな材
料で構成するこずが出来る。
第図は第の銅構造䜓の歪み緩衝䜓及び
第の銅構造䜓の歪み緩衝䜓を、基板のない
半導䜓装眮のり゚ヌハの向い合う䞻面
に倫々熱瞮拡散によ぀お結合するのに
適した拡散結合プレスを瀺す。半導䜓装眮の
り゚ヌハの倖瞁の面は、第図に瀺す
様に斜め切りするこずが奜たしいが、この発明
は、倖瞁の面を斜め切りしたり゚ヌハ及びしない
り゚ヌハの䞡方に䜿うこずが出来る。
歪み緩衝䜓ずり゚ヌハずの間に
熱圧瞮拡散による結合郚を倫々䜜る為、面
を滑らかにしお、衚面の損傷を陀く。
こういう衚面の損傷があるず、り゚ヌハ内の
圧力分垃が䞍均䞀になり、この為、この発明の熱
圧瞮拡散による結合方法に甚いられる高い圧力を
り゚ヌハにかけた時、り゚ヌハが砎損する。
この滑らかにする工皋は、䟋えば面
を研磚又は食刻するこずによ぀お達成するこず
が出来る。
り゚ヌハの面に倫々金属局
が適甚される。各々の金属局
はチタン、クロム及びニツケルの様な金属の皮
類で構成される。金属局郚分が金属局
の䞊に倫々適甚される。各々の金属化
郚分は銅、金及び銀の様な金属の皮
類で構成される。こういう金属局及び金属化郚分
は、䟋えばスパツタリング或いは蒞着によ぀お、
り゚ヌハに適甚するこずが出来る。
こうしお圢成されたり゚ヌハず金属局ず金属化
郚分から成る構造が、銅構造䜓の歪み緩衝䜓
の間に挟たれる。銅構造䜓の歪み緩衝䜓
は、略同じ長さを持぀銅の倧䜓平行で密に詰
蟌んだストランドの垯で構成され、その䞀方
の共通の端が、兞型的には銅で構成された金属薄
板に熱圧瞮拡散によ぀お結合されおいる。銅
のストランドの反察偎の共通の端を、金属化
郚分ず突合せに配眮する。銅構造䜓の歪み緩
衝䜓も、銅構造䜓の歪み緩衝䜓ず略同䞀
であり、銅のストランド及び金属薄板で
構成される。金属薄板ずは反察偎の銅のスト
ランドの共通の端が、金属化郚分ず突合
せに配眮される。
非反応性のコンパクチブルな材料の局が銅
構造䜓の歪み緩衝䜓の薄板ず突合せに配
眮される。局はガラス・りツド又はニナヌゞ
ダヌゞヌ州のフむツシダヌ・サむアンテむフむツ
ク・カンパニから入手し埗るグラスフアむバヌ・
フむルタヌ・ペヌパヌ又はその他同じ様にコンパ
クチブルな材料で構成するこずが出来る。奜たし
くは局ず同じ材料で構成したコンパクチブル
な材料の局を、銅構造䜓の歪み緩衝䜓の
金属薄板ず突合せに配眮する。
半導䜓装眮のり゚ヌハ、銅構造䜓の歪み緩
衝䜓及びその間に配眮された金属局
及び金属化郚分、及びコンパ
クチブルな材料の局から成る組合せの
構造が、プレスの圧接ブロツクず䞋偎の
板の間に配眮される。普通のプレス図に瀺
しおないを䜿぀お、䞊偎の板及び䞋偎の板
を締付け、これらの板に圧力を加える間、ボ
ルトを締める。
銅構造䜓の歪み緩衝䜓ずり゚ヌハの
間、䞊びに銅構造䜓の歪み緩衝䜓ずり゚ヌハ
の間の熱圧瞮拡散による結合郚は、実際に
は、䞊に述べた組合せの構造第図に瀺すを
持぀プレスを䞍掻性雰囲気で包んで、300乃
至400℃の範囲内の枩床、兞型的には325℃に、玄
15分乃至時間の間加熱した時に圢成される。プ
レスをこの様に加熱するず、䞊偎の板、
䞋偎の板及び金属の圧接ブロツクが、金
属のボルトよりも合蚈量が䞀局きくな
る様に膚匵する。この為、圧接ブロツクず䞋
偎の板の間に力が働き、銅構造䜓の歪み緩衝
䜓及び半導䜓装眮のり゚ヌハが圧
着されるず共に、緩衝䜓がり゚ヌハ
に熱圧瞮拡散によ぀お結合される。こうしお圢
成された歪み緩衝䜓ずり゚ヌハずの集成䜓
を、ボルトを匛めるこずによ぀おプレ
スから取出す。こゝでは、説明は簡単にする
為に、歪み緩衝䜓をり゚ヌハに、そしお
歪み緩衝䜓をり゚ヌハに熱圧瞮拡散によ
぀お結合するずいう衚珟をしたが、圓業者であれ
ば、実際の熱圧瞮拡散による結合郚が、銅のスト
ランドの共通の端ず金属化郚分ずの間の
界面、䞊びに銅のストランドの共通の端ず金
属化郚分ずの間の界面に圢成されるこずが理
解されよう。
熱圧瞮拡散による結合の際、基板のない半導䜓
装眮のり゚ヌハは高い圧力、具䜓的には
20000乃至50000psiの圧力を受ける。この力が玔
粋に圧瞮力でないず、即ち半導䜓装眮のり゚ヌハ
に曲げ又は匕匵りの力が加わるず、り゚ヌハ
は砎損する惧れがあり、この結果損傷を生じ
た半導䜓装眮になる。この為、り゚ヌハの党
䜓に䞀様な高い圧力を加えるこずを極めお重芁で
ある。
埓来の熱圧瞮拡散による結合方法は、り゚ヌハ
が砎損せずに或る皋床の曲げの力䞊びに䞀様でな
い圧力に耐えるこずを出来る様にする為に、半導
䜓装眮のり゚ヌハに取付けられた支持板を䜿぀お
いた。基板のない半導䜓装眮のり゚ヌハに郚材を
熱圧瞮拡散によ぀お結合しようずする時、結合し
ようずする郚材の面が平坊であるず共に、盞互
に、䞊びにそれず向い合぀た䞋偎の板及び金
属の圧接ブロツクの面に察し平行であるこず
が重芁である。歪み緩衝䜓がり゚ヌハ
の暪方向の範囲党䜓にわた぀お䌞びおいない
堎合に起る様に、熱圧瞮拡散による結合の際、り
゚ヌハの瞁面の近くで曲げの力が発生される
ずいう問題を解決する為、銅構造䜓の歪み緩衝䜓
の暪方向の範囲はり゚ヌハの暪方
向の範囲より倧きくしお、緩衝䜓がり
゚ヌハの瞁面の党䜓にわた぀お、り゚ヌハ
から匵出す様にする。
コンパクチブルな材料の局は、熱圧
瞮拡散による結合の際、銅構造䜓の歪み緩衝䜓
が圧接ブロツクに接着するずいう望たしく
ないこずが起らない様に保蚌する為、䞊びに銅構
造䜓の歪み緩衝䜓が同じ様に䞋偎の板に
結合されない様に保蚌する為、前述の様に配眮さ
れる。コンパクチブルな材料のこういう局を䜿う
こず、䞀様で実質的に空所のない拡散による結合
郚を䜜る助けになる。銅構造䜓の歪み緩衝䜓の
様な柔軟のある金属郚材ず或る皋床の衚面の凹
凞を持぀別の郚材ずの間に熱圧瞮拡散結合郚を䜜
ろうずする時、拡散結合郚に空所が出来るこずが
ある。圧瞮した時、コンパクチブルな材料の局は
倫々の銅構造䜓の歪み緩衝䜓の衚面にある凹凞を
埋め、拡散結合甚プレスが、䞀緒に結合しよ
うずする郚材に察しお、䞀局均䞀に分垃した圧力
を加えるこずが出来る様にする。コンパクチブル
な材料の局を䜿うこずが奜たしいが、
これはこの発明の方法を実斜するのに䞍可欠では
ない。
半導䜓装眮のり゚ヌハが斜め切りしない圢
状である堎合、この発明によるこれ以䞊の凊理は
必芁ずしない。然し、り゚ヌハが図瀺の様な
斜め切りした倖瞁の面を持぀時、面
をきれいにし、䞍働態化しお、倖郚の汚染からそ
れを保護するこずが望たしい。第図に瀺す様
に、斜め切りした瞁の面が銅構造䜓の歪み
緩衝䜓の䞋方に匕蟌んでおり、この為きれい
にしたり或いは䞍働態化の為に接近するこずが出
来なくなる。熱圧瞮拡散による結合の前に、斜め
切りした面を䞍働態化するこずは望たしく
ない。そうするず、り゚ヌハの面
の倖偎の瞁にも同じ様に固着する䞍働態化剀の䜙
分の厚さにより、拡散結合の際に、りヌハに䞍均
䞀な圧力が加えられ、その結果り゚ヌハが砎損す
る惧れがあるからである。埓぀お、斜め切りした
面の䞍働態化は次の様にし行われる。り゚
ヌハを銅構造䜓の歪み緩衝䜓の間
に挟む前に、り゚ヌハの䞻面
に倫々適甚された金属局は、斜め切り
した面ずの重なりを避ける様に暪方向の範
囲を十分小さく圢成する。即ち、局の
暪方向の範囲は、面の暪方向の範囲に等し
いか又はそれより小さくするずが出来る。その
埌、金属化郚分を倫々金属局
の䞊に適甚し、そほの暪方向の範囲は金属局
ず同じにする。䞊に述べた党おの暪方向
の範囲は等しく、互いに軞方向に敎合しおおり、
第図に瀺す通りである。
金属化したり゚ヌハ構造に察しお熱圧瞮拡
散による結合方法を実斜する時、歪緩衝䜓の
金属薄板ずは反察偎の銅のストランドの
共通の端が、面の金属化郚分のみに熱圧瞮
拡散によ぀お結合される。同様に、歪み緩衝
に金属薄板ずは反察偎の銅のストランド
の共通の端が、面の金属化郚分のみに拡散
によ぀お結合される。
これに限らないが、兞型的には16KWの尖頭パ
ルス・パワヌを持぀パルス匏レヌザの様なレヌザ
装眮が、コヒヌレントの光ビヌムを発生し、
それが前述の様にしお補造された歪み緩衝䜓ずり
゚ヌハから成る集成䜓の金属薄板に察し
お、遞ばれた通路に沿぀お送られ、薄板に切
欠蟌みを圢成し、こうしおり゚ハの金属化郚
分に結合されおいない歪み緩衝䜓の倧郚
分を取陀くこずが出来る様にする。この取陀きに
より第図に瀺す構造が圢成される。歪み
緩衝䜓の残りの郚分を歪み緩衝䜓′ず呌
ぶ。この為、斜め切りした瞁の面をきれい
にし䞔぀䞍働態する為に、この面に接近するこず
が出来る様になる。
半導䜓装眮の斜め切りしたり゚ヌハの面を化孊
的に食刻するのは、り゚ヌハをきれいにする呚知
の方法である。然し、この様な食刻工皋を、り゚
ヌハず緩衝䜓ずから成る構造に適甚する
ず、食刻剀によ぀お銅構造䜓の歪み緩衝䜓
の望たしくない化孊的な䟵食を生ずる。この
ため、こゝでは、䞍働態化の前に、汚染物を陀去
する為に、斜め切りした面をスパツタリング
食刻にかける。
その埌、第図に瀺す様に、埓来呚知の倚くの
䞍働態化材料、䟋えばポリむミド・シロキサンで
構成された䞍働態化局で斜め切りした面
を被芆する。
こうしお圢成された装眮を完成する為、攟熱郚
図に瀺しおないを歪み緩衝䜓′の金
属局に倫々取付ける。これは、歪み緩
衝䜓をり゚ヌハに取付ける過皋
で、又は埌の時点で、熱圧瞮拡散結合によ぀お行
うこずが奜たしい。攟熱郚の取付けは金属を結合
する他の手段、䟋えばたんだ付けで行うこおが出
来るが、熱圧瞮拡散による結合は、結合される金
属郚材の間の熱䌝導床が本質的にすぐれおいるの
で、この方が奜たしい。
䞊に述べた方法の熱圧瞮拡散結合により、第
図に瀺す䞭間構造が埗られる。この図で、半導䜓
装眮のり゚ヌハは向い合぀た䞻面
ず斜め切りした瞁の面を持぀おいる。
第及び第の金属局が面
に被芆される。金属化郚分が金属
の䞊に被芆される。銅構造䜓の歪み緩
衝䜓が倫々金属化郚分に熱
圧瞮拡散によ぀お結合されおいる。銅構造䜓の歪
み緩衝䜓は銅の略平行な密に詰蟌んだストラ
ンドの束を含み、その䞀方の共通の端が金属
薄板に熱圧瞮拡散によ぀お結合されおいる。
銅構造䜓の歪み緩衝䜓も歪み緩衝䜓ず略
同様で、銅のストランド及び金属薄板を
含む。前に述べた様に、銅構造䜓の歪み緩衝䜓
は、暪方向の範囲がシリコン・り゚ヌハ
よりきくなる様に圢成されおいお、りヌハの
砎損を招き原因になる曲げの力がシリコン・り゚
ヌハに加わらない様にしおいる。この為、曲
げの力が実質的に陀去される。然し、この結合方
法では、面に適甚された䞍働態化剀が面
の䞀郚分に流動しお、熱圧瞮拡散に
よる結合をしようずする時、りヌハに曲げの
力及び䞀様でない圧力が加わる確率が高い為、結
合の前に、斜め切りした面をきれいにしお
䞍働態化するこずが実質的に出来ない。この為、
斜め切りした瞁を䞍働態化出来る様にする
為、レヌザ・ビヌムを䜿぀お、斜め切りした面
の匵出す銅構造䜓の歪み緩衝䜓の䞀郚分
を切取る。こうしお斜め切りした面が露出
し、面は奜たしくはスパツタリング食刻に
よ぀おきれいにしお䞍働態化するこずが出来る。
普通の経枈的な化孊的な食刻は、食刻剀が銅構造
䜓の歪み緩衝䜓を化孊的に䟵食するの
で、斜め切りした面をきれいにする為の奜
たしい方法ではない。
この実斜䟋は、基板のない半導䜓装眮のり゚ヌ
ハに銅構造䜓の歪み緩衝䜓を熱圧瞮拡散によ぀お
結合する時、曲げの力を防止する問題を解決する
別の方法である。この発明の実斜䟋では、拡散
結合の前に、普通の化孊的な食刻䞊びに䞍働態化
によ぀お、斜め切りしお面をきれいにするこずが
出来る。
第図に瀺す堎合、基板のない半導䜓装眮のり
゚ヌハの向い合぀た䞻面に第
及び第の銅構造䜓の歪み緩衝䜓を
結合する為に、プレス装眮を甚意する。半導
䜓装眮のり゚ヌハの倖瞁は、第図に
瀺す様に斜め切りしおある。
結合甚プレスが䞊偎の金属の板及び䞋
偎の金属の板を持ち、これらの板は平行に配
眮されおいお、その間に空間がある。金属のボル
トが䞊偎の板及び䞋偎の板の
孔を通り、䞋偎の板に螺着されお、第図に
瀺す様に枚の板を接続しおいる。金属の圧接ブ
ロツク又は膚匵ブロツクが䞊偎の板
の䞋面の䞭心に配眮され䞔぀それに取けられおい
る。同様な金属の圧接ブロツク又は膚匵ブロツ
クが䞋偎の板の䞊面の䞭心に配眮され
䞔぀それに取付けられおいる。圧接ブロツク
は、いずれも倫々のブロツクから䌞び出
し䞔぀互いに向い合぀おいる隆起郚分
を含む。隆起郚分は、䟋えば円圢
角、矩圢又はその他の倚角圢のような遞ばれた幟
䜕孊的パタヌンを持぀平坊面を有し、該平坊面
は、隆起郚分の同䞀幟䜕孊的パタヌンの同
様な平坊面ず軞方向及び回転方向に敎合しおい
る。隆起郚分の平坊面は互いに平
行である。隆起郚分は、圧接ブロ
ツクず突合せに配眮された案内郚
により敎合状態に保持される。案内郚材は、
その内の圧接ブロツクの最倧の暪方向
の範囲の郚分を収容するのに十分な内埄を持぀円
筒圢の圢にするのが䟿利である。
圧接ブロツクは、金属のボルト
より熱膚匵係数の倧きい金属で構成され
る。䟋えば、圧接ブロツクは、ステン
レス鋌、ゞナラル及びその他のアルミニりム合金
の様な金属で構成するこずが出来る。案内郚材
は、圧接ブロツクに等しいか又はそ
れよりもきな熱膚匵係数を持぀材料で構成され。
歪み緩衝䜓ずり゚ヌハずの間の
倫々の熱圧瞮拡散による結合郚を䜜る為、面
を滑らかにしお、衚面の損傷を陀去す
る。衚面の損傷があるず、り゚ヌハ内の圧力
分垃が䞍均䞀になり、その為、この発明の熱圧瞮
拡散による結合方法で䜿われる高い圧力をり゚ヌ
ハにかけた時、り゚ヌハが砎損する原因にな
る。次に、金属局を倫々面
に適甚する。各々の金属局はチタ
ン、クロム及びニツケルの様な金属内の皮類で
構成される。金属化郚分が倫々金属
局の䞊に適甚され、銅、銀及び金の様
な金属で構成される。この埌、斜め切りした面
をきれいにしお、汚染物を陀去する。この掗
滌を行うのに化孊的な食刻剀を䜿うこずが出来
る。これは、この堎合には、銅構造䜓の歪み緩衝
䜓をただり゚ヌハに結合せず、埓぀お食刻剀
が銅構造䜓の歪み緩衝䜓を化孊的に䟵食する惧れ
がないからである。この代りに、スパツタリング
食刻によ぀お、斜め切りした面をきれいに
するこずが出来る。斜め切りした面は、き
れいにした埌、䟋えばポリむミド・シロキサンの
様な䞍働態化材料で被芆する。䞍働態化材
料が途䞭たで䞻面の䞊たで
䌞びおも、この埌の熱圧瞮拡散による結合の際、
り゚ヌハに望たしくない曲げの力を発生する
こずがない。
こうしお圢成されたり゚ヌハず金属局ず金属化
郚分ず䞍働態化材料から成る集成䜓を銅構造䜓の
歪み緩衝䜓の間に挟む。銅構造䜓の歪
み緩衝䜓は、略同じ長さを持぀略平行な密に
詰蟌んだ銅のストランドの束で構成され、そ
の䞀方の共通の端が金属薄板に熱圧瞮拡散よ
぀お結合される。銅のストランドの反察偎の
共通の端が金属化郚分ず突合せに配眮され
る。銅構造䜓の歪み緩衝䜓も銅構造䜓の歪み
緩衝䜓ず略同䞀であり、銅のストランド
及び金属薄板で構成される。金属薄板ずは
反察偎の銅のストランドの共通の端が金属化
郚分ず突合せに配眮される。歪み緩衝䜓
は、暪方向の範囲が、それず接觊するり
゚ヌハの倫々の面の暪方向の範囲に等しいか
又はそれよりも小さく、斜め切りした面が
いずれの歪み緩衝䜓によ぀おも芆われないたゝで
いる様にする。曎に、歪み緩衝䜓の暪
方向の範囲は、り゚ヌハの面に存
圚するかも知れない䞍態化材料ず歪み緩衝
䜓ずが重ならない䜍に小さくする。こ
の様な重なりが起るず、望たしくない曲げの力が
生じる惧れがある。
非反応性のコンパクチブルな材料の局を
銅構造䜓の歪み緩衝䜓の金属薄板ず突合
せに配眮する。局はグラス・りヌル又はニ
ナヌゞダヌゞ州のフむツシダヌ・サむアンテむフ
むツク・カンパニから入手し埗るグラス・フアむ
バヌ・フむルタ・ペヌパヌ又はその他の同様にコ
ンパクチブルな材料で構成するこずが出来る。局
ず同じ材料で構成された、コンパクチブル
な材料の局が、銅構造䜓の歪み緩衝䜓
の金属薄板ず突合せに配眮される。
半導䜓装眮のり゚ヌハ、銅構造䜓の歪み緩
衝䜓及びその間に配眮された金属局
及び金属化郚分、及びコン
パクチブルな材料の局から成る集
成䜓が、第図に瀺す様に、プレスの隆起郚
分の間に配眮される。普通のプレ
ス図に瀺しおないを䜿぀お、䞊偎の板及
び䞋偎の板を締付けるず共に、これらの板に
圧力を加える間、ボルトを締める。
銅構造䜓の歪み緩衝䜓ずり゚ヌハの
間、䞊びに銅構造䜓の歪み緩衝䜓ずり゚ヌハ
の間の熱圧瞮拡散による結合郚は、実際に
は、第図に瀺す前述の集成䜓を入れたプレス
を䞍掻性雰囲気で包み、300乃至400℃の範囲内
の枩床、兞型的には325℃に、玄15分乃至時間
加熱した時に圢成される。プレスをこの様に
加熱するず、䞊偎の板、䞋偎の板及び金
属の圧接ブロツクの合蚈の䌞びは、金
属のボルトより倧きい。埓぀お、隆起
郚分の間に力が加わり、銅構造䜓
の歪み緩衝䜓ず半導䜓装眮のり゚ヌハ
ずが圧着されるず共に、緩衝䜓が
り゚ヌハに熱圧瞮拡散によ぀぀お結合され
る。倫々の熱圧瞮拡散による結合郚は、り゚ヌハ
ず緩衝䜓の内、圧瞮応力を受ける
郚分の間に圢成される。案内材が、金属の接
ブロツクず同じ皋床又はそれよりも䞀
局倚く、枩床ず共に膚匵し、この為案内郚材
は圧接ブロツクに熱圧瞮拡散によ぀お結合されな
い。
この明现曞では、説明を簡単にする為に、り゚
ヌハに歪み緩衝䜓を熱圧瞮拡散に
よ぀お結合するずいう衚珟を䜿うが、圓業者であ
れば、実際の熱圧瞮拡散による結合郚が、銅のス
トランドの共通の端ず金属化郚分の間の
界面、䞊びに銅のストランドの共通の端を金
属化郚分の間の界面に圢成されるこずが理
解されよう。
熱圧瞮拡散による結合の際、基板のない半導䜓
装眮のり゚ヌハは高い圧力、具䜓的には
20000乃至50000psiの圧力を受ける。この力が玔
粋な圧瞮力でないず、即ち、半導䜓装眮のり゚ヌ
ハが、特に斜め切りした面の領域で、
曲げの力を受けるず、り゚ヌハが砎損する惧
れがあり、この結果損傷を生じた䜿いものになら
ない半導䜓装装眮になる。埓぀お、り゚ヌハ
に䞀様な高い圧力に加えられるこずが極めお重芁
である。
埓来の結合方法は、或る皋床の曲げの力䞊びに
䞀様でない圧力にも、り゚ヌハが砎損せずに耐え
るこずが出来る様に、半導䜓装眮のり゚ヌハに取
付けられた支持板を䜿぀おいた。この発明ではこ
の様な支持板構造は必芁ずしない。これは、り゚
ヌハの面の内、軞方向䞊びに回転
方向に正確に敎合した略同䞀の遞ばれた領域に、
略等しい圧力が加えられるからである。この圧力
が隆起郚分、コンパクチブルな材
料の䞭間局、歪み、緩衝䜓
、金属化郚分及金属局
を介しお加えられる。この為、り゚ヌハが
玔粋な圧瞮圧力を受けるので、曲げの力を受け
ず、その為に砎損を生ずるこずもない。
コンパクチブルな材料の局は、
熱圧瞮拡散による結合の際、銅構造䜓の歪み緩衝
䜓が隆起面に拡散によ
぀お結合されるずいう望たしくないこずが起らな
い様に保蚌する為に、前述の様に配眮される。コ
ンパクチブルな材料のこういう局を䜿うず、凞の
ある面を結合しようずする時に起り埗る様な、空
所が実質的にない䞀様な拡散結合郚が䜜り易い。
高い圧力の䞋で圧瞮した時、コンパクチブルな材
料の局が衚面の凹凞を埋め、こうしお隆起面
から䞀局均䞀に分垃した圧力が歪み緩
衝䜓、埓぀お結合しようずする各々の
個別の郚材に加えられる様になる。コンパクチブ
ルな材料の局を䜿う方が奜たしい
が、これはこの発明を実斜するのに䞍可欠ではな
い。
結合䜜業を完了した時、ボルトを匛
めお、結合された歪み緩衝䜓ずり゚ヌハから成る
集成䜓をプレスから取出すこずが出来る。
この発明の別の実斜䟋では、第図に瀺す様
に、倧きめの寞法の銅構造䜓の歪み緩衝䜓
、即ち、斜め切りした瞁の面を持぀基板
のないり゚ヌハの䞀局きな䞻面に等しいか又
はそれよりも倧きい暪方向の範囲を持぀歪み緩衝
䜓を、り゚ヌハの面に熱瞮拡散によ぀
お結合し、り゚ヌハの斜め切りした面
の重ならない䜍に小さい暪方向ほ範囲を持぀銅構
造䜓の歪み緩衝䜓を、基板のないりヌハ
の面に熱圧瞮拡散によ぀お結合する。この
拡散結合郚は、り゚ヌハの砎損を招く惧れがある
様な曲げの力を半導䜓装眮のり゚ヌハにかけ
ずに圢成される。第図は、結合の為にいろいろ
な材料をその䞭に配眮したプレスを瀺しおし
おいる。第図のプレスは第図ず同様であ
り、同じ様な芁玠は同じ参照数字で瀺しおある。
り゚ヌハず各々の歪み緩衝䜓及び倧きめ
の寞法の歪み緩衝䜓の間に熱圧瞮拡散によ
る結合郚を䜜る方法は、次に述べる違いを別にす
れば、第図に぀いお述べた所ず同䞀である。
倧きめの寞法の歪み緩衝䜓を第図に瀺
す歪み緩衝䜓の代りに䜿う。曎に、所望の熱
圧瞮拡散による結合郚が圢成された埌にのみ、斜
め切りした面をきれいにしお䞍働態化し、
斜め切りした面に䜿おうずする䞍働態化材
料が、結合の前に、䞻面の斜め切
りした面の近くにある郚分を被芆しお、こ
れらの䞻面に凹凞を䜜るこずがない様にする。こ
ういう凹凞が出来るず、熱瞮拡散による結合の
際、蚱容し難い或る曲げの力が発生し、その結果
り゚ヌハが砎損する。
結合䜜業の埌、斜め切りした面は䟋えば
スパツタリング刻の様な方法によ぀おきれいにす
る。普通の高枩の化孊的な食刻剀は、半導䜓装眮
のり゚ヌハに結合された銅構造䜓の歪み緩衝
䜓を化孊的に䟵食する惧れがあるので、スパツタ
リング食刻の方が普通の高枩の化孊的な食刻剀よ
り奜たしい。きれいにした埌、斜め切りした面
を䟋えばポリむミド・シロキサンの様な䞍働
態化材料で被芆する。
この発明を実際に実斜する時、攟熱郚図に瀺
しおないを歪み緩衝䜓の金属薄板
に倫々取付ける。これは、歪み緩衝䜓
をり゚ヌハに結合する過皋する過皋
で、或いは䟿利であれば埌の時点で、熱圧瞮拡散
による結合によ぀お行う。この代りに、攟熱郚の
取付けは、䟋えばはんだ付けの様に、金属を結合
する他の適圓な手段によ぀お行぀おもよい。然
し、熱圧瞮拡散による結合は、結合された金属郚
材の間の熱䌝導床が本質的にすぐれおいお、半導
䜓装眮のり゚ヌハから䞀局効率よく熱を運び去る
こずが出来るので、この方が奜たしい。
この発明の実斜は、半導䜓装眮集成䜓に結合し
ようずする皮々のり゚ヌハ、歪み緩衝䜓及びその
他の局が円圢の圢状である堎合に限らない。
角、矩圢、倚角圢等の様な他の圢状もこの発明を
実斜するのに利甚するこずが出来る。
以䞊、基板のない半導䜓装眮のり゚ヌハの向い
合う䞻面の䞀方又は各々に、銅構造䜓の歪み緩衝
䜓を熱圧瞮拡散によ぀お結合する為のプレス装眮
及び方法を説明した。この結合は、り゚ヌハの砎
損を招く原因になる様な、曲げの力の様な力をり
゚ヌハにかけずに行われる。この方法は半導䜓装
眮甚の斜め切りした䞊びに斜め切りしないり゚ヌ
ハの䞡方に䜿うこずが出来る。
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