NL9400508A - Werkwijze voor het monteren van elektronische componenten middels solderbumps en toepassingen en voortbrengselen hiervan. - Google Patents

Description

WERKWIJZE VOOR HET MONTEREN VAN ELEKTRONISCHE COMPONENTEN MIDDELS SOLDERBUMPS EN TOEPASSIN0EN EN VOORTBRENGSELEN HIERVAN.

Deze uitvinding heeft betrekking op een werkwijze voor het monteren en elektrisch doorverbinden van elektronische componenten op elektrisch geleidende patronen van substraten middels zogenoemde "solderbumps" en toepassingen hiervan.

De werkwijze is in’t bijzonder geschikt voor elektronische componenten, die veel elektrische aansluitingen nodig hebben, zoals in halfgeleider geheugens, microprocessoren, drivers van platte beeldschermen, sensoren en dergelijke.

Definitie:

Met "solderbump" wordt verstaan, een op een aansluitvlakte aangebracht klein metalen sokkeltje, waarop normaliter een goed saldeerbaar toplaagje zich bevindt, waarmee dit sokkeltje op een andere hiervoor bestemde aansluitvlakte kan worden gesoldeerd. Voor een montage is het belangloos of een solderbump deel van een component is of deel van een substraat.

In plaats van solderen wordt ook geleidende lijm gebruikt voor de montage. De functie blijft altijd dezelfde, namelijk monteren en elektrisch doorverbinden. In deze uitvinding wordt het begrip "solderbump" in een nog iets breder zin toegepast, namelijk dat het sokkeltje i.p.v. een vrij klein rond of vierkant sokkeltje ook een kleine rail of strip kan zijn.

De werkwijze van de uitvinding is gekenmerkt daardoor, dat een elektronische component wordt vastgezet op elektrisch geleidende patronen van een substraat middels solderbumps en dat een permanente druk op de raak-vlakten van de solderbumps en de hiervoor bestemde aansluitvlakten door een permanent drukscheppend mechanisme wordt uitgeoefend. Een dun laagje van door druk en/of temperatuur deformeerbaar geleidend medium tussen de solderbumps en de voor deze bestemde aansluitvlakten zorgt voor een lage elektrische overgangsweerstand en ondersteunt de mechanische montage.

De werkwijze van de uitvinding bestaat in het kort uit het volgende:

De solderbumps van een component warden uitgericht (aligned) op de corresponderende aansluitvlakten van de geleiderpatronen van een substraat, of de solderbumps van een substraat worden uitgericht op de corresponderende aansluitvlakten van een component en/of een ander substraat.

Daarna worden de solderbumps in contact gebracht met de corresponderende aansluitvlakten. Tussen de solderbumps en de aansluitvlakten bevindt zich een deformeerbaar elektrisch geleidend medium, "tussenmateriaal", zoals: - een bij normale verwerkingscondities (normale druk en temperatuur) zacht/ductiel metaal of metaalmengsel, - een metalliek door temperatuur verhoging smeltend materiaal, of - een, bij voorkeur niet geheel uithardende, elektrisch geleidende lijm, waarmee de solderbumps tenminste voorlopig op de aansluitvlakten werden vastgezet. Daarna wordt een inrichting toegevoegd, die een permanente drukkracht opwekt. Door de werking van deze drukkrachtscheppende inrichting wordt druk uitgeaefend op de raakvlakten van de solderbumps met de aansluitvlakten van corresponderende geleiderpatronen. Door deze druk, wordt het "tussenmateriaal" zodanig vervormd dat altijd een geringe elektrische overgangsweerstand tussen solderbumps en aansluitvlakten wordt verkregen, ook dan indien (uitzettings-)bewegingen tussen solderbumps en aansluitvlakten plaatsvinden. Ook warden door deze druk de solderbumps permanent in een juiste positie ten opzichte van de aansluitvlakten gehouden. Een component en andere delen zijn dus gefixeerd.

Het drukkrachtscheppende mechanisme is in de behuizing van de component geïntegreerd of is deel van de constructie van de behuizing.

De drukkracht blijft over het gehele leven van de component bestaan en maakt hiermede de doorverbindingen niet-verbrekend.

Op deze wijze kunnen elektronische componenten in complexere circuits worden geïntegreerd en/of met een behuizing worden voorzien. Hierdoor is een betrouwbaar functioneren en eenvoudig hanteren van de component in het gebruik gewaarborgd.

STAND DER TECHNIEK:

Heden worden hoofdzakelijk twee werkwijzen gebruikt voor het monteren en elektrisch doorverbinden van elektronische componenten, zoals b.v. geïntegreerde circuit chips, op geleiderpatronen van substraten en op substraatachtige voorwerpen, die een deel van de behuizing van een component zijn.

Bij de ene werkwijze, de "wire-bonding" methode - de huidige standard methode -, wordt de component met de achterkant vastgemaakt op een substraat en dan worden individuele gouddraadverbindingen gewaakt tussen de corresponderende aansluitvlakken van de component aan de ene kant en van het substraat aan de andere kant. Daarna wordt de zo voorbereide component met (de rest van) een behuizing voorzien, hetgeen op verschillende manieren geschiedt, soms met synthetisch spuitgietmateriaal, soms door oplijmen van een kapje of plaatje, en middels andere methoden.

De andere werkwijze, de "solderbump" of "flipchip" methode bestaat in het, meestal galvanisch, opgroeien van solderbumps op de aansluitvlakten van een component.

Daarna wordt middels een elektrisch geleidende lijm of een soldeeralliage de component vastgezet op de hiervoor bestemde aansluitvlakten van een substraat. Ter bescherming wordt dan normaliter de component met een beschermlaag bedekt. Deze laag bestaat gewoonlijk uit een niet-geheel uithardend synthetisch materiaal om enige compensatie toe te staan op de verschillende thermische uitzetting van component en substraat.

De solderbump methode is vandaag ook algemeen bekend. De hoofdtoepassing is echter beperkt tot microelektronische componenten waar ruimtebesparing essentieel is en in toepassingen waar doorverbinden middels wire-bonding niet kan worden toegepast, zoals bij drivermontage op platte beeldschermen.

Over beide werkwijzen bestaat uitvoerige literatuur.

De meest belangrijke vooruitgang is gepubliceerd in de Proc. of IEEE Transactions on Components, Hybrids, and Manufacturing Technology (Volumes CHMT), en

Transactions on Parts, Hybrids, and Packaging, (Volumes PHP); in de Proc. of the Internat. Symp. on Hybrid Manufact. (ISHM);

Proc. Symposia, Internat. Electronic Manufacturing Technology (IEMT); en veel andere vaktijdschriften over metallurgie, reliability, micro-componenten, en research journals van ondernemingen.

Voorbeelden zijn: Vol. CHMT-10, Mo.2 June 1987, pp. 263-266,

Vol. CHMT-13, No.1 March 1990, pp.188-193, of Vol. CHMT-13, No.4 Dec. 1990, pp.647-655;

Vol. PHP-13, Sept. 1977, pp.194-198;

Proc. ISHM'90, pp. 263-268, IEMT, Symposium 1989, pp. 57-60 en 114-118.

Voor toepassing in platte beeldschermen is ook gerapporteerd in Proc. of the SID (Society for Information Displays). Zoals P.Streit: Integration of driver ICs onto liquid crystal displays, SID Internat. Symposium, Philadelphia, May 1983.

TEKORTKOMINGEN van de HUIDIGE SOLDERBUMP TECHNIEK:

Alhoewel deze techniek in de praktijk wordt toegepast heeft ze een tekortkoming: Solderbump contacten breken als gevolg van oudering, die veroorzaakt wordt door horizontale schuif krachten opgewekt door het verschil in de thermische uitzetting van component en substraat bij veranderingen van temperatuur. Dit is de reden waarom vandaag bij de meeste applikaties, waarbij de microelektronische componenten tijdens gebruik verwarmd worden, de solderbump methode niet gebruikt wordt.

En dat gebeurt, alhoewel de solderbump methode economisch voordeliger is dan wire-bonding, omdat het een batch-proces is terwijl met wirebonding ieder contact individueel moet worden gemaakt. Vooral bij grote componenten met veel doorverbindingen, is het verbreken van een doorverbinding een probleem en verhindert de algemene toepassing van deze methode, te meer omdat de schuif krachten dan groter warden.

Hierdoor wordt de solderbump methode nagenoeg uitsluitend toegepast daar waar de huidige wire-bonding methode niet mogelijk is.

Een ander feit, waardoor de kwaliteit van de solderbumpverbindingen vermindert is de toepassing van een beschermende deklaag. Bij het aanbrengen van deze, dringt deklaagmateriaal in de ruimte tussen component en substraat.

De thermische uitzetting van het deklaagmateriaal is altijd groter dan die van de solderbumps. Hierdoor wordt een vertikale spanning uitgeoefend op de doorverbindingen bij verandering van temperatuur. Deze krachten dragen bij aan de oudering en dus het verbreken van de solderbumpverbindingen.

DOEL, NIEUWHEID, VOORDELEN van de UITVINDING:

Het DOEL van deze uitvinding is een werkwijze op basis van solderbumps, die de bovengenoemde tekortkomingen niet heeft en dus een zeer hoge betrouwbaarheid geeft aan dit ekonomisch gunstiger batch doorverbindings-en montageproces. Tegelijkertijd worden de componenten ook met een behuizing voorzien. Ze zijn dus beschermd en kunnen ook als losse componenten zonder bijzondere voorzichtsmaatregelen getransporteerd en verwerkt worden.

Het NIEUWE en het VOORDEEL van deze uitvinding is dat de spannings- en schuif krachten op de solderbumpverbindingen als gevolg van temperatuur-variaties gecompenseerd worden door de permanente aanwezigheid van een drukkracht op de raakvlakten van de doorverbindingen, waardoor breuk niet meer mogelijk is.

Een ANDER en NIEUW VOORDEEL van de uitvinding is, dat het magelijk is soldeeral1iages met zeer lage smeltpunt toe te passen. Deze kunnen onder gebruikscondities, dus zodra de component opgewarmd is, in een vloeibare fase zijn, en weer stollen bij het afkoelen tot een stand-by of een uitgeschakelde toestand. Op deze wijze wordt een vernieuwing van de verbindingen bij iedere temperatuurcyclus bereikt. Component en substraat wordt in de juiste corresponderende positie gehouden door de drukkracht, die op de component en/of het substraat werkzaam is.

Het geheel wordt beschermd door delen van de mechanische drukkracht-scheppende inrichting.

NIEUW en Yan VOORDEEL is ook, dat de uitvinding toestaat, doorverbindingen van aansluitvlakten van componenten naar substraten te maken, waarbij de aansluitvlakten zich niet alleen rond om de rand van de component bevinden maar ook in het midden van het oppervlak van de component kunnen zijn.

Bij wire-bonding worden normaliter uitsluitend verbindingen met aan de rand van de component liggende aansluitvlakten gemaakt.

Hierdoor wordt het door deze uitvinding mogelijk om meer doorverbindingen per component te realiseren.

SAMENVATTING van de VOORDELEN bij de TOEPASSINGEN van de UITVINDING:

De bijzondere eigenschappen van deze uitvinding zijn, dat: - door de permanente druk op de solderbumpverbindingen deze niet verbreekbaar zijn, in tegenstelling tot de huidige solderbump methode; - mits nodig, de doorverbindingen hernieuwd kunnen worden door verhitting boven het smeltpunt van het materiaal tussen solderbumps en de aan- sluitvlakten of dat de verbindingen tijdens het normale gebruik door de dissipatiewarmte automatisch worden hernieuwd bij iedere gebruikscyclus; - de methode goedkoop is in vergelijking met wire-bonding omdat er geen edele metalen toegepast worden; - de uitvoering kan geschieden met relatief eenvoudige processen in massa fabrikage met een hoge reproduceerbaarheid en op substraten van kleine afmeting (zoals voor componentenbehuizingen) en grote afmeting (zoals bij platte beeldschermen); - ze geschikt is voor het maken van behuisde componenten, zoals voor alle typen geheugens, microprocessoren, sensoren, en andere producten die ingekapseld moeten zijn en een lange termijn stabiliteit moeten bezitten; - het ruimtebeslag middels deze methode minimaal is, dus dat vele componenten op een kleine oppervlakte gemonteerd kunnen worden, omdat verwarming de kwaliteit van de verbindingen niet mindert; - een typisch toepassingsgebied is, daar waar componenten met veel aan-sluitpunten goedkoop en betrouwbaar moeten worden gemonteerd en elektrisch worden doorverbonden, door de batch-proces eigenschappen van deze methode; en - in tegenstelling tot de huidige wire-bonding methode, waarmee eigenlijk alleen verbindingen van aansluitpunten van een component gemaakt kunnen worden, die aan de rand van de component zijn geplaatst, met deze methode ook aansluitpunten die in het midden van de oppervlakte van een component zich bevinden betrouwbaar kunnen worden doorverbonden mits de geleider-patronen van het substraat adequaat zijn aangepast.

BESCHRIJVING van het UITVINDING:

In de fig. 1 tot 13 worden in een aantal van schematische dwarsdoorsneden het principe en enkele toepassingen van de uitvinding toegelicht.

ALGEMENE OPMERKING betreffende de VERWIJZINGSNUMMERS:

In alle tekeningen, fig.l tot 14, hebben de volgende verwijzingsnummers dezelfde betekenis voor de delen of onderdelen van de constructie: (1) betekent een substraat, dat geleiderpatronen heeft; (2) betekent een geleiderpatroon op een substraat (1) of een aansluit-vlakte van deze geleiderpatroon waaraan een bepaalde aansluitvlakte van een component correspondeert; (3) betekent een component, b.v. een IC-chip, (4) betekent solder-bumps, die aansluitvlakten van een component (3) en een substraat (1) verbindt; (5) betekent een deformeerbaar elektrisch geleidend medium dat zich tussen de solderbumps en de hiervoor bestemde aansluitvlakten bevindt, een materiaal dat voor een lage elektrische overgangsweerstand van de doorverbinding en het mechanisch vastmaken van solderbumps op hiervoor bestemde aansluitvlakten zorgt; (6) betekent een (bescherm)kap of huisje, dat in de meeste gevallen de encapsulate en dus ten minste een deel van de behuizing van de component (3) is; (7) betekent een hechtmiddel (b.v. een lijm), dat verschillende delen van de constructie met elkaar verbindt, b.v. kap (6) met substraat (1); (8) is een mechanische drukkrachtscheppende inrichting; b.v. een platte veer, een elastisch kussentje, of iets anders, dat samengeperst tussen b.v. het huisje (6) en de component (3) en/of tussen component (3) en substraat (1) en/of twee andere delen van de constructie zich bevindt en dat ernaar streeft terug te keren naar een niet-gespannen toestand en op deze wijze een drukkracht uitoefent. Door deze inrichting warden bepaalde delen van de constructie permanent onder druk en op een voorgegeven plaats gehouden. Het is dus een drukkrachtscheppend mechanisme dat een permanente druk op solderbumps uitoefent.

(9) betekent een aansluitvlakte (contactvlakte) van een component (3); (10) betekent de actieve zijde van de component (3). In enkele tekeningen is dit met een oppervlakteprofiel (b.v. zoals van een IC) aangeduid.

(11) is de vrije ruimte in de behuizing. Deze kan geevacueerd, of met een gas gevuld, of gedeeltelijk gevuld zijn met een chemisch inerte en elektrisch niet geleidende vloeistof of gas.

Alle andere verwijzingsnummers van de tekeningen worden gedetineerd bij het behandelen van de betreffende tekeningen.

PRINCIPE van de UITVINDING:

Fig.l demonstreert het principe van de uitvinding. Op substraat (1) zijn gel eiderpatronen en aansluitvlakten (2), waarop een component (3) wordt gemonteerd op zo een wijze dat een elektrische doorverbinding ontstaat tussen hiervoor bestemde (corresponderende) aansluitvlakten. Voor dit doel zijn de aansluitvlakten (9) van de component voorzien met solderbumps (4). Een beschermende kap of huisje (6), bestaande uit een hard materiaal, is op substraat (1) door een hechtmiddel (7) vastgezet. Tussen de binnenzijde van het huisje (6) en de achterkant van de component (3) is een drukkrachtscheppende inrichting (8), die zich in een samengeperst, dus gespannen, toestand bevindt. Tussen de binnenzijde van het huisje (6) en de achterkant van de component wordt zo een druk opgebouwd. Dit is aangeduid door de pijltjes. Op deze wijze worden de solderbumps (4) op de corresponderende aansluitvlakten (2) van het substraat (1) gedrukt. Het vastgelijmde huisje (6) vangt de tegendruk op.

Om goede contacten te waarborgen tussen de solderbumps en de geleider-patronen bevindt zich een deformeerbaar elektrisch geleidend medium (5), het "tussenmateriaal11, tussen de raakvlakten van de solderbumps en de corresponderende aansluitvlakten. Medium (5) is of op de solderbumps o-? op de aansluitvlakten of op beide aangebracht. Door de drukkracht van (8) wordt het medium (5) vervormd, en wordt een lage elektrische overgangsweerstand van substraat naar component verkregen. Bij voorkeur heeft (5) ook een hechtfunktie hetgeen de montage vereenvoudigt.

De hechting kan eenvoudig verkregen worden door (5) te gebruiken als een soldeersel dat boven het smeltpunt wordt verhit en daarna weer stolt of het kan geleidende lijm zijn, die b.v. niet geheel uitgehard wordt. Er zijn ook “tussenmaterialen", die onder druk door deformatie alleen al een hechting tot stand brengen. Hierdoor is de component gefixeerd in de juiste positie ten opzichte van het substraat.

Vanzelfsprekend worden aan het begin van de hele procedure component en substraat op elkaar uitgericht.

In fig.i is de component (3) gemonteerd met de actieve zijde (18) naar beneden. Deze is niet volkomen vlak, de aansluitvlakten (9) kunnen dus een klein niveauverschil onder elkaar hebben en ook de lengte van de solderbumps kunnen onder elkaar iets verschillen. Door medium (5) worden deze verschillen opgevangen.

Zodra dus de component is gefixeerd op het substraat, wordt de montage voartgezet door het aanbrengen van het drukkrachtscheppende mechanisme (8) met het kapje (6) door hechtmiddel (7). Hiermee is de constructie voltooid. In plaats van een hechtmiddel kan voor het vastzetten van het kapje (6) met (8) ook een klikmechanisme worden gebruikt.

Bij voorkeur worden de uithardtemperatuur van (7) en die verwerkings-temperatuur van (5) op elkaar afgestemd. (Zie ook onder voorbeelden!)

Het essentiele van de uitvinding is de aanwezigheid van het drukkracht-scheppende mechanisme in de constructie, waardoor een permanente druk op de verbindingen van solderbumps met aansluitvlakten wordt uitgeaefend, waardoor deze doorverbindingen niet meer kunnen verbreken en het "deformeerbaar tussenmateriaal" (5) bijdraagt tot blijvend lage elektrische overgangsweerstanden en een eenvoudige montage.

ENKELE ANDERE UITVOERINGEN waarbij de UITVINDING wordt TOEGEPASTί

De figuren 2 tot 13 laten een aantal variaties en speciaaluitvoeringen van het principe van de uitvinding zien. Het is duidelijk, dat nog veel meer uitvoeringen mogelijk zijn, die de basisgedachte van de uitvinding zullen beinhouden.

In fig.2 wordt de uitvinding op een geval wordt toegepast, waarbij de solder-bumps (4) niet deel van de component (3) zijn, maar deel zijn van de geleiderpatronen (2) van het substraat (1). Het drukkrachtschepper.de mechanisme (8), in het dekselkapje (6), drukt de aansluitvlakten (9) van de component (3) tegen de solderbumps (4) van het substraat (1). Alle andere details en de wijze van functioneren zijn dezelfden als besproken bij fig.l. Het mechanisme (8) is hier getekend als een “platte" veer.

Fig.3 toont hetzelfde systeem als fig.2, echter de solderbumps (45 zijn geen opgegroeide "sokkeltjes" maar de geleiderpatronen (2) zijn zodanig hoog en geconfigureerd dat ze als "solderbumprail" de functie van een gewone solderbump kunnen overnemen. Een verschil in de tekeningen fig.2 en fig. 3 is, dat in fig.2 het drukkrachtscheppende mechanisme over de hele oppervlakte van de component inwerkt, terwijl in fig.3 de druk-kracht over meerdere punten van de oppervlakte is verdeeld. (Zie onder VOORBEELD 1, de opbouw van het drukkrachtscheppende mechanisme).

Fig.4 toont een ander voorbeeld van de uitvinding, waarbij het drukkrachtscheppende mechanisme en het huisje anders opgebouwd is.

Component (3) is met de niet-actieve zijde vastgemaakt op een plaat (125.

(12) is vooral niet-deformeerbaar en bij voorkeur van metaal. Het dient voor de warmteuitwisseling om gedissipeerde warmte van de component af te voeren door de veerplaat (13) naar de omgeving en om de component niet onder spanning te zetten bij vervorming van de randzones van (13). Als in fig.l, wordt ook hier de component (3) met de solderbumps (4) op het substraat (1) met de geleiderpatronen (2) door een medium (5) vastgezet.

Het drukkrachtscheppende mechanisme bestaat in dit geval uit een veerplaat (13) met een recht middenstuk waaraan de plaat (12) vastzit en een verend deel, de randzone, die (in dit speciaal geval) een golvende vorm heeft. De werking is als een veerplaat, zoals die wordt gebruikt in een barometrische doos.

Deze veerplaat (13) rust op de steunen (14), die kort genoeg zijn om een voldoende spanning op te wekken in de veer-plaat (13), die (in fig.4) een druk naar beneden op de plaat (12) doet ontstaan, en hiermede op de component (3) en de solder-bumps (4), zodat een goed contact wordt verkregen tussen de solder-bumps (4) en de geleiderpatronen (2) van het substraat (1).

Medium (5) heeft dezelfde functie als toegelicht onder fig.l.

Om voldoende druk op te bouwen dient de lengte van de steunen (14) korter te zijn dan de optelsom van de dikte van de plaat (12), de dikte van de component (3) en de lengte van de solderbumps (4) vermeerdert met (5).

Het is duidelijk, dat de veerplaat (13) en de steunen (14) als een enkel onderdeel van metaal of een ander geeigend materiaal kunnen worden uitgevoerd. In dit voorbeeld is de veerplaat (13) vastgelijmd op de steunen (14) en deze zijn weer gelijmd op het substraat (1) middels (7).

In plaats van een lijmconstructie zal ook met een klikverbinding zo een veerplaatconstructie kunnen worden gemaakt.

Fig.5 is een voorbeeld van de uitvinding voor de montage van een component, waarbij het substraat (1) een venster (15) heeft. Verder is de constructie identiek aan fig.l .

Het venster is afgesloten met een opgelijmde dekplaat (16). Deze constructie kan b.v. gebruikt worden bij UV-uitwisbare PRDMs (programmeerbare of reprogrammeerbare "read-only" geheugens), waarbij het dekplaatje (16) uit een UV transparant materiaal bestaat, zoals kwarts.

Deze constructie kan ook voordelig zijn voor een makkelijk uitrichten van de component (3) op het substraat (1), omdat de plaatsing van de component ten opzichte van het substraat bij het vastmaken met (5) geobserveerd kan worden. In dit voorbeeld is het drukkrachtscheppende mechanisme (8) alleen werkzaam op de randen van de component (3), namelijk daar waar de solderbumps zijn aangebracht. In de tekening heeft het druk-kracht scheppende mechanisme dus ook een venster (17),

Uiteraard zou ook een drukkrachtscheppend mechanisme over de hele oppervlak van (3) gebruikt kunnen worden. Bij de toepassing van venster (15), zoals in dit voorbeeld, zijn geen aansluitingen in het midden van de oppervlakte van de component voorzien.

Fig.6 is een voorbeeld van een component in een behuizing met aansluit-pinnen voor printplaat montage of in montagesokkeltjes, gebaseerd op de uitvinding. Het substraat (1) is voorzien van montagepinnen (18), die in contact zijn met de geleiderpatronen (2) van het substraat (1) wat is aan-geduidt met (20). Verder is de opbouw identiek aan de constructie van fig.l, met uitzondering van het huisje (19), dat zich onderscheidt van het kapje (6) uit fig.l . (19) is geadapteerd om een kleine en robuuste "verpakte" component te verkrijgen.

Fig.7 is een constructie volgens de uitvinding voor het voorzien van componenten met een behuizing ("packaged components”).

Substraat (1) is voorzien met de solderbumps (4) op de geleiderpatronen (2). De delen (6) en (21) vormen samen de behuizing van de component.

(6) en (21) zijn door (7) aan elkaar gelijmd. Deel (21) heeft ook geleiderpatronen (23), die in contact zijn met de montagepinnen (18) bij de punten (20). Substraat (1) wordt met de solderbumps (24) tegen de contactvlakten (23) van deel (21) van de behuizing gedrukt door het drukkrachtscheppende mechanisme (B). De druk wordt opgebouwd tussen deel (&) van de behuizing en het substraat (1).

Component (3) wordt tegen het substraat (1) geperst door het tweede drukkrachtscheppende mechanisme (22). De constructie van dit drukscheppend mechanisme kan hetzelfde zijn als (8), maar het kan ook op een ander mechanisch principe berusten.

Voor een goed functioneren zal de kracht die door (8) wordt uitgeoefend die van (22) overtreffen. Dok bij deze uitvoering is tussen alle solderbumps en contactvlakten een dan laagje van een medium (5).

Met deze constructie wordt een doorverbinding van alle solderbumps van substraat (1) met de corresponderende aansluitvlakten (9) van de component (3) en de aansluitvlakten (23) van het behui-zingdeel (21) verkregen.

Fig.8 is een voorbeeld van de uitvinding voor het monteren van een component met hoger vermogen in een behuizing, waarbij een betere afvoer van dissipatiewarmte nodig is.

De constructie heeft gelijkenis met fig.7, maar heeft slechts een druk-krachtscheppend mechanisme. Door een dikkere laag (25) bestaande uit hei medium (5) worden hoogteverschillen tussen het niveau van de aansluitvlakten (9) van de component (3) en het niveau van de aansluitvlakten (23) van bestanddeel (21) gecompenseerd.

Het substraat (1) is voorzien met de solderbumps (4) en (24) op de aansluitvlakten van de geleiderpatronen (2).

De component (3) is met (27) vastgemaakt op het bestanddeel (26), dat is voorzien met koelvinnen (28). Bestanddeel (26) is bij voorkeur gemaakt van een goed warmtegeleidend materiaal en is een inzetsel in deel (21), dat samen met (6) de complete behuizing vormt door op elkaar lijmen met (7).

In deel (21) zijn de montagepinnen (18) geïncorporeerd en (21) beschikt tevens over geleiderpatronen (23), die verbonden zijn met de pinnen (18! bij de punten (20). De solderbumps (4) en (24) van substraat (1) raken de aansluitvlakten (9) van de component (3) en de geleiderpatronen (23! van (21).

Tussen (1) en (6) bevindt zich het drukkrachtscheppende mechanisme (8), dat de solderbumps (4) en (24) van substraat (1) op de met medium (5) voorziene aansluitvlakten (9) van de component (3) en de met een dikkere laag "tussenmedium" (5), aangeduidt met (25), voorziene aansluitvlakten (23) van het behuizingdeel (21). Uiteraard moet de laag (25) voldoende dik zijn om een goede doorcontactering te verkrijgen.

Omdat de oppervlakten van de solderbumps relatief klein zijn is een bescheiden druk van het drukkrachtscheppend mechanisme (8) op substraat (1) genoeg om voldoende deformatie van (5) en (25) door de solderbumps te verkrijgen voor goede doorverbindingen tussen de solderbumps (4) van de component (3) en het substraat (1) en de solderbumps (24) met (23).

De aansluitvlakten (9) van de component moeten bij deze constructie, zoals te zien in Hg. 8, altijd naar beneden toe uitsteken over het niveau van de aansluitvlakten (23) van behuizingdeel (21).

Fig.9 toont een component in een behuizing, gemaakt volgens de uitvinding, die voor IR tot UV straling toegankelijk is, afhankelijk van het materiaal waarvan het dekplaatje (16) en het substraat (1) zijn gemaakt (b.v. UV-uitwisbare programmeerbare read-only geheugens of zichtbaar licht en IR zend of ontvangst componenten).

Het constructie principe is hetzelfde als dat van fig.7. Het onderscheid tussen model fig.7 en fig.9 bestaat erin dat het kapje (6) van de behuizing een venster (29) heeft, dat is afgesloten door het dekplaatje (16), dat is gelijmd op (6) en transparant is voor de straling die de component (3) kan activeren of uitzenden. (Zie ook fig.5).

Het substraat (1) bestaat uit hetzelfde of een ander materiaal met ongever gelijke transparantiecharacteristica als (16).

Dit model toont verder het dubbele drukkrachtscheppende mechanisme, (22) en (8), zoals bij fig.7. Haar hier drukt het bovenste mechanisme (8) alleen op de randzones van het substraat (1), het heeft een centraal venster (17). Omdat het substraat (1) van een stijf materiaal is gemaakt, zijn de doorverbindingen van de solderbumps (4) en (24) van het substraat (1) naar de component (3) en de geleiders (23) van (2Π gewaarborgd. De component (3) wordt immers door het drukmechanisme (22) tegen het substraat (1) aangedrukt. Ook hier moet de druk van (8) groter zijn dan die van (22!.

Fig.10 illustreert een voorbeeld voor de montage van meer dan een component in een behuizing onder gebruikmaking van evenveel drukkrachtscheppende mechanismen als er componenten zijn. Ook dit voorbeeld gebruikt de uitvinding. Substraat(l) is een multi-laags substraat met montagepinnen£18). (3) toont verschillende componenten en (8) zijn de drukkrachtscheppende inrichtingen. De solderbumps van de componenten (3) verzorgen de doorverbindingen naar de aansluitvlakten (2), via (5), van het multi-laags substraat (1). De deksel (6) van dit componentenpakket heeft dezelfde functie als (6) in fig.l en is gelijmd op het substraat (1) middels lijm (7).

Het is duidelijk, dat ook een enkel drukkrachtscheppend mechanisme voldoende is, mits deze op alle componenten tegelijkertijd drukt.

Fig.11 toont een model, volgens de uitvinding, dat met een "heat-pipe" systeem uitgerust is voor de afvoer van dissipatiewarmte van de component. Fig.ll is een vergroot deel van fig.l, waarin de "heat-pipe" inrichting is te zien in de ruimte (11), die de component in de behuizing omgeeft.

(1) is het substraat met de geleiderpatronen (2). Het deksel (6) is op (1) door hechtmiddel (7) vastgezet. Binnen dit arrangement is de component (3) met de actieve zijde (10) naar beneden toe middels de solderbumps (4) op de aansluitvlakten (2) van het substraat (1) gemonteerd via het medium (5).

De drukkrachtscheppende inrichting (8) is in dit geval een elastisch kussentje in saraengedrukte toestand tussen (3) en (6),

Dit kussen heeft echter een capillaire structuur in the richting van boven naar beneden, aangeduidt door golfvormige vertikale lijntjes.

De boven- en benedenzijde van dit kussen, respectievelijk de component (3) en de deksel (6), zijn voorzien van een oppervlaktestructuur, die een gasuitwisseling toestaat en is aangeduidt door (30). De deksel (é) bezit aan de binnenwand een voering (31) met een capillaire structuur parallel aan de oppervlak van (6). De ruimte (11) om de component (3) is gedeeltelijk gevuld met een agens met de eigenschap dat het verdampt door de gedissipeerde warmte van de component. De damp ontsnapt langs de structuur (30) van het kussen (8) nabij de component (3).

De damp van dit agens vult de ruimte (11) en condenseert aan de koelere binnenoppervlak van het deksel (6) van de behuizing van de component.

Van daar wordt het condensaat door de capillaire structuur van de voering (31) getransporteerd naar de bovenkant van het kussen (8) van waar het naar beneden bewegt naar de component (3) door de vertikale capillaire structuur van het kussen (8) tot aan de component (3). Aldaar verdampt dit agens weer en zo begint een nieuwe cyclus,. De deksel (6) zal in de praktijk ter vergroting van de koelende oppervlak met koelvinnen zijn uitgerust.

Het agens, dat de ruimte (11) vult en dat door de dissipatiewarmte van de component verdampt, heeft een kookpunt waarbij men de component wil optimaal laten werken en een zo hoog mogelijke latente verdampings- en condensatiewarmte.

Fig.12 laat een voorbeeld zien, die het gebruik van de uitvinding illustreert voor een vermogenscomponent.

Het principe volgt dat van fig.l. Er zijn echter koelvinnen (28) aan het kapje (6) van de behuizing toegevoegd en de solderbumps (4) hebben grote vlakten om voldoende stroom te kunnen verwerken. Het drukkrachtscheppende mechanisme is in dit geval bij voorkeur een metalen constructie, b.v. een veersysteem, of het bij fig.ll beschreven heat-pipe systeem. In plaats van de grote solderbumps kunnen ook multiple kleinere worden gebruikt.

In fig. 13 wordt een andere variatie voor de toepassing van de uitvinding gedemonstreerd. Op een substraat (1) met geleiderpatronen (2) is een component (3) met solderbumps (4) gemonteerd middels medium (5).

In fig. 13 bestaat het drukkrachtscheppende mechanisme uit de krimpfolie (32), die is vastgemaakt op substraat (1) bij de punten (33).

Druk op (3) wordt opgebouwd door de spanning langs de krimpfolie in de richting van de bovenkant van de component (3) naar het substraat (1) toe, zoals is te zien door de pijlen in de krimpfolie (32).

Op deze wijze ontstaat een druk op de component in de richting naar (15, zie het pijltje boven dit arrangement.

Bij deze constructie kan, afhankelijk van de krimpfolie, een hechtlaag op het substraat nodig zijn om de folie goed vast te kunnen zetten.

In plaats van een krimpfolie zal ook een soortgelijke elastische bedekking, die tijdens het uitharden voldoende krimpt, een druk recht op de component kunnen opbouwen.

VOORBEELDEN van de PRAKTISCHE TOEPASSING:

In het volgende wordt aan enkele VOORBEELDEN gedemonstreerd hoe de uitvinding in de praktijk verwezenlijkt wordt..

VOORBEELD 1:

Een praktijkvoorbeeld, volgens de constructie fig.l, is het volgende:

Een geïntegreerd circuit chip (3) is op de aansiuitvlakten (9) voorzien met solderbumps (4) met een typische diameter van ongever 50 tot 100 micrometer en een hoogte van 15 tot 30 micrometer. De koperen solderbumps zijn voorzien met een laagje van 5 tot 10 micrometer galvanisch opgegroeid indium, dat de functie van "tussenmedium" (5) heeft.

Het substraat (1), waarop de IC-chip (3) wordt gemonteerd is een keramisch materiaal. De geleiderpatronen (2) zijn van goud.

De chip wordt gemonteerd met de actieve zijde (10), waar ook de solderbumps zijn, op het substraat (1). Daarna wordt het kapje (ó) met het drukkrachtscheppend mechanisme (8) met (7) op het substraat (1) gelijmd. De montage wordt dus in twee processtappen uitgevoerd.

Eerst wordt chip (3) vastgezet op het substraat (1) door het medium (5).

In dit voorbeeld is het medium (5) indium, een zacht metaal met smeltpunt 156 graad C. Ook andere bij voorkeur zacht/ductiele soldeermaterialen, zoals tin en mengsels van In-Ga, In-Sn, In-Ga-Sn en veel andere verbindingen van binaire, ternaire, of van nog hohere complexiteit, die zijn beschreven in leerboeken en naslagwerken over metallurgie en fasedia-grammen kunnen warden gebruikt als medium (5).

Indium wordt bij voorkeur neergeslagen als dunne laag op de solderbumps, middels een galvanisch proces, direct aansluitend aan het opgroeien van de koperen, nickel, of gouden solderbumps, alvorens de IC-wafer tot chips wordt gebroken of gezaagd. Het is ook magelijk de solderbumps van een chip te dompelen in een dun laagje gesmolten indium (of een ander soldeersel). Bij de dompelmethode worden opgegroeide niet-goud solderbumps bij voorkeur galvanisch met een goudlaagje voorzien alvorens te dompelen.

Het substraat (1) is verwarmt tot ca. 165 graden C .

De solderbumps (4) van de chip (3) worden op de aansluitvlakten van de geleiderpatronen (2) van het substraat (1) uitgericht, en de chip wordt op het substraat gezet. Hierdoor smelt het indium op de solderbumps. Na het afkoelen tot beneden het smeltpunt van indium is de chip met de solderbumps op het substraat vastgemaakt.

De noodzaak van een fluxmiddel hangt af van het materiaal van de geleiderpatronen en de samenstelling van het soldeersel, het medium (5).

In het geval van gouden geleiderpatronen en indium als tussenmateriaal (5) , het soldeersel, is normaliter geen flux nodig.

Hetzelfde geldt voor oxydische geleiderpatronen, zoals indium-, tin- of indium/tin-oxyde en indium als medium (5).

Het is ook mogelijk het substraat niet of minder te verwarmen en de chip slechts op het substraat te drukken. De hechting is dan echter niet sterk, maar het is wel mogelijk tenminste enkele doorverbindingen elektrisch te testen, hetgeen voor de controle van een juiste positionering van belang kan zijn. Daarna kan tot boven het smeltpunt van het soldeersel verhit en afgekaeld worden.

Bij het gebruik van bepaalde materialen als medium (5), zoals hier indium, en waarbij ook de aansluitvlakten van de geleiderpatronen (2) naast de solderbumps (4) met een laagje van zo een medium (5) zijn voorzien, is druk alleen meestal voldoende om een goede elektrische doorverbinding te realiseren en een redelijke hechting te verkrijgen.

Omdat laag smeltende soldeersels meestal zachte materialen zijn, kunnen vele van deze metaalverbindingen zo worden toegepast.

Met het vastzetten van de component (3) op het substraat (1) middels (55 is de eerste processtap beëindigd.

Als tweede processtap wordt het kapje (6) over de chip (3) geplaatst en met een lijm (7) vastgezet. Kap (6) kan van ieder hard en vormvast materiaal zijn, zoals staal, glas, bepaalde kunststoffen, en andere, maar bij voorkeur wordt rekening gehouden met het uitzettingscoefficisnt van het substraat waarop (6) wordt vastgemaakt.

Alvorens de kap (6) over de chip (3) wordt gezet, is aan de binnenzijde van (65 een druppel si 1iconrubber geplaatst en gepolymeriseerd.

Een dwarsdoorsnede van het gepolymeriseereda druppeltje siliconrubber heeft van de zijde gezien de vorm van een heuveltje met een grotere hoogte dan de afstand van de binnenzijde van de kap (6) tot de niet-actieve bovenkant van de component (3).

De kap is nu klaar om over de chip gezet te worden. Hiervoor wordt da raakvlakte van kapje (6) met het substraat (1) in epoxylijm gedompeld en het kapje wordt over de chip gestulpt.

Totdat het epoxy is gepolymeriseerd wordt een druk op de kap (6) uitgeoefend, welk de kap naar beneden drukt en de siliconrubber in de kap deformeert en in een spanningstoestand brengt. Na de polymerisatie van de lijm (75 verblijft dus de silicon-rubber in een samengedrukte toestand en oefent zo een permanente druk op de chip in de richting naar het substraat toe uit. De gepolymeriseerde druppel siliconrubber heeft dus de funktie van drukkrachtscheppend mechanisme gekregen.

De voorkeur van zachte materialen voor medium (5) wordt nu duidelijk.

Door de opgebouwde druk tussen de binnenzijde van de kap (6) en de boven- zijde van de chip, door het samengeperste si 1iconrubber heuveltje, past medium (5) zich aan aan de aansluitvlakten van het substraat en de sol-derbumps. Zo is breuk door oudering of temperatuurspanningen onmogelijk. Deze methode werkt ook goed met een medium (5), waarvan het smeltpunt beneden de normale gebruikstemperatuur van de component ligt. Iedere keer, dat de component warmer wordt dan het smeltpunt, wordt de verbinding van de solderbumps met het substraat vernieuwd. De chip werkt ook bij hogere temperaturen dan het smeltpunt, omdat het dan vloeibare soldeersel ook goed elektrisch geleidend is en de chip niet kan bewegen van de plaats van montage. De chip wordt daar vastgehouden door de druk, die door de gedeformeerde si 1iconrubber wordt uitgeoefend. Voor vele toepassingen zal daarom een medium (5) worden gekozen met een zeer laag smeltpunt, haar ook indien materialen (5) met hoger smeltpunt worden gebruikt blijft door (8) een druk bestaan en is uitsmeren van medium (5) mogelijk. Zo wordt het elektrisch verbreken van solderbumpverbindingen voorkomen. Edoch, deze methode werkt best met zachte soldeeral1iages. Hoe zachter en ductieler medium (5) is, des te beter. Daarom hebben de voorkeur soldeermaterialen, zoals indium en mengsels zoals In/Ba, In/Sn, In/Ga/Sn, en dergelijke.

In het boven beschreven voorbeeld is het drukkrachtscheppende mechanisme een druppel heuvel vormige si 1iconrubber die aan de binnenzijde van de kap (6) wordt aangebracht. Een andere manier om zo een mechanisme te maken is, de binnenzijde van de kap i6> te voorzien met een hechtmiddel en daarna in de kap een hoeveelheid kleine bolletjes van een elastic medium aan te brengen. Deze bolletjes kunnen silicon-rubber bolletjes zijn en moeten een diameter hebben die groot genoeg is om gedeformeerd te worden zodra de kap, onder gebruik van druk, op het substraat wordt gelijmd. (Zie b.v. (8) in fig.3)

Het voordeel van kleine bolletjes van een elastisch medium is, dat de diameter van de bolletjes beter gecontrolleerd kan worden dan een druppel van een materiaal. Een variatie op het gebruik van de bolletjes zijn stukjes draden van een elastisch medium met een bepaalde diameter, die in plaats van bolletjes aan de binnenzijde van de kap (61 of op de component worden aangebracht. Ook een stuk van een vel van een elastisch medium kan gebruikt worden , zie b.v. (81 in fig.8. Alle methoden, druppels, bolletjes, velletjes, draadjes, en zo voorts kunnen makkelijk aangepast worden voor de massaproductie van verschillende componenten.

Vanzelfsprekend zijn ook andere vormen van elastische media magelijk, dan diegenen die beschreven zijn.

2o zijn b.v. ringen gebruikt voor de modellen met vensters (fig.5 en 95, die uit een vel elastisch materiaal van bepaalde dikte worden geponst,

In plaats van "massieve" elastische materialen, zoals siliconrubber, vervullen ook lichamen van elastische vezelmaterialen en schuimstoffen de drukkrachtscheppende functie, zoals b.v. een kussen van elastische vezels voor het heat-pipe model van fig.ll.

Indien het drukkrachtscheppend mechanisme is gebaseerd op elastisch samengeperst materiaal, is het noodzakelijk dat dit materiaal de uithardtem-peratuur van een lijm (7) en de hoogste voorkomende gebruikstemperatuur van de component kan weerstaan zonder de elastische eigenschappen te verliezen. Siliconrubbers zijn in veel kwaliteiten beschikbaar en hebben deze eigenschappen in een breed temperatuurgebied, tot ca. 250 graden C.

Ook voor elastische vezellichamen zijn verschillende synthetische vezels beschikbaar, die onder verschillende -namen op de markt zijn, en tegen hoge temperaturen bestand zijn zonder in eigenschappen te veranderen.

Een compleet andere methode van een drukkrachtscheppend mechanisme voor de uitvinding is het gebruik van platte veren, die tussen de binnenzijde van de kap en de bovenkant van de component worden geplaatst. (Zie fig.21 Bij het monteren van de kap (6) wordt de platte veer in een spannings-toestand gebracht en oefent dan permanent een kracht uit op de contact-vlakten van solderbumps en aansluitvlakten. De platte veren kunnen zowel van metaal als van kunststof verbindingen gemaakt zijn,

De kapjes (6) kunnen van ieder stijf materiaal gemaakt worden. Metalen kapjes hebben b.v. het voordeel van gedeeltelijke elektrostatische afscherming. Maar ze kunnen moeilijkheden veroorzaken, door kortsluitingen met de geleiderpatronen (2) van het substraat. Wanneer dus metaalkapjes worden gebruikt, zal veelal eerst een isolatielaag op de raakvlakten van (6) worden aangebracht alvorens de kapjes (6) worden gemonteerd.

Ook kunnnen de metalen kapjes uitgerust zijn met een soort pootjes daar waar geen geleiderpatronen zijn en het kapje daardoor iets verhoogd is aan die plaatsen waar wel geleiderpatronen zijn. Door op de pootjes te rusten kan dus geen kortsluiting plaatsvinden.

Kapjes van niet-geleidend synthetisch materiaal bieden geen afscherming maar sullen geen onverwachte (kort)sluitingen kunnen maken.

Kapjes van ultraviolett transparant materiaal hebben het voordeel, dat ze kunnen worden gebruikt in plaats van een saraenstel van (é) en (lé) zoals in fig.9. UV uithardende lijmen kunnen dan bij uitsteek worden gebruikt, hetgeen voordelen tegenover polymerisatie door verhitting kan bieden.

Het is vanzelfsprekend dat op het gebied van lijmen, behalve de genoemde epoxyverbindingen en de UV hardende lijmen, een grote keuze bestaat.

In plaats van lijmverbindingen van (6) naar (1) kan een constructeur ook beslissen het kapje (6) op (1) met een klik-in constructie vast te zetten en hiermee het drukkrachtscheppende mechanisme te activeren.

Zoals dit praktische voorbeeld laat zien, bestaat er een grote hoeveelheid van mogelijkheden voor de toepassing van de uitvinding door een expert, en bij verre niet alle mogelijkheden zijn hier genoemd en beschreven.

VOORBEELD 2:

Fig.4 is de basis voor dit praktische voorbeeld van de uitvinding.

De eerste processtap onderscheidt zich niet van VOORBEELD 1.

Maar de drukkrachtscheppende inrichting is volkomen anders opgebouwd.

Het veermechanisme in fig.4 bestaat uit een veerplaat (13) en de steunen (14). De constructie verlangt, dat voldoende drukkracht wordt uitgeoefend op de component (3). Een mechanische expert kan hiervoor een constructie maken, waarbij de steunen (14) en de veerplaat (13) een enkel stuk is, dat met een geschikte lijm of een klik-in constructie op het substraat (1) wordt vastgemaakt. Bij deze constructie, waarbij veerplaat (13) en de steunstukken (14) een enkel onderdeel zijn, moet de hoogte van de onderkant van de zijdelijke steunstukken tot aan de binnenzijde van het rechte middenstuk van de veerplaat (13) kleiner zijn dan de optelsom van de dikte van de geleiderpatronen (2) op substraat (1) plus de hoogte van de solderbumps (4) plus de dikte van de aansluitvlakten (9) van de component (3) plus de dikte van de component (3) plus de dikte van de stijve plaat (12), mits deze aanwezig is. Alles rekening houdend met toleranties. De druk wordt immers opgebouwd door de steunstukken van de veerplaat naar beneden te drukken op het substraat (1) en daar vast te lijmen terwijl de drukkracht op de steunen blijft bestaan. Zo blijft dan, na het uitharden van de lijm de drukkracht op de component en hiermee op de solder-bumps en de aansluitvlakten van de geleiderpatronen bestaan.

In plaats van een soldeersel tussen de solderbumps en de aansluitvlakten kan ook een, bij voorkeur niet geheel uithardende, elektrisch geleidende lijm als een medium (5) worden gebruikt.

De details van een productieproces bepalen of geleidende lijm überhaupt als medium (5) gebruikt zal worden en of de geleidende lijm gezamenlijk met lijm (7) van de constructie of ieder achter elkaar worden uitgehard.

Ook hier, kan de toepassing van de uitvinding op verschillende manieren uitgevoerd worden, hetgeen voor een expert duidelijk is. Zo kan een druk op een veerplaat ook worden verkregen door de ruimte (11) te evacueren (see fig.4) en het evacuatiegat te dichten. In dit geval zal de externe atmosferische luchtdruk de permanente druk op de solderbumps verschaffen.

VOORBEELD 3s

Dit voorbeeld is gebaseerd op fig.7.

De dubbele drukkrachtscheppende constructie (8) en (22) in fig. 7 kan door middel van de elastische lichamen methode worden gemaakt, zoals beschreven in VOORBEELD 1. Door de keuze van de diameters van de elastische bestanddelen (bolletjes of draden) is het hiermee eenvoudig om een geschikte drukverdeling te verkrijgen. De druk van (8) moet in ieder geval groter zijn dan die van (22), om een perfect contact van de solderbumps (24) van substraat (1) met de aansluitvlakten (23), die bij (205 met de montagepinnen (18) zijn verbonden, te verkrijgen.

De druk van (22) moet groot genoeg zijn om de component (35 met de aansluitvlakten (9) tegen de solderbumps (4) van het substraat (1) te persen, maar mag niet substraat (1) van (21) wegduwen.

Door de elastische lichamen van (8) groter te kiezen dan die van (22) wordt bij vergelijkbare afstand van binnenkant (h) naar bovenkant (1) en van onderkant (3) naar binnenste bovenkant van (21) automatisch een grotere druk van (8) verkregen in vergelijking met (22).

In dit voorbeeld zijn de solderbumps (4) geen deel van de component maar van het gezamenlijke substraat 11), hetgeen additionele vrijheid betekend bij verschillende toepassingen van de uitvinding.

Met dit voorbeeld wordt ook een manier van eenvoudige en ekonomische behuizing of verpakking van componenten (packaged components) gedemo-streerd. Door relatief zeer kleine hoeveelheden van niet al te dure soldeersels te gebruiken, zoals genoemd in VOORBEELD 1, kunnen bij deze methode van behuizen van een component de dure gouddraden van de wirebonding methode vervangen worden, zonder de nadelen van de standard solderbump methode te ondervinden.

Dit is ook een voorbeeld waar in een geval van veel doorverbindingen per component de uitvinding van groot ekonomisch belang kan zijn, omdat alle doorverbindingen gelijktijdig (dus in een batch) gemaakt worden.

Bij dit voorbeeld zijn de functie van het medium (5) en veel van de werkwijze vergelijkbaar met hetgeen dat is beschreven in VOORBEELD 1.

ENKELE OPMERKINGEN over het UITRICHTEN van COMPONENT op SUBSTRAAT bij deze UITVINDING:

Voor een juiste plaatsing van de componenten op de substraten bieden transparante substraten bepaalde voordelen, omdat de exacte positionering van de component ten opzichte van het substraat makkelijk optisch te observeren is. Edoch, ook met niet-transparante substraten is de juiste plaatsing Yan componenten geen probleem, omdat met huidige vormherkennings-methoden en micromanipulatoren een component altijd juist geplaatst kan worden.

Omdat solderbumpcontacten, gemaakt met zacht soldeersel zonder verwarming (dus onder de smelttemperatuur) en met een lage druk op de component (of het substraat), nagenoeg reversibel weer verbroken kunnen worden, is het mogelijk de juistheid van doorverbindingen te controleren alvorens het smeltpunt van het soldeersel wordt overschreden, respectivelyjk alvorens de druk op de solderbumps zo groot is dat de component door de druk alleen al is vastgeaaakt. (Zo een situatie, waar druk alleen voldoende is voor’t vastmaken, doet zich voor in’t geval dat op de solderbumps en op de aansluitvlakten, waarop de solderbumps worden geplaatst, zich b.v. een laagje indium bevindt.)

Het testen van de juiste positionering van een component op een substraat is met een geleidende lijm ook eenvoudig. Gepolymeriseerd wordt pas na controle.

GENERALISATIE:

Zoals uit de beschrijving (fig.l tot 13) en de VOORBEELDEN 1 tot 3 van de uitvinding en het toepassinggebied blijkt, is het voor een expert mogelijk details in de toepassing en uitvoering van de uitvinding te veranderen en aan te passen aan speciale gegevenheden zonder de grondgedachte van de uitvinding te veranderen, namelijk: - dat een permanente drukkracht op de doorverbindingen van solderbumps naar aansluitvlakten aanwezig is, en dat - de aanwezigheid van een bij voorkeur zacht/ductiel elektrisch geleidend materiaal tussen de solderbumps en de aansluitvlakten het doel van deze uitvinding in de praktijk mogelijk maken, en dat betekent betrouwbare, economisch aantrekkelijke, niet verbrekende elektrischs doorverbindingen en een eenvoudige mechanische montage van elektronische componenten.

Claims (10)

1. Werkwijze voor middels solderbumps monteren en elektrisch geleidend doorverbinden van elektronische componenten - vooral van de groep van elektronische halfgeleider componenten - op substraten met geleiderpatro-nen en van zulke substraten op bestanddelen, die deel van een componentenbehuizing of van een andere - componenten beinhoudende - constructie zijn, en voortbrengsels vervaardigd volgens deze werkwijze met het kenmerk., - dat een permanente drukkracht wordt uitgeoefend op de solderbumps en op de met de solderbumps corresponderende aansluitvlakten van geleider-patronen, waarmee het elektrische contact moet worden gemaakt, en waarbij de inrichting, die de permanente drukkracht opwekt, - het permanent drukkrachtscheppende mechanisme - deze kracht op het deel met de solderbumps of het deel met de aansluitvlakten of op beide delen tegelijkertijd uitoefent; en - dat door deze drukkracht de solderbumps op de daarvoor bestemde aan-sluitvlakten worden gedrukt en daar worden vastgehouden; en - dat tenminste op een van de twee met elkaar in aanraking komende contactvlakten, namelijk die van de solderbumps en die voor de solderbumps bestemde aansluitvlakten van geleiderpatronen, zich een deformeer-baar elektrisch geleidend materiaal bevindt, behorende tot de groep van . bij normale verwerkingscondities zachte ductiele metalen of metaalmengsels, . metallieke door temperatuur verhoging smeltende verbindingen, , metallieke materialen die bij operationele werkcondities van een component in de vloeibare fase zijn, . niet geheel uithardende elektrisch geleidende lijmen en hechtmiddelen, die door de druk van het permanent drukkrachtscheppende mechanisme, zodanig kunnen worden vervormd dat een lage elektrische cvergangsweer-stand van de solderbumps naar de aansluitvlakten wordt verkregen, en een mechanische verbinding van de solderbumps op de aansluitvlakten bij normale verwerkingscondities tot stand komt, en - dat zo door de combinatie van een permanente drukkracht en het vervormbaar geleidend materiaal tussen de solderbumps en de aansluitvlakten permanent betrouwbare niet verbrekende elektrische doorverbindingen worden verkregen.

2. Werkwijze en voortbrengsels volgens de conclusie 1 met het kenmerk, dat het deformeerbaar geleidend materiaal, dat zich bevindt tussen de solderbumps en de daarvoor bestemde aansluitvlakten van geleider-patronen bij voorkeur een van de volgende materialen is: indium, tin, indium/tin mengsels, indium/gallium mengsels, tin/gallium mengsels, en indium/tin/gallium mengsels.

3. Werkwijze en voortbrengsels volgens de conclusies 1 of 1 en 2 met het kenmerk, dat het permanent drukkrachtscheppende mechanisme zich in de behuizing voor een of meerdere componenten bevindt.

4. Werkwijze en voortbrengsels volgens een of meerdere van de conclusies 1 tot en met 3 met het kenmerk, dat het permanent drukkrachtscheppende mechanisme is opgebouwd uit elastische lichamen, zoals bolletjes, draadjes, ringetjes, dotjes, kussentjes, velletjes, en andere aan de constructie aangepaste vormen, die in de constructie zo zijn gearrangeerd, dat ze in een toestand van compressie zijn en zo een druk op de raakvlakten uitoefenen en op deze manier solderbumps op aansluitvlakten en/af aansluitvlakten op solderbumps persen.

5. Werkwijze en voortbrengsels volgens een of meerdere van da conclusies 1 tot en met 4 met het kenmerk, dat het permanent drukkrachtscheppende mechanisme is opgebouwd uit onder compressie staande lichamen, die bestaan uit elastische vezels.

6. Werkwijze en voortbrengsels volgens een of meerdere van de conclusies 1 tot en met 3 met het kenmerk, dat het drukkrachtscheppende mechanisme een onder spanning staande veer-constructie is, die zich in de behuizing voor een of meerdere componenten bevindt, en een permanente druk. op solderbumps en/of aansluitvlakten uitgeoefent.

7. Werkwijze en voortbrengsels volgens conclusie 1 of 1 en 2 met het kenmerk, dat het permanent drukkrachtscheppende mechanisme constructief een deel van de behuizing yoor een of meerdere componenten is.

8. Werkwijze en voortbrengsels volgens een of meerdere van de conclusies 1 tot en met 7 met het kenmerk, dat een met capillaire kanaaltjes uitgerust permanent drukkrachtscheppend mechanisme onderdeel is van een "heat-pipe" systeem dat dissipatiewarmte aan de omgeving afvoert.

9. Werkwijze voor middels solderbumps monteren en elektrisch geleidend doorverbinden van elektronische componenten - vooral van de groep van elektronische halfgeleider componenten - op substraten mat geleiderpatro-nen en van zulke substraten op bestanddelen, die deel van een componentenbehuizing of van een andere - componenten beinhoudende - constructie zijn, en voortbrengsels vervaardigd volgens deze werkwijze met het kenmerk, dat de solderbumps deel van substraten zijn.

10. Werkwijze voor middels solderbumps monteren en elektrisch geleidend doorverbinden van elektronische componenten - vooral van de groep van elektronische halfgeleider componenten - op substraten met geleiderpatra-nen en van zulke substraten op bestanddelen, die deel van een ccmponenten-behuizing of van een andere - componenten beinhoudende - constructie zijn, en voortbrengsels vervaardigd volgens deze werkwijze met het k e n m e r kr, dat voor de verbinding van solderbumps met aansluitvlakten een niet geheel uithardende elektrisch geleidende lijm of hechtmiddel wordt gebruikt.