RU2262153C2 - Flux-free assembly of chip-sized semiconductor parts - Google Patents

Flux-free assembly of chip-sized semiconductor parts Download PDF

Info

Publication number
RU2262153C2
RU2262153C2 RU2004108051/28A RU2004108051A RU2262153C2 RU 2262153 C2 RU2262153 C2 RU 2262153C2 RU 2004108051/28 A RU2004108051/28 A RU 2004108051/28A RU 2004108051 A RU2004108051 A RU 2004108051A RU 2262153 C2 RU2262153 C2 RU 2262153C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
contact
substrate
crystal
contact column
eutectic alloy
Prior art date
Application number
RU2004108051/28A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2004108051A (en
Inventor
инов С.А. Гар (RU)
С.А. Гаряинов
Александр Сергеевич Готман (US)
Александр Сергеевич Готман
В.В. Новиков (RU)
В.В. Новиков
Original Assignee
ЭйДжиЭнДжи, ЛЛСи.
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by ЭйДжиЭнДжи, ЛЛСи. filed Critical ЭйДжиЭнДжи, ЛЛСи.
Priority to RU2004108051/28A priority Critical patent/RU2262153C2/en
Publication of RU2004108051A publication Critical patent/RU2004108051A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2262153C2 publication Critical patent/RU2262153C2/en

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/013—Alloys
    • H01L2924/014—Solder alloys
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/10—Details of semiconductor or other solid state devices to be connected
    • H01L2924/11—Device type
    • H01L2924/14—Integrated circuits

Landscapes

  • Wire Bonding (AREA)

Abstract

FIELD: electric wiring and sealing of semiconductor parts.
SUBSTANCE: proposed method for assembling semiconductor parts includes formation of tab connector pairs on respective surfaces of chip and substrate including their interconnection. Each tab connector in each pair has top part incorporating at least one component of electricity conducting eutectic alloy. Pointed vertical peaks are formed on at least one of tab connectors in each pair. Chip and substrate are pressed to one another by force and tab connectors are heated until pointed peaks penetrate through oxide films provided on respective opposing tab connectors in each pair and come in contact with top surface of other tab connector thereby initiating their fusion. Then tab connectors are cooled down to afford hardening of fused parts and to form conducting joints between each respective pair, as well as to seal package over periphery. In this way semiconductor chip is soldered to substrate by means of alloys having relatively low fusing temperature.
EFFECT: enhanced post-hardening strength and environmental friendliness of joint.
16 cl, 10 dwg

Description

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИFIELD OF TECHNOLOGY

Изобретение в целом относится к припаиванию одной подложки к другой с использованием электропроводящих эвтектических сплавов, а в частности - к электромонтажной сборке и герметизации полупроводниковых изделий размером с кристалл без использования флюсов или восстановительной атмосферы.The invention generally relates to the soldering of one substrate to another using electrically conductive eutectic alloys, and in particular to the electrical assembly and sealing of semiconductor products the size of a crystal without using fluxes or a reducing atmosphere.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИBACKGROUND

Интегральные схемы («ИС») формируют в «активном» приповерхностном слое монокристалла, или «чипа», вырезанного из полупроводниковой пластины, которая содержит интегральный массив одинаковых кристаллов. Кристаллы - относительно малы и хрупки, восприимчивы к вредным воздействиям окружающей среды, в частности к влажности, и в течение работы способны производить относительно большое количество тепла в относительно малом объеме. Соответственно, сборку интегральных схем обычно проводят, по возможности, в жестких корпусах, которые обеспечивают их защиту от окружающей среды, надежную установку, например, на печатную плату с размещенными на ней электронными компонентами, и электрическое соединение с ней, а также эффективное рассеяние в окружающую среду тепла, которое эти электронные компоненты производят в процессе работы.Integrated circuits (“ICs”) are formed in the “active” near-surface layer of a single crystal, or “chip,” cut out of a semiconductor wafer that contains an integrated array of identical crystals. Crystals are relatively small and fragile, susceptible to harmful environmental influences, in particular moisture, and during operation are capable of producing a relatively large amount of heat in a relatively small volume. Accordingly, the assembly of integrated circuits is usually carried out, if possible, in rigid cases that ensure their protection from the environment, reliable installation, for example, on a printed circuit board with electronic components placed on it, and electrical connection with it, as well as effective dissipation into the environment the heat medium that these electronic components generate during operation.

Современная тенденция в электронной промышленности направлена на миниатюризацию и облегчение аппаратуры при повышении ее функциональности. Это предъявляет соответствующие требования к полупроводниковым изделиям, которые имеют меньшие габариты и размеры установочной площадки, но большую функциональность. Одной из реакций на эту тенденцию была разработка изделий (ИС) «размера кристалла» или «масштаба кристалла», включая изделие (ИС) с матрицей шариковых выводов («BGA»), матрицей контактных площадок («LGA») и с безвыводным кристаллодержателем («LCC»), которые являются устройствами поверхностного монтажа и имеют габариты и установочные размеры, которые лишь немного превышают размеры заключенного внутри полупроводникового кристалла.The current trend in the electronics industry is aimed at miniaturization and facilitation of equipment while increasing its functionality. This makes corresponding demands on semiconductor products, which have smaller overall dimensions and installation site, but greater functionality. One of the reactions to this trend was the development of products (ICs) of "crystal size" or "crystal scale", including a product (IC) with a ball lead matrix ("BGA"), a contact pad matrix ("LGA") and a lead-free crystal holder ( “LCC”), which are surface mount devices and have dimensions and installation dimensions that are only slightly larger than those enclosed within a semiconductor chip.

Пример одного известного типа такого изделия размера кристалла, а именно: так называемого полупроводникового изделия 100 с «массивом шариковых выводов», иллюстрируется видом сверху, сечением и видом снизу на фиг.5-7 соответственно.An example of one known type of such a product of crystal size, namely, the so-called semiconductor product 100 with an "array of ball terminals", is illustrated by a top view, a cross section and a bottom view in FIGS. 5-7, respectively.

Как показано на этих чертежах, известное изделие 100 с «массивом шариковых выводов», содержит полупроводниковый кристалл 102, припаянный с формированием электрического соединения к подложке 104 с межсоединениями, причем последняя не только служит для перераспределения сигналов ввода-вывода, идущих в кристалл и из кристалла, но и способствует герметизации кристалла для защиты от вредных экологических факторов, включая влажность.As shown in these drawings, the known product 100 with an “array of ball terminals” contains a semiconductor chip 102 soldered to form an electrical connection to the substrate 104 with interconnects, the latter not only serving to redistribute the I / O signals going into and out of the crystal , but also helps to seal the crystal to protect against harmful environmental factors, including humidity.

Многослойная подложка 104, например простой трехслойный вариант выполнения, который иллюстрируется на чертежах, обычно включает один или большее количество диэлектрических слоев 106, на которых сформирован один или большее количество металлических слоев 108 в виде некоторого рисунка. Рисунок металлического слоя 108 обычно выполняют методом фотолитографии с формированием сигнальных контактных столбиков 110 на верхней поверхности диэлектрического слоя 106 и контактных площадок 112 на нижней его поверхности. Контактные столбики 110 соединены с контактными площадками 112 сквозь подложку 104 с помощью сквозных металлизированных отверстий 114. Кроме того, рисунок металлических слоев 108 может включать на одной или обеих поверхностях диэлектрического слоя 106 схемные соединения 116, которые соединяют друг с другом контактные столбики 110, контактные площадки 112 или как контактные площадки, так и контактные столбики через сквозные отверстия 114.A multilayer substrate 104, for example a simple three-layer embodiment, which is illustrated in the drawings, typically includes one or more dielectric layers 106, on which one or more metal layers 108 are formed in the form of some pattern. The pattern of the metal layer 108 is usually performed by photolithography with the formation of signal contact posts 110 on the upper surface of the dielectric layer 106 and contact pads 112 on its lower surface. The contact posts 110 are connected to the contact pads 112 through the substrate 104 via metallized through holes 114. In addition, the pattern of metal layers 108 may include circuit connections 116 on one or both surfaces of the dielectric layer 106 that connect the contact posts 110 to each other, contact pads 112 or both contact pads and contact posts through the through holes 114.

В обычном изделии 100 с массивом шариковых выводов шариковые выводы 118, выполненные из электропроводящего металла, например из свинцово-оловянного припоя, расположены на соответствующих контактных площадках 112, организованы в виде «сетки», или прямоугольного массива, и служат в качестве входных или выходных сигнальных выводов и крепежных элементов изделия 100. В изделиях с матрицей контактных площадок и с безвыводным кристаллодержателем шариковые выводы 118 отсутствуют и выводами служат непосредственно контактные площадки 112.In a conventional product 100 with an array of ball pins, ball pins 118 made of an electrically conductive metal, such as lead-tin solder, are located on the corresponding pads 112, arranged in the form of a "grid", or a rectangular array, and serve as input or output signal conclusions and fasteners of the product 100. In products with a matrix of contact pads and with a lead-free crystal holder, there are no ball pins 118 and the pads 112 serve directly as the conclusions.

Для выполнения перераспределения сигналов контактные столбики 120 для ввода/вывода сигналов на активной поверхности кристалла 102 могут быть соединены с сигнальными контактными столбиками 110 на подложке 104 с помощью тонких монтажных проводов (не показаны) или альтернативно, как показано на фиг.6, припаяны непосредственно к контактным столбикам 110 с использованием так называемого метода «перевернутого кристалла», или способа «С-4», при котором соединение с кристаллом обычно осуществляют с помощью флюса и припоя, включающего свинец (Pb) и олово (Sn).To perform signal redistribution, the contact posts 120 for inputting / outputting signals on the active surface of the chip 102 can be connected to the signal contact posts 110 on the substrate 104 using thin wiring wires (not shown) or alternatively, as shown in FIG. 6, soldered directly to contact posts 110 using the so-called “inverted crystal” method, or “C-4” method, in which the connection to the crystal is usually carried out using flux and solder, including lead (Pb) and tin (Sn).

Способ «перевернутого кристалла», предназначенный для электрического соединения чипов с подложками, был разработан, в частности, компанией IBM, Inc. примерно в 1965 году. Способ, который иногда называют «процесс монтажа кристаллов с контролируемым сминанием шариковых выводов», или способ «С-4», (см., например, L. F. Miller, "Controlled Collapse Reflow Chip Joining, "IBM J. Res. Develop., 239-250, May 1969), включает формирование контактных столбиков из электропроводящего металла, например припоя, на контактных площадках 120 для ввода/вывода сигналов, расположенных на активной поверхности чипа 102, затем переворачивание, или «опрокидывание» чипа и наплавление или сплавление контактных столбиков из припоя с соответствующими контактными столбиками 110 на подложке 104, - этот процесс традиционно производят в конвейерной печи с использованием флюса.The “inverted crystal” method for electrically connecting chips to substrates was developed, in particular, by IBM, Inc. around 1965. The method, which is sometimes called the "process of mounting crystals with controlled crushing of ball leads", or the method of "C-4", (see, for example, LF Miller, "Controlled Collapse Reflow Chip Joining," IBM J. Res. Develop., 239 -250, May 1969), includes the formation of contact bars of electrically conductive metal, for example solder, on the contact pads 120 for input / output of signals located on the active surface of the chip 102, then turning or "tipping" the chip and fusing or fusion of the contact bars from solder with corresponding contact posts 110 on substrate 104, - this process is traditionally carried out in a conveyor furnace using flux.

Обычно изделие 100 герметизируют формовкой плотного тела 122 из пластмассы, например заливкой эпоксидной смолы на установленный кристалл 102 и по меньшей мере на часть подложки 104, или альтернативно, путем прикрепления, например пайкой, металлической крышки 124, которая закрывает кристалл (на фиг.5 и 6 крышка показана штриховой линией), к подложке. Перед герметизацией обычно производят тщательную очистку узкого промежутка между кристаллом 102 и подложкой 104 от какого-либо остаточного флюса, потом «заполняют снизу» этот промежуток слоем 126 из жидкой пластмассы с низкой вязкостью, а затем обеспечивают ее отвердевание. Заполняющий слой 126 служит для поддержания кристалла 102 над подложкой 104 и предупреждает проникновение в этот промежуток пластмассы герметизирующего тела 122 и формирование при повышенной температуре потенциально деструктивного «теплового клина» между кристаллом и подложкой, или, альтернативно, предупреждает соединение флюса, оставшегося в корпусе, со свинцом припоя и разъедание контактных столбиков, а также активной поверхности кристалла в течение срока службы изделия.Typically, the article 100 is sealed by molding a dense plastic body 122, for example, by pouring epoxy on an installed crystal 102 and at least on a portion of the substrate 104, or alternatively, by soldering, for example, a metal cover 124 that covers the crystal (FIG. 5 and 6, the cover is shown by a dashed line) to the substrate. Before sealing, a narrow gap between the crystal 102 and the substrate 104 is usually thoroughly cleaned of any residual flux, then this gap is “filled from below” with a layer 126 of liquid plastic with low viscosity and then hardened. The filling layer 126 serves to support the crystal 102 above the substrate 104 and prevents the penetration of the sealing body 122 into the plastic gap and the formation of a potentially destructive "heat wedge" between the crystal and the substrate at elevated temperature, or, alternatively, prevents the flux remaining in the housing from connecting lead solder and corrosion of contact posts, as well as the active surface of the crystal during the life of the product.

Хотя вышеописанные технологии сборки изделия 100 с матрицей шариковых выводов, в общем случае удовлетворяют требованиям, предъявляемым к полупроводниковому изделию размера кристалла, они не свободны от некоторых недостатков. Одним из них является необходимость использования флюса при пайке или при электрическом соединении кристалла и подложки и, как следствие, необходимость полной очистки сборки от всех остатков флюса перед герметизацией корпуса для предупреждения последующей коррозии, обусловленной этим оставшимся флюсом. Потребность в использовании флюса при креплении кристалла возникает как результат присутствия оксидных пленок, которые возникают на припое и на контактных столбиках в результате взаимодействия металлов в припое и контактных столбиках с атмосферным кислородом.Although the above-described assembly technologies for the ball-pin product 100 are generally satisfactory for the requirements of a semiconductor chip of a crystal size, they are not free from some of the disadvantages. One of them is the need to use flux when soldering or when electrically connecting the crystal and the substrate, and, as a result, the need to completely clean the assembly of all flux residues before sealing the casing to prevent subsequent corrosion caused by this remaining flux. The need for the use of flux in the fastening of the crystal arises as a result of the presence of oxide films that arise on the solder and on the contact posts as a result of the interaction of metals in the solder and contact posts with atmospheric oxygen.

Оксидные пленки препятствуют смачиванию припоем соединяемых поверхностей.Oxide films prevent solder wetting of the joined surfaces.

При высоких температурах флюсы удаляют оксидные пленки путем образования с ними химического соединения, таким образом очищая металл в контактных столбиках от любых окислов и обеспечивая смачивание припоем металла и соединение с ним припоя.At high temperatures, fluxes remove oxide films by forming a chemical compound with them, thereby purifying the metal in the contact columns of any oxides and ensuring that the solder is wetted and the solder is joined to it.

Можно избежать использования флюса за счет, во-первых, тщательной очистки металла на контактах от всех оксидных пленок, а во-вторых, за счет проведения пайки кристалла к подложке в восстановительной атмосфере, например содержащей водород. Однако такой технологический процесс является относительно дорогостоящим и включает использование сложного, дорогого и потенциально опасного оборудования. Поэтому желательно иметь способ пайки с формированием электрического соединения первой подложки, например полупроводникового кристалла, ко второй подложке, например подложке с межсоединениями в полупроводниковом изделии, без использования флюсов, восстановительной атмосферы или комплексной очистки, необходимой при использовании перечисленных способов.The use of flux can be avoided by, firstly, thoroughly cleaning the metal at the contacts of all oxide films, and secondly, by soldering the crystal to the substrate in a reducing atmosphere, for example, containing hydrogen. However, such a process is relatively expensive and involves the use of sophisticated, expensive, and potentially hazardous equipment. Therefore, it is desirable to have a soldering method with the formation of an electrical connection of the first substrate, for example, a semiconductor crystal, to a second substrate, for example, a substrate with interconnects in a semiconductor product, without the use of fluxes, reducing atmosphere, or complex cleaning necessary when using these methods.

Другим недостатком известного изделия является необходимость проведения отдельных, дорогостоящих процессов и использование дорогостоящих структур для герметизации активной поверхности кристалла и электрических контактов между кристаллом и подложкой с целью их защиты от воздействия окружающей среды. Поэтому желательно иметь способ для герметизации полупроводникового изделия без необходимости в этих дополнительных процессах и материалах, а кроме того, желательно создать такую герметизацию одновременно с электрическим соединением кристалла и подложки.Another disadvantage of the known product is the need for separate, expensive processes and the use of expensive structures to seal the active surface of the crystal and electrical contacts between the crystal and the substrate in order to protect them from environmental influences. Therefore, it is desirable to have a method for sealing a semiconductor product without the need for these additional processes and materials, and in addition, it is desirable to create such a seal simultaneously with the electrical connection of the crystal and the substrate.

Еще одним недостатком известного корпуса является широкое использование припоев, содержащих свинец, прежде всего вследствие относительно низкой температуры его плавления и относительно высокой прочности соединения после затвердевания. Однако свинец ядовит и способен оказывать значительное и длительное неблагоприятное воздействие на окружающую среду при отправлении в отходы электронных приборов с паяными соединениями, содержащими свинец, например, на мусорных свалках. Поэтому желательно иметь способ припаивания полупроводникового кристалла к подложке с использованием электропроводящих сплавов, которые имеют относительно низкую температуру плавления, относительно высокую прочность соединения после затвердевания, но которые не содержат ни свинца, ни какого-либо другого компонента, являющегося вредным для окружающей среды при отправлении в отходы.Another disadvantage of the known housing is the widespread use of solders containing lead, primarily due to the relatively low melting point and relatively high strength of the joint after solidification. However, lead is toxic and capable of having a significant and lasting adverse environmental impact when electronic devices with soldered compounds containing lead are sent to waste, for example, in landfills. Therefore, it is desirable to have a method of soldering a semiconductor crystal to a substrate using electrically conductive alloys that have a relatively low melting point, relatively high strength of the joint after solidification, but which do not contain lead or any other component that is harmful to the environment when sent to waste.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯSUMMARY OF THE INVENTION

Согласно одному из аспектов настоящего изобретения, предложен способ припаивания с формированием электрического соединения первой подложки, например полупроводникового кристалла, ко второй подложке, например подложке с межсоединениями в полупроводниковом изделии, с использованием низкотемпературных электропроводящих эвтектических сплавов, включая сплавы без применения свинца, без использования флюсов или восстановительной атмосферы. В соответствии с другим аспектом настоящего изобретения предложен способ герметизации с одновременным формированием электрического соединения кристалла и подложки без необходимости дополнительных процессов герметизации и привлечения дополнительных материалов.According to one aspect of the present invention, there is provided a method of soldering to form an electrical connection of a first substrate, for example a semiconductor crystal, to a second substrate, for example a substrate with interconnects in a semiconductor product, using low temperature electrically conductive eutectic alloys, including alloys without the use of lead, without using fluxes or restorative atmosphere. In accordance with another aspect of the present invention, a method of sealing with the simultaneous formation of an electrical connection of the crystal and the substrate without the need for additional processes of sealing and attract additional materials.

Согласно настоящему изобретению способ заключается в формировании на первой поверхности первой подложки одного или большего количества первых контактных столбиков. Первые контактные столбики могут включать, например, контактные столбики для входа и выхода сигнала на активной поверхности полупроводникового кристалла. Каждый из первых контактных столбиков содержит по меньшей мере верхнюю часть, включающую по меньшей мере один компонент из электропроводящего эвтектического сплава. На первой поверхности второй подложки сформирован один или большее количество вторых электропроводящих контактных столбиков. Вторые контактные столбики могут включать, например, сигнальные контактные столбики на подложке с межсоединениями в полупроводниковом корпусе. Каждый из вторых контактных столбиков содержит по меньшей мере верхнюю часть, включающую по меньшей мере один другой компонент эвтектического сплава, и соответствует, по порядку и месту расположения, соответствующему контактному столбику из первых контактных столбиков на первой подложке, таким образом задавая одну или большее количество соответствующих пар контактных столбиков на этих двух подложках. В каждой из соответствующих пар на верхней поверхности по меньшей мере одного из первых и вторых контактных столбиков сформированы один или несколько острых вертикальных пиков.According to the present invention, the method consists in forming on the first surface of the first substrate one or more first contact columns. The first contact posts may include, for example, contact posts for input and output of a signal on the active surface of a semiconductor chip. Each of the first contact posts contains at least an upper part comprising at least one component of an electrically conductive eutectic alloy. One or more second electrically conductive contact posts are formed on a first surface of the second substrate. The second contact posts may include, for example, signal contact posts on a substrate with interconnects in a semiconductor package. Each of the second contact columns contains at least an upper part including at least one other component of the eutectic alloy, and corresponds, in order and location, to the corresponding contact column of the first contact columns on the first substrate, thereby defining one or more corresponding pairs of contact bars on these two substrates. In each of the respective pairs, one or more sharp vertical peaks are formed on the upper surface of at least one of the first and second contact posts.

Конкретный эвтектический сплав, выбранный для пайки, может включать, например, известный бинарный эвтектический сплав олова (Sn) и свинца (Pb) [63% Sn +37% Pb; температура пайки (ST)=188°С] или альтернативно, многокомпонентный эвтектический сплав без свинца, например, олово (Sn), цинк (Zn) и алюминий (Al) [88% Sn +10.4% Zn +1,5% Al; температура пайки (ST)=210°С].A particular eutectic alloy selected for brazing may include, for example, the known binary eutectic alloy of tin (Sn) and lead (Pb) [63% Sn + 37% Pb; soldering temperature (ST) = 188 ° C] or alternatively, a lead-free eutectic multicomponent alloy, for example tin (Sn), zinc (Zn) and aluminum (Al) [88% Sn + 10.4% Zn + 1.5% Al; soldering temperature (ST) = 210 ° C].

Соответствующие первые поверхности первой и второй подложек обращены друг к другу так, что соответствующие верхние поверхности первого и второго контактных столбиков в каждый их паре могут быть приведены в принудительный контакт друг с другом. Затем противолежащие контактные столбики нагревают по меньшей мере до температуры пайки эвтектического сплава и до тех пор, пока один или большее количество острых пиков по меньшей мере на одном контактном столбике не пройдет сквозь все оксидные пленки на соответствующей верхней поверхности противолежащего контактного столбика пары и не войдет с ней в контакт. При этом начинается плавление и растворение соответствующих верхних частей противолежащих контактных столбиков друг в друге без необходимости присутствия флюса или восстановительной атмосферы. После соединения противолежащие контактные столбики охлаждают, давая затвердеть взаимно растворенным, расплавленным верхним частям столбиков, с формированием электропроводящего соединения между каждой соответствующей парой контактных столбиков.The corresponding first surfaces of the first and second substrates face each other so that the corresponding upper surfaces of the first and second contact columns in each pair can be brought into forced contact with each other. Then, the opposite contact columns are heated to at least the brazing temperature of the eutectic alloy and until one or more sharp peaks on at least one contact column pass through all the oxide films on the corresponding upper surface of the opposite contact column of the pair and enter her in touch. This begins the melting and dissolution of the corresponding upper parts of the opposite contact columns in each other without the need for the presence of a flux or a reducing atmosphere. After joining, the opposite contact columns are cooled, allowing the mutually dissolved, molten upper parts of the columns to solidify, with the formation of an electrically conductive connection between each respective pair of contact columns.

Полупроводниковые изделия, собранные способом согласно настоящему изобретению, могут быть герметизированы известными способами, например герметизацией с использованием пластмассы или герметизирующей крышки. Но в одном, особенно предпочтительном варианте выполнения настоящего изобретения, первые и вторые контактные столбики могут дополнительно включать пару соответствующих рамок, сформированных по периферии соответствующих первых поверхностей кристалла и подложки с межсоединениями. Таким образом, эти две рамки имеют одинаковую конструкцию и совместимость по составу аналогично соответствующим первому и второму сигнальным контактным столбикам, поэтому их можно спаять друг с другом одновременно с пайкой соответствующих пар сигнальных контактных столбиков кристалла и подложки, таким образом закрывая и герметизируя узкий промежуток внутри соединенных рамок и между соответствующими первыми поверхностями кристалла и подложки, включая активную поверхность кристалла и электрические контакты между кристаллом и подложкой, что защищает их от воздействия окружающей среды.The semiconductor products assembled by the method according to the present invention can be sealed by known methods, for example by sealing using plastic or a sealing cap. But in one particularly preferred embodiment of the present invention, the first and second contact posts may further include a pair of respective frames formed at the periphery of the respective first surfaces of the crystal and the interconnect substrate. Thus, these two frames have the same design and are compatible in composition similar to the corresponding first and second signal contact columns, therefore, they can be soldered to each other simultaneously with the soldering of the corresponding pairs of signal contact columns of the crystal and the substrate, thus closing and sealing a narrow gap inside the connected frames and between the respective first surfaces of the crystal and the substrate, including the active surface of the crystal and electrical contacts between the crystal and the substrate which protects them from environmental influences.

Лучше понять вышеупомянутые и другие признаки и преимущества настоящего изобретения можно из последующего подробного описания вариантов его выполнения со ссылками на сопровождающие чертежи.It is better to understand the above and other features and advantages of the present invention from the following detailed description of its embodiments with reference to the accompanying drawings.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS

На фиг.1 показан вид сверху полупроводникового изделия размера кристалла, собранного в соответствии с одним из способов согласно настоящему изобретению;Figure 1 shows a top view of a semiconductor product of a crystal size assembled in accordance with one of the methods according to the present invention;

на фиг.2 в увеличенном масштабе показано сечение по линии II-II изделия, изображенного на фиг.1;figure 2 in an enlarged scale shows a section along the line II-II of the product shown in figure 1;

на фиг.3 показан вид снизу изделия, изображенного на фиг.1 и 2;figure 3 shows a bottom view of the product depicted in figures 1 and 2;

на фиг.4А в увеличенном масштабе показано сечение части изделия, окруженной линией IV-IV на фиг.2, и иллюстрируется один из вариантов выполнения настоящего изобретения;on figa in an enlarged scale shows a cross section of a part of the product, surrounded by line IV-IV in figure 2, and illustrates one embodiment of the present invention;

на фиг.4В показано сечение, аналогичное изображенному на фиг.4А и иллюстрирующее другой вариант выполнения настоящего изобретения;on figv shows a cross section similar to that shown in figa and illustrating another embodiment of the present invention;

на фиг.4С показано сечение, аналогичное изображенному на фиг.4А и иллюстрирующее еще один вариант выполнения настоящего изобретения;on figs shows a cross section similar to that shown in figa and illustrating another embodiment of the present invention;

на фиг.4D показано сечение, аналогичное изображенному на фиг.4А и иллюстрирующее еще один вариант выполнения настоящего изобретения;on fig.4D shows a cross section similar to that shown in figa and illustrating another embodiment of the present invention;

на фиг.5 показан вид сверху полупроводникового изделия размера кристалла с матрицей шариковых выводов, который собран согласно известному способу;figure 5 shows a top view of a semiconductor product of the size of a crystal with a matrix of ball leads, which are assembled according to the known method;

на фиг.6 в увеличенном масштабе показано сечение по линии VI-VI корпуса, изображенного на фиг.5; иfigure 6 in an enlarged scale shows a section along the line VI-VI of the housing depicted in figure 5; and

на фиг.7 показан вид снизу известного изделия, изображенного на фиг.5 и 6.Fig.7 shows a bottom view of the known product depicted in Fig.5 and 6.

ВАРИАНТЫ ВЫПОЛНЕНИЯ НАСТОЯЩЕГО ИЗОБРЕТЕНИЯEMBODIMENTS OF THE PRESENT INVENTION

Полупроводниковое изделие 10 размера кристалла, собранное в соответствии со способом согласно настоящему изобретению, иллюстрируется на виде сверху, сечении и на виде снизу на фиг.1-3 соответственно. Новое изделие 10 содержит первую подложку 12, например полупроводниковый кристалл, включающую первую активную поверхность с одним или большим количеством сформированных на ней электропроводящих первых контактных столбиков 14, например контактных столбиков для ввода/вывода сигнала, которые припаяны с формированием электрического соединения способом согласно настоящему изобретению к одному или большему количеству соответствующих электропроводящих вторых контактных столбиков 16, например сигнальных контактных столбиков, сформированных на первой поверхности второй подложки 18, например подложки с межсоединенями, в изделии 10. Как вариант, соответствующие первые и вторые контактные столбики 14 и 16 кристалла 12 и подложки 18 с межсоединениями могут дополнительно включать пару, состоящую из первой и второй герметизирующих рамок 20 и 22, каждая из которых выступает по краю первых поверхностей кристалла и подложки используются для герметизации изделия 10 способом, описанным ниже.The semiconductor article 10 of the crystal size, assembled in accordance with the method according to the present invention, is illustrated in a top view, section and bottom view in Fig.1-3, respectively. The new product 10 comprises a first substrate 12, for example a semiconductor chip, comprising a first active surface with one or more electrically conductive first contact posts 14 formed thereon, for example, contact input / output posts that are soldered to form an electrical connection by the method of the present invention to one or more respective electrically conductive second contact posts 16, for example signal contact posts, are formed on the first surface of the second substrate 18, for example, the substrate with interconnects, in the product 10. Alternatively, the respective first and second contact posts 14 and 16 of the crystal 12 and the substrate 18 with interconnects may further include a pair consisting of the first and second sealing frames 20 and 22 , each of which protrudes along the edge of the first surfaces of the crystal and the substrate are used to seal the product 10 in the manner described below.

Если не учитывать контактных столбиков 14 ввода/вывода сигнала и дополнительной герметизирующей рамки 20, и способа, которым эти элементы припаяны к соответствующим контактным столбикам 16 и рамке 22 на второй подложке 18, первая подложка 12 может помимо этого включать обычный полупроводниковый кристалл, вырезанный или выделенный из полупроводниковой пластины, например из кремния или германия, которая содержит интегральный массив одинаковых кристаллов 12, каждый из которых содержит интегральную схему, сформированную на первой, или активной, его поверхности обычными способами изготовления полупроводниковых приборов, включая стандартную фотолитографию, травление, легирование полупроводника, химическое осаждение из паровой фазы, металлизацию и процессы осаждения из паровой фазы. Действительно, как обсуждается ниже, некоторые из этих известных способов также могут использоваться для формирования соответствующих пар сигнальных контактных столбиков 14 и 16 и герметизирующих рамок 20 и 22 на соответствующих поверхностях первой и второй подложек 12 и 18.If the input / output contact bars 14 of the signal and the additional sealing frame 20 are not taken into account, and the way these elements are soldered to the respective contact posts 16 and frame 22 on the second substrate 18, the first substrate 12 may also include a conventional semiconductor crystal, cut or selected from a semiconductor wafer, for example silicon or germanium, which contains an integrated array of identical crystals 12, each of which contains an integrated circuit formed on the first or active, th surface by conventional methods of manufacturing semiconductor devices, including standard photolithography, etching, doping of a semiconductor, chemical vapor deposition, metallization processes and vapor deposition. Indeed, as discussed below, some of these known methods can also be used to form the respective pairs of signal contact posts 14 and 16 and sealing frames 20 and 22 on the respective surfaces of the first and second substrates 12 and 18.

Как показано на фиг.2, вторая подложка, или подложка 18 с межсоединениями, включает слоистую структуру из диэлектрического слоя 24, имеющего противоположные первую и вторую поверхности, на которых расположены первый и второй металлические слои 26 и 28 соответственно в виде некоторого рисунка. Металлический слой 26 на первой, или верхней, поверхности подложки 18 может иметь рисунок, включающий по меньшей мере нижнюю часть вторых, сигнальных контактных столбиков 16, описанных выше, а металлическая пленка 28 на второй, или нижней, поверхности подложки 18 может иметь рисунок, включающий массив контактных площадок 30.As shown in FIG. 2, the second substrate, or interconnect substrate 18, includes a layered structure of a dielectric layer 24 having opposite first and second surfaces on which the first and second metal layers 26 and 28 are respectively arranged in the form of some pattern. The metal layer 26 on the first or upper surface of the substrate 18 may have a pattern including at least the lower part of the second signal contact posts 16 described above, and the metal film 28 on the second or lower surface of the substrate 18 may have a pattern including array of pads 30.

Сквозные металлизированные отверстия 32 электрически соединяют первый металлический слой 26 со вторым металлическим слоем 28 через всю толщу диэлектрического слоя 24.Through metallized holes 32 electrically connect the first metal layer 26 to the second metal layer 28 through the entire thickness of the dielectric layer 24.

Сквозные отверстия в подложке 18, созданные металлизированными отверстиями 32, могут быть заполнены, например, «пробкой» 34 из припоя или электропроводящей эпоксидной смолы, обеспечивая отсутствие каких бы то ни было точек разрыва в подложке, сквозь которые влага могла бы проникнуть в узкий промежуток 36 между этими двумя подложками и загрязнить первую, или активную, поверхность кристалла или электрические соединения между кристаллом и второй подложкой 18. Рисунок на металлических слоях 26 и 28 может дополнительно включать схемные соединения 38, расположенные на одной или на обеих поверхностях диэлектрического слоя 24 и предназначенные для электрического соединения контактных столбиков 16 через металлизированные отверстия 32 с контактными площадками 30. На соответствующих контактных площадках 30 могут быть сформированы металлические столбики 40, например, из припоя для того, чтобы в случае изделия 10 с матрицей шариковых выводов служить, например, клеммами ввода/вывода для корпуса, а в случае корпуса с матрицей контактных площадок или корпуса с безвыводным кристаллодержателем контактные площадки 30 могут быть оставлены пустыми и самостоятельно выполнять роль клемм ввода/вывода для корпуса.The through holes in the substrate 18 created by the metallized holes 32 can be filled, for example, with a “plug” 34 made of solder or electrically conductive epoxy, ensuring that there are no break points in the substrate through which moisture could penetrate into the narrow gap 36 between these two substrates and contaminate the first, or active, surface of the crystal or the electrical connections between the crystal and the second substrate 18. The pattern on the metal layers 26 and 28 may further include circuit connections 3 8 located on one or both surfaces of the dielectric layer 24 and intended to electrically connect the contact posts 16 through metallized holes 32 to the contact pads 30. Metal posts 40, for example, from solder, can be formed on the corresponding contact pads 30 so that in the case of a product 10 with a matrix of ball terminals, serve, for example, as input / output terminals for a housing, and in the case of a housing with a matrix of contact pads or a housing with a leadless crystal holder, Comp act pad 30 can be left empty and alone serve as input / output terminals for the body.

Согласно изобретению подложка 18 с межсоединениями может иметь различные варианты конфигурации. Диэлектрический слой 24 может включать керамику, например, диоксид кремния (SiO2), арсенид галлия (GaAs), кварц, оксид алюминия, нитрид алюминия (AlM) или ламинат, содержащий один или большее количество слоев из вышеупомянутых материалов, а металлические слои 26 и 28 могут включать, например, вольфрамовую пасту, которую наносят на керамический слой с формированием желательного рисунка, а затем подвергают совместному с керамическим слоем обжигу с формированием твердой, жесткой структуры. Альтернативно, диэлектрический слой 24 может включать один или большее количество слоев из полимера, например, полиимида, на который ламинированием или металлизацией наносят металлические слои 26 и 28, например, из медной или алюминиевой фольги, а затем формируют рисунок с использованием стандартных способов фотолитографии и травления. В еще одном возможном варианте выполнения настоящего изобретения диэлектрический слой 24 может включать основу из стекловолокна или поликарбонатных волокон, пропитанную смолой, например эпоксидной смолой на основе эпихлоридгидрина бифенола-А, смолой на основе абисмалимидетриазина или политетрафторэтилена.According to the invention, the interconnect substrate 18 may have various configuration options. The dielectric layer 24 may include ceramics, for example, silicon dioxide (SiO 2 ), gallium arsenide (GaAs), quartz, alumina, aluminum nitride (AlM) or a laminate containing one or more layers of the above materials, and metal layers 26 and 28 may include, for example, a tungsten paste, which is applied to the ceramic layer to form the desired pattern, and then fired together with the ceramic layer to form a solid, rigid structure. Alternatively, the dielectric layer 24 may include one or more layers of a polymer, for example polyimide, onto which metal layers 26 and 28, for example, of copper or aluminum foil, are applied by lamination or metallization, and then a pattern is formed using standard photolithography and etching methods . In yet another possible embodiment of the present invention, the dielectric layer 24 may include a fiberglass or polycarbonate fiber base impregnated with a resin, for example, bisphenol-A epichloride hydrin epoxy resin, abismalimidetriazine or polytetrafluoroethylene resin.

Кроме того, должно быть понятно, что, согласно настоящему изобретению, способ припаивания кристалла 12 к подложке 18 с формированием электрического соединения не ограничен вышеупомянутыми «ламинатными» типами подложек 18 с межсоединениями, но может быть также реализован в сочетании с обычными подложками с металлическими проводниковыми рамками (не показаны), предназначенными для сборки, так называемых, полупроводниковых изделий с проводниками на чипе.In addition, it should be clear that, according to the present invention, the method of soldering the crystal 12 to the substrate 18 with the formation of an electrical connection is not limited to the aforementioned “laminate” types of substrates 18 with interconnects, but can also be implemented in combination with conventional substrates with metal conductor frames (not shown) intended for the assembly of so-called semiconductor products with conductors on a chip.

Как видно из вышеизложенного, согласно настоящему изобретению, вторая подложка, т.е. подложка 18 с межсоединениями, за исключением контактных столбиков 16 и герметизирующей рамки 22, сформированных на ней, и способа, посредством которого они припаяны к соответствующим контактным столбикам 14 и рамке 20 на первой подложке или кристалле 12, в остальном сравнительно близка по конструкции к традиционной.As can be seen from the above, according to the present invention, the second substrate, i.e. a substrate 18 with interconnects, with the exception of the contact posts 16 and the sealing frame 22 formed on it, and the method by which they are soldered to the respective contact posts 14 and the frame 20 on the first substrate or crystal 12, the rest is relatively similar in design to the traditional one.

Согласно настоящему изобретению имеется несколько способов соединения кристалла 12 с формированием электрического соединения с подложкой 18 с межсоединениями, и, как вариант, для одновременной герметизации изделия 10 без использования флюса или восстановительной атмосферы. Эти варианты описаны ниже со ссылками на фиг.4А-4D, на которых в увеличенном масштабе показано сечение ограниченной по линии IV-IV части изделия 10, изображенного на фиг.2, причем каждый чертеж иллюстрирует свой вариант выполнения настоящего изобретения.According to the present invention, there are several ways to connect the crystal 12 with the formation of an electrical connection with the substrate 18 with interconnects, and, as an option, for simultaneously sealing the product 10 without the use of a flux or a reducing atmosphere. These options are described below with reference to figa-4D, which on an enlarged scale shows a cross section of the limited along line IV-IV of the part of the product 10 shown in figure 2, and each drawing illustrates its own embodiment of the present invention.

На фиг.4А иллюстрируется вариант способа, который отличается тем, что на первой поверхности первой подложки 12, то есть на активной поверхности полупроводникового кристалла, формируют один или большее количество первых контактных столбиков 14, что может включать и формирование герметизирующей рамки 20, а на первой поверхности второй подложки 18 с межсоединениями формируют один или большее количество соответствующих вторых контактных столбиков 16, что может включать формирование соответствующей герметизирующей рамки 22.4A illustrates an embodiment of the method, which is characterized in that one or more first contact posts 14 are formed on the first surface of the first substrate 12, that is, on the active surface of the semiconductor chip, which may include the formation of a sealing frame 20, and on the first the surfaces of the second interconnect substrate 18 form one or more corresponding second contact posts 16, which may include the formation of an appropriate sealing frame 22.

Первые или контактные столбики 14 для ввода/вывода сигнала сформированы с осуществлением перекрытия и, таким образом, связи с электрическими соединениями (не показаны), например выполненными металлизацией на кристалле 12 или внутри него, причем последние, в свою очередь, электрически связаны с интегральной схемой (не показана), расположенной на/или в кристалле; указанные контактные столбики включают по меньшей мере верхнюю часть, содержащую по меньшей мере один компонент из электропроводящего эвтектического сплава. Вторые контактные столбики 16 образованы с осуществлением перекрытия, и таким образом, электрического соединения со схемными соединениями 38, сформированными на второй подложке 18, причем указанные контактные столбики включают по меньшей мере верхнюю часть, содержащую по меньшей мере один или другой компонент из эвтектического сплава.The first or contact columns 14 for input / output of the signal are formed with the implementation of the overlap and, thus, communication with electrical connections (not shown), for example, made by metallization on the crystal 12 or inside it, and the latter, in turn, are electrically connected to the integrated circuit (not shown) located on / or in the crystal; said contact posts include at least an upper portion comprising at least one component of an electrically conductive eutectic alloy. The second contact posts 16 are formed so that they overlap and thus electrically connect to the circuit connections 38 formed on the second substrate 18, said contact posts including at least an upper portion comprising at least one or another eutectic alloy component.

В варианте выполнения настоящего изобретения, показанном на фиг.4А, все соответствующие первые и вторые контактные столбики 14 и 16 и герметизирующие рамки 20 и 22 полностью состоят по меньшей мере из одного из компонентов эвтектического сплава, соответствующего данной подложке. Однако, как обсуждается ниже в связи с вариантами выполнения настоящего изобретения, показанными на фиг.4В-40, можно также реализовать изобретение с контактными столбиками 14 и 16 и рамками 20 и 22, в которых соответствующие нижние части 42, 44, 46 и 48 выполнены из электропроводящего материала, например металла или полупроводника, но который не обязательно включает какой-либо из компонентов эвтектического сплава.In the embodiment of the present invention shown in FIG. 4A, all corresponding first and second contact posts 14 and 16 and the sealing frames 20 and 22 are entirely composed of at least one of the eutectic alloy components corresponding to the substrate. However, as discussed below in connection with the embodiments of the present invention shown in FIGS. 4B-40, it is also possible to implement the invention with contact posts 14 and 16 and frames 20 and 22, in which the corresponding lower parts 42, 44, 46 and 48 are made of an electrically conductive material, such as metal or a semiconductor, but which does not necessarily include any of the components of the eutectic alloy.

Конкретный эвтектический сплав для использования при формировании соответствующих контактных столбиков 14 и 16 и рамок 20 и 22, может быть выбран с учетом некоторых особо желательных параметров, например температуры пайки. Однако должно быть понятно, что если в каком-либо контактном столбике или рамке из соответствующей пары присутствует более одного компонента, тогда та часть этого контактного столбика или рамки, которая содержит эвтектические компоненты, должна содержать всю совокупность компонентов сплава, а не только отдельный его компонент, и кроме того, компоненты сплава должны присутствовать в специфических весовых пропорциях, необходимых для образования данного эвтектического сплава.A particular eutectic alloy for use in forming the respective contact posts 14 and 16 and the frames 20 and 22 may be selected taking into account some particularly desirable parameters, such as soldering temperature. However, it should be clear that if more than one component is present in any contact column or frame from the corresponding pair, then the part of this contact column or frame that contains eutectic components should contain the entire set of alloy components, and not just its individual component , and in addition, the components of the alloy must be present in specific weight proportions necessary for the formation of this eutectic alloy.

Таким образом, в случае двухкомпонентного, или «бинарного» эвтектического сплава, например золота (Au) и кремния (Si) [94% Au + 6% Si; температура пайки (ST)=380°C], первые контактные столбики 14 и рамка 20 могут полностью состоять из кремния, а вторые контактные столбики 16 и рамка 22 могут полностью состоять из золота, причем количество этих двух компонентов сплава в соответствующих комплектах контактных столбиков и рамок не имеет большого значения. Альтернативно, по меньшей мере один комплект или все комплекты контактных столбиков и рамок в каждой из соответствующих пар, могут включать оба компонента эвтектического сплава, т.е. 94% Au +6% Si.Thus, in the case of a two-component, or “binary” eutectic alloy, for example gold (Au) and silicon (Si) [94% Au + 6% Si; soldering temperature (ST) = 380 ° C], the first contact posts 14 and the frame 20 can be entirely made of silicon, and the second contact posts 16 and the frame 22 can be completely made of gold, the amount of these two alloy components in the respective sets of contact posts and framework does not really matter. Alternatively, at least one set or all sets of contact posts and frames in each of the respective pairs may include both components of the eutectic alloy, i.e. 94% Au + 6% Si.

Кроме того, в случае эвтектических сплавов, состоящих из трех или более составляющих компонентов, например олова, цинка и алюминия [88% Sn +10,4% Zn +1,5% Al; температура пайки (ST)=210°С], по меньшей мере один из контактных столбиков и одна из рамок в каждой соответствующей паре должны включать все три компонента эвтектического сплава в вышеупомянутом весовом соотношении и, как вариант, все контактные столбики и рамки в каждой соответствующей паре, могут содержать весь сплав.In addition, in the case of eutectic alloys consisting of three or more constituent components, for example tin, zinc and aluminum [88% Sn + 10.4% Zn + 1.5% Al; soldering temperature (ST) = 210 ° C], at least one of the contact posts and one of the frames in each respective pair must include all three components of the eutectic alloy in the aforementioned weight ratio and, as an option, all contact posts and frames in each respective pair may contain the entire alloy.

В следующей таблице перечислено несколько электропроводящих эвтектических сплавов - совместно с весовым соотношением составляющих компонентов и приблизительной температурой пайки (ST), - которые можно использовать в настоящем изобретении, причем «Cd» обозначает кадмий, «Cu» - медь, «Ag» -серебро, a «Bi» - висмут.The following table lists several electrically conductive eutectic alloys — together with a weight ratio of constituent components and an approximate brazing temperature (ST) —which can be used in the present invention, with “Cd” being cadmium, “Cu” being copper, “Ag” is silver, a “Bi” is bismuth.

ТаблицаTable Состав эвтектического сплаваThe composition of the eutectic alloy Температура пайки, °СSoldering temperature, ° С 63% Sn +37% Pb63% Sn + 37% Pb 188188 94% Au +6% Si94% Au + 6% Si 380380 99,5% Sn +0,5% Bi99.5% Sn + 0.5% Bi 232232 97% Sn +3% Ag97% Sn + 3% Ag 225225 67,8 Sn +32,2 Cd67.8 Sn +32.2 Cd 187187 17,4% Zn +82,6 Cd17.4% Zn +82.6 Cd 275275 43% Sn +57% Bi43% Sn + 57% Bi 150150 46% Al +54% Ge46% Al + 54% Ge 440440 88,1% Sn +10,4% Zn +1,5% Al88.1% Sn + 10.4% Zn + 1.5% Al 210210 70-80% Zn +18-28% Al +2% Si70-80% Zn + 18-28% Al + 2% Si 380-420380-420 93% Zn +5% Al +2% Ge93% Zn + 5% Al + 2% Ge 390390 56% Zn +4% Al +40% Cd56% Zn + 4% Al + 40% Cd 340340 57% Zn +39% Al +4% Cd57% Zn + 39% Al + 4% Cd 320320 30% Zn +66% Cd +4% Sn30% Zn + 66% Cd + 4% Sn 294294 48-35% Zn +25-63% Sn +0,5-11% Cu +0,5-1,5% Al48-35% Zn + 25-63% Sn + 0.5-11% Cu + 0.5-1.5% Al 250250

В дополнение к формированию на подложках 12 и 18 соответствующих пар контактных столбиков 14 и 16 и герметизирующей рамки 20 и 22 способ, согласно настоящему изобретению, дополнительно включает формирование по меньшей мере одного острого вертикального пика 50 на верхней поверхности по меньшей мере одного из контактных столбиков и одной из рамок в каждой соответствующей паре. В конкретном варианте выполнения настоящего изобретения, изображенном на фиг.4А, показано, что острые пики 50 сформированы на вторых контактных столбиках 16 и рамке 22, то есть на второй подложке 18 с межсоединениями. Однако вместо этого пики 50 можно сформировать на других, первых контактных столбиках 14 и рамке 20 или, альтернативно, на обоих комплектах как первых, так и вторых контактных столбиков и на обеих рамках.In addition to forming on the substrates 12 and 18 the corresponding pairs of contact columns 14 and 16 and the sealing frame 20 and 22, the method according to the present invention further includes forming at least one sharp vertical peak 50 on the upper surface of at least one of the contact columns and one of the frames in each corresponding pair. In the specific embodiment of the present invention depicted in FIG. 4A, sharp peaks 50 are formed on the second contact posts 16 and the frame 22, that is, on the second interconnect substrate 18. However, peaks 50 can instead be formed on the other, first contact posts 14 and frame 20, or, alternatively, on both sets of first and second contact posts and on both frames.

Главной задачей острых пиков 50 является проникновение сквозь любые оксидные пленки 52, изображенные на чертежах темными линиями и присутствующие на внешних поверхностях соответствующих контактных столбиков 14 и 16 и рамок 20 и 22. Эти оксидные пленки обычно покрывают соответствующие верхние, стыкующиеся, поверхности контактных столбиков и рамок перед пайкой. Если острые пики 50 формируют на поверхности ранее изготовленного контактного столбика 14 или 16 или рамки 20 или 22, то материал для изготовления пиков должен состоять из того же самого эвтектического сплава или его отдельного компонента, который составляет верхнюю часть контактного столбика или рамки, на которой эти пики сформированы. Однако в вариантах выполнения настоящего изобретения, показанных на фиг.4С и 4D и обсуждаемых ниже, в которых сначала формируют острые пики 50 на контактных столбиках и рамках, а затем наносят покрытие 56 или 62 из эвтектического сплава или его компонента, таким образом формируя соответствующие острые пики 58 на верхней поверхности вышележащего эвтектического покрытия, тогда материал первых сформированных пиков 50 может включать или такой же, или другой материал по сравнению с тем, который составляет верхнюю часть контактного столбика или рамки, на которых эти пики сформированы.The main objective of the sharp peaks 50 is to penetrate through any oxide film 52 shown in the drawings by dark lines and present on the outer surfaces of the respective contact columns 14 and 16 and frames 20 and 22. These oxide films usually cover the corresponding upper, joined, surfaces of the contact columns and frames before soldering. If sharp peaks 50 are formed on the surface of a previously manufactured contact column 14 or 16 or a frame 20 or 22, then the material for making the peaks should consist of the same eutectic alloy or its separate component, which forms the top of the contact column or frame on which these peaks formed. However, in the embodiments of the present invention shown in FIGS. 4C and 4D and discussed below, in which sharp peaks 50 are first formed on the contact posts and frames, and then 56 or 62 is coated with a eutectic alloy or component thereof, thereby forming corresponding sharp peaks 58 on the upper surface of the overlying eutectic coating, then the material of the first formed peaks 50 may include either the same or a different material compared to that which makes up the upper part of the contact column or frames and on which these peaks are formed.

Соответствующие пары контактных столбиков 14 и 16 и рамок 20 и 22 могут быть сформированы обычным маскированием подложки и осаждением материала, включая технику нанесения гальванического покрытия и методы вакуумного осаждения, и могут иметь практически любую конфигурацию, площадь и желательную толщину в пределах разрешения, даваемого выбранными процессами маскирования и осаждения, с той лишь оговоркой, что минимальная толщина той части контактных столбиков и рамок, которые содержат эвтектический сплав или его компонент, не должна быть меньше 1 мкм, где 1 мкм =1×10-6 м. Кроме того, контактные столбики 14 и 16 и рамки 20 и 22 могут быть сформированы «позитивным» способом, при котором материал осаждают на желаемые области, задаваемые отверстиями в соответствующей маске, или, альтернативно, «негативным» способом, при котором материал осаждают в виде единого слоя на всю подложку, а затем нежелательные части пленки удаляют, например, с использованием фотолитографии.Corresponding pairs of contact columns 14 and 16 and frames 20 and 22 can be formed by conventional masking of the substrate and deposition of the material, including electroplating techniques and vacuum deposition methods, and can have almost any configuration, area and desired thickness within the resolution given by the selected processes masking and deposition, with the proviso that the minimum thickness of that part of the contact posts and frames that contain the eutectic alloy or its component should not be thinner than 1 μm, where 1 μm = 1 × 10 -6 m. In addition, the contact posts 14 and 16 and the frames 20 and 22 can be formed in a “positive” way, in which the material is deposited on the desired areas defined by the holes in the corresponding mask, or alternatively, in a "negative" way, in which the material is deposited as a single layer on the entire substrate, and then unwanted parts of the film are removed, for example, using photolithography.

Острые вертикальные пики 50 могут быть сформированы на контактных столбиках 14 и 16 и рамках 20 и 22 аналогичными способами маскирования и вакуумного осаждения, но при дополнительном требовании, чтобы боковые стенки пиков сужались до относительно острой точки. В одном из нескольких возможных вариантов выполнения настоящего изобретения острые пики 50 осаждают на поверхность мишени в виде макроскопических конических или пирамидальных структур с использованием обычных способов вакуумного осаждения и двухслойной металлической маски (не показана). Верхний слой маски является очень тонким и включает сквозное круглое отверстие очень малого размера. Нижняя металлическая пленка имеет бóльшую толщину, а именно: немного больше, чем желательная высота формируемого пика 50, и имеет большее круглое сквозное отверстие, диаметр которого немного больше, чем основание желательного пика, причем это отверстие концентрично с меньшим отверстием. Когда маску располагают на подложке, малое отверстие направляет атомы осаждаемого материала на желаемую область, которая расположена под большим отверстием, в результате чего происходит рост структуры в виде усеченного конуса.Sharp vertical peaks 50 can be formed on the contact posts 14 and 16 and frames 20 and 22 by similar masking and vacuum deposition methods, but with the additional requirement that the side walls of the peaks narrow to a relatively sharp point. In one of several possible embodiments of the present invention, sharp peaks 50 are deposited on the target surface in the form of macroscopic conical or pyramidal structures using conventional vacuum deposition methods and a two-layer metal mask (not shown). The top layer of the mask is very thin and includes a through hole of very small size. The lower metal film has a greater thickness, namely: slightly larger than the desired height of the formed peak 50, and has a larger circular through hole, the diameter of which is slightly larger than the base of the desired peak, and this hole is concentric with a smaller hole. When the mask is placed on the substrate, a small hole directs atoms of the deposited material to the desired region, which is located under the large hole, resulting in a truncated cone structure.

В одном из предпочтительных вариантов выполнения настоящего изобретения острые пики 50 имеют высоту около 6-7 мкм и диаметр у основания около 30 мкм. Кроме того, острые пики 50 должны быть распределены равномерно по поверхности соответствующих контактных столбиков 14 и 16 и рамок 20 и 22, а их количество должно быть таким, чтобы они занимали приблизительно от 1% до 10% от полной площади контактного столбика или рамки, на которых они сформированы.In one of the preferred embodiments of the present invention, sharp peaks 50 have a height of about 6-7 microns and a diameter at the base of about 30 microns. In addition, sharp peaks 50 should be evenly distributed over the surface of the respective contact posts 14 and 16 and frames 20 and 22, and their number should be such that they occupy approximately 1% to 10% of the total area of the contact post or frame, on which they are formed.

Другой вариант выполнения настоящего изобретения показан в большем масштабе на сечении на фиг.4В. Конфигурация, изображенная на фиг.4В, аналогична изображенной на фиг.4А за исключением того, что контактные столбики 14 и 16 и рамки 20 и 22 включают соответствующие нижние части 42, 44, 46 и 48, которые хотя и выполнены из электропроводящего материала, например металла или полупроводника, не обязательно включают какой-либо компонент эвтектического сплава, входящего в состав верхней части контактного столбика или рамки. Например, нижние части 42, 44, 46 и 48 первых и вторых контактных столбиков 14 и 16 и рамок 20 и 22 могут включать те же самые материалы, которые использованы при металлизации кристалла 12, обычно алюминий, а металлические слои 26 и 28 с рисунком, принадлежащие подложке 18 с межсоединениями, могут содержать медь, алюминий, вольфрам, золото, никель, серебро или слои из этих материалов.Another embodiment of the present invention is shown on a larger scale in cross section in FIG. The configuration shown in FIG. 4B is similar to that shown in FIG. 4A except that the contact posts 14 and 16 and the frames 20 and 22 include respective lower parts 42, 44, 46 and 48, which, although made of electrically conductive material, for example metal or semiconductor, do not necessarily include any component of the eutectic alloy, which is part of the upper part of the contact column or frame. For example, the lower parts 42, 44, 46 and 48 of the first and second contact posts 14 and 16 and the frames 20 and 22 may include the same materials that were used to metallize the crystal 12, usually aluminum, and the metal layers 26 and 28 with a pattern, belonging to the interconnect substrate 18, may contain copper, aluminum, tungsten, gold, nickel, silver, or layers of these materials.

В варианте выполнения, показанном на фиг.4В, верхние части контактных столбиков 14 и 16 и рамок 20 и 22, которые включают компонент (компоненты) эвтектического сплава, изготовлены следующим образом: сначала на верхних поверхностях соответствующих нижних частей 42, 44, 46 или 48 контактных столбиков и рамок формируют покрытия 54 и 56 из соответствующих компонентов сплава, а затем на верхних поверхностях соответствующего покрытия формируют острые пики 50. Поскольку острые пики 50 сформированы на верхних поверхностях по меньшей мере одного из соответствующих эвтектических покрытий 54 или 56, эти пики по составу выполнены из того же самого компонента (компонентов) эвтектического сплава, которые входят в состав верхней части соответствующего контактного столбика или рамки.In the embodiment shown in FIG. 4B, the upper parts of the contact posts 14 and 16 and the frames 20 and 22, which include the eutectic alloy component (s), are made as follows: first on the upper surfaces of the corresponding lower parts 42, 44, 46 or 48 contact columns and frames form coatings 54 and 56 from the respective alloy components, and then sharp peaks 50 are formed on the upper surfaces of the corresponding coating. Since sharp peaks 50 are formed on the upper surfaces of at least one of the corresponding eutectic constituent coatings 54 or 56, the composition of these peaks are made of the same component (s) of the eutectic alloy, which are part of the upper part of the appropriate framework or bump.

Другой вариант выполнения настоящего изобретения иллюстрируется в большем масштабе на сечении, показанном на фиг.4С. Конфигурация, изображенная на фиг.4С, аналогична показанной на фиг.4В за исключением того, что вначале формируют острые пики 50 на верхних поверхностях нижних частей 42 или 44 и 46 или 48 контактных столбиков и рамок, затем из компонентов эвтектического сплава формируют покрытия 54 и 56 на верхние части соответствующих контактных столбиков и рамок, включая и острые пики 50, которые на них сформированы ранее. Поэтому первые сформированные острые пики 50 формируют соответствующие острые пики 58 на верхней поверхности эвтектического покрытия 54 и/или 56, их покрывающего, и, как необязательный вариант, могут состоять из того же самого компонента (компонентов) эвтектического сплава, который входит в состав лежащего на них покрытия. Таким образом, в одном из возможных вариантов выполнения настоящего изобретения острые пики 50 могут включать материал, который нерастворим в эвтектическом сплаве при температуре пайки последнего, в результате чего острые пики 50 могут действовать как разделители, предназначенные для управления расстоянием между соответствующими парами контактных столбиков 14 и 16 и рамок 20 и 22.Another embodiment of the present invention is illustrated on a larger scale in the cross section shown in figs. The configuration shown in FIG. 4C is similar to that shown in FIG. 4B except that sharp peaks 50 are first formed on the upper surfaces of the lower parts 42 or 44 and 46 or 48 of the contact posts and frames, then coatings 54 are formed from the components of the eutectic alloy 56 to the tops of the respective contact posts and frames, including the sharp peaks 50 that were previously formed on them. Therefore, the first formed sharp peaks 50 form the corresponding sharp peaks 58 on the upper surface of the eutectic coating 54 and / or 56 covering them, and, as an optional option, may consist of the same component (components) of the eutectic alloy, which is part of the them cover. Thus, in one possible embodiment of the present invention, sharp peaks 50 may include material that is insoluble in the eutectic alloy at the soldering temperature of the latter, as a result of which sharp peaks 50 can act as dividers designed to control the distance between the respective pairs of contact columns 14 and 16 and frames 20 and 22.

Еще один возможный вариант выполнения настоящего изобретения иллюстрируется в большем масштабе на сечении, изображенном на фиг.4D; его конфигурация аналогична конфигурации, изображенной на фиг.4С, за исключением того, что острые пики 50 расположены между первым покрытием 60 из компонента (компонентов) эвтектического сплава, составляющего верхнюю часть соответствующего контактного столбика или рамки, и вторым покрытием 62 из того же эвтектического материала, которое сформировано на верхней поверхности первого покрытия 60 и на острых пиках 50. Как и в варианте выполнения, иллюстрированном на фиг.4С, острые пики 50 могут быть, но не обязательно, выполнены из того же компонента (компонентов) эвтектического сплава, который входит в состав первого и второго покрытий 60 и 62 из эвтектических сплавов.Another possible embodiment of the present invention is illustrated on a larger scale in the section shown in fig.4D; its configuration is similar to that shown in figs, except that the sharp peaks 50 are located between the first coating 60 of the component (s) of the eutectic alloy constituting the upper part of the corresponding contact column or frame, and the second coating 62 of the same eutectic material which is formed on the upper surface of the first coating 60 and on the sharp peaks 50. As in the embodiment illustrated in FIG. 4C, the sharp peaks 50 may, but not necessarily, be made from the same component (components) of the eutectic alloy, which is part of the first and second coatings 60 and 62 of eutectic alloys.

Ниже со ссылкой на фиг.4А-4D описан способ, позволяющий первую подложку или кристалл 12 в изделии 10 припаять с формированием электрического соединения ко второй подложке 18 с межсоединениями и, как вариант, позволяющий одновременно герметизировать корпус.Below with reference to figa-4D describes a method that allows the first substrate or crystal 12 in the product 10 to solder with the formation of an electrical connection to the second substrate 18 with interconnects and, as an option, allowing you to simultaneously seal the case.

Сначала первые поверхности первой и второй подложек 12 и 18 перемещают друг к другу, то есть в направлениях соответствующих стрелок на фиг.4А-4D, в результате чего верхние поверхности соответствующих контактных столбиков 14 и 16 и рамок 20 и 22 оказываются с силой прижатыми друг к другу. Величина силы, необходимой для прижима контактных столбиков и рамок, меняется в зависимости от используемых материалов и площадей соприкасающихся топологических элементов. Однако в одном возможном варианте выполнения настоящего изобретения, если площадь соответствующих контактных столбиков и рамок, занятых острыми пиками 50, составляет приблизительно от 1% до 10% от их полной площади, то приемлемое давление, создаваемое между этими двумя подложками, составляет приблизительно от 0,03 до 0,05 Ньютона на квадратный миллиметр (Н/мм2) или 4-7 фунтов/кв.дюйм (psi).First, the first surfaces of the first and second substrates 12 and 18 are moved towards each other, that is, in the directions of the corresponding arrows in FIGS. 4A-4D, as a result of which the upper surfaces of the respective contact posts 14 and 16 and the frames 20 and 22 are pressed against each other with force to a friend. The magnitude of the force required to clamp the contact posts and frames varies depending on the materials used and the areas of contacting topological elements. However, in one possible embodiment of the present invention, if the area of the respective contact posts and frames occupied by the sharp peaks 50 is from about 1% to 10% of their total area, then the acceptable pressure created between the two substrates is from about 0, 03 to 0.05 Newton per square millimeter (N / mm 2 ) or 4-7 psi (psi).

После того как они оказываются сильно сжатыми посредством вышеописанного способа, противолежащие пары контактных столбиков и рамок, включая их верхние части, нагревают по меньшей мере до температуры пайки конкретного эвтектического сплава, которая предпочтительно на 5-10°С выше температуры плавления сплава. Кроме того, в тех вариантах выполнения настоящего изобретения, в которых верхняя часть одного комплекта контактных столбиков и рамок состоит только из одного компонента эвтектического сплава, а контактные столбики и рамки в другом комплекте содержат все эвтектические компоненты, стыкуемые контактные столбики и рамки должны быть нагреты приблизительно на 5-10°С выше температуры пайки эвтектического сплава.After they are highly compressed by the method described above, opposing pairs of contact posts and frames, including their upper parts, are heated to at least the brazing temperature of a particular eutectic alloy, which is preferably 5-10 ° C. above the melting temperature of the alloy. In addition, in those embodiments of the present invention in which the top of one set of contact posts and frames consists of only one eutectic alloy component and the contact posts and frames in the other kit contain all eutectic components, the mating contact posts and frames should be heated approximately 5-10 ° C higher than the soldering temperature of the eutectic alloy.

В еще одном предпочтительном варианте выполнения настоящего изобретения нагревание производят лазером (не показан), работающим в микроволновом диапазоне длин волн и облучающим вторую, или нижнюю, поверхность второй подложки 18, которая относительно прозрачна для такого излучения, что позволяет достичь очень высокой скорости нагревания контактных столбиков и рамок. При таком способе нагрева площадки 30 и сквозные отверстия 32 можно располагать сбоку от вторых контактных столбиков 16 на первой поверхности подложки 18 с межсоединениями так, чтобы они не заслоняли контактные столбики от лазера и, таким образом, нагревались более эффективно.In another preferred embodiment of the present invention, the heating is carried out by a laser (not shown) operating in the microwave wavelength range and irradiating the second or lower surface of the second substrate 18, which is relatively transparent to such radiation, which makes it possible to achieve a very high heating rate of contact columns and framework. With this method of heating, the pads 30 and the through holes 32 can be positioned on the side of the second contact posts 16 on the first surface of the substrate 18 with interconnects so that they do not obscure the contact posts from the laser and are thus heated more efficiently.

Когда соответствующие сильно прижатые контактные столбики 14 и 16 и рамки 20 и 22 нагреваются, они начинают размягчаться по сравнению с любыми ранее образованными твердыми, тонкими и тугоплавкими оксидными пленками 52, и это размягчение позволяет по меньшей мере одному из острых пиков 50 или 58 по меньшей мере на одном контактном столбике из каждой пары и на рамке прорвать оксидную пленку на соответствующих контактных столбиках и рамках и проникнуть сквозь нее, тем самым формируя непосредственный контакт с верхней поверхностью другого, противолежащего, контактного столбика или рамки из соответствующей пары без использования флюса. Этот принудительный непосредственный контакт эвтектических компонентов при температуре, немного большей, чем температура пайки эвтектического сплава, приводит к быстрому плавлению и растворению верхних частей противолежащих пар соответствующих первых и вторых контактных столбиков 14 и 16 и рамок 20 и 22 друг в друге, начиная от соответствующих кончиков острых пиков 50 или 58.When the corresponding tightly pressed contact posts 14 and 16 and the frames 20 and 22 are heated, they begin to soften compared to any previously formed solid, thin, and refractory oxide films 52, and this softening allows at least one of the sharp peaks 50 or 58 at least on at least one contact column from each pair and on the frame, break through the oxide film on the respective contact columns and frames and penetrate through it, thereby forming direct contact with the upper surface of the other, ezhaschego, bump or frame of the corresponding pair without using flux. This forced direct contact of the eutectic components at a temperature slightly higher than the soldering temperature of the eutectic alloy leads to the rapid melting and dissolution of the upper parts of the opposite pairs of the corresponding first and second contact columns 14 and 16 and the frames 20 and 22 in each other, starting from the corresponding ends sharp peaks 50 or 58.

После образования соединения контактные столбики 14 и 16 и рамки 20 и 22 охлаждают, обеспечивая застывание их взаимно растворенных расплавленных верхних частей из эвтектического сплава с формированием электропроводящего соединения каждой соответствующей пары из первых и вторых контактных столбиков 14 и 16 и, одновременно, непрерывного герметичного соединения между рамками 20 и 22, которое закрывает и герметизирует узкий промежуток 36 внутри рамок и между соответствующими первыми поверхностями кристалла 14 и подложки 18 с межсоединениями, включая активную поверхность кристалла и электрические соединения между кристаллом и подложкой.After the formation of the connection, the contact posts 14 and 16 and the frames 20 and 22 are cooled, allowing the solidification of their mutually dissolved molten upper parts of the eutectic alloy with the formation of an electrically conductive connection of each corresponding pair of the first and second contact posts 14 and 16 and, at the same time, a continuous tight connection between frames 20 and 22, which closes and seals a narrow gap 36 inside the frames and between the corresponding first surfaces of the crystal 14 and the substrate 18 with interconnects, including I have an active surface of the crystal and the electrical connections between the chip and the substrate.

Как понятно из предыдущего описания, возможно много изменений в отношении материалов и процессов, используемых в настоящем изобретении, но не затрагивающих его объем. Например, можно заметить, что герметизирующие рамки 20 и 22 можно исключить, а герметизацию кристалла 12 в изделии 10 обеспечить с использованием обычной крышки или пластического герметика, как описано выше в связи с обсуждением известного изделия 100, изображенного на фиг.5-7.As is clear from the previous description, many changes are possible with respect to the materials and processes used in the present invention, but not affecting its scope. For example, it can be noted that the sealing frames 20 and 22 can be eliminated, and the sealing of the crystal 12 in the product 10 is achieved using a conventional cover or plastic sealant, as described above in connection with the discussion of the known product 100 shown in FIGS. 5-7.

Кроме того, хотя было иллюстрировано и описано крепление одного кристалла 12 к подложке 18 с межсоединениями, понятно, что способ легко расширить на крепление и герметизацию нескольких кристаллов, каждого независимо от других, к одной подложке с межсоединениями, формируя, таким образом, так называемый многокристальный модуль.In addition, although it has been illustrated and described the attachment of one crystal 12 to the substrate 18 with interconnects, it is clear that the method is easy to extend to the fastening and sealing of several crystals, each independently of the others, to one substrate with interconnects, thus forming the so-called multi-chip module.

Кроме того, специалистам в данной области техники понятно, что способ крепления с формированием электрического соединения кристалла 12 к подложке 18 с межсоединениями можно легко расширить на крепление с формированием электрического соединения полупроводникового изделия 10, изготовленного этим способом, к основной, или материнской плате с помощью припоев, не содержащих свинца, а кроме того, вновь без использования флюсов или восстановительной атмосферы. В свете вышеописанного, можно утверждать, что объем настоящего изобретения не ограничен конкретными процедурами и описанными вариантами выполнения, проиллюстрированными в настоящем описании, но определяется формулой изобретения и ее эквивалентами.In addition, it will be understood by those skilled in the art that the method of attaching to form an electrical connection of a crystal 12 to a substrate 18 with interconnects can be easily extended to a fastening to form an electrical connection of a semiconductor product 10 manufactured by this method to a main or motherboard using solders not containing lead, and in addition, again without the use of fluxes or a reducing atmosphere. In light of the above, it can be argued that the scope of the present invention is not limited to the specific procedures and described embodiments illustrated in the present description, but is defined by the claims and their equivalents.

Claims (16)

1. Способ припаивания с формированием электрического соединения первой подложки (12) ко второй подложке (18) без использования флюса или восстановительной атмосферы, включающий формирование на первой поверхности первой подложки (12) первого контактного столбика (14), содержащего верхнюю часть, которая включает по меньшей мере один компонент электропроводящего эвтектического сплава; формирование на первой поверхности второй подложки (18) второго контактного столбика (16), содержащего верхнюю часть, которая включает по меньшей мере один другой компонент эвтектического сплава; формирование на верхней поверхности по меньшей мере одного из первого или второго контактных столбиков (14, 16) по меньшей мере одного острого вертикального пика (50, 58); прижатие соответствующих первых поверхностей первой и второй подложек (12, 18) друг к другу таким образом, что соответствующие верхние поверхности первого и второго контактных столбиков (14, 16) оказываются противолежащими и с силой прижатыми друг к другу; нагревание противолежащих контактных столбиков (14, 16) по меньшей мере до температуры пайки эвтектического сплава и до тех пор, пока по меньшей мере один острый вертикальный пик (50, 58) по меньшей мере на одном контактном столбике не проникнет сквозь все оксидные пленки (52), расположенные на соответствующих верхних поверхностях контактных столбиков, и не войдет в контакт с верхней поверхностью другого противолежащего контактного столбика, что инициирует плавление и растворение соответствующих верхних частей противолежащих контактных столбиков друг в друге, и охлаждение противолежащих контактных столбиков, обеспечивающее затвердевание растворенных и расплавленных верхних частей контактных столбиков с формированием электропроводящего соединения между ними.1. The method of soldering with the formation of an electrical connection of the first substrate (12) to the second substrate (18) without using flux or a reducing atmosphere, comprising forming on the first surface of the first substrate (12) a first contact column (14) containing the upper part, which includes at least one component of an electrically conductive eutectic alloy; forming on the first surface of the second substrate (18) a second contact column (16) containing the upper part, which includes at least one other component of the eutectic alloy; the formation on the upper surface of at least one of the first or second contact columns (14, 16) of at least one sharp vertical peak (50, 58); pressing the corresponding first surfaces of the first and second substrates (12, 18) to each other so that the corresponding upper surfaces of the first and second contact posts (14, 16) are opposite and pressed against each other with force; heating the opposite contact columns (14, 16) to at least the brazing temperature of the eutectic alloy and until at least one sharp vertical peak (50, 58) on at least one contact column penetrates through all oxide films (52 ) located on the corresponding upper surfaces of the contact columns, and will not come into contact with the upper surface of another opposite contact column, which initiates the melting and dissolution of the corresponding upper parts of the opposite contact tables Ikov each other, and cooling the opposed bump ensures solidification of molten and dissolved tops bumps to form conductive connections between them. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что первая подложка (12) содержит полупроводниковый кристалл; первый контактный столбик (14) включает один или большее количество контактных столбиков для ввода/вывода сигнала в кристалле; вторая подложка (18) содержит подложку с межсоединениями для полупроводникового изделия (10), а второй контактный столбик (16) включает один или большее количество сигнальных столбиков в подложке (18) с межсоединениями, в результате чего кристалл (12) оказывается электрически связан с подложкой (18).2. The method according to claim 1, characterized in that the first substrate (12) contains a semiconductor crystal; the first contact column (14) includes one or more contact columns for input / output signal in the chip; the second substrate (18) comprises a substrate with interconnects for the semiconductor product (10), and the second contact pole (16) includes one or more signal columns in the substrate (18) with interconnects, as a result of which the crystal (12) is electrically connected to the substrate (18). 3. Способ по п.2, отличающийся тем, что первый контактный столбик (14) дополнительно содержит рамку (20), расположенную по периферии первой поверхности кристалла (12), а второй контактный столбик (16) дополнительно содержит соответствующую рамку (22) по периферии первой поверхности подложки (18) с межсоединениями, в результате чего промежуток (36), расположенный внутри рамок (20, 22) и между первыми поверхностями кристалла (12) и подложки (18), оказывается закрытым и герметизированным для защиты от воздействия окружающей среды с одновременным осуществлением электрического соединения кристалла с подложкой.3. The method according to claim 2, characterized in that the first contact column (14) further comprises a frame (20) located on the periphery of the first surface of the crystal (12), and the second contact column (16) further comprises a corresponding frame (22) the periphery of the first surface of the substrate (18) with interconnects, as a result of which the gap (36) located inside the frames (20, 22) and between the first surfaces of the crystal (12) and the substrate (18) is closed and sealed to protect from environmental influences with simultaneous exercise electrically connecting the chip to the substrate. 4. Способ по любому из пп.1-3, отличающийся тем, что по меньшей мере один из компонентов эвтектического сплава выбран из следующей группы: золото (Au), алюминий (Al), германий (Ge), цинк (Zn), кремний (Si), кадмий (Cd), олово (Sn), медь (Cu), висмут (Bi), серебро (Ag) и свинец (Pb).4. The method according to any one of claims 1 to 3, characterized in that at least one of the components of the eutectic alloy is selected from the following group: gold (Au), aluminum (Al), germanium (Ge), zinc (Zn), silicon (Si), cadmium (Cd), tin (Sn), copper (Cu), bismuth (Bi), silver (Ag) and lead (Pb). 5. Способ по любому из пп.1-3, отличающийся тем, что по меньшей мере одна из соответствующих верхних частей первого и второго контактных столбиков (14, 16, 20, 22) изготовлена с использованием способов вакуумного осаждения или гальванического покрытия.5. The method according to any one of claims 1 to 3, characterized in that at least one of the corresponding upper parts of the first and second contact columns (14, 16, 20, 22) is manufactured using vacuum deposition or electroplating methods. 6. Способ по любому из пп.1-3, отличающийся тем, что по меньшей мере один острый вертикальный пик (50, 58) изготовлен способом вакуумного осаждения.6. The method according to any one of claims 1 to 3, characterized in that at least one sharp vertical peak (50, 58) is made by vacuum deposition. 7. Способ по любому из пп.1-3, отличающийся тем, что нагревание производят лазером.7. The method according to any one of claims 1 to 3, characterized in that the heating is produced by a laser. 8. Способ по любому из пп.1-3, отличающийся тем, что по меньшей мере один острый пик (50, 58) изготавливают следующим образом: формируют нижнюю часть (42, 44, 46, 48) по меньшей мере одного контактного столбика (14, 16, 20, 22), причем эта нижняя часть содержит металл или полупроводник; на верхней поверхности нижней части по меньшей мере одного контактного столбика формируют покрытие (56), состоящее из того же самого по меньшей мере одного компонента эвтектического сплава, из которого состоит верхняя часть по меньшей мере одного контактного столбика, и на верхней поверхности покрытия (56) формируют по меньшей мере один пик (50, 58), состоящий из того же самого по меньшей мере одного компонента эвтектического сплава, из которого изготовлена верхняя часть по меньшей мере одного контактного столбика.8. The method according to any one of claims 1 to 3, characterized in that at least one sharp peak (50, 58) is made as follows: form the lower part (42, 44, 46, 48) of at least one contact column ( 14, 16, 20, 22), wherein this lower part contains metal or a semiconductor; on the upper surface of the lower part of the at least one contact column, a coating (56) is formed, consisting of the same at least one eutectic alloy component of which the upper part of the at least one contact column consists, and on the upper surface of the coating (56) at least one peak (50, 58) is formed, consisting of the same at least one eutectic alloy component from which the upper part of the at least one contact column is made. 9. Способ по любому из пп.1-3, отличающийся тем, что по меньшей мере один острый пик (50, 58) изготавливают следующим образом: формируют нижнюю часть (42, 44, 46, 48) по меньшей мере одного контактного столбика (14, 16, 20, 22), причем эта нижняя часть содержит металл или полупроводник; на верхней поверхности нижней части по меньшей мере одного контактного столбика формируют по меньшей мере один острый пик (50, 58), и по меньшей мере на один пик и на верхнюю поверхность нижней части по меньшей мере одного контактного столбика наносят покрытие (56), состоящее из того же самого по меньшей мере одного компонента эвтектического сплава, из которого состоит верхняя часть по меньшей мере одного контактного столбика.9. The method according to any one of claims 1 to 3, characterized in that at least one sharp peak (50, 58) is made as follows: form the lower part (42, 44, 46, 48) of at least one contact column ( 14, 16, 20, 22), wherein this lower part contains metal or a semiconductor; at least one sharp peak is formed on the upper surface of the lower part of the at least one contact column (50, 58), and at least one peak and on the upper surface of the lower part of the at least one contact column are coated (56), consisting from the same at least one component of the eutectic alloy of which the upper part of the at least one contact column is composed. 10. Способ по любому из пп.1-3, отличающийся тем, что по меньшей мере один острый пик (50, 58) изготавливают следующим образом: формируют нижнюю часть (42, 44, 46, 48) по меньшей мере одного контактного столбика (12, 14, 20, 22), причем эта нижняя часть содержит металл или полупроводник; на верхней поверхности нижней части по меньшей мере одного контактного столбика формируют покрытие (60), состоящее из того же самого по меньшей мере одного компонента эвтектического сплава, из которого состоит верхняя часть по меньшей мере одного контактного столбика; на верхней поверхности первого покрытия (60) формируют по меньшей мере один пик (50, 58), и по меньшей мере на одном пике (50, 58) и на верхней поверхности первого покрытия формируют второе покрытие (60), состоящее из того же самого по меньшей мере одного компонента эвтектического сплава, из которого изготовлена верхняя часть по меньшей мере одного контактного столбика.10. The method according to any one of claims 1 to 3, characterized in that at least one sharp peak (50, 58) is made as follows: form the lower part (42, 44, 46, 48) of at least one contact column ( 12, 14, 20, 22), this lower part comprising a metal or a semiconductor; on the upper surface of the lower part of the at least one contact column, a coating (60) is formed consisting of the same at least one eutectic alloy component of which the upper part of the at least one contact column consists; at least one peak (50, 58) is formed on the upper surface of the first coating (60), and a second coating (60) consisting of the same is formed on at least one peak (50, 58) and on the upper surface of the first coating at least one component of the eutectic alloy from which the upper part of the at least one contact column is made. 11. Способ по п.2, дополнительно включающий формирование монолитного тела (122) из диэлектрической пластмассы поверх кристалла (12) и поверх по меньшей мере части подложки (18) с межсоединениями, в результате чего происходит герметизация кристалла.11. The method according to claim 2, further comprising forming a monolithic body (122) of dielectric plastic over the crystal (12) and over at least part of the substrate (18) with interconnects, as a result of which the crystal is sealed. 12. Способ по п.2, дополнительно включающий установку над кристаллом (12) крышки (124) и формирование непрерывного уплотнения по периферии кристалла и между периферийной частью крышки и подложкой (18) с межсоединениями, в результате чего происходит герметизация кристалла.12. The method according to claim 2, further comprising installing a cap (124) over the crystal (12) and forming a continuous seal around the periphery of the crystal and between the peripheral part of the cap and the substrate (18) with interconnects, as a result of which the crystal is sealed. 13. Способ по любому из пп.1-3, отличающийся тем, что вторая подложка (18) имеет вторую поверхность, лежащую напротив ее первой поверхности, причем на этой второй поверхности имеется контактная площадка (30), и тем, что сквозь вторую подложку формируют электропроводящее металлизированное отверстие (32), соединяющее второй контактный столбик (16) и контактную площадку (30).13. The method according to any one of claims 1 to 3, characterized in that the second substrate (18) has a second surface lying opposite its first surface, and on this second surface there is a contact pad (30), and that through the second substrate form an electrically conductive metallized hole (32) connecting the second contact column (16) and the contact pad (30). 14. Способ по п.13, отличающийся тем, что контактная площадка (30) и металлизированное отверстие (32) смещены от второго контактного столбика (16) в боковом направлении.14. The method according to item 13, wherein the contact area (30) and the metallized hole (32) are offset from the second contact column (16) in the lateral direction. 15. Полупроводниковое изделие (10), выполненное способом по любому из пп.2, 3, 11 или 12.15. A semiconductor product (10), made by the method according to any one of claims 2, 3, 11 or 12. 16. Полупроводниковое изделие (10), выполненное способом по п.14.16. A semiconductor product (10), made by the method according to item 14.
RU2004108051/28A 2002-03-01 2002-03-01 Flux-free assembly of chip-sized semiconductor parts RU2262153C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2004108051/28A RU2262153C2 (en) 2002-03-01 2002-03-01 Flux-free assembly of chip-sized semiconductor parts

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2004108051/28A RU2262153C2 (en) 2002-03-01 2002-03-01 Flux-free assembly of chip-sized semiconductor parts

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2004108051A RU2004108051A (en) 2005-04-10
RU2262153C2 true RU2262153C2 (en) 2005-10-10

Family

ID=35611634

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2004108051/28A RU2262153C2 (en) 2002-03-01 2002-03-01 Flux-free assembly of chip-sized semiconductor parts

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2262153C2 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2549783C2 (en) * 2010-08-31 2015-04-27 Ниссан Мотор Ко., Лтд. Method of metals jointing on aluminium base
RU221441U1 (en) * 2023-08-07 2023-11-07 Общество с ограниченной ответственностью "Инновационно-промышленная компания электронного машиностроения" PCB design with metal-epoxy via-fill for reduced thermal resistance

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2549783C2 (en) * 2010-08-31 2015-04-27 Ниссан Мотор Ко., Лтд. Method of metals jointing on aluminium base
US10556292B2 (en) 2010-08-31 2020-02-11 Nissan Motor Co., Ltd. Method for bonding aluminum-based metals
RU221441U1 (en) * 2023-08-07 2023-11-07 Общество с ограниченной ответственностью "Инновационно-промышленная компания электронного машиностроения" PCB design with metal-epoxy via-fill for reduced thermal resistance

Also Published As

Publication number Publication date
RU2004108051A (en) 2005-04-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US7098072B2 (en) Fluxless assembly of chip size semiconductor packages
JP3320979B2 (en) How to mount a device directly on a device carrier
US5873512A (en) Application of low temperature metallurgical paste to form a bond structure to attach an electronic component to a carrier
US5949654A (en) Multi-chip module, an electronic device, and production method thereof
US5818699A (en) Multi-chip module and production method thereof
US7129576B2 (en) Structure and method of making capped chips including vertical interconnects having stud bumps engaged to surfaces of said caps
KR100758760B1 (en) Circuit device and manufacturing method of the same
JP3262497B2 (en) Chip mounted circuit card structure
JP2949490B2 (en) Semiconductor package manufacturing method
US8039307B2 (en) Mounted body and method for manufacturing the same
US7271028B1 (en) High density electronic interconnection
TW201237976A (en) Bump-on-lead flip chip interconnection
KR19980070398A (en) Selective Fillable Adhesive Membranes Containing Melting Agents
KR20080038028A (en) Method for mounting electronic component on substrate and method for forming solder surface
TWI242866B (en) Process of forming lead-free bumps on electronic component
JP4051570B2 (en) Manufacturing method of semiconductor device
JP2005340450A (en) Semiconductor device, its manufacturing method, circuit board, and electronic apparatus
JP2021034600A (en) Semiconductor device
RU2262153C2 (en) Flux-free assembly of chip-sized semiconductor parts
KR20060088028A (en) Method for manufacturing circuit device
US20110011424A1 (en) Method for Cleaning Insulating Coats from Metal Contact Surfaces
JP2011061179A (en) Printed circuit board and method for manufacturing the same
JPH11126852A (en) Semiconductor device, manufacture thereof and conductive ball mounting method
WO2003075337A1 (en) Fluxless assembly of chip size semiconductor packages
JP4285140B2 (en) Manufacturing method of semiconductor device

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20070302