RU2374793C2 - Contact assembly on opposite contacts with capillary connection element, and manufacturing method thereof - Google Patents

Contact assembly on opposite contacts with capillary connection element, and manufacturing method thereof Download PDF

Info

Publication number
RU2374793C2
RU2374793C2 RU2008105246/09A RU2008105246A RU2374793C2 RU 2374793 C2 RU2374793 C2 RU 2374793C2 RU 2008105246/09 A RU2008105246/09 A RU 2008105246/09A RU 2008105246 A RU2008105246 A RU 2008105246A RU 2374793 C2 RU2374793 C2 RU 2374793C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
contacts
capillary
contact
connecting element
oncoming
Prior art date
Application number
RU2008105246/09A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2008105246A (en
Inventor
Александр Иванович Таран (RU)
Александр Иванович Таран
Андрей Александрович Белов (RU)
Андрей Александрович Белов
Original Assignee
Александр Иванович Таран
Андрей Александрович Белов
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 Александр Иванович Таран, Андрей Александрович Белов filed Critical Александр Иванович Таран
Priority to RU2008105246/09A priority Critical patent/RU2374793C2/en
Publication of RU2008105246A publication Critical patent/RU2008105246A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2374793C2 publication Critical patent/RU2374793C2/en

Links

Images

Abstract

FIELD: electricity.
SUBSTANCE: invention refers to contact assemblies on opposite contacts by means of which equipment is assembled from naked components, including erection of large-scale integration (LSI) chips in housings, as well as consisting of multichip modules. There proposed is contact assembly on opposite contacts, which consists at least of two flat contacts connected to each other electrically and mechanically with a connection element made from conducting material in the form of a connection strap. At that, each of the above contacts is located on flat surface of one of two coplanar carriers; contacts are directed towards each other relative to common axis which is orthogonal relative to coplanar carriers and which passes through centres of contacts, and gap between coplanar carriers of opposite contacts and around connection element is filled with dielectric material; at that, connection element is made in the form of a capillary with end flanges, which is filled, either partially or fully, with conducting bonding material drawn in the above capillary from opposite contacts on which it has been located before under influence of capillary forces which appear when conducting bonding material is changed to liquid state at process effect when assembling contact assembly so that mechanically resistant conducting connection is formed between opposite contacts after process effect is stopped; at that, the above capillary is made in the form of a hole the inner side of which is covered with the above wet conducting bonding material in plane parallel plate made from dielectric material, which is a capillary connection element carrier and is located in the gap between coplanar carriers of opposite contacts; at that, longitudinal capillary axis passes through centres of the above opposite contacts in orthogonal direction relative to surfaces of the above carriers of opposite contacts, and the above end flanges of capillary, which are located on surfaces of the above plane parallel carrier of capillary connection element, are end-to-end connected to opposite contacts and mechanically and electrically connected to them by means of a thin layer of the above conducting bonding material.
EFFECT: providing increased reliability of devices owing to increasing strength characteristics of contact assembly, and resistance to thermal cycles.
35 cl, 35 dwg, 1 tbl

Description

Область техникиTechnical field

Изобретение относится к электронной технике - проектированию и изготовлению неразъемных паяных соединений, широко используемых в производстве аппаратуры на основе изделий микроэлектроники и полупроводниковых приборов, а конкретно - к контактным узлам на встречных контактах, посредством которых осуществляется сборка аппаратуры из бескорпусных компонентов, в том числе монтаж кристаллов БИС (чипов) в корпуса, а также в составе многокристальных модулей (МКМ).The invention relates to electronic equipment - the design and manufacture of one-piece soldered joints, widely used in the manufacture of equipment based on microelectronics and semiconductor devices, and more particularly, to contact nodes on the oncoming contacts, through which the equipment is assembled from unpacked components, including the installation of crystals LSI (chips) in the housing, as well as in multi-chip modules (MKM).

Предшествующий уровень техникиState of the art

Тенденцией развития этой области микроэлектронной техники является поиск физических и конструктивно-технологических принципов, которые позволили бы получить контактные узлы, устраняющие существующие в настоящее время препятствия, связанные с проблемами формирования большого числа (несколько тысяч) идентичных по своим характеристикам и надежных контактных узлов, соединяющих контакты на кристаллах БИС либо с проводниками разводки на внешние контакты корпуса БИС, либо с проводниками из разных слоев многослойной коммутационной структуры МКМ.The development trend in this area of microelectronic technology is the search for physical and structural-technological principles that would make it possible to obtain contact nodes that remove the current obstacles associated with the formation of a large number (several thousand) of identical and reliable contact nodes connecting contacts on LSI crystals either with wiring conductors to external contacts of the LSI enclosure, or with conductors from different layers of a multilayer switching structure cheers MKM.

Таким образом, проблемы формирования большого количества идентичных контактных узлов особенно актуальны в таких областях сборки, как:Thus, the problems of forming a large number of identical contact nodes are especially relevant in such areas of assembly as:

- монтаж кристаллов БИС в корпуса;- installation of LSI crystals in the housing;

- монтаж кристаллов БИС в составе многокристальных модулей (МКМ - электронный узел из бескорпусных компонентов - кристаллов БИС).- installation of LSI crystals as a part of multi-chip modules (MKM - an electronic assembly of frameless components - LSI crystals).

Современные кристаллы БИС, как компоненты для сборки, отличаются:Modern LSI crystals, as components for assembly, differ:

- большой площадью кристаллов (>1 см2);- a large area of crystals (> 1 cm 2 );

- большим количеством контактных площадок (~1 тыс.шт.);- a large number of contact pads (~ 1 thousand pieces);

- расположением контактных площадок либо по периферии кристалла (для сборки способом сварки - Wire Bond технология сборки), либо в виде матрицы по всей площади кристалла (для сборки способом пайки через посредство выступов из припоя на контактных площадках - Flip-Сhiр - флип-чип технология сборки).- the location of the pads either on the periphery of the crystal (for assembly by welding method - Wire Bond assembly technology), or in the form of a matrix over the entire area of the crystal (for assembly by soldering through protrusions from solder on the contact pads - Flip-Khir - flip chip technology assembly).

Определенные перспективы связывались с технологией выполнения контактных узлов, в которых контакты соединялись протяженными соединительными элементами (СЭ) в виде балочных СЭ (А.Мазур и др. Процессы сварки и пайки в производстве полупроводниковых приборов. - М., Радио и связь, 1991 г., с. 38-39), предварительно сформированных (групповыми технологическими процессами) на тонкой полиимидной (ЛИ) пленке, в виде металлизированных дорожек - от контактов на чипе до ответных контактов на коммутационной подложке. Концы упомянутых дорожек оформлены таким образом, чтобы их можно было присоединить сваркой одним концом - к соответствующему контакту на чипе, а другим - к контакту на подложке (такую ПИ-структуру называют «паучком»). После присоединения дорожек к контактам и удаления вспомогательных фрагментов пары контактов оказываются связанными параллельными проводниками (балочной формы - отсюда название: балочные СЭ), закрепленными на поверхности ПИ-структуры. Т.е. в отличие от классического способа сборки сваркой проволочками СЭ в «паучке» не могут замкнуть между собой. Кроме того, все паучковые СЭ будущих КУ формируются перед сборкой в групповом процессе заранее, а не сматываются (с катушки), отмеряются и формируются последовательно, друг за другом, как это происходит при обычной сборке сваркой.Certain prospects were associated with the technology of the contact nodes, in which the contacts were connected by extended connecting elements (SE) in the form of beam FE (A. Mazur et al. Welding and soldering processes in the manufacture of semiconductor devices. - M., Radio and communications, 1991 , p. 38-39), pre-formed (by group technological processes) on a thin polyimide (LI) film, in the form of metallized tracks - from contacts on a chip to response contacts on a switching substrate. The ends of the mentioned tracks are designed so that they can be connected by welding at one end to the corresponding contact on the chip, and the other to the contact on the substrate (such a PI structure is called a “spider”). After the tracks are connected to the contacts and the auxiliary fragments are removed, the pairs of contacts turn out to be connected by parallel conductors (beam form - hence the name: beam FE) attached to the surface of the PI structure. Those. in contrast to the classical method of assembly by welding with wires, SCs in the “spider” cannot close each other. In addition, all spider FEs of future KUs are formed before assembly in a group process in advance, and are not wound (from a coil), are measured and formed sequentially, one after the other, as occurs during conventional assembly by welding.

Тем не менее, технология монтажа кристаллов с помощью ПИ-паучков, представляя собой вариант развития способа сборки сваркой проволочек (Wire Bond), наследует главнейшие недостатки этого способа:Nevertheless, the technology of mounting crystals using PI spiders, representing an option for the development of a method of assembling by welding wires (Wire Bond), inherits the main disadvantages of this method:

- все контакты на чипе должны быть расположены по краям чипа (это ограничивает количество контактов ввода/вывода на чипе линейным ростом от размеров чипа);- all contacts on the chip should be located at the edges of the chip (this limits the number of input / output contacts on the chip by linear growth from the size of the chip);

- последовательный (негрупповой) характер сборки сваркой (это определяет длительность процесса сборки, т.е. вероятность сбоя сборочной машины и % брака);- the sequential (non-group) nature of the assembly by welding (this determines the duration of the assembly process, i.e., the probability of failure of the assembly machine and% reject);

- возможность скрытого дефектообразования в чипе при сварочном воздействии (это определяет вероятность отказа в эксплуатации, т.е. эксплуатационную надежность аппаратуры, содержащей такие чипы).- the possibility of latent defect formation in the chip during welding exposure (this determines the probability of failure in operation, i.e. the operational reliability of equipment containing such chips).

Для преодоления указанных недостатков фирмой IBM в начале 60-х годов XX века были предложены способ формирования и устройство контактного узла (КУ) для флип-чип технологии сборки (монтажа) кристалла ИС (чипа) на коммутационную подложку.To overcome these shortcomings, IBM in the early 60s of the XX century proposed a method of forming and arranging a contact node (KU) for flip-chip technology for assembling (mounting) an IC chip (chip) on a switching substrate.

Флип-чип КУ состоит из двух плоских контактов одинаковой формы и площади, один из которых размещен на рабочей поверхности кристалла ИС, обращенной к поверхности коммутационной подложки, а другой контакт, из упомянутых двух плоских контактов, размещен на поверхности коммутационной подложки, обращенной к рабочей поверхности кристалла, причем упомянутые поверхности кристалла и коммутационной подложки - плоскопараллельны, оси и ортогональные проекции контуров обоих контактов совмещены, а сами контакты жестко связаны между собой перемычкой из припоя таким образом, что между упомянутыми поверхностями кристалла и коммутационной подложки, после формирования всех контактных узлов, образуется плоскопараллельный зазор, который, как правило, заполняется гидрофобным эластичным электроизоляционным материалом (андерфилл), предназначенным для компенсации значительных термомеханических напряжений между кристаллом и коммутационной подложкой при технологических воздействиях и в процессе эксплуатации.The KU flip chip consists of two flat contacts of the same shape and area, one of which is placed on the working surface of the IC chip facing the surface of the switching substrate, and the other contact, of the two flat contacts mentioned, is placed on the surface of the switching substrate facing the working surface a crystal, and the aforementioned surfaces of the crystal and the switching substrate are plane parallel, the axes and orthogonal projections of the contours of both contacts are aligned, and the contacts themselves are rigidly connected to each other by a jumper d from the solder in such a way that between the mentioned surfaces of the crystal and the switching substrate, after the formation of all contact nodes, a plane-parallel gap is formed, which, as a rule, is filled with a hydrophobic elastic electrical insulating material (underfill), designed to compensate for significant thermomechanical stresses between the crystal and the switching substrate with technological influences and during operation.

Таким образом, в этом способе сборки кристалл ИС (chip - чип) обращен (перевернут) рабочей поверхностью к коммутационной подложке, за что сам способ получил название Fllip-Chip (флип-чип - перевернутый чип).Thus, in this assembly method, the IC chip (chip) is turned (turned) by the working surface to the switching substrate, for which the method itself is called Fllip-Chip (flip chip - inverted chip).

Контактный узел флип-чип, соединяющий два встречных контакта, можно классифицировать как «контактный узел на встречных контактах» (КУ ВК).A flip-chip contact node connecting two oncoming contacts can be classified as a “contact node on oncoming contacts" (KU VK).

Компоненты для флип-чип технологии сборки (сборник «Electronic Assembly in the Next Millennium», статья «Innovation in Surface Mount Tecnology», перевод и адаптация А. Калмыкова) заслуженно завоевали свое место на рынке сборки благодаря своим очевидным преимуществам, к которым относятся:The components for the flip chip assembly technology (Electronic Assembly in the Next Millennium collection, Innovation in Surface Mount Tecnology article, translation and adaptation by A. Kalmykov) have deservedly won their place in the assembly market due to their obvious advantages, which include:

- экономия места на печатной плате;- saving space on the printed circuit board;

- небольшая высота и незначительный вес;- low height and light weight;

- снижение стоимости материалов;- reduction in the cost of materials;

- сокращение длины соединений, что обеспечивает лучшие электрические параметры;- reducing the length of the joints, which provides better electrical parameters;

- меньшее количество соединений, что сокращает количество потенциальных отказов и обеспечивает более эффективное распределение тепловой энергии.- fewer connections, which reduces the number of potential failures and provides a more efficient distribution of thermal energy.

Но, как и все остальные, эта популярная технология, в последние годы символизирующая передовые тенденции технологии монтажа на поверхность (SMT), имеет и свои недостатки:But, like everyone else, this popular technology, in recent years symbolizing the cutting-edge trends of surface mount technology (SMT), has its drawbacks:

- дороговизна технологии формирования сферических выступов (Bumps=бампов) на контактных площадках кристалла;- the high cost of technology for the formation of spherical protrusions (Bumps = bumps) on the contact pads of the crystal;

- чрезвычайно плотная разводка платы под посадочное место для флип-чип кристалла БИС, что приводит к повышению расходов на коммутационную плату (подложку);- extremely dense wiring of the board under the seat for the flip chip chip LSI, which leads to increased costs for the switching board (substrate);

- большой объем работы технологов по оптимальному выбору флюсующих веществ и адгезивов, в зависимости от вида флип-чип компонента, подложки и процесса пайки;- a large amount of work of technologists on the optimal choice of fluxing substances and adhesives, depending on the type of flip chip component, substrate and soldering process;

- трудности в контроле качества техпроцесса и результатов пайки компонентов флип-чип, а также ремонта.- Difficulties in monitoring the quality of the process and the results of soldering flip chip components, as well as repair.

Кроме того, до сих пор не решен вопрос со стабильностью уровня выхода годных при бампировании кристаллов. Время цикла сборки с применением технологии флип-чип может быть довольно долгим из-за этапов нанесения специальных материалов и процессов их отверждения. Особое внимание должно быть обращено на распределение тепловой энергии для обеспечения высокой надежности сборки.In addition, the issue of stability of the yield level of crystals suitable for bumping has not yet been resolved. The assembly cycle time using the flip chip technology can be quite long due to the stages of applying special materials and their curing processes. Particular attention should be paid to the distribution of thermal energy to ensure high reliability of the assembly.

Инфраструктура поддержки технологии флип-чип для электронной индустрии до сих пор развита не столь сильно, как других стандартных технологий.The infrastructure supporting the flip-chip technology for the electronic industry is still not as developed as other standard technologies.

Можно выделить также следующие особенности в развитии технологии флип-чип:You can also highlight the following features in the development of flip chip technology:

- 60% всего мирового потребления флип-чипов приходится на кристаллы микросхем с низким числом контактов (каналов) ввода/вывода, используемых в производстве электронных часов и автомобильной электроники;- 60% of the total global consumption of flip chips falls on chip crystals with a low number of input / output contacts (channels) used in the manufacture of electronic watches and automotive electronics;

- далее следуют микросхемы со средним числом каналов ввода/вывода, используемые в драйверах дисплеев, модулях формата PCMCIA, а также в изделиях компьютерной техники большего формата;- followed by chips with an average number of input / output channels used in display drivers, PCMCIA format modules, as well as in larger computer products;

- и, наконец, микросхемы с числом каналов ввода/вывода от 2000 и выше, в которых используются кристаллы высокой степени интеграции и надежности, как правило, монтируемые на керамические подложки.- and, finally, microcircuits with the number of input / output channels from 2000 and higher, which use crystals with a high degree of integration and reliability, usually mounted on ceramic substrates.

Ожидается рост использования флип-чип компонентов в портативных средствах связи, что, вероятно, будет актуально и для электроники России в ближайшие несколько лет, а также в изделиях компьютерной техники высокой степени сложности.The growth in the use of flip-chip components in portable communications is expected, which is likely to be relevant for Russian electronics in the next few years, as well as in computer products of high complexity.

Использование флип-чипов в изделиях высокой степени интеграции и надежности сильно зависит от отработки надежной и повторяемой технологии их производства.The use of flip chips in products with a high degree of integration and reliability is highly dependent on the development of a reliable and repeatable technology for their production.

Благоприятным обстоятельством в использовании флип-чип технологии является большой конструктивный и технологический опыт, накопленный при разработке и создании упомянутых выше контактных узлов.A favorable circumstance in the use of flip-chip technology is the great constructive and technological experience gained in the development and creation of the above-mentioned contact nodes.

Однако сформированные по этой технологии контактные узлы, не позволяют осуществлять прямой визуальный и электрический контроль процесса и результатов сборки контактного узла в связи с тем, что кристалл, обращенный своими контактными площадками к подложке, закрывает все совмещенные ответные контактные площадки на подложке. Кроме того, в таких конструкциях отсутствует естественный выход для технологических отходов из зазора между подложкой и кристаллом, что может приводить к деградационным явлениям в кристалле в процессе эксплуатации и снижению надежности функционирования кристалла.However, the contact nodes formed using this technology do not allow direct visual and electrical control of the process and the assembly of the contact node due to the fact that the crystal facing its contact pads to the substrate closes all the combined contact pads on the substrate. In addition, in such structures there is no natural way out of the gap between the substrate and the crystal for technological waste, which can lead to degradation phenomena in the crystal during operation and reduce the reliability of the crystal.

Т.е. непосредственный перенос этого опыта в область микроэлектроники не может быть произведен автоматически, без учета особых требований, предъявляемых к контактным узлам спецификой сборочных процессов в современной микроэлектронике.Those. The direct transfer of this experience to the field of microelectronics cannot be done automatically, without taking into account the special requirements for contact nodes with the specifics of assembly processes in modern microelectronics.

Известен микроэлектронный узел, содержащий:Known microelectronic node containing:

- кристалл полупроводниковой микросхемы, имеющий направленные в противоположные стороны верхнюю и нижнюю плоские поверхности, причем упомянутая микросхема имеет выводные контакты, расположенные по периферии упомянутой нижней поверхности;- a chip of a semiconductor chip having upper and lower flat surfaces directed in opposite directions, said chip having output contacts located at the periphery of said bottom surface;

- коммутационную подложку, имеющую на поверхности, обращенной к кристаллу упомянутой микросхемы, электропроводящие металлизированные дорожки и выводные контакты, причем упомянутые выводные контакты соединены с упомянутыми металлизированными дорожками, размещенную подвижно относительно упомянутой микросхемы;- a switching substrate having on the surface facing the crystal of said microcircuit, electrically conductive metallized tracks and output contacts, said output contacts being connected to said metallized tracks, placed movably relative to said microcircuit;

- эластичный слой, расположенный между упомянутой подложкой и упомянутой нижней поверхностью упомянутой микросхемы для облегчения перемещения упомянутых металлизированных дорожек, а также между упомянутыми электродами и упомянутой микросхемой, при этом упомянутый податливый слой состоит из материала с низким модулем, обеспечивающим независимое перемещение упомянутых электродов, как в направлении, параллельном упомянутой задней поверхности упомянутой микросхемы, так и в направлении, перпендикулярном задней поверхности упомянутой микросхемы;- an elastic layer located between said substrate and said lower surface of said microcircuit to facilitate the movement of said metallized tracks, as well as between said electrodes and said microcircuit, wherein said malleable layer consists of a material with a low modulus providing independent movement of said electrodes, as in a direction parallel to said rear surface of said microcircuit, and in a direction perpendicular to the rear surface of said ikroskhemy;

- проволочные шины, соединенные с упомянутыми микросхемными контактами на передней поверхности упомянутой микросхемы, причем упомянутые проволочные шины проходят вниз вдоль упомянутых краев упомянутой микросхемы и соединяются с гибкими выводными частями подложки, приспособленной для управления импедансом упомянутых гибких, выводных частей, расположенных на ней;- wire rails connected to said microcircuit contacts on the front surface of said microcircuit, said wire rails extending downward along said edges of said microcircuit and connected to flexible terminal parts of a substrate adapted to control the impedance of said flexible terminal parts located on it;

- упомянутая подложка включает в себя полимерный диэлектрический материал, выполненная в виде гибкого листового материала, выбранного из группы, содержащей полиимид, фторполимер, термопластический полимер и эластомеры, обеспечивающего свободное перемещение электродов относительно микросхемы, причем упомянутая подложка также включает в себя электропроводный слой, приспособленный содействовать электроизоляции выводов электродов от микросхемы и обеспечивать лучшее управление импедансами упомянутых выводных частей;- said substrate includes a polymeric dielectric material made in the form of a flexible sheet material selected from the group consisting of polyimide, fluoropolymer, thermoplastic polymer and elastomers, providing free movement of electrodes relative to the microcircuit, said substrate also including an electrically conductive layer adapted to facilitate electrical insulation of the terminals of the electrodes from the microcircuit and to provide better control of the impedances of the said terminal parts;

- упомянутые микросхемные контакты определяют первое межцентровое расстояние между соседними микросхемными контактами, а упомянутые электроды определяют второе межцентровое расстояние между смежными электродами, причем упомянутое второе межцентровое расстояние больше, чем упомянутое первое межцентровое расстояние;- said microcircuit contacts define a first center-to-center distance between adjacent microcircuit contacts, and said electrodes define a second center-to-center distance between adjacent electrodes, said second center-to-center distance being larger than said first center-to-center distance;

- упомянутая подложка имеет верхнюю поверхность, обращенную к микросхеме, и нижнюю поверхность, обращенную от микросхемы, и упомянутые гибкие выводные части и электроды могут быть расположены как на упомянутой верхней поверхности упомянутой подложки, так и на упомянутой нижней поверхности упомянутой подложки, при этом подложка включает в себя проходящие сквозь нее отверстия от упомянутой верхней поверхности к упомянутой нижней поверхности, причем электроды вскрыты через упомянутые отверстия и прикреплены к ним посредством связующего материала;- said substrate has an upper surface facing the microcircuit, and a lower surface facing away from the microcircuit, and said flexible lead parts and electrodes can be located both on said upper surface of said substrate and on said lower surface of said substrate, wherein the substrate includes holes passing through it from said upper surface to said lower surface, wherein the electrodes are opened through said holes and attached to them by a binder material;

- диэлектрический герметик, покрывающий, по меньшей мере, часть упомянутой подложки и, по меньшей мере, часть упомянутых краев и упомянутых передней и задней поверхностей, а также, по меньшей мере, часть упомянутых проволочных шин и, по меньшей мере, часть упомянутых краев и упомянутой передней поверхности упомянутой микросхемы, при этом упомянутый герметик является податливым;a dielectric sealant covering at least a portion of said substrate and at least a portion of said edges and said front and rear surfaces, as well as at least a portion of said wire rails and at least a portion of said edges and said front surface of said microcircuit, said sealant being pliable;

- теплопроводный слой, связанный с упомянутой передней поверхностью упомянутой микросхемы (патент США №5852326, МПК H01L 23/48, 23/52, опубл. 1998).- a heat-conducting layer associated with said front surface of said microcircuit (US patent No. 5852326, IPC H01L 23/48, 23/52, publ. 1998).

Известен контактный узел, содержащий, по крайней мере, два металлизированных контакта, связанных с токоведущими дорожками, размещенными на поверхностях коммутационных слоев, выполненных на основе из диэлектрического материала, совмещенных друг с другом и соединенных между собой электрически и механически электропроводящим связующим материалом, представляющих стык между контактом, изготовленным в виде металлизированной плоской контактной площадки, связанной с токоведущими дорожками на поверхности нижележащего коммутационного слоя, и состыкованным с ней ответным контактом, выполненным в виде металлизированного отверстия в слое диэлектрического материала, причем нижний край металлизированного отверстия обращен к металлизированной плоской контактной площадке на поверхности нижележащего коммутационного слоя, а его верхний край - связан с токоведущими дорожками на верхней поверхности вышележащего коммутационного слоя. При этом металлизированное отверстие может быть выполнено в форме или цилиндра, или усеченного конуса, а металлизированная контактная площадка - плоской, причем в центре металлизированной контактной площадки, ответной металлизированному отверстию, сформирован выступ, взаимодействующий с ответным металлизированным отверстием, и выполнен из электропроводящего материала в форме цилиндра, конуса или шара. Кроме того, контакт, ответный металлизированному отверстию, может быть выполнен в виде стержня, закрепленного в нижележащем коммутационном слое, ортогонально его поверхности, и вставленного в упомянутое металлизированное отверстие (международная заявка WO 00/35257 А1, опубликованная в соответствии с договором о патентной кооперации).Known contact node containing at least two metallized contacts associated with current paths located on the surfaces of the switching layers, made on the basis of a dielectric material, combined with each other and interconnected by an electrically and mechanically electrically conductive binder material, representing a joint between contact made in the form of a metallized flat contact pad associated with current-carrying paths on the surface of the underlying switching layer and a reciprocal contact docked with it, made in the form of a metallized hole in the layer of dielectric material, the lower edge of the metallized hole facing a metallized flat contact area on the surface of the underlying switching layer, and its upper edge connected with current paths on the upper surface of the overlying switching layer . In this case, the metallized hole can be made in the form of either a cylinder or a truncated cone, and the metallized contact pad is flat, and a protrusion is formed in the center of the metallized contact pad responding to the metallized hole and is made of an electrically conductive hole in the form cylinder, cone or ball. In addition, the contact corresponding to the metallized hole can be made in the form of a rod fixed in the underlying switching layer, orthogonal to its surface, and inserted into the aforementioned metallized hole (international application WO 00/35257 A1, published in accordance with the patent cooperation agreement) .

В этом контактном узле удалось, в значительной мере, устранить отмеченные выше недостатки, присущие известным конструкциям контактных узлов. Однако постоянно растущие требования к микроминиатюризации, с одной стороны, и к техническим характеристикам МКМ, с другой стороны, - делают постоянно актуальной задачу дальнейшего совершенствования конструкции контактного узла, позволяющего удовлетворять упомянутые постоянно растущие требования.In this contact node, it was possible to largely eliminate the above-mentioned disadvantages inherent in the known designs of contact nodes. However, the ever-increasing requirements for microminiaturization, on the one hand, and the technical characteristics of MKM, on the other hand, make the task of further improving the design of the contact assembly, which allows us to satisfy the constantly growing requirements, constantly relevant.

Вместе с тем известный КУ обладает явно выраженной асимметрией относительно контактов в составе КУ: один контакт - плоский (например, на чипе или печатной плате из стеклотекстолита), а второй контакт - в виде металлизированного отверстия в пленочной коммутационной структуре. И хотя необходимость и актуальность такого «несимметричного» КУ особенно значимы при создании плотноупакованной аппаратуры на основе одно- и многослойных гибких пленочных коммутационных носителей чипов в составе многокристальных модулей (МКМ), при сборке МКМ часто возникают задачи эффективного связывания пар встречных контактов (ВК), размещенных на встречных плоских копланарных жестких носителях. Ярким примером решения такой задачи (КУ на ВК) является флип-чип КУ и флип-чип технология монтажа кристалла ИС (жесткая и хрупкая пластинка из Si или другого монокристаллического полупроводника), например, на жесткую коммутационную подложку из многослойной керамики.At the same time, the well-known KU has a pronounced asymmetry with respect to the contacts in the KU: one contact is flat (for example, on a chip or a printed circuit board made of fiberglass), and the second contact is in the form of a metallized hole in the film switching structure. And although the need and relevance of such an “asymmetric” CM is especially significant when creating close-packed equipment based on single and multi-layer flexible film switching chip carriers as part of multi-chip modules (MCMs), when assembling MCMs, the tasks of efficient pairing of oncoming contacts (VC) pairs often arise, placed on oncoming flat coplanar rigid media. A striking example of solving this problem (KU on VK) is a KU flip chip and flip chip technology for mounting an IC chip (a rigid and brittle wafer made of Si or another single-crystal semiconductor), for example, on a hard switching substrate made of multilayer ceramic.

Известен также контактный узел, один из возможных вариантов выполнения которого показан на Фиг.5 патента, содержащий, по меньшей мере, два метализированных контакта (16, 27), связанных с проводящими дорожками, размещенными на поверхности соединительных слоев, выполненных на основании из диэлектрического материала и взаимно выровненных и взаимосвязанных электрически и механически проводящим связующим материалом (26), при этом он выполнен в виде пересечения между контактом, сделанным в виде металлизированной контактной площадки (27), связанной с проводящими дорожками на поверхности соединительного слоя, и соответствующим контактом, соединенным с этой контактной площадкой и сделанным в виде металлизированного отверстия (15) в вышележащем соединительном слое, причем нижний край металлизированного отверстия обращен к металлизированной контактной площадке на поверхности нижележащего контактного слоя, а верхний край этого отверстия связан с проводящими дорожками (21) на верхней поверхности вышележащего соединительного слоя, при этом металлизированное отверстие имеет форму цилиндра, верхний край металлизированного отверстия, связанного с проводящими дорожками на поверхности соединительного слоя, образует металлизированный ободок по периферии края, металлизированная контактная площадка плоская, верхний и нижний края металлизированного отверстия имеют фаску.A contact assembly is also known, one of the possible embodiments of which is shown in FIG. 5 of the patent, containing at least two metallized contacts (16, 27) associated with conductive tracks placed on the surface of the connecting layers made on the basis of a dielectric material and mutually aligned and interconnected by an electrically and mechanically conductive binder material (26), while it is made in the form of an intersection between a contact made in the form of a metallized contact pad (27), connected with conductive paths on the surface of the connecting layer, and the corresponding contact connected to this contact pad and made in the form of a metallized hole (15) in the overlying connecting layer, the lower edge of the metallized hole facing the metallized contact area on the surface of the underlying contact layer, and the upper edge this hole is connected with the conductive tracks (21) on the upper surface of the overlying connecting layer, while the metallized hole has the shape of a cyl Indra, the upper edge of the metallized hole associated with the conductive paths on the surface of the connecting layer forms a metallized rim around the periphery of the edge, the metallized contact area is flat, the upper and lower edges of the metallized hole have a bevel.

Другой возможный вариант выполнения упомянутого контактного узла в соответствии с данным изобретением приведен на Фиг.3 патента, на котором контактный узел содержит: первый соединительный слой (41), имеющий на своей поверхности проводящую дорожку; второй соединительный слой (42), нанесенный рядом с первым соединительным слоем, имеющим на своей поверхности проводящую дорожку; и металлизированное отверстие (43) через первый соединительный слой, соединенное своей внутренней поверхностью с проводящей дорожкой первого соединительного слоя; и металлизированную контактную площадку, предусмотренную на поверхности второго соединительного слоя и соединенную с проводящей дорожкой второго соединительного слоя, при этом проводящий связующий материал (45) нанесен в металлизированном отверстии для контактирования с внутренней поверхностью металлизированного отверстия и металлизированной контактной площадкой, чтобы образовать соединение между первым и вторым соединительными слоями, металлизированное отверстие имеет форму цилиндра (патент США №6100475).Another possible embodiment of said contact assembly in accordance with this invention is shown in FIG. 3 of the patent, wherein the contact assembly comprises: a first connecting layer (41) having a conductive track on its surface; a second connecting layer (42) deposited adjacent to the first connecting layer having a conductive track on its surface; and a metallized hole (43) through the first connecting layer connected by its inner surface to the conductive track of the first connecting layer; and a metallized contact pad provided on the surface of the second connecting layer and connected to the conductive track of the second connecting layer, wherein the conductive bonding material (45) is deposited in the metallized hole for contacting the inner surface of the metallized hole and the metallized contact pad to form a connection between the first and the second connecting layers, the metallized hole has the shape of a cylinder (US patent No. 6100475).

В данном патенте раскрыты и защищены решения, направленные на обеспечение качественного монтажа печатной платы с BGA-выводами (например, ИС в корпусе с BGA-выводами) на монтажную плату способом пайки (BGA/Ball Grid Array - это матричный массив выступов-контактов, выполненных из припоя, как правило, в виде шариковых бампов).This patent discloses and protects solutions aimed at ensuring high-quality installation of a printed circuit board with BGA outputs (for example, ICs in a housing with BGA outputs) on a circuit board by soldering (BGA / Ball Grid Array is a matrix array of protrusions made from solder, usually in the form of ball bumps).

Из предшествующего уровня техники известно, что массивы шариковых BGA-контактов (бампов) в BGA-устройствах характеризуются следующими основными параметрами:It is known from the prior art that arrays of ball-type BGA contacts (bumps) in BGA devices are characterized by the following main parameters:

- размеры (высота) бампов (-100 мкм);- dimensions (height) of bumps (-100 microns);

- «шаг» бампов (>200 мкм) при их матричном расположении в заданной сетке;- “step” of bumps (> 200 microns) with their matrix arrangement in a given grid;

- размеры матричной области с бампами (как правило,<50х50 мм);- dimensions of the matrix area with bumps (usually <50x50 mm);

- состав материалов бампов (как правило, Pb-Sn, Sn-Bi и Pb-Ag);- composition of bump materials (usually Pb-Sn, Sn-Bi and Pb-Ag);

- температура плавления бампов: низкотемпературные (<180°С) и высокотемпературные (>220°С) и т.д.- melting temperature of bumps: low temperature (<180 ° С) and high temperature (> 220 ° С), etc.

Известно также, что основными проблемами монтажа печатных плат с BGA-выводами, не решенными до настоящего времени, являются:It is also known that the main problems of mounting printed circuit boards with BGA-outputs that have not been solved to date are:

- обеспечение точности совмещения BGA-выступов с ответными плоскими контактами;- ensuring the accuracy of alignment of the BGA-protrusions with the reciprocal flat contacts;

- предотвращение «соскальзывания» BGA-выступов с ответных плоских контактов в процессе совмещения, фиксации и пайки;- prevention of "slipping" of the BGA-protrusions from the reciprocal flat contacts in the process of combining, fixing and soldering;

- исключение «перекосов» копланарности монтируемых плат при совмещении контактов, фиксации и пайке;- elimination of “distortions” in the coplanarity of mounted boards when combining contacts, fixing and soldering;

- выдерживание равномерного фиксированного зазора между платами в процессе пайки, когда BGA-выступы становятся жидкими;- maintaining a uniform fixed gap between the boards during the soldering process, when the BGA-protrusions become liquid;

- исключение «расплывания» BGA-выступов в расплавленном состоянии, что приводит к скрытым от визуального контроля замыканиям между BGA-выводами и т.д.- elimination of the “spreading” of the BGA protrusions in the molten state, which leads to short circuits between the BGA outputs, etc., hidden from the visual control.

На решение перечисленных выше проблем BGA-сборки и направлен данный патент. Предложено оригинальное решение предварительной фиксации печатной платы, с расположенными на нижней стороне BGA-контактами на заданном расстоянии от поверхности другой платы (монтажного основания), несущей на своей верхней стороне массив ответных плоских контактов.This patent is aimed at solving the above problems of the BGA assembly. An original solution is proposed for preliminary fixation of the printed circuit board, with BGA-contacts located on the lower side at a predetermined distance from the surface of another circuit board (mounting base), which carries on its upper side an array of mating flat contacts.

Фиксация достигается с помощью особых выступов-бампов из высокотемпературного ~220°С припоя, сформированных предварительно на ответных металлизированных площадках на плате, например, несущей BGA-контакты, и расположенных по периферии или внутри массива BGA-контактов.Fixing is achieved using special protrusions-bumps from high-temperature ~ 220 ° С solder, pre-formed on the response metallized sites on the board, for example, carrying BGA-contacts, and located on the periphery or inside the array of BGA-contacts.

На первом этапе сборки обеспечивается строгая фиксация выступов-бампов из высокотемпературного припоя относительно ответных плоских контактов на нижней плате. При этом строго выдерживается зазор между платами перед основной пайкой, осуществляемой при температуре ~180°С массива BGA-бампов. Высокотемпературные >220°С перемычки из припоя на основе периферийных отверстий:At the first stage of assembly, strict fixation of the protrusions-bumps from the high-temperature solder relative to the reciprocal flat contacts on the lower board is provided. In this case, the gap between the boards is strictly maintained before the main soldering, carried out at a temperature of ~ 180 ° C of the array of BGA bumps. High temperature> 220 ° С bridges from solder based on peripheral holes:

- не позволяют BGA-бампам «съехать» с ответных плоских контактов в процессе основной пайки при температуре <180°С;- do not allow BGA bumps to “move out” of the reciprocal flat contacts during the main soldering process at a temperature of <180 ° C;

- обеспечивают строгий зазор между соединяемыми платами;- provide a strict gap between the connected boards;

- предохраняют низкотемпературные бампы от «расплывания» и замыкания между собой при низкотемпературной <180°С пайке.- protect low-temperature bumps from “spreading” and short circuiting with each other with low-temperature <180 ° С soldering.

Основное назначение узлов типа «плоский контакт, припаянный к металлизированному отверстию», защищенных и раскрытых в данном патенте - это предварительная фиксация двух плат относительно друг друга высокотемпературными перемычками, для обеспечения качества последующей основной пайки массива пар контактов «бамп - плоский контакт» при низкотемпературной <180°С пайке.The main purpose of the “flat contact soldered to a metallized hole” assemblies protected and disclosed in this patent is to pre-fix two boards with respect to each other by high-temperature jumpers to ensure the quality of the subsequent main soldering of an array of “bump-flat contact” pairs of contacts at low temperature < 180 ° C soldering.

Предлагаемое изобретение направлено не на обеспечение зазора между спаиваемыми платами, а наоборот, - на обеспечение «беззазорного» соединения плоского контакта (например, на кристалле ИС) с ответным контактом в виде металлизированного отверстия (например, в гибком коммутационном носителе кристалла ИС) по принципу «припайки плоского дна к обечайке».The present invention is not aimed at providing a gap between the soldered boards, but rather, at providing a “gapless” connection of a flat contact (for example, on an IC chip) with a return contact in the form of a metallized hole (for example, in a flexible switching carrier of an IC chip) according to the principle “ soldering a flat bottom to the shell. "

Известен также контактный узел, один из вариантов выполнения которого показан на Фиг.2 патента, содержащий, по меньшей мере, два металлизированных контакта, связанных с проводящими дорожками, размещенными на поверхности соединительных слоев, выполненных на основании из диэлектрического материала и взаимно выровненные и взаимосвязанные электрически и механически проводящим связующим материалом (13), при этом он выполнен в виде пересечения между контактом, сделанным в виде металлизированной контактной площадки (31), связанной с проводящими дорожками на поверхности соединительного слоя, и соответствующим контактом, соединенным с этой контактной площадкой и сделанным в виде металлизированного отверстия (23) в вышележащем соединительном слое, причем нижний край металлизированного отверстия обращен к металлизированной контактной площадке на поверхности нижележащего контактного слоя, а верхний край этого отверстия связан с проводящими дорожками (24) на верхней поверхности вышележащего соединительного слоя, при этом металлизированное отверстие имеет форму усеченного конуса, причем нижнее основание усеченных конусов обращено к контактной площадке на поверхности нижележащего соединительного слоя, а верхнее основание усеченных конусов связано с проводящими дорожками на верхней поверхности вышележащего соединительного слоя, верхний край металлизированного отверстия, связанного с проводящими дорожками на поверхности соединительного слоя, образует металлизированный ободок по периферии края, кристалл (41) интегральной микросхемы, ориентированный своими металлизированными контактными площадками на соответствующие металлизированные отверстия в вышележащем соединительном слое, используется в качестве соединительного слоя с металлизированными контактными площадками относительно металлизированных отверстий в вышележащем соединительном слое, металлизированная контактная площадка плоская; содержащий далее выступ (31), взаимодействующий с соответствующим металлизированным отверстием, образованным в центре металлизированной контактной площадки относительно металлизированного отверстия, выступ имеет форму сферы, верхний и нижний края металлизированного отверстия имеют фаску.A contact assembly is also known, one of the embodiments of which is shown in FIG. 2 of the patent, comprising at least two metallized contacts connected to conductive tracks placed on the surface of the connecting layers made on the basis of a dielectric material and mutually aligned and interconnected electrically and a mechanically conductive binder material (13), while it is made in the form of an intersection between a contact made in the form of a metallized contact pad (31) associated with a conductive paths on the surface of the connecting layer, and the corresponding contact connected to this contact pad and made in the form of a metallized hole (23) in the overlying connecting layer, the lower edge of the metallized hole facing the metallized contact area on the surface of the underlying contact layer, and the upper edge of this hole connected with the conductive tracks (24) on the upper surface of the overlying connecting layer, while the metallized hole has the shape of a truncated cone moreover, the lower base of the truncated cones is facing the contact area on the surface of the underlying connecting layer, and the upper base of the truncated cones is connected with the conductive tracks on the upper surface of the overlying connecting layer, the upper edge of the metallized hole connected with the conductive tracks on the surface of the connecting layer forms a metallized rim along the periphery of the edge, an integrated circuit chip (41), oriented by its metallized contact pads to existing metallized holes in the overlying connecting layer, is used as a connecting layer with metallized contact pads relative to the metallized holes in the overlying connecting layer, the metallized contact pad is flat; further comprising a protrusion (31) interacting with a corresponding metallized hole formed in the center of the metallized contact pad relative to the metallized hole, the protrusion has the shape of a sphere, the upper and lower edges of the metallized hole have a bevel.

Другой возможный вариант выполнения данного изобретения показан на Фиг.2 патента, где контактный узел содержит: первый соединительный слой (21), имеющий на своей поверхности проводящую дорожку; второй соединительный слой (30), нанесенный рядом с первым соединительным слоем, имеющим на своей поверхности проводящую дорожку; и металлизированное отверстие (23) через первый соединительный слой, соединенное своей внутренней поверхностью с проводящей дорожкой первого соединительного слоя; и металлизированную контактную площадку (31), предусмотренную на поверхности второго соединительного слоя и соединенную с проводящей дорожкой второго соединительного слоя, при этом проводящий связующий материал (13) нанесен в металлизированном отверстии для контактирования с внутренней поверхностью металлизированного отверстия и металлизированной контактной площадкой, чтобы образовать соединение между первым и вторым соединительными слоями, металлизированная контактная площадка имеет металлизированный выступ (11) в виде сферы в проводящем связующем материале (патент США № 6087597).Another possible embodiment of the invention is shown in FIG. 2 of the patent, wherein the contact assembly comprises: a first connecting layer (21) having a conductive track on its surface; a second connecting layer (30) deposited adjacent to the first connecting layer having a conductive track on its surface; and a metallized hole (23) through the first connecting layer connected by its inner surface to the conductive track of the first connecting layer; and a metallized contact pad (31) provided on the surface of the second connecting layer and connected to the conductive track of the second connecting layer, wherein the conductive bonding material (13) is deposited in the metallized hole to contact the inner surface of the metallized hole and the metallized contact pad to form a connection between the first and second connecting layers, the metallized contact pad has a metallized protrusion (11) in the form of a sphere in wire suitable binder material (US patent No. 6087597).

Техническое решение, защищенное в данном патенте, также, как и техническое решение, защищенное в вышеприведенном патенте США, направлено на решение проблем монтажа плат с BGA-выводами на несущей плате с ответными плоскими контактами.The technical solution protected in this patent, as well as the technical solution protected in the above US patent, is aimed at solving the problems of mounting boards with BGA-outputs on a carrier board with flat contact contacts.

В патенте раскрыто решение той же проблемы: фиксации строгого зазора между платами в процессе сборки, что и в упомянутом патенте США, но только иным путем.The patent discloses a solution to the same problem: fixing a strict gap between the boards during the assembly process, as in the aforementioned US patent, but only in a different way.

В патенте отмечается, что твердый сферический сердечник, вставленный между плоской контактной площадкой на нижней плате и ответным металлизированным отверстием конической формы, сужающимся кверху в верхней плате, входит в указанное металлизированное отверстие частично, упираясь в коническую поверхность металлизированного отверстия.The patent notes that a solid spherical core inserted between a flat contact area on the bottom plate and a conical shaped metallized hole tapering upward in the upper plate partially enters the said metallized hole, abutting against the conical surface of the metallized hole.

Таким конструктивным решением и достигается фиксация зазора между верхней и нижней платами при их спайке припоем, предварительно размещенным в металлизированном отверстии и на поверхности твердого сферического сердечника.Such a constructive solution is achieved by fixing the gap between the upper and lower boards when they are soldered by solder previously placed in a metallized hole and on the surface of a solid spherical core.

Используя выступы различной формы (сферической, конической, цилиндрической) авторы облегчают совмещение плоской контактной площадки нижней платы, на которой предварительно размещен выступ, с ответным металлизированным отверстием в верхней плате, в которое выступ входит в качестве направляющего элемента, не упираясь ни в какие преграды и не мешая верхней плате плотно прижаться к нижней несущей поверхности.Using protrusions of various shapes (spherical, conical, cylindrical), the authors facilitate the alignment of the flat contact area of the lower board, on which the protrusion is preliminarily placed, with the metallic response hole in the upper plate, into which the protrusion enters as a guiding element, without abutting against any obstacles and without interfering with the upper board, press firmly against the lower bearing surface.

Существо изобретения в соответствии с упомянутым патентом направлено на:The invention in accordance with the aforementioned patent is directed to:

- обеспечение столбиков припоя (бампов) одинаковой высоты;- providing solder columns (bumps) of the same height;

- исключение сжатия бампов при пайке (с целью обеспечения и фиксации зазора между платами);- elimination of compression of bumps during soldering (in order to ensure and fix the gap between the boards);

- повышение прочности бампов.- increase the strength of bumps.

Как отмечалось выше, заявленная группа изобретений направлена не на обеспечение зазора между спаиваемыми платами, а наоборот, - на обеспечение «беззазорного» соединения плоского контакта (например, на кристалле ИС) с ответным контактом в виде металлизированного отверстия (например, в гибком коммутационном носителе кристалла ИС) по принципу «припайки плоского дна к обечайке», что не достигается в данном патенте.As noted above, the claimed group of inventions is not aimed at providing a gap between the soldered boards, but rather, at providing a “gapless” connection of a flat contact (for example, on an IC chip) with a return contact in the form of a metallized hole (for example, in a flexible switching carrier of the crystal IP) on the principle of "soldering a flat bottom to the shell", which is not achieved in this patent.

Наиболее близким по технической сущности к заявленному изобретению, в части устройства, и достигаемому техническому результату при его использовании, является контактный узел, в котором соединение контактов кристалла и коммутационной подложки осуществляется контролируемым придавливанием перевернутого чипа к коммутационной подложке (способ С4=Controlled Collapse Chip Connection), с образованием контактного узла (для каждой пары встречных контактов), состоящего из двух плоских контактов, один из которых расположен на кристалле ИС, перевернутом контактами к коммутационной подложке, имеет выступ из припоя, играющий роль соединительного элемента, посредством которого упомянутый контакт соединен с ответным встречным контактом на упомянутой коммутационной подложке с нанесенным на упомянутый контакт припоем, причем после нагрева припойного выступа и припоя до температуры плавления, при дозированном придавливании перевернутого кристалла к коммутационной подложке, между упомянутыми контактами образуется механически прочное электрическое соединение упомянутых встречных контактов. Зазор между перевернутым кристаллом и коммутационной подложкой, после припайки бампов, заполняется эластичной гидрофобной композицией, служащей для разгрузки термомеханических напряжений при технологических воздействиях и в процессе эксплуатации («Microelectronics Packaging Handbook», Part II (Semiconductor Packaging), Second Edition, Edited by: Rao R. Tummala, Eugene J. Rymaszewski, Alan G. Klopfenstein, p.II-136 - II-144, by Kluwer Academic Publishers, 1999).The closest in technical essence to the claimed invention, in terms of the device, and the achieved technical result when using it, is a contact node in which the connection of the crystal contacts and the switching substrate is carried out by controlled pressing of the inverted chip to the switching substrate (method C4 = Controlled Collapse Chip Connection) , with the formation of the contact node (for each pair of oncoming contacts), consisting of two flat contacts, one of which is located on the IC chip, the inverted contact to the switching substrate, it has a protrusion from the solder, which acts as a connecting element, by means of which the contact is connected to the counter-contact on the said switching substrate with the solder deposited on the said contact, and after heating the solder protrusion and solder to the melting temperature, with metered pressure inverted crystal to the switching substrate, between the said contacts a mechanically strong electrical connection of the said counter contacts is formed. The gap between the inverted crystal and the switching substrate, after soldering the bumps, is filled with an elastic hydrophobic composition, which serves to unload thermomechanical stresses during technological influences and during operation (Microelectronics Packaging Handbook, Part II (Semiconductor Packaging), Second Edition, Edited by: Rao R. Tummala, Eugene J. Rymaszewski, Alan G. Klopfenstein, p. II-136 - II-144, by Kluwer Academic Publishers, 1999).

Способ сборки С4 является развитием флип-чип технологии, направленным на уменьшение вероятности замыкания между соседними бампами в процессе пайки, путем контролируемого придавливания чипа к подложке (к недостаткам флип-чипа, обсуждавшимся выше, следует добавить возможность неконтролируемого замыкания соседних СЭ-бампов - в 80-100-микронном зазоре между чипом и подложкой в процессе пайки).The C4 assembly method is the development of flip-chip technology aimed at reducing the likelihood of a circuit between adjacent bumps during soldering by controlled pressing of the chip to the substrate (to the disadvantages of the flip chip discussed above, you should add the possibility of uncontrolled closure of neighboring CE bumps - 80 -100-micron gap between the chip and the substrate during the soldering process).

Анализ достоинств и недостатков флип-чип (С4) КУ и флип-чип (С4) технологии сборки привели к техническому решению по данной заявке в виде «симметричного» КУ на ВК типа флип-чип (С4), но с СЭ не в виде бампов, а в виде капиллярного СЭ (КСЭ).Analysis of the advantages and disadvantages of the flip chip (C4) KU and flip chip (C4) assembly technologies led to the technical solution for this application in the form of a "symmetric" KU on VC type flip chip (C4), but with SC not in the form of bumps , and in the form of capillary SC (SSC).

Это решение, подобно балочным СЭ, зафиксированным на ПИ-поверхности «паучка», описанным выше, исключает возможность неконтролируемого замыкания между КСЭ в соседних КУ на ВК. Кроме того, техническое решение по данной заявке, сохраняя основные достоинства флип-чип, преумножает их, а также купирует имеющиеся недостатки.This solution, like beam FEs fixed on the spider PI surface described above, eliminates the possibility of an uncontrolled short circuit between the SSCs in neighboring CCs on the VC. In addition, the technical solution for this application, while retaining the main advantages of the flip chip, multiplies them, as well as stops the existing disadvantages.

Раскрытие изобретенияDisclosure of invention

Задача, на решение которой направлена заявленная группа изобретений, заключается в создании такого контактного узла, использование которого в микроэлектронной аппаратуре позволит исключить вышеперечисленные недостатки, присущие существующим и используемым контактным узлам, как при сборке многослойных коммутационных структур, так и при монтаже кристаллов на монтажные коммутационные структуры, т.е. контактного узла для осуществления монтажа кристаллов БИС в составе многокристальных модулей и при сборке кристаллов БИС в корпуса.The problem to which the claimed group of inventions is directed is to create such a contact node, the use of which in microelectronic equipment will eliminate the above-mentioned disadvantages inherent in existing and used contact nodes, both when assembling multilayer switching structures and when mounting crystals on mounting switching structures , i.e. contact node for mounting LSI crystals as part of multi-chip modules and when assembling LSI crystals in enclosures.

Технический результат, обусловленный использованием контактного узла на встречных контактах с капиллярным соединительным элементом при сборке микроэлектронной аппаратуры, заключается в обеспечении повышенной надежности устройств за счет увеличения прочностных характеристик контактного узла, обусловленных совокупностью признаков конструкции капиллярного соединительного элемента в эластичной среде прочного диэлектрика, а также высокой однородностью контактных узлов, выполненных в соответствии с настоящим изобретением при групповой сборке, обусловленной свойством капилляра «компенсировать» передозировки припоя, а также в устойчивости к термоциклам, что обусловлено эластичностью и прочностью пленочного диэлектрика - носителя капиллярных соединительных элементов, что особенно эффективно в структурах типа «кремний на кремнии». Кроме того, обеспечивается высокая технологичность и эффективность сборки за счет капиллярного эффекта, используемого в данной технологии, что позволяет существенно повысить процент выхода годных при сборке, а также снизить трудоемкость и себестоимость подготовительных операций, т.к. исключается необходимость в формировании на контактах кристаллов БИС прецизионных сферических бампов с характерными размерами 80-100 мкм. Кроме того, после монтажа кристалла ИС на коммутационную подложку исключается «критическая» операция «закачки» в 80-100-микронный зазор между кристалллом и подложкой вязкой эластичной композиции, служащей для компенсации стрессовых нагрузок в структуре «кристалл-подложка», в процессе технологических и эксплуатационных термомеханических воздействий, из-за разницы в термомеханических деформациях упомянутой структуры «кристалл-подложка».The technical result due to the use of the contact node in oncoming contacts with the capillary connecting element during the assembly of microelectronic equipment is to provide increased reliability of the devices by increasing the strength characteristics of the contact node due to a set of design features of the capillary connecting element in an elastic medium of a durable dielectric, as well as high uniformity contact nodes made in accordance with the present invention when groups new assembly, due to the capillary’s ability to “compensate” for an overdose of solder, as well as to resistance to thermal cycles, which is due to the elasticity and strength of the film dielectric, which is the carrier of capillary connecting elements, which is especially effective in structures like “silicon on silicon”. In addition, it ensures high manufacturability and efficiency of the assembly due to the capillary effect used in this technology, which can significantly increase the percentage of yield during assembly, as well as reduce the complexity and cost of preparatory operations, because eliminates the need for forming at the contacts of LSI crystals precision spherical bumps with characteristic sizes of 80-100 microns. In addition, after mounting the IC chip on the switching substrate, the “critical” operation of “pumping” into the 80-100-micron gap between the crystal and the substrate of a viscous elastic composition, which serves to compensate for stress loads in the crystal-substrate structure, during technological and operational thermomechanical influences, due to the difference in thermomechanical deformations of the said crystal-substrate structure.

Задача, положенная в основу заявленной группы изобретений, с достижением упомянутого технического результата в процессе его использования в части контактного узла, решается тем, что в известном контактном узле на встречных контактах, состоящем, по крайней мере, из двух плоских контактов, связанных между собой электрически и механически соединительным элементом, выполненным в виде перемычки из электропроводящего материала, при этом каждый из упомянутых контактов размещен на плоской поверхности одного из двух копланарных носителей, контакты ориентированы навстречу друг другу и совмещены друг с другом относительно общей оси, ортогональной копланарным носителям и проходящей через центры контактов, а зазор между копланарными носителями встречных контактов и вокруг соединительно элемента заполнен диэлектрическим материалом, в соответствии с изобретением соединительный элемент контактного узла выполнен в виде капилляра, с торцевыми фланцами, заполненного частично или полностью электропроводящим связующим материалом, втянутым в упомянутый капилляр со встречных контактов, на которых он был предварительно размещен, под действием капиллярных сил, возникающих при переходе связующего электропроводящего материала в жидкое состояние при технологическом воздействии в процессе сборки контактного узла, с образованием, после прекращения технологического воздействия, механически стойкого электропроводящего соединения между встречными контактами, причем упомянутый капилляр выполнен в виде отверстия, внутренняя поверхность которого покрыта смачиваемым электропроводящим связующим материалом, в плоскопараллельной пластине из диэлектрического материала, которая является носителем капиллярного соединительного элемента и размещена в зазоре между упомянутыми копланарными носителями встречных контактов, причем продольная ось капиллярного соединительного элемента проходит через центры упомянутых встречных контактов, ортогонально поверхностям копланарных носителей встречных контактов, а упомянутые торцевые фланцы капиллярного соединительного элемента, находящиеся на поверхностях упомянутого плоскопараллельного носителя капиллярного соединительного элемента, совмещены встык со встречными контактами и связаны механически и электрически с ними тонким слоем упомянутого связующего электропроводящего материала;The task underlying the claimed group of inventions, with the achievement of the aforementioned technical result in the process of its use in the part of the contact node, is solved by the fact that in the known contact node on the oncoming contacts, consisting of at least two flat contacts electrically connected and a mechanically connecting element made in the form of a jumper of electrically conductive material, wherein each of said contacts is placed on the flat surface of one of the two coplanar carriers, con the acts are oriented towards each other and aligned with each other relative to the common axis orthogonal to the coplanar carriers and passing through the contact centers, and the gap between the coplanar carriers of the oncoming contacts and around the connecting element is filled with dielectric material, in accordance with the invention, the connecting element of the contact node is made in the form of a capillary , with end flanges, filled with partially or fully electrically conductive binder material, drawn into the capillary from the opposite cts, on which it was previously placed, under the action of capillary forces arising from the transition of the binder of the electrically conductive material to the liquid state during the technological action during the assembly of the contact assembly, with the formation, after the termination of the technological action, of a mechanically stable electrically conductive connection between the oncoming contacts, the capillary is made in the form of a hole, the inner surface of which is covered with a wettable electrically conductive binder material, in a plane an allelic plate made of a dielectric material that is a carrier of a capillary connecting element and is located in the gap between the said coplanar counter contact carriers, the longitudinal axis of the capillary connecting element passing through the centers of the counter contacts, orthogonal to the surfaces of the coplanar counter contacts, and the said end flanges of the capillary connecting element located on the surfaces of said plane-parallel carrier capillary the first coupling element, are aligned end to end with the mating contacts and are connected mechanically and electrically to them with a thin layer of said electroconductive bonding material;

- а также тем, что упомянутый электропроводящий связующий материал выполнен из припоя, а упомянутое технологическое воздействие является термическим;- as well as the fact that said electrically conductive binder material is made of solder, and said technological impact is thermal;

- а также тем, что упомянутый электропроводящий связующий материал является гелеобразным и смачивающим внутреннюю поверхность капиллярного соединительного элемента, его фланцы и встречные контакты как в процессе, так и после прекращения термических и иных воздействий;- as well as the fact that said electrically conductive binder material is gel-like and wetts the inner surface of the capillary connecting element, its flanges and counter contacts both during and after the termination of thermal and other influences;

- а также тем, что упомянутый электропроводящий связующий материал, предварительно перед сборкой контактных узлов, размещен внутри капиллярного отверстия;- as well as the fact that the aforementioned electrically conductive binder material, previously before the assembly of the contact nodes, is placed inside the capillary hole;

- а также тем, что упомянутые встречные контакты смещены относительно друг друга в плоскостях своих носителей, а продольная ось капиллярного соединительного элемента, проходящая через центры контактов, наклонена под углом α<90° к поверхностям, несущим эти контакты;- as well as the fact that the said counter contacts are offset relative to each other in the planes of their carriers, and the longitudinal axis of the capillary connecting element passing through the centers of the contacts is inclined at an angle α <90 ° to the surfaces carrying these contacts;

- а также тем, что капиллярное отверстие соединительного элемента может быть выполнено цилиндрической формы;- as well as the fact that the capillary hole of the connecting element can be made cylindrical;

- а также тем, что капиллярный соединительный элемент может быть выполнен в форме усеченного конуса, причем меньший раструб капилляра соединен с одним встречным контактом, а больший раструб капилляра соединен с другим встречным контактом;- as well as the fact that the capillary connecting element can be made in the form of a truncated cone, the smaller bell of the capillary connected to one oncoming contact, and the larger bell of the capillary connected to another oncoming contact;

- а также тем, что упомянутые встречные контакты смещены относительно друг друга в плоскостях своих носителей, а продольная ось капиллярного соединительного элемента, выполненного в форме усеченного конуса, проходящая через центры контактов, наклонена к плоскостям, несущим эти контакты под углом β<90°;- as well as the fact that the said counter contacts are offset relative to each other in the planes of their carriers, and the longitudinal axis of the capillary connecting element, made in the form of a truncated cone, passing through the centers of the contacts, is inclined to the planes carrying these contacts at an angle β <90 °;

- а также тем, что капиллярный соединительный элемент выполнен многоканальным;- as well as the fact that the capillary connecting element is multi-channel;

- а также тем, что капиллярный соединительный элемент представляет собой пористую структуру, проницаемую для электропроводящего связующего материала в процессе технологического воздействия при сборке контактного узла;- and also the fact that the capillary connecting element is a porous structure permeable to an electrically conductive binder material in the process of technological impact during the assembly of the contact node;

- а также тем, что внутренняя поверхность капиллярного соединительного элемента выполнена в форме поверхности вращения относительно продольной оси капилляра;- as well as the fact that the inner surface of the capillary connecting element is made in the form of a surface of revolution relative to the longitudinal axis of the capillary;

- а также тем, что внутренняя поверхность капиллярного соединительного элемента выполнена таким образом, что сечения, в плоскости ортогональной продольной оси капилляра, являются или многоугольниками, или гладкими замкнутыми кривыми, например эллипсами;- and also the fact that the inner surface of the capillary connecting element is made in such a way that the sections in the plane orthogonal to the longitudinal axis of the capillary are either polygons or smooth closed curves, for example ellipses;

- а также тем, что на поверхностях встречных контактов выполнены технологические выступы, с нанесенным на них связующим электропроводящим материалом, при этом упомянутые технологические выступы контактного узла входят в капилляр частично или полностью с двух его сторон, обеспечивая взаимное самосовмещение упомянутых встречных контактов и капиллярного соединительного элемента в процессе сборки контактного узла;- as well as the fact that on the surfaces of the oncoming contacts technological lugs are made with a bonding electrically conductive material deposited on them, while the mentioned technological projections of the contact node enter the capillary partially or completely from its two sides, providing mutual self-alignment of the said oncoming contacts and the capillary connecting element during the assembly of the contact node;

- а также тем, что технологический выступ, по крайней мере, на одном из встречных контактов упомянутого контактного узла, выполнен в виде выступа сферической формы из связующего электропроводящего материала, частично или полностью размещаемого в капилляре в процессе совмещения при сборке контактного узла;- as well as the fact that the technological protrusion, at least on one of the oncoming contacts of the said contact node, is made in the form of a spherical protrusion of a binder of electrically conductive material, partially or completely placed in the capillary during alignment during assembly of the contact node;

- а также тем, что оба упомянутых встречных контакта имеют идентичные по размеру и форме технологические выступы;- as well as the fact that both said counter contacts have identical technological protrusions in size and shape;

- а также тем, что оба упомянутых встречных контакта имеют различные по размерам и форме технологические выступы, а сопряженные с ними раструбы капиллярного соединительного элемента выполнены различными по размерам и форме и комплементарными соответствующим выступам встречных контактов;- as well as the fact that both of the said counter contacts have technological protrusions of different sizes and shapes, and the sockets of the capillary connecting element associated with them are made of various sizes and shapes and are complementary to the corresponding protrusions of the counter contacts;

- а также тем, что упомянутый плоскопараллельный носитель капиллярного соединительного элемента выполнен в виде пленки из эластичного материала, например из полиимида;- as well as the fact that said plane-parallel carrier of the capillary connecting element is made in the form of a film of an elastic material, for example, polyimide;

- а также тем, что вокруг капиллярного соединительного элемента, выполненного в упомянутом плоскопараллельном носителе из диэлектрического материала, в этом носителе имеются отверстия, заполненные адгезивной композицией, обеспечивающей склеивание копланарных носителей контактов в местах, свободных от контактов;- as well as the fact that around the capillary connecting element made in the aforementioned plane-parallel carrier of dielectric material, there are holes in this carrier filled with an adhesive composition for bonding the coplanar contact carriers in places free from contacts;

- а также тем, что упомянутый плоскопараллельный носитель из диэлектрического материала, в котором сформированы капиллярные соединительные элементы, выполнен в виде жесткой пластины, имеющей термомеханические характеристики, идентичные термомеханическим характеристикам носителей встречных контактов;- as well as the fact that said plane-parallel carrier of dielectric material in which capillary connecting elements are formed is made in the form of a rigid plate having thermomechanical characteristics identical to the thermomechanical characteristics of oncoming contact carriers;

- а также тем, что носитель капиллярных соединительных элементов выполнен или из стекла, или из окисленного кремния;- as well as the fact that the carrier of capillary connecting elements is made of either glass or oxidized silicon;

- а также тем, что носители капиллярных соединительных элементов и встречных контактов выполнены из одного и того же материала;- as well as the fact that the carriers of capillary connecting elements and oncoming contacts are made of the same material;

- а также тем, что одна или обе упомянутые несущие поверхности со встречными контактами выполнены или из кремния, или из арсенида галлия, или из другого полупроводникового материала, которые, помимо встречных контактов, имеют на своих поверхностях активные и/или пассивные компоненты и токоведущие дорожки, выполненные по планарным технологиям микроэлектроники;- as well as the fact that one or both of the aforementioned bearing surfaces with counter contacts are made of either silicon or gallium arsenide or other semiconductor material, which, in addition to counter contacts, have active and / or passive components and current paths on their surfaces made according to planar technologies of microelectronics;

- а также тем, что один из носителей контактов выполнен в виде корпуса ИС с BGA-выводами, а носитель с ответными встречными контактами выполнен в виде печатной платы для поверхностного монтажа (SMT) компонентов, причем корпус с BGA-выводами взаимодействует с SMT-платой через массив капиллярных соединительных элементов, выполненных в пленочном диэлектрике;- as well as the fact that one of the contact carriers is made in the form of an IC case with BGA-outputs, and the carrier with reciprocal counter contacts is made in the form of a printed circuit board for surface mounting (SMT) of components, and the case with BGA-outputs interacts with the SMT-board through an array of capillary connecting elements made in a film dielectric;

- а также тем, что оба носителя встречных контактов представляют собой одинаковые корпуса ИС с BGA-выводами, которые взаимодействуют между собой через массив капиллярных соединительных элементов, выполненных в пленочном диэлектрике;- and also the fact that both carriers of the oncoming contacts are the same IC housings with BGA-terminals, which interact with each other through an array of capillary connecting elements made in a film dielectric;

- а также тем, что один носитель контактов представляет собой корпус ИС с BGA-выводами, а носитель встречных контактов состоит из нескольких BGA-корпусов меньшего размера, причем контур их общей площади должен вписываться в контур площади самого большого встречного BGA-корпуса, а взаимодействие всех BGA-корпусов должно осуществляться через общий массив капиллярных соединительных элементов, выполненных в пленочном диэлектрике;- as well as the fact that one contact carrier is an IC case with BGA-outputs, and the oncoming contact carrier consists of several smaller BGA-cases, moreover, the contour of their total area should fit into the area contour of the largest on-board BGA-case, and the interaction all BGA-housings should be implemented through a common array of capillary connectors made in a film dielectric;

- а также тем, что на поверхностях плоскопараллельного носителя капиллярных соединительных элементов расположены проводящие дорожки, связывающие между собой, по крайней мере, два капиллярных соединительных элемента;- as well as the fact that on the surfaces of the plane-parallel carrier of capillary connecting elements there are conductive tracks connecting at least two capillary connecting elements;

- а также тем, что на поверхностях упомянутого плоскопараллельного носителя капиллярного соединительного элемента размещены шины питания и шины земли;- as well as the fact that on the surfaces of the aforementioned plane-parallel carrier of the capillary connecting element there are power buses and earth buses;

- а также тем, что носитель капиллярных соединительных элементов выполнен в виде плоскопараллельной пластины из электропроводящего материала, покрытого тонким слоем изоляционного материала, включая внутренние поверхности отверстий, причем капиллярные соединительные элементы, а также активные и/или пассивные компоненты, проводящие дорожки, выполнены поверх упомянутого тонкого слоя изоляционного материала;- and also the fact that the carrier of capillary connecting elements is made in the form of a plane-parallel plate of electrically conductive material coated with a thin layer of insulating material, including the inner surfaces of the holes, and the capillary connecting elements, as well as active and / or passive components, conducting tracks, are made on top of the above a thin layer of insulating material;

- а также тем, что проводящая основа носителя капиллярных соединительных элементов выполнена или из меди, или из алюминия;- as well as the fact that the conductive base of the carrier of capillary connecting elements is made of either copper or aluminum;

- а также тем, что проводящая основа носителя капиллярных соединительных элементов, выполненная или из меди, или из алюминия, используется в качестве шины земли;- and also the fact that the conductive base of the carrier of capillary connecting elements, made of either copper or aluminum, is used as a ground bus;

- а также тем, что упомянутые носители встречных контактов, а также носитель капиллярных соединительных элементов, размещенный между упомянутыми носителями встречных контактов, выполнены из различных материалов, имеющих одинаковые термомеханические характеристики.- as well as the fact that the said carriers of the oncoming contacts, as well as the carrier of the capillary connecting elements placed between the said carriers of the oncoming contacts, are made of various materials having the same thermomechanical characteristics.

Известен способ изготовления контактных узлов в процессе монтажа интегральных схем в корпусах с шариковыми выводами из припоя, выполненными в заданной координатной сетке на контактах нижней поверхности корпуса (BGA=Boll Grid Array), на коммутационную печатную плату, включающий:A known method of manufacturing contact nodes in the process of mounting integrated circuits in housings with ball leads from solder made in a given coordinate grid on the contacts of the lower surface of the housing (BGA = Boll Grid Array), on a switching printed circuit board, including:

- нанесение припойной пасты на контактные площадки коммутационной печатной платы, ответные шариковым выводам корпуса ИС;- application of solder paste to the contact pads of the switching printed circuit board, reciprocal to the ball leads of the IP housing;

- совмещение шариковых выводов корпуса с ответными контактами коммутационной печатной платы;- the combination of the ball leads of the housing with the response contacts of the switching printed circuit board;

- нагрев области пайки до температуры плавления припойной пасты, в результате чего образуются контактные узлы, в которых электрически и механически связываются шариковые контакты корпуса и ответные контакты коммутационной печатной платы, т.е. шариковые выводы становятся соединительными элементами в контактных узлах, состоящих из пар встречных контактов на дне корпуса ИС и монтажной поверхности коммутационной печатной платы («Microelectronics Packaging Handbook», Part II (Semiconductor Packaging), Second Edition, Edited by: Rao R. Tummala, Eugene J. Rymaszewski, Alan G. Klopfenstein, p.II-93 - II-96, by Kluwer Academic Publishers, 1999).- heating the soldering region to the melting temperature of the solder paste, as a result of which contact nodes are formed in which the ball contacts of the housing and the contact contacts of the switching printed circuit board are electrically and mechanically connected, i.e. the ball leads become connecting elements in the contact nodes, consisting of pairs of counter contacts on the bottom of the IC housing and the mounting surface of the circuit printed circuit board (Microelectronics Packaging Handbook, Part II (Semiconductor Packaging), Second Edition, Edited by: Rao R. Tummala, Eugene J. Rymaszewski, Alan G. Klopfenstein, p. II-93 - II-96, by Kluwer Academic Publishers, 1999).

Данному способу присущи следующие основные недостатки:This method has the following main disadvantages:

- трудности с обеспечением равновысотности шариковых выводов;- Difficulties in ensuring the uniformity of ball conclusions;

- трудности с удалением побочных продуктов пайки из узкого зазора между корпусом и коммутационной печатной платой;- difficulties with removing by-products of soldering from the narrow gap between the housing and the switching printed circuit board;

- трудности с удержанием от растекания припоя шариковых выводов в расплавленном состоянии при пайке с образованием коротких замыканий между соседними выводами;- difficulties in keeping the solder balls from spreading from spreading in the molten state during soldering with the formation of short circuits between adjacent terminals;

- трудности с контролем процесса и результатов пайки в узком зазоре между корпусом и коммутационной печатной платой.- difficulties in controlling the process and soldering results in the narrow gap between the housing and the switching printed circuit board.

Для контроля результатов монтажа BGA-корпуса с большим количеством шариковых контактов на коммутационной печатной плате используются сложные и дорогостоящие способы оптического и рентгеновского контроля.To control the results of mounting a BGA-case with a large number of ball contacts on a switching printed circuit board, complex and expensive methods of optical and x-ray control are used.

Наиболее близким к заявляемой группе изобретений в части способа изготовления контактного узла, по технической сущности и достигаемому результату в процессе его использования, является способ «флип-чип» («перевернутый кристалл») изготовления контактных узлов в процессе монтажа бескорпусных кристаллов ИС на коммутационную подложку, включающий:Closest to the claimed group of inventions in terms of the method of manufacturing the contact node, in technical essence and the achieved result in the process of its use, is the method of "flip chip" ("inverted crystal") of the manufacture of contact nodes in the process of mounting of open-circuit IC crystals on a switching substrate, including:

- нанесение на контакты кристалла ИС тонкопленочных слоев металлизации и припоя;- application of thin-film metallization and solder layers to the contacts of the IC chip;

- изготовление на облуженных контактах кристалла монтажных выступов (бампов) из припоя - заготовок соединительных элементов, из которых, в процессе пайки, формируют упомянутые соединительные элементы между встречными контактами;- manufacture on the tin-plated contacts of the crystal of mounting protrusions (bumps) from solder - blanks of connecting elements, from which, in the process of soldering, the above-mentioned connecting elements are formed between the oncoming contacts;

- облуживание припоем ответных контактов, расположенных на коммутационной подложке;- tinning with solder of the reciprocal contacts located on the switching substrate;

- совмещение упомянутых бампированных контактов, размещенных на кристалле, с ответными встречными контактами на коммутационной подложке до их соприкосновения, с фиксацией совмещения на время пайки;- combining the aforementioned bumped contacts placed on the chip with counter-contacts on the switching substrate until they come into contact with fixing the alignment for the soldering time;

- нагрев зоны соприкосновения до температуры плавления припоя;- heating of the contact zone to the melting point of the solder;

- снижение температуры в зоне пайки до отверждения упомянутого припоя, в результате чего образуются контактные узлы с соединительными элементами из припоя, обеспечивающие электрическое и механическое соединение контактов кристалла ИС и контактов коммутационной подложки;- lowering the temperature in the soldering zone until the curing of said solder, as a result of which contact nodes with connecting elements from solder are formed, providing electrical and mechanical connection of the contacts of the IC chip and the contacts of the switching substrate;

- заливку зазора между кристаллом ИС и коммутационной подложкой эластичной диэлектрической композицией (Underfill), служащей для разгрузки термомеханических напряжений, возникающих между кристаллом ИС и коммутационной подложкой в процессе последующих технологических воздействий и в эксплуатации, из-за разницы в коэффициентах термического расширения кристалла ИС и коммутационной подложки («Microelectronics Packaging Handbook», Part I (Semiconductor Packaging), Second Edition, Edited by: Rao R.Tummala, Eugene J.Rymaszewski, Alan G.Klopfenstein, p.I-493 - I-494, by Kluwer Academic Publishers, 1999).- filling the gap between the IC chip and the switching substrate with an elastic dielectric composition (Underfill), which serves to relieve the thermomechanical stresses arising between the IC chip and the switching substrate during subsequent technological actions and in operation, due to the difference in the thermal expansion coefficients of the IC crystal and switching Substrates (Microelectronics Packaging Handbook, Part I (Semiconductor Packaging), Second Edition, Edited by: Rao R. Tummala, Eugene J. Rymaszewski, Alan G. Klopfenstein, pI-493 - I-494, by Kluwer Academic Publishers, 1999 )

Известный способ имеет следующие неоспоримые достоинства:The known method has the following indisputable advantages:

- групповой характер сборки, когда все контакты чипа одновременно присоединяются к ответным контактам коммутационной подложки;- the group nature of the assembly, when all the contacts of the chip are simultaneously connected to the response contacts of the switching substrate;

- относительную простоту реализации процесса групповой пайки.- the relative ease of implementation of the group soldering process.

Вместе с тем способу присущ ряд существенных недостатков, основными из которых являются следующие:However, the method has a number of significant disadvantages, the main of which are the following:

- на контактах кристалла необходимо формировать прецизионные монтажные выступы (бампы) одинаковой формы и высоты, что отрицательно влияет на процент выхода годных, себестоимость и надежность кристаллов для монтажа способом «флип-чип»;- on the contacts of the crystal it is necessary to form precision mounting projections (bumps) of the same shape and height, which negatively affects the percentage of yield, cost and reliability of crystals for mounting using the "flip chip" method;

- в процессе пайки имеется вероятность «передавить» на чип, что может привести к слиянию и коротким замыканиям между соседними бампами из припоя, что, в свою очередь, вынуждает принимать дополнительные меры, негативно влияющие на себестоимость флип-чип сборки;- in the process of soldering, there is a chance of “transferring” to the chip, which can lead to merging and short circuits between adjacent bumps from solder, which, in turn, forces you to take additional measures that negatively affect the cost of assembly of the flip chip assembly;

- узкий зазор между поверхностью кристалла и монтажной поверхностью коммутационной подложки затрудняет выход побочных продуктов пайки, которые остаются в этом зазоре, что отрицательно сказывается на надежности контактных узлов в процессе эксплуатации;- a narrow gap between the surface of the crystal and the mounting surface of the switching substrate complicates the output of by-products of soldering, which remain in this gap, which negatively affects the reliability of the contact nodes during operation;

- разница в термомеханических характеристиках кристалла ИС и коммутационной подложки, при жесткой конструкции «флип-чип» контактных узлов, приводит к большим механическим напряжениям в контактных узлах, вплоть до их разрушения при термоциклических нагрузках, что заставляет вводить в узкий зазор между кристаллом и коммутационной подложкой эластичную композицию (underfill) для разгрузки напряжений, что, в конечном итоге, отрицательно влияет на трудоемкость и себестоимость сборки;- the difference in the thermomechanical characteristics of the IC chip and the switching substrate, with a rigid “flip chip” design of the contact nodes, leads to large mechanical stresses in the contact nodes, up to their destruction under thermocyclic loads, which forces a narrow gap between the crystal and the switching substrate to be introduced elastic composition (underfill) for unloading stresses, which, ultimately, negatively affects the complexity and cost of assembly;

- введение underfill-a в зазор между кристаллом ИС и коммутационной подложкой представляет собой сложную проблему при флип-чип сборке кристаллов больших размеров из-за образования под кристаллом воздушных полостей, отрицательно проявляющих себя в эксплуатации.- the introduction of underfill in the gap between the IC chip and the switching substrate is a difficult problem when flip-chip assembling large crystals due to the formation of air cavities under the crystal that adversely affect operation.

В заявляемом изобретении предлагается при изготовлении контактных узлов использовать капиллярный эффект, что практически полностью устраняет недостатки, присущие известным контактным узлам и технологии их изготовления.The claimed invention proposes to use the capillary effect in the manufacture of contact nodes, which almost completely eliminates the disadvantages inherent in known contact nodes and the technology for their manufacture.

Одна из основных задач способа изготовления контактного узла на встречных контактах с капиллярным соединительным элементом заключалась в определении оптимальных параметров, обеспечивающих устойчивое формирование капиллярного соединения в процессе изготовления контактного узла.One of the main objectives of the method of manufacturing a contact node in oncoming contacts with a capillary connecting element was to determine the optimal parameters for the stable formation of a capillary connection in the manufacturing process of the contact node.

В известном уровне техники не выявлены технические решения, связанные с определением основных параметров, обеспечивающих необходимую высоту поднятия расплава припоя в капилляре, представляющем собой сквозное металлизированное отверстие в полиимидной пленке (последнее покрытие - гальваническое золото 0,25 мкм).In the prior art, technical solutions have not been identified related to the determination of the main parameters that provide the necessary height for raising the solder melt in the capillary, which is a through metallized hole in the polyimide film (the last coating is 0.25 μm galvanic gold).

Понятие «капиллярность» относится к поверхностям раздела, которые достаточно подвижны для образования равновесной формы. Наиболее характерными примерами являются мениски и капли, образованные жидкостями на воздухе или в другой жидкости.The term “capillarity” refers to interfaces that are sufficiently mobile to form an equilibrium shape. The most typical examples are menisci and droplets formed by liquids in air or in another liquid.

Как известно, капиллярность связана с равновесными конфигурациями, которые исследуются в общей системе термодинамики, и рассматривает макроскопическое и статистическое поведение поверхностей раздела, а не детали их молекулярной структуры.As is known, capillarity is associated with equilibrium configurations, which are studied in the general system of thermodynamics, and considers macroscopic and statistical behavior of interfaces, and not details of their molecular structure.

Свободная энергия, отнесенная к единице площади поверхности, эквивалентна поверхностному натяжению, определяемому как сила, действующая на единицу длины.Free energy per unit surface area is equivalent to surface tension, defined as the force acting per unit length.

Концепцию поверхностной свободной энергии и поверхностного натяжения можно проиллюстрировать на следующих примерах. Рассмотрим сначала мыльную пленку, натянутую на проволочную рамку, одна сторона которой подвижная, представленную на Фиг.1. На каждый подвижный элемент действует сила, направление которой противоположно направлению, показанному на схеме стрелкой. Если величину этой силы, отнесенную к единице длины, обозначить γ, то работа, совершаемая при смещении подвижного элемента на расстояние dx, равна:The concepts of surface free energy and surface tension can be illustrated by the following examples. First, consider a soap film stretched over a wire frame, one side of which is movable, as shown in FIG. Each movable element is affected by a force whose direction is opposite to the direction shown by the arrow in the diagram. If the magnitude of this force per unit length is denoted by γ, then the work performed when the movable element is displaced by a distance dx is equal to:

Figure 00000001
Figure 00000001

Уравнение (1) можно записать такEquation (1) can be written as

Figure 00000002
Figure 00000002

где dA=1·dx - изменение площади поверхности.where dA = 1 · dx is the change in surface area.

В качестве второго примера рассмотрим мыльную пленку, образующая пузырь, представленную на Фиг.2. В этом случае γ удобнее выразить в виде энергии, отнесенной к единице поверхности. В отсутствие полей, например гравитационного поля, мыльный пузырь имеет сферическую форму, которая характеризуется минимальной площадью поверхности для данного объема, ограниченного этой поверхностью. Рассмотрим мыльный пузырь радиуса r, показанный на Фиг.2. Общая поверхностная свободная энергия пузыря равна 4πr2γ. Если радиус пузыря уменьшить на dr, то изменение поверхностной свободной энергии составит 8πrγdr.As a second example, consider the soap film forming the bubble of FIG. 2. In this case, γ is more conveniently expressed in the form of energy per unit surface. In the absence of fields, such as a gravitational field, the soap bubble has a spherical shape, which is characterized by a minimum surface area for a given volume bounded by this surface. Consider a soap bubble of radius r, shown in Figure 2. The total surface free energy of the bubble is 4πr 2 γ. If the radius of the bubble is reduced by dr, then the change in the surface free energy is 8πrγdr.

Поскольку при сжатии пузыря поверхностная энергия уменьшается, тенденция к сжатию должна компенсироваться разностью давлений на пленку ΔР, так чтобы работа против давления ΔР4πr2dr была в точности равна уменьшению поверхностной свободной энергии. Таким образом,Since the surface energy decreases during compression of the bubble, the tendency to compression should be compensated by the pressure difference ΔР on the film, so that the work against the pressure ΔР4πr 2 dr is exactly equal to the decrease in the surface free energy. In this way,

Figure 00000003
Figure 00000003

илиor

Figure 00000004
Figure 00000004

В результате мы приходим к важному выводу: чем меньше пузырь, тем больше разность между давлением воздуха внутри пузыря и снаружи.As a result, we come to the important conclusion: the smaller the bubble, the greater the difference between the air pressure inside the bubble and outside.

Конечное состояние, показанное пунктирными линиями, является механически равновесным.The final state, shown by dashed lines, is mechanically equilibrium.

Следует отметить, что обычно γ определяют как поверхностное натяжение одинарной поверхности раздела. Поэтому при описании мыльных или других двусторонних пленок в уравнениях (1) и (2) вместо γ лучше использовать величину 2γ.It should be noted that γ is usually defined as the surface tension of a single interface. Therefore, when describing soap or other bilateral films in equations (1) and (2), instead of γ, it is better to use the value 2γ.

Уравнение (4) является частным случаем более общего соотношения - основного уравнения капиллярности, полученного в 1805 г. Юнгом и ЛапласомEquation (4) is a special case of a more general relation - the basic equation of capillarity, obtained in 1805 by Jung and Laplace

Figure 00000005
Figure 00000005

где R1, R2 - постоянные радиусы кривизны.where R1, R2 are constant radii of curvature.

Уравнение (5) представляет собой основное уравнение теории капиллярных явлений, и оно будет широко использоваться в дальнейшем.Equation (5) is the main equation of the theory of capillary phenomena, and it will be widely used in the future.

В первом приближении явление капиллярного поднятия можно интерпретировать на основе уравнения Юнга-Лапласа. Если жидкость смачивает стенку капилляра, ее поверхность должна быть параллельна стенке, и, следовательно, в целом поверхность жидкости должна иметь вогнутую форму. Разность давлений на поверхности раздела жидкость-газ определяется уравнением (5), причем ее знак таков, что давление в жидкости меньше, чем в газовой фазе. Авторами было показано, что оба радиуса кривизны (когда они имеют один и тот же знак) всегда расположены на той стороне поверхности раздела, где давление больше.In a first approximation, the phenomenon of capillary uplift can be interpreted based on the Young-Laplace equation. If the liquid wets the capillary wall, its surface should be parallel to the wall, and therefore, in general, the surface of the liquid should have a concave shape. The pressure difference at the liquid-gas interface is determined by equation (5), and its sign is such that the pressure in the liquid is less than in the gas phase. The authors showed that both radii of curvature (when they have the same sign) are always located on the side of the interface where the pressure is greater.

Если сечение капилляра круглое и его радиус не слишком велик, мениск имеет форму почти правильной полусферы (Фиг.3), при этом оба радиуса кривизны равны радиусу капилляра, и уравнение (5) можно привести к видуIf the cross section of the capillary is round and its radius is not too large, the meniscus has the shape of an almost regular hemisphere (Figure 3), while both radii of curvature are equal to the radius of the capillary, and equation (5) can be reduced to

Figure 00000006
Figure 00000006

где r - радиус капилляра.where r is the radius of the capillary.

Обозначим h высоту мениска над плоской поверхностью жидкости (для которой ΔР=0).Denote h the meniscus height above the flat surface of the liquid (for which ΔP = 0).

Тогда в уравнении (6) ΔР должна быть равна падению гидростатического давления в столбике жидкости, находящейся в капилляре. Таким образом, ΔP=Δρgh, где Δρ - разность плотностей жидкой и газовой фаз (ρвоз. - 1,29 кг/м3; ρПОС-61 - 8540 кг/м3 соответственно; Δρ=ρПОС-61, так как ρвоз.<<ρПOC-61), a g - ускорение свободного падения.Then in equation (6) ΔР should be equal to the drop in hydrostatic pressure in the column of liquid in the capillary. Thus, ΔP = Δρgh, where Δρ is the density difference between the liquid and gas phases (ρ carriage - 1.29 kg / m 3 ; ρ POS-61 - 8540 kg / m 3, respectively; Δρ = ρ POS-61 , since ρ cart. << ρ POC-61 ), ag - acceleration of gravity.

Теперь уравнение (6) можно преобразовать вNow equation (6) can be converted to

Figure 00000007
Figure 00000007

Figure 00000008
Figure 00000008

Величину а, определяемую уравнением (8), назовем капиллярной постоянной. Аналогичное уравнение можно получить и для жидкости, не смачивающей стенки капилляра, т.е. для жидкости, у которой угол контакта со стенками (краевой угол) равен не нулю, а 180°. Однако в этом случае мы имеем капиллярное понижение, при этом мениск в капилляре является выпуклым, a h соответствует глубине понижения мениска (Фиг.4).The value of a, defined by equation (8), is called the capillary constant. A similar equation can also be obtained for a liquid that does not wet the capillary wall, i.e. for a liquid in which the contact angle with the walls (contact angle) is not zero, but 180 °. However, in this case, we have a capillary lowering, while the meniscus in the capillary is convex, and h corresponds to the depth of the lowering of the meniscus (Figure 4).

В общем случае, когда жидкость контактирует со стенками круглого цилиндрического капилляра под некоторым углом θ, и если мениск все еще имеет сферическую форму, то, как следует из простых геометрических соображений, R2=r/cosθ, и, так как R1=R2, уравнение (7) принимает следующий вид:In the general case, when the liquid contacts the walls of a round cylindrical capillary at a certain angle θ, and if the meniscus still has a spherical shape, then, as follows from simple geometric considerations, R 2 = r / cosθ, and, since R 1 = R 2 , equation (7) takes the following form:

Figure 00000009
Figure 00000009

Для точного математического определения высоты капиллярного поднятия необходимо принимать во внимание отклонение формы мениска от сферической, т.е. в каждой точке мениска кривизна должна соответствовать ΔP=Δρgy, где у - превышение точки над плоскостью жидкости. Это условие можно сформулировать, записав уравнение (5) в произвольной точке (х, у) мениска и заменив RR на соответствующие выражения из аналитической геометрии. При этом предполагается также, что сечение капилляра является круглым, и, следовательно, мениск имеет форму фигуры вращения, как показано на Фиг.5. Радиус R1 лежит в плоскости листа, а R2 - в перпендикулярной плоскости. Таким образом,For accurate mathematical determination of the height of the capillary rise, it is necessary to take into account the deviation of the shape of the meniscus from the spherical, i.e. at each point of the meniscus, the curvature should correspond to ΔP = Δρgy, where y is the excess of the point over the liquid plane. This condition can be formulated by writing equation (5) at an arbitrary point (x, y) of the meniscus and replacing RR with the corresponding expressions from analytic geometry. It is also assumed that the cross section of the capillary is round, and, therefore, the meniscus has the shape of a rotation figure, as shown in Figure 5. The radius R 1 lies in the plane of the sheet, and R 2 in the perpendicular plane. In this way,

Figure 00000010
Figure 00000010

где y/=dy/dx и y//=d2y/d2x.where y / = dy / dx and y // = d 2 y / d 2 x.

Из уравнения (10) можно получить точное выражение для общего веса W столбика жидкости. Пусть р=y/ и, следовательно, у//=pdp/dy. Тогда уравнение (10) можно записать какFrom equation (10), one can obtain the exact expression for the total weight W of the liquid column. Let p = y / and, therefore, y // = pdp / dy. Then equation (10) can be written as

Figure 00000011
Figure 00000011

Формально W определяется уравнениемFormally, W is defined by the equation

Figure 00000012
Figure 00000012

которое после замены у на соответствующее выражение, найденное из уравнения (11), можно преобразовать в уравнениеwhich, after replacing y with the corresponding expression found from equation (11), can be converted into the equation

Figure 00000013
Figure 00000013

Подинтегральное выражение последнего уравнения равно полному дифференциалу хр/(1+ρ2)1/2; с учетом этого соответственно запишем решение уравнения (13) в следующем виде:The integrand of the last equation is equal to the total differential xp / (1 + ρ 2 ) 1/2 ; With this in mind, we accordingly write the solution of equation (13) in the following form:

Figure 00000014
Figure 00000014

По определению р=dy/dx, поэтому x=r, p=tgφ, где φ=90°-θ. Подставляя эти пределы, получаемBy definition, p = dy / dx, therefore x = r, p = tanφ, where φ = 90 ° -θ. Substituting these limits, we obtain

Figure 00000015
Figure 00000015

Отметим, что уравнение (15) в точности соответствует уравнению, которое можно записать, предполагая, что мениск «висит» на стенках капилляра и столбик удерживается вертикальной составляющей поверхностного натяжения γcosθ, умноженной на периметр сечения капилляра 2πr. Таким образом, и в этом случае наблюдается математическая идентичность концепций "поверхностного натяжения" и "поверхностной свободной энергии".Note that equation (15) exactly corresponds to the equation that can be written assuming that the meniscus “hangs” on the walls of the capillary and the column is held by the vertical component of the surface tension γcosθ multiplied by the perimeter of the section of the capillary 2πr. Thus, in this case too, the mathematical identity of the concepts of “surface tension” and “surface free energy” is observed.

Известно, что поверхностное натяжение обусловлено тем, что молекулы на поверхности притягиваются только к молекулам, которые расположены под ними. Поэтому они стремятся забиться внутрь жидкости. В результате на поверхности образуется тонкая пленка толщиной в 2-3 слоя молекул, более плотная, чем вся жидкость, Фиг.6. Другое объяснение таково: у молекул поверхностного слоя потенциальная энергия вдвое выше, чем у молекул внутри жидкости. Стремясь занять положение с наименьшей потенциальной энергией, молекулы жидкости на поверхности стремятся втянуться внутрь жидкости.It is known that surface tension is due to the fact that the molecules on the surface are attracted only to the molecules that are located under them. Therefore, they tend to clog into the fluid. As a result, a thin film is formed on the surface with a thickness of 2-3 layers of molecules, denser than the entire liquid, Fig.6. Another explanation is that the molecules of the surface layer have twice the potential energy than the molecules inside the liquid. In an effort to occupy the position with the least potential energy, the liquid molecules on the surface tend to be drawn into the liquid.

Таким образом, жидкость, под действием внутренних сил молекулярного притяжения, стремится уменьшить свободную поверхность (то есть поверхность соприкосновения с воздухом).Thus, the liquid, under the action of internal forces of molecular attraction, seeks to reduce the free surface (that is, the surface of contact with air).

Плотностью поверхностной энергии (поверхностное натяжение) называется отношение работы, требующейся для увеличения площади поверхности, к величине этого приращения к площади: γ=ΔW/ΔA.The density of surface energy (surface tension) is the ratio of the work required to increase the surface area to the magnitude of this increment to the area: γ = ΔW / ΔA.

В виду того что коэффициент поверхностного натяжения зависит от температуры, в данном случае, расплавленного припоя, его необходимо экспериментально измерять при различных температурных значениях.Since the surface tension coefficient depends on the temperature, in this case, of the molten solder, it must be experimentally measured at different temperature values.

Измеряя прецизионным адгезиометром силу F, которую нужно приложить, чтобы увеличить площадь поверхности жидкого припоя, можно определить поверхностное натяжение. Для этого используется проволочная рамка l, которую опускают в жидкость, Фиг.7.By measuring with a precision adhesiometer the force F that must be applied to increase the surface area of the liquid solder, the surface tension can be determined. To do this, use a wire frame l, which is lowered into the liquid, Fig.7.

Поскольку работа равна произведению сила на перемещение, ΔW=F·Δs, a изменение площади поверхности по обе стороны рамки равно ΔA=2Δs·1, поверхностное натяжение можно вычислить по формуле: γ=F·Δs/2Δs·l, соответственно γ=F/2l[Н/м].Since the work is equal to the product of the displacement force, ΔW = F · Δs, and the change in surface area on both sides of the frame is ΔA = 2Δs · 1, the surface tension can be calculated by the formula: γ = F · Δs / 2Δs · l, respectively γ = F / 2l [N / m].

Результаты измерений представлены в таблице 1. График зависимости коэффициента поверхностного натяжения расплава ПОС-61 от температуры приведен на Фиг.8.The measurement results are presented in table 1. A graph of the dependence of the surface tension coefficient of the POS-61 melt on temperature is shown in Fig. 8.

Для измерения угла смачиваемости припоем золотой поверхности при разных температурах был проведен эксперимент, включающий:To measure the wettability angle by soldering a gold surface at different temperatures, an experiment was conducted including:

- подготовку измерительного стенда (нагревательный столик, измерительная система);- preparation of a measuring stand (heating table, measuring system);

- подготовку доз припоя (цилиндр d=400 мкм и h=500 мкм) и золотой поверхности (контактная площадка 4×4 мм).- preparation of doses of solder (cylinder d = 400 μm and h = 500 μm) and a gold surface (contact area 4 × 4 mm).

Припой на золотой поверхности подвергался расплавлению при разных температурах в вакууме (0,7-6Па). После чего на микроинтерферометре МИИ-4 замерялся угол смачиваемости расплавленной капли.The solder on the gold surface was melted at different temperatures in vacuum (0.7-6Pa). Then, on the MII-4 microinterferometer, the wettability angle of the molten drop was measured.

При нагревании изменяется не только объем, но и плотность жидкого припоя. Для расчета плотности припоя используем формулу: ρn0/(1+3α·ΔТ), гдеWhen heated, not only the volume changes, but also the density of the liquid solder. To calculate the solder density, we use the formula: ρ n = ρ 0 / (1 + 3α · ΔТ), where

ρ0 - плотность припоя при нормальных условиях,ρ 0 is the solder density under normal conditions,

3α - коэффициент линейного расширения.3α is the coefficient of linear expansion.

Таким образом, авторами были получены все необходимые зависимости и данные для расчета высоты поднятия припоя в капилляре, которая с учетом полученных экспериментальных данных, приобретает следующий вид:Thus, the authors obtained all the necessary dependencies and data for calculating the height of the rise of solder in the capillary, which, taking into account the obtained experimental data, takes the following form:

Figure 00000016
Figure 00000016

где ρ0=8540 кг/м3; α=21·106 °С-1;where ρ 0 = 8540 kg / m 3 ; α = 21 · 10 6 ° C -1 ;

h - высота поднятия припоя в капилляре;h is the height of the solder in the capillary;

γ - коэффициент поверхностного натяжения припоя;γ is the surface tension coefficient of solder;

θ - угол смачиваемости припоя;θ is the wettability angle of the solder;

α - коэффициент линейного расширения припоя;α is the coefficient of linear expansion of the solder;

ρ0 - плотность припоя при нормальных условиях;ρ 0 - solder density under normal conditions;

Т0 - температура припоя в градусах Кельвина при нормальных условиях;T 0 - solder temperature in degrees Kelvin under normal conditions;

Tn - температура расплавленного припоя в градусах Кельвина.T n is the temperature of the molten solder in degrees Kelvin.

Проведенные расчеты показывают, что при радиусе капилляра 10 мкм и изменении температуры в диапазоне от 493К до 543К:The calculations show that with a capillary radius of 10 μm and a temperature change in the range from 493K to 543K:

- коэффициент поверхностного натяжения лежит в диапазоне 0,52÷0,46 Н/м;- the coefficient of surface tension lies in the range of 0.52 ÷ 0.46 N / m;

- угол смачиваемости изменяется от 7° до 3°;- the wettability angle varies from 7 ° to 3 °;

- высота поднятия припоя составит 1500 см при условии, что доза припоя не ограничена и весь капилляр находится при определенной температуре.- the height of raising the solder will be 1500 cm, provided that the dose of solder is not limited and the entire capillary is at a certain temperature.

Таким образом, авторами была решена задача обеспечения создания капиллярного соединительного элемента при изготовлении контактного узла на встречных контактах, в специфических условиях: когда в качестве капилляра использовалось металлизированное отверстие, выполненное в пленке из диэлектрического материала.Thus, the authors solved the problem of ensuring the creation of a capillary connecting element in the manufacture of the contact assembly on the opposite contacts, under specific conditions: when a metallized hole made in a film of a dielectric material was used as a capillary.

Задача, решаемая в предлагаемой группе изобретений, в части способа изготовления контактного узла на встречных контактах с капиллярным соединительным элементом, заключается в создании способа, позволяющего осуществлять изготовление большого количества контактных узлов, связывающих электрически и механически два массива встречных контактов, расположенных на двух разных носителях (например, при монтаже кристаллов ИС на коммутационные подложки многокристальных модулей или при монтаже ИС в BGA-корпусах на печатные платы), характеризующегося простотой реализации, низкой себестоимостью и высокой надежностью.The problem to be solved in the proposed group of inventions, in terms of the method of manufacturing the contact node on the counter contacts with the capillary connecting element, is to create a method that allows the manufacture of a large number of contact nodes that electrically and mechanically connect two arrays of counter contacts located on two different carriers ( for example, when mounting IC crystals on the switching substrates of multi-chip modules or when mounting ICs in BGA packages on printed circuit boards), easy to implement, low cost and high reliability.

Задача, положенная в основу заявленной группы изобретений, в части способа изготовления контактного узла на встречных контактах с капиллярным соединительным элементом, с достижением упомянутого технического результата, решается тем, что в способе изготовления контактного узла на встречных контактах с капиллярным соединительным элементом, включающем:The task underlying the claimed group of inventions, in terms of a method of manufacturing a contact node in oncoming contacts with a capillary connecting element, achieving the above technical result, is solved by the fact that in the method of manufacturing a contact node on oncoming contacts with a capillary connecting element, including:

- нанесение на один из плоских контактов тонкопленочных слоев металлизации и припоя;- applying thin film layers of metallization and solder to one of the flat contacts;

- изготовление заготовки соединительного элемента для упомянутых встречных контактов и ее облуживание припоем;- the manufacture of the workpiece of the connecting element for the said oncoming contacts and its tinning with solder;

- облуживание упомянутым припоем ответного плоского контакта;- tinning said solder response flat contact;

- совмещение встречных плоских контактов с заготовкой соединительного элемента относительно общей оси, проходящей через центры упомянутых встречных контактов, до их соприкосновения, с фиксацией совмещения на время пайки;- the combination of oncoming flat contacts with the workpiece of the connecting element relative to the common axis passing through the centers of the said oncoming contacts, until they contact, with fixing alignment for the time of soldering;

- нагрев зоны соприкосновения упомянутых встречных контактов и заготовки соединительного элемента до плавления нанесенного припоя;- heating the contact zone of said oncoming contacts and the workpiece of the connecting element until the applied solder melts;

- снижение температуры в зоне пайки до отверждения упомянутого припоя между упомянутыми встречными контактами, с образованием соединительного элемента контактного узла на встречных контактах;- lowering the temperature in the soldering zone until the curing of said solder between said counter contacts, with the formation of a connecting element of the contact node on the counter contacts;

в соответствии с изобретениемin accordance with the invention

- заготовка соединительного элемента для встречных контактов выполнена в виде металлизированного капиллярного отверстия в диэлектрической пленке, выходы которого ограничены торцевыми фланцами на поверхностях упомянутой диэлектрической пленки, а капиллярное отверстие облужено упомянутым припоем, заодно с торцевыми фланцами, при этом продольная ось капиллярного отверстия совпадает с упомянутой осью соответствующих плоских встречных контактов;- the workpiece of the connecting element for the oncoming contacts is made in the form of a metallized capillary hole in the dielectric film, the outputs of which are limited by the end flanges on the surfaces of the said dielectric film, and the capillary hole is tinned with the said solder, along with the end flanges, while the longitudinal axis of the capillary hole coincides with the said axis corresponding flat counter contacts;

- упомянутая диэлектрическая пленка, являющаяся носителем упомянутого облуженного капиллярного отверстия, в процессе сборки контактного узла, размещается между упомянутыми носителями встречных контактов таким образом, чтобы продольная ось упомянутого капиллярного отверстия проходила через центры упомянутых встречных контактов, ортогонально поверхностям упомянутых носителей встречных контактов и облуженного капиллярного отверстия;- said dielectric film being a carrier of said tinned capillary hole, during assembly of the contact assembly, is placed between said counter contact carriers so that the longitudinal axis of said capillary hole passes through the centers of said counter contacts orthogonal to the surfaces of said counter contact carriers and tinned capillary hole ;

- после чего сближают носители встречных контактов, с обеих сторон упомянутого носителя облуженного капиллярного отверстия, вдоль упомянутой оси, до соприкосновения встречных контактов с упомянутыми торцевыми фланцами облуженного капиллярного отверстия;- then they bring together the carriers of the oncoming contacts, on both sides of the said carrier of the tinned capillary hole, along the said axis, until the oncoming contacts come into contact with the mentioned end flanges of the tinned capillary hole;

- область между упомянутыми носителями встречных контактов вакуумируют до 0,1 атм, с одновременным фиксированием взаимного положения носителей встречных контактов и носителя облуженного капиллярного отверстия, размещенного между ними;- the region between the said oncoming contact carriers is evacuated to 0.1 atm, while fixing the relative position of the oncoming contact carriers and the tinned capillary hole carrier located between them;

- доводят температуру в упомянутой области до температуры плавления припоя, обеспечивая подъем расплавленного припоя в облуженное капиллярное отверстие с встречных контактов, также предварительно облуженных упомянутым припоем;- bring the temperature in the said region to the melting temperature of the solder, ensuring the rise of the molten solder into the tinned capillary hole from the oncoming contacts, also previously tinned with the said solder;

- в процессе и после охлаждения и отверждения припоя в капиллярном отверстии, а также в зазорах между торцевыми фланцами капиллярного отверстия и соответствующими встречными контактами, формируется капиллярный соединительный элемент между упомянутыми встречными контактами, обеспечивая жесткую фиксацию припоя в металлизированном капиллярном отверстии, упомянутого капиллярного соединительного элемента контактного узла, как в процессе последующих технологических воздействий, так и в процессе эксплуатации его в составе микроэлектронной аппаратуры;- during and after cooling and curing of the solder in the capillary hole, as well as in the gaps between the end flanges of the capillary hole and the corresponding counter contacts, a capillary connecting element is formed between said counter contacts, providing a rigid fixation of the solder in the metallized capillary hole of the said capillary connecting element of the contact node, both in the process of subsequent technological impacts, and in the process of its operation as part of a microelectron Noah equipment;

- при этом высота подъема припоя в капиллярном соединительном элементе, в процессе формирования капиллярного соединительного элемента, определяется формулой:- the height of the solder in the capillary connecting element, in the process of forming a capillary connecting element, is determined by the formula:

Figure 00000016
Figure 00000016

где ρ0=8540 кг/м3; α=21·106 °С-1;where ρ 0 = 8540 kg / m 3 ; α = 21 · 10 6 ° C -1 ;

h - высота поднятия расплавленного припоя в капиллярном соединительном элементе;h is the elevation height of the molten solder in the capillary connecting element;

γ - коэффициент поверхностного натяжения припоя;γ is the surface tension coefficient of solder;

θ - угол смачиваемости припоя;θ is the wettability angle of the solder;

α - коэффициент линейного расширения припоя;α is the coefficient of linear expansion of the solder;

ρ0 - плотность припоя при нормальных условиях;ρ 0 - solder density under normal conditions;

Т0 - температура припоя в градусах Кельвина при нормальных условиях;T 0 - solder temperature in degrees Kelvin under normal conditions;

Tn - температура расплавленного припоя в градусах Кельвина;T n is the temperature of the molten solder in degrees Kelvin;

- а также тем, что на упомянутом плоском контакте, расположенном на одной из несущих поверхностей, и/или на ответном встречном плоском контакте, расположенном на другой несущей поверхности, сформированы облуженные выступы, частично или полностью входящие в отверстие упомянутого капиллярного соединительного элемента, которые используются в качестве элементов взаимного базирования упомянутых встречных контактов и капиллярного соединительного элемента;- as well as the fact that on said flat contact located on one of the bearing surfaces, and / or on the counter counter flat contact located on another bearing surface, tinned protrusions are formed, partially or completely entering the hole of said capillary connecting element, which are used as elements of mutual basement of said counter contacts and capillary connecting element;

- а также тем, что выступы на встречных контактах, частично или полностью входящие в отверстия капиллярного соединительного элемента, выполнены в виде идентично отформованных доз припоя;- as well as the fact that the protrusions on the oncoming contacts, partially or completely entering the holes of the capillary connecting element, are made in the form of identically formed doses of solder;

- а также тем, что одна из упомянутых несущих поверхностей с контактами является поверхностью кристалла ИС с контактами, а другая упомянутая поверхность, несущая ответные контакты, является поверхностью с ответными контактами коммутационной подложки.- and also the fact that one of the aforementioned bearing surfaces with contacts is a surface of an IC chip with contacts, and the other said surface carrying response contacts is a surface with response contacts of a switching substrate.

В процессе сборки контактных узлов, соединяющих два массива встречных контактов, массив облуженных контактов одного носителя (например, на кристалле ИС), массив облуженных ответных контактов на другом носителе (например, на коммутационной подложке) и массив металлизированных облуженных отверстий (трубчатых капилляров) в пленочном носителе, размещенный между двумя массивами встречных контактов, совмещаются между собой, сближаются до соприкосновения, и после нагрева до температуры плавления расплавленный припой, размещенный на встречных контактах, частично втягивается в металлизированные облуженные отверстия с обоих концов под действием капиллярных сил, образуя, после охлаждения, надежное соединение двух массивов встречных контактов.During the assembly of contact nodes connecting two arrays of oncoming contacts, an array of tinned contacts of one carrier (for example, on an IC chip), an array of tinned contact contacts on another carrier (for example, on a switching substrate) and an array of metallized tinned holes (tubular capillaries) in a film the carrier, placed between two arrays of oncoming contacts, are combined with each other, come close to contact, and after heating to the melting temperature, the molten solder placed on the oncoming x contacts, partially drawn into the metallized tinned holes from both ends under the action of capillary forces, forming, after cooling, a reliable connection of two arrays of oncoming contacts.

Сущность изобретения заключается в том, что при соединении между собой двух массивов встречных контактов, расположенных на двух параллельных (копланарных) носителях, как это происходит, например, при монтаже перевернутого кристалла ИС (флип-чип) на коммутационную подложку или монтаже корпусированных ИС с BGA-выводами на печатную плату, используется монтажная прокладка из изоляционного материала, размещенная между носителями массивов встречных контактов. В прокладке сформированы металлизированные облуженные отверстия, расположенные между парами соединяемых встречных контактов. На контакты обоих массивов предварительно наносятся дозы припоя. Металлизированные облуженные отверстия становятся капиллярами для припоя, размещенного на встречных контактах, при температуре плавления припоя. Т.о., прокладка из изоляционного материала является носителем массива капиллярных соединительных элементов для контактных узлов, соединяющих между собой два массива встречных контактов (например, одна система контактов - на кристалле ИС, а ответная система контактов - на коммутационной подложке).The essence of the invention lies in the fact that when interconnecting two arrays of oncoming contacts located on two parallel (coplanar) carriers, as happens, for example, when mounting an inverted IC chip (flip chip) on a switching substrate or mounting a packaged IC with BGA - conclusions on the printed circuit board, use a mounting strip made of insulating material, placed between the carriers of the arrays of oncoming contacts. Metallized tinned holes are formed in the gasket, located between pairs of connected oncoming contacts. At the contacts of both arrays, doses of solder are preliminarily applied. The metallized tinned holes become capillaries for the solder placed on the oncoming contacts, at the melting point of the solder. Thus, a gasket made of insulating material is the carrier of an array of capillary connecting elements for contact nodes connecting two arrays of counter contacts (for example, one contact system is on an IC chip, and the response contact system is on a switching substrate).

Способ изготовления контактных узлов на встречных контактах через монтажную прокладку посредством капиллярных соединительных элементов достаточно прост и не требует сложного оборудования с высококвалифицированным обслуживающим персоналом.A method of manufacturing contact nodes at oncoming contacts through a mounting gasket by means of capillary connecting elements is quite simple and does not require sophisticated equipment with highly qualified staff.

Капиллярный эффект обеспечивает высокую однородность и качество соединений, а также высокий процент выхода годных контактных узлов в процессе сборки, обеспечивает низкую себестоимость их изготовления.The capillary effect provides high uniformity and quality of the joints, as well as a high percentage of yield of contact nodes during the assembly process, and ensures low cost of their manufacture.

Способ одинаково применим как для монтажа кристаллов в составе однокристальных и многокристальных модулей, так и для монтажа ИС в BGA-корпусах на печатные платы.The method is equally applicable both for mounting crystals as part of single-chip and multi-chip modules, and for mounting ICs in BGA packages on printed circuit boards.

Краткое описание чертежейBrief Description of the Drawings

Изобретение иллюстрируется графическими материалами, на которых представлено:The invention is illustrated by graphic materials on which are presented:

- на Фиг.1 изображена рамка с мыльной пленкой;- figure 1 shows a frame with a soap film;

- на Фиг.2 изображен мыльный пузырь;- figure 2 shows a soap bubble;

- на Фиг.3 схематично изображено капиллярное поднятие;- figure 3 schematically shows a capillary rise;

- на Фиг.4 схематично изображено капиллярное опускание;- figure 4 schematically shows a capillary lowering;

- на Фиг.5 схематично представлено изображение мениска в капилляре, как фигуры вращения;- figure 5 schematically shows the image of the meniscus in the capillary, as a rotation figure;

- на Фиг.6 представлено схематичное расположение молекул в приповерхностном слое;- Fig.6 shows a schematic arrangement of molecules in the surface layer;

- на Фиг.7 изображена схема измерения;- Fig.7 shows a measurement circuit;

- на Фиг.8 представлен график зависимости коэффициента поверхностного натяжения расплава ПОС-1 от температуры;- on Fig presents a graph of the dependence of the surface tension coefficient of the melt POS-1 on temperature;

- на Фиг.9 изображен симметричный контактный узел на встречных контактах с соединительным элементом в виде капиллярного отверстия, с торцевыми фланцами, в плоскопараллельной пластине из диэлектрического материала (фаза совмещения);- figure 9 shows a symmetrical contact node on the opposite contacts with the connecting element in the form of a capillary hole, with end flanges, in a plane-parallel plate of dielectric material (phase matching);

- на Фиг.9а изображен тот же симметричный контактный узел на встречных контактах с соединительным элементом в виде капиллярного отверстия, с торцевыми фланцами, в плоскопараллельной пластине из диэлектрического материала (фаза соединения);- Fig. 9a shows the same symmetrical contact assembly at the oncoming contacts with a connecting element in the form of a capillary hole, with end flanges, in a plane-parallel plate of dielectric material (connection phase);

- на Фиг.10 изображен симметричный контактный узел на встречных контактах с соединительным элементом в виде капиллярного отверстия, с торцевыми фланцами, внутри которого перед сборкой контактного узла размещен электропроводящий связующий материал (фаза совмещения);- figure 10 shows a symmetrical contact node at the oncoming contacts with a connecting element in the form of a capillary hole, with end flanges, inside of which an electrically conductive binder material is placed before assembly of the contact node (alignment phase);

- на Фиг.10а изображен тот же симметричный контактный узел на встречных контактах с соединительным элементом в виде капиллярного отверстия, с торцевыми фланцами, внутри которого перед сборкой контактного узла размещен электропроводящий связующий материал (фаза соединения);- Fig. 10a depicts the same symmetrical contact node at the oncoming contacts with a connecting element in the form of a capillary hole, with end flanges, inside of which an electrically conductive binder material is placed before the assembly of the contact node (connection phase);

- на Фиг.11 изображен контактный узел на встречных контактах с соединительным элементом в виде капиллярного отверстия с торцевыми фланцами, в котором встречные контакты смещены относительно друг друга в плоскости своих носителей, а продольная ось капиллярного отверстия, проходящая через центры контактов, наклонена под углом α<90° к поверхностям, несущим эти контакты (фаза совмещения);- figure 11 shows the contact node on the counter contacts with the connecting element in the form of a capillary hole with end flanges, in which the counter contacts are offset relative to each other in the plane of their carriers, and the longitudinal axis of the capillary hole passing through the centers of the contacts is inclined at an angle α <90 ° to surfaces bearing these contacts (alignment phase);

- на Фиг.11а изображен тот же контактный узел на встречных контактах с соединительным элементом в виде капиллярного отверстия с торцевыми фланцами, в котором встречные контакты смещены относительно друг друга в плоскости своих носителей, а продольная ось капиллярного отверстия, проходящая через центры контактов, наклонена под углом α<90° к поверхностям, несущим эти контакты (фаза соединения);- Fig. 11a shows the same contact node at the oncoming contacts with the connecting element in the form of a capillary hole with end flanges, in which the counter contacts are offset relative to each other in the plane of their carriers, and the longitudinal axis of the capillary hole passing through the centers of the contacts is inclined under angle α <90 ° to surfaces bearing these contacts (bonding phase);

- на Фиг.12 изображен симметричный контактный узел на встречных контактах с соединительным элементом в виде капиллярного отверстия, с торцевыми фланцами, выполненного в форме усеченного конуса, меньший раструб которого соединен с одним встречным контактом, а больший раструб соединен с другим встречным контактом (фаза совмещения);- Fig. 12 shows a symmetrical contact assembly at the oncoming contacts with a connecting element in the form of a capillary hole, with end flanges made in the form of a truncated cone, the smaller bell of which is connected to one oncoming contact, and the larger bell is connected to the other oncoming contact (alignment phase );

- на Фиг.12а изображен тот же симметричный контактный узел на встречных контактах с соединительным элементом в виде капиллярного отверстия, с торцевыми фланцами, выполненного в форме усеченного конуса, меньший раструб которого соединен с одним встречным контактом, а больший раструб соединен с другим встречным контактом (фаза соединения);- Fig. 12a depicts the same symmetrical contact node at the oncoming contacts with a connecting element in the form of a capillary hole, with end flanges made in the form of a truncated cone, a smaller socket of which is connected to one counter contact, and a larger socket is connected to another counter contact ( connection phase);

- на Фиг.13 изображен симметричный контактный узел на встречных контактах с капиллярным соединительным элементом, выполненным многоканальным, при этом капиллярные каналы электрически не связаны между собой, а каждый канал имеет свои торцевые фланцы (фаза совмещения);- Fig.13 shows a symmetrical contact node on the opposite contacts with a capillary connecting element made of multi-channel, while the capillary channels are not electrically connected to each other, and each channel has its own end flanges (phase matching);

- на Фиг.13а изображен тот же симметричный контактный узел на встречных контактах с капиллярным соединительным элементом, выполненным многоканальным, при этом капиллярные каналы электрически не связаны между собой, а каждый канал имеет свои торцевые фланцы (фаза соединения);- Fig. 13a shows the same symmetrical contact assembly at the oncoming contacts with a multi-channel capillary connecting element, while the capillary channels are not electrically connected to each other, and each channel has its own end flanges (connection phase);

- на Фиг.14 изображен симметричный контактный узел на встречных контактах с капиллярным соединительным элементом, выполненным многоканальным, при этом капиллярные каналы многоканального соединительного элемента электрически связаны между собой общими плоскими электропроводящими контактами, выполненными в виде торцевых фланцев, размещенных на поверхностях плоскопараллельной пластины из диэлектрического материала, в которой выполнен упомянутый многоканальный капиллярный соединительный элемент (фаза совмещения);- Fig. 14 shows a symmetric contact assembly in oncoming contacts with a capillary connecting element made of multi-channel, while the capillary channels of the multi-channel connecting element are electrically connected by common flat conductive contacts made in the form of end flanges placed on the surfaces of a plane-parallel plate of dielectric material in which said multi-channel capillary connecting element is made (phase matching);

- на Фиг.14а изображен тот же симметричный контактный узел на встречных контактах с капиллярным соединительным элементом, выполненным многоканальным, при этом капиллярные каналы многоканального соединительного элемента электрически связаны между собой общими плоскими электропроводящими контактами, выполненными в виде торцевых фланцев, размещенных на поверхностях плоскопараллельной пластины из диэлектрического материала, в которой выполнен упомянутый многоканальный капиллярный соединительный элемент (фаза соединения);- Fig. 14a shows the same symmetrical contact node on the opposite contacts with a capillary connecting element made of multichannel, while the capillary channels of the multichannel connecting element are electrically connected by common flat conductive contacts made in the form of end flanges placed on the surfaces of a plane-parallel plate of a dielectric material in which said multi-channel capillary connecting element (connection phase) is made;

- на Фиг.15 изображен симметричный контактный узел на встречных контактах с соединительным элементом, представляющим собой пористую структуру, проницаемую для электропроводящего связующего материала в процессе технологического воздействия (фаза совмещения);- Fig. 15 shows a symmetrical contact assembly at the oncoming contacts with a connecting element, which is a porous structure permeable to an electrically conductive binder material during the technological action (registration phase);

- на Фиг.15а изображен тот же симметричный контактный узел на встречных контактах с соединительным элементом, представляющим собой пористую структуру, заполненную электропроводящим связующим материалом в процессе технологического воздействия (фаза соединения);- on figa shows the same symmetrical contact node on the opposite contacts with the connecting element, which is a porous structure filled with an electrically conductive binder material during the technological action (connection phase);

- на Фиг.16 изображен симметричный контактный узел на встречных контактах с капиллярным соединительным элементом, в котором на поверхностях встречных контактов выполнены технологические выступы, с нанесенным на них связующим электропроводящим материалом, при этом упомянутые технологические выступы контактного узла входят в капиллярное отверстие, частично или полностью, с обеих его сторон, обеспечивая взаимное самосовмещение упомянутых встречных контактов и капиллярного соединительного элемента в процессе сборки контактного узла (фаза совмещения);- Fig. 16 shows a symmetrical contact assembly at the oncoming contacts with a capillary connecting element, in which technological protrusions are made on the surfaces of the opposing contacts, with an electrically conductive bonding material deposited on them, while the technological protrusions of the contact assembly are inserted partially or completely into the capillary hole , on both sides, providing mutual self-alignment of the said counter contacts and the capillary connecting element during the assembly of the contact node (fa for combining);

- на Фиг.16а изображен тот же симметричный контактный узел на встречных контактах с капиллярным соединительным элементом, в котором на поверхностях встречных контактов выполнены технологические выступы, с нанесенным на них связующим электропроводящим материалом, при этом упомянутые технологические выступы контактного узла входят в капиллярное отверстие, частично или полностью, с обеих его сторон, обеспечивая взаимное самосовмещение упомянутых встречных контактов и капиллярного соединительного элемента в процессе сборки контактного узла (фаза соединения);- Fig. 16a shows the same symmetrical contact assembly at the oncoming contacts with the capillary connecting element, in which technological protrusions are made on the surfaces of the opposing contacts, with a binder conductive material deposited on them, while the technological protrusions of the contact assembly are partially inserted into the capillary hole or completely, on both sides, providing mutual self-alignment of the said counter contacts and the capillary connecting element during the assembly of the contact node (connection phase);

- на Фиг.17 изображен симметричный контактный узел на встречных контактах с капиллярным соединительным элементом, в котором на поверхностях встречных контактов выполнены технологические выступы, при этом, по крайней мере, хотя бы один из выступов выполнен в виде шарика из связующего электропроводящего материалом, частично или полностью, размещенного в капиллярном отверстии (фаза совмещения);- Fig.17 shows a symmetrical contact node on the opposite contacts with a capillary connecting element, in which technological protrusions are made on the surfaces of the opposing contacts, while at least one of the protrusions is made in the form of a ball of a binder of electrically conductive material, partially or completely placed in the capillary hole (phase matching);

- на Фиг.17а изображен тот же симметричный контактный узел на встречных контактах с капиллярным соединительным элементом, в котором на поверхностях встречных контактов выполнены технологические выступы, при этом, по крайней мере, хотя бы один из выступов выполнен в виде шарика из связующего электропроводящего материала, частично или полностью, размещенного в капиллярном отверстии (фаза соединения);- Fig.17a shows the same symmetrical contact node on the opposite contacts with the capillary connecting element, in which technological protrusions are made on the surfaces of the opposing contacts, while at least one of the protrusions is made in the form of a ball of a binder of conductive material, partially or completely placed in a capillary hole (connection phase);

- на Фиг.18 изображен симметричный контактный узел на встречных контактах с капиллярным соединительным элементом, в котором плоскопараллельная пластина из диэлектрического материала является носителем отверстий, одно из которых, расположенное между встречными контактами, является капиллярным соединительным элементом для этих встречных контактов, а другие отверстия, которые не находятся между встречными контактами, пропитаны клеевой (адгезивной) композициией, предназначенной для склеивания копланарных носителей контактов в местах, свободных от контактов (фаза совмещения);- Fig. 18 shows a symmetrical contact assembly in oncoming contacts with a capillary connecting element, in which a plane-parallel plate of dielectric material is a carrier of holes, one of which, located between the opposite contacts, is a capillary connecting element for these counter contacts, and the other holes, which are not between the oncoming contacts, impregnated with an adhesive (adhesive) composition intended for bonding coplanar contact carriers in places with rim of contacts (phase alignment);

- на Фиг.18а изображен тот же симметричный контактный узел на встречных контактах с капиллярным соединительным элементом, в котором плоскопараллельная пластина из диэлектрического материала является носителем отверстий, одно из которых, расположенное между встречными контактами, является капиллярным соединительным элементом для этих встречных контактов, а другие отверстия, которые не находятся между встречными контактами, пропитаны клеевой (адгезивной) композицией, предназначенной для склеивания копланарных носителей контактов в местах, свободных от контактов (фаза соединения).- Fig. 18a depicts the same symmetrical contact assembly in oncoming contacts with a capillary connecting element in which a plane-parallel plate of dielectric material is a carrier of holes, one of which located between the opposing contacts is a capillary connecting element for these oncoming contacts, and the others holes that are not between the oncoming contacts are impregnated with an adhesive (adhesive) composition intended for bonding coplanar contact carriers in s-free contacts (compound phase).

- на Фиг.19 изображены основные этапы подготовки, совмещения и соединения (сборки) компонентов КУ в единое устройство - контактный узел на встречных контактах с капиллярным соединительным элементом (КУ на ВК с КСЭ);- Fig.19 shows the main stages of preparation, alignment and connection (assembly) of KU components in a single device - a contact node on the oncoming contacts with a capillary connecting element (KU on VK with KSE);

- на Фиг.20 приведена схема базового технологического процесса фотолитографии;- Figure 20 shows a diagram of the basic process of photolithography;

- на Фиг.21 приведена схема базового технологического процесса изготовления металлизированных отверстий в полиимидной пленке;- Fig.21 shows a diagram of the basic technological process for the manufacture of metallized holes in a polyimide film;

- на Фиг.22 приведено фото экспериментального образца сборочной машины для сборки КУ на ВК с КСЭ;- Fig. 22 shows a photo of an experimental model of an assembly machine for assembling KU at VK with KSE;

- на Фиг.23 приведена блок-схема экспериментального образца сборочной машины для сборки КУ на ВК с КСЭ;- Fig.23 shows a block diagram of an experimental model of an assembly machine for assembling a KU on a VK with a SSC;

- на Фиг.24 приведено фото образца однокристального модуля ОКМ-1600 на базе тестового чипа размерами 1×1 см с матрицей 40×40=1600 контактов, собранного с помощью экспериментального образца сборочной машины для сборки КУ на ВК с КСЭ;- Fig. 24 shows a photo of a sample of a single-chip module OKM-1600 based on a test chip 1 × 1 cm in size with a matrix of 40 × 40 = 1600 contacts assembled using an experimental sample of an assembly machine for assembling a KU on a VK with a SSC;

- на Фиг.25 приведено фото образца многокристального модуля МКМ-3200 на базе 8-ми тестовых чипов размерами 1×1 см с матрицей 20×20=400 контактов, собранного с помощью экспериментального образца сборочной машины для сборки КУ на ВК с КСЭ;- Fig. 25 shows a photo of a sample of a multi-chip module MKM-3200 based on 8 test chips with a size of 1 × 1 cm with a matrix of 20 × 20 = 400 contacts, assembled using an experimental model of an assembly machine for assembling a KU on a VK with a SSC;

- на Фиг.26 представлена таблица зависимости коэффициента поверхностного натяжения расплава припоя ПОС-61 от температуры в диапазоне 493-543К.- Fig.26 presents a table of the dependence of the surface tension coefficient of the melt solder POS-61 on temperature in the range 493-543K.

Предпочтительный вариант выполнения изобретенияPreferred Embodiment

Один из многочисленных возможных вариантов выполнения контактного узла на встречных контактах с капиллярным соединительным элементом, представленный на Фиг.9 (фаза совмещения), содержит: контакт 1, размещенный на одном из копланарных носителей, например верхнем носителе 2, в качестве которого может быть использован, например, Si-кристалл с активными компонентами, контакт 3, размещенный на втором копланарном носителе, например нижнем носителе 4, в качестве которого может быть использована, например, Si-PCB-коммутационная подложка. Между упомянутыми копланарными носителями 2 и 4 контактного узла размещается пластина из диэлектрического материала, например полиимидная пленка 5 со сформированным в ней металлизированным отверстием 6. На верхнем носителе 2, в качестве которого используется, например, кремниевый кристалл, нанесена проводящая дорожка 7, например, из алюминия, соединенная с контактом 1. Аналогичная проводящая дорожка 8 нанесена на нижнем носителе 4 и соединена с контактом 3. Завершается формирование одного из встречных контактов, например 1, нанесением на него дозы связующего электропроводящего материала 9 (припоя). Аналогичным образом формируется второй встречный контакт 3, нанесением на него дозы связующего электропроводящего материала 10 (припоя). Покрытие из аналогичного связующего материала 12 наносится и на металлизированную поверхность 11 отверстия 6 и торцевых фланцев 13 и 14, образованных на выходах отверстия 6, выполненного в диэлектрической пленке 5. Таким образом, выше приведено описание выполнения основных элементов контактного узла на встречных контактах с капиллярным соединительным элементом. Далее будут использованы эти обозначения для описания отдельных особенностей и различных вариантов выполнения данного контактного узла.One of the many possible options for the implementation of the contact node in oncoming contacts with the capillary connecting element shown in Fig.9 (phase alignment), contains: contact 1, placed on one of the coplanar carriers, for example, the upper carrier 2, which can be used, for example, a Si-crystal with active components, contact 3, placed on a second coplanar carrier, for example, the lower carrier 4, for which, for example, a Si-PCB switching substrate can be used. A plate of dielectric material, for example, a polyimide film 5 with a metallized hole 6 formed therein, is placed between the coplanar carriers 2 and 4 of the contact node. On the upper carrier 2, for which, for example, a silicon crystal is used, a conductive path 7 is applied, for example, aluminum connected to contact 1. A similar conductive path 8 is applied to the lower carrier 4 and connected to contact 3. The formation of one of the oncoming contacts, for example 1, is completed by applying to dose conductive binder material 9 (solder). In a similar manner, a second counter contact 3 is formed by applying a dose of a binder of electrically conductive material 10 (solder) to it. A coating of a similar binder material 12 is applied to the metallized surface 11 of the hole 6 and the end flanges 13 and 14 formed at the outputs of the hole 6 made in the dielectric film 5. Thus, the above describes the implementation of the main elements of the contact node on the counter contacts with the capillary an element. Further, these notations will be used to describe individual features and various embodiments of this contact node.

Итак, в фазе совмещения (Фиг.9) контакты 1 и 3, расположенные навстречу друг другу - на верхнем 2 и нижнем 4 носителях соответственно, совмещаются относительно общей оси А-А между собой и отверстием 6 в диэлектрической пленке 5. На упомянутых контактах 1 и 3 находится связующий электропроводящий материал 9 и 10 соответственно. На внутреннем металлизированном покрытии 11 отверстия 6 и упомянутых торцевых фланцев 13 и 14 находится аналогичный связующий электропроводящий материал 12. Далее осуществляется фаза соединения.So, in the alignment phase (Fig. 9), contacts 1 and 3, located opposite each other - on the upper 2 and lower 4 carriers, respectively, are aligned relative to the common axis AA between themselves and the hole 6 in the dielectric film 5. On the said contacts 1 and 3 is a conductive binder material 9 and 10, respectively. On the inner metallized coating 11 of the hole 6 and the said end flanges 13 and 14 is a similar binder conductive material 12. Next, the connection phase.

В фазе соединения (Фиг.9а) контакты 1и 3 сближаются навстречу друг другу до соприкосновения соответственно с верхним 13 и нижним 14 торцевыми фланцами металлизированного отверстия 6. В этот момент зона контактов 1, 3 и отверстия 6 с торцевыми фланцами 13 и 14 подвергается технологическому воздействию (например, температурное воздействие до плавления связующего электропроводящего материала - припоя), в результате которого металлизированное отверстие 6 становится капилляром для связующего электропроводящего материала, который в процессе технологического воздействия втягивается в капилляр с обоих контактов 1 и 3 под действием капиллярных сил. После прекращения технологического воздействия связующий электропроводящий материал в капилляре, а также между упомянутыми фланцами и встречными контактами, затвердевает. При этом образуется контактный узел, состоящий из двух контактов 1 и 3, связанных между собой электрически и механически капиллярным соединительным элементом 6, заполненным затвердевшим связующим электропроводящим материалом.In the connection phase (Fig. 9a), contacts 1 and 3 approach each other until they contact, respectively, the upper 13 and lower 14 end flanges of the metallized hole 6. At this point, the contact zone 1, 3 and hole 6 with the end flanges 13 and 14 is subjected to technological impact (for example, the temperature effect before melting of the binder of the electrically conductive material - solder), as a result of which the metallized hole 6 becomes a capillary for the binder of the electrically conductive material, which is in the process of The chemical action is drawn into the capillary from both contacts 1 and 3 under the action of capillary forces. After the cessation of the technological effect, the binder conductive material in the capillary, as well as between the flanges and counter contacts, hardens. In this case, a contact assembly is formed, consisting of two contacts 1 and 3, interconnected electrically and mechanically by a capillary connecting element 6, filled with a hardened binder conductive material.

Контактный узел на встречных контактах с капиллярным соединительным элементом может быть выполнен несколько иначе, нежели описанный выше. Так дозы связующего электропроводящего материала 9, 10 могут быть размещены не на контактах 1 и 3 перед сборкой контактного узла, а непосредственно внутри металлизированного отверстия 6. Такой вариант выполнения контактного узла представлен на Фиг.10.The contact node at the oncoming contacts with the capillary connecting element can be made somewhat differently than described above. So doses of a binder of electrically conductive material 9, 10 can be placed not on contacts 1 and 3 before assembly of the contact assembly, but directly inside the metallized hole 6. Such an embodiment of the contact assembly is shown in FIG. 10.

В фазе совмещения (Фиг.10) контакты 1 и 3, расположенные навстречу друг другу - на верхнем 2 и нижнем 4 носителях соответственно, совмещаются относительно общей оси А-А между собой и отверстием 6, с торцевыми фланцами 13 и 14, в диэлектрической пленке 5, заполненным связующим электропроводящим материалом 15.In the alignment phase (Figure 10), contacts 1 and 3, located opposite each other - on the upper 2 and lower 4 carriers, respectively, are aligned relative to the common axis AA between themselves and the hole 6, with end flanges 13 and 14, in the dielectric film 5 filled with a conductive binder material 15.

В фазе соединения (Фиг.10а) контакты 1и 3 сближаются навстречу друг другу до соприкосновения с верхним и нижним торцевыми фланцами 13 и 14 металлизированного отверстия 6. В этот момент зона контактов 1, 3 и отверстия 6 подвергается технологическому воздействию (например, температурное воздействие до плавления связующего электропроводящего материала - припоя), в результате которого металлизированное отверстие 6 становится капилляром для связующего электропроводящего материала 15, который в процессе технологического воздействия смачивает контакты 1 и 3. При этом капиллярные силы не позволяют упомянутому связующему электропроводящему материалу 15 распространиться из капилляра 6 за пределы смачиваемых контактов 1 и 3 и упомянутых торцевых фланцев 13 и 14. После прекращения технологического воздействия связующий электропроводящий материал в капилляре, а также между упомянутыми торцевыми фланцами и встречными контактами затвердевает. При этом образуется контактный узел, состоящий из двух контактов 1 и 3, связанных между собой электрически и механически капиллярным соединительным элементом, заполненным затвердевшим связующим электропроводящим материалом.In the connection phase (Fig. 10a), contacts 1 and 3 are brought closer to each other until they touch the upper and lower end flanges 13 and 14 of the metallized hole 6. At this point, the contact zone 1, 3 and hole 6 is subjected to technological influence (for example, temperature exposure to melting of the binder of the electrically conductive material (solder), as a result of which the metallized hole 6 becomes a capillary for the binder of the electrically conductive material 15, which wetts the contact kty 1 and 3. Moreover, the capillary forces do not allow the said binder conductive material 15 to propagate from the capillary 6 beyond the wetted contacts 1 and 3 and the said end flanges 13 and 14. After the termination of the technological action of the binder conductive material in the capillary, as well as between the said end hardens with flanges and counter contacts. In this case, a contact assembly is formed, consisting of two contacts 1 and 3, interconnected electrically and mechanically by a capillary connecting element filled with a hardened binder, conductive material.

В весьма многообразной практике изготовления микроэлектронной аппаратуры достаточно распространены случаи, когда необходимо выполнить контактный узел, в котором встречные контакты смещены друг относительно друга. Такой вариант выполнения контактного узла на встречных контактах с капиллярным соединительным элементом представлен на Фиг.11.In a very diverse practice of manufacturing microelectronic equipment, there are quite common cases where it is necessary to make a contact node in which the opposing contacts are offset from each other. Such an embodiment of the contact node at the oncoming contacts with the capillary connecting element is shown in FIG. 11.

В фазе совмещения (Фиг.11) контакты 1 и 3, расположенные навстречу друг другу - на верхнем 2 и нижнем 4 носителях соответственно, совмещаются относительно общей оси А-А между собой и наклонным отверстием 6, с торцевыми фланцами 13 и 14, в диэлектрической пленке 5. На упомянутых контактах 1 и 3 находятся дозы связующего электропроводящего материала 9 и 10 соответственно. На металлизированном покрытии 11 отверстия 6 и упомянутых торцевых фланцах 13 и 14, находится такой же связующий электропроводящий материал 12.In the alignment phase (Fig. 11), contacts 1 and 3, located opposite each other - on the upper 2 and lower 4 carriers, respectively, are aligned relative to the common axis AA between themselves and the inclined hole 6, with end flanges 13 and 14, in the dielectric film 5. At said contacts 1 and 3, there are doses of a binder of electrically conductive material 9 and 10, respectively. On the metallized coating 11 of the hole 6 and the said end flanges 13 and 14, is the same binder conductive material 12.

В фазе соединения (Фиг.11а) контакты 1 и 3 сближаются навстречу друг другу до соприкосновения с верхним и нижним торцевыми фланцами 13 и 14 металлизированного отверстия 6. В этот момент зона контактов 1, 3 и отверстия 6 подвергается технологическому воздействию (например, температурное воздействие до плавления связующего электропроводящего материала - припоя), в результате которого металлизированное отверстие 6 становится капилляром для связующего электропроводящего материала, который в процессе технологического воздействия втягивается в капилляр с обоих контактов 1 и 3 под действием капиллярных сил. После прекращения технологического воздействия связующий электропроводящий материал в капилляре, а также между упомянутыми торцевыми фланцами и встречными контактами затвердевает. При этом образуется контактный узел, состоящий из двух контактов 1 и 3, связанных между собой электрически и механически капиллярным соединительным элементом, заполненным затвердевшим связующим электропроводящим материалом.In the connection phase (Fig. 11a), contacts 1 and 3 are brought closer to each other until they touch the upper and lower end flanges 13 and 14 of the metallized hole 6. At this point, the contact zone 1, 3 and hole 6 is subjected to technological influence (for example, temperature exposure before melting the binder of the electrically conductive material - solder), as a result of which the metallized hole 6 becomes a capillary for the binder of the electrically conductive material, which is drawn into a pillar from both pins 1 and 3 under the action of capillary forces. After the termination of the technological effect, the binder conductive material in the capillary, as well as between the mentioned end flanges and counter contacts hardens. In this case, a contact assembly is formed, consisting of two contacts 1 and 3, interconnected electrically and mechanically by a capillary connecting element filled with a hardened binder, conductive material.

В соответствии с настоящим изобретением предусматривается возможность выполнения контактного узла на встречных контактах с капиллярным соединительным элементом различной формы и конфигурации. Так, на Фиг.12 представлен контактный узел на встречных контактах с капиллярным соединительным элементом, выполненным в форме усеченного конуса.In accordance with the present invention, it is contemplated that the contact assembly can be made in on-going contacts with a capillary connecting element of various shapes and configurations. So, Fig. 12 shows a contact assembly in oncoming contacts with a capillary connecting element made in the form of a truncated cone.

В фазе совмещения (Фиг.12) контакты 1 и 3, расположенные навстречу друг другу - на верхнем 2 и нижнем 4 носителях соответственно, совмещаются относительно общей оси А-А между собой и коническим отверстием 6, с торцевыми фланцами 13 и 14, в диэлектрической пленке 5. При этом меньший раструб капилляра соединен с одним из контактов, а больший раструб капилляра соединен с другим встречным контактом. На упомянутых контактах 1 и 3 находится связующий электропроводящий материал 9, 10 соответственно. На внутреннем металлизированном покрытии 11 отверстия 6 и торцевых фланцах 13 и 14 находится такой же связующий электропроводящий материал 12.In the alignment phase (Fig. 12), contacts 1 and 3, located opposite each other - on the upper 2 and lower 4 carriers, respectively, are aligned relative to the common axis AA between themselves and the conical hole 6, with end flanges 13 and 14, in the dielectric 5. In this case, the smaller bell of the capillary is connected to one of the contacts, and the larger bell of the capillary is connected to another counter contact. On the mentioned contacts 1 and 3 is a binder conductive material 9, 10, respectively. On the inner metallized coating 11 of the hole 6 and the end flanges 13 and 14 is the same adhesive electrically conductive material 12.

В фазе соединения (Фиг.12а) контакты 1 и 3 сближаются навстречу друг другу до соприкосновения с верхним и нижним торцевыми фланцами 13 и 14 металлизированного отверстия 6. В этот момент зона контактов 1, 3 и отверстия 6 с торцевыми фланцами 13 и 14 подвергается технологическому воздействию (например, температурное воздействие до плавления связующего электропроводящего материала - припоя), в результате которого металлизированное отверстие 6 становится капилляром для связующего электропроводящего материала, который в процессе технологического воздействия втягивается в капилляр с обоих контактов 1 и 3 под действием капиллярных сил. После прекращения технологического воздействия связующий электропроводящий материал в капилляре, а также между упомянутыми торцевыми фланцами и встречными контактами затвердевает. При этом образуется контактный узел, состоящий из двух контактов 1 и 3, связанных между собой электрически и механически капиллярным соединительным элементом, заполненным затвердевшим связующим электропроводящим материалом.In the connection phase (Fig. 12a), contacts 1 and 3 are brought closer to each other until they touch the upper and lower end flanges 13 and 14 of the metallized hole 6. At this point, the contact zone 1, 3 and hole 6 with the end flanges 13 and 14 is subjected to technological exposure (for example, the temperature effect before melting of the binder of the electrically conductive material - solder), as a result of which the metallized hole 6 becomes the capillary for the binder of the electrically conductive material, which during technological process action is drawn into the capillary with both contacts 1 and 3 by capillary action. After the termination of the technological effect, the binder conductive material in the capillary, as well as between the mentioned end flanges and counter contacts hardens. In this case, a contact assembly is formed, consisting of two contacts 1 and 3, interconnected electrically and mechanically by a capillary connecting element filled with a hardened binder, conductive material.

На Фиг.13 представлен контактный узел на встречных контактах, в котором капиллярный соединительный элемент выполнен многоканальным.On Fig presents the contact node on the opposite contacts, in which the capillary connecting element is made multi-channel.

В фазе совмещения (Фиг.13) контакты 1 и 3, расположенные навстречу друг другу - на верхнем 2 и нижнем 4 носителях соответственно, совмещаются, относительно общей оси А-А, между собой и торцевыми фланцами 13 и 14 группы капиллярных каналов 6 в диэлектрической пленке 5. На упомянутых контактах 1 и 3 находится связующий электропроводящий материал 9, 10 соответственно. На внутреннем металлизированном покрытии каналов 6 и на торцевых фланцах 13 и 14 находится аналогичный связующий электропроводящий материал 12.In the alignment phase (Fig. 13), contacts 1 and 3, located opposite each other - on the upper 2 and lower 4 carriers, respectively, are aligned, relative to the common axis AA, between themselves and the end flanges 13 and 14 of the group of capillary channels 6 in the dielectric film 5. At the said contacts 1 and 3 is a binder conductive material 9, 10, respectively. On the inner metallized coating of the channels 6 and on the end flanges 13 and 14 is a similar binder conductive material 12.

В фазе соединения (Фиг.13а) контакты 1 и 3 сближаются навстречу друг другу до соприкосновения с верхним и нижним торцевыми фланцами 13 и 14 металлизированных каналов 6. В этот момент зона контактов 1, 3 и отверстий 6 подвергается технологическому воздействию (например, температурное воздействие до плавления связующего электропроводящего материала - припоя), в результате которого металлизированные каналы 6 становятся капиллярами для связующего электропроводящего материала, который в процессе технологического воздействия втягивается в капиллярные каналы с обоих контактов 1 и 3 под действием капиллярных сил. После прекращения технологического воздействия связующий электропроводящий материал в капиллярах, а также между упомянутыми торцевыми фланцами и встречными контактами затвердевает. При этом образуется контактный узел, состоящий из двух контактов 1 и 3, связанных между собой электрически и механически капиллярным соединительным элементом, состоящим из нескольких каналов, электрически не связанных между собой и заполненных затвердевшим связующим электропроводящим материалом.In the connection phase (Fig.13a), contacts 1 and 3 are brought together towards contact with the upper and lower end flanges 13 and 14 of the metallized channels 6. At this point, the contact area 1, 3 and holes 6 is subjected to technological influence (for example, temperature exposure before melting the binder of the electrically conductive material - solder), as a result of which the metallized channels 6 become capillaries for the binder of the electrically conductive material, which is pulled into the capillary during the technological process channel channels from both contacts 1 and 3 under the action of capillary forces. After the termination of the technological effect, the binder conductive material in the capillaries, as well as between the mentioned end flanges and counter contacts hardens. In this case, a contact assembly is formed, consisting of two contacts 1 and 3, interconnected electrically and mechanically by a capillary connecting element, consisting of several channels not electrically connected to each other and filled with a hardened binder conductive material.

В отличие от предыдущего варианта контактный узел на встречных контактах с капиллярным соединительным элементом может быть выполнен таким образом, что капиллярные каналы многоканального соединительного элемента электрически связаны между собой общими плоскими электропроводящими контактами в виде общих торцевых фланцев, размещенных на поверхностях диэлектрической пленки, в которой выполнен упомянутый многоканальный капиллярный соединительный элемент. Такой вариант выполнения контактного узла представлен на Фиг.14.Unlike the previous version, the contact node at the opposite contacts with the capillary connecting element can be made in such a way that the capillary channels of the multichannel connecting element are electrically connected by common flat conductive contacts in the form of common end flanges placed on the surfaces of the dielectric film in which the said multichannel capillary connecting element. Such an embodiment of the contact node is shown in Fig. 14.

В фазе совмещения (Фиг.14) контакты 1 и 3, расположенные навстречу друг другу - на верхнем 2 и нижнем 4 носителях соответственно, совмещаются относительно общей оси А-А между собой и группой капиллярных каналов 6, с общими торцевыми фланцами 13 и 14, в диэлектрической пленке 5. На упомянутых контактах 1 и 3 находится связующий электропроводящий материал 9, 10 соответственно. На внутреннем металлизированном покрытии каналов 6 и на упомянутых торцевых фланцах 13 и 14 находится такой же связующий электропроводящий материал 12.In the alignment phase (Fig. 14), contacts 1 and 3, located opposite each other - on the upper 2 and lower 4 carriers, respectively, are aligned relative to the common axis AA between themselves and the group of capillary channels 6, with common end flanges 13 and 14, in the dielectric film 5. At the mentioned contacts 1 and 3 is a binder conductive material 9, 10, respectively. On the inner metallized coating of the channels 6 and on the mentioned end flanges 13 and 14 is the same binder conductive material 12.

В фазе соединения (Фиг.14а) контакты 1 и 3 сближаются навстречу друг другу до соприкосновения с верхним 13 и нижним 14 торцевыми фланцами капиллярных каналов 6 на поверхностях пленки 5, общими для металлизированных каналов 6. В этот момент зона контактов 1, 3 и отверстий 6 подвергается технологическому воздействию (например, температурное воздействие до плавления связующего электропроводящего материала - припоя), в результате которого металлизированные каналы 6 становятся капиллярами для связующего электропроводящего и материала, который, в процессе технологического воздействия, втягивается в капилляры с обоих контактов 1 и 3 под действием капиллярных сил. После прекращения технологического воздействия связующий электропроводящий материал в капиллярах, а также между упомянутыми торцевыми фланцами и встречными контактами затвердевает.При этом образуется контактный узел, состоящий из двух контактов 1 и 3, связанных между собой электрически и механически капиллярным соединительным элементом, состоящим из нескольких каналов, заполненных затвердевшим связующим электропроводящим материалом.In the connection phase (Fig.14a), contacts 1 and 3 approach each other to contact the upper 13 and lower 14 end flanges of the capillary channels 6 on the surfaces of the film 5, common to the metallized channels 6. At this point, the contact area 1, 3 and holes 6 is subjected to technological influence (for example, the temperature effect prior to melting of the binder of the electrically conductive material - solder), as a result of which the metallized channels 6 become capillaries for the electrically conductive binder and the material, which the process of technological impact, is drawn into the capillaries from both contacts 1 and 3 under the action of capillary forces. After termination of the technological effect, the binder conductive material in the capillaries, as well as between the mentioned end flanges and counter contacts hardens. In this case, a contact assembly is formed consisting of two contacts 1 and 3, interconnected electrically and mechanically by a capillary connecting element consisting of several channels, filled with hardened binder conductive material.

Контактный узел на встречных контактах с капиллярным соединительным элементом может быть выполнен таким образом, что соединительный элемент представляет собой пористую структуру, проницаемую для электропроводящего связующего материала в процессе технологического воздействия. Такой вариант выполнения контактного узла представлен на Фиг.15.The contact node at the oncoming contacts with the capillary connecting element can be made in such a way that the connecting element is a porous structure permeable to an electrically conductive binder material in the process of technological influence. Such an embodiment of the contact node is shown in Fig. 15.

В фазе совмещения (Фиг.15) контакты 1 и 3, расположенные навстречу друг другу - на верхнем 2 и нижнем 4 носителях соответственно, совмещаются относительно общей оси А-А между собой и пористой структурой 16 в диэлектрической пленке 5. На упомянутых контактах 1 и 3 находится связующий электропроводящий материал 9 и 10 соответственно. Пористая структура 16 является смачиваемой и проницаемой для связующего электропроводящего материала во время технологического воздействия.In the alignment phase (Fig. 15), contacts 1 and 3, located opposite each other - on the upper 2 and lower 4 carriers, respectively, are aligned relative to the common axis AA between themselves and the porous structure 16 in the dielectric film 5. At the said contacts 1 and 3 is a binder of conductive material 9 and 10, respectively. The porous structure 16 is wettable and permeable to a binder electrically conductive material during technological exposure.

В фазе соединения (Фиг.15а) контакты 1 и 3 сближаются навстречу друг другу до соприкосновения с верхним и нижним торцами пористой структуры 16. В этот момент зона контактов 1, 3 и пористой структуры 16 подвергается технологическому воздействию (например, температурное воздействие до плавления связующего электропроводящего материала - припоя), в результате которого пористая структура 16 становится смачиваемой и проницаемой для связующего электропроводящего материала, который, в процессе технологического воздействия, втягивается в пористую структуру 16 с обоих контактов 1 и 3 под действием капиллярных сил. После прекращения технологического воздействия связующий электропроводящий материал в пористой капиллярной структуре 16 затвердевает. При этом образуется контактный узел, состоящий из двух контактов 1 и 3, связанных между собой электрически и механически капиллярным соединительным элементом, заполненным затвердевшим связующим электропроводящим материалом.In the connection phase (Fig. 15a), contacts 1 and 3 are brought closer to each other until they contact the upper and lower ends of the porous structure 16. At this point, the contact zone 1, 3 and the porous structure 16 is subjected to technological influence (for example, the temperature effect before the binder melts) electrically conductive material - solder), as a result of which the porous structure 16 becomes wettable and permeable to the binder of the electrically conductive material, which, in the process of technological influence, is drawn into the porous st ukturu 16 with both contacts 1 and 3 by capillary action. After the cessation of the technological effect, the binder conductive material in the porous capillary structure 16 hardens. In this case, a contact assembly is formed, consisting of two contacts 1 and 3, interconnected electrically and mechanically by a capillary connecting element filled with a hardened binder, conductive material.

Еще один вариант выполнения контактного узла на встречных контактах с капиллярным соединительным элементом представляет собой контактный узел, в котором на поверхностях встречных контактов выполнены технологические выступы, с нанесенным на них связующим электропроводящим материалом. Упомянутые технологические выступы контактного узла входят в капилляр частично или полностью с двух его сторон, обеспечивая взаимное самосовмещение упомянутых встречных контактов и капиллярного соединительного элемента в процессе сборки контактного узла. Такое выполнение контактного узла представлено на Фиг.16.Another embodiment of the contact node at the oncoming contacts with the capillary connecting element is a contact node, in which technological protrusions are made on the surfaces of the oncoming contacts with an electrically conductive binder applied to them. The mentioned technological protrusions of the contact node enter the capillary partially or completely from its two sides, providing mutual self-alignment of the said counter contacts and the capillary connecting element during the assembly of the contact node. This embodiment of the contact node is shown in Fig.16.

В фазе совмещения (Фиг.16) технологические выступы 17 и 18 на контактах 1 и 3 соответственно, покрытые связующим электропроводящим материалом 9 и 10 соответственно, сближаются навстречу друг другу до соприкосновения с верхним и нижним торцевыми фланцами 13 и 14 металлизированного отверстия 6 в пленочном носителе 5 и совмещаются между собой и металлизированным отверстием 6 относительно общей оси А-А.In the alignment phase (Fig. 16), the technological protrusions 17 and 18 at the contacts 1 and 3, respectively, covered with a binder of conductive material 9 and 10, respectively, are brought together towards contact with the upper and lower end flanges 13 and 14 of the metallized hole 6 in the film carrier 5 and are combined with each other and with a metallized hole 6 relative to the common axis AA.

В фазе соединения (Фиг.16а) зона технологических выступов 17 и 18 и металлизированного отверстия 6 подвергается технологическому воздействию (например, температурное воздействие до плавления связующего электропроводящего материала - припоя), в результате которого связующий электропроводящий материал, в процессе технологического воздействия, втягивается в отверстие 6 с технологических выступов 17 и 18 под действием капиллярных сил. После прекращения технологического воздействия связующий электропроводящий материал в капиллярной структуре, а также между упомянутыми торцевыми фланцами 13 и 14 и встречными контактами затвердевает. При этом образуется контактный узел, состоящий из двух контактов 1 и 3, связанных между собой электрически и механически капиллярным соединительным элементом, заполненным затвердевшим связующим электропроводящим материалом, причем сформированный контактный узел получается армированным технологическими выступами 17 и 18, что существенно повышает прочность контактного узла.In the connection phase (Fig.16a), the zone of the technological protrusions 17 and 18 and the metallized hole 6 is subjected to technological influence (for example, temperature exposure before the binder is electrically conductive material - solder), as a result of which the binder of the electrically conductive material is drawn into the hole during the technological action 6 with technological protrusions 17 and 18 under the action of capillary forces. After the termination of the technological effect, the binder conductive material in the capillary structure, as well as between the mentioned end flanges 13 and 14 and the oncoming contacts hardens. In this case, a contact assembly is formed, consisting of two contacts 1 and 3, interconnected electrically and mechanically by a capillary connecting element filled with a hardened binder, conductive material, and the formed contact assembly is obtained by reinforced technological protrusions 17 and 18, which significantly increases the strength of the contact assembly.

Описанный выше вариант контактного узла может быть разнообразен в части выполнения следующим образом - технологический выступ, по крайней мере, на одном из встречных контактов упомянутого контактного узла, представляет собой шарик из связующего электропроводящего материала, частично или полностью размещенного в металлизированном отверстии. Такой контактный узел изображен на Фиг.17.The above-described variant of the contact node can be varied in terms of execution as follows - the technological protrusion, at least on one of the counter contacts of the said contact node, is a ball of a binder of electrically conductive material, partially or completely placed in a metallized hole. Such a contact node is shown in Fig.17.

В фазе совмещения (Фиг.17) технологические выступы 19 и 20, выполненные в виде шариков из связующего электропроводящего материала, сформированных на контактах 1 и 3, сближаются навстречу друг другу до соприкосновения с верхним и нижним торцевыми фланцами 13 и 14 металлизированного отверстия 6 в пленочном носителе 5 и совмещаются между собой и металлизированным отверстием 6 относительно общей оси А-А.In the alignment phase (Fig. 17), the technological protrusions 19 and 20, made in the form of balls of a binder of electrically conductive material formed on the contacts 1 and 3, are brought together towards contact with the upper and lower end flanges 13 and 14 of the metallized hole 6 in the film the carrier 5 and are combined with each other and with a metallized hole 6 relative to the common axis AA.

В фазе соединения (Рис.17а) зона технологических выступов 19 и 20 и металлизированного отверстия 6 подвергается технологическому воздействию (например, температурное воздействие до плавления связующего электропроводящего материала - припоя), в результате которого связующий электропроводящий материал втягивается в отверстие 6 с технологических выступов 19 и 20 под действием капиллярных сил. После прекращения технологического воздействия связующий электропроводящий материал в капиллярной структуре затвердевает. При этом образуется контактный узел, состоящий из двух контактов 1 и 3, связанных между собой электрически и механически капиллярным соединительным элементом, заполненным затвердевшим связующим электропроводящим материалом, и шариком 20 на контакте 3.In the connection phase (Fig. 17a), the zone of the technological protrusions 19 and 20 and the metallized hole 6 is subjected to technological influence (for example, temperature exposure before the binder is electrically conductive material - solder), as a result of which the binder of the electrically conductive material is drawn into the hole 6 from the technological protrusions 19 and 20 under the action of capillary forces. After the termination of the technological effect, the binder conductive material in the capillary structure hardens. In this case, a contact assembly is formed, consisting of two contacts 1 and 3, interconnected electrically and mechanically by a capillary connecting element filled with a hardened binder, conductive material, and a ball 20 on contact 3.

Вариант контактного узла на встречных контактах с капиллярным соединительным элементом, обладающего повышенной герметичностью и механической прочностью, изображен на Фиг.18.A variant of the contact node at the oncoming contacts with a capillary connecting element having increased tightness and mechanical strength is shown in Fig. 18.

В этом контактном узле плоскопараллельная пластина из диэлектрического материала 5 является носителем отверстий, одни из которых 6, с торцевыми фланцами 13 и 14, расположенные между встречными контактами 1 и 3, являются капиллярными соединительными элементами для этих встречных контактов, а другие отверстия 6а, которые не находятся между встречными контактами, пропитаны клеевой (адгезивной) композицией 21, предназначенной для склеивания копланарных носителей 2 и 4 упомянутых встречных контактов в местах, свободных от контактов на упомянутых носителях.In this contact node, a plane-parallel plate of dielectric material 5 is a carrier of holes, one of which 6, with end flanges 13 and 14 located between the counter contacts 1 and 3, are capillary connecting elements for these counter contacts, and the other holes 6a, which are not are between the oncoming contacts, impregnated with the adhesive (adhesive) composition 21, intended for bonding coplanar carriers 2 and 4 of the said oncoming contacts in places free from contacts on the mentioned ositelyah.

В фазе совмещения (Фиг.18) пары сопряженных контактов 1 и 3, расположенные навстречу друг другу - на верхнем 2 и нижнем 4 носителях соответственно, совмещаются между собой и капиллярным отверстием 6, с торцевыми фланцами 13 и 14, в упомянутой пластине из диэлектрического материала 5, относительно общей оси А2А2. На упомянутых контактах 1 и 3 находится связующий электропроводящий материал соответственно 9 и 10. На внутреннем металлизированном покрытии отверстия 6, а также на упомянутых торцевых фланцах 13 и 14 находится такой же связующий электропроводящий материал.In the alignment phase (Fig. 18), pairs of paired contacts 1 and 3, located opposite each other - on the upper 2 and lower 4 carriers, respectively, are combined with each other and the capillary hole 6, with end flanges 13 and 14, in the said plate of dielectric material 5, relative to the common axis A 2 A 2 . On the mentioned contacts 1 and 3, there is a binder conductive material 9 and 10, respectively. On the inner metallized coating of the hole 6, as well as on the mentioned end flanges 13 and 14 is the same binder conductive material.

В фазе соединения (Фиг.18а) пары сопряженных контактов 1 и 3 сближаются навстречу друг другу до соприкосновения с верхним и нижним торцами металлизированных отверстий 6, а клеевая композиция 21, размещенная в остальных отверстиях 6а, приходит в соприкосновение с несущими поверхностями 2 и 4, свободными от встречных контактов. В этот момент в зоне контактов 1, 3 и отверстий 6 и 6а включается технологическое воздействие, природа которого такова, что металлизированные отверстия 6 становится капилляром для связующего электропроводящего материала, который, в процессе технологического воздействия, втягивается в капилляры 6 с встречных контактов 1 и 3 под действием капиллярных сил. После прекращения технологического воздействия связующий электропроводящий материал в капиллярах 6, а также между упомянутыми торцевыми фланцами и встречными контактами затвердевает, а клеевая композиция 21 заполняет все оставшиеся полости между носителями 2 и 4 и также затвердевает. В результате технологического воздействия образуется контактный узел, состоящий из встречных контактов 1 и 3, связанных между собой электрически и механически капиллярным соединительным элементом 6, заполненным затвердевшим связующим электропроводящим материалом, а носители контактов 2 и 4 оказываются герметично и прочно склеенными.In the connection phase (Fig. 18a), the pairs of mated contacts 1 and 3 are brought closer to each other until they touch the upper and lower ends of the metallized holes 6, and the adhesive composition 21, located in the remaining holes 6a, comes into contact with the bearing surfaces 2 and 4, free from oncoming contacts. At this moment, in the zone of contacts 1, 3 and holes 6 and 6a, a technological action is switched on, the nature of which is such that the metallized holes 6 become a capillary for a binder of electrically conductive material, which, in the process of technological influence, is drawn into the capillaries 6 from the counter contacts 1 and 3 under the action of capillary forces. After the cessation of the technological effect, the binder conductive material in the capillaries 6, as well as between the mentioned end flanges and counter contacts hardens, and the adhesive composition 21 fills all the remaining cavities between the carriers 2 and 4 and also hardens. As a result of technological influence, a contact assembly is formed, consisting of counter contacts 1 and 3, interconnected electrically and mechanically by a capillary connecting element 6, filled with a hardened binder, conductive material, and the contact carriers 2 and 4 are hermetically and firmly glued.

Ниже описывается технологический процесс изготовления контактного узла (КУ) на встречных контактах (ВК) с капиллярным соединительным элементом (КСЭ) со следующими общими характеристиками (на примере КУ на Фиг.9): 2 -носитель контакта 1 (кремниевый кристалл ИС); 4 - носитель контакта 3 (кремниевая коммутационная подложка); 1 и 3 - контакты (контактные площадки) из А1 размерами 70×70 мкм со слоями металлизации (адгезивный слой Ti толщиной ~ 0,1 мкм, проводящий слой Сu~1,0 мкм, защитный слой Ni~0,1 мкм, припой 9, 10 SnBi~15-20 мкм - высота по верхнему краю мениска); 5 - носитель капиллярного отверстия (полиимидная пленка толщиной 50 мкм); 6 - капиллярное отверстие (с внутренним диаметром 20-30 мкм), а также 13 и 14 - верхний и нижний торцевые фланцы капиллярного отверстия 6 со слоями металлизации (адгезивный слой из Сr~0,1 мкм, проводящий слой из Сu~3-5 мкм, защитный слой из Ni~0,1 мкм, припой 12 из SnBi~3-5 мкм, внешний диаметр фланцев ~ 70 мкм, ширина фланцев ~ 10 мкм).The following describes the manufacturing process of the contact node (KU) on the oncoming contacts (VK) with a capillary connecting element (KSE) with the following general characteristics (on the example of KU in Fig. 9): 2 - contact carrier 1 (silicon IC chip); 4 - contact carrier 3 (silicon switching substrate); 1 and 3 — contacts (contact pads) of A1 70 × 70 μm in size with metallization layers (adhesive layer Ti ~ 0.1 μm thick, conductive Cu layer ~ 1.0 μm, protective layer Ni ~ 0.1 μm, solder 9 , 10 SnBi ~ 15-20 μm - height along the upper edge of the meniscus); 5 - carrier capillary holes (polyimide film with a thickness of 50 μm); 6 - capillary hole (with an inner diameter of 20-30 μm), as well as 13 and 14 - upper and lower end flanges of capillary hole 6 with metallization layers (adhesive layer of Cr ~ 0.1 μm, conductive layer of Cu ~ 3-5 μm, a protective layer of Ni ~ 0.1 μm, solder 12 of SnBi ~ 3-5 μm, outer diameter of the flanges ~ 70 μm, width of the flanges ~ 10 μm).

В технологический процесс изготовления КУ (Фиг.9) входит два подготовительных техпроцесса (подготовка контактов на носителях 2 и 4, причем техпроцессы для контактов 3 и 4 - одинаковые, и подготовка носителя 5 капиллярного отверстия 6 с торцевыми фланцами) и техпроцесс сборки КУ из подготовленных упомянутых деталей (Фиг.19).The preparatory process for manufacturing KU (Fig. 9) includes two preparatory processes (preparation of contacts on carriers 2 and 4, and the technological processes for contacts 3 and 4 are the same, and preparation of carrier 5 of the capillary hole 6 with end flanges) and the assembly process of KU from prepared the mentioned parts (Fig.19).

Техпроцессы обработки контактов на кристаллах ИС и коммутационной подложке являются групповым (т.е. все контакты 3 или 4 всех носителей 1 и 2 соответственно, размещенных на кремниевых пластинах, обрабатываются одновременно).The technological processes for processing contacts on IC crystals and a switching substrate are group (i.e., all contacts 3 or 4 of all carriers 1 and 2, respectively, placed on silicon wafers are processed simultaneously).

В техпроцессе подготовки контактов важной операцией является процедура плазмохимической очистки контактных площадок из Аl от Аl2О3 (например, на установке «Трион»; подробное описание установки: О.Д.Парфенов. Технология микросхем. Изд-во Высшая школа, 1986, стр.226-227).An important operation in the contact preparation process is the plasma-chemical cleaning of contact pads from Al from Al 2 O 3 (for example, at the Trion installation; a detailed description of the installation: O.D. Parfenov. Microcircuit technology. Higher School Publishing House, 1986, p. .226-227).

Затем, на упомянутой установке «Трион», в том же цикле вакуумной откачки, производится последовательное напыление слоев металлизации: адгезивного слоя Ti (0,1 мкм), проводящего слоя Сu (1,0 мкм) и защитного слоя Ni (0,1 мкм).Then, at the mentioned Trion installation, in the same vacuum pumping cycle, the metallization layers are sequentially sprayed: an adhesive layer of Ti (0.1 μm), a conductive layer of Cu (1.0 μm) and a protective layer of Ni (0.1 μm )

После извлечения пластин из установки очистки/напыления на них производится стандартная фотолитография со вскрытием окон, в задубленном фоторезисте, над запыленными контактными площадками в соответствии со схемой Фиг.20 (О.Д.Парфенов. Технология микросхем. Изд-во Высшая школа, 1986, стp.90-112).After removing the wafers from the cleaning / spraying unit, standard photolithography with opening the windows is performed, in a dubbed photoresist, above the dusty contact pads in accordance with the scheme of Fig. 20 (O.D. Parfenov. Chip technology. Higher School Publishing House, 1986, pg. 90-112).

Затем, во вскрытых окнах, производится гальваническое наращивание припоя (SnBi, 15 мкм) на металлизацию (Ni).Then, in the opened windows, galvanic build-up of solder (SnBi, 15 μm) for metallization (Ni) is performed.

После снятия фоторезистивной маски и отмывки пластин производится химическое стравливание тонких слоев металлизации в порядке, обратном напылению (см. п.1.2. выше). При этом слои металлизации под гальванически нарощенным припоем остаются на контактных площадках поскольку припой играет роль маски.After removing the photoresist mask and washing the plates, chemical etching of the thin layers of metallization is performed in the reverse order of spraying (see clause 1.2. Above). In this case, the metallization layers under the galvanically expanded solder remain on the contact pads since the solder plays the role of a mask.

После оплавления припоя SnBi (при Т~220°С), для придания припойным выступам одинаковой формы выпуклого мениска высотой ~ 20 мкм, процесс подготовки контактов 1, 2 завершается.After melting the SnBi solder (at Т ~ 220 ° С), to give the solder protrusions the same shape as a convex meniscus with a height of ~ 20 μm, the preparation of contacts 1, 2 is completed.

После разделения (скрайбирования) пластин на кристаллы и коммутационные подложки (например, с использованием полуавтомата скрайбирования «Алмаз-М»: О.Д.Парфенов. Технология микросхем. Изд-во Высшая школа, 1986, стр.254) производится укладка кристаллов и подложек в технологическую тару для перемещения на участок сборки.After separation (scribing) of the plates into crystals and switching substrates (for example, using the semiautomatic scribing machine Almaz-M: O.D. Parfenov. Chip technology. Higher School Publishing House, 1986, p. 254), the crystals and substrates are stacked in a technological container for moving to the assembly site.

Технологический процесс изготовления и облуживания припоем металлизированных отверстий, с торцевыми фланцами, в полиимидной пленке проводится по схеме, приведенной Фиг.21 (И.Н.Воженин и др. Микроэлектронная аппаратура на бескорпусных интегральных схемах, М., Радио и связь, 1985, стр.154).The manufacturing process and tinning of solder metallized holes, with end flanges, in a polyimide film is carried out according to the scheme shown in Fig.21 (I.N. Vozhenin and others. Microelectronic equipment on housing integrated circuits, M., Radio and communication, 1985, pp. .154).

Групповое изготовление прецизионных отверстий в полиимиде производилось методом двухстороннего химического травления в растворе КОН. Координаты отверстий и их форма задаются фотошаблонами в процессе фотолитографии по схеме Фиг.20. В качестве носителя капиллярных отверстий использовалась полиимидная пленка Kapton-200H фирмы Du Point (США) толщиной 50 мкм.Group manufacture of precision holes in the polyimide was carried out by the method of double-sided chemical etching in a KOH solution. The coordinates of the holes and their shape are set by photomasks in the process of photolithography according to the scheme of Fig.20. As a carrier of capillary holes, a Kapton-200H polyimide film from Du Point (USA) 50 μm thick was used.

Следует отметить, что существуют и другие способы формирования отверстий в ПИ-пленке в заданных координатах, например лазерной сверловкой. В отличие от группового процесса химического травления лазерная сверловка является последовательной процедурой, которая для своей реализации требует сложного оборудования.It should be noted that there are other methods of forming holes in the PI film in predetermined coordinates, for example by laser drilling. Unlike a group chemical etching process, laser drilling is a sequential procedure that requires sophisticated equipment for its implementation.

Металлизация отверстий и поверхностей полиимидной пленки производилась на установке УВН-71-Р1, доработанной под плазмохимическую очистку и магнетронное напыление двух металлов в едином цикле вакуумной откачки. Время прогрева в вакуумной камере - 25 минут, что позволяет достичь 150°С, давление рабочего газа аргона при плазмохимической чистке 4,9·10-2 Па, а при напылении металлизированных слоев 2,7·10-1 Па.Metallization of the holes and surfaces of the polyimide film was carried out on the UVN-71-P1 installation, modified for plasma-chemical cleaning and magnetron sputtering of two metals in a single vacuum pumping cycle. The heating time in the vacuum chamber is 25 minutes, which allows reaching 150 ° C, the argon working gas pressure during plasma-chemical cleaning is 4.9 · 10 -2 Pa, and when spraying metallized layers, 2.7 · 10 -1 Pa.

Полиимидные подложки металлизировались медью чистотой 99,9%. Удельное сопротивление полученных медных пленок не превышало 2,0 мкОм/см, а адгезия составила не менее 400 г/см.Polyimide substrates were metallized with copper with a purity of 99.9%. The specific resistance of the obtained copper films did not exceed 2.0 μOhm / cm, and the adhesion was not less than 400 g / cm.

Напыленные на обе поверхности пленки и в отверстия слои Cr-Cu-Сr будут служить в качестве одного из электродов при электрохимическом (гальваническом) осаждении и наращивании Cu-Ni-SnBi в отверстиях 6 и на их торцевых фланцах 13 и 14. После 2-сторонней фотолитографии по схеме в соответствии с Фиг.20 и вскрытия маски фоторезиста окон круглой формы (диаметром -70 мкм) с обеих сторон отверстий производилось стравливание Сr до слоя Сu внутри отверстий и в границах формируемых торцевых фланцев.The Cr-Cu-Cr layers deposited on both surfaces of the film and in the holes will serve as one of the electrodes in the electrochemical (galvanic) deposition and growth of Cu-Ni-SnBi in holes 6 and on their end flanges 13 and 14. After 2-sided photolithography according to the scheme in accordance with Fig. 20 and opening the photoresist mask of round windows (with a diameter of -70 μm) on both sides of the holes, Cr was etched to the Cu layer inside the holes and within the boundaries of the formed end flanges.

Затем, в соответствии со схемой Фиг.21, на поверхностях отверстий и упомянутых фланцев, освобожденных от Сr, производилось электрохимическое (гальваническое) осаждение чистой меди (~3 мкм), защитного слоя Ni и последующее осаждение слоя припоя (SnBi ~5-7 мкм).Then, in accordance with the scheme of Fig. 21, electrochemical (galvanic) deposition of pure copper (~ 3 μm), a protective layer of Ni and subsequent deposition of a layer of solder (SnBi ~ 5-7 μm) were performed on the surfaces of the holes and the above-mentioned flanges freed from Cr )

После снятия фоторезиста с обеих сторон ПИ-пленки производится химическое травление слоев Cr-Cu-Сr с обеих сторон ПИ-носителя 5. При этом слой припоя SnBi в отверстиях и на фланцах, играя роль защитной маски для нижележащих слоев Cr-Cu-Ni, защищает эти слои, обеспечивающие высокую адгезионную стойкость капиллярных отверстий с торцевыми фланцами на ПИ-носителе.After the photoresist is removed on both sides of the PI film, the Cr-Cu-Cr layers are chemically etched on both sides of the PI carrier 5. The SnBi solder layer in the holes and flanges acts as a protective mask for the underlying Cr-Cu-Ni layers, protects these layers, providing high adhesion resistance of capillary holes with end flanges on the PI carrier.

После отмывки, сушки и резки ПИ-носителей (их на одной ПИ-подложке может быть несколько) они проходят визуальный и электрический контроль (на КЗ и обрывы), затем помещаются в технологическую тару и поступают на сборку КУ.After washing, drying and cutting PI carriers (there can be several of them on one PI substrate), they undergo visual and electrical control (for short circuit and breaks), then they are placed in technological containers and delivered to the assembly of the control unit.

Процесс изготовления контактного узла (КУ) на встречных контактах с капиллярным соединительным элементом завершается процессом сборки КУ способом вакуумной пайки.The manufacturing process of the contact node (KU) at the oncoming contacts with the capillary connecting element is completed by the process of assembling the KU by vacuum soldering.

Поскольку способ вакуумной пайки применялся, в основном, для сборки полиимидных многослойных печатных плат и доступное оборудование не соответствовало требованиям сборки КУ по данной заявке (отсутствовала система совмещения контактов 1 и 3 с капиллярным отверстием 6), то заявители разработали, изготовили и испытали (на специально созданных для этого тестовых структурах) экспериментальный образец сборочной машины, продемонстрировавшей реализуемость технических решений, раскрытых в данной заявке. Фото этого образца приведено на Фиг.22. На Фиг.23 приведена блок-схема упомянутой сборочной машины.Since the vacuum soldering method was used mainly for the assembly of polyimide multilayer printed circuit boards and the available equipment did not meet the requirements of the KU assembly on this application (there was no system for combining contacts 1 and 3 with a capillary hole 6), the applicants developed, manufactured and tested (specially created for this test structures) an experimental model of the assembly machine, which demonstrated the feasibility of the technical solutions disclosed in this application. A photo of this sample is shown in Fig.22. 23 is a block diagram of said assembly machine.

Образец сборочной машины был создан на базе настольной установки (907.250 фирмы FRITSCH, ФРГ) для прецизионного совмещения флип-чип и BGA-компонентов и их монтажа на коммутационные подложки и печатные платы (основные характеристики: max размеры компонентов - 48×48 мм; max размеры коммутационной подложки - 280×230 мм; точность совмещения -±5 мкм).A sample assembly machine was created on the basis of a desktop installation (907.250 from FRITSCH, Germany) for the precise combination of a flip chip and BGA components and their mounting on patch substrates and printed circuit boards (main characteristics: max component dimensions - 48 × 48 mm; max dimensions switching substrate - 280 × 230 mm; alignment accuracy - ± 5 microns).

Чип 12 (Фиг.23) закрепляется, контактами вниз, вакуумным присосом 23 на верхнем нагревателе 7 с датчиком температуры 27 под крышкой 11 вакуумной микрокамеры, которая образуется при опускании до упора крышки 11 на притертую поверхность основания 14, содержащего нижний нагревательный элемент 25 с датчиком температуры 28, на котором, через посредство базовых штырьков 38, установлена, контактами вверх, коммутационная подложка 9, а на нее, через посредство упомянутых базовых штырьков, укладывается ПИ-носитель капиллярных отверстий 39. На время совмещения чипа 12 и ПИ-носителя 39 чип 12 с верхней крышкой 11 поднимается вверх настолько, чтобы между чипом 12 и ПИ-носителем 39 можно было свободно ввести сдвоенную призму 8 (на поворотном кронштейне - на блок-схеме не показан) оптической системы визуального контроля, через посредство видеокамеры 21 и цветного ТВ-монитора 22, и совмещения верхних и нижних встречных контактов.The chip 12 (Fig. 23) is fixed, downward contact, by a vacuum suction cup 23 on the upper heater 7 with a temperature sensor 27 under the lid 11 of the vacuum microchamber, which is formed when the lid 11 is pressed all the way down to the ground surface of the base 14 containing the lower heating element 25 with the sensor temperature 28, on which, through the base pins 38, the switching substrate 9 is installed, with the contacts facing up, and on it, through the mentioned base pins, the PI carrier of the capillary holes 39 is laid. For the duration of the combination of hours IP 12 and the PI carrier 39, the chip 12 with the top cover 11 rises up so that between the chip 12 and the PI carrier 39, a dual prism 8 (on the swivel bracket - not shown in the block diagram) of the optical visual inspection system can be freely inserted, through a video camera 21 and a color TV monitor 22, and combining the upper and lower oncoming contacts.

Совмещение встречных контактов производится вручную следующим образом. Основание 14, с ПИ-носителем 39 и коммутационной подложкой 9, размещенное на координатном столике 18, передвигается в плоскости XY манипуляторами 36 (X) и 37 (Y). Вращение чипа 12 вокруг оси Z осуществляется приводом 10 под управлением манипулятора 20. Управляя по координатам X, Y и Z манипуляторами 36, 37 и 20 и контролируя на цветном экране взаимное перемещение контактов чипа и отверстий ПИ-носителя 39 капиллярных отверстий (уже совмещенных с контактами подложки 9 по базовым штырькам 38), оператор добивается полного совмещения изображений контактов чипа 12 и ответных капиллярных отверстий на ПИ-носителе 39, разнесенных по вертикали на ~10 см (высота введенной призмы ~8 см).The combination of oncoming contacts is done manually as follows. The base 14, with the PI carrier 39 and the switching substrate 9, located on the coordinate table 18, moves in the XY plane by the manipulators 36 (X) and 37 (Y). The rotation of the chip 12 around the Z axis is carried out by the drive 10 under the control of the manipulator 20. By controlling the X, Y and Z coordinates of the manipulators 36, 37 and 20 and controlling on the color screen the mutual movement of the chip contacts and the holes of the PI carrier 39 capillary holes (already aligned with the contacts substrate 9 along the base pins 38), the operator ensures that the contact images of the chip 12 and the response capillary holes on the PI carrier 39 are fully aligned vertically ~ 10 cm apart (the height of the inserted prism is ~ 8 cm).

Далее оператор выводит призму из области между чипом 12 и основанием 14 вакуумной микрокамеры, и все последующие операции производятся автоматически под управлением контроллера 17.Next, the operator removes the prism from the area between the chip 12 and the base 14 of the vacuum microchamber, and all subsequent operations are performed automatically under the control of the controller 17.

С помощью прецизионного винта 6 кронштейн 5 с чипом 12, под управлением контроллера 17, опускается, до касания с ПИ-носителем 39, без нарушения предыдущего совмещения, с мягкой фиксацией чипа 12 в этом положении на время пайки. Затем опускается крышка 11 до замыкания вакуумной микрокамеры, и включаются, по заданной программе, насос вакуумной откачки (на Фиг.23 не показан) и нагреватели 7 и 25 под контролем датчиков температуры 27 и 28 соответственно, которые обеспечивают необходимый температурно-временной режим пайки в структуре «чип - ПИ-носитель - подложка». По завершении пайки микрокамера девакуумируется, чип 12 отключается от вакуумного присоса 23, узел 5 с крышкой 11 поднимается вверх, подложка 9 с припаянным чипом 12 снимается с базовых штырьков 38 и установка готова к новому циклу, который длится ~1 мин.Using the precision screw 6, the bracket 5 with the chip 12, under the control of the controller 17, is lowered until it touches the PI carrier 39, without violating the previous alignment, with a soft fixation of the chip 12 in this position for the time of soldering. Then, the lid 11 is lowered until the vacuum microcamera closes, and, according to the specified program, the vacuum pump (turned on in Fig. 23 not shown) and the heaters 7 and 25 are turned on under the control of temperature sensors 27 and 28, respectively, which provide the necessary temperature-time mode of soldering in structure "chip - PI carrier - substrate". At the end of the soldering, the microcamera is evacuated, the chip 12 is disconnected from the vacuum suction cup 23, the assembly 5 with the cover 11 rises, the substrate 9 with the soldered chip 12 is removed from the base pins 38 and the installation is ready for a new cycle, which lasts ~ 1 min.

К блоку программируемого (через внешний ПК) контроллера 17 подключены датчики положения 29, 30 и 31 шагового двигателя 1, редуктора 2 винта 6 и шагового двигателя 3 соответственно, датчики температуры 27 и 28, а также, по линии 26, блок управления 16 шаговыми двигателями 1, 3 и нагревателями 7 и 25, который управляет также, по линии 24, блоком микронасосов 15, который через шланг 13 связан с основанием 14 вакуумной микрокамеры.To the block of the programmable (via an external PC) controller 17 are connected position sensors 29, 30 and 31 of the stepper motor 1, gearbox 2 of the screw 6 and the stepper motor 3, respectively, temperature sensors 27 and 28, and also, along line 26, the control unit 16 of the stepper motors 1, 3 and heaters 7 and 25, which also controls, along line 24, the micropump unit 15, which through a hose 13 is connected to the base 14 of the vacuum microchamber.

Включение и индикация работоспособности блоков 16 и 17 осуществляются подсвечиваемыми клавишами 35 и 32, 33, 34.The inclusion and indication of the health of blocks 16 and 17 are carried out by illuminated keys 35 and 32, 33, 34.

Описанная экспериментальная сборочная машина позволила получить тестовые образцы однокристальных модулей (ОКМ) с тестовыми чипами 1×1 см, имеющими 400 контактов (в матрице 20×20 контактов) и 1600 (40×40) контактов (фото ОКМ-1600 приведено на Фиг.24).The described experimental assembly machine made it possible to obtain test samples of single-chip modules (OKM) with 1 × 1 cm test chips having 400 contacts (in an array of 20 × 20 contacts) and 1600 (40 × 40) contacts (photo OKM-1600 is shown in Fig. 24 )

Кроме того, получены образцы многокристального модуля (МКМ) размерами 35×70 мм на 8 тестовых чипов 1×1 см, имеющих 400 контактов (в матрице 20×20 контактов) - всего на 8×400=3200 КУ на встречных контактах с капиллярными соединительными элементами (фото - на Фиг.25).In addition, we obtained samples of a multi-chip module (MCM) with dimensions of 35 × 70 mm for 8 test chips 1 × 1 cm with 400 contacts (in a matrix of 20 × 20 contacts) - a total of 8 × 400 = 3200 KU on the opposite contacts with capillary connectors elements (photo - Fig.25).

Промышленная применимостьIndustrial applicability

Выполнение контактного узла с капиллярным соединительным элементом, в соответствии с настоящим изобретением позволяет существенно улучшить качественные характеристики контактного узла: прочность (на отрыв, к вибрациям, ударам, ускорениям), однородность характеристик при групповом процессе сборки (воспроизводимость), стабильность во времени и в процессе эксплуатации (надежность), устойчивость в диапазоне температур и при термоциклах, компактность (плотность монтажа), влияние на быстродействие. Кроме того, такое выполнение контактного узла также обеспечивает существенное снижение себестоимости его изготовления за счет уменьшения: материалоемкости, снижения цены на материалы (исключение использования дефицитных и драгоценных материалов), трудоемкости подготовительных операций, обеспечения технологичности, контролепригодности, экологичности подготовительных и финишных процедур и реагентов.The implementation of the contact node with a capillary connecting element, in accordance with the present invention can significantly improve the quality characteristics of the contact node: strength (peel, vibration, shock, acceleration), uniformity of characteristics during the group assembly process (reproducibility), stability in time and in the process operation (reliability), stability in the temperature range and during thermal cycles, compactness (installation density), impact on performance. In addition, this implementation of the contact node also provides a significant reduction in the cost of its manufacture by reducing: material consumption, reducing the price of materials (eliminating the use of scarce and precious materials), the complexity of preparatory operations, ensuring manufacturability, controlability, environmental friendliness of preparatory and finishing procedures and reagents.

Снижение трудоемкости и себестоимости подготовительных операций происходит за счет исключения необходимости формировать на контактах кристаллов ИС прецизионные сферические бампы.Reducing the complexity and cost of preparatory operations occurs due to the elimination of the need to form precision spherical bumps on the contacts of the IC crystals.

Высокая технологичность и высокий выход годных при сборке контактных узлов обеспечивается использованием в процессе изготовления контактных узлов капиллярных сил, проявляющих в таких соединениях высокую эффективность.High manufacturability and high yield of contact assemblies during assembly is ensured by the use of capillary forces in the manufacturing process of contact assemblies, which exhibit high efficiency in such joints.

Высокая однородность в процессе изготовления контактных узлов обусловлена свойством капилляра «компенсировать» передозировки припоя на встречных контактах.High uniformity in the manufacturing process of contact nodes is due to the property of the capillary to “compensate” for an overdose of solder on the opposite contacts.

Увеличение прочности контактного узла и устойчивость к термоциклам (особенно в системах типа «кремний на кремнии») обусловлены предлагаемой конструкцией капиллярного соединительного элемента в эластичной среде прочного диэлектрика.The increase in the strength of the contact node and resistance to thermal cycles (especially in systems such as "silicon on silicon") are due to the proposed design of the capillary connecting element in an elastic medium of a durable dielectric.

Существенное уменьшенные размеры контактного узла позволили обеспечить не достигаемые ни одной известной конструкцией контактных узлов низкие удельные емкостные и индуктивные характеристики, что особенно важно при использовании контактных узлов в конструкциях, работающих в ГГц-диапазоне частот.Significantly reduced dimensions of the contact node made it possible to ensure low specific capacitive and inductive characteristics that are not achieved by any known contact node design, which is especially important when using contact nodes in structures operating in the GHz frequency range.

Таблица 1Table 1 T, KT, K 493493 503503 513513 523523 533533 543543 γ, Н/мγ, N / m 0,520.52 0,5000,500 0,4940.494 0,4800.480 0,4780.478 0,4610.461

Claims (35)

1. Контактный узел на встречных контактах, состоящий, по крайней мере, из двух плоских контактов, связанных между собой электрически и механически соединительным элементом, выполненным в виде перемычки из электропроводящего материала, при этом каждый из упомянутых контактов размещен на плоской поверхности одного из двух копланарных носителей, контакты ориентированы навстречу друг другу и совмещены друг с другом относительно общей оси, ортогональной копланарным носителям и проходящей через центры контактов, а зазор между копланарными носителями встречных контактов и вокруг соединительного элемента заполнен диэлектрическим материалом, отличающийся тем, что соединительный элемент выполнен в виде капилляра с торцевыми фланцами, заполненного частично или полностью электропроводящим связующим материалом, втянутым в упомянутый капилляр со встречных контактов, на которых он был размещен предварительно, под действием капиллярных сил, возникающих при переходе связующего электропроводящего материала в жидкое состояние при технологическом воздействии в процессе сборки контактного узла, с образованием после прекращения технологического воздействия механически стойкого электропроводящего соединения между встречными контактами, причем упомянутый капилляр выполнен в виде отверстия, покрытого внутри упомянутым смачиваемым электропроводящим связующим материалом, в плоскопараллельной пластине из диэлектрического материала, которая является носителем капиллярного соединительного элемента и размещена в зазоре между копланарными носителями встречных контактов, причем продольная ось капилляра проходит через центры упомянутых встречных контактов ортогонально поверхностям упомянутых носителей встречных контактов, а упомянутые торцевые фланцы капилляра, находящиеся на поверхностях упомянутого плоскопараллельного носителя капиллярного соединительного элемента, совмещены встык со встречными контактами и связаны механически и электрически с ними тонким слоем упомянутого связующего электропроводящего материала.1. The contact node on the oncoming contacts, consisting of at least two flat contacts, interconnected electrically and mechanically by a connecting element made in the form of a bridge of electrically conductive material, with each of these contacts placed on a flat surface of one of the two coplanar carriers, the contacts are oriented towards each other and aligned with each other relative to a common axis orthogonal to the coplanar carriers and passing through the contact centers, and the gap between the coplanar by the opposite contact carriers and around the connecting element is filled with a dielectric material, characterized in that the connecting element is made in the form of a capillary with end flanges, filled partially or fully with an electrically conductive binder material drawn into the said capillary from the counter contacts on which it was previously placed, under the action of capillary forces arising from the transition of a binder of an electrically conductive material to a liquid state during technological action during assembly contact node, with the formation after the termination of the technological impact of a mechanically stable electrically conductive connection between the oncoming contacts, and the said capillary is made in the form of a hole coated inside the said wettable electrically conductive binder material in a plane-parallel plate of dielectric material, which is the carrier of the capillary connecting element and is placed in the gap between coplanar carriers of oncoming contacts, the longitudinal axis of the capillary passing through the centers of said counter contacts orthogonal to the surfaces of said counter contact carriers, and said capillary end flanges located on the surfaces of said plane-parallel capillary connecting element carrier are aligned end-to-end with counter contacts and mechanically and electrically connected to them by a thin layer of said electrically conductive binder material. 2. Контактный узел по п.1, отличающийся тем, что упомянутый электропроводящий связующий материал выполнен из припоя, а упомянутое технологическое воздействие является термическим.2. The contact node according to claim 1, characterized in that said electrically conductive binder material is made of solder, and said technological impact is thermal. 3. Контактный узел по п.1, отличающийся тем, что упомянутый электропроводящий связующий материал является гелеобразным и смачивающим внутреннюю поверхность капилляра, его упомянутые фланцы и упомянутые встречные контакты как в процессе, так и после прекращения технологических и иных воздействий.3. The contact node according to claim 1, characterized in that said electrically conductive binder material is gel-like and wetts the inner surface of the capillary, its mentioned flanges and said counter contacts both during and after the termination of technological and other influences. 4. Контактный узел по п.2 или 3, отличающийся тем, что упомянутый электропроводящий связующий материал предварительно перед сборкой упомянутых контактных узлов размещен внутри капиллярного отверстия.4. The contact node according to claim 2 or 3, characterized in that said electrically conductive binder material is preliminarily placed before the assembly of said contact nodes inside a capillary hole. 5. Контактный узел по п.1, отличающийся тем, что упомянутые встречные контакты смещены относительно друг друга в плоскостях своих носителей, а продольная ось капиллярного соединительного элемента, проходящая через центры контактов, наклонена под утлом α<90° к поверхностям, несущим эти контакты.5. The contact node according to claim 1, characterized in that said counter contacts are displaced relative to each other in the planes of their carriers, and the longitudinal axis of the capillary connecting element passing through the centers of the contacts is inclined at a corner α <90 ° to the surfaces bearing these contacts . 6. Контактный узел по п.1, отличающийся тем, что капиллярный соединительный элемент выполнен цилиндрической формы.6. The contact node according to claim 1, characterized in that the capillary connecting element is made of a cylindrical shape. 7. Контактный узел по п.1, отличающийся тем, что капиллярный соединительный элемент выполнен в форме усеченного конуса, причем меньший раструб капилляра соединен с одним встречным контактом, а больший раструб капилляра соединен с другим встречным контактом.7. The contact node according to claim 1, characterized in that the capillary connecting element is made in the form of a truncated cone, and the smaller bell of the capillary is connected to one oncoming contact, and the larger bell of the capillary is connected to another oncoming contact. 8. Контактный узел по п.7, отличающийся тем, что упомянутые встречные контакты смещены относительно друг друга в плоскостях своих носителей, а продольная ось капиллярного соединительного элемента, выполненного в форме усеченного конуса, проходящая через центры контактов, наклонена к плоскостям, несущим эти контакты под углом β<90°.8. The contact node according to claim 7, characterized in that said counter contacts are offset relative to each other in the planes of their carriers, and the longitudinal axis of the capillary connecting element, made in the form of a truncated cone, passing through the centers of the contacts, is inclined to the planes bearing these contacts at an angle β <90 °. 9. Контактный узел по п.1, отличающийся тем, что капиллярный соединительный элемент выполнен многоканальным.9. The contact node according to claim 1, characterized in that the capillary connecting element is multi-channel. 10. Контактный узел по п.1, отличающийся тем, что капиллярный соединительный элемент представляет собой пористую структуру, проницаемую для электропроводящего связующего материала, в процессе технологического воздействия при сборке контактного узла.10. The contact node according to claim 1, characterized in that the capillary connecting element is a porous structure that is permeable to an electrically conductive binder material during the technological action during the assembly of the contact node. 11. Контактный узел по п.1, отличающийся тем, что внутренняя поверхность капиллярного соединительного элемента выполнена в форме поверхности вращения относительно продольной оси капилляра.11. The contact node according to claim 1, characterized in that the inner surface of the capillary connecting element is made in the form of a surface of revolution relative to the longitudinal axis of the capillary. 12. Контактный узел по п.1, отличающийся тем, что внутренняя поверхность капиллярного соединительного элемента выполнена таким образом, что сечения, ортогональные продольной оси капилляра, являются многоугольниками.12. The contact node according to claim 1, characterized in that the inner surface of the capillary connecting element is made in such a way that sections orthogonal to the longitudinal axis of the capillary are polygons. 13. Контактный узел по п.1, отличающийся тем, что внутренняя поверхность капиллярного соединительного элемента выполнена таким образом, что сечения, ортогональные продольной оси капилляра, являются гладкими замкнутыми кривыми.13. The contact node according to claim 1, characterized in that the inner surface of the capillary connecting element is made in such a way that sections orthogonal to the longitudinal axis of the capillary are smooth closed curves. 14. Контактный узел по п.1, отличающийся тем, что внутренняя поверхность капиллярного соединительного элемента выполнена таким образом, что сечения, ортогональные продольной оси капилляра, являются эллипсами.14. The contact node according to claim 1, characterized in that the inner surface of the capillary connecting element is made in such a way that sections orthogonal to the longitudinal axis of the capillary are ellipses. 15. Контактный узел по п.1, отличающийся тем, что на поверхностях встречных контактов выполнены технологические выступы с нанесенным на них связующим электропроводящим материалом, при этом упомянутые технологические выступы контактного узла входят в капилляр частично или полностью с двух его сторон, обеспечивая взаимное самосовмещение упомянутых встречных контактов и капиллярного соединительного элемента в процессе сборки контактного узла.15. The contact node according to claim 1, characterized in that on the surfaces of the oncoming contacts technological protrusions are made with a bonding electrically conductive material deposited on them, while the said technological protrusions of the contact node enter the capillary partially or completely from its two sides, providing mutual self-alignment of the aforementioned counter contacts and capillary connecting element in the process of assembly of the contact node. 16. Контактный узел по п.15, отличающийся тем, что технологический выступ, по крайней мере, на одном из встречных контактов упомянутого контактного узла выполнен в виде выступа сферической формы из связующего электропроводящего материала, частично или полностью размещаемого в капилляре в процессе совмещения при сборке контактного узла.16. The contact node according to item 15, characterized in that the technological protrusion, at least on one of the oncoming contacts of the said contact node is made in the form of a spherical protrusion of a binder of conductive material, partially or completely placed in the capillary during alignment during assembly contact node. 17. Контактный узел по п.15, отличающийся тем, что оба упомянутых встречных контакта имеют идентичные по размеру и форме технологические выступы.17. The contact node according to clause 15, characterized in that both of the said counter contacts have identical technological protrusions in size and shape. 18. Контактный узел по п.15, отличающийся тем, что оба упомянутых встречных контакта имеют различные по размерам и форме технологические выступы, а сопряженные с ними раструбы капиллярного соединительного элемента выполнены различными по размерам и форме и комплементарными соответствующим технологическим выступам на встречных контактах.18. The contact node according to clause 15, characterized in that both said oncoming contacts have technological protrusions of different sizes and shapes, and the sockets of the capillary connecting element associated with them are made of various sizes and shapes and are complementary to the corresponding technological protrusions at the oncoming contacts. 19. Контактный узел по п.1, отличающийся тем, что упомянутый плоскопараллельный носитель капиллярного соединительного элемента выполнен в виде пленки из эластичного материала.19. The contact node according to claim 1, characterized in that the said plane-parallel carrier of the capillary connecting element is made in the form of a film of elastic material. 20. Контактный узел по п.19, отличающийся тем, что упомянутая пленка выполнена из полиимида.20. The contact node according to claim 19, characterized in that the said film is made of polyimide. 21. Контактный узел по п.1, отличающийся тем, что вокруг капиллярного соединительного элемента, выполненного в упомянутом плоскопараллельном носителе из диэлектрического материала, в этом носителе имеются отверстия, заполненные адгезивной композицией, обеспечивающей склеивание копланарных носителей контактов в местах, свободных от контактов.21. The contact node according to claim 1, characterized in that around the capillary connecting element made in the aforementioned plane-parallel carrier of dielectric material, this carrier has holes filled with an adhesive composition that glues the coplanar contact carriers in places free of contacts. 22. Контактный узел по п.1, отличающийся тем, что упомянутый плоскопараллельный носитель из диэлектрического материала, в котором сформированы капиллярные соединительные элементы, выполнен в виде жесткой пластины, имеющей термомеханические характеристики, одинаковые с термомеханическими характеристиками носителей встречных контактов.22. The contact node according to claim 1, characterized in that the said plane-parallel carrier of dielectric material, in which capillary connecting elements are formed, is made in the form of a rigid plate having thermomechanical characteristics identical to the thermomechanical characteristics of oncoming contact carriers. 23. Контактный узел по п.22, отличающийся тем, что носитель капиллярных соединительных элементов выполнен или из стекла, или из окисленного кремния.23. The contact node according to item 22, wherein the carrier of the capillary connecting elements is made of either glass or oxidized silicon. 24. Контактный узел по п.1, отличающийся тем, что носители капиллярных соединительных элементов и встречных контактов выполнены из одного и того же материала.24. The contact node according to claim 1, characterized in that the carriers of capillary connecting elements and oncoming contacts are made of the same material. 25. Контактный узел по п.24, отличающийся тем, что обе упомянутые несущие поверхности со встречными контактами выполнены или из кремния, или из арсенида галлия, или из другого полупроводникового материала, которые, помимо встречных контактов, дополнительно имеют на своих поверхностях активные и/или пассивные компоненты и проводящие дорожки, выполненные по планарным технологиям микроэлектроники.25. The contact node according to paragraph 24, characterized in that both of these bearing surfaces with counter contacts are made of either silicon or gallium arsenide or other semiconductor material, which, in addition to counter contacts, additionally have active and / or passive components and conductive tracks made according to planar technologies of microelectronics. 26. Контактный узел по п.1, отличающийся тем, что на поверхностях плоскопараллельного носителя капиллярных соединительных элементов расположены проводящие дорожки, связывающие между собой, по крайней мере, два капиллярных соединительных элемента.26. The contact node according to claim 1, characterized in that on the surfaces of the plane-parallel carrier of capillary connecting elements are conductive tracks that connect at least two capillary connecting elements. 27. Контактный узел по п.26, отличающийся тем, что на поверхностях упомянутого плоскопараллельного носителя капиллярного соединительного элемента размещены шины питания и шины земли.27. The contact node according to p. 26, characterized in that on the surfaces of the aforementioned plane-parallel carrier of the capillary connecting element is placed power bus and ground bus. 28. Контактный узел по п.1, отличающийся тем, что носитель капиллярных соединительных элементов выполнен в виде плоскопараллельной пластины из электропроводящего материала, покрытого тонким слоем изоляционного материала, включая внутренние поверхности отверстий, причем капиллярные соединительные элементы, а также активные и/или пассивные компоненты и проводящие дорожки выполнены поверх упомянутого тонкого слоя изоляционного материала.28. The contact node according to claim 1, characterized in that the carrier of the capillary connecting elements is made in the form of a plane-parallel plate of electrically conductive material coated with a thin layer of insulating material, including the inner surfaces of the holes, and the capillary connecting elements, as well as active and / or passive components and conductive paths are made over said thin layer of insulating material. 29. Контактный узел по п.28, отличающийся тем, что проводящая основа носителя капиллярных соединительных элементов выполнена или из меди, или из алюминия.29. The contact node according to p. 28, characterized in that the conductive base of the carrier of capillary connecting elements is made of either copper or aluminum. 30. Контактный узел по п.29, отличающийся тем, что проводящая основа носителя капиллярных соединительных элементов, выполненная или из меди, или из алюминия, используется в качестве шины земли.30. The contact node according to clause 29, wherein the conductive carrier base of the capillary connecting elements, made of either copper or aluminum, is used as a ground bus. 31. Контактный узел по п.1, отличающийся тем, что упомянутые носители встречных контактов, а также носитель капиллярных соединительных элементов, размещенный между упомянутыми носителями встречных контактов, выполнены из различных материалов, имеющих одинаковые термомеханические характеристики.31. The contact node according to claim 1, characterized in that the said carriers of the oncoming contacts, as well as the carrier of the capillary connecting elements located between the said carriers of the oncoming contacts, are made of various materials having the same thermomechanical characteristics. 32. Способ изготовления контактного узла на встречных контактах с капиллярным соединительным элементом, выполненного в соответствии с п.1 формулы изобретения, включающий
нанесение на один из плоских контактов тонкопленочных слоев металлизации и припоя;
изготовление заготовки соединительного элемента для упомянутых встречных контактов и ее облуживание припоем;
облуживание упомянутым припоем ответного плоского контакта;
совмещение встречных плоских контактов с заготовкой соединительного элемента относительно общей оси, проходящей через центры упомянутых встречных контактов, до их соприкосновения, с фиксацией совмещения на время пайки;
нагрев зоны соприкосновения упомянутых встречных контактов и заготовки соединительного элемента до плавления нанесенного припоя;
снижение температуры в зоне пайки до отверждения упомянутого припоя между упомянутыми встречными контактами с образованием соединительного элемента контактного узла на встречных контактах;
отличающийся тем, что
заготовка соединительного элемента для встречных контактов выполнена в виде металлизированного капиллярного отверстия в диэлектрической пленке, выходы которого ограничены торцевыми фланцами на поверхностях упомянутой диэлектрической пленки, а капиллярное отверстие облужено упомянутым припоем, заодно с торцевыми фланцами, при этом продольная ось капиллярного отверстия совпадает с упомянутой осью соответствующих плоских встречных контактов;
упомянутая диэлектрическая пленка, являющаяся носителем упомянутого облуженного капиллярного отверстия, в процессе сборки контактного узла размещается между упомянутыми носителями встречных контактов таким образом, чтобы продольная ось упомянутого капиллярного отверстия проходила через центры упомянутых встречных контактов ортогонально поверхностям упомянутых носителей встречных контактов и облуженного капиллярного отверстия;
после чего сближают носители встречных контактов, с обеих сторон упомянутого носителя облуженного капиллярного отверстия, вдоль упомянутой оси, до соприкосновения встречных контактов с упомянутыми торцевыми фланцами облуженного капиллярного отверстия;
область между упомянутыми носителями встречных контактов вакуумируется до 0,1 атм, с одновременным фиксированием взаимного положения носителей встречных контактов и носителя облуженного капиллярного отверстия, размещенного между ними;
доводят температуру в упомянутой области до температуры плавления припоя, обеспечивая подъем расплавленного припоя в облуженное капиллярное отверстие с встречных контактов, облуженных упомянутым припоем;
в процессе охлаждения и отверждения припоя в капиллярном отверстии, а также в зазорах между торцевыми фланцами капиллярного отверстия и соответствующими встречными контактами, формируется капиллярный соединительный элемент между упомянутыми встречными контактами, обеспечивая жесткую фиксацию припоя в металлизированном капиллярном отверстии упомянутого капиллярного соединительного элемента контактного узла, в процессе последующих технологических воздействий и в процессе эксплуатации его в составе микроэлектронной аппаратуры;
при этом высота подъема припоя в капиллярном соединительном элементе в процессе формирования капиллярного соединительного элемента определяется формулой:
Figure 00000017

где ρ0=8540 кг/м3, α=21·106 °C-l,
h - высота поднятия припоя в капилляре;
γ - коэффициент поверхностного натяжения припоя;
θ - угол смачиваемости припоя;
α - коэффициент линейного расширения припоя;
ρ0 - плотность припоя при нормальных условиях;
Т0 - температура припоя в градусах Кельвина при нормальных условиях;
Tn - температура расплавленного припоя в градусах Кельвина.
32. A method of manufacturing a contact node in oncoming contacts with a capillary connecting element, made in accordance with claim 1, comprising
applying thin film layers of metallization and solder to one of the flat contacts;
the manufacture of a blank of the connecting element for said oncoming contacts and its tinning with solder;
tinning with said solder of a reciprocal flat contact;
the combination of oncoming flat contacts with the workpiece of the connecting element relative to the common axis passing through the centers of the said oncoming contacts, until they contact, with fixing the alignment for the soldering time;
heating the contact zone of said counter contacts and the workpiece of the connecting element until the applied solder melts;
lowering the temperature in the soldering zone until the curing of said solder between the said counter contacts with the formation of the connecting element of the contact node on the counter contacts;
characterized in that
the blank of the connecting element for the oncoming contacts is made in the form of a metallized capillary hole in the dielectric film, the outputs of which are limited by the end flanges on the surfaces of the said dielectric film, and the capillary hole is tinned with the said solder, along with the end flanges, while the longitudinal axis of the capillary hole coincides with the axis of the corresponding flat oncoming contacts;
said dielectric film being a carrier of said tinned capillary hole, during assembly of the contact assembly, it is placed between said counter contact carriers so that the longitudinal axis of said capillary hole passes through the centers of said counter contacts orthogonally to the surfaces of said counter contact carriers and tinned capillary hole;
after which the carriers of the oncoming contacts are brought together, on both sides of the said carrier of the tinned capillary hole, along the said axis, until the oncoming contacts come into contact with the mentioned end flanges of the tinned capillary hole;
the region between the said oncoming contact carriers is evacuated to 0.1 atm, while fixing the relative position of the oncoming contact carriers and the carrier of the tinned capillary hole located between them;
adjusting the temperature in said region to the melting point of the solder, allowing the molten solder to rise into the tinned capillary hole from the oncoming contacts tinned with said solder;
during cooling and curing of the solder in the capillary hole, as well as in the gaps between the end flanges of the capillary hole and the corresponding counter contacts, a capillary connecting element is formed between the said counter contacts, providing rigid fixation of the solder in the metallized capillary hole of the said capillary connecting element of the contact node, in the process subsequent technological impacts and during its operation as part of microelectronic equipment;
the height of the solder in the capillary connecting element in the process of forming a capillary connecting element is determined by the formula:
Figure 00000017

where ρ 0 = 8540 kg / m 3 , α = 21 · 10 6 ° C -l ,
h is the height of the solder in the capillary;
γ is the surface tension coefficient of solder;
θ is the wettability angle of the solder;
α is the coefficient of linear expansion of the solder;
ρ 0 - solder density under normal conditions;
T 0 - solder temperature in degrees Kelvin under normal conditions;
T n is the temperature of the molten solder in degrees Kelvin.
33. Способ по п.32, отличающийся тем, что на упомянутом плоском контакте, расположенном на одной из несущих поверхностей и/или на ответном встречном плоском контакте, расположенном на другой несущей поверхности, сформированы облуженные выступы, частично или полностью входящие в отверстие упомянутого капиллярного соединительного элемента, которые используются в качестве элементов взаимного базирования упомянутых встречных контактов и капиллярного соединительного элемента.33. The method according to p. 32, characterized in that on the said flat contact located on one of the bearing surfaces and / or on the counter oncoming flat contact located on the other bearing surface, tinned protrusions are formed, partially or completely entering the hole of said capillary a connecting element, which are used as elements of the mutual basement of said counter contacts and a capillary connecting element. 34. Способ по п.33, отличающийся тем, что выступы на встречных контактах, частично или полностью входящие в отверстия капиллярного соединительного элемента, выполнены в виде идентично отформованных доз припоя.34. The method according to p. 33, characterized in that the protrusions on the oncoming contacts, partially or fully included in the holes of the capillary connecting element, are made in the form of identically formed doses of solder. 35. Способ по п.32, отличающийся тем, что одна из упомянутых несущих поверхностей с контактами является поверхностью кристалла ИС с контактами, а другая упомянутая поверхность, несущая ответные контакты, является поверхностью с ответными контактами коммутационной подложки. 35. The method according to p, characterized in that one of the aforementioned bearing surfaces with contacts is the surface of the IC chip with contacts, and the other said surface bearing the response contacts is a surface with response contacts of the switching substrate.
RU2008105246/09A 2008-02-14 2008-02-14 Contact assembly on opposite contacts with capillary connection element, and manufacturing method thereof RU2374793C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2008105246/09A RU2374793C2 (en) 2008-02-14 2008-02-14 Contact assembly on opposite contacts with capillary connection element, and manufacturing method thereof

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2008105246/09A RU2374793C2 (en) 2008-02-14 2008-02-14 Contact assembly on opposite contacts with capillary connection element, and manufacturing method thereof

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2008105246A RU2008105246A (en) 2009-08-20
RU2374793C2 true RU2374793C2 (en) 2009-11-27

Family

ID=41150667

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2008105246/09A RU2374793C2 (en) 2008-02-14 2008-02-14 Contact assembly on opposite contacts with capillary connection element, and manufacturing method thereof

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2374793C2 (en)

Also Published As

Publication number Publication date
RU2008105246A (en) 2009-08-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US8674514B2 (en) Wiring board, manufacturing method of the wiring board, and semiconductor package
US7759240B2 (en) Use of palladium in IC manufacturing with conductive polymer bump
US9633971B2 (en) Structures and methods for low temperature bonding using nanoparticles
US7669748B2 (en) Conductive bonding material fill techniques
JPS6398186A (en) Method of forming solder terminal
CN104108679A (en) Method Of Manufacturing Through-glass Vias
US11315902B2 (en) High bandwidth multichip module
US6335271B1 (en) Method of forming semiconductor device bump electrodes
US7243833B2 (en) Electrically-isolated interconnects and seal rings in packages using a solder preform
KR100723532B1 (en) Mold for forming conductive bump, method of fabricating the same mold, and method of forming bump on wafer using the same mold
JP4487883B2 (en) Manufacturing method of electronic component built-in module
TWI822659B (en) Structures and methods for low temperature bonding
RU2374793C2 (en) Contact assembly on opposite contacts with capillary connection element, and manufacturing method thereof
US10834811B2 (en) Implementing reworkable strain relief packaging structure for electronic component interconnects
WO2015091673A1 (en) Bonded assemblies with pre-deposited polymer balls on demarcated areas and methods of forming such bonded assemblies
EA010269B1 (en) Contact assembly on opposed contacts with capillary connecting element and method for manufacturing thereof
Enikov et al. Electroplated electro-fluidic interconnects for chemical sensors
Koyuncu et al. Advanced interconnection technologies for flexible organic electronic systems
Zhong Stud bump bond packaging with reduced process steps
CN114050422B (en) Self-repairing method for integrated package structure of phased array antenna microsystem
JPH11317469A (en) Conductive element array sheet and manufacture device thereof
US20100005652A1 (en) Method of manufacturing a wiring substrate, method of manufacturing a tape package and method of manufacturing a display device
JP2858760B2 (en) Organic-inorganic composite multilayer substrate
KR20090069825A (en) Template for forming solder bump
JP2008091408A (en) Semiconductor device, and its manufacturing method

Legal Events

Date Code Title Description
PC41 Official registration of the transfer of exclusive right

Effective date: 20170417

MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20190215

NF4A Reinstatement of patent

Effective date: 20200115