Способ сборки интегральных схем
Патент 1781733
Авторы
Классы МПК
Способ сборки интегральных схем
Иллюстрации
Реферат
Сущность изобретения: при проведении сборки интегральных схем носители собирают в пакет, состоящий из чередующихся носителей и прокладок, сжимают пакет и одновременно повышают его температуру до290-310°Сс ростом давления увеличивая силу трения между прокладками и носителями , выдерживают при 290-310°С в течение 30-60 мин, охлаждают и извлекают носители из пакета, после чего локально покрывают выводы носителей слоями тантала или титана и никеля с толщинами соответственно 100-ЗООА и 0,3-0,6 мкм с последующим обслуживанием 10, при этом температуры нанесения покрытий и обслуживания не превышают 290-310°С. 5 ил.
„„5U 1781733 А1
СОЮЗ СОВЕТСКИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ
РЕСПУБЛИК (51)5 Н 01 1 23/ОО
ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ
ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ.1 . . :,:" . -: ..: " 2 (21) 4857261/21 " .: - : .:: рают в пакет, состоящий из чередующихся (22) 06.08.90 "::...":-- носителей и прокладок, сжймают пакет и (46) 15.12.92. Бюл . N. 46 .::: одновременно повышают его температуру . (71) Киевский научно-исследовательский ин-: до 290-3100С с ростом давления увеличивая ститут микроприборов силу трения между и рокладками и носителя(72) А."Г.Шеревеня, B.Ä.Æîpà и И.А,Тучин-... ми, выдерживают при 290-310 С в течение ский 30 — 60 мин, охлаждают и извлекают носите(56) Электронная промышленность, 1980, N. ли из пакета, йосле чего локально покрыва4, с.17-52. -. -: - . ют выводй носителей слоями тантала или
Электронная промышленность, 1978, М титана и никеля с толщинами соответствен6, с.3-5:-::: .. но 100 — ЗООА и 0,3-0,6 мкм с последующим (54) СПОС05 СБОРКИ ИНТЕГРАЛЬНЬ!Х обслуживаниеМ 10, при этом температуры
СХЕМ .. — . нанесения покрытий и обслуживания не (57) Сущность изобретения: при проведейии превышают 290-310 С, 5 ил. сборки интегральных схем носители соби =--Изобретение относится к микроэлектронике, в частности к способам сборки интегральных схем (ИС) на гибких носителях.
Способы сборки ИС на гибких носителях разноообраэны и основываются на применении различных конструкций носителей: одно-, двух- и трехслойных. За рубежом наибольшее распространение получили трехслойные носители со структурой медь-адгезив-полимид, реже используются двухслойные типа медь-полиимид.. Известные способы сборки включают иэготовлеwe носителей с нанесением на медные выводы покрытий из золота или припоя, модификацию технологии изготовления кристаллов с формированием на них монтажных выступов под пайку также из золота или меди с золотым или припойным покрытием и пайку кристаллов к внутренним окончаниям выводов носителей.
К недостаткам известных способов сборки ИС относятся — относительная сложность изготовле-. ния как кристаллов (модификация удорожа. ет их стоимость и снижает надежность ИС), так и гибких носителей (техпроцессы включают операций прецизионной штамповки полиимидной пленки, -ее дублирования с медной фольгой, травления меди, нанесения защитного покрытия и т,п.); — применение драгметаллов;
В литературе описан способ сборки ИС на двухслойном носителе медь-полиимид, включающий изготовление гибких носителей методами фотолитографического травления, электрохимического выращивания на выводах носителей медных выступов, осаждения сплава олово-висмут и оплавления нанесенного припойного покрытия, формирование монтажных выступов под
1781733 пайку на кристалле и присоединение выводов носителя к кристаллу пайкой, Способ также требует модификации технологии получения кристаллов, что неизбежно со-:". пряжено со снижением выхода годных из- 5 делий. В связи с наличием на кристаллах монтажных выступов существенно снижается надежность ИС из-за напряжении в выступах и образования"интерметаллидов в . паяных микросоединениях, особенно при 10 эксплуатации в условйях повышенных температур.
Наиболее близким к заявляемому является способ сборки ИС на гибком носителе; изготовленном из фольгированного диэлек- 15 трика алюминий-полиимид с пониженной степенью имйдизации, свободный от перечисленных недостатков. Применение алюминия в качестве материала выводов носителей, а следовательно и ИС, обеспечи- 20 вает возможность непосредственного присоединения вьгводов .к контактным . площадкам кристаллов со стандартной алю- " миниевой металлизацией, т.е. без модифи- . кации технологии их получения. 25
Технологический процесс. изготовления носителей сравнительно несложен (отсутствуют операции прецизионной штамповки полиимидной пленки, дублирования и нанесения электрохимических покрытий). Дэн-. 30 ный способ; также как и предыдущий, не требует применения драгметаллов. Недостатком данного технического решения яв-. ляется то, что в процессе изготовления носителей наблюдаются усадочные явле- 35 ния, приводящие к уходу габаритно-присоединительных размеров изделий, особенно при термообработке носителей с целью полной имидизации диэлектрического основания, Интегральные схемы, изготовленные 40 по данному способу, могут монтироваться в аппаратуре только методом сварки, что является серьезным ограничением, так как . большинство потребителей осуществляет монтаж элементной базы в аппаратуру пэй- 45 кой и не имеет специального оборудования для микросварки.
Целью изобретения является повышеwe надежности и выхода годных зэ счет уменьшения внутренних напряжений в но- 50 сителе.
Поставленная цель достигается тем, что при проведении сборки интегральных схем на носителях; выполйенных из фольгированной полиимидной пленки перед соеди- 55 . нением выводов носители собирают в пакет, состоящий из чередующихся носителей и прокладок, сжимают пакет и одновременно повышают его температуру до
290-310 С с ростом давления, увеличивая силу трения между прокладками и носителями„выдерживают при 290-310 С в течение
30 — 60 мин, охлаждают и извлекают носители из пакета, после чего локально покрывают выводы носителей слоями тантала или . титана и никеля с толщинами соответственно 100-300;3-0,6 мкм с последующим облуживанием, при этом температуры нанесения покрытий и облуживания не превыша1от 290-310 С.
На фиг,1-5 изображена технологическая последовательность сборки интеграль- " . ных сх ем по предлэг.аемому способу, варианты;
Гибкий носитель 1 представляет собой эластичный металло-полимерный узел, состоящий из системы выводов 2, изготовленных из алюминия и расположенных на диэлектрическом основании 3. в качестве которого преимущественно используется полиимидная пленка. Гибкий носитель (фиг.1) включает три взаимосвязанных зоны: периферийную I, служащую для подключения зондов и базирования, зону монтажа .
II è внутреннюю зону III..Oêîí÷àíèÿ выводов .
2 в зоне III соответствуют расположению контактных площадок 4 полупроводникового кристалла 5. В соответствии с предлагаемым способом на гибких носителях, . выполнейных из фольгированной полиимидной пленки с пониженной степенью . имидизации, методом локального фотолитографического травления формируют места сварки 6. Затем гибкие носители собирают в пакет 7 (фиг.2), состоящий из чередующихся носителей 1 и прокладок 8, сжимают пакет, например с.помощью при- >кимного элемента 9 и одновременно повышают его температуру до 290 — 310 С с ростом давления, увеличивая силу трения между прокладками и носителями, выдерживают при 290 — 310 С в течение 30-60 мин, охлаждают и извлекают носители из пакета..
После термообработки на выводах носителей 1 в зоне монтажа II формируют монтажные выступы под пайку 10, например в виде припойных выступов (фиг.3). Для этого выводы носителей локально покрывают слоями танталла или титана и никеля с толщинами соответственно 100-300 А и 0,3 — 0,6 мкм с последующим облуживание легкоплавкими припоями, например ПОС-61. При этом температура нанесения покрытий и облуживания не превышает 290-310 C.
Присоединение выводов носителя 1 к кристаллу 5 осуществляют с помощью серийного сборочного оборудования, например с использованием метода ультразвуковой микросварки. Для этого
1781733 предлагаемым способом достигается путем 40 пайки к подложкам, так как пластичные Bblводы легче деформируются и в них отсутствуют внутренние напряжения после пайки.
Пример. Гибкие носители 1 изготавливали из фольгированного диэлектрика с проведения термообрэботки при указанных в формуле режимах с приложением внешйего давления,. возрастающего с увеличением температуры, Для этого гибкие носители собирают в пакет, состоящий из чередующих- 45 пониженной степенью.имидизации, например, ФДИ-АП, методом послойного фотоли1огрэфического травления. Диэлектрик ся носителей и прокладок, сжимают пакет, например при помощи прижимного элемента; повышаюттемпературу пакета, При при-..... представляет собой металлополимерную ложении. давления силы трения, ленту, полученную нанесением полиимидвозникающие между поверхностями гибких 50. ного-лака нэ алюминиевую фольгу, Толщина носителей и прокладок, препятствуют усад- выводов 2 равна 30 мкм, диэлектрического
° ке. Важно, чтОбы с увеличением внутренних основания 3 — 20 мкм. После травления и удэ, напряжений, с ростом температуры. силы ления фоторезиста гибкие носители 1 поме-. трения также увеличивались, Это достигает- щали в приспособление для термообрэботки ся тем, что прокладки выполнены из мате- 55 7, состоящее из прокладок (60 шт) 8, к кото . риала с большим коэффициентом рым. приложено внешнее давление, наприобъемного расширения, чем у .материала . мер с помощью прижимного элемента 9. прижимногозлемента {стойки.винты ит.п.). Прижимной элемент представлял собой
8 процессе термообрэботки силы трения опорные пластины со стойками. Внешнее обеспечивают уменьшение внутренних на-. давление к прокладкам прикладывалось по- .
5 6 внутренние окончания выводов 2 в зоне И! пряжений в носителе, и тем самым препятсовмещают с контактными площадками 4 ствуютусадке. Важно отметйть, что притеркристалла 5, после чего осуществляется мообработке алюминиевые выводы сварка (фиг.4). Полученные микросхемы на GTBHoBATcsl более пластичными, в них снигибком носителе после защиты поверхности 5 маются внутренние напряжения, возникаюкристалла, полимерным компаундом пере- щие в материале при nðîêàòe алюминиевой дают на операцию контроля параметров; а фольги на этапе изготовления фольгировантакже при необходимости на технологиче- ного диэлектрика. В результате существенские отбраковочные испытания, например но улучшаются условия сварки и ,на электротермотренировку. .. 10 воспроизводимость прочности сварных соПолучение положительного эффекта от единений, использования предполагаемого изобрете- Устранение усадкй "гибких носителей ния может быть объяснено следующим об- обеспечивает повышение выхода годных. разом. Выполнение носителей из схем за счет улучшения совМещаемости фольгированной полиимидной пленки с по- 15 внутренних окончаний выводов носителей с ниженной степенью имидизации требует контактными площадками кристалла, а отобязательногопроведениятермообработки . сутствие внутренних напряжений. в полипосле изготовления носителей с целью до- имидных элемейтах способствуют ведения имидизации до полной. Однако в повышению надежности схем. .процессе термообработки полиимидные 20 ., Повышению надежности изделий спопленки, иэ которых изготовлено диэлектри- .. собствует также"и локальное покрытие вы- .. ческое основание гибких носителей, изме- водов носителей слоямй танталла или няют свои геометрические размеры, т.е. титана и никеля с.толщинамйсоответственимеетместоусад полимера. Это приводит . но 100 — 300 А и 0,3 — 0,6 мкм с последующим к появлению внутренних напряжений в пол- 25 горячим облуживанйем. Это обеспечиваетимериыхэлементах, к их деформации и, как - ся тем, что, как показывают эксперименследствие, к смещению выводов гибких но- тальные данные, прочность паяных сителей. Смещение вызывает изменение га- микросоединений (30 — 65 г) оказывается баритно-присоединительных размеров и значительно большей прочности соединеухудшаетсовмещаемость выводов носителя 30 ний этих же выводов, полученн ых методом с, контактными площадками при сборке и ультразвуковойсварки(5 — 25г). Важноотме. монтаже. В результате существенно затруд- тить,.что так как температуры нанесения няется проведение сборочных операций, . покрытий и облуживания не превышают ухудшается качество, снижаются надеж- 290-310 С, то при их проведении воздейстность и выход годных изделий, Устранение 35 вие.повышенных"температур на гибкие но, неблагоприятного влияния .усадки гибких . сители не приводит к дальнейшему носителей, изготовленных из фоль- увеличению усадки. гированного диэлектрика с пониженной . Термообработкаалюминиевых выводов. степенью имидизации в соответствии с способствует также улучшени1о условий.их
1781733 средством винта вручную. Важно отметить, сом Г90.348.907 МК и выбранным в качестве что первоначальное усилие прижима может прототипа, обеспечивает повышение набыть небольшим и неконтролируемым, так дежностии выхода годных за счетуменьшекак внешнее давление в соответствии с за- ния внутренних напряжений в носителе. являемым способом должно возрастать с 5 При использовании данного способа в ростом температуры, Прижимной элемент местах соединения алюминиевых выводов с выполнен из нержавеющей стали, напри- контактными площадками кристалла обрамер 40Х13, имеющей меньший козффици- зуется однокомпонентная система AI-Ai, в ент обьемного расширения, чем алюминий которой полностью исключается возможили его сплав Д16АМ, из которого изготав- 10 ность образования интермета»лидов, что ливаются прокладки, также обеспечивает повышение надежноТермообработку гибких носителей про- сти ИС. Исключение необходимости формиводили по ступенчатому режиму: рования на кристаллах выступов под пайку — повышение температуры со 150 до обеспечивает снижение трудоемкости их (300-+10) С; 15 изготовления и повышение выхода годных — выдержка и ри температуре (300- кристаллов и микросхем в целом. Последнее
+10) С в течение 30 — 60 мин, обусловлено тем, что процесс одиночной
Данные измерений геометрических ультразвуковой микросварки в сравнении с размеров носителей, выполненные с по- групповой пайкой гораздо более воспроиэмощью микроскопа УИМ-23 до и после тер- 20 водим по качеству. мообработки показали, что при проведении Формирование на алюминиевых вывотермообработки в соответствии с заявляе- дах носителей монтажных выступов под мым способом их усадка на данной опера- пайку обеспечивает возможность их монтации не превышает сотые доли процента и не жа в аппаратуре как сваркой так и пайкой по оказывает неблагоприятного влияния на 25 выбору, что существенно расширяет технопроведение сборочных операций, что сви- логические возможности монтажа. Так, надетельствует о существенном уменьшении пример, монтаж микросхем, изготовленных внутренних напря>кений в носителе, в оответствии с заявляемым способом, в
Формирование монтажных выступов аппаратуру может быть осуществлен следу, под пайку на выводах носителей осуществ- 30 ющими методами (фиг.5): ляли с использованием методов вакуумного сваркой внешних алюминиевых вывонапыления паяющихся систем, например дов 2 с контактными площадками подложек
Та-N! или Ti — Nl с толщинами слоев соответ- 11,, например ультразвуковым методом ственно 100-300 А и 0,3 — 0,6 мкм с последу- (фиг.5, а); ющим горячим облуживанием носителей 35 пайкой алк>миниевых выворов 2 с ислегкоплавкими припоями (ПОС-61, ПОС-40, пользованием сформированных на них вы-
ПСр2,5 и т.п.). При этом локальность обра- ступов (фиг.5, б); ботки носителей достигалась путем приме- одновременной сваркой и пайкой выво. нения масок, на операции напыления, а дов(фиг.5, в).. также использования естественной маски 40 Впоследнемслучаеможетбытьобеспеокиси алюминия на выводах на операции чено существенное повышение надежности горячего лужения. аппаратуры. Кроме того, при необходимоПосле разбраковки и контроля годные сти оказывается возможной комбинация носители передавали на операцию сварки, этих методов, когда отдельные выводы миккоторую осуществляли ультразвуковым ме- 45 росхемы могут быть приварены, а остальные тодом на высокопроизводительном сбороч- припаяны к пассивной или активной подном оборудовании ЭМ-4008 или ЭМ-4062. ложке — 11.
Полученные микросхемы на гибком носите- Кроме того, данное техническое решеле защищали полимерным компаундом, на- ние в сравнении с известными характеризупример 159-191. После проведения 50 ется рядом технико-экономических технологических отбраковочных испытаний преимуществ; годные ИС передавали на монтажные опе- полное отсутствие драгоценных и острации. родефицитных материалов;;
Пайку схем, например, на стандартные использование стандартных кристалпечатные платы осуществляли с использо- 55 лов, например, с алюминиевой металлизаванием импульсного микропаяльника. цией;
Таким образом, применение заявляемо- воэможность проведения технологичего способа в сравнении с известным, в том ских отбраковочных испытаний ИС, числес применяемым в настоящее время на включая их термотренировку а также предприятии в соответствии с техпроцес- контроля параметров микросхем, в том чис1781733
10 ле перед монтажом в электронную аппаратуру сокращение технологического цикла сборки за счет упрощения изготовления носителей. 5
Предлагаемый способ сборки интегральных схем характеризуется существенными отличиями в сравнении с другими известными способами сборки И С на гибких носителях — неизвестной ранее последова- 10 тельностью проведения операций, объединением их в едином технологическом цикле и методом их выполнения, например, проведением предварительной термообработки гибких носителей с ростом давления при 15 увеличении силы трения между прокладками и носителями.
Предлагаемый способ сборки ИС проработан на этапе ОКР, имеется конструкторская и разрабатывается технологическая 20 документация на изделия, по которым намечен серийный выпуск.
Заявляемый способ может найти широкое применение в микроэлектронике и др. родственных областях, например при изго- 25 товлении элементной базы в бескорпусном исполнении и изделий МЭА и РЭА, содержащих интегральные схемы на гибких носителях.
Формула изобретения
Способ сборки интегральных схем, включающий изготовление носителей из фольгированной полиимидной. пленки, соединение выводов носителя с контактными площадками полупроводникового кристалла, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности и выхода годных за счет уменьшения внутренних напряжений в носителе, перед соединением выводов носители собирают в пакет, состоящий из чередующихся носителей и прокладок, коэффициент объемного расширения материала которых выбирают большим коэффициента объемного расширения полиимидной пленки, сжимают пакет и одновременно повышают его температуру до
290 — 310 С, выдерживают при 290-310 С в течение 30-60 мин, извлекают носители из пакета, после чего покрывают выводы носителей слоями тантала или титана и никеля с толщинами соответственно 100-300 А и 0,30,6 мк и облуживают их при температуре
290 — 310 С.
1781733
1781733
Составитель B,Æîðà
Тех ред M. Мор гентал
Корректор M.Äåì÷èê
Редактор Т.Иванова
Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул.Гагарина, 101
Заказ 4277 Тираж .. Подписное
ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при П<НТ СССР
113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5