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TECHNISCHES GEBIET
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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bonden zwischen
elektrischen Bauelementen, und insbesondere ein Verfahren zum Bonden zwischen
elektrischen Bauelementen, welches in einem Prozess zum Aushärten von
Klebstoffen beim Bonden zwischen elektrischen Bauelementen in der Lage
ist, einer Notwendigkeit abzuhelfen, Wärme von außen einzubringen, oder Wärme mit
relativ niedriger Temperatur einzubringen, und den Prozessdruck
im Fall eines Thermokompressions-Bondprozesses zu verringern.
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ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
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Gegenwärtige Anforderungen,
wie etwa Schlankheit und geringes Gewicht, hohe Leistung, hohe Integration
und umweltfreundliche Halbleiter-Packaging-Technologien, haben die
Bedeutung einer Flip-Chip-Technologie unter den Bondverfahren auf
Chipebene ins Rampenlicht gerückt.
Die Flip-Chip-Technologie weitet gegenwärtig ihren Nutzungsbereich
aus, bis hin zum Display-Package, wie etwa für eine Chipkarte, einen LCD,
ein PDP usw., einen Computer, ein Mobiltelefon, ein Kommunikationssystem
oder Ähnliches.
Verbindungsmaterialien, welche in der Flip-Chip-Technologie verwendet werden, können hauptsächlich in
Lot- und Nichtlotmaterialien
unterteilt werden. Bis heute wird hauptsächlich die Flip-Chip-Technologie,
welche Lote verwendet, eingesetzt. Allerdings weisen Lote Probleme
bei Kostenwirksamkeit und bei komplexen Bondprozessen auf, wie etwa
Lötflussmittelumhüllung, Ausrichtung des
Chips/Substrats, Aufschmelzung von Bumps (Lötkontakthügeln), Entfernung von Lötflussmittel, Unterfüllung und
Aushärtung.
Auch wird es, da die Chipgröße geringer
wird, immer schwieriger, Lötkügelchen
herzustellen, und die Verarbeitungskosten für Dünnfilmprozesse und Lithographieprozesse
usw. sind im Steigen. Daher steigt das Interesse an den Nichtlotmaterialien,
wie auch das Interesse an der Fine-Pitch-Bondtechnologie und der kostengünstigen Flip-Chip-Technologie im Steigen
ist. Entsprechend sind Flip-Chip-Bondtechnologien
entwickelt worden, welche Klebstoffe verwenden, die Vorteile niedriger Kosten,
einer Ultra-Fine-Pitch-Fähigkeit,
eines bleifreien Prozesses, eines umweltfreundlichen lötflussmittelfreien
Prozesses und eines Prozesses bei niedriger Temperatur aufweisen,
verglichen mit jener Technologie, welche allgemeine Lot-Flip-Chips
verwendet.
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Klebstoffe
als die Verbindungsmaterialien für Halbleiterpackages
umfassen hauptsächlich
isotrop leitende Klebstoffe (ICA), anisotrop leitende Klebstoffe
(ACA), nicht leitende Klebstoffe (NCA) usw. Im Allgemeinen sind
Klebstoffe Verbundmaterialien enthaltend leitende Metallpartikeln
und Polymerharz, welches isolierende Eigenschaften und die Adhäsion aufweist,
und sie gehen zu dem ICA, von dem NCA oder dem ACA aus, entsprechend
dem Gehalt an leitenden Partikeln ineinander über. Konkret wird der Wert
des Gehalts an leitenden Partikeln, wenn ein elektrischer Übergang
erzeugt wird, als Perkolationsschwelle bezeichnet.
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Entsprechend
dem Gehalt an leitenden Partikeln ist ein Klebstoff, welcher die
leitenden Partikel nicht aufweist, der NCA, und ein Klebstoff, welcher die
leitenden Partikel unterhalb des Perkolationsschwellwerts aufweist,
der ACA. Außerdem
ist ein Klebstoff, welcher die leitenden Partikel oberhalb desselben
aufweist, der ICA, dessen Material selbst leitende Eigenschaften
aufweist. Der Zweck, die Funktion und die Anwendung als Verbindungsmaterialien
für des
Halbleiter-Package können
je nach seinen Kennwerten vielfältig
sein.
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Ein
Anwendungsbeispiel des isotrop leitenden Klebstoffs (ICA) als Verbindungsmaterialien
für das
Nichtlot-Flip-Chip-Package ist in 1 gezeigt. Mit
Bezug auf 1 wird, nachdem der ICA auf
die Nichtlotbumps wie etwa Gold-Stud-Bumps oder vergoldete Bumps
und stromlos vernickelte/vergoldete Bumps, welche auf einem Halbleiterchip
ausgebildet sind, aufgebracht ist, die Ausrichtung der Nichtlotbumps
und der Substratelektroden ausgeführt. Und danach wird Wärme in den
ICA eingebracht, um ihn auszuhärten,
sodass elektrische Verbindungen zwischen den Nichtlotbumps und den
Substratelektroden hergestellt werden. Zu dieser Zeit wird, wenngleich
es entsprechend den Aushärtungsbedingungen
des ICA anders sein kann, das Erwärmen bei annähernd 180°C 10 bis
30 Minuten lang ausgeführt. Danach
wird der Unterfüllungsprozess
zwischen dem Chip und dem Substrat ausgeführt, um die Zuverlässigkeit
des Flip-Chip-Package zu verbessern.
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Ein
anisotrop leitender Film (ACF) ist ein Polymerfilm, welcher elektrisch
anisotrope Eigenschaften und Adhäsionseigenschaften
aufweist. Der ACF weist elektrisch leitende Eigenschaften in einer
Filmdickerichtung und isolierende Eigenschaften in einer Flächenrichtung
auf und enthält
im Wesentlichen leitende Partikel, wie etwa Nickel, Gold/Polymer,
Silber usw., und isolierende Harze, welche wärmeaushärtende Eigenschaften oder Thermoplastizität aufweisen.
Elektrische Verbindungen werden zwischen oberen Elektroden und unteren
Elektroden mit den leitenden Partikeln hergestellt. Diese leitenden
Partikel sind in dem ACF verteilt, wobei dieser gleichzeitig Wärme und
Druck ausgesetzt wird, zwischen einem Chip oder einem flexiblen
Schaltungssubstrat, welches einen auf demselben montierten Chip
aufweist, und einem Glassubstrat oder einem starren Substrat (2).
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Zu
dieser Zeit wird das Aushärten
des isolierenden Harzes durch die eingebrachte Wärme erzeugt, um größere Adhäsionskraft
zu erzeugen. Um einen kostengünstigen
Klebstoff-Herstellungsprozess und einen kostengünstigen Flip-Chip-Prozess, welcher
derartige Klebstoffe verwendet, zu entwickeln, wurde der ACF, welcher
wärmeaushärtendes Epoxidharz
oder Harz auf Acrylbasis verwendet, welcher Hochgeschwindigkeits-Aushärtungseigenschaften
aufweist, auf den Markt gebracht. Der ACA kann unterteilt werden
in eine Filmform (anisotrop leitender Film, ACF) und eine Pastenform
(anisotrop leitende Paste, ACP). Zur Zeit werden Klebstoffe in Pastenform
entwickelt, um den Bondprozess und den Klebstoffherstellungsprozess
zu vereinfachen. Ferner gibt es einen nichtleitenden Film (NCF)
zum Entfernen leitender Partikel, um ein Ultra-Fine-Ptich-Bonden und
niedrige Kosten zu erreichen, und eine NCP hergestellt in Pastenform.
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3 zeigt
einen Flip-Chip-Bondprozess, welcher einen NCF oder die NCP als
ein Verbindungsmaterial verwendet. Der Prozess bringt als Erstes
den NCF oder die NCP um Substratelektroden an, und richtet diese
zu einem Chip aus, in welchem Nichtlotbumps, insbesondere Gold-Stud-Bumps, ausgebildet
sind, und härtet
dann den NCA durch die eingebrachte Wärme aus, während die Nichtlotbumps direkt
mit den Substratelektroden durch einen Thermokompressions-Bondprozess kontaktiert
werden.
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Die
Verbindungsmaterialien, wie etwa ICA, ACA (ACF, ACP), NCA (NCF,
NCP) usw. werden bereits zur Montage eines Flachbildschirmmoduls,
wie etwa eines LCD, eines PDP, eines OLED usw., zur Oberflächenmontage
elektrischer Bauelemente und zum Halbleiter-Flip-Chip-Bonden verwendet.
Ferner sind die Verbindungsmaterialien bereits weitgehend in Verwendung
in einem Outer-Lead-Bonding-Prozess (OLB), einem PCB-Prozess, einem Chip-on-Glass-Prozess
(COG) und einem Chip- on-Film-Prozess
(COF), im Bereich der Montage von Flachbildschirmmodulen, und sie
haben ihren Markt hin zu Nichtlot-Flip-Chip-Bondprozessen und einer
Technologie der Oberflächenmontage
von Bauelementen ausgeweitet.
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Der
ICA ist ein Material, welches ein bestehendes Lot ersetzen kann,
welches beim Bonden verwendet wird, um elektrische oder elektronische Bauelemente
oder Schaltungsverdrahtungen einzubauen. Die Anwendungsgebiete sind ähnlich den Bondanwendungsgebieten
des Lots. Das heißt,
er kann zum Einbauen der Oberflächenmontage-Bauelemente verwendet
werden, welche ein Aufschmelzen des Lots erfordern, oder für das Bonden
des Flip-Chips unter Verwendung eines Lots, und er kann das Bonden
durch Wärmeaushärtung des
ICA bei einer Temperatur, welche niedriger ist als jene des Lotaufschmelzprozesses,
erreichen. Allerdings besteht in diesem Fall ein Schwachpunkt darin,
dass die Prozesstemperatur hoch und dass die Aushärtungszeit
lang ist.
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Im
Fall des ACA wird dieser bei Montage eines Displaymoduls verwendet.
Ein ACF findet am häufigsten
Verwendung für
OLB-Bonden, welches beim Bonden eines flexiblen Substrats an ein
Glassubstrat verwendet wird, und für PCB-Bonden, welches verwendet
wird, wenn ein flexibles Substrat an ein PCB-Substrat gebondet wird.
Er weist verschiedene Arten leitender Partikel entsprechend den
Anwendungsgebieten auf, und es ist ein bei niedriger Temperatur
rasch aushärtenden
Typ erforderlich, wo die Bondtemperatur niedriger wird, während die Bondzeit
kürzer
wird.
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Je
höher die
Dichte und die Integration eines IC-Treiberschaltungschips werden, desto
mehr steigt die Notwendigkeit von Ultra-Fine-Pitch-Verfahren in einem
COG-Prozess, in
welchem ein IC-Treiberschaltungschip direkt an das Glassubstrat
gebondet wird, und in einem COF-Prozess, in welchem ein IC-Treiberschaltungschip
durch das Flip-Chip-Verfahren
an das flexible Substrat gebondet wird.
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Daher
ist zu erwarten, dass die gegenwärtige Situation,
welche das Ultra-Fine-Pitch-Bonden des ACF und den bei niedriger
Temperatur rasch aushärtenden
Typ erfordert, anhalten wird. Ferner wird sich das ACF-Bonden bei
der Montage des flexiblen Substrats und des starren Substrats, zusätzlich zur
Montage von Displaymodulen, entsprechend den Anforderungen der Ultra-Fine-Pitch-Bondfähigkeit
eines Sockels oder eines Lots, der Gestaltungsfreiheit und der Reduktion
von Bondbereich und Höhe
durchsetzen. Seine Nützlichkeit
steigt auf Grund der Vorteile des Nichtlot-Flip-Chip-Bondprozesses
an Stelle des Flip-Chip-Bondens, welches das bestehende Lot verwendet.
So ist der NCA rasch als Ersatzmaterial des ACA im Kommen. Als Nichtlotbump,
welches in dem Nichtlot-Flip-Chip-Bondprozess verwendet wird, gibt es
ein Gold-Stud-Bump, ein vergoldetes Bump, ein stromlos vernickeltes
Bump, ein Kupferbump usw. In diesem Fall wird, da das Flip-Chip-Bonden
durch Aufschmelzen auf Grund eines hohen Schmelzpunkts nicht ausgeführt werden
kann, der Flip-Chip-Bondprozess durch den Thermokompressions-Bondprozess
unter Verwendung des ACF ausgeführt.
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Allerdings
basieren OLB, PCB, COG, COF, welche den ACF verwenden, der Flexibel-zu-Starr-Bondprozess
und der Flip-Chip-Bondprozess
auf einem mechanischen Kontakt der leitenden Partikel mit Elektroden
und den Nichtlotbumps, unter Verwendung des Thermokompressions-Bondprozesses
und des Wärmeaushärtens des
Polymerharzes, neben denselben. Daher ist es nötig, die verschiedenen Probleme
eines Aufbringens von Bonddruck, einer gleichförmigen Wärmeaushärtung des Polymerharzes, hoher
Prozesstemperaturen für
einen raschen Wärmeaushärtungsvorgang,
und daher wärmebedingter
Verformung eines Packages, einer Substratplanarität usw. zu lösen. Insbesondere
ist es sehr schwierig, die ACF-Bondtechnologie
auf Grund der Grenzen, die dem erzeugten Bonddruck gesetzt sind,
wenn die Dicke eines Verbindungshalbleiterchips oder eines Siliziumchips
gering ist, anzuwenden, da die Chips, durch den Prozessdruck, relativ bruchempfindlich
werden.
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Wenn
daher die neuen Materialien oder Prozesse entwickelt werden, welche
in der Lage sind, die oben genannten Probleme im Halbleiter-Bondprozess
oder im Montageprozess, welcher ICA, ACF, NCF, ACP und NCP verwendet,
zu lösen,
sind die Verwendungsmöglichkeiten
von Polymer-Verbindungsmaterialien, wie etwa ICA, ACA und NCA usw., und
von Bondprozessen bei niedriger Temperatur, welche dieselben verwenden,
sowie einer kostengünstigen
Bondtechnologie vielfältig.
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Ferner
ist in einer Situation, welche der Verwendung von FCKWs und der
Verwendung von Pb enge Grenzen setzt, da Umweltprobleme elektronischer
Produkte (auf Grund der Verwendung von Lötflussmittel, Reinigungsmittel,
Lot, welches Pb enthält, usw.)
als ernste Probleme betrachtet werden, das intensive Interesse an
diesen Materialien als umweltfreundliche Ersatzmaterialien im Steigen.
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OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
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TECHNISCHES PROBLEM
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Die
vorliegende Erfindung ist vorgeschlagen, um die Probleme des Standes
der Technik zu überwinden.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, den Problemen des
Standes der Technik abzuhelfen, und insbesondere ein Verfahren zum
Bonden zwischen elektrischen Bauelementen vorzulegen, welches in
einem Schritt des Aushärtens
von Klebstoffen beim Bonden zwischen elektrischen Bauelementen in
der Lage ist, einer Notwendigkeit abzuhelfen, Wärme von außen einzubringen, oder Wärme mit
relativ niedriger Temperatur einzubringen, und den Prozessdruck
im Fall eines Thermokompressions-Bondprozesses zu verringern.
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TECHNISCHE LÖSUNG
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Um
die Aufgabe zu erfüllen,
soll die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Bonden zwischen
elektrischen Bauelementen vorlegen, umfassend die Schritte: Ausrichten
von Elektroden auf einem Bondbereich eines oberen elektrischen Bauelements
und eines unteren elektrischen Bauelements, welche zu bonden sind;
und Aushärten
von Klebstoffen durch Einbringen von Ultraschallenergie in den Klebstoff
zwischen dem oberen elektrischen Bauelement und dem unteren elektrischen
Bauelement und dadurch Erwärmen
des Klebstoffs selbst.
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VORTEILHAFTE WIRKUNGEN
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Die
vorliegende Erfindung ist in der Lage in einem Prozess zum Aushärten von
Klebstoffen beim Bonden zwischen elektrischen Bauelementen, einer Notwendigkeit
abzuhelfen, Wärme
von außen
einzubringen, oder Wärme
mit relativ niedriger Temperatur einzubringen.
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Auch
hat die vorliegende Erfindung die Wirkung, Prozessdruck im Fall
eines Thermokompressions-Bondprozesses zu verringern. Als Resultat
ist der Bondprozess gemäß der vorliegenden
Erfindung in der Lage, Ertrag und Produktivität zu verbessern und dem Bondprozess
exzellente Adhäsionskraft und
Zuverlässigkeit
zu verleihen.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Weitere
Ziele und Aspekte der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden
Beschreibung von Ausführungsformen deutlich,
mit Bezug auf die begleitenden Zeichnungen, dabei zeigen:
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1 einen
Flip-Chip-Bondprozess, welcher einen konventionellen isotrop leitenden
Klebstoff verwendet;
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2 einen
Flip-Chip-Bondprozess, welcher einen konventionellen anisotrop leitenden
Klebstoff verwendet;
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3 einen
Flip-Chip-Bondprozess, welcher einen konventionellen nichtleitenden
Klebstoff verwendet;
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4 einen
Flip-chip-Bondprozess, welcher isotrop leitenden Klebstoff verwendet
gemäß der vorliegenden
Erfindung (in dem Fall, in dem ein Bump als Bondvermittler verwendet
wird);
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5 einen
Flip-Chip-Bondprozess, welcher isotrop leitenden Klebstoff verwendet
gemäß der vorliegenden
Erfindung (in dem Fall, in dem kein Bump als Bondvermittler verwendet
wird);
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6 einen
Flip-Chip-Bondprozess, welcher anisotrop leitenden Klebstoff verwendet
gemäß der vorliegenden
Erfindung;
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7 Temperaturänderung
von Klebstoff über
der Zeit, in dem Fall, in dem anisotrop leitender Klebstoff mit
Ultraschallenergie verarbeitet wird;
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8 einen
Flip-Chip-Bondprozess, welcher nichtleitenden Klebstoff verwendet
gemäß der vorliegenden
Erfindung;
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9 einen
Bondprozess zwischen starren und flexiblen Substraten, welcher anisotrop
leitenden Klebstoff verwendet gemäß der vorliegenden Erfindung.
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BESTE AUSFÜHRUNGSFORM DER ERFINDUNG
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Im
hier Folgenden ist die vorliegende Erfindung ausführlicher
zu beschreiben.
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In
der vorliegenden Erfindung sind unter den elektrischen Bauelementen,
welche zu bonden sind, die Bauelemente zu verstehen, welche in elektrischen
Produkten, wie etwa einem Halbleiterchip oder einem Substrat usw.
verwendet werden, und unter dem Bonden zwischen elektrischen Bauelementen ist
das elektrische Verbinden zwischen einem Halbleiterchip und einem
Substrat, zwischen einem Halbleiterchip und einem Halbleiterchip,
oder zwischen einem Substrat und einem Substrat, zu verstehen.
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Auf
eine Art eines derartigen Halbleiterchips wird nicht speziell eingeschränkt, und
zum Beispiel können
eine Display-Treiberschaltungs-IC, eine Bildsensor-IC, eine Speicher-IC,
eine Nichtspeicher-IC, eine Ultrahochfrequenz- oder HF-IC, eine Halbleiter-IC, welche
ein Silizium als Hauptbestandteil aufweist, und eine Verbindungshalbleiter-IC enthalten sein.
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Es
kann sein, dass der Halbleiterchip in den Elektroden auf dem Bondbereich
(oder einem Eingangs-/Ausgangspad)
kein Nichtlotbump aufweist oder dass er eine Art des Bumps aufweist,
ausgewählt
zum Beispiel aus einem Gold-Stud-Bump, einem Kupfer-Stud-Bump, einem
vergoldeten Bump, einem verkupferten Bump, einem stromlos vernickelten/vergoldeten
Bump und einem stromlos vernickelten/verkupferten/vergoldeten Bump,
als ein Metall-Stud-Bump
oder ein metallbeschichtetes Bump.
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Außerdem können die
Substrate flexible Substrate oder starre Substrate sein. Eines dieser Substrate
kann eine elektrische Verbindung mit einem Halbleiterchip bilden, oder
es kann eine elektrische Verbindung mit den anderen Substraten bilden, und
dann eine elektrische Verbindung zwischen den flexiblen Substraten,
zwischen den starren Substraten, oder zwischen den flexiblen Substraten
und den starren Substraten enthalten. Unter den flexiblen Substraten
sind die Substrate zu verstehen, welche eine Flexibilität aufweisen,
wie etwa zum Beispiel Metallleitungen, welche auf einem Polyimidsubstrat ausgebildet
sind. Die starren Substrate können
indessen Substrate aus Epoxid/Glas, Keramik, Glas und Siliziumhalbleiter
sein.
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Der
Klebstoff kann ein leitender Klebstoff oder ein nichtleitender Klebstoff
sein, und der leitende Klebstoff kann wiederum ICA oder ACA sein.
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Der
ICA enthält
leitende Partikel. Die verwendbaren leitenden Partikel sind nicht
speziell eingeschränkt,
und es können
zum Beispiel eines ausgewählt
aus einer Gruppe, enthaltend Silber, Kupfer, Gold, Kohlenstoff,
Nickel, Palladium und Lotpulver mit niedrigem Schmelzpunkt, sowie
Kombinationen derselben enthalten sein.
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Der
ICA, welcher Polymerharz als Hauptbestandteil verwendet, kann zum
Beispiel aus thermoplastischem Harz ausgewählt sein, wie etwa Epoxidharz,
Polyesterharz, Acrylharz, Polyimidharz und Polysulfonharz usw.,
oder aus wärmeaushärtendem Harz.
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Der
ACA umfasst die Form eines anisotrop leitenden Films (ACF) oder
einer anisotrop leitenden Paste (ACP). Wenn der Klebstoff ein Filmtyp
ist, kann eine Klebstoffschicht auf dem Substrat durch ein Verfahren
aufgebracht werden, welches eine Fläche, welche Adhäsion aufweist,
auf dem Substrat bei 5 kp/cm2 bei etwa 80°C vorkomprimiert
und danach einen Trennpapierfilm entfernt. Ferner ist es, wenn der Klebstoff
ein Pastentyp ist, möglich,
eine konstante Menge an Klebstoff in einer gewünschten Form unter Verwendung
einer Sprühvorrichtung
oder einer Siebdruckvorrichtung aufzubringen.
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Diese
Klebstoffe enthalten leitende Partikel. Die verwendbaren leitenden
Partikel sind nicht speziell eingeschränkt, und es können zum
Beispiel eines ausgewählt
aus einer Gruppe, enthaltend goldbeschichtete Polymerpartikel, goldbeschichtete
Nickelpartikel, goldbeschichtete Kupferpartikel, Kupferpartikel,
welche mit Lot mit niedrigem Schmelzpunkt beschichtet sind, Lotpartikel
mit niedrigem Schmelzpunkt, sowie Kombinationen derselben enthalten sein.
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Außerdem kann
der ACA nichtleitende Partikel enthalten, welche von geringerer
Größe sind
als die leitenden Partikel. Als ein Beispiel für die nichtleitenden Partikel
kann Siliziumoxid von 1 μm
oder weniger, Aluminiumoxid, Berylliumoxid, Siliciumcarbid, Diamant,
Bornitrid usw. enthalten sein. Der Wärmeausdehnungskoeffizient des
Klebstoffs kann durch Hinzufügen
der nichtleitenden Partikel, wie oben beschrieben, verringert werden.
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Der
ACA, welcher Polymerharz als Hauptbestandteil verwendet, kann ausgewählt sein
aus thermoplastischen Harzen, wie etwa Epoxidharz, Polyesterharz,
Acrylharz, Polyimidharz und Polysulfonharz usw., oder zum Beispiel
wärmeaushärtenden
Harzen.
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Der
NCA umfasst die Form eines nichtleitenden Films (NCF) oder einer
nichtleitenden Paste (NCP). Wenn der Klebstoff ein Filmtyp ist,
kann eine Klebstoffschicht auf dem Substrat durch ein Verfahren
aufgebracht werden, welches eine Fläche, welche Adhäsion aufweist,
auf dem Substrat bei 5 kp/cm2 bei etwa 80°C vorkomprimiert
und danach einen Trennpapierfilm entfernt. Ferner ist es, wenn der Klebstoff
ein Pastentyp ist, möglich,
eine konstante Menge an Klebstoff in einer gewünschten Form unter Verwendung
einer Sprühvorrichtung
oder einer Siebdruckvorrichtung aufzubringen.
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Der
NCA kann nichtleitende Partikel enthalten. Als ein Beispiel für die nichtleitenden
Partikel kann Siliziumoxid von 1 μm
oder weniger, Aluminiumoxid, Berylliumoxid, Siliciumcarbid, Diamant,
Bornitrid usw. enthalten sein. Der Wärmeausdehnungskoeffizient des
Klebstoffs kann durch Hinzufügen
der nichtleitenden Partikel, wie oben beschrieben, verringert werden.
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Der
NCA, welcher Polymerharz als Hauptbestandteil verwendet, kann ausgewählt sein
aus thermoplastischem Harz, wie etwa Epoxidharz, Polyesterharz,
Acrylharz, Polyimidharz und Polysulfonharz, oder wärmeaushärtendem
Harz, zum Beispiel.
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Die
vorliegende Erfindung umfasst einen Aushärtungsprozess von Klebstoff,
welcher an verschiedenen Bondstrukturen anwendbar ist. Der Aushärtungsprozess
des Klebstoffs gemäß der vorliegenden
Erfindung umfasst einen Prozess zum Einbringen von Ultraschallenergie
in den Klebstoff. Durch Einbringen der Ultraschallenergie ist es
möglich,
Prozesszeit und Prozesstemperatur zu reduzieren.
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Die
Ultraschallschwingung kann Longitudinalrichtung oder Horizontalrichtung
oder eine Kombinationen derselben verwenden. Zu diesem Zweck kann
ein Longitudinal-Ultraschallwandler
und/oder ein Horizontalultraschallwandler verwendet werden. Es ist
bekannt, dass die Merkmale des Longitudinal-Ultraschallwandlers darin bestehen,
Produktionsertrag und Bondzuverlässigkeit
zu verbessern, indem er bewirkt, dass die Schwingung gleichförmig in
alle Bondbereiche eingebracht wird. Allerdings besteht, wenn die
Schwingung fortgesetzt wird, nachdem die oberen Elektroden und die
unteren Elektroden kontaktiert sind, die Gefahr der Beschädigung eines Chips.
In diesem Fall mildert es die Auswirkungen, das Ende des Wandlerhorns
mit einer TeflonTM-Kappe abzudecken. Indessen kann im Fall
des Horizontalultraschallwandlers, da die Schwingung in einer horizontalen
Richtung eingebracht wird, der Schaden, welchen der Longitudinalwandler
verursacht, minimiert werden. Im Fall eines Verwendens eines Die-Collets
(Chipgreifers) usw., um den Chip zu fixieren, sind die Bondeigenschaften
am Ende des Chips allerdings schlechter, da eine Konus-Schwingung
erzeugt wird, derart, dass es zur Herabsetzung des Produktionsertrags
und der Bondzuverlässigkeit kommt.
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In
der vorliegenden Erfindung beträgt
ein angemessener Frequenzbereich 20 kHz bis 60 kHz, je nach den
Kennwerten des ICA, ACA, NCA. Wenn die Frequenz erhöht wird,
zu einer Zeit, in der die zugeführte
Energie gleich bleibt, kann die Amplitude umgekehrt proportional
zu derselben verringert werden, um eine Fehlausrichtung oder Beschädigung des Chips
zu vermeiden. Da ferner der Erwärmungsvorgang
des Klebstoffs unterschiedliche Kennwerte entsprechend der Frequenz
indiziert, ist es nötig,
einen Optimierungsprozess auszuführen,
um ihn den Bedingungen, welche für
den Prozess erforderlich sind, anzupassen. Da die Schwingungsfrequenz
indessen durch die Masse und Form eines Schwingungserzeugers innerhalb
einer einzigen Vorrichtung bestimmt ist, wird es nötig, die
Vorrichtung zu modifizieren oder auszutauschen, um die Frequenz
zu ändern.
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Wenn
die vorliegende Erfindung die Frequenz fixiert und verwendet, indem
eine einzige Vorrichtung eingesetzt wird, ist die Ultraschallenergie, welche
beim Bonden eingebracht wird, von der Amplitude der Ultraschallschwingung
bestimmt. Da die Amplitude der Ultraschallschwingung von einer Spannung
aus einer Spannungsquelle bestimmt ist, welche an den Oszillator
angelegt ist, kann die Amplitude durch Ändern der Spannung gesteuert
werden. Wenn die Ultraschallenergie, welche beim Bonden eingebracht
wird, zu hoch ist, weil es zur Beschädigung des Chips oder zur Überwärmung des
Klebstoffs kommt, ist es nötig,
die Amplitude der Ultraschallschwingung zu optimieren. Konkret kann,
beim Flip-Chip-Bonden unter Verwendung von ICA, ACA und NCA, Schaden
an dem Bump und an dem Pad (=Anschlussfläche) verursacht werden, nachdem
es zum Kontakt zwischen dem Bump und dem Pad gekommen ist, oder
der Schaden am Chip kann verursacht werden, nachdem der Klebstoff
ausgehärtet
ist. Um das zu verhindern, kann ein amplitudenvariables Verfahren
eingesetzt werden, welches gleitend die angelegte Spannung reduziert,
um die Amplitude der Ultraschallschwingung zu reduzieren, wenn das
Bonden beinahe abgeschlossen ist, während der Bondprozess fortgeführt wird.
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Wenn
die Frequenz der Ultraschallschwingung und die Schwingungsamplitude
bestimmt sind, wird der Erwärmungswert
in dem Klebstoff über
der Zeit bestimmt. Da die vorliegende Erfindung Wärme-Ultraschallbonden
unter Verwendung von ICA, ACA und NCA implementiert, ist es sehr
wichtig, den Klebstoff über
eine angemessene Zeit und bei einer angemessenen Temperatur auszuhärten. Hier
beträgt
die angemessene Temperatur etwa 180°C bis 400°C unter Berücksichtigung der Aushärtungstemperatur
und der Zerfallstemperatur des Klebstoffs. Wenn die Temperatur niedrig
ist, kommt es nicht zum Aushärten,
sodass es nicht zum Bonden kommen kann. Und wenn die Temperatur
hoch ist, wird die Bondzuverlässigkeit
aufgrund des Zerfalls des Klebstoffs oder der Hohlraumbildung innerhalb
des Klebstoffs schlechter. Unter der angemessenen Zeit ist die Zeit
zu verstehen, bis der Klebstoff vollständig ausgehärtet ist.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung kann die Ultraschallenergie in einem Verfahren eingebracht werden,
welches eine konstante Frequenz über
eine vorbestimmte Zeit einbringt, oder in einem Verfahren, welches
sie in Impulsform einbringt. Das heißt, wenn die Ultraschallenergie
kontinuierlich unter den Bedingungen einer beliebigen Ultraschallschwingungsfrequenz
und Schwingungsamplitude eingebracht wird, wenn die Temperatur des
Klebstoffs den Temperaturbereich nicht übersteigt, dann kann das Thermosonicbonden
nur mit der Steuerung der Zeit der Ultraschallschwingung implementiert
werden. Wenn allerdings die Frequenz der Ultraschallschwingung und/oder
die Schwingungsamplitude einen hohen Wert aufweist, sodass die Temperatur
des Klebstoffs den Temperaturbereich übersteigt, kann ein Überwärmen des
Klebstoffs verhindert werden, indem Energie intermittierend, durch
Einbringen von Energie in Impulsform, bereitgestellt wird.
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Der
ICA, ACA und NCA weisen rheologische Eigenschaften entsprechend
der Temperatur auf. Da die Wärme,
welche innerhalb des Klebstoffs selbst durch die Ultraschallenergie
erzeugt wird, entsprechend den rheologischen Eigenschaften des Klebstoffs
variiert, kann die anfängliche
Anstiegsrate der Temperatur, wenn die Temperatur steigt, durch Einbringen
von Wärme
in alle oder einige der oberen und der unteren Bondabschnitte geändert werden. Wenn
ferner Wärme
in den Klebstoff eingebracht wird, um die Viskosität des Klebstoffs
vor dem Aushärten
desselben zu minimieren, sodass das Klebstoffharz ungehindert fließen kann,
kommt es zu Wirkungen steigender Adhäsion zwischen den Bondbereichen
und zu weiterer Verringerung des Prozessdrucks.
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Im
hier Folgenden ist der Bondprozess zwischen den elektrischen Bauelementen
durch das Aushärten
des Klebstoffs unter Verwendung von Ultraschallenergie gemäß der vorliegenden
Erfindung mit Bezug auf die Ausführungsform
ausführlicher
zu beschreiben.
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4 zeigt
einen Bondprozess zwischen einem Halbleiterchip und einem Substrat
unter Verwendung eines ICA.
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Der
Bondprozess führt
SiO2-Passivierung auf einem Siliziumchip
aus und scheidet danach Al-Verdrahtungen auf demselben mit einer
Dicke von 1 μm
ab. Danach wird ein SiNx- oder SiO2-Passivierungsprozess ausgeführt, und
danach wird ein I/O-Kontaktloch von 100 μm I/O-Durchmesser und bei 180 μm Abstand
gebildet. Das Gold-Stud-Bump auf dem I/O-Pad wird gebildet und danach
wird ein Planarisierungsprozess ausgeführt, um die Höhenabweichung
des entsprechenden Bumps zu reduzieren. Zu dieser Zeit kann das
Kupfer-Stud-Bump an Stelle des Gold-Stud-Bumps ausgebildet werden
und der Planarisierungsprozess kann ebenfalls durchgeführt werden.
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Das
Substrat ist ein organisches FR-4-Substrat mit einer Dicke von 1
mm, weist Nickel-/Kupfer-/Gold-Verdrahtungen
als Goldverdrahtungen auf und ist mit einer Lötmaske geschützt, welche
Elektroden freilässt.
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Der
ICA ist mit Matrixmaterialien gemischt, wie etwa Polymerharz usw.,
und mit leitenden Füllstoffen,
wie etwa Silber, Kohlenstoffpartikel usw., und er ist im Allgemeinen
in Pastenform. Als Polymerharz gibt es thermoplastische Harze, wie
etwa Acrylharz, Polyimidharz, Polysulfonharz usw., wärmeaushärtendes
Harz, wie etwa Epoxidharz, Phenolharz, Melaminharz, Polyesterharz
usw., oder Harzgemische derselben. Als leitendes Füllmaterial
gibt es Silber, Kupfer, Gold, Palladium, Silber-Palladium-Legierung, Kohlenstoff,
Nickel oder Gemische derselben. Weitere Additive und Härter usw.
sind mit denselben gemischt.
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Der
ICA, welcher durch den Prozess erhalten ist, wird auf das planare
Substrat, wie etwa Glas usw., mit einer Höhe von etwa 10 μm gleichförmig aufgebracht.
Danach taucht der Testchip in die ICA-Schicht, welche unter Verwendung
eines Flip-Chip-Bonders aufgebracht ist. Der ICA wird durch diesen
Prozess auf das Ende des Gold-Stud-Bumps übertragen, welches auf dem
Testchip gebildet ist.
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Der
ICA, welcher am Ende des Gold-Stud-Bumps ausgebildet ist, wird durch
Ausrichten des Testchips zu den Elektroden des organischen Substrats
und danach durch Einbringen der Ultraschallenergie in denselben
ausgehärtet.
Zu dieser Zeit ist das Aushärten
des ICA in einigen Sekunden abgeschlossen und das Gold-Stud-Bump
des Testchips ist elektrisch mit den Elektroden auf dem organischen
Substrat durch den dazwischen ausgehärteten Klebstoff verbunden.
Danach wird die Unterfüllung,
das ist das untere Füllmaterial,
zwischen dem Chip und dem Substrat aufgebracht, und die Unterfüllung wird
wärmeausgehärtet, sodass
das Flip-Chip-Bonden unter Verwendung des ICA abgeschlossen ist.
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In
der vorliegenden Ausführungsform
ist es möglich,
durch die Verwendung von Ultraschallenergie an Stelle des Verwendens
eines bestehenden Wärmeaushärtungsprozesses
zum Aushärten
des ICA die Aushärtungstemperatur
zu erhöhen
und die Aushärtungszeit
um einige Sekunden zu verkürzen.
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5 zeigt
ein Beispiel, in welchem das Polymerbump unter Verwendung des ICA
direkt gebildet wird ohne Ausbilden des Gold-Stud-Bumps oder des
Kupfer-Stud-Bumps an den jeweiligen I/Os des Halbleiterchips. Der
Flip-Chip-Bondprozess
kann durch Aushärten
des Polymerbumps durch die Ultraschallenergie ausgeführt werden.
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Das
heißt,
das ICA-Polymerbump wird an den jeweiligen I/Os des Testchips gebildet,
durch einen Strahlprozess oder einen Siebdruckprozess des ICA, und
danach wird die Ultraschallenergie in das ausgebildete Bump eingebracht,
um das ICA-Polymerbump zu härten,
sodass das Flip-Chip-Bonden abgeschlossen ist. Danach kann der Unterfüllungsprozess
durch Füllen
des unteren Füllmaterials
zwischen den Chip und das Substrat zum Verbessern der Zuverlässigkeit
ausgeführt
werden.
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Ferner
kann der Bondprozess zur Oberflächenmontage
ausgeführt
werden, unter Verwendung der Ultraschallenergie im Bondprozess der
Oberflächenmontage-Bauelemente
unter Verwendung des ICA.
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Als
Erstes wird der ICA gleichförmig
durch den Siebdruckprozess auf die Substratelektroden aufgebracht.
Danach wird der ICA ausgehärtet, durch
Ausrichten der Oberflächenmontage-IC-Trägerelemente
oder der passiven Bauelemente in dem Bondbereich, auf welchem der
ICA aufgebracht ist, und danach durch Einbringen der Ultraschallenergie beim
Montieren der Elemente. Wenn der Bondprozess der Oberflächenmontage-Bauelemente
durch Einbringen der Ultraschallenergie in den ICA ausgeführt wird,
kann der Oberflächenmontage-Bondprozess
ohne einen weiteren Aushärtungsprozess
abgeschlossen werden, im Gegensatz zu dem Oberflächenmontage-Bondprozess, welcher
die Oberflächenmontage-Bauteile
unter Verwendung einer bestehenden Bestückungsvorrichtung montiert,
und welcher danach den Aushärtungsprozess
des ICA ausführt.
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6 zeigt
den Bondprozess des Halbleiterchips und des Substrats unter Verwendung
des ACA.
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Als
Erstes führt
der Bondprozess SiO2-Passivierung auf einem
Siliziumchip aus und scheidet Al-Verdrahtungen auf demselben mit
einer Dicke von 1 μm
ab. Danach wird ein SiNx- oder SiO2-Passivierungsprozess ausgeführt, und
danach wird ein I/O-Kontaktloch von 100 μm I/O-Durchmesser und bei 180 μm Abstand
gebildet. Das Nichtlotbump für das
ACA-Bonden kann
wie folgt gebildet werden.
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Das
Gold-Stud-Bump oder das Kupfer-Stud-Bump wird auf dem I/O-Pad, mit
einer Höhe von
etwa 60 bis 80 μm
unter Verwendung einer Goldverdrahtungsvorrichtung gebildet. Danach
wird ein Planarisierungsprozess ausgeführt, um die Höhenabweichung
der entsprchenden Bumps zu reduzieren. Dieser Prozess soll das Verformungsausmaß an dem
Endabschnitt des Bumps beim Bonden des ACA groß machen und danach den Bondbereich
erweitern, sodass zahlreiche leitende Partikel zwischen dem Bump
und dem Substrat eingebunden werden und dass ein elektrischer Kontaktwiderstand
dazwischen geringer ist. Ferner kann dieser Prozess die Beschädigung des
Chips verhindern, wenn übermäßiger Druck
auf einen spezifischen I/O auf Grund von ungleichförmiger Bumphöhe aufgebracht
wird.
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Ein
stromloses Bump kann mit einer Höhe von
20 bis 30 μm
unter Verwendung stromloser Vernickelungs-/Verkupferungs-/Vergoldungsprozesse gebildet
werden. In diesem Fall wird das Zinkatverfahren ausgeführt, um
Al zu aktivieren, und danach wird ein Nickelbump gebildet, während Eintauchens desselben
in eine Lösung
zum stromlosen Vernickeln bei einer angemessenen Temperatur über eine
angemessene Zeit. Wenn nötig,
kann eine stromlos verkupferte Schicht, welche geringe Härte aufweist,
gebildet werden. Danach wird eine dünne Goldbeschichtung, unter
Verwendung einer Lösung
zum stromlosen Vergolden, ausgeführt,
um eine Oxidation von Nickel und Kupfer zu verhindern und um die
elektrische Leitfähigkeit
zu verbessern. Der Flip-Chip-Bondprozess durch den ACA wird unter Verwendung
der stromlos vernickelten/vergoldeten Bumps oder der vernickelten/verkupferten/vergoldeten
Bumps ausgeführt,
sodass die leitenden Partikel in dem ACA zwischen den Bumps eingebunden
sind und dass die Substratelektroden niedrigen Kontaktwiderstand
aufweisen.
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Außerdem kann
nach Bilden einer Ti/Au-Seed-Layer (Keimlage) auf dem gesamten Bereich,
welcher die jeweiligen I/Os des Testchips enthält, und nach Aufbringen von
Photoresist (PR) (Fotolack) auf die Abschnitte, wobei die jeweiligen I/O-Padabschnitte
frei bleiben, ein galvanisch vergoldetes Bump gebildet werden. Das
vergoldete Bump, welches eine konstante Dicke aufweist, wird unter Verwendung
eines galvanischen Vergoldungsverfahrens gebildet. Danach wird der
PR entfernt, und die Seed-Layer wird geätzt, sodass des galvanisch
vergoldete Bump in den jeweiligen I/O-Abschnitten ausgebildet werden
kann.
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Das
verwendete Substrat ist ein organisches FR-4-Substrat, mit einer Dicke von 1 mm,
weist Nickel-/Kupfer-/Goldverdrahtungen
als Goldverdrahtungen auf und ist mit einer Lötmaske geschützt, welche
Substratelektroden freilässt,
auf welche der ACA aufgebracht wird.
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Der
ACA enthält
isolierende Harze und leitende Partikel. Im Fall eines Films, wie
Polymerharz, können
Gemische aus festem Epoxid, flüssigem
Epoxid, Phenoxyharz und MEK/Toluol-Lösungsmittel verwendet werden.
Als ein typischer Härter
kann Mikrokapsel-Imidazolhärter
verwendet werden. Auch kann, im Fall einer Paste, der Härter in
dem flüssigen Epoxid
zugesetzt sein. Oberflächenbehandelte
leitende Partikel werden damit gemischt, um die ACA-Lösung herzustellen.
Wenn nötig,
können
nichtleitende Partikel, welche eine Dicke von 1 μm oder weniger aufweisen, gemischt
werden, um den Wärmeausdehnungskoeffizienten
nach dem Aushärten des
ACA zu verringern. Um den Film zu bilden, wird der Film auf einem
Trennpapierfilm durch ein Doctor-Blade-Verfahren
ausgebildet, und eine Minute lang bei 80°C gehalten, um Lösungsmittel
zu entfernen. Wenngleich die Dicke des Films entsprechend der Bumpgröße des Chips
variiert, weist er eine Dicke von 10 bis 50 μm auf, um verschiedene Bumps aufzunehmen.
Im Fall der Paste sind das flüssige
Epoxid und die Additivmischungen optimiert, rheologische Eigenschaften
aufzuweisen, welches für
den Siebdruckprozess oder den Sprühprozess geeignet ist.
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Nach
Aufbringen des ACA, welcher durch den Prozess auf dem organischen
Substrat usw. erhalten ist, werden die Chips, auf welchen der Nichtlotbump
ausgebildet ist, ausgerichtet. Danach wird das Flip-Chip-Bonden
ausgeführt,
durch gleichzeitiges Anwenden von Wärme, Druck und Ultraschallenergie
auf die Chips oder durch Anwenden von ausschließlich Ultraschallenergie und
Druck auf die Chips. Der Prozess zum Aufbringen des ACA auf das Substrat
ist der folgende. Wenn der ACA ein ACA des Filmtyps ist, kann der
ACA auf das Substrat durch Entfernen des Trennpapierfilms, nach
Vorkomprimieren der Fläche,
welche den Film aufweist, auf dem Substrat bei 5 kp/cm2 bei
80°C aufgebracht
werden. Wenn der ACA ein ACA des Pastentyps ist, kann der ACA auf
das Substrat bei einer konstanten Menge in einer gewünschten
Form aufgebracht werden, unter Verwendung einer Sprühvorrichtung
oder einer Siebdruckvorrichtung. Die Temperatur des ACA kann in dem
Thermokompressions-Bondprozess,
welcher die Ultraschallschwingung verwendet, oder in dem Kompressionsbondprozess,
welcher die Ultraschallschwingung verwendet, viel rascher erhöht werden als
in dem bestehenden Thermokompressions-Bondprozess. Wie in 7 gezeigt,
kann festgestellt werden, dass in dem Flip-Chip-Bondaufbau durch
die Ultraschallenergie die Temperatur des ACA innerhalb von 2 Sekunden
auf 270°C
und auf maximal 305°C erhöht wird,
und danach die Temperatur, nachdem die Ultraschallenergie weggenommen
ist, rasch gesenkt wird.
-
Zusätzlich kann
im Unterschied zu dem Fall, in welchem der Prozessdruck in dem bestehenden Thermokompressions-Bondprozess mit 100
g pro Bump gesetzt ist, wenngleich 20 bis 50 g pro Bump gesetzt
sind, ein stabiler Bondwiderstand erhalten werden, sodass der Prozessdruck
bei dem Flip-Chip- Bonden,
welches den ACA verwendet, durch den Ultraschallbondprozess bedeutend
reduziert werden kann.
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8 zeigt
einen Bondprozess zwischen einem Halbleiterchip und dem Substrat,
welcher einen NCA verwendet.
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Durch
Ausführen
von SiO2-Passivierung auf dem Siliziumchip,
Abscheiden von Al-Verdrahtungen auf demselben mit einer Dicke von
1 μm und
danach Ausführen
von SiNx- oder
SiO2-Passivierung wird ein I/O-Kontaktloch
mit einem I/O-Durchmesser von 100 μm und bei einem Abstand von
180 μm gebildet.
Vorzugsweise ist das Nichtlotbump ein Gold-Stud-Bump, da es für ein NCA-Bonden direkt mechanisch
auf die Substratelektrode gebondet wird.
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Aus
diesem Grund wird auch das Gold-Stud-Bump oder das Kupfer-Stud-Bump
auf dem I/O-Pad mit einer Höhe
von etwa 60 bis 80 μm unter
Verwendung einer Goldverdrahtungsvorrichtung gebildet. Ein Planarisierungsprozess
wird danach ausgeführt,
um die Höhenabweichung
jedes Bumps zu reduzieren. Das dient dazu, einen Bondbereich zu
erweitern, indem erlaubt wird, dass ein Verformungsausmaß an dem
Endabschnitt des Bumps beim Bonden des NCA groß ist. Ferner kann dieser Prozess
die Beschädigung
des Chips verhindern, wenn übermäßiger Druck
auf einen spezifischen I/O auf Grund von ungleichförmiger Bumphöhe aufgebracht
wird.
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Zusätzlich sind
der Chip und das Substrat leicht auszurichten und zu bonden, sodass
der Bondbereich erweitert werden kann.
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Das
verwendete Substrat ist ein organisches FR-4-Substrat mit einer Dicke von 1 mm, weist
Nickel-/Kupfer-/Goldverdrahtungen
auf und ist von der Lötmaske
geschützt,
welche die Elektroden freilässt.
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Der
NCA umfasst isolierende Harze und nichtleitende Partikel. Im Fall
des Films, wie Polymerharz, können
Gemische aus festem Epoxid, flüssigem
Epoxid, Phenoxyharz und MEK/Toluol-Lösungsmittel verwendet werden,
und als der Härter
kann ein Mikrokapsel-Imidazolhärter
verwendet werden. Auch kann im Fall einer Paste der Härter in
dem flüssigen Epoxid
verwendet werden. Hier kann der NCA durch Beimengen der oberflächenbehandelten
nichtleitenden Partikel, welche eine Dicke von weniger als 1 μm aufweisen,
hergestellt werden, um die physikalischen Eigenschaften, wie etwa
den Wärmeausdehnungskoeffizienten
des NCA usw., zu steuern. Um den Film zu bilden, wird ein Film auf
einem Trennpapierfilm unter Verwendung eines Doctor-Blade-Verfahrens ausgebildet
und eine Minute lang bei 80°C
gehalten, um das Lösungsmittel
zu entfernen. Wenngleich die Dicke des Films entsprechend der Bumpgröße des Chips
variiert, weist der Film eine Dicke von 10 bis 50 μm auf, sodass
verschiedene Bumps aufgenommen werden können.
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Nach
Aufbringen des NCA, welcher durch den Prozess erhalten ist, auf
dem organischen Substrat, werden die Testchips, auf welchen der
Nichtlotbump wie etwa der Gold-Stud-Bump
ausgebildet ist, ausgerichtet. Danach wird das Flip-Chip-Bonden durch
gleichzeitiges Anwenden von Wärme,
Druck und Ultraschallenergie auf die Chips oder durch Anwenden von
ausschließlich
Ultraschallenergie und Druck auf die Chips ausgeführt. Der
Prozess zum Aufbringen des NCA auf das Substrat ist der folgende.
Wenn der NCA ein NCA des Filmtyps ist, kann der NCA auf das Substrat
durch Entfernen des Trennpapierfilms, nach Vorkomprimieren der Fläche, welche
den Film aufweist, auf dem Substrat bei 5 kp/cm2 bei
80°C aufgebracht
werden. Wenn der NCA ein NCA des Pastentyps ist, kann der NCA auf
das Substrat bei einer konstanten Menge in einer gewünschten
Form unter Verwendung einer Sprühvorrichtung
oder einer Siebdruckvorrichtung aufgebracht werden. Die Ausrichtung
der Elektroden des Substrats und des Bumps des Chips ist leicht
zu erreichen, da der NCA relativ transparent ist.
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Die
Temperatur des NCA kann in dem Thermokompressions-Bondprozess, welcher
die Ultraschallschwingung verwendet, oder in dem Kompressionsprozess,
welcher die Ultraschallschwingung verwendet, viel rascher erhöht werden,
wie in dem ACA-Ultraschallbondprozess, als in dem bestehenden Kompressionsprozess.
Als Resultat wird das Aushärten
des NCA ausschließlich
durch die Ultraschallenergie in dem Zustand, in dem Wärme nicht von
außen
eingebracht wird, rasch erreicht. Zusätzlich kann im Unterschied
zu dem Fall, in welchem der Prozessdruck in dem bestehenden NCA-Thermokompressions-Bondprozess
mit 100 bis 150 g pro Bump aufgebracht wird, wenngleich 20 bis 70
g pro Bump gesetzt werden, Bondwiderstand durch ein stabiles NCA-Bonden erhalten werden,
sodass der Prozessdruck bei dem Flip-Chip-Bonden, welches den NCA
verwendet, durch den Ultraschall-Bondprozess signifikant reduziert
werden kann.
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9 zeigt
einen Bondprozess zwischen einem flexiblen Substrat und einem starren
Substrat, durch das Aushärten
von ACA oder NCA unter Verwendung der Ultraschallenergie.
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Für eine elektrische
Verbindung des flexiblen Substrats und des starren Substrats ist
ein Bondverfahren, welches ACF/ACP oder NCF/NCP verwendet, im Begriff,
sich aus einem bestehenden Verfahren heraus zu etablieren, welches
ein Lot oder einen Sockel verwendet, entsprechend einer Tendenz
hin zu einem Micro-Pitch-Bondverfahren. Aus diesem Grund steigt
die Verwendung eines flexiblen Substrats des klebstofffreien Typs
derart, dass eine Kupferverdrahtung direkt auf einem Film auf Polyimidbasis für das Micro-Pitch-Bonden
ausgebildet ist. Ferner ist es möglich,
dass das Bonden unter Verwendung des ACA oder des NCA ausgeführt wird
selbst für
das flexible Substrat, an welchem die Klebstoffschicht zwischen
dem bestehenden Film auf Polyimidbasis und der Kupferverdrahtung
vorhanden ist. Aus diesem Grund ist in dieser Ausführungsform
das flexible Substrat des klebstofffreien Typs vorgesehen, welches verschiedene
Abstände
aufweist, von einem Abstand von 200 μm bis zu einem Abstand von 500 μm, und ein
FR-4-Substrat, welches
eine Dicke von 1 mm aufweist, ist als das starre Substrat vorgesehen.
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Ein
allgemeiner wärmeaushärtbarer
Typ würde
den ACF von einer Dicke von 40 μm
als das Verbindungsmaterial verwenden, und die goldbeschichteten
Nickelpartikel von 8 μm
als die leitenden Partikel. Um die Ultraschallenergie zusammen mit dem
Prozessdruck während
des Bondens zwischen dem flexiblen Substrat und dem starren Substrat
anzuwenden, muss eine Ultraschallbondvorrichtung eines OLD- oder
PCB-Verfahrens und
nicht ein allgemeiner Flip-Chip-Bonder verwendet werden. Das heißt, das
Aushärten
des ACF wird durch Vorkomprimieren und Aufbringen des ACF auf den
Bondbereich des starren Substrats und durch Ausrichten zwischen
den Elektroden des flexiblen Substrats und den Elektroden des starren
Substrats und danach durch Einbringen der Ultraschallwärmeenergie
in denselben bei dem Kompressionsprozess herbeigeführt. Ferner
wird das Bonden zwischen dem flexiblen Substrat und dem starren
Substrat dadurch erreicht, dass als Erstes das flexible Substrat
und das starre Substrat mit dem ACF mit dem allgemeinen OLB- oder PCB-Sonder
vorkomprimiert werden und danach die Ultraschallenergie auf das
flexible Substrat eingebracht wird.
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Das
starre Substrat kann erwärmt
werden und die Ultraschallenergie kann in einer Impulsform eingebracht
werden, für
den Bondprozess zwischen dem flexiblen Substrat und dem starren
Substrat unter Verwendung des ACF, welcher effektiv und zuverlässig ist.
Zusätzlich
ist offensichtlich, dass sowohl die longitudinale Ultraschallenergie
als auch die transversale Ultraschallenergie unabhängig verwendet
werden können.
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INDUSTRIELLE ANWENDBARKEIT
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Die
vorliegende Erfindung ist in der Lage in einem Prozess zum Aushärten von
Klebstoffen beim Bonden zwischen elektrischen Bauelementen, einer Notwendigkeit
abzuhelfen, Wärme
von außen
einzubringen, oder Wärme
mit relativ niedriger Temperatur einzubringen.
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Außerdem weist
die vorliegende Erfindung eine Wirkung auf, den Prozessdruck im
Fall eines Thermokompressions-Bondprozesses
zu verringern. Als Resultat ist der Bondprozess gemäß der vorliegenden
Erfindung in der Lage, Ertrag und Produktivität zu verbessern, wobei dem
Bondprozess exzellente Adhäsionskraft
und Zuverlässigkeit
verliehen werden.
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ZUSAMMENFASSUNG
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Die
vorliegende Erfindung stellt ein Verfahren zum Bonden zwischen elektrischen
Bauelementen bereit, umfassend die Schritte: Ausrichten von Elektroden
auf einem Bondbereich eines oberen elektrischen Bauelements und
eines unteren elektrischen Bauelements, welche zu bonden sind; und Aushärten von
Klebstoffen durch Einbringen von Ultraschallenergie in die Klebstoffe
zwischen dem oberen elektrischen Bauelement und dem unteren elektrischen
Bauelement.