DE3140348A1

DE3140348A1 - Verfahren zur gleichzeitigen herstellung mehrfacher elektrischer verbindungen, insbesondere zum elektrischen anschluss eines halbleiterbauelementes

Info

Publication number: DE3140348A1
Application number: DE19813140348
Authority: DE
Inventors: Georges 27930 Cierrey Florens, (Verstorben); Philippe 27000 Evreux Jourdain
Original assignee: Philips Gloeilampenfabrieken NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1980-10-15
Filing date: 1981-10-10
Publication date: 1982-08-26
Also published as: GB2090071B; GB2090071A; US4442966A; IE812380L; JPS5799750A; JPH0128502B2; FR2492164A1; FR2492164B1; IE52529B1

Description

N.V. Philips¹ e!oeiIamp8nlä5,.6kö6_f.Ein§hövB6. j"; ·| 3 1 A 0 3 4 8

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"Verfahren zur gleichzeitigen Herstellung mehrfacher elek—■ trischer Verbindungen, insbesondere zum elektrischen. Anschluss eines Halbleiterbauelementes".

Die Erfindung bezieht .sich auf ein Verfahren zur gleichzeitigen Herstellung mehrfacher elektrischen Verbindungen zwischen zwei Elementen, wobei jedes Element mit Metallisierungen versehen ist, die als die Kontaktflächen bezeichnet werden und dazu bestimmt sind, elektrisch mit denen des anderen Elements verbunden zu werden, und die derart ausgebildet sind, dass, wenn die Elemente einander gegenüber in einer bestimmten Lage angeordnet werden, jede von einem der Elemente getragene Kontaktflache sich der entsprechenden Kontaktfläche des anderen Elements ,-;ep;euüber befindet, wobei auf jeder Kontaktflache mindestens eines der beiden Elemente eine bestimmte Menge einer elektrisch leitenden Paste angebracht wird. Die Erfindung wird in der elektronischen Industrie, z.B. für die Montage von Halbleiterbauelementen, angewandt.

Auf bekannte Weise kann ein Halbleiterbauelement mit einem Substrat einer Hybridschaltung oder einem Kamm von Leitern dadurch verbunden werden, dass das Halbleiberbauelement derart auf dem Substrat oder dem Kamm angebracht wird, dass seine Kontaktflächen einander gegenüber liegen, und dass zwischen jeder Kontaktfläche des Halbleiterbauelements und der entsprechenden Kontaktflache des Subati-n. Ls oder des Kammes eine bestimmte Menge eine]- lei tendon KIeberpasfce, im allgemeinen eines mit Silber- oder lioJdtci I-chen gefüllten Epoxydharzes, angebracht wird, wonach die Paste z.B. durch Erhitzung polymerisiert wird.

Ein derartiges Verfahren ist aus der britischen Patentschrift 1.525.148 bekannt, in der ein Verbindungöverfahren für eine integrierte Schaltung auf einem Substrat mit Hilfe eines Tropfens eines leitenden Klebers auf jedex* Kontaktfläche der integrierten Schaltung beschrieben wird. In dieser Patentschrift ist näher angegeben, dass bei Aluminiumkontaktflächen das Aluminiumoxid auf diesen Flächen

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vorher wenigstens teilweise entfernt werden muss. Da die Kontaktflächen im allgemeinen aus Aluminium bestehen, ergeben sich hierdurch grosse Schwierigkeiten. Nach Lagerung während einer bestimmten Zeitdauer wird festgestellt, dass das genannte Oxid, das entfernt war, aufs neue gebildet wird, was ohne Zweifel darauf zurückzuführen ist, dass entweder der Kleber nicht abdichtend war, oder dieser Kleber SeLL)Hl oxidierend war, od-er diese Fälle beide auftreten. Dies bringt selbstverständlich eine Unterbrechung der Verbindung und einen Defekt mit sich.

Um diesen Nachteil zu vermeiden, müssen die Aluminiumkontaktflächen derart in einer oder mehreren chemischen, physikalisch— chemisch oder elektrisch-chemischen Bearbeitungen behandelt werden, dass auf den Flächen ein mit dem leitenden Kleber kompatibeles Metall oder eine Legierung niedergeschlagen wird. Der Vorteil des- Verbindungsverfahrens geht dann aber durch den damit gepaarten Ausschuss sowie durch die Kosten der Bearbeitungen grösstenteils verloren.

Mit dem Verfahren nach der· Erfindung kann eine hohe und dauerhafte Qualität der Kontakte zwischen einer

. leitenden Paste und Aluminiumflächen erhalten werden und dieses Verfahren macht es überflüssig, das Aluminiumoxid vorher zu entfernen.

Die Erfindung basiert auf dem Gedanken, nach der üblichen Polymerisation der leitenden Paste eine intermetallische Verbindung zwischen den leitenden Teilchen in der hart gewordenen Paste und der Oberfläche der Kontakt— fläche durch gleichzeitige Anwendung eines mechanischen Druckes und einer Temperaturerhöhung herzusteilen. Die Temperatur, auf die die polymerisierte leitende Paste gebracht wird, führt anfänglich eine gewisse Erweichung herbei, während der angewandte Druck dazu führt, dass die e LcIttrisehe Verbindung durch ein der Thermokompression aiia-I ofi'fis Verfahren hergestellt wird. Eine etwaige Oxidhaut auf Kon takl:f Lilchon wird dabei durchbrochen.

Das Verfahren nach der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass zunächst die Polymerisation der ange—

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brachten leitenden Paste bewirkt wird, und dass dann zwischen jeder Kontaktfläche eines Elements und dor entsprechenden Kontaktflache des anderen Elements die poJymerisierte leitende Paste komprimiert wird, wobei niinde— stens eines der beiden Elemente erhitzt wird.

Eine Ausführungsform der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. Es zeigen;

Fig. 1 einen Schnitt durch ein mit Tropfen einer nichtpolymerisierten leitenden Paste versehenes Substrat,

Fig. 2 den gleichen Schnitt nach Warmpolynierisation der leitenden Paste, und

Fig. 3 einen Schnitt durch einen auf dem Substrat angebrachten Halbleiterkristall.

Die drei Figuren zeigen in der gegebenen Reihenfolge drei aufeinanderfolgende Stufen dos Vor fnlircjiiH.

Das hier beschriebene Beispiel bezieht sich mil.' die Montage eines Halbleiterkristalls, '/,.JJ. einer i.ti.l.o/iriorten Schaltung, auf einem isolierenden Substrat für eine Hybridschaltung. Dieses isolierende Substrat besteht aus einer keramischen Material und ist mit Leitern aus z.B. Gold versehen, die mit Hilfe Z₀B. eines Photoätzverfahrens erhalten sind. Die Goldleiter befinden sich auf Haftschichten, z.B. aus Nickel und aus Nickel-Chrom, die mittels an sich bekannter Techniken erhalten sind. Fig. 1 zeigt ein derartiges Substrat 1 mit zwei vergoldeten Metallisierungen 2a und 2b, die Kontaktflächen bilden.

Auf jeder dieser Kontaktflächen 2a und 2b is I: eine bestimmte Menge einer leitenden Paste Ίη bzw. *)f> ;ui,",H>r;ioli I..

Als leitende Paste kann mit Erfolg die unter dem Handel.snamen "EPOTEK H44" bekannte Paste verwendet werden, die ein mit Goldteilchen gefülltes Epoxydharz ist. Auch andere Pasten, z.B. ein Epoxydharz mit Silberteilchen, sind geeignet. Die angebrachte Menge wird experimentell derart bestimmt, dass die Paste, die vor ihrer Erhär tini,"; während der Warmpolyrerisation zunächst etwas flüssi,·;· wird und ausfliesst, eine Art Tropfen mit nahezu den gleichen Abmessungen wie die Kontaktfläche bildet. Die Anbringung und

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Dosierung dieser Paste erfolgen vorzugsweise durch Siebdrucken auf einer Platte mit einer Vielzahl nachher voneinander zu trennender Substrate. Das Siebdruckmuster besteht aus einer Metallfolie mit einer Dicke von etwa 20 Jim, in der durch Photoätzen quadratische Löcher mit Seiten von etwa 80 χ 80 um angebracht sind. Diese Platte wird auf der Gaze einer bekannten Siebdruckmaschine für Hybridschaltungen festgeklebt.

Fig. 2 zeigt das Substrat 1, nachdem die leitende Paste polymerisiert ist. Im Falle der obenerwähnten Paste wird die Polymerisation bei 150 C während einer Stunde durchgeführt. Wie.oben auseinandergesetzt wurde, fliesst die Paste 3a, 3^ etwas aus und wird abgerundet und ist nach der Polymerisation erhärtet.

Fig. 3 zeigt dasselbe Substrat 1 und seine Metallisierungen 2a und 2b, aber nun ist es auf I70 C +^ 5⁰C erhitzt. Auf den polymerisiert en Tropfen 3a- und 3t» werden nun die Metallisierungen 5a bzw. ^h eines Halbleiterbauelements 4 angebracht. Dann wird ein Druck ausgeübt, durch den die Metallisierungen 5a und ^b gegen die polymerisieren Tropfen 3a bzw." 3b gedrückt werden; dieser Druck wird während 2 bis 3 Sekunden aufrechterhalten und ist nahezu gleich 100 g pro Kontälctflache, wenn die Kontaktflächen Abmessungen von 100 χ 100 um aufweisen. Eine, in der Zeichnung nicht .dargeste]1Le Vakuumpipettef die auf bekannte Weise zum Festhalten, Positionieren und Andrücken des Halbleiterbauelements 4 dient, wird auf 4θΟ C _+ 5 C erhitzt. Vorzugsweise wird eine Pipette mit einem platten Ende verwendet, um zu vermeiden, dass das auf diesem Ende ruhende Halbleiterbauelement brechen wird. Die leitenden Tropfen 3a und 3t> werden plattgedrückt, wodurch sowohl die mechanische Befestigung als auch die elektrische Verbindung des Halbleiterbauelements 4 auf dem Substrat! durch ein der Thermokompression analoges Verfahren stattfinden. Wenn das Metall der Kontaktflächen 5a, 5b mit einer Oxidhaut versehen wäre, wird diese x^ährond des der Thermokompression analogen Ver-

niireiis durchbrochen.
Das eben beschriebene Verfahren ist also im we—

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sentlichon dadurch gekminze Lohno t, dns.s v.uii.'le. Iih I, rl j ο Polymerisation der leitenden Paste 3a» .'3b bewirkt w Lrd, und dass dann zwischen jeder Kontaktfläche 2a, 2b eines Elements und der entsprechenden Kontaktfläche 5a, 5b des anderen Elements die polymerisierte leitende Paste komprimiert wird, während mindestens eines der Elemente 1, h erhitzt wird, wobei die Polymerisation der Paste 3a, 3b stattfindet , bevor die beiden Elemente 1, 4 mit ihren Kontaktflächen gegeneinander gesetzt werden» In einer Abwandlung des Verfahrens wird das Halbleiterbauelement 4 auf dem Substrat 1 angebracht, das mit der noch nicht polymerisierten halbleitenden Paste 'kx, 3b verseilen ist. Dann wird die Po I yniori mm I- i on Ix-w i rk I., wobei die Elemente I, 4 ,si.ch In Ihrur iMid,'yfll I. ί,<·;οι\ ,· ■; < * ι' V < "· ι»— seitigen Lage befinden. Diese Polymerisafclun findet z.U. während einer Stunde auf I50 C im Falle der obengenannten leitenden Paste statt. Nach dieser Polymerisation wird die Temperatur des Substrats auf I70 C _+ 5 C erhöht und wird eine warme Pipette auf das Halbleiterbauelement unter den oben bereits beschriebenen Bedingungen für Wärme und Druck gedrückt.

Im beschriebenen Beispiel sind die Kontaktflächen 5a, 5b des Halbleiterbauelements 4 aus Aluminium hergestellt, während die Kontaktflächen■2a, 2b des Substrats 1 aus Gold bestehen und der Kleber mit Gold gefüllt iat, es dürfte aber einleuchten, daH.i im HmIiiiigii dor KvV i 11 < 11111 ,· ·; «i.-ih Verfahren auch bei Gebilden mit anderen Me LnIJ uu niifvowMiidt werden kann. Z.B. können die folgenden Metalle oder.Logierungen dieser Metalle verwendet werden; Kupfer, JNTiekel, Chrom, Titan, Germanium, Silicium, Molybdän, Kobalt, £irm, Cadmium, Silber, Platin und Palladium.

Unter den obenbeschriebenen Bedingungen wurde mit einem Kristall einer integrierten Schaltung vom Typ uA Jh I mit 7 Kontaktflächen von 100 χ 100 um die elektrische Verbindung unter einem Druck von 700 bis 800 G erhalten und die günstigen Eigenschaften des so hergestellten Gebildes blieben nach einem Dauerversuch von 1000 Stunden bei I50 C erhalten.

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Claims

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PATENTANSPRÜCHE:

Λ.J Verfahren zur gleichzeitigen Herstellung mehrfächer elektrischer Verbindungen zwischen zwfii EJ.pmonfcen (Ί, 4), wobei jedes Element mit Metallisierungen vox'solien ist, die als Kontakti'lächen (2a, 2b; 5a, 5b) bezeichnet werden und dazu bestimmt sind, elektrisch mit denen des anderen Elements verbunden zu werden, und die derart ausgebildet sind, dass, wenn in einer bestimmten Lage die beiden Elemente einander gegenüber angeordnet werden, jede von einem der Elemente getragene Kontakfeflache sich der entsprechenden Kontaktfläche den anderen Elements gegenüber befindet, wobei auf jeder Kontaktfläche mindestens eines der beiden Elemente eine bestimmte Menge einer elektrisch leitenden Paste (3a, 3b) angebracht wird, dadurch gekennzeichnet, dass zunächst die Polymerisation der angebrachten

^ leitenden Paste bewirkt wird, und dass dann zwischen jeder Kontaktfläche (2a, 2b) eines Elements (1 ) und dor .eiiLaproclienden Kontaktfläche (5a, 5^) des anderen Elements (4) die polymerisierte leitende Paste komprimiert wird, wobei mindestens eines der beiden Elemente (1, 4) erhitzt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktflächen (2a, 2b, 5a, 5*0 mindestens eines der beiden Elemente aus einem Metall bestehen, das aus der folgenden Liste gewählt ist: Aluminium, Kupfer, Nickel, Gold, Titan, Germanium, Silicium, Molybdän, Chrom, Kobalt, Zinn, Cadmium, Silber, Platin, Palladiuni, sowie Legierungen von Silber-Palladium, Silber-Platin, ICobalt-Zinn, Kobalt-Nickel, Gold-Kupfer-Cadmium, Gold-Silber, Titan-Gold und Gold-Vanadium.
3· Verfahren nach. Ana^rucli I odor Γ,¹, d.-idnreli ,■·,<»-

3G kennzeichnet, dass die leitende Paste (3a, 3b) ein mit Silberteilchen gefülltes Epoxydharz ist.

4ο Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurcJi gekennzeichnet, dass die leitende Paste (3a, 3b) ein mit Goldteil-

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chen erfülltes Epoxydharz ist.