DE4332639A1

DE4332639A1 - Method for mounting a thin semiconductor die on a sheet-type substrate

Info

Publication number: DE4332639A1
Application number: DE4332639A
Authority: DE
Inventors: Roland Dipl Ing Vollert
Original assignee: Siemens Nixdorf Informationssysteme AG
Current assignee: Wincor Nixdorf International GmbH
Priority date: 1993-09-24
Filing date: 1993-09-24
Publication date: 1995-03-30

Abstract

In order to make it possible to accommodate the greatest possible number of electronic functions of a keyboard on the keyboard overlay (KF), electronic components, present as thin semiconductor dies (DIE) are mounted on the keyboard overlay (KF) and are electrically connected. For fastening and electrical connection, contact bumps (AHD; AHK) consisting of a low-melting alloy, for example a L-SnIn50 alloy, are applied onto the connection contacts (AK) of the semiconductor die (DIE) and optionally additionally onto the contact points (KP) on the keyboard overlay (KF), and these bumps are caused to melt in a welding or soldering process. <IMAGE>

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren nach den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.The invention relates to a method according to the features of Preamble of claim 1.

In der elektronischen Schaltungstechnik besteht an sich grundsätzlich der Wunsch, möglichst viele Funktionen auf ei ner gemeinsamen Baugruppe unterzubringen. Andererseits machen es zum Teil die geometrischen Gegebenheiten eines Gerätes und die Notwendigkeit, einzelne Funktionskomplexe in unterschied licher Technologie zu realisieren, erforderlich, mehrere ge trennte Baugruppen vorzusehen und diese Baugruppen über Steckverbindungen miteinander zu verbinden.In electronic circuit technology there is per se basically the desire to have as many functions as possible to accommodate a common assembly. On the other hand it partly the geometrical conditions of a device and the need to differentiate individual functional complexes Licher technology to implement, required several ge to provide separate assemblies and these assemblies To connect plug connections with each other.

Die schaltungstechnische Aufgabe, elektronische Bauelemente, beispielsweise in Halbleitertechnik aufgebaute Logik und/oder Prozessorbausteine auf einem folienartigen Substrat zu montieren, stellt sich u. a. bei Tastaturschaltfolien, wenngleich sich die mechanischen Eigenschaften des flexiblen Substrats einerseits und eines vergleichsweise starren Bau elements andererseits im allgemeinen schlecht miteinander vereinbaren lassen.The circuitry task, electronic components, for example logic built in semiconductor technology and / or processor components on a film-like substrate to assemble, u. a. for keyboard switching foils, although the mechanical properties of the flexible Substrate on the one hand and a comparatively rigid construction elements, on the other hand, are generally poor with one another let agree.

Diesen Schwierigkeiten ist man bei Tastaturen in der Vergan genheit insofern ausgewichen, als man für die Schaltelemente des Tastaturfeldes und für die Auswerteelektronik Baugruppen unterschiedlicher Technologie eingesetzt hat. Die damit not wendige Steckverbindung zwischen den beiden Baugruppen ist jedoch nicht unproblematisch, weil die flexible Schaltfolie für den notwendigen kraftschlüssigen Steckvorgang nicht son derlich geeignet ist. Diese Steckverbindung läßt sich aber nur dann vermeiden, wenn es gelingt, sämtliche Funktionsein heiten auf einer Tastatur auf einem gemeinsamen Substrat, insbesondere auf einer flexiblen Schaltfolie, unterzubringen. This is the problem with keyboards in the vergan dodged to the extent that one for the switching elements of the keypad and for the evaluation electronics modules different technology. The so necessary agile plug connection between the two modules but not unproblematic because of the flexible switching foil not necessary for the necessary force-locking plug-in process is suitable. This connector can be only avoid if all functions work on a keyboard on a common substrate, in particular on a flexible switching film.

Um sämtliche Funktionseinheiten einer Tastatur auf der ge meinsamen flexiblen Schaltfolie unterzubringen ist es mög lich, unter Anwendung einer Klebetechnik einen Mikroprozessor als Chip, der die Form eines dünnen Halbleiterquaders hat und DIE genannt wird, über den Umweg eines Gehäuses oder über einen Spider oder nach dem WIRE-BOND-Verfahren auf der flexi blen Schaltfolie aufzubringen und elektrisch anzuschließen. Diese Art der Montage und des elektrischen Anschließens des Mikroprozessors auf die flexible Schaltfolie ist aber sehr umständlich.To all functional units of a keyboard on the ge it is possible to accommodate the flexible switching foil Lich, using a gluing technique a microprocessor as a chip that has the shape of a thin semiconductor block and Which is called, via the detour of a housing or via a spider or using the WIRE-BOND process on flexi blen switch film to apply and electrically connect. This type of assembly and electrical connection of the Microprocessor on the flexible switching film is very laborious.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine weniger aufwendige Methode zur Montage und zum elektrischen Anschlie ßen eines Mikroprozessors als Chip auf einer flexiblen Schaltfolie anzugeben.The object of the present invention is therefore one less elaborate method of assembly and electrical connection a microprocessor as a chip on a flexible Specify switching foil.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren ge löst, das die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angege benen Verfahrensschritte aufweist.This object is achieved according to the invention by a method solves that indicated in the characterizing part of claim 1 benen procedural steps.

Danach wird ein Mikroprozessor als Chip ohne Umweg über ein Gehäuse oder über einen Spider oder nach dem WIRE-BOND-Ver fahren direkt auf eine flexible Schaltfolie aufgebracht und elektrisch angeschlossen.Then a microprocessor is used as a chip without going through one Housing or via a spider or according to WIRE-BOND-Ver drive directly onto a flexible switching film and electrically connected.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unter ansprüchen angegeben.Advantageous developments of the invention are in the sub claims specified.

Mit einem Verfahrensschritt gemäß Anspruch 2 wird aus einem Lötvorgang ein Schweißvorgang, mit dem der Mikroprozessor auf der flexiblen Schaltfolie befestigt und elektrisch ange schlossen wird.With a method step according to claim 2, a Soldering process is a welding process that the microprocessor uses the flexible switching film attached and electrically attached is closed.

Mit einem Verfahrensschritt gemäß Anspruch 3 wird eine ver besserte Lötverbindung erzielt. With a method step according to claim 3, a ver better soldered connection achieved.

Mit einem Verfahrensschritt gemäß Anspruch 4 wird eine ver besserte Schweißverbindung erzielt.With a method step according to claim 4, a ver better welded connection achieved.

Mit einem Verfahrensschritt gemäß Anspruch 5 wird eine Oxi dierung der betreffenden Anschlußkontakte weitgehend verhin dert.With a method step according to claim 5, an oxi dation of the relevant contacts largely prevented different.

Mit einem Verfahrensschritt gemäß Anspruch 6 wird verhindert, daß beim Schmelzen der Anschlußhöcker das Schmelzgut zusam mengedrückt und auseinandergequetscht wird, bis ein Kurz schluß mit nahe beieinanderliegenden Kontaktierungspunkten entsteht.A method step according to claim 6 prevents that when melting the connection bumps the melting material together is squeezed and squeezed apart until a short no more contact points close to each other arises.

Eine Zinn-Indium-Legierung gemäß der Ansprüche 7 und 8 für die Anschlußhöcker weist eine niedrige Schmelztemperatur und gute elektrische Eigenschaften auf.A tin-indium alloy according to claims 7 and 8 for the terminal bump has a low melting temperature and good electrical properties.

Eine vorgeschrumpfte Kunststoffolie hat den Vorteil, daß sich die Abmessungen der Folie beim Löt- bzw. Schweißvorgang nicht mehr wesentlich verändern.A pre-shrunk plastic film has the advantage that the dimensions of the film during the soldering or welding process are not change more significantly.

Im folgenden wird das erfindungsgemäße Verfahren anhand eines in der Zeichnung dargestellten Montagebeispiels näher erläu tert. In der Zeichnung zeigenThe method according to the invention is described below using a illustrated in the drawing assembly example tert. Show in the drawing

Fig. 1 einen in Seitenansicht dargestellten Abschnitt eines dünnen Halbleiterquaders mit Anschlußkontakten, die nach ei nem Zwischenschritt des erfindungsgemäßen Verfahrens mit Anschlußhöckern versehen sind. Fig. 1 shows a side view section of a thin semiconductor cuboid with contacts, which are provided after a egg nem step of the inventive method with bumps.

Fig. 2 einen in Seitenansicht dargestellten Abschnitt einer Kunststoffolie mit Kontaktierungspunkten, die nach einem Zwi schenschritt des erfindungsgemäßen Verfahrens mit Anschluß höckern versehen sind, und Fig. 2 shows a side view section of a plastic film with contact points, the bumps are provided after an inter mediate step of the method according to the invention, and

Fig. 3 einen in Seitenansicht dargestellten Abschnitt sowohl des dünnen Halbleiterquaders gemäß Fig. 1 als auch der Kunststoffolie gemäß Fig. 2 in einer gegenseitigen Anord nung, bei der der dünne Halbleiterquader nach einem Schluß schritt des erfindungsgemäßen Verfahrens auf der Kunststoffo lie montiert und elektrisch angeschlossen ist. Fig. 3 shows a side view section of both the thin semiconductor block according to FIG. 1 and the plastic film according to FIG. 2 in a mutual Anord voltage, in which the thin semiconductor block assembled after a final step of the method according to the invention on the Kunststoffo lie and electrically connected is.

In der Fig. 1 ist ein dünner Halbleiterquader DIE zu sehen, der Anschlußkontakte AK aufweist. Auf den Anschlußkontakten AK sind Anschlußhöcker AHD installiert. Die Anschlußhöcker AHD bestehen aus einer niedrigschmelzenden Schmelzlegierung. Die Schmelzlegierung kann aus einer Mischung der Materialien Zinn und Indium bestehen mit einem Mischungsverhältnis der art, daß die Schmelzlegierung mit der Kurzbezeichnung L- SnIn50 umschrieben werden kann. Diese Schmelzlegierung bei spielsweise hat eine Solidustemperatur von 117 Grad Celsius und eine Liquidustemperatur von 125 Grad Celsius.In Fig. 1, a thin semiconductor block DIE can be seen, which has connection contacts AK. AHD bumps are installed on the AK contacts. The AHD connection bumps consist of a low-melting melting alloy. The melting alloy can consist of a mixture of the materials tin and indium with a mixing ratio such that the melting alloy can be described with the short name L-SnIn50. This melting alloy, for example, has a solidus temperature of 117 degrees Celsius and a liquidus temperature of 125 degrees Celsius.

Die Anschlußhöcker AHD auf den Anschlußkontakten AK des Halb leiterquaders DIE können dadurch bewerkstelligt werden, daß die oben beschriebene Schmelzlegierung mit Hilfe einer genau en, zum Beispiel mit Laser ausgeschnittenen, Schablone aufge sprüht oder in einem Schablonendruckverfahren aufgebracht oder mit einem Laser von einem Trägerband mit Lotpaste über tragen und mit einem Flußmittel aufgeschmolzen wird. An schließend kann das Flußmittel durch Waschen mit einem ent sprechenden Lösungsmittel beseitigt werden.The connector bumps AHD on the connector contacts AK of the half ladderquaders DIE can be accomplished in that the melting alloy described above with the help of an exact s, for example a laser cut template sprayed or applied in a stencil printing process or with a laser from a carrier tape with solder paste over wear and melted with a flux. On finally, the flux can be washed with an ent speaking solvents are eliminated.

Durch ein entsprechendes Verfahren, beispielsweise ein Galva nisierverfahren, können die Anschlußhöcker AHD mit einer Edelmetallschutzschicht überzogen werden. Für eine Edelme tallschutzschicht eignet sich beispielsweise Gold. Die Dicke der Schutzschicht kann ungefähr 0,3 Mikrometer betragen.By means of a corresponding method, for example a galva nisierverfahren, the AHD with a Precious metal protective layer are coated. For a noble woman Gold protective layer is suitable, for example. The fat the protective layer may be approximately 0.3 microns.

Zur Herstellung der Anschlußhöcker AHD auf den Anschlußkon takten AK des Halbleiterquaders DIE können zunächst die Ein zelmetalle Zinn und Indium auf die Anschlußkontakte AK aufge bracht werden und anschließend zu einer Kugelform umge schmolzen werden, so daß sich durch eine innige Vermischung der beiden Metalle die niedrigschmelzende Legierung L-SnIn50 ergibt. To produce the connector bumps AHD on the connector con clock AK of the semiconductor block DIE can first the Ein Zelmetalle tin and indium applied to the contacts AK are brought and then converted into a spherical shape be melted, so that by intimate mixing of the two metals, the low-melting alloy L-SnIn50 results.

In der Fig. 2 ist eine folienartige, flexible Kunststoffolie KF mit metallischen Leiterbahnen LB und Kontaktierungspunkten KP auf den Leiterbahnen LB dargestellt. Von den Kontak tierungspunkten KP sind schematisch nur zwei im Bild darge stellt. Die Kontaktierungspunkte KP sind auf den metallischen Leiterbahnen LB zusammen mit den metallischen Leiterbahnen LB in einer Weise verteilt angeordnet, daß diese Anordnung der Anordnung der Anschlußkontakte AK des Halbleiterquaders DIE entspricht. Dies deshalb, weil der Halbleiterquader DIE auf den Kontaktierungspunkten KP der Kunststoffolie KF positioniert und elektrische angeschlossen wird.In FIG. 2, a sheet-like, flexible plastic foil KF is shown with metallic conductor paths LB and contacting points KP on the interconnects LB. Only two of the contact points KP are shown schematically in the picture. The contacting points KP are arranged on the metallic conductor tracks LB together with the metallic conductor tracks LB in such a way that this arrangement corresponds to the arrangement of the connection contacts AK of the semiconductor block DIE. This is because the semiconductor block DIE is positioned on the contact points KP of the plastic film KF and is connected electrically.

Als Kunststoffolie kann beispielsweise eine temperaturstabi lisierte Polyesterfolie, die bei einer Temperatur von 130 Grad vorgeschrumpft wurde, verwendet werden.A temperature stabilizer, for example, can be used as the plastic film lized polyester film, which is at a temperature of 130 Degree has been shrunk.

Auch andere Folien, wie zum Beispiel solche aus Polyimid, können verwendet werden, soweit sie der erforderlichen Verar beitungstemperatur standhalten.Other films, such as those made of polyimide, can be used insofar as they meet the required processing withstand the processing temperature.

Die metallischen Leiterbahnen LB, beispielsweise aus Alumi nium oder Kupfer, können in einem Metallbedampfungsverfahren unter Vakuum auf die Kunststoffolie aufgebracht werden.The metallic conductor tracks LB, for example made of aluminum nium or copper, can be used in a metal vapor deposition process be applied to the plastic film under vacuum.

Auf die Kontaktierungspunkte KP sind, wie die Fig. 2 zeigt, Anschlußhöcker AHK aufgebracht. Die Anschlußhöcker AHK be stehen gemäß dem Ausführungsbeispiel aus dem gleichen Materi al wie die Anschlußhöcker AHD des Halbleiterquaders DIE. Sie können mit entsprechenden Verfahren aufgebracht und mit einer Edelmetallschutzschicht überzogen werden.As shown in FIG. 2, terminal bumps AHK are applied to the contacting points KP. According to the exemplary embodiment, the connection bumps AHK are made of the same material as the connection bumps AHD of the semiconductor block DIE. They can be applied using appropriate processes and coated with a protective layer of precious metal.

Damit bei der Montage des Halbleiterquaders DIE auf die Kunststoffolie KF und dem Herstellen der Kontakte zwischen den Anschlußkontakten AK des Halbleiterquaders DIE und den Kontaktierungspunkten KP der Kunststoffolie KF durch einen Schweiß- oder Lötvorgang die dabei zum Schmelzen gebrachten Anschlußhöcker AHD bzw. AHK der Anschlußkontakte AK des Halbleiterquaders DIE und der Kontaktierungspunkte KP der Kunststoffolie KF nicht durch ein unkontrolliertes Zusammen drücken und Auseinanderquetschen nicht einen Kurzschluß mit nahe beieinanderliegenden benachbarten Kontaktierungspunkten KP verursachen, sind Distanzstücke DS vorgesehen. Die Di stanzstücke DS können in einem Siebdruckverfahren oder in einem Metallbedampfungsverfahren oder galvanisch an vorgege benen Stellen innerhalb eines nach dem Positionieren des Halbleiterquaders DIE auf der Kunststoffolie KF von dem Halbleiterquader DIE auf der Kunststoffolie KF überdeckten Flächenbereichs montiert werden.So that when installing the semiconductor cuboid DIE on the Plastic film KF and making contacts between the contacts AK of the semiconductor block DIE and the Contact points KP of the plastic film KF through a Welding or soldering process that melted Terminal AHD or AHK of the contacts AK of the Semiconductor cuboid DIE and the contact points KP der Plastic film KF not through an uncontrolled combination press and squeeze apart not having a short circuit close to adjacent contact points KP cause spacers DS are provided. The Tues stampings DS can be made in a screen printing process or in a metal vapor deposition process or galvanically on level within a after positioning the Semiconductor cuboid DIE on the plastic film KF from the Semiconductor blocks DIE covered on the plastic film KF Surface area.

Zum Aufschweißen des Halbleiterquaders DIE auf die Kunststoffolie KF wird der Halbleiterquader DIE auf die Kontaktierungspunkte KP der Kunststoffolie KF positioniert. Der Halbleiterquader DIE und die Kunststoffolie KF werden auf eine Temperatur von 130 Grad Celsius erwärmt, so daß die aus Schmelzlegierung L-SnIn50 bestehenden Anschlußhöcker AHD bzw. AHK schmelzen. Dabei wird eine eventuell vorhandene Edelme tallschutzschicht auf der Oberfläche der jeweiligen Anschluß höcker AHD und AHK, soweit sie nicht in die Schmelzlegierung eindiffundiert, wegen der sehr geringen Dicke zerbrochen.For welding the semiconductor block DIE to the Plastic film KF becomes the semiconductor block DIE on the Contact points KP of the plastic film KF positioned. The semiconductor block DIE and the plastic film KF are opened heated a temperature of 130 degrees Celsius, so that from Melting alloy L-SnIn50 existing connection bumps AHD or Melt the towbar. A possibly existing Edelme protective layer on the surface of the respective connection humps AHD and AHK, insofar as they are not in the melt alloy diffused in, broken due to the very small thickness.

Der Schweißvorgang verbindet die Anschlußhöcker AHD der An schlußkontakte AK des Halbleiterquaders DIE mit den An schlußhöckern AHK der Kontaktierungspunkte KP der Kunststoffolie KF. Der Schweißvorgang kann unter Mitwirkung eines Re duktionsmittels wie zum Beispiel Kolophonium erfolgen.The welding process connects the connection bumps AHD of the An final contacts AK of the semiconductor block DIE with the An end humps of the contact points KP of the plastic film KF. The welding process can be carried out with the participation of a Re reducing agents such as rosin.

Fig. 3 zeigt eine Situation, in der der Halbleiterquader DIE in einem Schweißvorgang auf der Kunststoffolie KF montiert und elektrisch angeschlossen ist. FIG. 3 shows a situation in which the semiconductor block DIE is mounted on the plastic film KF in a welding process and is electrically connected.

Eine Alternative zum Schweißvorgang ist ein Lötvorgang. Aus dem Schweißvorgang wird ein Lötvorgang, wenn beispielsweise die Anschlußhöcker der Kontaktierungspunkte KP der Kunststoffolie KF eingespart werden. Ein Flußmittel verbessert dabei die Lötverbindung. Durch das Flußmittel werden die eventuell durch eine Edelmetallschutzschicht geschützten Oberflächen der Kontaktierungspunkte KP der Kunststoffolie KF von Oxiden befreit.An alternative to the welding process is a soldering process. Out the welding process becomes a soldering process if, for example the connection bumps of the contact points KP Plastic film KF can be saved. A flux improves the solder joint. By the flux they may be covered by a protective layer of precious metal protected surfaces of the contact points KP Plastic film KF freed from oxides.

Claims

1. Method for assembling a thin semiconductor cuboid (DIE) with a large number of connection contacts (AK) on a film-like substrate (KF) with conductor tracks (LB) applied thereon, characterized by the following method steps:

a) Providing a predetermined processing temperature withstand plastic film (KF) with brought up metallic conductor tracks (LB) in such a way that the conductor tracks (LB) in an appropriate arrangement of the connection contacts (AK) of the semiconductor block (DIE) contact points (KP ) for contacting between the semiconductor cuboid (DIE) and the conductor tracks (LB);
b) Manage terminal bumps (AHD) on the on contacts (AK) of the semiconductor block (DIE) with a low-melting alloy that has a predetermined melting temperature below the predetermined processing temperature of the plastic film (KF);
c) Positioning the semiconductor block (DIE) on the contact points (KP) of the plastic film (KF) and
d) heating the semiconductor block (DIE) and the Kunststoffo lie (KF) until reaching at least the predetermined melting temperature of the low-melting alloy applied to the connection contacts (AK) of the semiconductor block (DIE) as a bump (AHD).

2. The method according to claim 1, characterized ge indicates that before positioning the Semiconductor cuboid (DIE) on the contact points (KP) of the Plastic film (KF) on the contact points (KP) of the Plastic film (KF) at least in terms of type as the connection hump (AHD) of the connection contacts (AK) of the semiconductor cuboid (DIE) connection bumps (AHK) are applied.

3. The method according to claim 1, characterized ge indicates that before heating the semi-lead terquaders (DIE) and the plastic film (KF) a flux to the for the contact between the semiconductor cuboid (DIE) and the plastic film (KF) relevant authorities is applied.

4. The method according to claim 2, characterized ge indicates that when heating the semiconductor quaders (DIE) and the plastic film (KF) until they are reached at least the predetermined melting temperature on the Connection contacts (AK) of the semiconductor block (DIE) and the Contact points (KP) of the plastic film (KF) as An final hump (AHD; AHK) applied low melting Le Allocation for a fusion of the connection bumps (AHD; AHK) of the Semiconductor cuboid (DIE) and the plastic film (KF) Reducing agent is used.

5. The method according to any one of the preceding claims characterized in that at least on some of the connection bumps (AHD; AHK) a precious metal protective layer is applied.

6. The method according to any one of the preceding claims characterized in that before the Posi the semiconductor cuboid (DIE) on the contact points (KP) of the plastic film (KF) at predetermined Place within one after positioning the half lead terquader (DIE) on the plastic film (KF) covered areas spacers (DS) are attached.

7. The method according to any one of the preceding claims characterized by that as a low melting alloy an alloy of tin and in dium is used.

8. The method according to claim 7, characterized ge indicates that for the low-melting Alloy of tin and indium uses a mix of materials which has a solidus temperature of the order of magnitude 117 degrees Celsius and a liquidus temperature in one Of the order of 125 degrees Celsius.

9. The method according to any one of the preceding claims characterized in that for the Providing the plastic film (KF) a pre-shrunk Plastic film (KF) is used with a Processing temperature in a range that at a Temperature in the order of 130 degrees Celsius Pre-shrinking of the plastic film (KF) allows.