SE516358C2

SE516358C2 - Alignment structure for positioning parts in microelectronic systems - has elastic bumps on surface of one part which fit V=grooves in surface of other such that parts can slide in direction perpendicular to surfaces

Info

Publication number: SE516358C2
Authority: SE
Inventors: Hjalmar Hesselbom Huddinge Sverige Lillebror; Peter Bodo Linkoping Sverige Jan
Original assignee: Infineon Technologies Ag St Martin Strasse 53 81669 München Tyskland; Telefonaktiebolaget L M Ericsson 126 25 Stockholm Sverige
Publication date: 2002-01-08

Abstract

The structure (100) comprises two parts: a wafer (110) with V-grooves (102, 104) fabricated in its surface, and a structure (128) that includes moulded bumps (106, 108) on a substrate (126). The bumps are made of an elastic material, such as a silicone elastomer, and fit into the grooves when the parts are brought together. The grooves may be 5-corner pentahedral or pyramidal in form and the bumps truncated 5-corner pentahedrons or truncated pyramids.

Description

30 35 . 516 358 2 terial med olika värmeutvidgningskoefficienter, kan massiva fogar orsaka problem på grund av spänningar, som orsakas av temperaturvariationer. Inom området elektronik- och optronik- produktion ökar kraven på mycket exakt lokalisering med mins- kade mått och mer avancerad packning. Exempelvis kan värmeut- vidgning orsaka svårartade problem på grund av förflyttning av en laser som används för att mata ut ljus till en optisk fiber med en mod. Hos ett annat exempel skadar spänningar som härrör från värmeutvidgning elektriska förbindningar till ett stansat vipp-chip ("die flip-chip") monterat på ett substrat med en annan värmeutvidgningskoefficient än själva stansen ("die"). antal och komplexitet hos integrerade kretsar, En annan aspekt är att eftersom paketen har ökat i IC-kretsar, erfordras enkel reparation för att åstadkomma tillräcklig produktivitet. 30 35 . 516 358 2 materials with different thermal expansion coefficients, solid joints can cause problems due to stresses caused by temperature variations. In the field of electronics and optronics production, the demands for very precise localization with reduced dimensions and more advanced packaging are increasing. For example, thermal expansion can cause severe problems due to the movement of a laser used to output light to an optical fiber with a single mode. In another example, stresses resulting from thermal expansion damage electrical connections to a die flip-chip mounted on a substrate with a different thermal expansion coefficient than the die itself. Another aspect is that as packages have increased in ICs, easy repair is required to achieve sufficient productivity.

Inriktning har åstadkommits genom att använda en yta, ett vägghörn som sträcker sig från denna yta sedan säkra sys- temet genom, exempelvis limning eller lödning osv. Om de in- riktade delarna utvidgar sig olika på grund av uppvärmning vid drift kan olika saker inträffa. Om förbindningen är myck- et styv orsakar utvidgningen spänningar och slutligen viss deformation eller möjligtvis brott. Inriktningen går förlorad i åtminstone en dimension.Alignment has been achieved by using a surface, a wall corner extending from this surface then securing the system by, for example, gluing or soldering etc. If the aligned parts expand differently due to heating during operation, various things can happen. If the joint is very stiff, the expansion causes stresses and eventually some deformation or possibly breakage. Alignment is lost in at least one dimension.

Betrakta den relativa lokaliseringen av två individuella delar. Denna kan åstadkomma och har tidigare àstadkommits ge- nom att använda spår för uppställning, exempelvis har V-spår gjorts genom anisotropisk våt kemisk etsning i kisel för in- stift, el- passning med utskjutande strukturer, såsom kulor, ler V-utsprång i den andra delen.Consider the relative location of two individual parts. This can be achieved and has previously been achieved by using grooves for alignment, for example, V-grooves have been made by anisotropic wet chemical etching in silicon for insertion, electrical fitting with protruding structures, such as balls, or V-protrusions in the other part.

Ett sätt att få för-fininriktning hos vipp-chips är att använda mekanisk lokaliseringsutrustning innan de två delarna löds ihop. n u n o I II 10 15 20 25 30 516 358 3 Ett annat sätt är att använda själva vipp-chips lödning- en, som innefattar inriktningskonstruktioner_ Den faktiska inriktning, som bestämmer lödfogen, mäste förstöras vid sepa- rering och en ny bildas för den utbytta delen.One way to achieve fine alignment of flip-chips is to use mechanical locating equipment before the two parts are soldered together. n u n o I II 10 15 20 25 30 516 358 3 Another way is to use the flip-chip soldering itself, which includes alignment structures. The actual alignment, which determines the solder joint, must be destroyed upon separation and a new one formed for the replaced part.

Existerande förfaranden erbjuder inriktning med styva fogar, men dessa kan orsaka utvidgning och problem med dàlig passning, såsom skador eller plötslig felinriktning i en riktning.Existing methods offer alignment with rigid joints, but these can cause expansion and poor fit problems, such as damage or sudden misalignment in one direction.

I US patent 5,214, 308, Masanori Nishiguchi et al., be- skrivs ett mikroinriktningsförfarande, som baseras pá bulor och spàr. I denna skrift beskrivs inriktning före permanent fästning till bas-substratet. Bulorna och spåren är inte ex- akt formade efter varandra.US Patent 5,214,308, Masanori Nishiguchi et al., describes a micro-alignment method based on bumps and grooves. This document describes alignment before permanent attachment to the base substrate. The bumps and grooves are not exactly shaped one after the other.

Sammanfattning Uppfinningen löser problemet med inriktning av delar utan användning av mekanisk för-fininriktning.Summary The invention solves the problem of aligning parts without the use of mechanical pre-alignment.

Uppfinníngen kan också àstadkomma och bibehàlla mycket exakt inriktning i kombination med elasticitet för att exem- pelvis hantera dàlig passning pà grund av utvidgning vid en central punkt eller i princip en godtycklig punkt hos de in- riktade delarna genom omsorgsfull lokalisering av bulor och spàr. Spàren kan ha en 5 hörnig pentaeder- eller pyramidform och bulorna kan ha en trunkerad 5 hörnig pentaederform eller trunkerad pyramid form. Uppfinníngen behöver inte nàgon för- fininriktning, eftersom inriktningsstrukturerna är mycket stora jämfört med den precision de erbjuder, där delarna au- tomatiskt hamnar i rätt läge, när de pressas ihop, efter en grov för-inriktning. lO 15 20 25 30 516 s se ziï: - ~ " 4 Uppfinningen använder elastiska material för de utskju- tande delarna för att perfekt passa ihop med V-spåren. För att åstadkomma detta är bulorna gjorda av elastiskt material och formade delvis efter V-bulor genom gjutning. En gjutform används som en passningsdel eller en liknande gjutform an- vänds, vilken har identisk eller liknande form som V-spåren.The invention can also achieve and maintain very precise alignment in combination with elasticity to, for example, handle poor fit due to expansion at a central point or in principle an arbitrary point of the aligned parts by careful location of bumps and grooves. The grooves can have a 5-cornered pentahedron or pyramid shape and the bumps can have a truncated 5-cornered pentahedron or truncated pyramid shape. The invention does not require any pre-alignment, since the alignment structures are very large compared to the precision they offer, where the parts automatically end up in the correct position, when pressed together, after a rough pre-alignment. lO 15 20 25 30 516 s see ziï: - ~ " 4 The invention uses elastic materials for the protruding parts to perfectly fit together with the V-grooves. To achieve this, the bulges are made of elastic material and shaped partly after the V-grooves by casting. A casting mold is used as a fitting part or a similar casting mold is used, which has an identical or similar shape to the V-grooves.

Genom att använda V-formade bulor eller spår inriktas bulorna automatiskt i V-spåren, när de två delarna förs ihop.By using V-shaped bumps or grooves, the bumps automatically align in the V-grooves when the two parts are brought together.

Denna lösning har åtminstone en fast godtycklig punkt, som ligger mellan två angränsande bulor och spår i de två de- larnas ytplan. De två delarna kan glida utmed varandra. Rö- relsen i den vinkelräta riktningen, dvs höjdskillnaden mellan de två delarna, kan styras genom en extern kraft eller genom bulans storlek. Detta betyder att bulorna och V-spåren har god inriktning i xy-riktningen och att de även är delvis in-" riktade utmed z-riktningen.This solution has at least one fixed arbitrary point, which lies between two adjacent bumps and grooves in the surface plane of the two parts. The two parts can slide along each other. The movement in the perpendicular direction, i.e. the height difference between the two parts, can be controlled by an external force or by the size of the bump. This means that the bumps and V-grooves have good alignment in the xy direction and that they are also partially aligned along the z direction.

De icke-permanenta bulorna hos spårinriktningsförfaran- den åstadkommer automatisk hög precision utan att bulorna fungerar som en sammanfogande del, förutsatt att där finns någon annan kraft som trycker ihop de två delarna. Genom att använda dessa typer av delar kan de monteras ned och kontinu- erligt ersättas utan att skada inriktningskonstruktionerna.The non-permanent bumps of the track alignment process automatically achieve high precision without the bumps acting as a joining part, provided there is some other force pressing the two parts together. By using these types of parts, they can be dismantled and continuously replaced without damaging the alignment structures.

En fördel hos uppfinningen är att fortsatt hög preci- sionsinriktning hos delar är stabil, när externa mekanismer påverkar delarna.An advantage of the invention is that continued high precision alignment of parts is stable when external mechanisms act on the parts.

En annan fördel hos uppfinningen är delarns föränderlig- het och ersättbarhet, i avancerade förpackningssystem. u | n u v .o 10 15 20 25 30 516 ss s šïï* ëiïš - ~ 5 En annan fördel hos uppfinningen är att delarna kan ab- sorbera elastiska förändringar och fortfarande kan vara in- riktade utmed en linje i xy-planet.Another advantage of the invention is the changeability and replaceability of the parts, in advanced packaging systems. u | n u v .o 10 15 20 25 30 516 ss s šïï* ëiïš - ~ 5 Another advantage of the invention is that the parts can absorb elastic changes and can still be aligned along a line in the xy plane.

En annan fördel hos uppfinningen är att delarna kan återanvändas och hållas inriktade, även efter ett mycket stort antal hoppassningar.Another advantage of the invention is that the parts can be reused and kept aligned, even after a very large number of matings.

En annan fördel hos uppfinningen är att bulorna och spå- ren är utformade för perfekt hoppassning för att åstadkomma maximal inriktning.Another advantage of the invention is that the bumps and grooves are designed to perfectly match to achieve maximum alignment.

En annan fördel hos uppfinningen är att tillverkningsre- producerbarheten är mycket hög och använder enkla förfaran- den, vilket ger låga produktionskostnader.Another advantage of the invention is that the manufacturing reproducibility is very high and uses simple procedures, which results in low production costs.

En ytterligare fördel hos uppfinningen är att uppfin- ningen resulterar i mycket exakt inriktning och frihetsgrad för spänningar för mikrodelar som åstadkoms genom att använda mer eller mindre standardiserade planartekniker tillsammans med gjutning av elastiska sammansättningar.A further advantage of the invention is that the invention results in very precise alignment and degrees of freedom for stresses for microparts which are achieved by using more or less standardized planar techniques in conjunction with molding of elastic compositions.

En ytterligare fördel hos uppfinningen är att uppfin- ningen kan bibehålla inriktningen även om där finns värmeför- skjutning hos delar.A further advantage of the invention is that the invention can maintain alignment even if there is thermal displacement of parts.

Uppfinningen beskrivs nu vidare med hjälp av detaljerad beskrivning av de föredragna utföringsformerna och de bifoga- de figurerna.The invention is now further described with the aid of a detailed description of the preferred embodiments and the accompanying figures.

Kortfattad figurbeskrivning I fig. la visas ett tvärsnitt av två delar vid ett av- stånd från varandra, med hjälp av bulor i V-spår. 10 15 20 25 30 516 3 5 8 §II= zif; - f* I fig. 1b visas ett tvärsnitt av delar med elastiska bu- lor i V-spår som har förts ihop.Brief description of the figures In Fig. 1a a cross-section of two parts at a distance from each other is shown, with the help of bulges in V-grooves. 10 15 20 25 30 516 3 5 8 §II= zif; - f* In Fig. 1b a cross-section of parts with elastic bulges in V-grooves which have been brought together is shown.

Fig. 2a-b visas vyer ovanifrån av olika spår.Fig. 2a-b show top views of various tracks.

Detaljerad beskrivning av utföringsformer Uppfinningen beskriver ett förfarande för snabb och en- kel icke-permanent elastisk själv-inriktad högprecisionsmon- tering, så att montering av delar erfordrar endast grov yttre inriktning, samtidigt som fördefinierad elasticitet bibehålls för att begränsa spänningar orsakade av termiska och andra dåliga passningar.Detailed Description of Embodiments The invention describes a method for rapid and simple non-permanent elastic self-aligning high-precision assembly, such that assembly of parts requires only rough external alignment, while maintaining predefined elasticity to limit stresses caused by thermal and other misfits.

Den första figuren visar ett exempel av uppfinningen.The first figure shows an example of the invention.

Uppfinningen kan naturligtvis användas i ett godtyckligt mik- rometer eller tom i ett ännu mindre system. I fig. 1 visas en föredragen utföringsform av uppfinningen, en inriktnings- struktur 100. 102, 108 på en andra del 112. Lokaliseringens precision bestäms av I fig. la visas en första del 110 med V-spår 104 nedflyttad för att passa ihop med gjutna bulor 106, tekniken och de material som används för att göra i ordning bulorna 106, 108 och V-spåren 102, 104. Den första delen 110 är gjord av exempelvis en enskild kristallin Si-skiva (100), och den andra delen består av ett substrat 126 och en struk- tur 128 med bulor. Bulorna 106, 108 är gjorda av ett elas- tiskt material såsom exempelvis en silikonelastomer. Natur- ligtvis kan de två delarna 110, 112 vara försedda med bulor 106, 108 eller V-spår 102, 104, de två delarna 110, 112. Varje del 110,112 kan ha både V-spår även på den motsatta sidan av och bulor på samma del och på samma eller den motsatta sidan av delen. Den andra delen kan exempelvis vara en Si-skiva. 10 15 20 25 30 35 516 358 7 Förfarandet för inriktning av strukturen 100, se fig. lb: för det första, de två delar 110, 112, 102, 104 och bulorna 106, för-inriktning, som har V-spåren 108, placeras genom någon form av 108 befinner sig inuti periferin för V-spårens öppningar; för det så att en övre del 126 av bulorna 106, andra, genom att kontinuerligt anbringa en kraft 114 och/ el- ler en kraft 116 på inriktningsstrukturen 100 glider bulorna 106, 124 för att få ex- akt inriktning i riktningar parallell med en basyta hos bu- lorna 106, 108 eller V-spåren 102, 104. 108 på V-spårens lutande väggar 122, Man kan separera de två delarna 110, 112 genom att av- lägsna kraften 114 och/eller kraften 116 på inriktningskon- 112.The invention can of course be used in any micrometer or even a smaller system. In Fig. 1 a preferred embodiment of the invention is shown, an alignment structure 100, 102, 108 on a second part 112. The precision of the location is determined by In Fig. la a first part 110 with V-grooves 104 moved down to match molded bumps 106 is shown, the technique and the materials used to arrange the bumps 106, 108 and the V-grooves 102, 104. The first part 110 is made of, for example, a single crystalline Si wafer (100), and the second part consists of a substrate 126 and a structure 128 with bumps. The bumps 106, 108 are made of an elastic material such as, for example, a silicone elastomer. Of course, the two parts 110, 112 may be provided with bumps 106, 108 or V-grooves 102, 104, the two parts 110, 112. Each part 110, 112 may have both V-grooves also on the opposite side of and bumps on the same part and on the same or the opposite side of the part. The second part may be, for example, a Si wafer. 10 15 20 25 30 35 516 358 7 The method for aligning the structure 100, see Fig. lb: first, the two parts 110, 112, 102, 104 and the bumps 106, pre-alignment, which have the V-grooves 108, are placed by some form of 108 located inside the periphery of the V-grooves openings; so that an upper portion 126 of the protrusions 106, others, by continuously applying a force 114 and/or a force 116 to the alignment structure 100, the protrusions 106, 124 slide to obtain exact alignment in directions parallel to a base surface of the protrusions 106, 108 or the V-grooves 102, 104. 108 on the inclined walls 122 of the V-grooves. The two portions 110, 112 can be separated by removing the force 114 and/or the force 116 on the alignment cone 112.

Separeringen är möjlig, eftersom inriktningsstrukturens 100 struktionen 100 och sedan separera de två delarna 110, permanenta delar 110, 112 inte är hopfogade. Följaktligen är det lätt att åstadkomma separation, om utbyte eller repara- tion erfordras.The separation is possible because the alignment structure 100 and then separate the two parts 110, permanent parts 110, 112 are not joined together. Accordingly, separation is easy to achieve if replacement or repair is required.

När inriktningsstrukturen 100 är inriktad, förutsatt att den första delen 110 i fig. lb är utvidgad i förhållande till den andra delen 112 och krafter 114, de två delarna 110, En effekt är att, 116 har anbringats till 112 och olika effekter inträffar på de om de krafter 114, 116 som 112, är förhållandevis låga, 104. Inrikt- ningsstrukturen 100 bibehåller i stort sätt en lateral in- två delarna. trycker ihop de två delarna 110, börjar bulorna 106, 108 glida ur V-spåren 102, riktning av en fast punkt 130, som ligger mellan bulorna 106, 108, större än utvidgningen mellan bulorna 106, 108, på grund av under det att den vertikal felinriktningen kan vara väggarnas vinkel i spåren 102, 104. Eftersom inriktnings- strukturen 100 har rörliga delar 110, 112 återkommer den till sitt ursprungliga läge. En annan effekt är att, om de krafter 114, 116, 112, så bibehålls den laterala inriktningen av den fasta punkten som håller ihop de två delarna 110, är låga, 10 15 20 25 30 516 358 8 130, men där kan finnas en viss vertikal förskjutning. En tredje effekt är att, om krafterna 114, 116 är starka tas ut- vidgningsskillnaden hos inriktningsstrukturens 100 delar upp av elastiska bulor 106, 108, som bibehåller lateral inrikt- ning, sàväl som vertikal inriktning för en fast punkt 130 el- ler linje. En ytterligare effekt är att, om krafterna 114, 116 är förhållandevis stora, så att de väsentligen förhindrar varje större vertikal rörelse, deformerar utvidgningen bulor- na 106, 108. I detta läge bibehålls den fasta punktens 130 vertikala inriktning och laterala inriktning mellan bulorna 106, 108. Om en liknande struktur görs med icke-elastiska bu- lor för styva punkter är endast mindre förskjutningar möjliga innan bulorna 106, 108 deformeras plastiskt, eller förstörs.When the alignment structure 100 is aligned, assuming that the first portion 110 in Fig. 1b is expanded relative to the second portion 112 and forces 114, the two portions 110, 116 have been applied to 112 and various effects occur on the two portions 104. The alignment structure 100 maintains a substantially lateral in- One effect is that the forces 114, 116 that 112, are relatively low. When the two parts 110 are pressed together, the protrusions 106, 108 begin to slide out of the V-grooves 102, the direction of a fixed point 130, which is located between the protrusions 106, 108, is greater than the expansion between the protrusions 106, 108, due to the fact that the vertical misalignment may be the angle of the walls in the grooves 102, 104. Since the alignment structure 100 has movable parts 110, 112, it returns to its original position. Another effect is that, if the forces 114, 116, 112, the lateral alignment of the fixed point holding the two parts 110 together is low, 10 15 20 25 30 516 358 8 130, but there may be some vertical displacement. A third effect is that, if the forces 114, 116 are strong, the expansion difference of the alignment structure 100 is taken up by elastic bulges 106, 108, which maintain lateral alignment, as well as vertical alignment for a fixed point 130 or line. A further effect is that, if the forces 114, 116 are relatively large, so as to substantially prevent any major vertical movement, the expansion deforms the bulges 106, 108. In this position, the vertical alignment of the fixed point 130 and the lateral alignment between the bulges 106, 108 are maintained. If a similar structure is made with inelastic bulges for rigid points, only minor displacements are possible before the bulges 106, 108 are plastically deformed, or destroyed.

Betrakta själva inriktningsstrukturen 100; bulorna 106, 108, är gjorda av elastiskt material och stora mikro-för- skjutningar i alla riktningar, som har orsakats av värmut- vidgning eller vibrationer, är möjliga utan betydande spän- ningar i de två delarna 110, 112. Kombinationen av spåren 102, 104 och bulorna 106, 100 med en god precision. 108 förser inriktningsstrukturen 104 tillverkas. För att åstadkomma en exakt inriktning kan det Nedan beskrivs hur bulorna 106, 108 och spåren 102, göras när V-spåren 102, 104 är gjorda i ett substrat, exem- pelvis Si, genom att använda anisotropisk etsning på (100) skivan. En mer detaljerad beskrivning på hur man gör V-spåren 102, 104 och de elastiska bulorna 106, 108 finns i en samti- digt inlämnad patentansökan "Förfarande för att tillverka elastiska bulor". Likaledes kan de elastiska bulorna 106, 108 bildas genom att använda en härdbar silikonsammansättning, som formbart täcker släppmedlet och en anisotropiskt etsad (100) Si-skiva. I båda fallen används högprecisionslitografi. 10 15 20 25 30 516 358 9 Först, genom att göra mycket väldefinierade rektangulära eller fyrkantiga V-spår 102, 104, se fig. 2a-b, det kan vara en enskild kristallin kiselskiva om etsad anisotropiskt, ex- (100):(110) anisotropisk etsning och med (100) riktade skivor. Sido- 104 i {11l} plan, empelvis skivor. Ett etsningsförfarande är väggarna 122, 124 åstadkoms i V-spåren 102, som har en vinkel d om 54,7° mot en yta vinkelrät mot (100) Bredden D1, fig. lb, skivan bestäms genom öppningar i en etsningsmask som har skivan. och V-spårens 102, 104 läge pà gjorts genom standard processer för elektronisk produktion vid en upplösning i under mikrometer området. Reproducerbar- heten hos maskningslitografi och kiseletsning är mycket hög.Consider the alignment structure 100 itself; the bumps 106, 108 are made of elastic material and large micro-displacements in all directions, caused by thermal expansion or vibrations, are possible without significant stresses in the two parts 110, 112. The combination of the grooves 102, 104 and the bumps 106, 100 with a good precision. 108 provides the alignment structure 104 is manufactured. In order to achieve a precise alignment, it can be described below how the bumps 106, 108 and the grooves 102, are made when the V-grooves 102, 104 are made in a substrate, for example Si, by using anisotropic etching on the (100) wafer. A more detailed description of how to make the V-grooves 102, 104 and the elastic bumps 106, 108 is found in a co-pending patent application "Method for Making Elastic Bumps". Likewise, the elastic bumps 106, 108 can be formed by using a curable silicone composition, which moldably covers the release agent and an anisotropically etched (100) Si wafer. In both cases, high precision lithography is used. 10 15 20 25 30 516 358 9 First, by making very well-defined rectangular or square V-grooves 102, 104, see Fig. 2a-b, it can be a single crystalline silicon wafer if etched anisotropically, ex- (100):(110) anisotropic etching and with (100) oriented wafers. Side- 104 in {11l} plane, for example wafers. An etching process is the walls 122, 124 are produced in the V-grooves 102, which have an angle d of 54.7° to a surface perpendicular to (100) The width D1, Fig. lb, the wafer is determined by openings in an etching mask that has the wafer. and the position of the V-grooves 102, 104 on the wafer. made by standard processes for electronic production at a resolution in the sub-micrometer range. The reproducibility of mask lithography and silicon etching is very high.

För det andra, för att göra mycket väldefinierade bulor 106, 108, som passar in i ovannämnda V-spår 102, 104 används följande förfarande. En gjutform används för att gjuta de elastiska bulorna 106, 108 med mycket hög precision. Man kan åstadkomma gjutformen på två sätt: antingen genom att använda den första del 110, 104, gjutform, eller en liknande gjuform som kopierar inriktnings- som har V-spår 102, för att göra en kanterna hos den andra delen 112 med en mycket stor noggrann- nhet. I detta fall visar fig. 1 att bulorna gjorda av en lik- 108. På grund av den mycket höga reproducerbarheten hos V-spårets- nande gjutform, som har samma form som bulorna 106, ning, kan den liknande gjutformen vara konstruerad så att bulorna 106, 108 passar in i V-spåren 102, 104, exakt enligt önskemål och såsom förutbestämts. Exempelvis, om bulorna 106, 108 är breda vid bulans fot, bredd D2 i fig. lb, skulle det öka höjdskillnaden D3 mellan de två delarna 110, 112, ändring av det laterala läget. Dessutom kan en liknande gjut- utan form vara gjord så att bulorna 106, 108 kan få en plan eller trunkerad topp 126, istället för att vara spetsiga eller V- formade, vilket ökar den vertikala flexibiteten och även o | | o I I' 10 15 20 25 30 516 358 10 108 när V-spàrens 102, 104 dvs hindrar lokaliseringen fràn att vara överbestämd. förhindrar att bulorna 106, botten, I synnerhet vid användning av härdbara silikonmaterial för att tillverka bulorna 106, 108, kan reproducerbarheten hos den likartade gjutformen var mycket hög, vilket möjliggör mycket exakt inriktning när de producerade bulorna 106, 108 passas ihop med V-spàren 102, 104.Secondly, to make very well-defined bulges 106, 108, which fit into the aforementioned V-grooves 102, 104, the following procedure is used. A mold is used to cast the elastic bulges 106, 108 with very high precision. The mold can be made in two ways: either by using the first part 110, 104, mold, or a similar mold that copies the alignment of the edges of the second part 112 with very high accuracy. In this case, Fig. 1 shows that the bumps made of a similar mold, which has the same shape as the bumps 106, can be designed so that the bumps 106, 108 fit into the V-grooves 102, 104, exactly as desired and as predetermined. For example, if the bumps 106, 108 are wide at the foot of the bump, width D2 in Fig. 1b, it would increase the height difference D3 between the two parts 110, 112, changing the lateral position. In addition, a similar mold can be made so that the bumps 106, 108 can have a flat or truncated top 126, instead of being pointed or V-shaped, which increases the vertical flexibility and also o | | o I I' 10 15 20 25 30 516 358 10 108 when the V-grooves 102, 104 i.e. prevent the location from being overdetermined. prevents the bumps 106, bottom, In particular when using curable silicone materials to manufacture the bumps 106, 108, the reproducibility of the similar mold can be very high, which allows for very precise alignment when the produced bumps 106, 108 are matched with the V-grooves 102, 104.

Ett annat förfarande för att göra de föredragna bulorna 106, 104 är att använda fotolitografisk maskning inriktad med redan existerande 108 och de föredragna V-spåren 102, strukturer pà exempelvis lasrar eller IC-kretsar. Innan del- arna har separerats görs spàr, antingen genom att använda anisotropisk etsning eller nàgot annat förfarande. Likadana, med speglade spár görs också i liknande eller annat material, som används som en likartad gjutform. Antingen denna gjut- form, eller den del pà vilken de elastiska bulorna fästes, täcks sedan med det elastiska materialet i dess för-härdade form, därefter pressas denna del och gjutformen ihop i vakuum. Härigenom fyller det elastiska materialet spåren i gjutformen. Efter detta härdas det elastiska materialet med om gjutformen eller delen värme, eller möjligtvis med ljus, släpper igenom härdljuset, och gjutformen skiljs fràn det elastiska materialet.Another method for making the preferred bumps 106, 104 is to use photolithographic masking aligned with pre-existing 108 and the preferred V-grooves 102, structures on, for example, lasers or IC circuits. Before the parts are separated, grooves are made, either by using anisotropic etching or some other method. Similar, with mirrored grooves are also made in similar or other material, which is used as a similar mold. Either this mold, or the part to which the elastic bumps are attached, is then covered with the elastic material in its pre-cured form, then this part and the mold are pressed together in a vacuum. This causes the elastic material to fill the grooves in the mold. After this, the elastic material is cured with, if the mold or part is heat, or possibly with light, passing through the curing light, and the mold is separated from the elastic material.

För att få högprecisionsinriktning i riktningen vinkel- rät mot ytan mäste en styryta anbringas, antingen frän sidan mittemot spàren eller vid samma sida som åstadkommer viss kraft fràn en motsatt sida. 104 och bulornas 106, används för att lokalisering kan vara av samma storleksord- V-spàrens 102, 108 mätt som ning som skivans tjocklek. 10 15 20 25 30 35 516 358 ll En alternativ utföringsform av uppfinningen är en in- riktningsstruktur 100, som använder endast en bula 106 och ett spår 102. För att åstadkomma inriktningsstrukturen måste bulan 106 ha exakt samma väggar som spårets 102 väggar och ligga inom komprimerbarheten hos samma mått från bulans 106 botten 118 till dess topp 120. Bulan 106 kan ha en avhuggen topp, som tidigare, utan att inriktningskraven förändras. I detta fall styrs lutningen och det vertikala läget av yttre passningsytor till bulans botten. Alternativt kan bulan göras större, så att den kan passa ihop med tidigare ytor. Istället styr de ytor som trycker från baksidan, lutningen och, till- sammans med bulan, det vertikala läget.To obtain high-precision alignment in the direction perpendicular to the surface, a guide surface must be applied, either from the side opposite the groove or at the same side that produces some force from an opposite side. 104 and the bumps 106, are used to allow localization to be of the same order of magnitude as the thickness of the disc. 10 15 20 25 30 35 516 358 ll An alternative embodiment of the invention is an alignment structure 100, which uses only a bump 106 and a groove 102. To achieve the alignment structure, the bump 106 must have exactly the same walls as the walls of the groove 102 and be within the compressibility of the same dimensions from the bottom 118 of the bump 106 to its top 120. The bump 106 may have a truncated top, as before, without changing the alignment requirements. In this case, the slope and vertical position are controlled by external mating surfaces to the bottom of the bump. Alternatively, the bump can be made larger, so that it can mate with previous surfaces. Instead, the surfaces pressing from the back control the slope and, together with the bump, the vertical position.

Den tidigare beskrivna föredragna utföringsformen kan modifieras, men till priset av sämre precision. Bulorna 106, 104. va bulor tillverkas, används en annan gjutform. Denna gjut- 108 kan ha en annan form än V-spåren 102, När alternati- form använder inte anisotropisk etsning, men i stället något annat etsningsförfarande eller maskinbearbetningsförfarande. 104 och bulorna 106, form så länge som bulorna passar in i spåren på ett själv- V-spåren 102, 108 behöver inte ha samma centrerande sätt. Man kan också gjuta sidinriktande anslag på den andra delen, där dessa kan användas som inriktningsstruk- 104. Detta skulle kräva att de inriktande anslagssidorna är väldefinierade med avseende turer i stället för spåren 102, på det viktiga inriktningsfältet för de två delarna. Dessutom kan sammansättningen vara gjord av något annat än silikon, dvs polyuretan eller något elastiskt eller halv-elastiskt ma- terial.The previously described preferred embodiment can be modified, but at the cost of lower precision. The bumps 106, 104. When the bumps are made, a different mold is used. This mold 108 can have a different shape than the V-grooves 102, When the alternative mold does not use anisotropic etching, but instead some other etching or machining process. 104 and the bumps 106, shape as long as the bumps fit into the grooves in a self-centering manner. The V-grooves 102, 108 do not need to have the same centering manner. One can also cast side alignment stops on the other part, where these can be used as alignment structures instead of the grooves 102, on the important alignment field of the two parts. This would require that the alignment stop sides are well defined with respect to the grooves 102, on the important alignment field of the two parts. Additionally, the composition may be made of something other than silicone, i.e. polyurethane or some elastic or semi-elastic material.

Genom att kopiera i en flerstegsprocess kan en elastisk gjutform göras för att underlätta lossandet av gjutformen in- riktningsanslag från substratet, men endast till priset av en sämre noggrannhet. Detta innebär att en stomme först gjuts av lO 15 20 25 30 35 516 358 12 ett material och sedan gjutning med denna stomme som gjutform för ett elastiskt eller flexibelt material. Denna kan fungera som en gjutform för elastiska bulor på ett styvt material. På grund av användningen ett större antal reproduceringssteg blir noggrannheten sämre.By copying in a multi-step process, an elastic mold can be made to facilitate the release of the mold alignment stop from the substrate, but only at the cost of lower accuracy. This means that a body is first cast from a material and then cast with this body as a mold for an elastic or flexible material. This can function as a mold for elastic bumps on a rigid material. Due to the use of a larger number of reproduction steps, the accuracy is lower.

Hos en alternativ utföringsform av bulstrukturen ersätts bulan med ett spår innefattande en kula eller ett stift av elastiskt material tillverkat med en hög precision och till- räcklig stor för att skjuta ut från V-spåret för att följakt- ligen åstadkomma inriktning med det hoppassade V-spåret. Ku- lorna eller stiften kan i en annan utföringsform vara av ett icke-elastiskt material, men spårens sidväggar kan vara täck- ta vid hög precision med elastiskt material.In an alternative embodiment of the bump structure, the bump is replaced by a groove comprising a ball or pin of elastic material manufactured with high precision and large enough to protrude from the V-groove to thereby achieve alignment with the mating V-groove. The balls or pins may in another embodiment be of a non-elastic material, but the side walls of the grooves may be covered with high precision elastic material.

Genom att ha en styv ininriktningsstruktur på en sida och en elastisk kraft på den andra sidan är det möjligt att åstadkomma "perfekt" inriktning vid sidan mot den styva in- riktningskonstruktionen. Eftersom de två delarna utvidgar sig på olika sätt kan inriktningen bibehàllas endast vid detta steg, under det att felinriktningen skulle öka för lägen längre bort från kanten.By having a rigid alignment structure on one side and an elastic force on the other side, it is possible to achieve "perfect" alignment at the side against the rigid alignment structure. Since the two parts expand differently, alignment can be maintained only at this stage, while misalignment would increase for positions further away from the edge.

Användningen av styva bulor möjliggör också mycket exakt vertikal lokalisering. Den tillåter inga skillnader i utvidg- ning mellan de två delarna utan att förlora inriktning eller utsätta de två delarna för hård pàkänning.The use of rigid bumps also enables very precise vertical localization. It allows for no differences in expansion between the two parts without losing alignment or subjecting the two parts to severe stress.

Bulorna 106, 108 och spåren 102, 104 kan naturligtvis användas för allmän mikroinriktning av de två delarna 110, 112, och inom samma områden som beskrivs i de samtidigt in- lämnade patentansökningarna "Elektriska kontaktdon med hög densitet" ("Hight density electrical connectors") och för- bindningar av typen vipp-chip med elastisk kontakt ("Flip- chip type connection with elastic contacts". 516 358 13 Den ovan beskrivna uppfinningen kan utformas på många andra sätt utan att avvika från dess anda eller väsentliga kännetecken. Följaktligen betraktas denna utföringsform i al- la avseende som illustrativ och icke-begränsande, där uppfin- ningens ram indikeras av de bifogade kraven, och inte av ovanstående beskrivning, och alla förändringar, som faller inom betydelsen och motsvarigheten för kraven anses följakt- ligen täckas av dessa.The bumps 106, 108 and the grooves 102, 104 can of course be used for general micro-alignment of the two parts 110, 112, and in the same areas as described in the co-filed patent applications "High density electrical connectors" and "Flip-chip type connection with elastic contacts". 516 358 13 The above-described invention can be embodied in many other ways without departing from its spirit or essential characteristics. Accordingly, this embodiment is to be considered in all respects as illustrative and non-limiting, the scope of the invention being indicated by the appended claims, and not by the above description, and all changes falling within the meaning and equivalence of the claims are accordingly considered to be covered by them.

Claims

A orientation structure comprising a first part with at least one V-groove and a second part with at least one bulge, characterized in that the bulge (106) is made of elastic material, that the bulge is arranged to fit into a v-groove (102), where the alignment structure (100) is provided when the bulge and the groove fit together, that the groove and the bulge are square or rectangular and that the bulge (106) has a truncated top (126), which forms a truncated bulge. Alignment structure according to claim 1, characterized in that the bulge (106) is arranged to exactly match the groove (102). Alignment structure according to claim 1, characterized in that the bulge (106) is slightly wider (D2) than the widest part (D1) of the V-groove (102). Alignment structure according to claim 1, characterized in that the groove (102) and the bulge (106) are of the same order of magnitude as the thickness of a disc. Alignment structure according to claim 4, characterized in that the bulge (106) is arranged to fit exactly with the groove (102). Alignment structure according to claim 4, characterized in that the bulge (106) is slightly wider (D2) than the widest part (D1) of the V-groove (102). Alignment structure according to claim 1, characterized in that the rafter (102) has side walls (122), which are provided in {1111} planes, which for a single crystalline disc have an angle α of 54.7 ° to a plane perpendicular to a {100} directional disc. Alignment structure according to claim 1, characterized in that the bulge has a structure in the form of a pin or a ball. according to claim 1, characterized in that the (100) on the two parts (110, 112) 9. Alignment structure the directional structure fits together very well with each other. Alignment structure according to claim 1, characterized in that the groove (102) is V-shaped and that the bulge (106) is arranged to fit very well in the groove.