Способ монтажа кремниевого кристалла на плате

 

(19) RU (11) (51) 5 Н 91 L 21 69

OIIHCAHHE ИЗОБРЕТЕНИ

1 б

Комитет Российской Федерации по патентам и товарным знакам (21) 4890033/21 (22) 1212.90 (46) 15.11.93 Бюл. Na 41-42 (75) Назаров EC. (73) Малое коллективное внедренческое предприятие "Радуга" (54) СПОСОБ МОНТАЖА КРЕМНИЕВОГО

КРИСТАЛЛА HA ПЛАТЕ (5?) Сущность изобретения: контактные площадки проводников платы формируют на ее поверхности зеркально-симметрично контактным площадкам кристалла. Кристалл размещают на контактных площадках платы, после чего энергию лазерного излучения для сварки направляют через основание кристалла к местам контактирования контактных площадок 1 з.п.ф-лы, 1 ил.

2003204

Изобретение относится к микроэлектронике и сборочно-монтажному производству электронных схем. Может быть использовано для монтажа бескорпусных кристаллов полупроводниковых приборов или ИС на некоторые виды плат, имеющих рисунок электронной схемы. Изобретение может быть использовано также для присоединения кристалла к рамке выводов при корпусировании.

Целью изобретения является повышение производительности и снижение энергозатрат.

На чертеже, представлен кремниевый кристалл полупроводникового прибора, монтируемый на подложку с помощью лазерного излучения, вид сбоку в увеличенном виде.

Кристалл 1, имеющий область активных элементов 2, а также контактные площадки

3, сформированные на защитном слое 4, размещен на плате 4, имеющей токоведущие дорожки 6 с контактными площадками

7 платы сформированными на верхнем слое

8 подложки 5.

Кристалл 1 размещен так, что контактные площадки 3 совмещены с соответствующими контактными площадками 7 и прижат к плате 5 с определенным усилием штоком контактного инструмента 9, Механический прижим кристалла 1 к плате 5 с помощью штока монтажного инструмента 9 должен обеспечивать механическое соединение всех контактных площадок 3 и утолщениями. дорожек в местах контактирования 7.

Лазер 10 способен генерировать излучение 11, дам которого материал кристалла

k прозрачен, а материал защитного слоя 4 и магериая верхнего слоя 8 платы 5 непрозрачны и являются поглощающими, Сварка рзсплавлейием контактных площадок 3 и КОйтйктными площадками 7 Гцюизводится путем облучения излучением 11 лазера Я защитного слоя 4 кристалла 1 и верхнего слоя 8 платы 5 в областях непосредственно прилегающих к свариваемым контактам. Поглощенное защитными слоями 4 и 8 излучение трансформируется в тепло, которое за счет теплопередачи переходит контактным площадкам 3 и контактными площадками 7 и расплавляет их, Следуетотметить, что контактные площадки

7 платы 5 зеркально-симметричны контактным площадкам 3.

Мток монтажного инструмента 9, прижимающего кристалл 1 к плате 5 не должен препятствовать прохождению излучения в области сварки, но должен затенять от излучения 11 область активных элементов 2. Для этого шток 9 может иметь например квадратное или прямоугольное сечения, Материалы, используемые в предпочтительном варианте реализации настоящего изобретения — кристалл 1 — кремний, защитный слой 4 — двуокись кремния, контактные площадки 3 — алюминий, токоведущая дорожка 6 — алюминий, утолщения в местах контактирования 7 — алюминий, плат 5— кремний верхний слой 8 — двуокись крем- ния.

В случае использования вышеуказанных материалов, в качестве лазера 10 могут использоваться лазер на СО (длина волны

15 излучения 5 — 6 мкм, поглощение в монокристалле кремния — 1,6 10 см) или лазер на

СО2 (длина волны излучения 10,4 мкм и 9,4 мкм, поглощение в монокристалле кремния — 1,8 см). В обоих случаях кристалл 1 может

20 считаться прозрачным для излучения 11 лазера 10, Коэффициент поглощения двуокиси кремния намного больше коэффициента по- глощения монокристаллического кремния для данных типов излучения.

Излучение СО2 — лазера с длиной волны

9,4 мкм особенно эффективно поглощается слоями двуокиси кремния, что может позволить производить сварку контактов с наи. меньшими энергетическими затратами.

Общеизвестно свойство алюминия образовать на воздухе оксидную пленку. Однако, если на свежеизготовлеиных (например, напылением) или очищенных свариваемых контактах слой окиси невелик, 35 сварка происходит иэ-за того, что коэффициент температурного расширения оксидной, пленки почти в 3 раза меньше коэффициента температурного расширения чистого алюминия и при нагревании метал40 лз оксидная пленка растрескивается и сквозь трещины происходит соединение расплавленного чистого алюминия. Из вышесказанного ясно, что температура контактов в момент сварки должна лишь

45 превышать температуру плавления алюминия 660 С и быть ниже температуры плавления кремния 1440ОС. Из вышесказанного также очевидно„что качество сварных соединений гарантируется, если процесс про50 текает s вакууме или среде инертного газа, а на контактах отсутствует оксидная пленка.

Образованию кремниево-алюминиевой эвтектики на границе между алюминиевой контактной площадкой и слоем двуокиси меди, разогреваемыми в момент сварки выше эвтектической температуры 577 С, должны препятствовать с одной стороны химическая реакция восстановления кремния и образования оксидной пленки на гра2003204 нице алюминий — двуокись меди, а, с другой стороны — быстротечность процесса сварки, не сравнимая со скоростью диффузионного процесса образования эвтетики, т.к. современная лазерная техника позволяет формировать импульсы излучения достаточной мощности с длительностью в десятые, сотые. и меньшие доли секунды.

Следует отметить, также, что реализация настоящего изобретения способствуют современная технология производства диэлектрических и полупроводниковых пластин для микроэлектроники и технология изготовления металлизированных проводФормула изобретения

1. СПОСОБ МОНТАЖА КРЕМНИЕВОГО КРИСТАЛЛА НА ПЛАТЕ, включающий совмещение контактных площадок лицевой поверхности кристалла с контактными площадками проводников платы, прижатие контактных площадок проводников платы .к контактным площадкам кристалла и их сварку лазерным излучением, отличающийся тем, что, с целью повышения производительности и снижения энергозатрат, перед установкой кристалла контактные площадки проводников платы формируют на ее поверхности зеркально-симметрично ников, например — напылением. позволяющие обеспечить достаточную плоскостность системы кристалл-подложка и механическое контактирование между контактными площадками полупроводниковых приборов или ИС и токоведущими дорожками на подложке и, при необходимости. сформировать для этого на токоведущих дорожках утолщения в местах контактирования.

10 (56) Патент США М 4879450, кл. 8 23 К 26/00, 1989.

Европатент М 0010610, кл. В 23 К 26/00, 1979..

15 контактным площадкам кристалла, которые при совмещении размещают напротив контактных площадок проводников платы, при этом прижатие контактных площадок к проводникам платы осуществляют со стороны основания кремниевого кристалла. через которое воздействуют на контактные площадки лазерным излучением с длиной волны 5 10,4 мкм до их оплавления и сварки, 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что лазерное излучение фокусируют в зоне

30 совмещения контактных площадок,