DE1589692A1 - Auf einer Unterlage montierte Anordnung von Halbleiterscheiben - Google Patents

Auf einer Unterlage montierte Anordnung von Halbleiterscheiben

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DE1589692A1 DE19671589692 DE1589692A DE1589692A1 DE 1589692 A1 DE1589692 A1 DE 1589692A1 DE 19671589692 DE19671589692 DE 19671589692 DE 1589692 A DE1589692 A DE 1589692A DE 1589692 A1 DE1589692 A1 DE 1589692A1
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Description

Deutsche ITT Industries GmbH. D. Doswell I
78 Freiburg i.Br., Hans Bunte-Str. 19 15. Juli 1967
Pat.Mo/B.
ISE/Reg. 3674 - Fl 510
DEUTSCHE ITT INDUSTRIES GESELLSCHAFT MIT BESCHRÄNKTER HAFTUNG, FREIBURG i.Br.
Auf einer Unterlage montierte Anordnung von Halbleiterscheiben
Die Priorität der Anmeldung in Grossbritannien vom 22. Juli 1966 Nr. 33056/66 ist in Anspruch genommen.
Die Erfindung betrifft eine auf einer mit Leitbahnen kaschierten Unterlage montierte Anordnung von mit Elektroden-Jcontaktflächen versehenen Scheiben aus Halbleitermaterial, deren Elektrodenkontaktf lachen mit den Leitbahnen kontaktiert sind.
Es ist allgemein üblich, Halbleiterscheiben auf Unterlagen zu montieren, die gedruckte oder filraartige Schaltungemuster tragen. In manchen Fällen ist die Scheibe mit ihrer Hauptfläche nach oben montiert, d.h. mit ihren Elektrodenkontaktflächen nach oben. Die elektrische Verbindung zwischen den Kontaktflächen und den Leitbahnen auf der Unterlage wird durch dünne Schaltdrähte hergestellt, die sich über die Kanten der Scheibe erstrecken, wie aus den USA-Patentschriften 3 011 379 und 3 082 327 bekannt ist.
In anderen Fällen wird die Scheibe mit ihrer Hauptfläche nach unten montiert, und ihre Kontaktflächen sind mit den entsprechenden Leitbahnen auf der Unterlage kontaktiert. Diese Anordnungeart
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ISE/Reg. 3674 - Pl 510 D. Boswell 1
wird im englischen Sprachgebrauch als "Flip-Chip-Technik" bezeichnet, wie aus der USA-Patentschrift 3 292 240 bekannt ist.
Verschiedene Verfahren wurden zum Kontaktieren der Elektrodenkontaktflächen einer Scheibe mit den entsprechenden Leitbahnen oder Schaltdrähten verwendet. Die Scheibe kann eine integrierte Halbleiterfestkörperschaltung enthalten, die eine Mehrzahl von einzelnen Transistoren, Dioden, Widerständen und Kondensatoren besitzt, die auf demselben StUck aus Halbleitermaterial gebildet sind. Dann ergibt sich das Problem, insbesondere im Fall der erwähnten Flip-Chip-Technik, gleichzeitig mehrere oder auf einmal nur eine einzelne separate Verbindung zwischen den entsprechenden Elektrodenkontaktflächen auf der Scheibe und den Leitbahnen auf der Unterlage herzustellen.
Ein anderes fast allen Fällen, in denen Scheiben auf Unterlagen montiert werden, gemeinsames Problem besteht darin, eine Anordnung zu verwirklichen, die thermische Schocks und mechanische Beanspruchungen aushält, wie sie auf Grund zerstörender Beschleunigungskräfte auftreten.
Siliciumschelben verwenden gewöhnlich passivlerende Schichten aus Oxyd mit Kontaktschichten, die die Elektrodenkontaktflachen bilden und auf dem passivierenden Oxyd aufgebracht sind. Es ergibt sich somit das weitere Problem der ausreichenden Haftung der Kontaktschichten.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, diese Probleme durch Beseitigung der geschilderten Nachteile iu lösen. Dies geschieht erfindungsgemäss dadurch, dass die Leitbahnen sich in federnde und von der Unterlage abgehobene Kontaktfinger fortsetzen und dass jeder Kontaktfinger eine Elektrodenkontaktflache der Scheibe kontaktiert.
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Die Erfindung besteht weiterhin in einem Verfahren zum Herstellen der oben gekennzeichneten Anordnung. Dieses Herstellungsverfahren zeichnet «sich dadurch aus, dass aufÜer Unterlage ein Bezirk mit einer sowohl vom Material der Unterlage, als auch von dem der Kontaktfinger chemisch unterschiedlichen Substanz bedeckt wird, dass auf die Substanz eine haftende und leitende Materialschicht in Form eines den Leitbahnen und Kontaktfingern entsprechenden Musters aufgebracht wird, dass die chemisch unterschiedliche Substanz durch selektives Ätzen so entfernt wird, dass die Kontaktfeder abgehoben von der Unterlage stehen bleiben, dass die Scheibe unter oder über den Kontaktfingern befestigt wird und dass die Elektrodenkontaktflachen mit ihren entsprechenden Kontaktfingern kontaktiert werden.
Ausführungsformen der ErfinduHg^ües Herstellverfahrens werden mit Bezug auf die in der Zeichnung dargestellten Figuren beschrieben:
Fig. 1 veranschaulicht schematisch in vergrössertem Querschnitt eine Unterlage mit einer darauf montierten Scheibe und Kontaktfinger, die mit entsprechenden Kontaktflachen auf der oberen Scheibenoberfläche verbunden sind;
Fig. 2 zeigt in ähnlicher Weise eine Flip-Chlp-Ausführungsform der Erfindung, wobei die Scheibe von den Kontaktfingern getragen wird;
Fig. 3 und Fig. 4 zeigen schonatisch den Grundriss und in Schnitt einen Teil einer Unterlage,um einen Verfahrensschritt des Herstellverfahrens der Erfindung näher zu erläutern;
Fig. 5 zeigt einen weiteren Verfahrensechritt;
Flg. 6 bis Fig, 9 zeigen in gleicher Weiee weitere nacheinander
-4-
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erfolgende Verfahrens3chrltto bein Herstellen einer Anordnung nach der Erfindung;
ricj. 10 zeigt im vergriisserten Querschnitt den Teil einer Scheibe, die auf ihrer Unterlage unterhalb eines Kontnktfingers angeordnet ist, bevor der Kontaktfinger mit der Scheibe verbunden wird.
Nach der Ausführungsforr dnr Fig. 1 wird eine Giliciimscheibe 1 auf einer Glas- oder Keramikunterlage 2 befestigt. Die Scheibe enthalt Einschlüsse von verschieden dotierten Halbleitermaterial, Jie ein oder mehrere Einzelelemente nit pn-UbergSngen, wie z.D. Transistoren oder Dioden, bilden/ Kontaktflächen für die Elektroden der Einzelelenente sind an der oberen Oberfläche 3 der Scheibe vorgesehen, zwei solcher Flachen sind bei 4 und 5 gezeigt. Es sei erwähnt, dass die Erfindung nicht auf das Herstellen der Scheiben selbst gerichtet ist.
'üblicherweise kann die Scheibe nur ein einzelnes Halbleiterbauelement mit pn-Ubergarg enthalten, oder,was gebräuchlicher ist, eine integrierte Festkörper-Schaltung, die aus Einzelelementen, wie z.B. Thermistoren, Dioden, Widerstünden und Kapazitäten besteht, die in Ausgangshalbleitermaterial gebildet Bind und die nach üedarf durch Schaltungswcgc innerhalb des Scheibenmaterials nite.inander verbunden sind. ·
Die Scheibe wird rit einen fcatz von EloktrodenkontaktflKchen versehen, wie sio bei 4 und 5 an verschiedenen Stellen der oberfen rlöcho 3 gebildet sind . Ueitero Schaltungtwege oder Sohajtungeolenentc können von dor Unterlage 2 getragen oder auf Q\f «Jfebltdtt werden. Die Verbindung ewUchen den ein»·Inen k kontaktflächen auf dor öborflöchä 3 und anderen a mentor οάητ Anschlütson auf der Unterlege Ohende KontaH»ftngtr 6 und 7 herneetkllt,
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Nach der Erfindung v/erden diese Kontaktfinger aus einem Stück und zusammen mit den entsprechenden Leitbahnen 8 und 9 hergestellt, die auf der Unterlage befestigt sind. Sie überbrücken die Kanten der Scheibe l,und ihre Enden werden durch Thermokompression, Schweissen oder andere bekannte Mittel mit ihren entsprechenden Elektrodenkontaktflachen verbunden. Die LSnge und die Form der Kontaktfinger zwischen den Elektrodenkontaktflächen und den Stellen, wo sie auf der Unterlage befestigt sind und zu Leitbahnen werden, ist so gewählt, dass ein gewisser. Grad von llachgiebigkeit und Federung erreicht wird, die die Verbindungen mit den Elektrodenkontaktflächen und mit der Unterlage gegen thermische und mechanische Beanspruchungen zusätzlich schützen.
In der gewöhnlichen Anordnung mit umgekehrten Scheiben, bei denen die Scheibe direkt auf der Unterlage befestigt ist, müssen die feinen Verbindungsdrähte nicht nur mit den entsprechenden oberen Elektrodenkontaktflächen verbunden^" sondern auch mit den einzelnen auf der Unterlage gebildeten Leitbahnen. Deshalb ist eine separate Verbindung mit jedem Ende eines Leitungsdrahtes erforderlich. Nach der Erfindung wird eine solche Verbindung durch Verwendung der Kontaktfinger, die kontinuierlich in die Leitbahnen übergehen, eliminiert.
In der Anordnung der Fig. 2 setzen sich die Kontaktfinger 10 und wieder vollständig in den entsprechenden Leitbahnen 8 und 9 fort, die auf der Unterlage 2 befestigt sind. Die Fingerenden sind von der Unterlagenoberflache abgehoben. Bei dieser AusfUhrungsform ist die Scheibe 1 so oberhalb der Unterlage angeordnet, dass ihre Kontaktflächen 4 und 5 auf den Enden der Kontaktfinger 10 und 11 liegen, die dann mit den entsprechenden Elektrodenkontaktflächen auf normalem Wege verbunden werden.
Dal den, bisherigen Flip-Chip-Anordnungen sind die ElektrodenkontaktfItichen der Scheibe direkt mit den über ihre ganze. Länge auf wer (Jäter lage befestigten Lei-.bahnen verbunden. Mach der gezeigten
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Ausführungsforn der Erfindung überragen jedoch die Enden der Kontaktfinger die Oberfläche der Unterlage und ergeben somit einen Grad von Nachgiebigkeit und Federung für die Verbindungen mit der Scheibe 1. Falls gewünscht, kann die Scheibe 1 direkt mit der Unterlage 2 an zwischen den Fingern liegenden Stellen befestigt werden, so dass die Masse der Scheibe nicht von den Kontaktfingern getragen wird. Andererseits kann auch, wie durch die Fig. 2 angegeben, die Scheibe ganz von den Kontaktfingern getragen werden.
Beim Herstellen der in den Figuren 1 und 2 gezeigten Anordnungen wird eine Fläche der Unterlage, die der Fläche entspricht, über der der Abstand von Unterlage und Kontaktfingern gewünscht wird, mit einer Schicht einer Substanz bedeckt, die chemisch verschieden vom Unterlagen- und von Kontaktfinger-Material ist, wie es in den Figuren J>bei 12 gezeigt ist. Diese chemisch unterschiedliche Substanz wird später durch selektives Ätzen entfernt. Somit muss ein geeignetes Material für diesen Zweck ausgewählt werden. Als besonders zweckmässig haben sich folgende Materialien ergeben: Bei einer Glas-Unterlage und Kontaktfingern aus Gold ist eine geeignete chemisch unterschiedliche Substanz Aluminium, das durch eine Lösung von Natriumhydroxyd und Kaliumbromid entfernt werden kann. Die Substanzen können nacheinander durch Kleben, Sprühen, Aufstreichen, chemisches Plattieren, Niederschlagen aus der Gasphase oder durch ein anderes bekanntes Verfahren aufgebracht werden.
Die nächste Stufe des Herstellverfahrens, wie sie in den Figuren 4 und 5 gezeigt ist, besteht darin, die Unterlage und den Bezirk 12 mit leitfähigen und auf der Unterlage fest haftendem Material zu bedecken. Diese Bedeckung kann zweckmässig durch Aufdampfen, Plattieren oder Siebdruck hergestellt werden. Sie kann die ganze Unterlage bedecken, wie in den Figuren 4 und 5 angenommen, oder, falls gewünscht, durch Maskieren in verschiedene Flächen aufgeteilt
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werden. Diese Flächen sollten aber solche Bezirke, wie bei 12 gezeigt, umfassen, die später weggeätzt werden, um von der Unterlage getragene und abgehobene Kontaktfinger zu hinterlassen.
Der nächste Verfahrensschritt besteht darin, die leitfähige Schicht 13 in das gewünschte Muster von Leitbahnen 14 und Kontaktfingern 15, wie in den Figuren 6 und 7 gezeigt, zu zerteilen. Das Muster von Leitbahnen 14 und Kontaktfingern 15 kann durch einen üblichen Photo-Ätz-Prozess hergestellt werden, bei dem zunächst das Muster auf die Kontaktschicht 13 gedruckt wird, die unerwünschtenTeile der Kontaktschicht weggeätzt werden, und der verbleibende Photolack dann in konventioneller Weise entfernt werden. Es wird darauf hingewiesen, dass das Material der Bezirke 12 nicht notwendigerweise widerstandsfähig gegen die Chemikalien sein muss, welche beim Photo-Ätz-Prozess zum Herstellen des Kontaktmusters verwendet werden.
Die Länge der Kontaktfinger 15 wird so gewählt, dass, falls die Finger eine Scheibe überbrücken und mit den Elektrodenkontaktflächen auf ihrer Oberfläche verbunden werden, ihre Enden in die richtige Position kommen, wenn eventuell die Kontaktfinger 15 nach dem Entfernen der Substanz 12 von der Unterlage weggebogen werden, um eine Scheibe einzupassen.
Der nächste Verfahrensechritt hängt davon ab, ob eine Anordnung nach Art der Fig. 1 oder eine solche nach Art der Fig. hergestellt werden soll. Im Fall einer Anordnung nach Fig. wird die Substanz 12 zunächst von der Unterlage und den darüber-Ilegenden Kontaktfingern selektiv weggeätzt. Ein mehrköpfiges ,Vakuum-Saugfutter, dessen Düsen in Fig. 9 mit 16 bezeichnet sind, wird über die Kontaktfinger 15 gesenkt und bewirkt bei angelegtem Vakuum, dass die Kontaktfinger von der Oberfläche
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der Unterlage 2 urn einen gewünschten Betrag emporgezogen werden, so dass die Halbleiterscheibe unter die Kontaktfinger gleiten kann.
Wie in Fig. 10 gezeigt, liegt der Kontaktfinger 6 über der Elektrodenkontaktflache 4 auf der Scheibe 1, nachdem die Scheibe in ihre Position gerutscht ist und, falls gewünscht, auf der Unterlage 2, wie bei 16 gezeigt, befestigt wurde. Der abschliessende Verfahrensschritt, soweit dieser Kontaktfinger betroffen ist, besteht darin, ihn mit der Elektrodenkontaktfläche 4 zu verbinden, beispielsweise durch Thermokompression, und so die in Fig. 1 gezeigte Kontaktierung zu erhalten.
Für die Flip-Chip-Anordnung nach Fig. 2 können die verbleibenden Verfahrensstufen aus zwei alternativen Reihen von Schritten bestehen, nachdem die Leitbahnen und die Kontaktfingermuster, wie sie in den Figuren 6 und 7 gezeigt sind, gebildet worden sind. Nach der ersten Alternative wird die Scheibe 1 in eine Position oberhalb der Kontaktfinger 15 gebracht. Die Elektrodenkontaktflachen auf der Scheibe werden mit den entsprechenden Kontaktfingern durch eine der bei der Fabrikation der üblichen Flip-Chip-Anordnungen bekannten Verfahren kontaktiert. Die Substanz 12 wird unter den Kontaktfingern 15 selektiv weggeätzt, nachdem die Scheibe an den Fingern befestigt wurde.
Nach dem anderen alternativen Fabrikationsverfahren für eine Anordnung nach Fig. 2 wird die Substanz 12 so weggeätzt, dass die Kontaktfinger 15 die Oberfläche der Unterlage 2 überragen, entsprechend den in den Figuren 6 und 7 gezeigten Verfahrensstufen. Die Scheibe 1 wird dann in die Position über den Kontaktfingern abgesenkt. Ihre Elektrodenkontaktflächen werden mit den entsprechenden Kontaktfingern nach zwei Weiterbildungemöglichkeiten der Erfindung
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entweder gleichzeitig durch Einwirken von Wärme auf die Scheibe oder einzeln durch das Richten eines Laserstrahls durch das Glas der Unterlage 2 hindurch auf die Kontaktfinger hin miteinander kontaktiert.
Die Erfindung kann auch in den Fällen verwendet werden, bei denen Kontaktfinger oberhalb und unterhalb der Unterlage benötigt werden. In diesem Falle wird die Substanz 12 weggeätzt, so dass zwei Sätze von Kontaktfingern übrig bleiben, wovon der eine mit Hilfe von Saugdüsen, wie oben bezüglich Fig. 9 beschrieben, angehoben wird. Die Scheibe wird dann unter diesen Kontaktfinger-Satz und über den anderen geschoben, und die Kontaktfinger werden mit ihren entsprechenden Elektrodenkontaktflächen wie beschrieben verbunden .
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Claims (13)

-10-ISE/Reg.3674 - Fl 510 D. Boewell 1 PATENTANSPRÜCHE
1. Auf einer mit Leitbahnen kaschierten Unterlage montierte Anordnung von mit Elektrodenkontaktflächen versehenen Scheiben aus Halbleitermaterial, deren Elektrodenkontaktflächen mit den Leitbahnen kontaktiert sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Leitbahnen (8, 9, 14) eich in federnde und von der Unterlage (2) abgehobene Kontaktfinger (6, 7, 10, 11, 15) fortsetzen und dass jeder Kontaktfinger eine Elektrodenkontaktflache (4, 5) der Scheibe (1) kontaktiert.
2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Scheibe (1) mit ihrer Hauptflache nach unten auf den abgehobenen Kontaktfingern (10, 11) befestigtist.
3. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Scheibe (1) mit ihrer Hauptfläche nach oben auf der Unterlage (2) befestigt ist und dass die Kontaktfinger (6, 7) die Hauptfläche überbrücken.
4. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Unterlage (2) aus Glas besteht.
5. Anordnung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Leitbahnen und die Kontaktfinger aus Gold bestehen.
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6. Verfahren zum Herstellen einer Anordnung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass auf der Unterlage ein Bezirk mit einer sowohl vom Material der Unterlage als auch von dem der Kontaktfinger chemisch unterschiedlichen Substanz (12) bedeckt wird, dass auf die Substanz eine haftende und leitende Materialschicht (13) in Form eines den Leitbahnen und Kontaktfingern entsprechenden Musters aufgebracht wird, dass die chemisch unterschiedliche Substanz durch selektives Ätzen so entfernt wird, dass die Kontaktfinger abgehoben von der Unterlage stehen bleiben, dass die Scheibe unter oder über den Kontaktfingern befestigt wird und dass die Elektrodenkontaktflächen mit ihren entsprechenden Kontaktfingern kontaktiert werden.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Muster der haftenden und leitenden Materialschicht (13) dadurch hergestellt wird, dass zunächst die Unterlage (2) und die chemisch unterschiedliche Substanz (12) mit der haftenden und leitenden Materialschicht bedeckt werden und dass dann das Muster durch Photoätzen der Materialschicht bestimmt wird.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Materialschicht(13) bis zur gewünschten Dicke aufplattiert wird.
9. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die chemisch unterschiedliche Substanz (12) erst weggeätzt wird, nachdem die elektrische Verbindung zwischen den ElektrodenkontaktflXchen der Scheibe und den Kontaktfingern hergestellt wurde.
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ISE/Reg. 3674 - Fl 510 D. Boswell 1
10. Verfahren nach einen oder mehreren der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Scheibe dadurch mit ihrer Hauptflache nach oben unter den Kontaktfingern befestigt wird, dass die Kontaktfinger über der Fläche der Scheibe angehoben werden, dass die Scheibe in ihre Position unter den Kontaktfingern geschoben wird und dass die Kontaktfinger mit den Elektrodenkontaktflächen elektrisch verbunden werden.
11. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 6 bis 10 zum Herstellen der Anordnung nach den Ansprüchen 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, dass als Substanz (12) Aluminium und als Ätzmittel eine Lösung von Natriumhydroxyd und Kaliumbromid dient.
12. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 6 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass alle Kontaktfinger und Elektrodenkontaktflächen durch Einwirkenlassen von warme auf die Scheibe gleichzeitig miteinander kontaktiert werden.
13. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 6 bis 10 zum Herstellen der Anordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass Kontaktfinger und ElektrodenkontaktflXchen mittels eines durch die Unterlage aus Glas hindurch auf die Kontaktfinger gerichteten Laserstrahls einzeln miteinander kontaktiert werden.
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Lee rse i te
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