СПОСОБ МОНТАЖА КРИСТАЛЛА ПОЛУПРОВОДНИКОВОГО ПРИБОРА Российский патент 1999 года по МПК H01L21/50 

Изобретение относится к электронной технике, а более точно касается способа монтажа кристалла полупровдникового прибора, и может быть использовано при монтаже кристаллов полупроводниковых приборов в объеме подложки гибридной интегральной схемы или основании корпусов полупроводниковых приборов.

Известен способ посадки кристалла на поверхность платы или на дно корпуса (В. А. Дуболазов и другие "Технология сборки интегральных микросхем", издательство "Вища школа" (Киев), 1987, с. 60-62), включающий захват кристалла инструментом, который представляет собой штабик с отверстием для подсоединения вакуума и выборкой на торце в виде усеченной пирамиды. Размер пирамидальной выборки обеспечивает утапливание кристалла на половину в выборку. Затем осуществляют нагрев платы, нагрев инструмента, транспортировку кристалла к месту посадки, прижатие его к монтажной площадке и наложение вибрации. После присоединения кристалла связующим веществом (припоем или клеем) отключают вакуум и убирают инструмент.

При таком способе невозможно осуществить посадку кристаллов в объеме платы (в углубление на поверхности платы или в отверстие), обеспечивающую совпадение плоскости поверхности кристалла и платы. Это приводит к низкой воспроизводимости длины выводов и точности посадки кристалла.

Известен способ монтажа (GB, B, 2138205), в котором при изготовлении СВЧ-схемы кристалл полупроводникового прибора запрессовывают инструментом, представляющим собой штабик с плоским торцем и капилляром в центральной части, расширяющимся к торцевой части настолько, что края торцевой части инструмента накрывают периферийную часть кристалла и выступают за его пределы, локально деформируя подложку. В результате образуется выемка, форма и глубина которой соответствует кристаллу. Кристалл удерживается в подложке за счет упора о стенки выемки. Уменьшение деформации нижней поверхности подложки достигается использованием начальной выемки.

При таком способе монтажа кристалла наблюдается деформация подложки и нарушение ее плоскости. Кроме того, способ характеризуется низкой технологичностью процесса.

При вдавливании кристалла в такую подложку трудно определить момент окончания вдавливания (запрессовки), что может привести к деформации подложки, когда плоскость поверхности кристалла совпадает с плоскостью платы. Деформация обратной стороны подложки нарушает ее плоскостность, что затрудняет ее монтаж на теплоотводящее основание.

В основу настоящего изобретения положена задача создания способа монтажа кристалла полупроводникового прибора с таким выполнением запрессовки кристалла в углубление на установочной поверхности, которое обеспечивало бы за счет предотвращения деформации подложки повышение технологичности процесса и точности посадки кристалла.

Поставленная задача решается тем, что в способе монтажа кристалла полупроводникового прибора, при котором на установочной поверхности выполняют углубление, с помощью захвата в виде инструмента с плоским торцем и капиллярным отверстием в его центральной части, расширяющимся к его торцу, захватывают кристалл со стороны его лицевой поверхности, ориентируют указанный кристалл над углублением и запрессовывают его до выравнивания лицевой поверхности кристалла с установочной поверхностью, затем отключают захват, согласно изобретению, углубление выполняют с размерами, превышающими размеры кристалла, перед запрессовкой кристалла в углубление в него помещают дозированное количество связующего материала, запрессовку кристалла осуществляют в связующий материал до упора части плоского торца инструмента, выступающей за габариты кристалла, в установочную поверхность с обеспечением частичного или полного заполнения объема между кристаллом и поверхностью углубления связующим материалом.

В качестве установочной поверхности может быть использована поверхность подложки платы, или поверхность корпуса, или поверхность основания гибридной интегральной схемы.

Отключение захвата осуществляют после загустения связующего материала.

Углубление может быть по меньшей мере частично металлизировано, а в качестве связующего материала может быть выбран электропроводный материал.

В момент запрессовки на инструмент и/или на поверхность, в которой выполнено углубление, могут быть наложены колебания.

Захват кристалла может быть осуществлен вакуумным присосом, а между отсоединением инструмента от кристалла и отключением вакуума в капиллярное отверстие инструмента подают избыточное давление величиной 0,1-300 мм рт.ст.

Прекращение запрессовки кристалла может быть осуществлено упором части инструмента в поверхность, в которой выполнено углубление, при этом инструмент выступает за пределы углубления на величину 1 - 500 мкм, а длина и ширина углубления превышают размер кристалла на 0,01 - 1,0 мм, а глубина на 0,001-0,5 мм.

Прекращение запрессовки кристалла может быть осуществлено упором части инструмента в поверхность, в которой выполнено углубление, свободную от топологического рисунка металлизации, либо упором части захвата инструмента, жестко связанной с инструментом.

Помещение дозированного количества вещества в углубление перед запрессовкой кристалла обеспечивает захват кристалла связующим материалом без деформации подложки, а прекращение запрессовки в момент выравнивания плоскости лицевой поверхности кристалла с плоскостью, в которой выполнено углубление, обеспечивает условия выполнения разварки самыми короткими выводами.

Количество связующего материала снизу ограничено минимальным его количеством, способным закрепить кристалл, а сверху - исключением возможности выхода его из углубления, что может привести к закоротке выводов, если связующий материал электропроводный, и к загрязнению поверхности кристалла при неэлектропроводоном связующем материале, что может затруднить приварку выводов к контактным площадкам.

Наличие металлизации в углублении и выбор связующего материала электропроводным дает возможность качественно закреплять кристалл с помощью припоя и облегчает заземление кристалла.

Наложение колебаний на кристалл и/или деталь, в которой выполнено углубление, в момент запрессовки, позволяет повысить качество паяного соединения.

Захват кристалла вакуумным присосом позволяет на стадии отсоединения инструмента избежать смещения кристалла путем подачи избыточного давления в канал инструмента, причем ограничение давления, подаваемого в инструмент, снизу обусловлено минимальным давлением, при котором давление из канала на инструмент уравновешивает притяжение кристалла к инструменту, а сверху - давлением, при котором струя газа или воздуха не будет сдвигать кристалл, запрессованный в углубление.

Загустение связующего материала перед отсоединением инструмента от кристалла способствует закреплению кристалла и уменьшает вероятность сдвига кристалла при отсоединении инструмента.

Прекращение запрессовки упором инструмента в поверхность платы на краях углубления позволяет за счет соотношения размеров углубления, кристалла и инструмента достичь желаемого эффекта без дополнительных усилий и автоматизировать технологический процесс.

Необходимые условия прекращения запрессовки снизу ограничены минимальной величиной зацепления, а сверху - необходимостью экономии материала при изготовлении инструмента. Превышение размеров углубления над размерами кристалла обеспечивает возможность размещения кристалла в углублении таким образом, что плоскость лицевой поверхности кристалла совпадает с плоскостью поверхности платы.

Размер углубления под кристалл снизу ограничен возможностью посадки кристалла, а сверху - ухудшением габаритных характеристик.

Прекращение запрессовки в момент упора в поверхность, свободную от топологического рисунка металлизации, предохраняет антикоррозионное покрытие металлизации от повреждения.

В дальнейшем предлагаемое изобретение поясняется конкретными примерами его выполнения и прилагаемыми чертежами, на которых: фиг. 1 изображает схему монтажа кристалла полупроводникового прибора в углубление, выполненное на поверхности подложки; на фиг. 2 - 4 - посадку кристалла в углубление инструментом, конфигурация которого препятствует деформации топологического рисунка металлизации.

Предлагаемый способ монтажа кристалла полупроводникового прибора, например транзистора ЗП 325А-5 с размером 0,5х0,5х0,15 мм, осуществляют следующим образом.

В подложке 1 платы, например, из поликора изготавливают углубление 2 размером, превышающим размер кристалла 3 на 0,1 мм, например, известным методом прецизионного лазерного фрезерования. С помощью захвата в виде инструмента 4 с плоским торцем, выступающим за пределы углубления 2 на 1-1500 мкм, и капиллярным отверстием 5 в его центральной части, расширяющимся к его торцу, захватывают кристалл 3 со стороны его лицевой поверхности. В качестве инструмента 4 используют вакуумный присос. Ориентируют кристалл 3 над углублением 2, в которое помещают дозированное количество, например 0,0005 г, связующего материала 6, предварительно поверхность углубления 2 частично металлизируют. В качестве связующего материала 6 может быть использован припой Au-Ge эвтектического состава. Припой нагревают и осуществляют запрессовку кристалла 3 до выравнивания плоскости его лицевой поверхности с поверхностью платы за счет упора части плоского торца инструмента 4 в поверхность, в которой выполнено углубление 2. При этом превышение части инструмента 4 над размерами углубления 2 равно 0,2 мм. При запрессовке кристалла 3 осуществляют колебания инструмента 4 или подложки 1 платы. Далее осуществляют охлаждение припоя, например, струей холодного воздуха до температуры ниже температуры плавления, что обеспечивает затвердевание припоя и закрепление кристалла 3. После затвердения припоя отключают захват кристалла 3. Отключение захвата осуществляют путем отключения вакуума от вакуумного присоса, а перед отключением вакуума в вакуумный присос подают избыточное давление величиной 0,1-300 мм рт.ст.

Углубление, в которое запрессовывают кристалл 3, может быть выполнено не только на поверхности подложки 1 платы, но и на поверхности корпуса или на основании гибридной интегральной схемы.

Использование предлагаемого способа позволит исключить возможность деформации подложки, повысить технологичность и точность посадки кристалла. Кроме того, позволит производить автоматизированную посадку кристалла в углубление на серийном оборудовании таким образом, что плоскость кристалла совпадает с плоскостью платы, что обеспечивает получение коротких соединительных выводов, а значит, и малых паразитных индуктивностей выводов. Поскольку для соединений обычно используется золотая проволока, способ позволяет экономить драгоценные металлы.

Хотя при описании изобретения приведен ряд конкретных примеров, понятно, что возможны некоторые изменения и усовершенствования, которые, тем не менее, не выходят за пределы существа и объема изобретения.

Использование: при монтаже кристаллов полупроводниковых приборов в объеме подложки гибридной интегральной схемы или в основании корпусов полупроводниковых приборов. Технический результат изобретения - обеспечение за счет предотвращения деформации подложки повышения технологичности процесса и точности посадки кристалла. Сущность способа заключается в том, что на установочной поверхности выполняют углубление размером, превышающим размеры кристалла. С помощью захвата в виде инструмента с плоским торцем и капиллярным отверстием, расширяющимся к его торцу, захватывают кристалл и ориентируют его над углублением. Перед запрессовкой кристалла в углубление помещают дозированное количество связующего материала. Кристалл запрессовывают в связующий материал до упора части плоского торца инструмента, выступающей за габариты кристалла, в установочную поверхность. Запрессовку прекращают в момент выравнивания плоскости лицевой поверхности кристалла с поверхностью, в которой выполнено углубление, после чего отключают захват. 7 з.п.ф-лы, 4 ил.

1. Способ монтажа кристалла полупроводникового прибора, при котором на установочной поверхности выполняют углубление, с помощью захвата в виде инструмента с плоским торцем и капиллярным отверстием в его центральной части, расширяющимся к его торцу, захватывают кристалл со стороны его лицевой поверхности, ориентируют указанный кристалл над углублением и запрессовывают его до выравнивания лицевой поверхности кристалла с установочной поверхностью, затем отключают захват, отличающийся тем, что углубление выполняют с размерами, превышающими размеры кристалла, перед запрессовкой кристалла в углубление в него помещают дозированное количество связующего материала, запрессовку кристалла осуществляют в связующий материал до упора части плоского торца инструмента, выступающей за габариты кристалла, в установочную поверхность с обеспечением частичного или полного заполнения объема между кристаллом и поверхностью углубления связующим материалом. 2. Способ монтажа кристалла полупроводникового прибора по п.1, отличающийся тем, что в качестве установочной поверхности используют поверхность подложки платы, или поверхность корпуса, или поверхность основания гибридной интегральной схемы. 3. Способ монтажа кристалла полупроводникового прибора по п.1, отличающийся тем, что отключение захвата осуществляют после загустения связующего материала. 4. Способ монтажа кристалла полупроводникового прибора по п.1, отличающийся тем, что перед помещением в углубление дозированного количества связующего материала поверхность углубления по меньшей мере частично металлизируют, а в качестве связующего материала используют электропроводный материал. 5. Способ монтажа кристалла полупроводникового прибора по п.2, отличающийся тем, что при запрессовке кристалла в углубление на установочной поверхности осуществляют колебания инструмента захвата или подложки платы, или корпуса, или основания гибридной интегральной схемы. 6. Способ монтажа кристалла полупроводникового прибора по п.1, или 2, или 3, или 4, или 5, отличающийся тем, что в качестве инструмента захвата используют вакуумный присос, при этом отключение захвата осуществляют путем отключения вакуума от вакуумного присоса, а перед отключением вакуума в вакуумный присос подают избыточное давление величиной 0,1 - 300 мм рт.ст. 7. Способ монтажа кристалла полупроводникового прибора по п.1, или 2, или 3, или 4, или 5, отличающийся тем, что длина и ширина указанного углубления превышают одноименные габаритные размеры кристалла на 0,01 - 1,0 мм, а глубина указанного углубления - толщину кристалла на 0,001 - 0,5 мм, при этом инструмент захвата выступает своим плоским торцем за пределы углубления на величину 1 - 1500 мкм. 8. Способ монтажа кристалла полупроводникового прибора по п.1, или 2, или 3, или 4, или 5, отличающийся тем, что при запрессовке кристалла упор части плоского торца инструмента осуществляют в поверхность, в которой выполнено углубление, в ее местах, свободных от топологического рисунка металлизации.