ПОЛУПРОВОДНИКОВОЕ УСТРОЙСТВО И СПОСОБ ЕГО ИЗГОТОВЛЕНИЯ Российский патент 2001 года по МПК H01L25/00 H05K3/36 H05K3/46 

Настоящее изобретение относится к полупроводниковому устройству и способу его изготовления, а более конкретно - к полупроводниковому устройству, которое может выпускаться с обеспечением сравнительно низкой его заводской себестоимости при сравнительно высоком объеме производства.

Как видно из фигур 1 и 2, на которых представлено известное полупроводниковое устройство 1, последнее содержит полупроводниковую микросхему 10, диэлектрический ленточный слой 2 и печатную плату 3.

Полупроводниковая микросхема 10 имеет монтажную поверхность 12 под контактные площадки с множеством расположенных на ней контактных площадок 11. Диэлектрический ленточный слой 2 имеет адгезионную поверхность 21, приклеенную к монтажной поверхности 12 под контактные площадки на полупроводниковой микросхеме 10, и множество отверстий 20, выполненных в соответствии с расположением контактных площадок 11 для того, чтобы обнажить последние. Диэлектрический ленточный слой 2 дополнительно имеет монтажную поверхность 22 под проводники, расположенную противоположно адгезионной поверхности 21. Предусматривается наличие множества проводников 23, которые пересекают отверстия 20, располагаясь при этом на монтажной поверхности 22 под проводники. С помощью установки для соединения проводников (не показана) осуществляется обработка тех частей проводников 23, которые пересекают отверстия 20 (в направлении, показанном стрелками на фигуре 1) таким образом, чтобы соединить проводники 23 с контактными площадками 11, находящимися в отверстиях 20. Затем производится формирование шариков 24 припоя, которые выполняются на проводниках 23. Печатная плата 3 имеет поверхность 30 с рисунком схемы печатного монтажа, выполненным на ней в виде отдельных элементов 31 отпечатка этой схемы, которые соединяются посредством шариков припоя 24 таким образом, чтобы установить электрическое соединение между элементами 31 отпечатка схемы и контактными площадками 11 посредством шариков 24 припоя и проводников 23.

Некоторые недостатки известного полупроводникового устройства 1 заключаются в следующем:
1. Для того чтобы выполнить соединение между проводниками 23 и контактными площадками 11, нужно иметь дорогостоящую установку для соединения проводников, что приводит к увеличению издержек производства. Кроме того, из-за несоответствия выполняемой на этой установке операции соединения проводников предъявляемым требованиям возможен также выпуск дефектной продукции. В частности, одной из причин, приводящих к выпуску дефектной продукции, является обламывание проводников во время выполнения операции соединения проводников, в результате чего сокращается выпуск кондиционной продукции.

2. Проводники 23 подвержены окислению и коррозии, поскольку к ним открыт доступ воздуха, в результате чего снижается надежность полупроводникового устройства 1.

3. Шарики 24 припоя необходимы для обеспечения соединения между элементами 31 отпечатка схемы на печатной плате 3 и полупроводниковой микросхемой 10. Однако шарики 24 припоя имеют склонность к выпадению со своего места или же к образованию неустойчивых электрических контактов, что неблагоприятно сказывается на объеме выпуска кондиционной продукции.

4. Использование шариков 24 припоя для соединения печатной платы 3 с полупроводниковой микросхемой 10 приводит к тому, что поверхность контакта между печатной платой 3 и полупроводниковой микросхемой 10 сравнительно мала, что в конечном итоге может привести к нежелательному разделению печатной платы 3 и полупроводниковой схемы 10 между собой.

Также из уровня техники известно полупроводниковое устройство (патент JP 2-58793), содержащее полупроводниковую микросхему, имеющую монтажную поверхность с множеством расположенных на ней контактных площадок, диэлектрический ленточный слой, выполненный с множеством отверстий в местах расположения контактных площадок, и предназначенных для обнажения контактных площадок; множество электропроводных контактов и печатную плату, имеющую поверхность с рисунком схемы печатного монтажа, выполненную в виде отдельных элементов схемы печатного монтажа, которые соединены с электропроводными контактами с обеспечением электрического соединения с контактными площадками.

Кроме того, из этого же документа (патент JP 2-58793) известен способ изготовления полупроводникового устройства, включающий в себя выполнение диэлектрического ленточного слоя с множеством отверстий, предусмотренных в местах расположения контактных площадок, выполненных на монтажной поверхности на полупроводниковой микросхеме и предназначенных для обнажения контактных площадок, соединение отдельных элементов схемы печатного монтажа, выполненных на поверхности с рисунком схемы печатного монтажа, имеющейся на печатной плате, с электропроводными контактами с обеспечением электрического соединения с контактными площадками.

Однако, как следует из вышеприведенного способа и устройства, между полупроводниковой микросхемой и печатной платой устанавливается не достаточно прочное соединение, т. к. данное соединение осуществлено только с помощью электропроводных контактов.

Основной целью настоящего изобретения является создание такого полупроводникового устройства и такого способа изготовления этого полупроводникового устройства, которые позволили бы обеспечить преодоление вышеупомянутых недостатков, характерных для прототипа.

В соответствии с одним аспектом настоящего изобретения полупроводниковое устройство содержит:
полупроводниковую микросхему, имеющую монтажную поверхность с множеством расположенных на ней площадок; диэлектрический ленточный слой, выполненный с множеством отверстий в местах расположения контактных площадок, и предназначенных для обнажения контактных площадок, множество электропроводных контактов и печатную плату, имеющую поверхность с рисунком схемы печатного монтажа, выполненную в виде отдельных элементов схемы печатного монтажа, которые соединены с электропроводными контактами с обеспечением электрического соединения с контактными площадками, согласно изобретению диэлектрический ленточный слой имеет противоположные первую и вторую адгезионные поверхности, первая адгезионная поверхность приклеена к монтажной поверхности под контактные площадки на полупроводниковой микросхеме, при этом каждое из отверстий ограничено стенкой, которая совместно с соответствующей ему одной из контактных площадок образует приемное пространство под контакт, множество электропроводных контактов размещены соответственно в приемных пространствах под контакты, вторая адгезионная поверхность приклеена к поверхности с рисунком схемы печатного монтажа.

Желательно, чтобы адгезионная поверхность была покрыта термоотверждаемым клеем, температура отверждения которого ниже, чем температура плавления электропроводных контактов.

Предпочтительно, чтобы каждый из электропроводных контактов представлял собой оловянный шарик или был сформирован из электропроводной пасты, или был сформирован из электропроводного материала, подвергнутого химическому электролитическому осаждению до соединения с элементами схемы печатного монтажа.

В соответствии с другим аспектом настоящего изобретения способ изготовления полупроводникового устройства включает в себя:
выполнение диэлектрического ленточного слоя с множеством отверстий, предусмотренный в местах расположения контактных площадок, выполненных на монтажной поверхности на полупроводниковой микросхеме и предназначенных для обнажения контактных площадок, соединение отдельных элементов схемы печатного монтажа, выполненных на поверхности с рисунком схемы печатного монтажа, имеющейся на печатной плате, с электропроводными контактами с обеспечением электрического соединения с контактными площадками, согласно изобретению перед соединением отдельных элементов схемы печатного монтажа, выполненных на поверхности с рисунком схемы печатного монтажа, с электропроводными контактами с обеспечением электрического соединения с контактными площадками осуществляют: приклеивание первой адгезионной поверхности диэлектрического ленточного слоя к монтажной поверхности под контактные площадки на полупроводниковой микросхеме, при этом каждое из отверстий ограничено стенкой, которая совместно с соответствующей ему одной из контактных площадок образует приемное пространство под контакт; размещение множества электропроводных контактов соответственно в приемных пространствах под контакты; приклеивание поверхности с рисунком схемы печатного монтажа ко второй адгезионной поверхности диэлектрического ленточного слоя, противоположной по отношению к первой адгезионной поверхности.

Кроме того, желательно, чтобы вторая адгезионная поверхность была покрыта термоотверждаемым клеем, температура отверждения которого ниже, чем температура плавления электропроводных контактов, а приклеивание печатной платы к диэлектрическому ленточному слою и соединение элементов отпечатка схемы печатного монтажа с электропроводными контактами осуществлялось одновременно путем выполнения операции термоотверждения таким образом, чтобы поверхность с рисунком схемы печатного монтажа была уже приклеена ко второй липкой поверхности до расплавления электропроводных контактов.

Предпочтительно, приклеивание диэлектрического ленточного слоя к полупроводниковой микросхеме осуществляют посредством термоотверждения термоотверждаемого клея, применяемого для покрытия первой адгезионной поверхности.

Также желательно, чтобы каждый из электропроводных контактов представлял собой оловянный шарик или был сформирован из электропроводной пасты, или был сформирован из электропроводного материала (56), который подвергают химическому электромагнитному осаждению до соединения с элементами (61) отпечатка схемы печатного монтажа.

Другие признаки и преимущества настоящего изобретения станут очевидны из следующего ниже подробного описания предпочтительных вариантов его осуществления, которое ведется со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых:
фиг. 1 изображает схематически вид известного полупроводникового устройства, изображенного в частично разобранном виде;
фиг. 2 - схематически вид известного полупроводникового устройства, представленного на фиг. 1;
фиг. 3-5 - схематически виды, иллюстрирующие отдельные операции способа изготовления первого предпочтительного варианта выполнения полупроводникового устройства в соответствии с настоящим изобретением;
фиг. 6 - схематически вид полупроводникового прибора на промежуточной стадии изготовления в соответствии с вторым предпочтительным вариантом осуществления способа изготовления полупроводникового устройства согласно настоящему изобретению;
фиг. 7 и 8 - схематически виды, иллюстрирующие некоторые операции третьего варианта полупроводникового устройства, согласно настоящему изобретению.

Как видно из фигур 3-5, первый предпочтительный вариант выполнения полупроводникового устройства 4 согласно настоящему изобретению содержит полупроводниковую микросхему 40, диэлектрический ленточный слой 5 и печатную плату 6.

Полупроводниковая микросхема 40 имеет монтажную поверхность 42 под контактные площадки с множеством расположенных на ней контактных площадок 41. Диэлектрический ленточный слой 5 имеет противоположные первую и вторую адгезионные поверхности 50, 51. Предусматривается применение термоотверждаемого клея 55 для покрытия первой адгезионной поверхности 50, благодаря чему первая адгезионная поверхность 50 может быть приклеена к монтажной поверхности 42 под контактные площадки на полупроводниковой микросхеме 40 в процессе выполнения операции термоотверждения. Предусматривается применение обычной технологии лазерной резки для выполнения множества отверстий 52 в диэлектрическом ленточном слое 5 в местах расположения контактных площадок 41 для того, чтобы обнажить последние.

Каждое из отверстий 52 ограничено стенкой 53, которая совместно с соответствующей ему одной из контактных площадок 41 образует приемное пространство под контакт. Предусматривается размещение множества электропроводных контактов 54 в соответствующих приемных пространствах под контакты. В данном варианте осуществления изобретения в каждое приемное пространство под контакт вкладывается оловянный шарик, который и служит в качестве электропроводного контакта 54.

Печатная плата 6 имеет поверхность 60 с рисунком схемы печатного монтажа, выполненным на ней в виде отдельных элементов 61 схемы печатного монтажа, которые должны быть соединены с электропроводными контактами 54. Проводится операция термоотверждения, чтобы соединить электропроводные контакты 54 с элементами 61 отпечатка схемы печатного монтажа, а также чтобы приклеить поверхность 60 с рисунком схемы печатного монтажа ко второй адгезионной поверхности 51 на диэлектрическом ленточном слое 50. Предпочтительно, чтобы вторая адгезионная поверхность 51 была покрыта термоотверждаемым клеем 55, температура отверждения которого ниже, чем температура плавления электропроводных контактов 54. Таким образом, поверхность 60 с рисунком схемы печатного монтажа будет уже приклеена ко второй адгезионной поверхности 51 еще до расплавления электропроводных контактов 54, благодаря чему будет обеспечена герметизация приемных пространств под контакты, в результате чего расплав каждого электропроводного контакта 54 будет предохранен от вытекания из соответствующего приемного пространства под этот контакт, что позволит избежать образования нежелательных соединений с соседними с ним электропроводными контактами 54.

Как видно из фигуры 6, во втором предпочтительном варианте выполнения полупроводникового устройства в соответствии с настоящим изобретением вместо того, чтобы в качестве электропроводных контактов использовать оловянные шарики, для формирования каждого такого контакта 54' применяется электропроводная паста, к примеру, такая как электропроводная серебряная паста.

Как видно из фигур 7 и 8, в третьем предпочтительном варианте выполнения полупроводникового устройства в соответствии с настоящим изобретением каждый контакт 54'' формируется путем размещения электропроводного металлического материала 56, например, такого как золотой или алюминиевый шарик, в каждом приемном пространстве под контакт. После этого осуществляется химический процесс электролитического осаждения, завершающий формирование каждого контакта 54'' до соединения с элементами схемы печатного монтажа, имеющимися на печатной плате (не показана).

Предпочтительные варианты осуществления настоящего изобретения, рассмотренные в приведенном выше описании, предусматривают наличие всего лишь одной полупроводниковой микросхемы 40, размещенной на печатной плате 6, однако, следует отметить, что на практике могут быть смонтированы две или более полупроводниковые микросхемы 40 на одной и той же печатной плате 6, что определяется в зависимости от фактических требований.

Некоторые из важнейших преимуществ, определяемых особенностями полупроводникового устройства 4 в соответствии с настоящим изобретением, заключаются в следующем:
1. Поскольку не требуется применять установку, предназначенную для соединения проводников, обеспечивается резкое сокращение издержек производства. Кроме того, устраняются неблагоприятные последствия для выпуска готовой продукции, вызванные недоброкачественным выполнением соединений проводников при изготовлении полупроводникового устройства 4.

2. Благодаря тому что электропроводные контакты 54, 54', 54'' герметично ограждены печатной платой 6 и диэлектрическим ленточным слоем 5, обеспечивается защита электропроводных контактов 54, 54', 54'' от окисления и коррозии.

3. В связи с тем что не предусматривается использование каких-либо шариков припоя между поверхностью 60 с рисунком схемы печатного монтажа, которая имеется на печатной плате 6, и второй адгезионной поверхностью 51 диэлектрического ленточного слоя 5, печатная плата 6 может быть смонтирована непосредственно на диэлектрическом ленточном слое 5 с обеспечением сравнительно большой площади контакта между ними, благодаря чему предотвращается нежелательное отделение печатной платы 6 от диэлектрического ленточного слоя 5.

4. Благодаря соответствующим особенностям конструкции электропроводных контактов 54, 54' 54'', предусмотренных в полупроводниковом устройстве 4, согласно данному изобретению объем выпуска кондиционной продукции может быть существенно более высоким по сравнению с получаемым при производстве известного полупроводникового устройства, в котором используются шарики припоя.

Выше настоящее изобретение описано в связи с теми вариантами его осуществления, которые считаются наиболее практичными и предпочтительными, но это отнюдь не означает, что данное изобретение ограничивается лишь раскрытыми здесь вариантами его осуществления, и при этом подразумевается, что оно охватывает также различные его изменения и дополнения, которые не выходят за пределы существа и объема изобретения в самой широкой его интерпретации с тем, чтобы заключать в себе всевозможные модификации и соответствующие изменения.

Полупроводниковое устройство (4) включает в себя полупроводниковую микросхему (40), диэлектрический ленточный слой (5) и печатную плату (6). Полупроводниковая микросхема (40) имеет монтажную поверхность (42) под контактные площадки с множеством расположенных на ней контактных площадок (41). Диэлектрический ленточный слой (5) имеет противоположные первую и вторую адгезионные поверхности (50, 51). Первая адгезионная поверхность (50) приклеена к монтажной поверхности (42) под контактные площадки на полупроводниковой микросхеме (40). Диэлектрический ленточный слой (5) выполнен с отверстиями, предусмотренными в местах расположения контактных площадок (41) и предназначенными для обнажения последних. Каждое отверстие ограничено стенкой, которая совместно с соответствующей ему одной из контактных площадок (41) образует приемное пространство под контакт. Предусматривается размещение электропроводных контактов соответственно в приемных пространствах под контакты. Печатная плата (6) имеет поверхность (60) с рисунком схемы печатного монтажа, приклеенную ко второй адгезионной поверхности (51) на диэлектрическом ленточном слое (5). Поверхность (60) с рисунком схемы печатного монтажа выполнена в виде отдельных элементов (61) отпечатка этой схемы, которые соединены с электропроводными контактами с тем, чтобы установить электрическое соединение с контактными площадками (41). Раскрывается также способ изготовления полупроводникового устройства (4). Технический результат - улучшение качества готовой продукции. 2 с. и 9 з.п.ф-лы, 8 ил.

1. Полупроводниковое устройство (4), содержащее полупроводниковую микросхему (40), имеющую монтажную поверхность (42) с множеством расположенных на ней контактных площадок (41), диэлектрический ленточный слой (5), выполненный с множеством отверстий (52) в местах расположения контактных площадок (41), предназначенных для обнажения контактных площадок (41), множество электропроводных контактов (54, 54', 54") и печатную плату (6), имеющую поверхность (60) с рисунком схемы печатного монтажа, выполненную в виде отдельных элементов (61) схемы печатного монтажа, которые соединены с электропроводными контактами (54, 54', 54") с обеспечением электрического соединения с контактными площадками (41), отличающееся тем, что диэлектрический ленточный слой (5) имеет противоположные первую и вторую адгезионные поверхности (50, 51), первая адгезионная поверхность (50) приклеена к монтажной поверхности (42) под контактные площадки на полупроводниковой микросхеме (40), при этом каждое из отверстий (52) ограничено стенкой (53), которая совместно с соответствующей ему одной из контактных площадок (41) образует приемное пространство под контакт, множество электропроводных контактов (54, 54', 54") размещены соответственно в приемных пространствах под контакты, вторая адгезионная поверхность (51) приклеена к поверхности (60) с рисунком схемы печатного монтажа. 2. Полупроводниковое устройство (4) по п.1, отличающееся тем, что вторая адгезионная поверхность (51) покрыта термоотверждаемым клеем (55), температура отверждения которого ниже, чем температура плавления электропроводных контактов (54, 54', 54"). 3. Полупроводниковое устройство (4) по п.1, отличающееся тем, что каждый из электропроводных контактов (54) представляет собой оловянный шарик. 4. Полупроводниковое устройство (4) по п.1, отличающееся тем, что каждый из электропроводных контактов (54') сформирован из электропроводной пасты. 5. Полупроводниковое устройство (4) по п.1, отличающееся тем, что каждый из электропроводных контактов (54") сформирован из электропроводного материала (56), подвергнутого химическому электролитическому осаждению до соединения с элементами (61) отпечатка схемы печатного монтажа. 6. Способ изготовления полупроводникового устройства (4), включающий в себя выполнение диэлектрического ленточного слоя (5) с множеством отверстий (52), предусмотренных в местах расположения контактных площадок (41), выполненных на монтажной поверхности (42) и на полупроводниковой микросхеме (40), и предназначенных для обнажения контактных площадок (41), соединение отдельных элементов (61) схемы печатного монтажа, выполненных на поверхности (60) с рисунком схемы печатного монтажа, имеющейся на печатной плате (6), с электропроводными контактами (54, 54', 54") с обеспечением электрического соединения с контактными площадками (41), отличающийся тем, что перед соединением отдельных элементов (61) схемы печатного монтажа, выполненных на поверхности (60) с рисунком схемы печатного монтажа, с электропроводными контактами (54, 54', 54") с обеспечением электрического соединения с контактными площадками (41), осуществляют приклеивание первой адгезионной поверхности (50) диэлектрического ленточного слоя (5) к монтажной поверхности (42) под контактные площадки (41) на полупроводниковой микросхеме (40), при этом каждое из отверстий (52) ограничено стенкой (53), которая совместно с соответствующей ему одной из контактных площадок (41) образует приемное пространство под контакт, размещение множества электропроводных контактов (54, 54', 54") соответственно в приемных пространствах под контакты, приклеивание поверхности (60) с рисунком схемы печатного монтажа ко второй адгезионной поверхности (51) диэлектрического ленточного слоя (5), противоположной по отношению к первой адгезионной поверхности (50). 7. Способ по п.6, отличающийся тем, что вторая адгезионная поверхность (51) покрыта термоотверждаемым клеем (55), температура отверждения которого ниже, чем температура плавления электропроводных контактов (54, 54', 54"), а приклеивание печатной платы (6) к диэлектрическому ленточному слою (5) и соединение элементов (61) отпечатка схемы печатного монтажа с электропроводными контактами (54, 54', 54") осуществляют одновременно путем выполнения операции термоотверждения таким образом, чтобы поверхность (60) с рисунком схемы печатного монтажа была уже приклеена ко второй липкой поверхности (51) до расплавления электропроводных контактов (54, 54', 54"). 8. Способ по п.6, отличающийся тем, что приклеивание диэлектрического ленточного слоя (5) к полупроводниковой микросхеме (40) осуществляют посредством термоотверждения термоотверждаемого клея (55), применяемого для покрытия первой адгезионной поверхности (50). 9. Способ по п.6, отличающийся тем, что каждый из электропроводных контактов (54) представляет собой оловянный шарик. 10. Способ по п.6, отличающийся тем, что каждый из электропроводных контактов (54') сформирован из электропроводной пасты. 11. Способ по п.6, отличающийся тем, что каждый из электропроводных контактов (54") сформирован из электропроводного материала (56), который подвергают химическому электролитическому осаждению до соединения с элементами (61) отпечатка схемы печатного монтажа.