СПОСОБ И УСТРОЙСТВО НЕРАЗЪЕМНОГО СОЕДИНЕНИЯ ИНТЕГРАЛЬНОЙ ЦЕПИ С СУБСТРАТОМ
METHOD AND DEVICE FOR PERMANENT CONNECTION OF INTEGRATED CIRCUIT TO SUBSTRATE

Изобретение относится к способу и устройству неразъемного соединения интегральных цепей с, по крайней мере, одним субстратом, расположенным снизу, путем размещения адгезива между скрепляемыми поверхностями и вокруг кромок интегральных цепей в соответствии с преамбулами пунктов 1 и 7 формулы изобретения.
Известно использование разнообразных способов при производстве полупроводников для неразъемного соединения так называемых интегральных цепей (ИЦ) с поверхностью субстрата. Например, известно использование горячих припоев в качестве средств соединения интегральных цепей и субстратов. Альтернативно используют эвтектические способы соединения.
Чаще всего, учитывая малые размеры интегральных цепей, используют размещение адгезивов или паст между нижней поверхностью интегральных цепей и верхней частью субстратов, которые могут иметь форму полосы, притом что вулканизацию таких паст и адгезивов осуществляют подачей тепловой энергии.
В результате воздействия тепловой энергии на элементы цепей, адгезивы, вулканизируемые под воздействием тепла, часто наносят повреждения этим элементам, например, за счет появления механических напряжений на поверхности интегральных цепей и субстратов, которые могут привести к их деформации. Функционирование интегральных цепей может быть нарушено также за счет ненормированного подвода тепла.
Чаще всего подобный подвод тепла сказывается на заметном уменьшении долговременной стабильности и долговременном качестве функционирования интегральных цепей.
Соответственно техническим результатом настоящего изобретения является создание способа и устройства неразъемного соединения интегральных цепей с расположенным под ним субстратом с использованием адгезива, при которых становится возможным исключить любые возможные повреждения элементов цепей при подводе тепла.
Указанный технический результат достигается способом неразъемного соединения интегральных цепей (1) к, по крайней мере, одному расположенному под ними субстрату (2) с использованием адгезива (3), размещаемого между ними и вокруг кромок интегральных цепей (1), притом что с целью отверждения адгезива (3) за счет его полимеризации к верхней стороне и/или нижней стороне сборки, включающей субстрат (2) и одну из интегральных цепей (1), направляют источник света с длиной волны из ряда 280-900 нм.
К отверждаемому адгезиву (3) добавляют функционально значимое количество оптических активаторов, предотвращающих полимеризацию адгезива (3) при воздействии на него дневного света, окружающего света и/или света, используемого при производстве.
Свет полимеризации применяют при интенсивности световой энергии (6b), по крайней мере, 5 Люмен в секунду, предпочтительно, по крайней мере, 100 Люмен в секунду.
В течение всего процесса полимеризации (7с, 7d) адгезива (3) поддерживают применение минимального уровня световой энергии (6b).
Длину волны испускаемого света выбирают из диапазона видимого спектра, в частности в диапазоне 400-750 нм, с включением ультрафиолетовой составляющей излучения и/или составляющей с близкой к ультрафиолетовому излучению длиной волны.
В качестве источника света используют устройство с возможностью распределять лучи света (19) по поверхности плоскостей субстрата (2) и/или интегральных цепей (1), притом что источник света (14) вплотную приближен к верхней стороне (1а) интегральной цепи (1) и/или к нижней стороне (2а) субстрата (2).
Кроме этого, технический результат достигается использованием устройства неразъемного соединения интегральных цепей (1) к, по крайней мере, одному расположенному под ними субстрату (2) с использованием адгезива (3), размещаемого между ними и вокруг кромок интегральных цепей, притом что, по крайней мере, один источник света (14, 15, 18) размещают вплотную к и над верхней стороне(ой) (1а) интегральной цепи (1) и/или вплотную к и под нижней стороне(ой) (2а) субстрата (2), и он имеет возможность распространять световые лучи (19), испускаемые излучателем (18) по поверхности плоскостей субстрата (2) и/или интегральной цепи (1), с целью отверждения адгезива (3), притом что световые лучи (19) имеют длину волны, выбираемую из диапазона 280-900 нм.
Источник света (14) включает корпус (15), на котором закрепляют излучатель (18) и который снабжен светоотражающими внутренними стенками (16а, 16b, 16с) и одной светопроницаемой стенкой (17), которая обращена к субстрату (2) и интегральной цепи (1).
Адгезив (3) содержит функционально эффективное количество оптических активаторов, способных производить отверждение адгезива при энергии излучения источника света и его длительности, определяемых видом и количеством вводимого активатора.
Ключевой концепцией настоящего изобретения является способ неразъемного соединения интегральных цепей с размещаемым под ними, по крайней мере, одним субстратом с помощью адгезива, располагаемого между ними и вокруг кромок интегральных цепей, притом что источник света с длиной волны из ряда 280-900 нм направляют на верхнюю и/или нижнюю стороны сборки, включающей субстрат, и, по крайней мере, одну из интегральных цепей с целью отверждения адгезива путем его полимеризации. Такое световое воздействие позволяет предотвратить необходимость использования тепла и, таким образом, избежать возникновения условий появления механических стрессов и поверхностных деформаций интегральных цепей или субстратов. Вместо этого дозированное добавление функционально эффективного количества активаторов полимеризации адгезива, используемого для соединения сборки, создает условия отсутствия полимеризации адгезива, или, другими словами, его отверждения, при экспонировании сборки на дневном свете, окружающем свете и/или свете, используемом в производственных процессах. Указанная полимеризация имеет место только при применении света определенной длины волны при определенной энергии излучения и при определенном времени экспозиции, задаваемых видом и количеством вводимых активаторов полимеризации.
Настоящее изобретение предусматривает использование света полимеризации для отверждения адгезива с энергией излучения преимущественно, по крайней мере, от 5 Люмен в секунду до 100 Люмен в секунду со временем воздействия от 0,1 до 50 секунд, преимущественно 8-20 секунд. Только при воздействии света с указанной минимальной энергией излучения, в течение указанного минимального интервала времени и при заданной длине волны, которая находится в преимущественном УФ-диапазоне или диапазоне, близком к УФ, происходит направленное воздействие активаторов на процесс отверждения адгезива и, таким образом, завершение процесса его отверждения.
Полимеризация адгезива проходит по принципу цепной реакции по мере воздействия минимально необходимой световой энергии, учитывая, что указанная энергия имеет воздействие на объект полимеризации до его полного отверждения. В данном случае указанный предпочтительный период воздействия в 10-20 секунд представляет собой период, начинающийся примерно вместе с началом процесса полимеризации при начале светового экспонирования и оканчивающийся по мере завершения цепной реакции полимеризации.
В соответствии с предпочтительным примером конкретного исполнения длину волны выбирают в диапазоне видимого спектра, а именно в диапазоне 400-750 нм, с компонентой УФ-излучения или излучения, близкого к УФ.
В качестве устройства, позволяющего осуществить такое неразъемное соединение интегральных цепей к располагаемому ниже их субстрату, используют источник света так называемого оптотродного типа, разработанный для распространения световых лучей по поверхности плоскостей субстрата и/или интегральных цепей, для создания условий равномерного и эффективного отверждения адгезива. В этом случае такое устройство излучения света или оптотродное устройство располагают над верхней стороной интегральной цепи или под нижней стороной субстрата при непосредственной близости к указанным сторонам.
Такое оптотродное устройство позволяет располагать источник света или источники света на более коротких расстояниях от объекта, сохраняя способность распространять излучаемые источником световые лучи по поверхности плоскости субстрата и интегральных цепей. Поскольку свет используют при минимально допустимых уровнях энергетического воздействия на адгезив, то при увеличении расстояния между источником света и поверхностью адгезива процесс полимеризации прекращается из-за недостатка необходимой энергии излучения. Например, при удвоении расстояния между источником света и адгезивом необходимая для воздействия световая энергия увеличивается в четыре раза, а значит, цели достигает только четверть минимально необходимой энергии излучения.
Такое оптотродное устройство имеет корпус, который включает источник света и светоотражающие внутренние стенки за исключением одной светопрозрачной стенки, обращенной к поверхности адгезива. Соответственно в случае прямоугольной формы исполнения корпуса, например, обе боковые стенки и задняя стенка изготавливают из светоотражающего материала с внутренней стороны, а светопрозрачную стенку, обращенную к поверхности адгезива или, скажем, к поверхности субстрата и/или интегральной цепи, изготавливают, например, из стекла. В результате световые лучи, излучаемые к боковым или задней стенкам, отражаются в направлении светопрозрачной передней стенки. Это увеличивает световую энергию, передаваемую на поверхность адгезива.
Светопрозрачную стенку выполняют либо в качестве нижней стенки корпуса, если оптотродное устройство размещено над верхней стороной интегральной цепи, либо в качестве верхней стенки корпуса, если последний размещен ниже субстрата. В последнем случае субстрат должен быть выполнен из светопрозрачного материала, поскольку в противном случае свет не может проникнуть к адгезиву, размещенному между верхней поверхностью субстрата и интегральной цепью, размещаемой сверху.
Другие преимущественные примеры конкретного исполнения становятся понятными из зависимых пунктов формулы изобретения.
Преимущественные и функционально необходимые особенности представлены в следующем описании, сопровождаемом чертежами, на которых:
на Фиг.1 показан схематический вид сбоку сборки интегральной цепи на субстрате, которые соединены по способу, соответствующему одному из возможных примеров конкретного исполнения настоящего изобретения;
на Фиг.2 показан схематический вид сбоку другой интегральной цепи на субстрате, которые соединены по способу, соответствующему одному из возможных примеров конкретного исполнения настоящего изобретения;
на Фиг.3 показана диаграмма временного распределения световой энергии, используемой в способе, соответствующем настоящему изобретению, в сравнении с одновременно имеющей место полимеризацией;
на Фиг.4 показан перспективный схематический вид распределения световой энергии, излучаемой источником света, на различные участки поверхности в функции расстояния;
на Фиг.5 показан перспективный вид сбоку устройства неразъемного соединения в соответствии с первым примером конкретного исполнения изобретения;
на Фиг.6 показан перспективный вид сбоку устройства неразъемного соединения в соответствии со вторым примером конкретного исполнения изобретения.
На Фиг.1 показан схематический вид сбоку интегральной цепи 1 и субстрата 2, соединенных вместе адгезивом 3, отверждаемым путем полимеризации в соответствии с настоящим изобретением.
Между интегральной цепью 1, которая может быть выполнена в виде элемента на основе полупроводника любого типа, например в виде чипа, и субстратом 2 размещены соединения (4а, 4b), которые, проходя сквозь соединительный адгезив, осуществляют устойчивый контакт с другими элементами, такими как антенна (не показана), которые могут быть размещены на поверхности субстрата.
Фиг.2 также показывает интегральную цепь 1 с располагаемым под ней субстратом 2, но без соединений чипа или поверхностей его соединения в промежуточном пространстве 5 между интегральной цепью 1 и субстратом 2. Чаще всего, как в структуре, показанной на Фиг.1, адгезив размещают на участке кромок чипа таким образом, что адгезивом покрывают боковые грани чипа 1 и поверхность адгезива 2. Это позволяет осуществлять более устойчивое и надежное соединение чипа 1 к субстрату 2.
На Фиг.3 показана диаграмма, демонстрирующая влияние прикладываемой световой энергии в соответствии с изобретением на процесс полимеризации адгезива и их временные зависимости. На диаграмме показана световая энергия 6а, 6b и 6с, прикладываемая к поверхности адгезива путем направления источника света в определенные промежутки времени, и одновременно динамика процесса полимеризации 7а, 7b, 7с и 7d для демонстрации состояния адгезива в соответствующие промежутки времени приложения световой энергии.
Как можно легко увидеть из приведенной временной диаграммы зависимости приложения световой энергии и процесса полимеризации, по мере увеличения световой энергии 6а полимеризация на участке 7а не проходит, до тех пор пока не будет приложена световая энергия в 100 Люмен в секунду, необходимая для активации оптических активаторов, содержащихся в адгезиве. После этого процесс полимеризации растет скачкообразно, как показано участком кривой 7b.
Как показывает кривая на участке 7с, аналогичный уровень полимеризации имеет место даже при увеличении уровня излучаемой энергии до 129 Люмен в секунду. Но при этом требуется дальнейший рост прикладываемой излучаемой энергии, как показано на участке кривой 6b, для того чтобы поддерживать цепную реакцию полимеризации в соответствии с участком кривой 7d. Но при истечении интервала времени преимущественно в 10-20 секунд с момента начала полимеризации, что одновременно также примерно соответствует интервалу участка кривой 7а, уровень излучаемой энергии можно довести до нуля, как показано на участке кривой 6с, притом что полимеризация еще не завершена, как показано на участке кривой 7d. Полимеризация продолжается до полного отверждения адгезива, как показано участком кривой 7е.
На Фиг.4 показан перспективный схематический вид зависимости уровня излучаемой энергии от расстояния до источника света 8. Если расстояние между источником света 8 и поверхностью, на которую воздействуют лучи света 11, например поверхностью адгезива 9, 10, удваивается, то уровень излучаемой энергии в точке 13 уменьшится на три четверти по сравнению с уровнем излучаемой энергии в точке 12 благодаря тому, что площадь поверхности 10 в четыре раза больше, чем площадь поверхности 9. Однако учитывая необходимость приложения минимального уровня излучаемой энергии для начала полимеризации, необходимо минимально возможное расстояние между источником света, излучающего световые лучи, и поверхностью адгезива и, таким образом, субстрата и интегральной цепи.
Такое малое расстояние между источником света и адгезивом становится возможным при применении светоизлучающего устройства, или оптотродного устройства, 14, показанного на Фиг.5 и 6. Такое оптотродное устройство включает корпус 15 с отражающими внутренними стенками 16а, 16b и 16с и светопрозрачной передней стенкой 17, позволяющей световым лучам 19, излучаемым источником света 18, достигать поверхностей адгезива 3, притом что некоторые из указанных световых лучей отражаются от внутренних стенок 16а, 16b и 16с и поступают на светопрозрачную стенку 17 снизу.
Описанный корпус 15 с установленным в нем источником света 18 устанавливают на верхнюю сторону 1а интегральной цепи 1. При этом, как описывалось ранее, между интегральной цепью 1 и субстратом 2 устанавливают соединения чипов 4а, 4b. Указанное устройство позволяет в равной степени свободный доступ световых лучей 19 к поверхностям адгезива преимущественно на периферийных краевых участках, но и обеспечение малого расстояния между источником света 18 и адгезивом 3 без соответствующих потерь энергии светового излучения. Таким образом, минимизируют уровень необходимой световой энергии для инициации полимеризации, которая при этом не может начаться при воздействии дневного или окружающего света.
На Фиг.6 показано оптотродное устройство, соответствующее другому или второму примеру конкретного исполнения изобретения. Оптотродное устройство, показанное на этом чертеже, отличается от вышеописанного и показанного на Фиг.5 тем, что его устанавливают не над верхней стороной 1а интегральной цепи 1, а снизу нижней стороны 2а субстрата 2. Элементы аналогичного свойства или аналогичного назначения обозначены аналогичными номерами позиций.
Как можно видеть, сравнивая оптотродные устройства, показанные на Фиг.5 и 6, для применения устройства, показанного на чертеже Фиг.6, для прохождения лучей 19 к поверхностям адгезива 3, размещаемого между субстратом 2 и интегральной цепью 1, требуется соблюсти условие светопрозрачности субстрата 2. В остальном работа описанных на этих чертежах устройств аналогична.
Все признаки изобретения, раскрытые в настоящих материалах, являются существенными по отношению к изобретению, отвечают критерию новизны как индивидуально, так и в допустимых комбинаторных сочетаниях с учетом уровня техники.