SE523164C2 - Monteringsarrangemang för halvledarelement med lödkulor för inriktning till mottagande yta - Google Patents
Monteringsarrangemang för halvledarelement med lödkulor för inriktning till mottagande ytaInfo
- Publication number
- SE523164C2 SE523164C2 SE9901781A SE9901781A SE523164C2 SE 523164 C2 SE523164 C2 SE 523164C2 SE 9901781 A SE9901781 A SE 9901781A SE 9901781 A SE9901781 A SE 9901781A SE 523164 C2 SE523164 C2 SE 523164C2
- Authority
- SE
- Sweden
- Prior art keywords
- receiving surface
- chip
- carrier
- balls
- semiconductor element
- Prior art date
Links
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L24/00—Arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies; Methods or apparatus related thereto
- H01L24/80—Methods for connecting semiconductor or other solid state bodies using means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected
- H01L24/81—Methods for connecting semiconductor or other solid state bodies using means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected using a bump connector
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
- H01L2224/80—Methods for connecting semiconductor or other solid state bodies using means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected
- H01L2224/81—Methods for connecting semiconductor or other solid state bodies using means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected using a bump connector
- H01L2224/818—Bonding techniques
- H01L2224/81801—Soldering or alloying
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
- H01L2924/01—Chemical elements
- H01L2924/01006—Carbon [C]
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
- H01L2924/01—Chemical elements
- H01L2924/01013—Aluminum [Al]
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
- H01L2924/01—Chemical elements
- H01L2924/01029—Copper [Cu]
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
- H01L2924/01—Chemical elements
- H01L2924/01033—Arsenic [As]
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
- H01L2924/01—Chemical elements
- H01L2924/01049—Indium [In]
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
- H01L2924/01—Chemical elements
- H01L2924/0105—Tin [Sn]
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
- H01L2924/01—Chemical elements
- H01L2924/01061—Promethium [Pm]
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
- H01L2924/01—Chemical elements
- H01L2924/01079—Gold [Au]
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
- H01L2924/013—Alloys
- H01L2924/014—Solder alloys
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
- H01L2924/10—Details of semiconductor or other solid state devices to be connected
- H01L2924/102—Material of the semiconductor or solid state bodies
- H01L2924/1025—Semiconducting materials
- H01L2924/10251—Elemental semiconductors, i.e. Group IV
- H01L2924/10253—Silicon [Si]
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
- H01L2924/10—Details of semiconductor or other solid state devices to be connected
- H01L2924/102—Material of the semiconductor or solid state bodies
- H01L2924/1025—Semiconducting materials
- H01L2924/1026—Compound semiconductors
- H01L2924/1032—III-V
- H01L2924/10329—Gallium arsenide [GaAs]
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
- H01L2924/10—Details of semiconductor or other solid state devices to be connected
- H01L2924/11—Device type
- H01L2924/14—Integrated circuits
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
- H01L2924/15—Details of package parts other than the semiconductor or other solid state devices to be connected
- H01L2924/151—Die mounting substrate
- H01L2924/153—Connection portion
- H01L2924/1531—Connection portion the connection portion being formed only on the surface of the substrate opposite to the die mounting surface
- H01L2924/15311—Connection portion the connection portion being formed only on the surface of the substrate opposite to the die mounting surface being a ball array, e.g. BGA
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
- H01L2924/30—Technical effects
- H01L2924/35—Mechanical effects
- H01L2924/351—Thermal stress
-
- H—ELECTRICITY
- H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
- H05K3/00—Apparatus or processes for manufacturing printed circuits
- H05K3/30—Assembling printed circuits with electric components, e.g. with resistor
- H05K3/303—Surface mounted components, e.g. affixing before soldering, aligning means, spacing means
-
- H—ELECTRICITY
- H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
- H05K3/00—Apparatus or processes for manufacturing printed circuits
- H05K3/30—Assembling printed circuits with electric components, e.g. with resistor
- H05K3/32—Assembling printed circuits with electric components, e.g. with resistor electrically connecting electric components or wires to printed circuits
- H05K3/34—Assembling printed circuits with electric components, e.g. with resistor electrically connecting electric components or wires to printed circuits by soldering
- H05K3/341—Surface mounted components
- H05K3/3431—Leadless components
- H05K3/3436—Leadless components having an array of bottom contacts, e.g. pad grid array or ball grid array components
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Wire Bonding (AREA)
- Electric Connection Of Electric Components To Printed Circuits (AREA)
Description
25 30 0523 164 2 jämt är större än chipet själv. Exempel på sådana CSP:er beskrivs i JP-A-9199540 och JP-A-9129679. Sådana paket tjänar också som adaptrar genom att tillåta i huvudsak alla kretskonfigurationer att monteras i vanliga kretskortarrangemang och har fördelen att de tar upp avsevärt mindre plats. Dessa paket delar emellertid också nackdelen med en komplex tillverkningsprocess.
För att montera IC-chips direkt på den mottagande kretsen kan flip-chiptekniker an- vändas. Detta innefattar vanligen att lödkulor binds direkt till exponerade eller avsatta anslutningskuddar på chipet. Chipet vänds sedan för montering på PCB:n eller arman mottagande yta. Ett flip-chipmonteringsarrangemang beskrivs i US 5 569 960. I detta arrangemang formas lödbollar i enlighet med de påfrestningar och spänningar de troligen utsätts för. Referensen visar att lödbollar, som har en så kallad ”handtrurmneform” med en smal midja och en större yta vid anslutningspunkter står emot bättre och har därmed en längre livstid. De olika lödbollsfomerna över ett chip erhålles antingen genom att använda samma volym av lödpasta och variera anslutningskuddytorna eller alternativt genom att använda anslutningskuddar av samma storlek och variera lödmetallvolymen. De mest påfrestningståliga lödbollarna har därmed en mindre volym än andra lödbollar.
Ett ytterligare arrangemang beskrivet i WO99/095 90 använder en kylare bunden till en övre yta av ett chip. Kylaren har delar, som sträcker sig över chipet mot kylaren och som är bundna till kylaren med användning av någon fonn av pasta.
Anslutningarna mellan chipet och den mottagande ytan bibehålles vid en konstant storlek genom att använda försånkta delar i en stötfonnande jigg.
När anslutningarna på ett chip emellertid inte är symrnetriska, till exempel när mycket få anslutningar finns och dessa är anordnade dominerande på en sida av chipet, vilket är vanligt för chips, som är utformade för mikrovågstillärnpningar, till exempel, åstadkommes placeringen av chipet med alla anslutningar placerade i linje inte enkelt. Följaktligen är monteringsprocessen svår och mödosarn och de resulterande elektriska anslutningarna ofta opålitliga. 10 15 20 25 30 523 164 3 Det är därför ett syfte med uppfinningen att åstadkomma ett monteringsarrangemang, som övervinner nackdelarna med känd teknik.
Det är ett ytterligare syfte med uppfinningen att åstadkomma ett monteringsarrange- mang som möjliggör att halvledarelement monteras på enkelt vis med användning av flipchiptekniker som är enkla att implementera och som åstadkommer pålitliga anslutningar även när de utförs automatiskt.
Sammanfattning av uppfinningen Enligt uppfinningen föreslås ett monteringsarrangemang där ett halvledarelement som har minst en anslutningskula för att direkt, elektriskt koppla elementet till en motsvarande anslutningskudde på en mottagande PCB eller liknande yta och minst en ytterligare upphöjd del med en större volym än anslutningskulan, vilken är anpassad att binda med en motsvarande kudde, som har en större yta än anslutningskudden, som är anordnad i ett förutbestämt läge på den mottagande ytan.
Den upphöjda delen är fördelaktigt en lödmassa, som när den hettas upp kommer att flyta ut endast till utsedda lägen på den mottagande ytan. Som ett resultat av dess större massa kommer den upphöjda delen att effektivt dra halvledarelementet i korrekt linje med den mottagande ytan oavsett läget av anslutningskulari.
Den ökade volymen hos den upphöjda delen lindrar också effekterna av alla felan- passningar mellan koefficientema för tennisk expansion av halvledarelementet och den mottagande ytan. En sådan missanpassning utsätter lödanslutningarna för skjuv- krafter när kretsen hettas upp under användning. Den större volymen hos den upp- höjda delen kan ta upp det mesta av denna kraft, förhindra eller avsevärt lindra slitageskador hos anslutningskulorna över tiden.
Enligt en ytterligare utföringsform av uppfinningen föreslås ett paket, som innefattar ett halvledarelement, som har anslutningskulor på en yta för att direkt, elektriskt 10 15 20 25 30 iszz 1e4 4 koppla elementet med motsvarande anslutningskuddar på en mottagande yta och en bärare applicerad på den motsatta ytan. Bäraren är dimensionerad för att sträcka sig bortom kanten av halvledarelementet på minst en sida. Minst en upphöjd del med större volym än nämnda anslutningskulor är kopplad till denna utskjutande del av bäraren för att koppla bäraren till motsvarande kuddar med större yta än anslutningskuddama på den mottagande ytan. F ördelaktigt sträcker sig bäraren bortom halvledarelementet på alla sidor och en upphöjd del är placerad vid varje höm av bäraren. Bäraren tjänar lämpligen som ett jordplan för halvledarelementet där de upphöjda delarna elektriskt kopplar jordplanet till den mottagande ytan.
Bäraren kan också tjäna som en kylare. På gnmd av den förstärkande effekten hos bäraren och den automatiska inriktningen, som är uppnåelig med den större massan av lödmetall, som åstadkommes av de upphöjda delarna tillåter detta arrangemang att även tunna och sköra halvledarelement såsom GaAs-chips monteras pålitligt och enkelt med användning av flip-chiptekniker.
Kort beskrivning av ritningama Ytterligare syften och fördelar med uppfinningen blir tydliga i följande beskrivning av de föredragna utföringsfonnema som ges som exempel med referens till de bifogade ritningaina, i vilka: fig. l visar en planvy av undersidan av ett silikonchip som innefattar monteringsarrangemanget i enlighet med en första utföringsfonn av uppfinningen; fig. 2 är en sidovy av silikonchipet i fig. 1 monterat på en mottagande yta i enlighet med uppfinningen; fig. 3 visar en sidovy av ett GaAs-chip applicerat på en bärare, varvid båda är mon- terade på en mottagande yta i enlighet med en ytterligare utföringsform av uppfinningen; 10 15 20 25 30 523 164 flg. 4 visar en planvy av undersidan av bäraren i fig. 3; och fig. 5 visar ett GaAs-chip med bärare monterat på en mottagande yta i enlighet med en ytterligare utföringsform av uppfinningen.
Detalibeskrivning av ritninszama F ig. 1 visar undersidan av ett halvledarelement eller chip 10 som bär någon form av integrerad krets (IC = integrated circuit). I denna utföringsforrn är IC-chipet struktu- rellt ganska starkt; ett typiskt material för IC-chipet är silikon. Elektroder är tillhan- dahållna på ytan av chipet för att ansluta den integrerade kretsen med yttre kontakter såsom på ett tryckt kretskort. Elektrodema består av metalliska, ledande kuddar exponerade eller avsatta på ytan av chipet och kan innefatta, men är inte begränsade till, guld, aluminium eller koppar. Teknikerna för att tillverka dessa ledande kuddar är väl känd i tekniken och kommer inte att beskrivas ytterligare här. Den elektriska anslutningen mellan elektrodema och PCB åstadkommes med hjälp av lödning med användning av upphöjda lödprojektioner, vanligen kallade kulor eller bollar 20.
Arrangemanget av dessa kulor 20, eller snarare de ledande kuddama på ytan av chipet, bestäms av konfigurationen hos den integrerade kretsen. Även om viss ansträngning kan göras för att distribuera kuloma 20 osymmetriskt över ytan av chipet 10 kan alltså kretsutforrnningsskäl göra detta svårt om inte omöjligt. Kulorna 20 är i regel först bundna till IC-chipet 10 och chipet 10 därefter applicerat på den önskade mottagande ytan 40, som kan vara en PCB eller tjockfilms- eller tunnfilmskrets (se fig. 2). Den mottagande ytan bär motsvarande ledande kuddar för att upprätta elektrisk kontakt med lödkulorna.
För att förenkla monteringen av IC-chipet 10 på den mottagande ytan 40 tillhanda- hålles också ett arrangemang av ytterligare projektioner 30 på undersidan av IC- chipet 10. För att enklare skilja dessa projektioner 30 från anslutningskulorna 20 kommer termen "placeringskulor" att användas. Kulorna 30 har emellertid, vilket 10 15 20 25 30 523 164 6 blir uppenbart från följande beskrivning, mer än bara en placeringsfunktion. Dessa placeringskulor 30 är fördelaktigt av ett metalliskt lödmaterial men är av större volym ån anslutningskulorna 20 med volymförhållandet av placeringskulor 30 till anslutningskulor 20 fördelaktigt liggande inom området på ungefär 2 till 10. Place- ringskuloma 30 är bundna till metalliska kuddar tillhandahållna på IC-chipet. Mot- svarande väl definierade vätbara ytor, också fördelaktigt i forrnen av metalliska kuddar (ej visade), är på samma sätt tillhandahållna på den mottagande ytan 40. På grund av den större volymen av placeringskulorna 30 kommer de metalliska kuddama på mottagningsytan 40 att vara av motsvarande större yta än de ledande kuddama tillhandahållna för anslutningskuloma. Ytspänningen hos lödmetall tillåter det att smälta endast på metall. När IC-chipet appliceras på den mottagande ytan 40 och placeringskuloma 30 värms tills lödmetallen flyter ut igen kommer alltså kuloma 30 att automatiskt söka motsvarande metallkuddar. Som ett resultat kommer placeringskuloma 30 att aktivt dra IC-chipet i korrekt linje med de ledande kuddama på den mottagande ytan. På grund av den större storleken av de metalliska kuddama som passar med placeringskuloma, d.v.s. den större kontaktytan tillhandahållen för placeringskulorna 30 på den mottagande ytan, förenklas inriktningen mycket och sker praktiskt taget automatiskt. I själva verket skapar den relativt stora volymen av lödmetall åstadkommet av placeringskuloma en större inriktningskraft än vad som skulle varit möjligt med endast anslutningskulor.
I utföringsfonnen visad i fig. 1 och 2 är anslutningskulorna 20 och placeringskulor- na 30 i huvudsak cylindriska i form och av lika stor höjd när IC-chipet binds till den mottagande ytan 40. Med det fördragna volymförhållandet nämnt ovan kommer därför kontaktytan för placeringskulorna 30 att vara mellan ungefär 2 och 10 gånger ytan av kontaktytan för anslutningskulorna 20. Det bör nämnas att lödkulorna initialt kan appliceras som sfariska bollar vilket är vanligt i tekniken. De kommer då att anta en i huvudsak cylindrisk form när lödmetallen flyter ut igen vid väimning och åstadkommer att de metalliska och ledande kuddama på den mottagande PCB:n 40 är av korrekt storlek. Det kommer att inses att en äkta cylindrisk form inte kan 10 15 20 25 30 523 164 7 åstadkommas i praktiken. En mer sannolik fonn för placeringskuloma 30 skulle vara tunnfonnig.
Valet av lödmetall för anslutningen och placeringskulorna och vilken lödpasta som skall användas bestäms delvis av materialet, som formar de metalliska kuddama på den mottagande ytan 40 och undersidan av chipet 10. F öredragna material innefattar guld, tenn och indium och legeringar av dessa. Även om det föredragna materialet för placeringskuloma 30 är metalliskt lödrnetall är uppfinningen emellertid inte begränsad till detta. Speciellt kan metaller, som inte är goda ledare, eller ett icke-metalliskt ledande material såsom en polymer användas. Placeringskuloma kan faktiskt tillverkas av ett icke-ledande material såsom till exempel en kåda. För att inriktningen av placeringskuloma 30 skall bibehållas bör motsvarande kuddar tillhandahållna på den mottagande ytan naturligtvis vara av ett material som med lätthet kan vätas av placeringskulmaterialet.
Placeringskuloma 30 är placerade på IC-chipet på ett sådant vis att de åstadkommer en stabil struktur för att stödja IC-chipet 10. I synnerhet tjänar placeringskuloma 30 som en plattform för att hålla IC-chipet i huvudsak parallellt med den mottagande ytan så att tillförlitliga anslutningar kan upprättas mellan alla anslutningskulor 20 och motsvarande ledande kuddar tillhandahållna på den mottagande ytan 40.
F öredragna arrangemang innefattar ett galler (vanligtvis refererad till som en ytgmpp) eller sicksackarrangemang. I en högt föredragen utföringsforrn placeras placeringskulor 30 vid kanterna av chipet l0 och mer fördelaktigt vid varje hörn.
Detta möjliggör att utomordentlig stabilitet kan uppnås. Det kommer emellertid att inses att en enkel placeringskula i vissa fall kan vara allt som behövs för att korrekt inrikta IC-chipet på den mottagande ytan. Speciellt kan detta vara fallet när de existerande anslutningskuloma är ordnade i ett arrangemang som åstadkommer en nästan stabil struktur för att stödja chipet 10. 10 15 20 25 30 1523 164 8 Eftersom inriktningsfunktionen hos placeringskuloma 30 orsakad av återflödet av placeringskulans 30 material eller lödpasta är en viktig och önskvärd egenskap hos det beskrivna arrangemanget kan placeringskulor 30 utnyttjas i tillämpningar där endast den ytterligare stabiliteten krävs. I ett sådant fall kan återflödet av lödmetall eller lödpasta avvaras och bindningen mellan placeringskulor 30 och den mottagan- de ytan 40 åstadkommas med användning av tennokompression. En sådan teknik skulle också tillåta metaller eller andra material att användas för placeringskuloma 30 som har en mycket hög smältpunkt.
När de är gjorda av ett elektriskt ledande material kan placeringskulorna 30 lämp- ligen också utnyttjas som jordanslutningar för IC-chipet 10.
Placeringskulorna 30 tjänar ett ytterligare syfte. Under användning kommer chipet att hettas upp. Den mottagande ytan, som normalt också innefattar åtminstone pas- siva kretskomponenter, kommer också att hettas upp, Både IC-chipet och den mot- tagande ytan kommer att undergå expansion vid upphettning med koefficienten för termisk utvidgning (CTE = coefficient of thennal expansion) beroende på respektive material. Även om materialen för både IC-chipet och den mottagande ytan fördelak- tigt väljs att ha liknande CTE:er är en grad av termisk utvidgningsfelanpassning oundviklig. Detta kommer att yttra sig som en skjuvkraft upplevd av lödanslutning- arna 20, 30. Som ett resultat av deras större volym och massa kan placeringskuloma 30 ta upp en större del av denna kraft och på detta sätt väsentligen reducera den terrniska spänningen, som anslutningskuloma utsätts för. Effekterna av en termisk utvidgningsfelanpassning kommer oundvikligt att vara större vid kantema av IC- chipet 10 än i mitten och de största effekterna kommer att upplevas vid hörnen hos IC-chipet 10. Det är dänned föredraget att placeringskuloma 30 är lokaliserade i huvudsak vid hömen av IC-chipet såsom visas i fig. l och 2. Även om anslutningen och placeringskuloma 20, 30 visade i fig. 1 och 2 är i huvud- sak cylindriska när de är bundna till den mottagande ytan 10, kommer det att inses att lödkulorna 20, 30 kan tillåtas att återfå sin sfäriska fonn genom att utnyttja en 10 15 20 25 30 523 164 9 lödpasta som låser vid en lägre temperatur än återflödestemperaturen hos lödkulorna själva. Såsom nämnts ovan kan detta också åstadkommas genom att binda place- ringskuloma 30 till den mottagande ytan 40 genom terrnokompression även om ingen inriktningskraft genereras med användning av denna teknik. Det är vidare möjligt att lödpasta kan utnyttjas med placeringskuloma 30 för att öka deras volym för någon speciell tillämpning. När både anslutnings- och placeringskulor 20, 30 binds med användning av lödpasta är det föredraget att en pasta används för place- ringskuloma, vilken är mindre dispenserad än den för anslutningskuloma 20 och därför låser vid en något högre temperatur. Detta tillförsäkrar att placeringskuloma förblir högre och bibehåller det önskade avståndet av chipet 10 bort från mottagningsytan 40.
En ytterligare utföringsfonn av uppfinningen visas i fig. 3 och 4. I dessa figurer betecknas de delar som redan beskrivits med referenser till fig. 1 och 2 med likadana referensnummer.
F ig. 4 visar ett ytterligare IC-chip 50, som är monterat på en mottagande yta 40 och elektriskt ansluten till den mottagande ytan med användning av anslutningslödkulor 30 bundna till undersidan av IC-chipet 50. En bärare 60 är förenad till toppsidan av IC-chipet 50 av en lödförening 51. Bäraren 60 tjänar som en stärkare för IC-chipet 50; detta arrangemang är därmed speciellt väl anpassat för mycket ömtåliga halvle- darkomponenter såsom ett GaAs-chip, som kan vara speciellt tunt och känsligt för brytning. Bäraren 60 kan också tjäna för att fördela värme genererad av chipet 50, varvid det bör vara gjort av ett passande material. Bäraren är något större än IC- chipet 50 och sträcker sig bortom chipet 50 på åtminstone en sida. I arrangemanget visat i fig. 3 och 4 sträcker sig bäraren 60 bortom chipet 50 på alla sidor, men med en mindre marginal på ett par av motstående sidor än på det andra. I detta arrangemang är placeringskuloma 30 inte tillhandahållna på IC-chipet utan på bäraren 60. Speciellt är placeringskuloma 30 placerade på undersidan av bäraren 60 väsentligen i hömytoma av densamma. Undersidan av bäraren visas i fig. 4. Denna består i huvudsak av en mask 61 av isolerande material genom vilken metalliska ytor 10 15 20 25 30 523 164 io är synliga. Dessa metalliska ytor innefattar en i huvudsak rektangulärt exponerad yta 62 belägen centralt på bäraren 60 för att motta IC-chipet 50 och ungefär cirkulärt exponerade, metalliska ytor 63 för att binda till placeringskulorna 30 antingen med eller utan förmedlingen av en passande lödpasta. I många tillämpningar kan det vara fördelaktigt att bäraren 60 inte bär ström. För höghastighetstillämpningar, t.ex. radiofrekvenstillämpningar, kan bäraren 60 emellertid inkorporera, eller tjäna som, ett jordplan för chipet 50. De exponerade ytorna 63 för bindning till placeringskuloma 30 kommer sedan att elektriskt anslutas till jordplanet så att placeringskulorna 30 också tjänar som jordanslutningar.
I denna utföringsfonn är placeringskuloma 30 inte endast av större diameter än anslutningskuloma 20 utan också högre. Strukturen på det hela är effektivt ett chip- skalpaket (CSP = chip scale package) med IC-chipet 50 direkt, elektriskt anslutet till den mottagande ytan 40 genom anslutningskulor 20. På grund av bäraren 60 är strukturen robust, men IC-chipet är inte inkapslat, vilket därmed tillåter montering med användning av flip-chiptekniker. Noggrann och pålitlig inriktning av chipet på den mottagande ytan 40 möjliggörs genom placeringskuloma 30 på samma vis som beskrivits med referens till utföringsforrnen i fig. l och 2.
När chipet 50 är tunt jämfört med bäraren väljs bäraren 60 att ha i huvudsak samma koefficient av termisk utvidgning (CTE) som lC-chipet 50. Om chipet 50 är tjockare och därmed mer robust kan CTE:n hos bäraren 60 och chipet 50 skilja lite grarm utan att chipet 50 lider av skadliga effekter. Det kommer att inses att den effektiva CTE:n hos paketet relativt den mottagande ytan 40 kommer att bero på den relativa tjockleken hos bäraren 60 och chipet 50. Därmed kommer CTE:n hos paketet att bestämmas av bärarrnaterialet om chipet är tunt jämfört med bäraren 60; det mot- satta är sant om bäraren är relativt tunn. Som för utföringsformen i fig. l och 2 absorberar placeringskuloma 30 största delen av skjuvkraftema som resulterar från en CTE-felanpassning mellan paket och mottagande yta 40. 10 15 20 25 30 s2s 164 ll Det är också möjligt i detta arrangemang att minst en placeringskula tillhandahålles på IC-chipet 50 självt på ett analogt sätt till det visat i fig. 1 och 2. En sådan kula skulle naturligtvis dimensioneras för att hålla chipet 50 från den mottagande ytan 40 med i huvudsak höjden av anslutningskulorna 20.
I arrangemanget visat i fig. 3 är både anslutningskulorna 20 och placeringskuloma 30 i huvudsak sfariska när de binder till den mottagande ytan 40. Som ett resultat tenderar anslutningskulorna 20 att utöva en uppåtriktad kraft på IC-chipet 10.
Placeringskulorna motverkar denna kraft genom att dra bäraren 60 nedåt. Denna kompressionskraft ökas avsevärt genom att altemera fonnen hos de bundna place- ringskulorna 30. Detta arrangemang visas i fig. 5.
I fig. 5 är placeringskuloma 30 i huvudsak timglasfonnade med en diameter i mitten av kuloma 30, d.v.s. mitt emellan den mottagande ytan 40 och bäraren 60 på runt 80 % av diametern vid de metalliska kuddama. Denna form innefattar i sig själv kompressionskrafter och är utformad för att motverka de uppåtriktade kraftema hos de sfäriska anslutningskuloma 20 genom att dra bäraren 60 mot mottagningsytan 40.
Denna form formas genom att lämpligt dimensionera de metalliska kuddarna på mottagningsyta 40 och bärarundersida 60 och tillhandahålla den korrekta volymen av lödmetall antingen som en lödboll eller genom att fylla ut massan med lödpasta.
Eftersom lödmetallen kommer att smälta helt på de tillhandahållna metalliserade ytorna bör den önskade fonnen formas naturligt. Även om balansen av kraftema beskriven ovan gäller för lägre temperaturer kommer placeringskuloma att expandera när temperaturen höjs. Detta illustreras i följande exempel som ges med referens till strukturen visad i fig. 5.
Exem el Placeringskuloma 30 anses ha en höjd av 247 um med ett expansionsvärde på 27 ppm. 10 ul 20 523 164 12 Expansionen av placeringskuloma måste järnföras med den av anslutningskulkedjan som är sammansatt såsom följer: Element Höjd um Material Expansion ppm Lödförening 51 20 Sn/Au 22 Chip 50 127 GaAs 6 Anslutningskula (20) 80 Au 14,5 Lödmetall 20 Indium 20 (gränsskiktanslutningskula/PCB) Totalt 247 I ett värsta-fall-scenario antas det att anordningen har en kall start vid -45°C med alla element i balans. Den initiala spänningseffekten är elirninerad. Det är vidare antaget att anslutningskuloma 20 är runt 20°C varmare än placeringskuloma 50.
Därmed skulle en passande arbetstemperatur vara runt 80°C för anslutningskuloma 20 och 60°C för placeringskuloma 30.
Vid dessa temperaturer kommer placeringskuloma att ha expanderat med 0,70 um och anslutningskulkedjan att ha expanderat med 0,34 um.
En överskridande expansion på 0,36 um måste därför absorberas av guldanslut- ningskulan 20 och dess lödmetall. Eftersom dessa tillsammans utgör en struktur på 100 um måste en expansion på 0,36 % absorberas vilket anses vara helt sannolikt.
I alla utföringsfonnerna beskrivna ovan, men speciellt den visad i fig. 5, är det möjligt att anslutningskulorna 20 inte löds alls utan att en tillförlitlig torr anslutning kan vara tillräckligt säker med hjälp av kompressionskrafter hos placeringskulorna 30. Genomförbarheten för ett sådant arrangemang kommer naturligtvis att bero på 523 164 13 tillämpningen. Till exempel kan vissa högfrekventa tillämpningar kräva en våt anslutning.
Claims (13)
1. Ett monteringsarrangemang för ett halvledarelement (10, 50), som på en yta har minst en anslutningskula (20) för att elektriskt koppla halvledarelementet (10, 50) direkt till en motsvarande anslutningskudde på en mottagande yta (40), kännetecknat av att minst en upphöjd del (30), som har en större volym än nämnda anslutningskula (20) och är disponerad för att binda med motsvarande kuddar, som har större yta än nämnda anslutningskudde anordnad i förutbestämda lägen på den mottagande ytan (40) för att dra nämnda halvledarelement (10, 50) i korrekt inriktning till nämnda mottagande yta (40).
2. Ett monteringsarrangemang enligt krav 1, kännetecknat av att flera upphöjda delar (30) är disponerade i ett arrangemang, som bildar en stabil plattform för nämn- da halvledarelement (10, 50).
3. Ett monteringsarrangemang enligt krav 2, kännetecknat av att nänmda upphöjda delar (30) är disponerade i ett gallerarrangemang.
4. Ett monteringsarrangemang enligt något av kraven 1 till 3, kännetecknat av att nämnda minst en upphöjda del (30) innefattar ett material avsett att flyta vid en förutbestämd temperatur.
5. Ett arrangemang enligt något av kraven 1 till 4, kännetecknat av att nänmda minst en upphöjda del (30) är disponerad på ytan hos nämnda halvledarelement (10).
6. Ett monteringsarrangemang enligt krav 5, kännetecknat av att nämnda minst en upphöjda del (30) är disponerad vid en ände av närrmda halvledarelement ( 10). 10 15 20 25 30 523 164 15
7. Ett monteringsarrangemang enligt krav 5 eller 6, kännetecknat av att en upphöjd del (3 0) är disponerad vid varje hörn av nämnda halvledarelement ( 10).
8. Ett arrangemang enligt något av föregående krav, kännetecknat av att en plan bärare (60) av större yta än nämnda halvledarelement (50) monteras på nänmda halvledarelement (50) på en yta motsatt nämnda ena yta och minst en upphöjd del (30) är disponerad på nämnda bärare (60) för att koppla nämnda bärare till nämnda mottagande yta (40).
9. Ett arrangemang enligt krav 8, kännetecknat av att nämnda bärare (50) tjänar som ett jordplan för nämnda halvledarelement (50), där nämnda minst en upphöjda del (3 0) elektriskt kopplar nämnda jordplatta till nämnda mottagande yta (40).
10. Ett arrangemang enligt krav 8 eller 9, kännetecknat av att en upphöjd del (30) är disponerad vid varje hörn av nämnda bärare (60).
11. 1 1. Ett arrangemang enligt något av kraven 8 till 10, kännetecknat av att nämnda bärare (60) är en värmedistribuerande platta.
12. Ett arrangemang enligt något av föregående krav, kännetecknat av att nänmda minst en upphöjda del (30) är dimensionerad för att bilda en timglasform när den är bunden till nämnda mottagande yta (40).
13. Ett halvledarpaket innefattande ett halvledarelement (50), anslutningskulor (20) disponerade på och elektriskt kopplade till en yta av nämnda halvledarelement för att upprätta elektrisk kontakt med motsvarande anslutningskuddar på en mottagande yta, kännetecknat av en bärare (60) disponerad på och bunden till en motsatt yta av nämnda halvledarelement (50) och minst en upphöjd del (30) av en större volym än nämnda anslutningskulor (20), varvid nämnda upphöjda del (3 0) är disponerad på nämnda bärare för att binda till motsvarande kuddar av större yta än nämnda 'S23 164 16 anslutningskuddar på nämnda mottagande yta för att dra bäraren (60) till korrekt inriktning med den mottagande ytan (40).
Priority Applications (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
SE9901781A SE523164C2 (sv) | 1999-05-17 | 1999-05-17 | Monteringsarrangemang för halvledarelement med lödkulor för inriktning till mottagande yta |
AU49675/00A AU4967500A (en) | 1999-05-17 | 2000-05-17 | Mounting arrangement for a semiconductor element |
PCT/SE2000/000977 WO2000070671A1 (en) | 1999-05-17 | 2000-05-17 | Mounting arrangement for a semiconductor element |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
SE9901781A SE523164C2 (sv) | 1999-05-17 | 1999-05-17 | Monteringsarrangemang för halvledarelement med lödkulor för inriktning till mottagande yta |
Publications (3)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
SE9901781D0 SE9901781D0 (sv) | 1999-05-17 |
SE9901781L SE9901781L (sv) | 2000-11-18 |
SE523164C2 true SE523164C2 (sv) | 2004-03-30 |
Family
ID=20415618
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
SE9901781A SE523164C2 (sv) | 1999-05-17 | 1999-05-17 | Monteringsarrangemang för halvledarelement med lödkulor för inriktning till mottagande yta |
Country Status (3)
Country | Link |
---|---|
AU (1) | AU4967500A (sv) |
SE (1) | SE523164C2 (sv) |
WO (1) | WO2000070671A1 (sv) |
Families Citing this family (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE102004037817B4 (de) * | 2004-08-04 | 2014-08-07 | Epcos Ag | Elektrisches Bauelement in Flip-Chip-Bauweise |
US8686560B2 (en) * | 2010-04-07 | 2014-04-01 | Maxim Integrated Products, Inc. | Wafer-level chip-scale package device having bump assemblies configured to mitigate failures due to stress |
Family Cites Families (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US3871015A (en) * | 1969-08-14 | 1975-03-11 | Ibm | Flip chip module with non-uniform connector joints |
US4545610A (en) * | 1983-11-25 | 1985-10-08 | International Business Machines Corporation | Method for forming elongated solder connections between a semiconductor device and a supporting substrate |
JPH07307410A (ja) * | 1994-05-16 | 1995-11-21 | Hitachi Ltd | 半導体装置 |
KR100192766B1 (ko) * | 1995-07-05 | 1999-06-15 | 황인길 | 솔더볼을 입출력 단자로 사용하는 볼그리드 어레이 반도체 패키지의 솔더볼 평탄화 방법 및 그 기판구조 |
AU3865897A (en) * | 1997-08-19 | 1999-03-08 | Hitachi Limited | Method for forming bump electrode and method for manufacturing semiconductor device |
-
1999
- 1999-05-17 SE SE9901781A patent/SE523164C2/sv not_active IP Right Cessation
-
2000
- 2000-05-17 AU AU49675/00A patent/AU4967500A/en not_active Abandoned
- 2000-05-17 WO PCT/SE2000/000977 patent/WO2000070671A1/en active Application Filing
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
SE9901781L (sv) | 2000-11-18 |
AU4967500A (en) | 2000-12-05 |
WO2000070671A1 (en) | 2000-11-23 |
SE9901781D0 (sv) | 1999-05-17 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US6798044B2 (en) | Flip chip in leaded molded package with two dies | |
US6303992B1 (en) | Interposer for mounting semiconductor dice on substrates | |
US4538170A (en) | Power chip package | |
JP4828164B2 (ja) | インタポーザおよび半導体装置 | |
TWI485829B (zh) | Lead frame and wafer flip chip package using this lead frame | |
US8298870B2 (en) | Method for connecting integrated circuit chip to power and ground circuits | |
US7545028B2 (en) | Solder ball assembly for a semiconductor device and method of fabricating same | |
JP4646642B2 (ja) | 半導体素子用パッケージ | |
JP2001210749A (ja) | バンプ電極付き配線基板およびその製造方法 | |
SE523164C2 (sv) | Monteringsarrangemang för halvledarelement med lödkulor för inriktning till mottagande yta | |
US6392145B1 (en) | Semiconductor device including and integrated circuit housed in an array package having signal terminals arranged about centrally located power supply terminals | |
US8501612B2 (en) | Flip chip structure and method of manufacture | |
US6963129B1 (en) | Multi-chip package having a contiguous heat spreader assembly | |
US6291893B1 (en) | Power semiconductor device for “flip-chip” connections | |
US10242774B2 (en) | Chip resistance element and chip resistance element assembly | |
JP4130277B2 (ja) | 半導体装置および半導体装置の製造方法 | |
JP4398223B2 (ja) | 半導体装置 | |
JPH0358537B2 (sv) | ||
US20070278677A1 (en) | Semiconductor module featuring solder balls having lower melting point than that of solder electrode terminals of passive element device | |
JPS5923531A (ja) | 半導体装置 | |
JP2741611B2 (ja) | フリップチップボンディング用基板 | |
JP2000195996A (ja) | 電子回路モジュール | |
JP2001244390A (ja) | 半導体素子用パッケージおよびその実装構造 | |
JPS6197932A (ja) | 圧着型半導体パツケ−ジ | |
KR20190041448A (ko) | 칩 저항 소자 어셈블리 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
NUG | Patent has lapsed |