专利名称：接触连接电组件至具导体结构基板的方法
当在基板上接触连接电组件(尤其是半导体组件(芯片))时，通常会使用相当高价的基板材料(例如，以塑料为材料制成的弹性薄板载体)，以及高价的电气导电胶黏剂。然而，许多此类型胶黏剂需要相当高温度将之固体化，而使用的温度会损坏塑料材料的薄板载体，或使涂布在薄板载体上的金属化层剥落。
应致力于使用低成本焊接方法以在基板上接触连接组件，这是因为相对于电气导电胶黏剂，该方法最具成本效率。但是，由于高结合温度，所以焊接方法要求特别抗温，因此需要高价基板材料。
如果预定接触连接电组件的基板表面不平坦而超过焊料层高度，则会造成进一步难题。尤其，当焊料层不仅系用来确保机件固定组件，而且还用来产生电气导电接触时，液体焊料皆不能完全填写位于组件下方凹处的容积，导致会发生开路电气接触。在使用导电胶黏剂或高度为30至100μm之焊料球(焊料凸块)的传统接触连接方法中，很容易补偿几μm区域的不平坦。当使用薄焊料层时，会引发前面提及的问题。
本发明的目的是揭示一种用于将电组件接触连接至配备导电结构之基板上的方法，其中就基板不平坦的表面与焊接剂厚度无关而言，该导电结构会产生足够导电率的永久电气导电连接。
这项目的系藉由具有如申请专利范围第1项之特征的方法达成，随附的申请专利范围揭示有利的精进。
在根据本发明的方法中，焊接剂最好是包含至少两种金属或半导体化学材料的金属焊料材料，该焊接剂被引入至电组件与基板的导电结构之间。焊料材料被建构的方式为，使焊料材料的熔点低于基板抵抗力的关键温度。于接触连接期间选用结合温度的方式为，在对该电组件施加压力情况下，该基板会遇到塑性变，结果以确实锁定方式，将该电组件与该导体结构一起压入基板中。
根据本发明，会将结合温度谨慎地递增至该基板的玻璃转换温度以上，因此可将组件压入基板中，直到补偿基板表面的不平坦。由于于这项作业期间，会连同位于该组件下之导电结构的至少一部份一起压入该基板中，所以导电结构必须具有不会破裂或划破的弹性。由于该基板表面只有极细微的不平坦，所以用铜或镍为材料制成的惯用导体轨可充分扩展或压缩。
在根据本发明的方法中，使用具有一熔点低于120℃之软性材料所制成的基板。例如，材料可能系由PVC(氯化聚乙烯；polyvinylchloride)、PET(.....)等等所构成。以这项材料制成的基板非常柔软、具有低点，另外，具有高成本效率。
根据本发明的方法可用来将电组件以纯机械方式连接至基板，或将组件的接触点直接接触连接至对应的接触点(属于基板上之导电结构的一部份)，以产生电气导电连接。
在第一项提出的替代方案中，例如，可藉由焊接线产生电气导电连接。然后，应明白术语接触连接意指介于组件与平坦基板之间的机械连接，因此组件的整个连接区域可确保安全抗剥落。
在后项情况中，焊接剂被引入至电组件的接触点与对应导体轨的接触点之间。选取方法参数的方法最好是，在基板开始塑料变形之前，先使焊接剂固体化。这项程序的优点为，于塑料变形期间，基板的横向材料移勤不会偏移接触点位置。若适合，此类的偏移削弱介于组件与基板之间的电气导电连接，这是由于未产生连接所致，或是由于造成介于非期望导体之间接连所致。如果基板的横向材料移动不受限制，则必须增加介于接触点与导体轨之间的间隔。但是，这需要较大面积的需求。
最好使用以至少两种基本金属或半导体材料所制成的焊料材料来当作焊接剂使用。然后，熔化的焊料材料被建构的方式最好是，焊料材料会进入合金或金属化合物或具有薄板金属层之金属的阶，或具有半导体组件接触点之金属的阶。这个熔点最好极高，以至于如果发生尝试熔化焊料连接，则必须会使薄板受损，或至少使金属层从薄板剥落，并且整个配置因此而变成不能再用。
特别适用于这项条件的焊料材料是一种组成物-即，包括用于构成混合物、合金或化学计量化合物的至少两种且最好是两种成分-而选用组成物比率的方式为，使组成物位于共熔点或至少共熔点附近。这是因为针对所选用的组成物，每当成分比率变更时，可有效增强组成物的熔点。当焊料材料被熔化时，所产生的合金或金属化合物包含薄板金属层之金属的一部份，或包括半导体组件之接触点之金属的一部份，结果构成电气导电连接的材料组成物不同于焊料材料之原始化合物的共熔合金，以致于熔点相当高，具体而言，高于薄板的安全温度。在此情况下，术语大约共熔合金组成物应定义一种熔点与共熔合金温度至多相差10℃的组成物。
适用的焊料材料(最好结合以铜或镍为材料制成之薄板的金属层)主要是包含铋(化学符号Bi)的材料。达成期望的共熔合金或大约共熔合金(温度与共熔合金至多相差10℃)组成物是来自于下列群组的材料包含铋与的组成物、包含铋与锡的组成物及包含铟与锡的组成物。
作为替代方案，也可使用会在基板开始塑料变形之前固体化的热塑性胶黏剂。使用热塑性胶黏剂可额外确保密封接触点。
为了加热包括组件及基板的排列，适合使用红外线范围内的雷射操作，或波长＜1μm的雷射。红外线范围内的雷射操作从远离组件之基板边开始加热金属元素，藉此先熔化焊料材料。关闭雷射后焊料材料固体化。但是，金属中保存的热度足以加热邻接基板，因而基板可能会发生塑料变形。电组件系藉由波长＜1μm的雷射操作加热。假定照射时间够长，则会先熔化焊料材料。关闭雷射后焊料材料固体化，组件中保存的热度会加热邻接基板材料，以致于在组件上施加的压力会造成基板发生塑料变形。
现在参考图式来详细说明本发明的方法，其中
图1显示接触连接之前的组件及不平坦基板的图式；以及图2显示已接触连接不平坦基板上之组件的图式。
图1显示定位在基板1上的电组件2。具有导体轨3及接触点4的导电结构系位于面对组件2之基板1的表面上。在示范性方式中，实例中所示的图式只有具有各自接触点的两条导体轨，无法从透视图看到组件2之面对基板的主面上具有两个对应接触点。
面对组件2的基板1表面具有示范性梯级的不平坦。为了简明清楚，图中所示的梯级过度凸起，实际上低于图中所示的高度，另外，与前面的解说相比，梯级不需要以直角形成于基板表面上。
如图1所示，就传统接触连接而言，组件2的一部份会位于梯级的上方部份，而其它部份会超过梯级突出。如果使用比梯级高度更厚的焊料材料，则很容易补偿这个高度差。但是，如果使用比梯级高度更薄的焊接剂，则在没有进一步措施下，不稳定排列会导致组件本身因机械应力而受损，或是使介于接触点4与对应的组件接触点之间的电气导电连接受损。
根据本发明，基于接触连接的用途，首先会将焊料材料涂布在基板1的接触点上及/或组件2的接触点上。之后，促使组件2接触于基板的表面，对组件施加压力，然后将排列加热。例如，可使用雷射进行加热。当使用低熔点合金时，例如，如BiIn合金、InSn共熔合金或金属间相(例如BiIn)，则仍会在已将基板加热至使基板熔化之前，将焊料熔化及固体化。只有在焊料材料固体化之后才会发生基板开始塑料变化，藉此以确实锁定方式将组件连同位于下方的导体轨3一起压入基板中。图2显示结果。
组件符号表1 基板2 电组件
3 导电轨4 接触点
权利要求
1.一种在一具有一导体结构(3)之基板(1)上接触连接一电组件(2)，尤其是半导体组件，之方法，其中在第一步骤中，一焊接剂被引入至该电组件与该基板的导电结构(3)之间，该焊接剂的熔点是不会使该基板受损的温度；在第二步骤中，该焊接剂经过熔化及后续固体化处理，藉此产生永久电气导电连接，其特征为将结合温度递增至该基板的玻璃转换温度以上，因此在对该电组件(2)施加压力情况下，该基板(1)会遇到塑性变形，并且以确实锁定方式，将该电组件连同该导体结构(3)一起压入该基板(1)中。
2.如权利要求1所述的方法，其特征为该导电结构具有至少一导体轨(3)及至少一接触点(4)，并且该焊接剂被引入至该电组件(2)的接触点与该导体轨(3)的接触点之间。
3.如权利要求1或2所述的方法，其特征为在该基板开始(1)塑料变形之前，先使该焊接剂固体化。
4.如权利要求1至3中之一所述的方法，其特征为使用一具有一熔点低于120℃之软性材料所制成的基板。
5.如权利要求4所述的方法，其特征为该基板系由PVC(氯化聚乙烯；polyvinyl chloride)或PET所构成。
6.如权利要求1至5中之一所述的方法，其特征为使用一以至少两种不同基本金属或半导体材料所制成的焊料材料来当作该焊接剂使用。
7.如权利要求6所述的方法，其特征为使用一包含铋的的焊料材料。
8.如权利要求6所述的方法，其特征为使用一焊料材料，该焊料材料是一来自下列群组的材料包含铋与铟的组成物、包含铋与锡的组成物及包含铟与锡的组成物。
9.如权利要求8所述的方法，其特征为使用一焊料材料，该焊料材料是组成物BiIn或BiIn2之金属间化合物或定相。
10.如权利要求1至5中之一所述的方法，其特征为使用一热塑性胶黏剂当作焊接剂。
11.如权利要求1至10中之一所述的方法，其特征为为了加热包含该组件(2)及该基板(1)的排列，使用于红外线范围内操作的雷射以向该组件方向穿过该基板起作用。
12.如权利要求1至10中之一所述的方法，其特征为为了加热包含该组件(2)及该基板(1)的排列，使用一波长＜1μm的雷射以向该组件方向穿过该基板照射。
全文摘要
本发明揭示一种在具有导体结构(3)的基板(1)上接触连接组件(2)(尤其是半导体组件)的方法，选用结合温度的方式为，在对该电组件(2)施加压力情况下，该基板(1)会遇到塑性变形，结果以确实锁定方式，将电组件(2)与导体结构(3)一起压入基板(1)中。为了产生介于组件与基板之间的连接，最好使用可在低于基板熔点的温度处理的薄扩散焊料层。
文档编号H05K3/34GK1511343SQ02810295
公开日2004年7月7日 申请日期2002年4月5日 优先权日2001年5月21日
发明者H·赫纳, H 赫纳 申请人:因芬尼昂技术股份公司