Метод перевернутого кристалла. Монтаж кристаллов на плате

Технологический процесс сборки методом перевернутого кристалла (рис.9), по которой выполнено соединение кристалла шариками припоя начинается с последовательного напыления Сг, Си и Аи через металлическую маску на все алюминиевые контактные площадки на пластине.

Контактные площадки могут быть расположены в любой области на поверхности кристалла, с некоторыми ограничениями. Золото предохраняет тонкопленочную структуру от окисления до нанесения на покрытие Cr- Cu-Au последующих слоев Pb-Sn. Пленку Pb-Sn осаждают на большей площади по сравнению с площадью, занимаемой контактными площадками с покрытием Cr-Cu-Au. Площадь и толщина этой осажденной пленки определяют окончательные размеры шарика. После напыления готовую структуру помещают в камеру с пониженным давлением, где с пленки Pb-Sn благодаря силам поверхностного натяжения удаляется окисный слой и образуется шарик припоя с площадью основания, определенной размерами покрытия Cr-Cu-Au (так называемая металлизация, ограниченная шариком).

Рис.9. Процесс формирования золотых столбиков на алюминиевых контактных площадках: а -пластина с предварительно сформированной ИМС, подвергнутая операциям очистки и ионного травления; б -создание контактного барьерного слоя (служащего также проводящим слоем при электролитическом осаждении золота методом ионного распыления) со слоем золота для предотвращения окисления; в -нанесение толстопленочного фоторезиста; г - электролитическое осаждение слоя золота для образования столбиков; д -снятие резиста; е -удаление проводящих тонких пленок химическим травлением: 1 - окисел кремния 1-1,5 мкм; 2 - контактный барьерный слой 100 нм; 3 - фоторезист 25 мкм.

Целью оптимизации конструкции является сведение к минимуму деформации сдвига в объеме припоя во время термоциклирования и достижение максимально возможной прочности соединения на поверхности раздела между кристаллом и подложкой.

Прочность соединения поверхностей раздела кристалл - припой и подложка - припой на разрыв оптимизируется выбором такой контактной площади подложки, чтобы при испытаниях на термоциклирование и скручивание эти две поверхности раздела разрушались в равной степени. Это условие достигается выравниванием поверхностных напряжений.

Величину r1 устанавливают на основании многих факторов, включая сведение к минимуму области кремния, на которой локализовано соединение. Оптимальное соотношение г₀/г₁ обозначим через К.Тогда размер квадратной контактной площадки области определится из соотношения

Рис.10. Монтаж ИМС методом перевернутого кристалла

Возникновение некоторых осложнений для кристаллов СБИС связано с тем, что не все столбики припоя расположены на равном расстоянии от нейтральной точки. Кроме того, поскольку расстояние dувеличивается, а размеры соединений остаются неизменными, время до разрушения в цикле усталостных испытаний уменьшается. Если необходимо поддержать это время на прежнем уровне, то для сохранения оптимальных условий может быть увеличен радиус r1вместе с другими размерами. Чем больше радиус r1, тем больше область для осаждения припоя и, следовательно, больше расстояние между контактными площадками. Увеличение этого расстояния требует большей площади кремния. Выбор размера и формы шарика припоя в этом случае можно сделать с учетом стоимости кремния, надежности, быстродействия схемы, а также многих других параметров.

Рис.11, Поперечное сечение контакта при монтаже ИМС методом перевернутого кристалла: 1 - слой фазового состава Cr+Cu 2 - шарик припоя 5% Sn - 95%РЬ, 3 - осажденный припой, 4 - интерметаллическое соединение

Cu-Sn,,5-стекло

Основными преимуществами технологии сборки методом перевернутого кристалла являются возможность матричного расположения контактных площадок (по сравнению с контактными площадками, расположенными по краю кристалла) и очень малая протяженность межкомпонентных соединений, что сводит к минимуму величину их индуктивности. Основные недостатки этой технологии - худшие тепловые характеристики (по сравнению с кристаллом, присоединенным обычным способом) и трудность герметизации матрицы контактных площадок.