[发明专利]用于将集成电路芯片焊到芯片载体上的倒装片法

说明书

本发明涉及集成电路芯片和芯片载体的倒装片焊接。更具体地说，本发明涉及在集成电路芯片和芯片载体上两种不同熔点温度合成物的使用，其中一种合成物的熔化和另一合成物的增溶溶液能形成更低熔点焊接头。

二十多年来可控紧裹芯片连接(C4)或倒装片技术已成功地用于将硅芯片上的大I/O数量和面阵列焊点和例如矾土载体那样的基座陶瓷芯片载体互相连接。典型的焊点，例如95Pb/5Sn的铅/锡合金或50Pb/50In的铅铟合金，可用于将芯片固定到陶瓷芯片载体上，以供使用和测试。例如，可参阅转让给Miller和本申请的受让人的美国专利号3,401,126和3,429,040，以便进一步讨论用于将半导体芯片面向下焊到载体上的可控紧裹芯片连接(C4)技术。典型情况是，在半导体装置的连接点上形成金属熔剂的可压延焊片，同时在芯片载体上的导体上形成可连接焊点。集成电路芯片和芯片载体互相压紧并用辐射加热、加热的氮气、或加热的惰性气体进行加热，使焊点再熔，形成焊柱。对于Pb/Sn焊剂讲，大约在370摄氏度下加热大约3分钟，而对于Pb/In剂则大约在265摄氏度下加热大约3分钟。

最近以来，又开发出了有机物衬底。这些有机物衬底要求比陶瓷芯片载体更低的温度。这里对陶瓷芯片载体所用温度将在有机物衬底内产生巨大热应力或甚至导致树脂变质。因此需要一种焊剂合成物和技术。避免使用Pb/Sn焊剂合金和陶瓷芯片载体所用温度。

本发明的主要目的是提供一种焊接方法，避免Pb/Sn焊剂合金和陶瓷芯片载体所用高温。

本发明的另一目的是提供一种焊剂合金合成物，在低于Pb/Sn焊剂合金和陶瓷芯片载体所用高温的情况下形成焊柱。

本发明的方法能达到这些目的。根据这里所公开的本发明，提供了将集成电路芯片焊到芯片载体的倒装片焊接法。根据本发明使用两种焊接合成物。一种是低熔点合成物，另一种是较高熔点合成物。该较高熔点合成物的成分可溶解在较低熔点合成物中，从而形成一种熔点温度更低的合成物。一种合成物用于集成电路芯片的焊片上，而另一种合成物用于芯片载体的焊片上。将集成电路芯片和芯片载体压紧，并将芯片和载体的温度提高到较低熔点焊剂合成物的熔点。这促使较高熔点合成物可以增溶溶解并形成一种第三种熔点温度更低的焊剂合成物。这就能将集成电路芯片焊到衬底上。

在一个实施例中，较低熔点焊剂合成物是一种Bi/Sn二元合金，较高熔点焊剂合成物是一种Pb/Sn二元合金，而所形成的第三种焊剂合成物是一种Bi/Pb/Sn三元合金。本实施例的方法包括的步骤中第一步是将一种Pb/Sn二元合金淀积在芯片和触点上，同时将Bi和Sn共积在芯片载体上。其次是将芯片和芯片载体加热，使Bi和Sn熔化并形成一种低熔点温度Bi/Sn合金，并使较高熔点Pb/Sn合金溶解于中。这样就形成了一种更低熔点的Bi/Pb/Sn三元合金的焊接头。

该低熔点Bi/Pb/Sn三元合金包括至少50％重量的Bi、20％至32％重量的Pb、和其余重量的Sn。一般说来，该三元合金包括至少15.5％重量的Sn。

铋/锡二元合金可直接淀积在芯片载体上。另一种方案是将一层或多夹层Bi与一层或多夹层Sn淀积在芯片载体上。

其他可用的焊剂系统是可形成Sn/Pb/Sb三元合金的Sn/Pb-Sn/Sb，可形成Sn/Pb/Ag三元合金的Sn/Pb-Sn/Ag，和可形成Sn/Pb/In三元合金的Sn/Pb-Sn/In。

根据本发明，将一种低熔点温度第一焊剂合成物的成分淀积到集成电路芯片-芯片载体对中的一方上面，而在芯片-芯片载体对的另一方的相对面上提供一种较高熔点温度第二焊剂合成物的成分，从而实现G4连接。将芯片放到载体上并将两者一起加热，使低熔点第一合成物熔化并形成一种低熔点温度第一焊剂合金。熔化的第一焊剂合金将较高熔点的成分加以溶解，形成一种很低熔点温度第三合成物。该第三合成物将集成电路芯片焊到衬底上。这就提供了一利方法，其中在最初焊剂再熔后，整个焊柱的熔点要比现在所用原先的较高熔点焊剂合成物低得多。因此根据本发明一种低熔点二元合金，如Bi/Sn，能将如Pb/Sn那样的较高熔点合金加以溶解，以形成诸如Bi/Pb/Sn那样的较低熔点三元合金。