Método para sellar y poner en contacto sustratos utilizando luz láser y módulo electrónico.

Un método para fundir y poner en contacto eléctrico un primer sustrato aislante (28A) que tiene al menos una primera capa conductora (29A) sobre el con al menos un segundo sustrato aislante (28B) que tiene al menos una segunda capa conductora (29B) sobre el,

que comprende

- apilar el primer y el segundo sustrato de tal forma que se forme una zona de interfaz entre ellos, que comprende

- una zona de contacto eléctrico en la cual al menos una primera capa conductora (29A) está situada enfrente de al menos una segunda capa conductora (29B) y está al menos parcialmente alineada con ella y

- una zona de fusión del sustrato en la cual los sustratos aislantes (28A, 28B) están uno enfrente del otro;

- enfocar a la zona de interfaz de los sustratos (28A, 28B) a través de uno de los sustratos varios pulsos láser enfocados secuenciales procedentes de una fuente láser (20), siendo escogidos la duración del pulso, la frecuencia del pulso y la potencia del pulso de la luz láser para proporcionar la fusión local de los materiales de los sustratos (28A, 28B) y de las capas conductoras (29A, 29B);

- mover la fuente láser (20) y el sustrato uno respecto de otro con una velocidad y un recorrido predeterminados, de tal forma que se forme una zona modificada estructuralmente en la zona de interfaz, de tal forma que la zona modificada estructuralmente se solape con dicha zona de contacto eléctrico y con dicha zona de fusión del sustrato.

Tipo: Patente Internacional (Tratado de Cooperación de Patentes). Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: PCT/FI2011/050453.

Solicitante: Corelase OY.

Nacionalidad solicitante: Finlandia.

Dirección: Kauhakorvenkatu 52 33720 Tampere FINLANDIA.

Inventor/es: YAMADA, KAZUO, KANGASTUPA,JARNO, AMBERLA,TIINA.

Fecha de Publicación: .

Clasificación Internacional de Patentes:

  • H01L21/60 SECCION H — ELECTRICIDAD.H01 ELEMENTOS ELECTRICOS BASICOS.H01L DISPOSITIVOS SEMICONDUCTORES; DISPOSITIVOS ELECTRICOS DE ESTADO SOLIDO NO PREVISTOS EN OTRO LUGAR (utilización de dispositivos semiconductores para medida G01; resistencias en general H01C; imanes, inductancias, transformadores H01F; condensadores en general H01G; dispositivos electrolíticos H01G 9/00; pilas, acumuladores H01M; guías de ondas, resonadores o líneas del tipo guía de ondas H01P; conectadores de líneas, colectores de corriente H01R; dispositivos de emisión estimulada H01S; resonadores electromecánicos H03H; altavoces, micrófonos, cabezas de lectura para gramófonos o transductores acústicos electromecánicos análogos H04R; fuentes de luz eléctrica en general H05B; circuitos impresos, circuitos híbridos, envolturas o detalles de construcción de aparatos eléctricos, fabricación de conjuntos de componentes eléctricos H05K; empleo de dispositivos semiconductores en circuitos que tienen una aplicación particular, ver la subclase relativa a la aplicación). › H01L 21/00 Procedimientos o aparatos especialmente adaptados para la fabricación o el tratamiento de dispositivos semiconductores o de dispositivos de estado sólido, o bien de sus partes constitutivas. › Fijación de hilos de conexión o de otras piezas conductoras, para conducir la corriente hacia o desde el dispositivo durante su funcionamiento.

PDF original: ES-2539860_T3.pdf

 


Fragmento de la descripción:

Método para sellar y poner en contacto sustratos utilizando luz láser y módulo electrónico Campo de la invención La invención se refiere al procesado de sustratos utilizando láseres. En particular, la invención se refiere a soldar sustratos de vidrio y/o de semiconductores que contienen áreas de contactos eléctricos utilizando luz láser de pulsos. Los sustratos pueden comprender, por ejemplo, zafiro, cuarzo o silicio.

Antecedentes de la invención El documento de la patente EP 1369912 describe un método de enlazar un circuito integrado con contactos por una cara (denominado habitualmente "flip chip") a un portador de circuitos integrados utilizando un haz láser. El método comprende alinear un área de contacto del circuito integrado y un área de contacto del portador del circuito integrado y proyectar un haz láser a través del circuito integrado o del portador sobre las zonas o áreas de contacto alineadas a fin de enlazar eléctricamente ambas entre sí. Sin embargo, los alrededores del área de contacto permanecen expuestos al aire ambiente (al oxígeno) y a la humedad, lo cual puede tener un efecto perjudicial sobre el dispositivo que se está fabricando.

Los documentos de las patentes US 2004/207314, US 2005/174042, US 2003/197827 y JP 2005/028891 describen otros métodos que utilizan la soldadura mediante láser para poner en contacto o unir partes o piezas de semiconductor o sustratos de vidrio. Asimismo, ninguno de estos métodos, sin embargo, es capaz de producir una estructura a la vez bien sellada y que esté bien en contacto.

Compendio de la invención Es un objetivo de la invención conseguir un método mejorado para poner en contacto sustratos utilizando luz láser, de forma que el método proporcione también protección contra las partículas, el oxígeno y la humedad.

Un objetivo adicional de la invención es proporcionar un módulo electrónico bien sellado que tiene contactos eléctricos.

Estos objetivos se consiguen mediante el método y el módulo electrónico según las reivindicaciones independientes.

La invención se basa en el hallazgo de que la luz láser puede inducir la fusión tanto de los materiales del sustrato, que generalmente son aislantes, como de las capas conductoras que se aplican sobre el mismo, junto con el barrido de la luz láser pulsada sobre las zonas de interfaz. Se consigue una fusión prácticamente completa de ambas áreas (soldadura) .

En una realización, la invención proporciona un método para fundir y poner eléctricamente en contacto un primer sustrato aislante, preferentemente un sustrato de vidrio, que tiene al menos una primera capa conductora, es decir, un terminal de contacto, con al menos un segundo sustrato aislante situado sobre él, preferentemente un sustrato de vidrio o de silicio, que tiene al menos una segunda capa conductora situada sobre él. El método comprende:

- apilar el primer y segundo sustratos de tal modo que se forme una zona de interfaz entre ellos; la zona de interfaz comprende: -una zona de contacto eléctrico en la cual al menos una primera capa conductora está situada enfrente de al menos una segunda capa conductora y está al menos parcialmente alineada con ella y -una zona de fusión del sustrato en la cual los sustratos aislantes están uno enfrente del otro;

- enfocar a la zona de interfaz de los sustratos a través de uno de los sustratos varios pulsos láser enfocados secuenciales procedentes de una fuente láser, siendo escogidos la duración del pulso, la frecuencia del pulso y la potencia del pulso de la luz láser de modo que proporcionen la fusión local de los materiales de los sustratos y de las capas conductoras; -mover la fuente láser y el sustrato uno respecto de otro con una velocidad y un recorrido predeterminados, 45 de tal forma que se forme una zona modificada estructuralmente en la zona de interfaz, de tal forma que la zona modificada estructuralmente se solape con dicha zona de contacto eléctrico y con dicha zona de fusión del sustrato.

La expresión "sustrato aislante" se refiere a todos los sustratos no conductores, incluyendo sustratos semiconductores intrínsecos, que se usan con frecuencia en microelectrónica en forma de obleas. La capa 50 conductora es, típicamente, una capa metálica.

La invención proporciona ventajas significativas. En primer lugar, puesto que las conexiones mecánica y eléctrica de los sustratos se realizan en la misma etapa del procesado, el método es sencillo y proporciona ahorros tanto de tiempo como económicos. En segundo lugar, el cordón o marca de soldadura se puede hacer completamente hermético o estanco debido a la fusión directa de los materiales. En tercer lugar, se puede usar el mismo esquema

de exposición al láser para conectar de forma puramente mecánica o eléctrica otros sustratos o componentes en el mismo dispositivo eléctrico. En cuarto lugar, se puede producir un cordón de soldadura de muy alta calidad y libre de pequeños orificios.

Según una realización, al menos uno de los cuerpos de sustrato es transparente para la longitud de onda láser utilizada. Esto permite que el láser sea guiado a través del sustrato y enfocado en la interfaz, donde la intensidad por unidad de volumen es suficientemente alta para conseguir el calentamiento y la soldadura de los sustratos o de sus áreas de contacto.

Un objetivo de la invención es producir la soldadura de los sustratos inducida por láser y la puesta en contacto eléctrico de los mismos, en la cual el cordón de soldadura producido es de calidad más alta, es decir, está esencialmente libre de microrroturas. Esto se consigue, en particular, utilizando pulsos láser en la escala de los picosegundos, los cuales inducen en el sustrato, además de absorción no lineal, también un efecto de absorción lineal considerable, siempre y cuando se dirijan al sustrato con una frecuencia espacial y temporal suficiente. Por lo tanto, se dirige al sustrato un pulso posterior de tal forma que se solape de manera significativa con la zona afectada por el pulso anterior, estando dicha zona todavía suficientemente caliente, de forma que se obtiene una ganancia adicional de absorción de energía del láser por el sustrato debido a la absorción lineal. Además del aumento en la absorción, una tasa alta de repetición de pulsos disminuirá la susceptibilidad a las microrroturas del material o de los materiales del sustrato. Esto se debe a que el pulso precedente puede hacer menos rígido el material y cuando el pulso siguiente llega, se disminuirá la onda de choque.

Se puede usar un aparato que comprende:

- una fuente de láser pulsante para emitir pulsos de láser que tienen una duración, una frecuencia y un diámetro de área focal predefinidos; -medios para sujetar y mantener en posición los sustratos de tal forma que la luz láser se pueda guiar desde la fuente de láser pulsante hasta la zona de interfaz de los sustratos a través de uno de los sustratos; -medios de mover los sustratos con respecto a la fuente de láser pulsante con una velocidad predefinida y a lo largo de un camino o recorrido predefinido.

De manera alternativa, el haz láser se puede guiar utilizando óptica de espejos, por ejemplo, para evitar el movimiento de la fuente láser y/o de los sustratos.

La distancia óptica eficaz entre la fuente láser y el sustrato se dispone u organiza de tal forma que los pulsos del láser se enfoquen en la zona de interfaz de los sustratos. Esto quiere decir que ambos sustratos absorben de cada pulso individual la suficiente energía como para que se funda localmente el material o materiales de los sustratos.

Se ha encontrado que el método según la invención proporciona sustratos procesados que tienen una cantidad baja de microrroturas dentro de los materiales procesados y, en consecuencia, una resistencia alta a la flexión de los componentes procesados.

En este documento, el término "sustrato", significa, en sentido amplio, cualquier material o combinación de materiales objetivo en el que se producen cambios estructurales (fusión y re-solidificación) bajo exposición a un láser pulsante adecuado. El sustrato puede ser sustancialmente homogéneo o puede comprender varias regiones o capas hechas de diferentes materiales. Las regiones o capas pueden estar inicialmente conectadas. El procesado se puede dirigir a una capa o región individual o a la interfaz de dos o más capas o regiones, dependiendo del efecto deseado.

Otras realizaciones y ventajas de la invención se describen en la siguiente descripción detallada, con referencia a los dibujos anexos.

Breve descripción de los dibujos La figura 1 muestra una vista lateral del proceso de soldadura según una realización de la invención.... [Seguir leyendo]

 


Reivindicaciones:

1. Un método para fundir y poner en contacto eléctrico un primer sustrato aislante (28A) que tiene al menos una primera capa conductora (29A) sobre el con al menos un segundo sustrato aislante (28B) que tiene al menos una segunda capa conductora (29B) sobre el, que comprende -apilar el primer y el segundo sustrato de tal forma que se forme una zona de interfaz entre ellos, que comprende -una zona de contacto eléctrico en la cual al menos una primera capa conductora (29A) está situada enfrente de al menos una segunda capa conductora (29B) y está al menos parcialmente alineada con ella y -una zona de fusión del sustrato en la cual los sustratos aislantes (28A, 28B) están uno enfrente del otro; -enfocar a la zona de interfaz de los sustratos (28A, 28B) a través de uno de los sustratos varios pulsos láser enfocados secuenciales procedentes de una fuente láser (20) , siendo escogidos la duración del pulso, la frecuencia del pulso y la potencia del pulso de la luz láser para proporcionar la fusión local de los materiales de los sustratos (28A, 28B) y de las capas conductoras (29A, 29B) ;

- mover la fuente láser (20) y el sustrato uno respecto de otro con una velocidad y un recorrido predeterminados, de tal forma que se forme una zona modificada estructuralmente en la zona de interfaz, de tal forma que la zona modificada estructuralmente se solape con dicha zona de contacto eléctrico y con dicha zona de fusión del sustrato.

2. El método según la reivindicación 1, en el que la zona modificada estructuralmente comprende un cordón 20 de soldadura herméticamente sellado.

3. El método según cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que el recorrido de la luz láser pulsada forma un anillo cerrado, preferentemente alrededor de un elemento sensible a la humedad o al oxígeno contenido en uno de dichos sustratos (28A, 28B) .

4. El método según cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que al menos uno de los sustratos

(28A, 28B) comprende un circuito integrado o un panel de visualización que tiene varios terminales de contacto como dichas capas conductoras.

5. El método según cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que al menos uno de los sustratos aislantes (28A, 28B) comprende un panel de vidrio.

6. El método según la reivindicación 5, que comprende enfocar dicha luz láser sobre la zona de interfaz a 30 través de dicho panel de vidrio.

7. El método según cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que al menos uno de los sustratos (28A, 28B) comprende un circuito integrado de silicio, formando la primera o la segunda capa de contacto los terminales de contacto del circuito integrado de silicio.

8. El método según cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que se produce una fusión local

completa del primero y del segundo sustratos (28A, 28B) juntos según dicha zona modificada estructuralmente en la zona de fusión del sustrato y una fusión local completa de la primera y de la segunda capa conductoras (29A, 29B) juntas en la zona de contacto eléctrico.

9. El método según cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que -la duración del pulso es de 20 a 100 ps;

-la frecuencia del pulso es de al menos 1 MHz, en particular de al menos 4 MHz;

- la velocidad de movimiento del láser pulsado se ajusta de tal forma que los pulsos sucesivos se solapan entre sí.

10. El método según la reivindicación 9, en el cual la distancia entre pulsos sucesivos es menor de 1/5, en particular menor de 1/10, preferentemente menor de 1/20 del diámetro del punto focal de los pulsos.

11. El método según cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que el espesor de las capas 45 conductoras es menor de 1 µm.

12. Un módulo electrónico que comprende un primer sustrato (28A) que comprende un patrón de primeras zonas conductoras (29A) aplicado sobre el como una capa y un segundo sustrato (28B) que comprende un patrón de segundas zonas conductoras (29B) aplicado sobre él como una capa y en el que el primer y el segundo sustratos (28A, 28B) están en forma de configuración apilada, de tal forma que se forma una zona de interfaz entre ellos, la 50 cual comprende 8

- una zona de contacto eléctrico en la que al menos una primera zona conductora (29A) está enfrente de al menos una segunda zona conductora (29B) y está al menos parcialmente alineada con ella;

- una zona de fusión de los sustratos en la cual los sustratos aislantes (28A, 28B) están directamente enfrentados entre sí;

-una línea de soldadura continua que va a través de dicha zona de fusión y de dicha zona de contacto eléctrico, la cual comprende materiales de los sustratos (28A, 28B) que están fundidos juntos localmente en la zona de fusión de sustratos y zonas conductoras (29A, 29B) que están fundidas juntas en la zona de contacto eléctrico.

13. El módulo electrónico según la reivindicación 12, en el cual -el primer sustrato (28A) es un sustrato de vidrio .

10. el segundo sustrato (28B) es un circuito integrado o microchip.

14. El módulo electrónico según las reivindicaciones 12 o 13, en el que la línea o cordón de soldadura continuo forma tanto un cierre o sellado hermético entre los sustratos como una conexión eléctrica entre los sustratos.


 

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