專利名稱：:用于將集成電路芯片焊到芯片載體上的倒裝片法的制作方法本發(fā)明涉及集成電路芯片和芯片載體的倒裝片焊接。更具體地說，本發(fā)明涉及在集成電路芯片和芯片載體上兩種不同熔點溫度合成物的使用，其中一種合成物的熔化和另一合成物的增溶溶液能形成更低熔點焊接頭。二十多年來可控緊裹芯片連接(C4)或倒裝片技術(shù)已成功地用于將硅芯片上的大I/O數(shù)量和面陣列焊點和例如礬土載體那樣的基座陶瓷芯片載體互相連接。典型的焊點，例如95Pb/5Sn的鉛/錫合金或50Pb/50In的鉛銦合金，可用于將芯片固定到陶瓷芯片載體上，以供使用和測試。例如，可參閱轉(zhuǎn)讓給Miller和本申請的受讓人的美國專利號3,401,126和3,429,040，以便進一步討論用于將半導體芯片面向下焊到載體上的可控緊裹芯片連接(C4)技術(shù)。典型情況是，在半導體裝置的連接點上形成金屬熔劑的可壓延焊片，同時在芯片載體上的導體上形成可連接焊點。集成電路芯片和芯片載體互相壓緊并用輻射加熱、加熱的氮氣、或加熱的惰性氣體進行加熱，使焊點再熔，形成焊柱。對于Pb/Sn焊劑講，大約在370攝氏度下加熱大約3分鐘，而對于Pb/In劑則大約在265攝氏度下加熱大約3分鐘。最近以來，又開發(fā)出了有機物襯底。這些有機物襯底要求比陶瓷芯片載體更低的溫度。這里對陶瓷芯片載體所用溫度將在有機物襯底內(nèi)產(chǎn)生巨大熱應力或甚至導致樹脂變質(zhì)。因此需要一種焊劑合成物和技術(shù)。避免使用Pb/Sn焊劑合金和陶瓷芯片載體所用溫度。本發(fā)明的主要目的是提供一種焊接方法，避免Pb/Sn焊劑合金和陶瓷芯片載體所用高溫。本發(fā)明的另一目的是提供一種焊劑合金合成物，在低于Pb/Sn焊劑合金和陶瓷芯片載體所用高溫的情況下形成焊柱。本發(fā)明的方法能達到這些目的。根據(jù)這里所公開的本發(fā)明，提供了將集成電路芯片焊到芯片載體的倒裝片焊接法。根據(jù)本發(fā)明使用兩種焊接合成物。一種是低熔點合成物，另一種是較高熔點合成物。該較高熔點合成物的成分可溶解在較低熔點合成物中，從而形成一種熔點溫度更低的合成物。一種合成物用于集成電路芯片的焊片上，而另一種合成物用于芯片載體的焊片上。將集成電路芯片和芯片載體壓緊，并將芯片和載體的溫度提高到較低熔點焊劑合成物的熔點。這促使較高熔點合成物可以增溶溶解并形成一種第三種熔點溫度更低的焊劑合成物。這就能將集成電路芯片焊到襯底上。在一個實施例中，較低熔點焊劑合成物是一種Bi/Sn二元合金，較高熔點焊劑合成物是一種Pb/Sn二元合金，而所形成的第三種焊劑合成物是一種Bi/Pb/Sn三元合金。本實施例的方法包括的步驟中第一步是將一種Pb/Sn二元合金淀積在芯片和觸點上，同時將Bi和Sn共積在芯片載體上。其次是將芯片和芯片載體加熱，使Bi和Sn熔化并形成一種低熔點溫度Bi/Sn合金，并使較高熔點Pb/Sn合金溶解于中。這樣就形成了一種更低熔點的Bi/Pb/Sn三元合金的焊接頭。該低熔點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。一般說來，該三元合金包括至少15.5％重量的Sn。鉍/錫二元合金可直接淀積在芯片載體上。另一種方案是將一層或多夾層Bi與一層或多夾層Sn淀積在芯片載體上。其他可用的焊劑系統(tǒng)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。根據(jù)本發(fā)明，將一種低熔點溫度第一焊劑合成物的成分淀積到集成電路芯片-芯片載體對中的一方上面，而在芯片-芯片載體對的另一方的相對面上提供一種較高熔點溫度第二焊劑合成物的成分，從而實現(xiàn)G4連接。將芯片放到載體上并將兩者一起加熱，使低熔點第一合成物熔化并形成一種低熔點溫度第一焊劑合金。熔化的第一焊劑合金將較高熔點的成分加以溶解，形成一種很低熔點溫度第三合成物。該第三合成物將集成電路芯片焊到襯底上。這就提供了一利方法，其中在最初焊劑再熔后，整個焊柱的熔點要比現(xiàn)在所用原先的較高熔點焊劑合成物低得多。因此根據(jù)本發(fā)明一種低熔點二元合金，如Bi/Sn，能將如Pb/Sn那樣的較高熔點合金加以溶解，以形成諸如Bi/Pb/Sn那樣的較低熔點三元合金。根據(jù)本發(fā)明的最佳實施例，將一種Pb/Sn二元合金淀積在一塊集成電路芯片上，以及或者將一種Bi/Sn二元合金淀積在一塊芯片載體上，或者將夾層的Bi/Sn共積在一塊芯片載體上，從而實現(xiàn)C4連接。將芯片放到載體上并加熱，使Bi/Sn熔化并形成一種低熔點溫度合金。這在大約200攝氏度的溫度下至少加熱大約一分鐘。熔化的Bi/Sn焊劑將較高熔點Pb/Sn加以溶解，形成一種很低熔點Bi/Pb/Sn三元合金。該低熔點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。一般說來，該三元合金包括至少大約15.5％重量的Sn。鉍/錫二元合金可直接淀積在芯片載體上。最好是將一層或多夾層的Bi及一層或多夾層的Sn淀積在芯片載體上。這可簡化芯片載體的制造。淀積操作可以是濺射、電鍍、蒸發(fā)或做成焊劑膏。此外，通過精確控制分層淀積時第一焊劑合金淀積的Bi/Sn比例，可以控制最終焊柱的再熔溫度。每層的厚度一般是從大約1密耳至4密耳。其他可用的焊劑系統(tǒng)是用于形成一種Sn/Pb/Sb三元合金的Sn/Pb-Sn/Sb，用于形成一種Sn/Pb/Ag三元合金的Sn/Pb-Sn/Ag，和用于形成一種Sn/Pb/In三元合金的Sn/Pb-Sn/In?？赏ㄟ^以下例子來了解本發(fā)明。將Pb/Sn焊劑球淀積到集成電路芯片觸點上，同時將Sn和Bi層淀積到有機物芯片載體上。該集成電路芯片和芯片載體在焊劑淀積處壓緊，并加熱到使Sn/Bi淀積物再熔和使Pb/Sn焊劑球增溶溶解，從而形成Pb/Sn/Bi焊柱。每個例子中97％重量的Pb-3％重量的Sn焊劑球淀積到集成電路芯片的觸點上，同時Sn和Bi層電解淀積到一塊有機物芯片載體上。Sn層從氟硼亞錫溶液中進行電解淀積。Bi層從過氯酸鉍溶液中進行電解淀積。淀積后的Bi和Sn層具有下面表I-Sn/Bi淀積參數(shù)-中所列厚度和重量比例。表1Sn/Bi淀積參數(shù)<tablesid="table1"num="001"><table>實驗Sn淀積層(mm)Bi淀積層(mm)重量ξSn重重ξBi10.0170.05822.877.220.0590.09538.461.530.0360.07133.366.766.740.0530.08937.562.550.0280.06330.669.460.0210.04829.970.1</table></tables>接著集成電路芯片和襯底即被壓緊并且用紅外線或?qū)α骰騼烧卟⒂迷诘獨庵袑⑿酒鸵r底加熱，在大約230攝氏度的熱流下加熱大約4分鐘。其結(jié)果是Sn/Bi淀積層再熔和Pb/Sn焊劑球增溶溶解，因而形成焊柱。最終的焊柱的合成物和熔點示于下面表2-三元焊劑合成物和熔點溫度。表2三元焊劑合成物和熔點溫度<tablesid="table2"num="002"><table>實驗容點(氏度)重量ξBi重量ξPb重量ξSn19552.532.015.529750.018.831.239850.025.025.0410050.020.030.0510950.028.022.012346.134.219.7</table></tables>根據(jù)本發(fā)明的方法，提供了一種焊接方法，可避免在將Pb/Sn焊劑合金和陶瓷芯片載體焊接中所用的高溫。此外，根據(jù)本發(fā)明提供了一種焊劑合金合成物，可在此Pb/Sn焊劑合金和陶瓷芯片載體焊接時的高溫更低的溫度下形成一種焊柱。雖然本發(fā)明是結(jié)合一定的實施例和例子進行描述的，但這里并不想限制本發(fā)明的范圍，而只由后附權(quán)利要求書來說明。權(quán)利要求1．一種用于將集成電路芯片焊到芯片載體上的倒裝片法，包括以下步驟將第一種高熔點溫度合成物淀積到芯片和芯片載體中一方的觸點上，同時將第二種較低熔點溫度合成物淀積到芯片和芯片載體中另一方的對應觸點上；將芯片和芯片載體加熱，使較低熔點合成物熔化，從而形成一種低熔點溫度的第一焊接合金，該合金溶解高熔點溫度的合成物，以形成第三種具有更低熔點溫度的合成物，將集成電路芯片焊接到芯片載體上。2．一種用于將集成電路芯片焊到芯片載體上的倒裝片法，包括以下步驟將一種Pb/Sn二元合金淀積到芯片觸點上，及將Bi和Sn共積在芯片載體上；將芯片和芯片載體加熱，使Bi和Sn熔化并形成一種低熔點溫度Bi/Sn合金，以及溶解該較高熔點Pb/Sn合金，從而形成更低熔點Bi/Pb/Sn三元合金的焊接頭。3．權(quán)利要求2的方法，其特征在于該低熔點Bi/Pb/Sn三元合金包括至少50％的Bi,20％至32％的Pb,和其余的Sn。4．權(quán)利要求3的方法，其特征在于該低熔點Bi/Pb/Sn三元合金包括50％至52.5％重量的Bi，20％至32％重量的Pb，和其余重量的Sn，但Sn重量至少為15.5％。5．權(quán)利要求2的方法，其特征在于包括將一種Bi/Sn二元合金淀積在芯片載體上的步驟。6．權(quán)利要求2的方法，其特征在于包括將一層Bi和一層Sn淀積在芯片載體上的步驟。專利摘要用于將集成電路芯片焊到芯片載體上的倒裝片法。一種例如Pb/Sn二元合金的高熔點溫度合成物淀積在例如芯片的觸點上，同時一種例如Bi和Sn的低熔點合成物的成分共積在例如芯片載體的觸點上。接著將芯片和芯片載體加熱。這使例如Bi和Sn的較低熔點溫度合成物熔化并形成例如一種Bi/Sn合金的低熔點溫度合金。該低熔點合金將例如Pb/Sn的較高熔點合成物溶解。這就形成了例如Bi/Pb/Sn三元合金的低熔點第三種合成物焊接頭。文檔編號H01L21/60GKCN1066578SQ95103588公開日2001年5月30日申請日期1995年3月27日發(fā)明者托馬斯·帕特里克·高爾,阿托尼·保爾·英格拉漢姆申請人:國際商業(yè)機器公司導出引文BiBTeX,EndNote,RefMan