电子元件的互连的制作方法

专利名称：电子元件的互连的制作方法
技术领域：
本发明涉及电子元件(例如，集成电路芯片、芯片载体、印刷电路板)的互连，特别是涉及在一个电子元件的接点上形成互连线的方法，把第一和第二电子元件的接点互连起来的方法、焊接机的毛细管(Capillary)以及电子元件本身。
由于电子元件生产技术的进步，使电子元件的尺寸减小了，因此，电子元件在设备中的排列密度更加取决于把元件上各接点互连起来所需要的空间。一般所用的技术是，利用粘合剂把电子元件(例如，集成电路芯片)固定到基板(例如，印刷电路板)上。利用热压焊(利用热和压力共同作用来形成焊点)把每一根互连线的一端焊到元件的相应接点上;一般还是用热压焊把互连线的另一端端头(或者靠近端头的地方)焊到基板上的相应接点上。这种技术的主要缺点是，所安装的元件及其连线所占的面积大大超过元件本身的面积。利用这种技术形成的互连结构，就象US-4417392中所公开的那样。
减小元件互连所需空间的一种互连方法包括在元件的接点上、或者将要与元件连接的基板的接点上，用导电材料形成“凸块”(“bumps”)。这种凸块使得文件的接点和直接对着元件接点的基板上的接点能进行连接。通常，凸块包括焊料，并且凸块是镀覆到接点上的。通过使焊料回熔，就能实现凸块与第二接点的连接。下述方法形成凸块也是公知的，即用热压焊的方法将长导线端点上的球与接点焊接起来形成焊点，然后就在刚超出球的部位割断导线。接着，利用焊接技术(例如超声焊接)就可以实现球和第二接点的连接。这种方法在JP-A-59.208751、JP-A-80.89951和JP-A-60.134444中公开了。
电子元件之间利用凸块进行互连具有下述缺点，即这种互连经常承受不住温度循环变化所产生的力，这种力会使元件的膨胀不均匀，并至少使某些连线断裂。
US-3373481公开了一种将焊接凸点固定到集成电路器件的引出端的方法，这种方法包括用一个刀头将金丝球热压焊到引出端上，所说的刀头使得金丝球变形成为拉长了的焊接凸点。通过使焊接凸点的金在焊料中熔化，使焊接凸点连接到印刷电路板上的连接区域。对于高密度封装的接点来说，这种方法的应用则受到了用来使球变形的刀头所能达到的制造精度的限制。而且，所公开的方法依赖于对焊接凸点材料的熔化，以保证焊接凸点的高度大致相等，从而保证使全部焊接凸点与位于同一平面内的各个相应接点之间能够进行互连。这种方法有这样的缺点即焊接凸点与焊料之间形成的焊接由于在焊料中熔化过而变得脆化了;而且，如果希望或者需要断开焊料连接，而且接着又把它重新焊接起来(例如，修理时)，则对于这种随后的焊接来说，剩下的焊接凸点长度就太短了。
我们已经发明了一种电子元件的互连方法把互连线的一端焊接到第一元件的接点上，把互连线切断成预定的长度、并且利用与互连线和第二元件上接点的材料都不相同的材料，把互连线焊接到第二元件的接点上。
一方面，本发明提供一种可以在电子元件的接点上形成互连线的方法，该方法包括把互连线焊接到接点上，焊接时不用与接点和互连线材料都不相同的材料;把连接线切断留下已经焊到接点上并且具有一个自由端的互连线;互连线的长度等于2d左右到20d左右(这里，d是互连线的直径)，互连线的长度从接点开始测量，如果在接点附近互连线部分变宽了，则从刚超出这种变宽之点开始测量。
利用连线使电子元件上的接点互连的装置，比通过使金丝球变形形成导电焊接凸点有很多优点。特别是，本发明的方法适用于直径细到75微米、或比其更细的金属线，而不需要制造复杂而又十分小型的刀头。对于各种元件结构形式，本方法都能适用，而且不要求不同的刀头。与采用使金丝球变形的方法相比，本方法使得互连线制成所要求的长度的重复性更大，因此，无需利用焊料来熔化互连装置的材料，如上所述，那种方法具有明显的缺点。
由于本发明的互连线具有可重复的长度，因此与本发明的互连线的连接就能容易地进行，这就带来了一个很大的优点即它容许为了测试的目的而进行与电子元件接点的连接;为了使互连线的长度相等，并不需要把互连线的端部熔化到焊料中，这意味着在测试以后，为了随后把互连线连接到另一电子元件上，互连线保持着其全长。
本发明的互连方法能够使互连密度高于迄今所能达到密度，而且，其适用性并不局限于具有极多接点的电子元件。这与下述方法也不相同，即利用每一端都有一个焊点的连线把元件连接到基板(元件安装在该基板上)上、其中接点一般不得不处在元件周围;然而，根据本发明，互连线的焊接方法可用于在元件上布设多根互连线，或者提供一种在其周围具有多排互连线的元件。这与利用凸块进行的连接不同，利用凸块连接的方法一般只适用于小尺寸的元件，因为小尺寸元件承受不住温度循环变化时被连接的元件的膨胀和收缩。这与利用模压焊式凸点进行互连的方法也不同，因为加工和维护适用于象本方法那种细金属丝的完美的模具是困难的。
把互连线连接上去、或者准备要连接上去的元件表面上的接点，可以有多种形式，例如焊盘或导体线条的端点，这种导体线条平行于或者垂直于(或者以介于平行、垂直之间的一个角度而相对于)表面(如通道)。接点可以与元件周围的平面共面，或处于凹处，或高出该表面。
互连线与接点之间的焊接不需要利用与接点和互连线材料都不相同的材料，这种焊接一般形成一个焊点。这种焊的可以利用热、压力和振动中的一种方法或几种方法的结合来形成，例如，通过利用热和压力的结合进行热压焊接，或者通过利用热、压力和振动的结合进行热声或超声焊接。当然，在焊点内或焊点周围可能出现与互连线和接点材料都不相同的少量物质，例如，表面处理媒剂、反应产物和杂质(例如氧化物覆盖层等等)。
焊点可以在互连线的圆周表面与接点之间形成，在焊接部分附近互连线弯曲，从而互连线远离接点延伸出去。这通常称为“楔焊”(“Wedgebonding”)。
但是，焊点最好是在互连线的端部与接点之间形成。这种方法一般包括在其端部或端部附近把互连线加热来形成一个球。然后，在球与接点之间形成焊点。利用电极与互连线之间所产生的电弧，使互连线的端部加热。互连线由焊接机通过其焊头供给，焊头一般称为毛细管，并且具有让连线通过的通道。这种方法一般称为“球焊”(“ballbonding”)。
根据本发明用来形成互连线的金属线要尽可能精致，以满足在使用中对其提出的机械性能和电气性能的要求，并符合进行操作控制和把它焊到接点上去的要求。一般，这种金属线基本上是圆形的，并且其直径小于大约375微米，直径小于大约250微米则更好。进一步地说，金属线的直径最好从12微米左右到125微米左右，特别是从25微米左右到75微米左右。
金属线的材料将根据在互连线与电子元件上的接点之间进行互连时所采用的方法来选择。互连线应该在不用另外一种材料的情况下就能与各个接点的材料进行焊接，为此，最好是用铝丝、金丝和铜丝作互连线，特别是冷拔金线。
一般互连线的长度从接点开始测量，除非互连线在接点附近的部分变宽了，当焊点利用例如球焊或楔焊来形成时就是这样的。在这种情况下，互连线的长度从超出这种变宽之点处即开始测量。例如，利用球焊形成焊点时，互连线的长度从将要进入球体的那一点开始测量;在这一点处，球的表面可能是凹形或凸形的。利用楔焊形成焊点时，互连线的长度从互连线被焊到接点上的部分与远离接点而延伸出去的部分的相交之点开始测量。
互连线的长度从3d左右到12d左右较好，最好是从5d左右到7d左右。长度在此范围内、特别是在上述较窄的规定范围内的互连线，具有特别有利的综合特性。一方面，互连线足以能够适应相连的元件在温度循环变化时所产生的作用力，当相连的元件较大时，最好用较长的互连线。此外，长度在上述范围内的互连线，其强度足以能够支持在基板上面的电子元件，同时也将上述温度效应的影响考虑在内。通过适当选择互连线的形状、材料、加工方法(它会影响互连线的硬度和模量)和长度，可以调整互连线的机械特性，使其适合具体应用的要求。这种互连线的又一个优点是，它比上述的现有技术中所用互连线的长度短得多，在所述的现有技术中，互连线是从第一元件延伸到安装第一元件的基板上的接点上的。缩短了互连线，使得不希望有的电抗减小了，而且还提高了信号在元件之间的传输速度。当然，本发明的方法相对于现有技术的另一个重要的优点，是明显地减少了电子元件之间进行互连所需的空间。
当利用球焊形成互连线与接点之间的焊点时，最好是球体的高度超出接点的高度(测量到距离接点最远的点)1d左右到3d左右。
可以把互连线直接切成所需长度。或者，用下述方法切断互连线，即在满足从焊点到接点所需距离之点，先降低金属线的强度，然后施加力，使其在强度已经降低了的地方断开。可以先使连线强度降低，以致于当随后施加外力时，就使连线断开。或者，也可以把力先加到连线上，然后在力仍然作用在连线上的时候降低连线的强度。加在连线上的力要足以使强度降低了的点的连线断开，但不能过大，以免使连线与接点的焊点遭到破坏。先把力加到连线上，然后使连线的强度降低而使连线在预定点上断开，这种方法的优点是，可以特别方便地将连线重复切割成一样的长度。而且，由于外加力所引起的连线局部颈缩使得连线自由端在一小段距离内变成锥形，这具有这样的优点即在适量的导电材料中，连线的自由端能方便地定位，特别是当导电材料位于凹槽中的时候，更详细的将在后面叙述。而且，因为所加张力使该焊点处于唯一的剪切负载下，所以如果互连装置具有恒定载面积，那么互连装置与导电材料池之间的结合力本身就较强。进一步地，可以把具有锥形端部的互连线插入机械连接器内，互连线的接触载面部分使连线能可靠地被连接。
最好，这种方法包括把力加到互连线上这一步骤。当把互连线直接切成所需长度时，所加的力可用来去掉互连线上的疙瘩或将互连线拉直。
把力加到连线上的重大优点是，使得连线拉直，特别是消除连线的卷曲，从而减少了两根或更多根互连线彼此接触或形成短路的可能性。
把力加到连线上的另一个优点是，在组装过程中，可以对互连线与接点之间的焊点进行机械化自动测试。
把力加到连线上的第三个优点是对连线进行冷作加工，从而至少是部分地恢复了以前把连线加热(例如，为了把连线焊到接点上或使连线强度降低)时已经受到了影响的金相特性。
当金属线已经被提供并存放在卷轴上时，连线的卷曲的问题是特别普遍的。本发明形成互连线的方法能够精巧地解决这个问题，同时，还能将连线重复地切成所需的长度。
通过适当地加力，可以选择互连线从接点延伸出去的方向。互连线最好是沿小于大约30°角的方向，特别是小于大约5°角的方向从接点延伸出去，上述角度指的是互连线与在互连线所焊接的点处垂直于互连线所焊的接点的直线之间的夹角。特别可取的是，互连线在焊接处向外延伸的方向是基本垂直于互连线所焊的接点的方向。同时，可取的是互连线是直线、并以垂直于接点的方向延伸出去，互连线可以以任何所需角度倾斜(把互连线以该角度焊上去;或在焊接以后，把互连线弯成该角度)，并且可以使互连线弯曲，条件是互连线之间保持足够的距离，以免相互接触，或与接点或其它导体部分接触，而这种接触将导致短路。
最好是利用焊接机来形成互连线。通过焊头中的通道可以把金属线送到接点上，通过焊头可以把热、压力和振动中的一种或一种以上作用施加于金属线上进行焊接，以形成焊点。
焊头可以在相对于开口的预定点上提供使金属线降低强度的装置，金属线通过该开口离开通道。最好是在毛细管中的一个点上降低金属线的强度。
另一方面，本发明提供了一种焊接机的焊头，有一个管状通道通过整个焊头，可以通过管状通道提供焊接到电子元件的接点上的金属线，而且在相对于开口的预定点上还有一个用来降低金属线强度的装置，(金属线通过所说的开口而离开通道)。
用于降低金属线强度的装置最好包括一个用来对金属线进行局部加热的热源。例如，该装置可以包括准备在电极与金属线之间产生电弧的一个电极，或者，它可以包括一个激光器或电阻加热器。激光器或电弧电极可以单独使用，或者，与另一个热源或另一个降低金属线强度装置一起使用。
用来降低金属线的强度的装置可以包括一个用来与金属线接触以便在那里产生一个低强度点的元件。这种元件可以在金属线上产生一个凹坑或者可以直接把金属线切断。这种元件可以包括例如一个叶片或一根线。这种元件还可以包括一个热源，例如，经过加热的叶片或线。
最好是这样来安排降低强度装置，使得在焊头内的某一点上降低金属线的强度。这样有明显的优点。例如，这样能把金属线重复地切成所需要的长度，方法是把焊头停止在接点上或停止在接点附近金属线变宽的部分上;在这个位置上，用焊头把金属线切断即可保证从接点开始测量或从刚超出金属线变宽部分之点开始测量，并使金属线有预定的长度。再者，在焊头内降低金属线的强度能够更好地控制由于降低强度的步骤而产生的碎片;如果这种碎片落在要焊接连接线的元件上，将会产生短路，这是非常不希望的。可以把降低强度装置设置于焊头壁上与通道相连通的小孔中。
在降低金属线强度的那一点的两侧的一定距离内，通道的内径最好基本恒定;更可取的是，这个距离至少为x左右，特别，至少为2.5x左右，更特别地至少为4x左右，此外，x是在所述点上通道的内径。已经发现，这一特点有助于提高切割金属线的精度，因为金属线在通道内比在传统焊头中更难作横向运动，在传统焊头中，通道从一点开始向外呈喇叭形，其范围只在金属线从那里离开通道的开口以上一个短距离内。例如，直径50微米的金属线所用的焊头中，通道在开口处的直径一般为60微米左右。在此情况下，使金属线强度降低的装置的每一边，最好是处在长度至少为125微米左右的部分内，特别是至少为250微米左右的部分内。通道的直径为60微米左右。
可以把降低强度装置安置于焊头外部，最好在外表面上。例如，当降低强度装置包括用来产生电弧的电极时，它可以备有一个导电材料条，例如导电涂料条。把电极安置于焊头外部的优点是，制作焊头比较方便。而且可以方便地形成比较短的互连线，例如，长度为2d到3d。
特别是当把降低金属线强度的装置安装于焊头外部时，形成互连线的方法最好包括在降低金属线强度这一步骤以前，把焊头移动离开接点。通过控制焊头移动的距离(例如，利用步进电机)，可以选择互连线的长度。
焊头的种类将根据用它形成的焊点种类来决定。当焊头是用来制作球形焊点时，它一般是“毛细管”。当焊头是用来制作楔形焊点时，它一般是“楔形”的，这些术语具有在现有技术中被认可的意义。
本发明还提供在其接点上焊有互连线的电子元件，在接点上焊接时不利用与接点和互连线的材料都不相同的材料，互连线的长度为2d左右到20d左右，此处，d是互连线的直径;互连线的长度从接点开始测量，或者，如果互连线在接点附近部分变宽了，则从刚超出这种变宽之点开始测量。
本发明进一步提供第一和第二电子元件的组件，其中，每个元件都有一个接点，用互连线连接接点，该互连线(a)不利用与互连线和第一元件上接点的材料都不相同的材料而焊接到第一元件的接点上;
(b)利用与互连线和第二元件上接点的材料都不相同的导电材料而焊接到第二元件的接点上。
用金属线形成的互连装置，比通过使金丝球变形形成的焊接凸点是有许多优点的。例如，互连线具有基本恒定的横截面，与模压焊接凸点相比，这种恒定的横截面使得互连线在整个长度上有更加均匀的应力分布，为了从模具上卸下来，模压焊接凸点在其整个长度上不得不呈锥形。恒定的横截面也简便了互连装置的机械连接。在互连装置整个长度上应力分布均匀是希望的，因为这样能承受较大的应变。明显的优点还来自于与模压焊接凸点相比时的金相结构。用这种方法制作的结果，使金属线冷作硬化了。这就保证了由金属线制成的互连装置实际上能够支撑电子元件，同时，还足以能承受在元件以及元件所连接的基板之间因热作用而引起的应力。相反地，模压焊接凸点倾向于比较软，这是在模压过程中模压焊接凸点经受了退火处理的结果。与金属线相比，模压焊接凸点的金属结构也一般趋向于有较多的裂纹，并有粗糙的晶粒。因此，模压焊接凸点倾向于不太能承受住热所引起的应力，在因裂纹而强度减弱的点上容易产生断裂;而且，互连线的电气特性胜过模压焊接凸点，因为互连线的结构比较精细。
因此，根据本发明提供的互连方法，用金属线形成的互连装置其可重础⒖煽康幕岛偷缙匦远季哂忻飨缘母慕 这种方法最好是包括这一步骤把一层绝缘材料加到互连线与第一元件接点之间的焊点上，并且也加到元件的表面上(至少是在焊点附近)，互连线穿过这层绝缘材料向远离所述表面的某一方向延伸出去。
另一方面，本发明提供一种在其表面至少具有一个接点的电子元件，该接点上焊有互连线，其焊接不用与接点和互连线材料都不相同的材料，而所说的互连线沿远离所述表面的某一方向延伸出去;在互连线和接点之间的焊点上以及元件的表面上(至少是在接点附近)，涂覆一层绝缘材料，互连线穿过这层绝缘材料延伸出去。
提供一层绝缘材料的优点是，防止了用来在互连线与第二元件之间形成焊点的导电材料因其沿着互连线的虹吸作用而与第一元件上的接点接触，这种接触会在这样的接点之间引起短路。可以相信，绝缘层所解决的这个问题对于本发明的互连方法来说是特有的，因为小尺寸、小结构的互连意味着材料(例如焊料)的虹吸作用是比较普遍的。
具有一层绝缘材料的元件(实际上它包括已经封装好了的元件)，其进一步的明显优点是(ⅰ)元件上的每一个接点有焊到其上的互连线，以使得它能与其它元件上的接点进行连接;以及(ⅱ)把互连线与接点之间的焊点以及元件表面敏感的区域都密封起来，以防杂质进入。
因此，封装的元件是有优点的，它能够在非“洁净室”的环境中使用，例如，测试元件和装运的条件下。利用本发明方法所形成的互连线，使封装元件的制造尺寸小于迄今封装元件所能达到的尺寸。实际上，封装元件所占据的面积不需要比元件本身的面积大。这是本发明的重要的和非常理想的方面。
绝缘材料层还可用来横向支持互连线，特别是，用来减少互连线底部的变形。
绝缘材料层最好足够厚，以便把互连线与接点之间的焊点以及在焊点附近的互连线变宽的端部都覆盖起来;特别是，绝缘材料层的厚度高出上述的焊点以及变宽的部分，使绝缘材料层覆盖一部分互连线的具有恒定横截面的部分。例如，至少覆盖25微米。最好，绝缘材料层的厚度至少为15微米;特别是，至少为50微米。
可以把绝缘材料层分层涂覆。这样所具有的优点是，能堵住单层中的针孔。
可以用可固化的液体作为绝缘材料。它可以分多次点滴，并可以通过搅动(例如，使元件旋转，或振动)来促使这种液滴在元件表面上流动。
本发明还提供在一个电子元件上至少两个接点中的每一个接点上形成互连线的一种方法，其中，利用上述形成互连线的方法，每一根互连线都在其相应接点上形成;该方法包括沿着焊接接点的方向给每一根线施加力的步骤，把力加到每一根线上的方向基本上平行于把力加到相邻线(或每根相邻线)上的方向。
再一方面，本发明提供把第一和第二元件上的接点互连起来的一种方法，该方法包括(a)利用上述方法在第一元件的接点上形成互连线;以及(b)把互连线的自由端焊到第二元件的相应接点上。
在形成每一根互连线与第二元件上相应接点之间的焊点时，最好是利用与互连线和第二元件上相应接点的材料都不相同的导电材料。这种导电材料可以作为流体存在;或者按另外一种方式，它可以是在环境温度下可以变形的导电材料，例如，导电的液体、油脂或凝胶这些类必须在壳体或容器中保存的材料。更可取的是，这种导电材料一旦被加热，就能用作形成焊点的材料，例如，焊料、铜焊料或可热激活的粘合剂。从而最好这种导电材料是可熔的、并离散地散布在第二元件的每一个接点上，通过把导电材料加热使它熔化、并且把互连线(该互连线已被焊到第一元件的接点上)的自由端插入已熔化的导电材料中，来形成焊点。
优选的焊料材料包括铟-铅以及金-锡合金。
利用导电材料，在互连线与第二元件接点之间形成焊点哂姓庋挠诺悖纯梢灾馗吹亍⒎奖愕匦纬珊拖チ咴诘诙系暮傅悖挥跋旎チ吆偷谝辉涞暮傅悖庋湍馨训谝辉氲诙涞牧佣峡纾诵蘩砘蚋弧Ｈ绻诶谩巴箍椤苯械幕チ那榭鱿率迪终庖坏悖蔷屠训枚嗔耍蛭谕箍橛氲谝辉⒌诙涞牧油ǔ＞哂邢嗤男灾剩纾峭ǔ６际呛傅慊蛘叨际呛噶狭印Ｎ耸挂桓鲈峡淞樱匦肭卸匣チ撸蛭迷峭üチ呓辛拥模チ叩 每一端都是焊点连接的。这时如果要重新连接上述元件，那么连线就太短了。并且非常难以保证把附在第一元件接点上已经松散的各互连线能正确地连接到第二元件相应接点上。由于上述困难和其它困难，通常不是试图把互连线已被切断的元件重新连接起来，而是把第一和第二元件都报废并加以更换，这可能是很大的浪费，特别是当两个元件中的一个元件安装在一个已经安装了几个其它元件的基板上的时候。本发明排除了在互连线的每一端都有一个焊点的需要，由此克服了现有焊接技术在修理中遇到的问题。由于把利用本方法形成的互连线切成基本恒定的长度，所以不需要利用一种使互连装置的材料在其中融化的导电材料，象US-3373481中所指出的那样。实际上，最好利用互连线材料在其中基本上不融化的导电材料，因为这容许重复地在每一根互连线上形成焊点，而对互连线没有腐蚀。
还有另一方面，本发明提供在第一与第二电子元件的接点之间进行互连的方法，该方法包括(a)不利用与第一元件上接点和互连线的材料都不相同的材料，把互连线焊到第一元件的接点上;
(b)把互连线切成所需长度;以及(c)利用与互连线和第二元件上接点的材料都不相同的导电材料，把互连线的自由端连接到第二元件的接点上。
最好把导电材料放在第二元件接点上的凹槽内。
为了在互连线与第二元件之间形成焊点，利用导电材料是有优点的这能补偿互连线长度的任何小误差，并能补偿在其上排列接点的一个或两个元件表面的面偏差。借助于在凹槽内放导电材料，可使这种能力进一步增强。本发明提供备有这种离散分布导电材料的第二元件，即“池”。
因此，本发明提供在其表面上至少有一个接点、并在接点上的凹槽内放有一定数量可熔导电材料的电子元件，所说的导电材料的深度与其暴露表面的横向尺寸之比至少等于0.25左右。
凹槽可以在接点内形成。或者并且，凹槽可以用一层绝缘材料来确定，该绝缘材料置于元件四周的表面上，并且至少是置于接点附近。这层绝缘材料可以是元件的一个组成部分，例如，当把接点本身置于元件四周表面之下的凹处时。
当导电材料池的横截面是圆时，池的横向尺寸将是其直径。当横截面不是圆时，横向尺寸将是截面积等效的圆的直径。导电材料池的深度和横向尺寸是在凹槽的中心测量的。
可取的是，导电材料池的深度与横向尺寸之比至少是0.50左右;特别地，至少是1.00左右。在这一比值至少是0.25或更高的元件中，导电材料池的表面上的密度、从而元件的互连线的密度保持较高，同时，也补偿了互连线长度的误差。
将导电材料池以凹槽的形式提供是有优点的，可以根据凹槽的开口使互连线与导电材料池的空间位置对准。
凹槽最好是向中心呈锥形。这进一步保证了各导电材料池中的互连线能够正确地排列。为了补偿凹槽内向中心的锥形，最好是，使互连线在其自由端的一个短距离内呈锥形。
当导电材料包括焊料时，最好是，将焊料以特殊形式置于凹槽中，例如，作成粉末或小球状。粉末可以以软膏的形式来提供，软膏包括焊料颗粒、并带有焊剂、最好还有溶剂。把软膏嵌入凹槽中。然后，通过加热把软膏中的挥发性成分，特别是所说的溶剂除去。接着，把焊剂除去，以便在接点上凹槽内留下一池焊料。当焊料以球状提供时最好是，先向每个凹槽中提供一个单个的球，球的横向尺寸使球可以放入凹槽内并且能接触到凹槽的底部，最好小于凹槽底部横向尺寸的0.75倍左右。接着，为了增加焊料池的深度，可以提供附加的焊料球。焊剂一般应该至儆氲谝淮渭尤牒噶鲜蓖奔尤搿讣恋氖坑Ω米詈米阋阅芡扛埠噶锨蚝徒拥悖ㄔ诎疾鄣撞浚荒芡耆渎蛴氚疾郾谥涞目占洌悦飧亲『噶锨颉Ｎ税言峡诎鸦チ叽雍噶铣刂腥〕鲆院螅煤噶锨蚶粗匦伦奥噶铣馗扇。蛭饽芊奖愕乜刂扑雍噶系氖俊 下面将通过实例、参考附图，来描述形成互连线的方法、把接点互连起来的方法以及焊接机的焊头和电子元件，附图中

图1是利用热压焊机，正在将一根互连线焊接到电子元件(例如集成电路芯片)上时的剖视图;
图2是图1所示集成电路芯片的剖视图、但在各个接点上已焊有互连线;
图3是电子元件的剖视图，该电子元件例如是具有离散分布的导电材料(例如，放在芯片载体的每一个接点上的凹槽内的焊料)的集成电路芯片载体;
图4是把图2和图3所示的电子元件利用互连线连接起来的剖视图。
图5是用来在电子元件的接点上形成互连线的焊接机焊头的放大视图;以及图6表示把图5所示焊头从接点抬起，留下焊在接点上的互连线。
参考附图，图1表示电子元件1，例如在其主表面5上具有接点3的集成电路芯片。把互连线7焊到接点上，其中一根所示的互连线正处在用焊接机焊接到相应的接点上的过程，这里仅仅示出了焊接机的毛细管焊头9。焊头具有通道11，为了焊接，通过通道11把金属线送到元件的接点上。焊头在其侧壁上具有小孔13，小孔13与通道11连通，用来容纳使金属线在距离开口(金属线通过该开口离开通道)一个预定距离之点强度降低的装置。一旦把金属线焊到接点上，就在球15(通过球15把金属线焊到接点上)以上距离为2d到20d的地方把金属线切断，此处，d是金属线的直径。最好是在远离接点的某一方向给金属线施加一个力，使金属线在强度已经降低的点上断开。
图2表示的元件1，其每一个接点3上都焊有互连线7。每一根互连线均已切断，互连线长度基本相等。把一层绝缘材料17涂覆到元件的表面5上，以便密封在互连线7与接点3之间的焊点(包括在互连线7端部形成的球15)，通过球15互连线被焊到接点上。具有图2所示结构的绝缘材料层17可以是比较刚性的聚合物(例如，至少是部分结晶的)。
图3表示在其主表面25上具有接点23的电子元件(例如，集成电路芯片载体)。在每一个接点23上设有一个导电材料(例如焊料)池27。每一个池都位于绝缘层29的凹槽内，绝缘层在元件的表面25之上，包围着各个接点。每个导电材料池27的深度与其横向尺寸之比至少是0.25。
每一个凹槽在绝缘材料层29的外表面31上的横向尺寸，大于凹槽在与元件21的表面25接触的表面上的横向尺寸，所以，凹槽是向中心呈锥形地伸向其相应的接点23。凹槽的锥形形状有助于各导电材料池27内的互连线正确的排列。当切断元件1上的每根互连线7使其自由端在一个短距离内成为锥形时，就可以使上述排列更加完美。
图4表示利用互连线7互连起来的第一元件1(示于图2中)和第二元件21(示于图3中);如上所述，把互连线7焊到第一元件1的接点3上，并通过导电材料池27，把互连线7连接到第二元件21的接点23上。当导电材料是可熔的时候，例如是焊料，通过加热使导电材料熔化、并且把互连线7的自由端插入已熔化的导电材料中，这样来形成互连线7与第二元件21上的接点23的连接。
图5是焊接机的毛细管焊头39的示意图，图中，金属线41的端部和元件45表面上的接点43之间，正在利用焊接机的毛细管焊头形成焊点。焊接机包括用来在电极与金属线41的端点之间产生电弧的电极47，当焊头39处于抬起位置(未示出)时，金属线41从焊头39的通道48中伸出来。电极47通过使金属线的材料熔化，在金属线41的端部形成球49。通过直流电源50，把电极连接到金属线41上。
在金属线41的端部形成球49以后，把焊头39降低，使焊头39低于形成球的电极47，以便加热、加压，在球49与接点43之间形成焊点。在形成焊点过程中不用与金属线和接点的材料都不相同的材料，但是少量这样的材料除外例如，表面处理媒剂、反应产物和杂质。
一旦在球49与接点43之间形成焊点，就使金属线在焊接机中卡紧、并且在金属线41焊上去的那一点上按基本垂直于接点43的方向给金属线施加力，使金属线41断开。如图6所示，通过把金属线41卡紧、并且从接点43提起已焊住的金属线(包括焊头39)而把力加上去。在某些情况下，利用能把金属线卡住并能相对于焊接臂运动的爪把力加到金属线上是有利的。例如，可以把爪安装在弹性臂上，弹性臂能够使爪相对于焊接臂运动，从而把可重复的力加到金属线上(金属线的自由端已通过球49焊到接点43上)。
在外力的作用下，通过把金属线在所需点上的强度降低而使金属线断开。为此，焊头在其侧壁上的小孔中设有电极51，该小孔与通道48连通。通过电源50，把电极51连接到金属线41上。
在放有电极51的小孔每一边，使通道48在大于2.5X的距离内其内径保持恒定，此处x是在小孔与通路相交点上通道的内径。这使得金属线41更能可重复地切成所需的长度，因为这能使金属线在通道内的横向运动为最小;因此，在电极51与金属线41之间的电弧就更短、更可控制。
通过施力以及在金属线41与电极51之间产生电弧这二种作用的结合在接点43上形成一种这样的互连线，该互连线在其自由端的短距离53内呈锥形。
权利要求
1.在电子元件的接点上形成互连线的一种方法，包括不利用与接点和金属线的材料都不相同的材料，把金属线焊到接点上，把金属线切断，留下已经焊到接点上并且具有自由端的互连线；互连线的长度为2d左右到20d左右，此处，d是互连线的直径，互连线的长度从接点开始测量，如果在接点附近互连线部分变宽了，则从刚超出这种变宽部分之点开始测量。
2.根据权利要求1所说的方法，其中，互连线的长度为从3d左右到12d左右，最好是从5d左右到7d左右。
3.根据权利要求1或2所说的方法，其中包括在远离接点的方向上给金属线施加力的步骤。
4.根据权利要求3所说的方法，其中，在金属线的某一点(该点与焊接到接点与焊点之间的距离为所要求的距离)上，降低所说的金属线的强度，因而在施加力的时候，金属线就在强度降低了的那一点上断开。
5.根据权利要求4所说的方法，其中，利用局部加热来降低金属线的强度，最好是利用电弧。
6.根据上述任何一项权利要求所说的方法，其中，利用热压焊接把金属线焊到接点上。
7.根据上述任何一项权利要求所说的方法，其中，在金属线的端部所形成的球与接点之间形成焊点，在焊点形成以后，球超出焊点的高度最好是从1d左右到3d左右。
8.根据上述任何一项权利要求所说的方法，其中，通过焊接机的焊头把金属线送至接点。
9.根据权利要求8所说的方法，其中包括在降低金属线的强度以前移动焊头使其远离接点的步骤。
10.根据权利要求8或9所说的方法，其中，在焊头中使金属线的某一点的强度降低。
11.在一个电子元件的至少两个接点中的每一个接点上形成互连线的一种方法，其中，每一根互连线都是利用上述任何一项权利要求所说的方法，在其相应的接点上形成的，该方法包括给每一根连线在远离接点上的焊点的方向上施加力的步骤，对每一根连线施加力的方向基本上平行于对相邻的(或者每一根相邻的)连线施加力的方向。
12.把第一和第二元件上的接点互连起来的一种方法，其中包括(a)利用权利要求1-10中的任何一项权利要求所说的方法，在第一元件的接点上形成互连线;以及(b)把互连线的自由端焊到第二元件的相应的接点上。
13.根据权利要求12所说的方法，其中，利用与金属线和接点的材料都不相同的导电材料，最好是利用焊料，来形成互连线与第二元件的接点之间的焊点。
14.根据权利要求13所说的方法，其中，所说的导电材料是可熔的、并离散分布在第二元件的每一个接点上，将所说的导电材料加热使其熔化、并把互连线的自由端插入已熔化的导电材料中，形成焊点。
15.根据权利要求14所说的方法，其中，离散的每一份导电材料被安置在第二元件接点上的凹槽中。
16.在其接点上焊有互连线的一种电子元件，在接点上焊接时不利用与接点和互连线的材料都不相同的材料，互连线的长度为2d左右到20d左右，此处，d是互连线的直径;互连线的长度从接点开始测量，或者，如果在接点附近互连线部分变宽了，则从刚超出这种变宽部分之点开始测量。
17.根据权利要求16所说的方法，其中，互连线基本上是直的。
18.根据权利要求17所说的方法，其中，互连线沿小于30°左右(特别是小于5°左右)的角度的方向沾接点延伸出去，所说的角度指的是互连线与通过互连线焊上去的那一点并且垂直于接点的直线所夹的角度。
19.根据权利要求18所说的元件，其中，互连线在其自由端的一短距离内呈锥形。
20.第一和第二电子元件的一种组件，其中，每个元件都有一个接点，用互连线来连接接点，所说的互连线(a)不利用与互连线和第一元件上接点的材料都不相同的材料而焊到第一元件的接点上;(b)利用与互连线和第二元件上接点的材料都不相同的材料，焊到第二元件的接点上。
21.在第一与第二电子元件接点之间形成互连的一种方法，包括(a)不利用与第一元件上接点和互连线的材料都不相同的材料而把互连线焊到第一元件的接点上;(b)把互连线切成所需的长度;以及(c)利用与互连线和第二元件上接点的材料都不相同的导电材料，把互连线的自由端连接到第二元件的接点上。
22.根据权利要求21所说的方法，其中包括在远离接点的方向方给互连线施加力的步骤。
23.根据权利要求22所说的方法，其中，所说的力有助于把互连线切断。
24.一种焊接机玫暮竿罚哂泄岽┖竿返墓苄瓮ǖ溃撕附樱梢酝ü猛ǖ腊呀鹗粝咚椭恋缱釉慕拥悖一褂惺菇鹗粝咴谙喽杂诳诘囊桓鲈ざǖ闵辖档推淝慷鹊淖爸茫鹗粝呤峭ü档目诙肟ǖ赖摹
25.根据权利要求24所说的焊头，其中，降低金属线强度装置安装在毛细管的外部，最好是安装在焊头的外表面上。
26.根据权利要求24所说的焊头，其中，为了使金属线的某一点在管形通道内降低强度，设置有降低强度的装置。
27.根据权利要求26所说的焊头，其中，在金属线降低强度的那一点的每一侧，在一定距离内，通道的内径基本恒定，所说的一定距离最好是至少x左右，更可取的是至少2.5x左右，特别是至少4x左右，此外，x是在所述点上通道的内径。
28.根据权利要求24-27中任何一项权利要求所说的焊头，其中，降低金属线强度装置包括用来对金属线进行局部加热的热源。
29.根据权利要求28所说的焊头，其中，热源包括一个安置在电极与金属线之间产生电弧的电极或一个激光器。
30.根据权利要求24-29中任何一项权利要求所说的焊头，其中，降低金属线强度装置包括一个元件，它被装置用来与金属线接触以便在金属线上产生一个强度降低点。
31.根据权利要求24-30中任何一项权利要求所说的焊头，用作为球焊用的毛细管。
32.在其表面至少具有一个接点的一种电子元件，该接点上焊有互连线，其焊接过程不利用与接点和互连线的材料都不相同的材料、而且所说的互连线向远离所述表面的方向延伸出去，在互连线和接点之间的焊点上以及元件的表面上(至少是在接点附近的表面上)，涂覆一层绝缘材料，互连线穿过这层绝缘材料延伸出去。
33.根据权利要求32所说的元件，其中，绝缘材料层的厚度至少约为15微米左右。
34.在其表面至少具有一个接点、并在接点上的凹槽内放有一定数量可熔导电材料的一种电子元件，所说的导电材料的深度与其在暴露表面上的横向尺寸之比至少为0.25左右，最好是至少为0.50左右，特别是至少1.00左右。
35.根据权利要求34所说的元件，其中，可熔导电材料包括焊料。
36.根据权利要求34所说的元件，其中，凹槽向中心呈锥形。
全文摘要
本发明提供了一种电子元件的互连方法，其中，不利用与第一元件(1)上的接点和互连线的材料都不相同的材料把互连线(7)焊到第一元件(1)的接点(3)上；然后，把互连线切成所需的长度，并且利用导电材料(27)例如焊料，把互连线焊到第二元件(21)的接点(23)上。
文档编号H05K3/34GK1034463SQ8810029
公开日1989年8月2日 申请日期1988年1月18日 优先权日1988年1月18日
发明者威廉·多米尼克·卡洛马格诺, 丹尼斯·爱德华·卡明斯, 亚历山大·斯蒂芬·格利加 申请人:雷伊化学公司