專利名稱：預(yù)鍍可濕引線框倒焊晶片組件限制回流時(shí)焊料擴(kuò)散的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總體涉及一種高密度的半導(dǎo)體倒焊晶片存儲器封裝，更具體地說，涉及引線框組件的制備，其中公開了用于控制焊料擴(kuò)散和焊塊厚度的方法。
背景技術(shù)：
由于當(dāng)前的和將來的微電子封裝要求傾向于采用大尺寸芯片，并且要求密度更高、更輕、更小、更薄和更快的電子產(chǎn)品以及在回流過程中更好地控制焊料的擴(kuò)散，因此必須采用更厚的焊料厚度。本發(fā)明提供了一種利用設(shè)在引線框上的凹坑特征來制備高密度的細(xì)針距的引線框倒焊晶片組件。
授予Hembree的專利號為6386436的美國專利介紹了一種用于形成倒焊晶片組件的焊塊互連結(jié)構(gòu)的方法。
授予Razon等人的專利號為6386433的美國專利公開了一種焊球傳送和回流的方法及裝置。
授予Brouillette等人的專利號為6386433的美國專利顯示了一種用于形成焊塊的方法及裝置。
授予Longgood等人的專利號為No.6045032的美國專利介紹了一種在波峰焊過程中防止電氣元件的焊料回流的方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種引線框結(jié)構(gòu)和用于制備控制細(xì)針距的微電子倒焊晶片封裝時(shí)的回流過程中焊料的擴(kuò)散的所述結(jié)構(gòu)的方法。
本發(fā)明的另一目的是提供一種更好地控制焊料擴(kuò)散的手段。
本發(fā)明的另一目的是保證在回流之后有更厚的焊料厚度，同時(shí)還能提高可靠性能。
為了實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的這些和其它目的，提供了一種用于限制焊料擴(kuò)散的方法，此方法是通過在引線框倒焊晶片封裝中的半導(dǎo)體IC芯片的焊塊位置處的襯底上設(shè)置凹坑來實(shí)現(xiàn)的。
根據(jù)本發(fā)明，引線框可包括以下四種材料中的任何一種鎳-鐵，片狀金屬包層，銅和銅基合金。采用光刻形成圖案的技術(shù)并且在焊塊位置處的襯底上設(shè)置凹坑來使引線框個(gè)性化。
實(shí)施本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)包括1.允許在回流過程中控制焊料擴(kuò)散；2.實(shí)現(xiàn)了回流之后的得到改善的焊料厚度控制，并減小了焊塊下面的熱應(yīng)力和機(jī)械應(yīng)力，從而改善了組件加工的產(chǎn)量；3.顯示了得到改善的可靠性性能及焊料厚度控制；4.形成了可達(dá)到細(xì)針距的、高的管腳數(shù)量和大尺寸高密度裝置的要求的堅(jiān)固的倒焊晶片結(jié)構(gòu)/封裝。


通過下面的詳細(xì)介紹并結(jié)合附圖，可以更清楚地理解本發(fā)明的上述和其它目的和優(yōu)點(diǎn)。附圖顯示了標(biāo)明類似的或?qū)?yīng)的部件、區(qū)域和部分的相關(guān)標(biāo)號，在附圖中圖1是本發(fā)明的剖視圖，顯示了沒有凹坑的并且焊料溢出的引線框結(jié)構(gòu)。
圖2是本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例的剖視圖，顯示了設(shè)有用作焊料坑或收集器的凹坑設(shè)置在其中的引線框結(jié)構(gòu)。
具體實(shí)施例方式
發(fā)現(xiàn)問題現(xiàn)有應(yīng)用中本發(fā)明人已發(fā)現(xiàn)存在下列問題和缺點(diǎn)1.對于大尺寸裝置而言，熱機(jī)械應(yīng)力集中會導(dǎo)致由于芯片與襯底之間的CTE失配而使焊塊/裝置之間的互連接點(diǎn)失效，這種情況在沒有采用用于回流過程中的焊料厚度控制的裝置時(shí)更加惡化。
2.采用球形和柱形焊塊互連結(jié)構(gòu)的倒焊晶片結(jié)構(gòu)，在達(dá)到細(xì)針距的布線要求方面已受到了限制，這是因?yàn)橛苫ミB焊塊加在硅上的應(yīng)力使得裝置失效，因而需要進(jìn)行焊塊尺寸厚度控制和焊料擴(kuò)散，如果沒有這樣做的話，將導(dǎo)致疏遠(yuǎn)，造成填充不足的可靠性問題。
3.細(xì)針距的布線的要求已經(jīng)增加了工藝的復(fù)雜性，而且由于在封裝工藝過程中不能有效地控制回流之后有較厚焊料厚度，因此減少了產(chǎn)量。
4.在現(xiàn)有技術(shù)中采用傳統(tǒng)方法實(shí)施的工藝導(dǎo)致焊塊厚度受到限制，這就會造成產(chǎn)量減少以及在大尺寸、高密度應(yīng)用中的短期/長期可靠性性能問題。
初始結(jié)構(gòu)參考附圖，如圖1所示，其中顯示了沒有凹坑的引線框的剖視圖。結(jié)構(gòu)1為優(yōu)選的連接芯片的襯底，也可理解為可以包括一個(gè)防止塑料在模制操作過程中從引線之間溢出的屏障，以及從芯片到底板上的導(dǎo)電和導(dǎo)熱體。圖1還可以是具有基層1的襯底的剖視圖，其可由預(yù)涂鍍的鈀，或者從三種材料例如鎳-鐵、片狀金屬包層和銅基合金中選出的一種材料所組成。另外，圖1顯示了銅接點(diǎn)2(倒焊晶片回流的焊球隨后沉積于其上)以及焊料溢出物3和焊料厚度4。
圖2是本發(fā)明的優(yōu)選結(jié)構(gòu)的剖視圖，顯示了帶有凹坑的引線框。在本發(fā)明的一個(gè)重要特征中，圖2顯示了用作設(shè)置在引線框1上的收集器或坑/盲孔的凹坑4。因此，顯示了在倒焊晶片組裝過程中用于將控制焊料的擴(kuò)散從預(yù)先確定的區(qū)域控制成為指定區(qū)域的裝置。
本發(fā)明的重要步驟本發(fā)明的步驟可參考圖2得到最好的理解。
圖2包括典型的由厚度為2.0毫米的引線框金屬卷成的帶材襯底1，在其上通過采用光刻法的化學(xué)研磨形成具有圖案的層，利用可溶化金屬的化學(xué)物質(zhì)在金屬襯底上刻蝕圖案。引線框襯底可通過沖壓工藝來制備，其中采用硬質(zhì)合金順序沖模來從帶材上機(jī)械去除金屬。引線框金屬襯底1是裸的(未涂鍍的)或者預(yù)涂鍍有通過標(biāo)準(zhǔn)沉積方法形成了圖案的鈀或鉻/銅(Cr/Cu)或鈦/銅(Ti/Cu)導(dǎo)體，例如，通過涂鍍和本技術(shù)領(lǐng)域中應(yīng)用的濺射以及傳統(tǒng)的光刻方法的組合。一個(gè)預(yù)先設(shè)置的凹坑或坑狀焊料收集器4，將其選擇性地在襯底上的焊塊位置處刻蝕形成圖案，接下來沉積倒焊晶片的焊塊3。凹坑4的開口直徑和深度取決于焊球的直徑。典型地，焊球直徑在100微米到300微米的范圍內(nèi)。采用倒焊晶片焊塊3的互連回流工藝來進(jìn)行連在裝置的銅接點(diǎn)2上的下一個(gè)芯片連接的操作。在最后的步驟中，包括有芯片電互連結(jié)構(gòu)和引線框的整個(gè)組件覆蓋有聚合物的封裝物。
盡管根據(jù)優(yōu)選實(shí)施例來介紹和展示了本發(fā)明，但其并非用于限制本發(fā)明，本發(fā)明只由所附權(quán)利要求所限定。另外，在不脫離本發(fā)明的精神實(shí)質(zhì)和范圍的前提下，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以進(jìn)行各種修改、變化和改進(jìn)。
權(quán)利要求
1.一種可防止焊料擴(kuò)散的制造集成電路封裝的方法，其特征在于，包括以下步驟提供一種襯底，其上連有半導(dǎo)體裝置，所述半導(dǎo)體裝置上成形加工有包括引線或無引線焊料的焊塊或柱形包；提供一種帶有預(yù)先設(shè)置的盲孔凹坑的引線框或襯底；將所述半導(dǎo)體裝置連結(jié)在所述引線框或襯底上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述盲孔或凹坑通過刻蝕工藝成形在所述引線框上。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述盲孔或凹坑通過沖壓工藝成形在所述引線框上。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，各所述盲孔或凹坑通過模制工藝成形在所述引線框上。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述引線框材料從包含有鎳-鐵、片狀金屬包層，銅和銅基合金的這類材料中選出。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述引線框材料預(yù)涂鍍有金屬鍍層，例如鈀。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述IC芯片和預(yù)涂鍍有鈀的引線框金屬鍍層包含有Cu(銅)，所述IC芯片籽晶底部金屬鍍層從包含有鉻銅合金的這類物質(zhì)組中選出。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述各IC頂部和/或底部金屬鍍層的圖案由光學(xué)處理和刻蝕形成。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述粘結(jié)層由從包含有鈦和鉻的這類物質(zhì)組中選出的材料所形成。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述覆蓋有導(dǎo)電性接點(diǎn)的引線框IC芯片互連結(jié)構(gòu)包括一個(gè)接合點(diǎn)。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述IC芯片UBM頂部和底部金屬鍍層及籽晶層從包括有Ti/Cu或Cr/CrCu/Cu的這類物質(zhì)組中選出。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述半導(dǎo)體IC球形或柱形包包含有Cu(銅)。
13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述半導(dǎo)體IC覆蓋有引線或者無引線的合金的焊料材料，焊料從包含有Sn/Ag，SnPb，SnAgCu和SnBi的這類物質(zhì)組中選出。
14.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述IC芯片的底部非導(dǎo)電性初始鈍化層從包含有Si3N4，SiO2，Si3O4/SiO2的這類物質(zhì)組中選出。
15.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述焊塊的直徑在60微米到300微米的范圍內(nèi)。
16.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述襯底/裝置的所述經(jīng)過鈍化的外覆層從包含低介電性的有機(jī)層壓片比如聚酰亞胺和苯丙環(huán)丁烯的這類物質(zhì)組中選出。
17.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述襯底/裝置的所述經(jīng)過鈍化的外覆層從通稱為熱固性和熱塑性的聚合物的這類材料中選出。
18.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述底部初始鈍化層的開口在50微米到250微米的范圍內(nèi)。
19.根據(jù)權(quán)利要求1所述的形成倒焊晶片的方法，其特征在于，所述方法包括以下步驟提供一種半導(dǎo)體晶片，在所述晶片上沉積有籽晶層；在所述籽晶層上成形有底部金屬鍍層；在所述中間的金屬鍍層上成形頂部金屬鍍層；采用傳統(tǒng)的光刻工藝來形成所述頂部和底部金屬鍍層的圖案，鈍化和預(yù)鈍化層圍繞通孔開口而形成，并且具有多個(gè)接點(diǎn)，所述接點(diǎn)形成了與其互連的焊料的互連結(jié)構(gòu)。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的方法，其特征在于，所述導(dǎo)電性金屬鍍層由從包含有銅和鋁的這類物質(zhì)組中選出的材料所組成。
21.根據(jù)權(quán)利要求19所述的方法，其特征在于，所述頂部和底部金屬鍍層和所述籽晶層由從包含有Ti/Cu，Cr/Cu，Ti/Ni和Ni/Au的這類物質(zhì)組中選出的材料所組成。
22.根據(jù)權(quán)利要求19所述的方法，其特征在于，所述光致抗蝕層由包含有干燥的抗蝕膜和液體光致抗蝕劑的光致抗蝕材料所組成。
23.一種用于防止焊料擴(kuò)散的集成電路封裝，其特征在于，包括一個(gè)包含了半導(dǎo)體裝置的襯底，所述半導(dǎo)體裝置包括成形于其上的C-4焊料或由引線或無引線焊料組成的焊料或柱形包；一個(gè)帶有預(yù)先設(shè)置的盲孔凹坑的引線框或襯底；所述半導(dǎo)體裝置與所述引線框或襯底相連。
24.根據(jù)權(quán)利要求23所述的封裝，其特征在于，所述引線框材料從包含有鎳-鐵、片狀金屬包層，銅和銅基合金的材料中選出。
25.根據(jù)權(quán)利要求23所述的封裝，其特征在于，所述引線框材料預(yù)涂鍍有金屬涂層，例如鈀。
26.根據(jù)權(quán)利要求23所述的封裝，其特征在于，所述IC芯片和預(yù)涂鍍有鈀的引線框金屬鍍層包含Cu(銅)，所述IC芯片籽晶底部金屬鍍層包含鉻銅合金。
27.根據(jù)權(quán)利要求23所述的封裝，其特征在于，所述粘結(jié)層由從包含有鈦和鉻的這類物質(zhì)組中選出的材料所形成。
28.根據(jù)權(quán)利要求23所述的封裝，其特征在于，所述覆蓋有導(dǎo)電性接點(diǎn)的焊料引線框IC芯片的互連結(jié)構(gòu)包括一個(gè)焊接點(diǎn)。
29.根據(jù)權(quán)利要求23所述的封裝，其特征在于，所述所述半導(dǎo)體IC球形或柱形包包含Cu(銅)。
30.根據(jù)權(quán)利要求23所述的封裝，其特征在于，所述半導(dǎo)體IC覆蓋有引線或者無引線的合金的焊料材料，所述焊料從包含有Sn/Ag，SnPb，SnAgCu和SnBi的這類物質(zhì)組中選出。
31.根據(jù)權(quán)利要求23所述的封裝，其特征在于，所述焊塊的直徑在60微米到300微米的范圍內(nèi)。
32.根據(jù)權(quán)利要求23所述的封裝，其特征在于，所述襯底/裝置的經(jīng)過鈍化的外覆層從包含低介電性的有機(jī)層壓片比如聚酰亞胺和苯并環(huán)丁烯的這類物質(zhì)組中選出。
33.根據(jù)權(quán)利要求23所述的封裝，其特征在于，所述襯底/裝置的經(jīng)過鈍化的外覆層從通稱為熱固性和熱塑性的聚合物的這類材料中選出。
34.根據(jù)權(quán)利要求23所述的封裝，其特征在于，所述焊接點(diǎn)由銅或鋁組成。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用于在倒焊晶片組件制造過程中在預(yù)先確定/設(shè)計(jì)的區(qū)域內(nèi)控制焊料擴(kuò)散的方法和結(jié)構(gòu)。采用本技術(shù)領(lǐng)域中所使用的傳統(tǒng)工藝將盲孔或凹坑成形在引線框上，盲孔或凹坑隨后用作容器或容納焊料的坑，從而防止焊料擴(kuò)散更廣。
文檔編號B23K1/00GK1502439SQ0317855
公開日2004年6月9日 申請日期2003年7月15日 優(yōu)先權(quán)日2002年10月30日
發(fā)明者約翰·布萊爾, 約翰 布萊爾, 佩雷斯, 羅曼·佩雷斯, 劉奇光, 斯 周, 阿歷克斯·周 申請人:先進(jìn)封裝解決方案私人有限公司