專利名稱：電容安裝方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及集成電路(IC)的封裝，并且更具體地涉及將電容安裝到基片上的方法。
背景技術(shù)：
焊膏，焊劑介質(zhì)中一種高級(jí)焊料合金粉末微粒的特別混合膏劑，通常用于電容到基片的安裝。圖1示出包括將電容安裝到基片的形成半導(dǎo)體封裝的傳統(tǒng)方法10。在第一步驟12中，將焊膏涂到基片上的特定位置，并且在步驟14，使用焊膏將電容安裝到基片上。在步驟16，將焊劑涂到基片上的受控塌陷芯片連接(controlled collapse chipconnection，C4)焊盤上，并且在步驟18將凸塊集成電路(IC)管芯放在經(jīng)焊劑處理的C4焊盤上。在步驟20執(zhí)行回流操作?；亓鞑僮魅刍父啵陔娙莺突g形成焊點(diǎn)。在步驟22，將底層填料涂到基片與凸塊IC管芯之間的縫隙中，從而形成半導(dǎo)體封裝器件。
但是，在用于將電容裝配到基片表面上的當(dāng)前焊料安裝工藝中遇到了若干問題。包括焊料結(jié)球、豎碑效應(yīng)和焊料過多。這些問題中的每一個(gè)都是使半導(dǎo)體單元成為廢品的原因。
焊料結(jié)球是一種焊接缺陷，其特征在于存在沿焊點(diǎn)的外圍邊緣存留的微小的焊料球。圖2中示出了焊料結(jié)球缺陷的實(shí)例。在圖2中，示出具有第一末端端子32和第二末端端子34的電容30。電容30的第一和第二末端端子32和34通過各自的第一和第二焊點(diǎn)42和44分別安裝到基片40上的第一電容焊盤36和第二電容焊盤38?？梢钥闯?，在第一焊點(diǎn)42的表面上形成了焊料球46。許多這種焊料球46的存在經(jīng)常導(dǎo)致電容短路。
豎碑效應(yīng)是元件一端從基片抬起而元件另一端仍與基片結(jié)合的一種現(xiàn)象。圖3中示出了豎碑效應(yīng)缺陷的實(shí)例。圖3示出具有第一末端端子52和第二末端端子54的電容50。電容50的第一末端端子52通過由焊接材料62構(gòu)成的連接點(diǎn)60結(jié)合到基片58上的第一電容焊盤56。如可見的，電容50的第二末端端子54升起并且從基片58上的第二電容焊盤64分離。圖3中所示的豎碑效應(yīng)缺陷可由第一和第二電容焊盤56和64上沉積的焊接材料62體積不同而造成。
現(xiàn)在參考圖4，描述焊料過多的實(shí)例。圖4示出具有第一末端端子72和第二末端端子74的電容70。電容70的第一末端端子72和第二末端端子74通過各自的第一和第二焊點(diǎn)82和84分別安裝到基片80上的第一電容焊盤76和第二電容焊盤78。但是，由于過多焊料的存在，第一和第二焊點(diǎn)82和84具有凸起的外形90和92(圖4中實(shí)線所勾畫的)，而不是所需的凹陷外形86和88(圖4中虛線所勾畫的)。焊料過多是不好的，因?yàn)樘嗟暮噶蠒?huì)導(dǎo)致橋接缺陷，這將導(dǎo)致電短路。
除了丟棄具有焊接問題的半導(dǎo)體單元所造成的損失，當(dāng)在電容安裝工藝中使用焊膏時(shí)也發(fā)生材料、人力和機(jī)器的成本。所有這些都增加整個(gè)制造成本。
考慮到上述問題，需要一種不使用焊膏而將電容安裝到基片的方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了一種將電容安裝到基片的方法。該方法本質(zhì)上僅包括將焊劑應(yīng)用于基片上金(Au)或鍍金的電容焊盤；將電容放在經(jīng)焊劑處理的電容焊盤上；以及執(zhí)行回流操作。電容端子優(yōu)選地是錫(Sn)或鍍錫的。
本發(fā)明還提供了一種形成封裝的半導(dǎo)體器件的方法，主要步驟本質(zhì)上僅包括提供基片；將焊劑應(yīng)用于基片上的受控塌陷芯片連接(C4)焊盤和各自的金或鍍金的電容焊盤；將一個(gè)或多個(gè)電容放在各自的電容焊盤上并將一個(gè)或多個(gè)集成電路(IC)管芯放在基片上的C4焊盤上；以及在電容、IC管芯和基片上執(zhí)行回流操作。優(yōu)選地，電容端子由錫或鍍錫形成。
本發(fā)明還提供了一種形成多芯片組件(MCM)的方法，包括步驟提供基片；將焊劑應(yīng)用于基片上各個(gè)金(Au)或鍍金的電容焊盤和各個(gè)C4焊盤；將具有錫或鍍錫端子的多個(gè)電容放在各自的電容焊盤上并且將多個(gè)集成電路(IC)管芯放在各自的C4焊盤上；以及在電容、IC管芯和基片上執(zhí)行回流操作，使得金-錫(Au-Sn)金屬間互聯(lián)形成在基片電容焊盤和各個(gè)電容端子之間。將底層填料涂到基片和各個(gè)IC管芯之間的多個(gè)縫隙中。最后，電容和IC管芯以多個(gè)蓋子中各自的一個(gè)密封，從而形成多芯片組件。


當(dāng)結(jié)合附圖閱讀時(shí)將更好地理解以下對(duì)本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的具體描述。本發(fā)明以實(shí)例的方式示出并且不受附圖限制，附圖中相似的參考標(biāo)號(hào)指示相似的元件。應(yīng)理解，附圖不是按比例繪制，并且為了便于理解本發(fā)明而進(jìn)行了簡化。
圖1是描述形成封裝的半導(dǎo)體器件的傳統(tǒng)方法的流程圖；圖2是在電容和基片之間的焊點(diǎn)表面上形成的焊料球的放大橫截面圖；圖3是一端從基片抬起并且另一端與基片結(jié)合的電容的放大橫截面圖；圖4是在電容和基片之間各個(gè)焊點(diǎn)中過多的焊料的放大橫截面圖；圖5A是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例將焊劑應(yīng)用于基片上的電容焊盤的放大橫截面圖；圖5B是將電容放在圖5A的經(jīng)焊劑處理的電容焊盤上的放大橫截面圖；圖5C是將集成電路(IC)管芯放在圖5B的基片上的放大橫截面圖；圖5D是在圖5C的基片、電容和IC管芯上執(zhí)行回流操作的放大橫截面圖；圖5E是涂到圖5D的基片與各個(gè)IC管芯之間的縫隙中的底層填料的放大橫截面圖；圖5F是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例形成的多芯片組件(multi-chipmodule，MCM)的放大橫截面圖；圖6是說明根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例形成封裝的半導(dǎo)體器件方法的流程圖；圖7是金-錫(Au-Sn)系統(tǒng)的相圖。
具體實(shí)施例方式
以下結(jié)合附圖進(jìn)行的具體描述旨在作為本發(fā)明的當(dāng)前優(yōu)選實(shí)施例的描述，并且不旨在代表本發(fā)明可以實(shí)踐的唯一形式。應(yīng)理解，可以由旨在包括在本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)的不同的實(shí)施例實(shí)現(xiàn)相同或等價(jià)的功能。在附圖中，遍及附圖使用相似的標(biāo)號(hào)指示相似的元件。
現(xiàn)在參考圖5A到5F和圖6，描述根據(jù)本發(fā)明形成封裝的半導(dǎo)體器件的方法。
圖5A示出基片100，其上形成有金屬化層102。金屬化層102包括一個(gè)或多個(gè)第一和第二電容焊盤104和106以及多個(gè)受控塌陷芯片連接(C4)焊盤(未示出)。第一和第二電容焊盤104和106被鍍以金屬。通過噴嘴110將焊劑108應(yīng)用于基片100上的第一和第二電容焊盤104和106。在作為形成封裝的半導(dǎo)體器件的工藝150的流程圖的圖6中，步驟152表示基片100的提供，并且步驟154指示將焊劑108應(yīng)用于基片100上的各個(gè)電容焊盤104和106。
基片100優(yōu)選是比如多層陶瓷(MLC)的陶瓷基片。這種基片在本領(lǐng)域中是已知的并且可從商業(yè)途徑獲得。使用已知的電鍍工藝在基片100上形成金屬化層102。金屬化層102可包括銅(Cu)、錫(Sn)、金(Au)、鎳(Ni)、錫-鉛(Sn-Pb)焊料或本領(lǐng)域中技術(shù)人員所知的其它適合的金屬或合金。第一和第二電容焊盤104和106優(yōu)選地鍍有銅(Au)。在一個(gè)實(shí)施例中，金屬化層102與第一和第二電容焊盤鍍上Au以到大約0.1微米(μm)的厚度。雖然如此，但本領(lǐng)域的技術(shù)人員將理解，本發(fā)明不應(yīng)被用于形成金屬化層102的金屬或合金、金屬化層102的厚度、或第一和第二焊盤104和106的厚度限制到特定類型的基片100。
盡管圖5A中未示出，焊劑108也應(yīng)用于基片100上的C4焊盤。圖6中的步驟156指出焊劑108應(yīng)用于C4焊盤。焊劑108將氧化物從第一和第二電容焊盤104和106以及C4焊盤除去以幫助其上的金屬間結(jié)合的形成。依照IPC-J-STD-004標(biāo)準(zhǔn)對(duì)焊接焊劑的要求，焊劑108優(yōu)選是松香類焊劑，比如，松香(R)焊劑或中度活性松香(RMA)焊劑。如可從圖5A所見的，在此特定實(shí)施例中通過噴射將焊劑108應(yīng)用于第一和第二電容焊盤104和106。盡管如此，本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)理解，本發(fā)明不受焊劑的應(yīng)用方法的限制。例如，焊劑108也可以通過點(diǎn)涂應(yīng)用于第一和第二電容焊盤104和106以及C4焊盤。另一替代方案是將電容蘸入焊劑池并且將帶有焊劑的電容移至基片，帶有焊劑的電容端子接觸各自的電容焊盤104和106。本發(fā)明不同于現(xiàn)有技術(shù)方法(圖1)之處在于不對(duì)電容焊盤104和106應(yīng)用焊膏。
現(xiàn)在參考圖5B和圖6，具有各自的第一和第二末端端子114和116的一個(gè)或多個(gè)電容112在步驟158放在各自的第一和第二電容焊盤104和106上。更具體地，每個(gè)電容112橫跨一對(duì)第一和第二電容焊盤104和106而放置，使得第一末端端子114接觸第一電容焊盤104并且第二末端端子116接觸第二電容焊盤106。
電容112是比如多層陶瓷電容(MLCC)的片上電容。這種電容112在本領(lǐng)域中是公知的并且可從商業(yè)途徑獲得。第一和第二末端端子114和116為電容112中各自的傳導(dǎo)元件提供電端子。可以通過將電容112的每個(gè)末端蘸入比如銀(Ag)墨水的厚膜膏料，然后以例如鎳(Ni)和錫(Sn)的金屬和合金中的一種或多種固化和電鍍電容112的末端，而形成第一和第二末端端子114和116。因此，在一個(gè)實(shí)施例中，第一和第二末端端子114和116包括具有再鍍Sn的鍍鎳銀。在另一實(shí)施例中，電容端子114、116是僅鍍錫的銀端子?？梢允謩?dòng)或者通過自動(dòng)裝置將電容112放在基片100上。在如圖5B中所示的實(shí)施例中，使用標(biāo)準(zhǔn)拾-放機(jī)器的放置頭118將電容112放在基片100上。通過將粘性焊劑108應(yīng)用于第一和第二電容焊盤104和106使得電容112在后續(xù)的工藝步驟中保持在適當(dāng)位置。
現(xiàn)在參考圖5C和圖6，在步驟160將一個(gè)或多個(gè)集成電路(IC)管芯120放在各自的C4焊盤上。所示實(shí)施例中的IC管芯120是在其底面124上具有凸塊連接122的倒裝芯片管芯。將IC管芯120放在基片100上使得IC管芯120的凸塊連接122接觸基片100上的各自的一個(gè)C4焊盤?？梢酝ㄟ^自動(dòng)拾-放或通過手動(dòng)放置將IC管芯120放在基片100上。在所示實(shí)施例中，使用標(biāo)準(zhǔn)拾-放機(jī)器的放置頭118將IC管芯120放在基片100上。
IC管芯120可以是任何類型的電路，比如數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)或?qū)Ｓ霉δ茈娐贰C管芯120不受比如CMOS，或得自任何特定晶片技術(shù)的特定技術(shù)的限制。此外，本發(fā)明可適合各種尺寸的IC管芯120；例如，IC管芯120可以是大約10毫米(mm)乘大約10mm的尺寸。凸塊連接122由比如金、銅、或金屬合金的傳導(dǎo)金屬制成，并且使用已知的晶片凸起形成工藝在IC管芯120上形成。本領(lǐng)域的技術(shù)人員已知這種倒裝芯片凸起管芯120，對(duì)于完整理解本發(fā)明不需要進(jìn)一步的解釋。
現(xiàn)在參考圖5D和圖6，在步驟162，通過讓基片100通過回流爐而在基片100、電容112和IC管芯120上上執(zhí)行回流操作?；亓鳡t優(yōu)選裝有運(yùn)輸帶?？梢允褂帽热缂t外線(IR)回流、汽相回流和空氣對(duì)流回流的回流安裝的已知方法執(zhí)行回流操作。優(yōu)選地在高于大約300℃的溫度下回流基片100、電容112和IC管芯120。在一個(gè)實(shí)施例中，在大約360℃的溫度下回流基片100、電容112和IC管芯120。
回流爐中的熱量熔化第一和第二電容焊盤104和106以及凸塊連接122。熔化的第一和第二電容焊盤104和106浸潤電容112上的各自的第一和第二末端端子114和116，而熔化的凸塊連接122浸潤基片100上的C4焊盤。
現(xiàn)在參考圖5E，在冷卻的基片100上，在基片100和各個(gè)電容112之間形成金屬間互聯(lián)128，而在基片100和各個(gè)IC管芯120之間形成受控塌陷芯片連接(C4)互聯(lián)130。金屬間互聯(lián)128優(yōu)選是包括大約20重量百分比(wt％)的Au和大約80wt％的Sn的金-錫(Au-Sn)金屬間互聯(lián)。現(xiàn)在參考圖7，示出了金-錫(Au-Sn)系統(tǒng)的相圖。如從圖7中可見的，在大約280℃和大約300℃之間的溫度下形成具有大約20wt％的Au和大約80wt％的Sn的成分的穩(wěn)定的Au-Sn金屬間互聯(lián)。盡管如此，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)理解，上述的工藝溫度和成分僅是示例性的。本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)理解，本發(fā)明不受回流工藝的溫度、金屬間互聯(lián)128的成分或形成金屬間互聯(lián)128的溫度的限制。而是，工藝溫度和成分取決于形成和電鍍第一和第二電容焊盤104和106的金屬或合金的類型。
再參考圖5E，將底層填料132涂到基片100和各個(gè)IC管芯120之間的多個(gè)縫隙134中。在圖6中，步驟164指示將底層填料132涂到縫隙134。底層填料132通過降低由基片100和IC管芯120之間的熱膨脹系數(shù)(CTE)不匹配引起的C4連接130上的張力而為C4連接130提供機(jī)械支撐。底層填料132可以包括已熟知的可從商業(yè)途徑獲得的底層填充材料，比如環(huán)氧樹脂。在一個(gè)實(shí)施例中，通過使用針沿各個(gè)IC管芯120的邊緣涂底層填充材料而對(duì)IC管芯120進(jìn)行底層填充。在這個(gè)實(shí)施例中，通過毛細(xì)管作用向內(nèi)吸底層填料132，直到基片100和各個(gè)IC管芯120之間的縫隙134被填滿。然后將底層填料132固化。盡管如此，應(yīng)理解本發(fā)明不受底層填料132的成分或上述的底層填充工藝所限制。在另一實(shí)施例中，可以使用本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的其它底層填充工藝對(duì)IC管芯120進(jìn)行底層填充。
現(xiàn)在參考圖5F和圖6，在步驟166，電容122和IC管芯120以多個(gè)蓋子136或帽中各自的一個(gè)密封，蓋子136或帽增強(qiáng)了散熱通路并且提供對(duì)電容和管芯的保護(hù)以防外部磨損。更具體地，每個(gè)蓋子136放在一個(gè)或多個(gè)電容112上以及各個(gè)IC管芯120上，然后以蓋子安裝材料140安裝到基片100上以形成多個(gè)真空密封的多芯片組件138。蓋子136可以由陶瓷或金屬制成。蓋子安裝材料140對(duì)于陶瓷蓋子136可以是環(huán)氧樹脂或硅樹脂，或者當(dāng)蓋子136由金屬制成時(shí)可以是焊接材料。在步驟168可以將多個(gè)導(dǎo)電球144安裝到基片100的下側(cè)146。導(dǎo)電球144可以是受控塌陷芯片連接(C4)焊料球并且使用已知的焊料球安裝工藝安裝到基片100。
盡管圖5D到5F示出三個(gè)(3)IC管芯120安裝到基片100，應(yīng)理解，更多和更少的IC管芯120可以安裝到基片100，這取決于基片100的尺寸、IC管芯120的尺寸、以及最終半導(dǎo)體封裝器件的所需功能。
與比如圖1所描述的傳統(tǒng)電容安裝方法不同，本發(fā)明不需要使用焊膏。而是，電容直接放在基片的經(jīng)焊劑處理的電容焊盤上，然后在電容和基片之間形成金屬間互聯(lián)。通過不使用焊膏，實(shí)現(xiàn)了顯著的材料、人力和機(jī)器成本的節(jié)約，從而降低整個(gè)封裝成本。另外，可根除當(dāng)使用焊膏時(shí)遇到的問題，例如焊料結(jié)球、豎碑效應(yīng)和焊料過多。
已出于說明和描述的目的進(jìn)行了本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的描述，但是該描述不旨在成為無遺漏的詳盡描述或?qū)⒈景l(fā)明限制到所公開的形式。本領(lǐng)域技術(shù)人員將意識(shí)到，可以不脫離其廣泛的發(fā)明概念而對(duì)上述實(shí)施例進(jìn)行變更。因此應(yīng)理解，本發(fā)明不限于所公開的特定實(shí)施例，而是覆蓋在所附權(quán)利要求定義的本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)的修改。
權(quán)利要求
1.一種將電容安裝到基片的方法，包括將焊劑應(yīng)用于基片上的各個(gè)電容焊盤；將電容放在經(jīng)焊劑處理的電容焊盤上；以及在電容和基片上執(zhí)行回流操作。
2.如權(quán)利要求1所述的將電容安裝到基片的方法，其中，該基片電容焊盤被鍍以金(Au)。
3.如權(quán)利要求2所述的將電容安裝到基片的方法，其中，電容的端子被鍍以錫(Sn)。
4.如權(quán)利要求3所述的將電容安裝到基片的方法，其中，在電容端子和基片電容焊盤之間形成金-錫(Au-Sn)金屬間互聯(lián)。
5.如權(quán)利要求4所述的將電容安裝到基片的方法，其中，該Au-Sn金屬間互聯(lián)包括大約20重量百分比(wt％)的Au和大約80wt％的Sn。
6.如權(quán)利要求5所述的將電容安裝到基片的方法，其中，在大約280℃和大約300℃之間的溫度下形成該Au-Sn金屬間互聯(lián)。
7.如權(quán)利要求6所述的將電容安裝到基片的方法，其中，在大于大約300℃的溫度下回流電容和基片。
8.如權(quán)利要求1所述的將電容安裝到基片的方法，其中，該焊劑包括松香焊劑和中度活性松香焊劑之一。
9.如權(quán)利要求1所述的將電容安裝到基片的方法，其中，通過噴射和點(diǎn)涂之一應(yīng)用焊劑。
10.如權(quán)利要求1所述的將電容安裝到基片的方法，其中，該焊劑將氧化物從基片上的電容焊盤除去。
11.如權(quán)利要求1所述的將電容安裝到基片的方法，其中，該焊劑將電容保持在適當(dāng)位置。
12.一種形成封裝的半導(dǎo)體器件的方法，包括提供基片；將焊劑應(yīng)用于基片上的各個(gè)電容焊盤；將一個(gè)或多個(gè)電容放在各自的電容焊盤上，其中電容的端子接觸各自的一個(gè)基片電容焊盤；將一個(gè)或多個(gè)集成電路(IC)管芯放在基片上的各自的受控塌陷芯片連接(C4)焊盤上；以及在一個(gè)或多個(gè)電容、一個(gè)或多個(gè)IC管芯和基片上執(zhí)行回流操作。
13.如權(quán)利要求12所述的形成封裝的半導(dǎo)體器件的方法，其中，在基片電容焊盤和各自的一個(gè)或多個(gè)電容的端子之間形成金-錫(Au-Sn)金屬間互聯(lián)。
14.如權(quán)利要求12所述的形成封裝的半導(dǎo)體器件的方法，還包括將焊劑應(yīng)用于基片上的各個(gè)C4焊盤。
15.如權(quán)利要求12所述的形成封裝的半導(dǎo)體器件的方法，還包括將底層填料涂到基片和各個(gè)一個(gè)或多個(gè)IC管芯之間的一個(gè)或多個(gè)縫隙中。
16.如權(quán)利要求15所述的形成封裝的半導(dǎo)體器件的方法，還包括密封該一個(gè)或多個(gè)電容以及該一個(gè)或多個(gè)IC管芯。
17.如權(quán)利要求16所述的形成封裝的半導(dǎo)體器件的方法，其中，該一個(gè)或多個(gè)IC管芯以及該一個(gè)或多個(gè)電容以一個(gè)或多個(gè)蓋子中的各自的一個(gè)密封。
18.如權(quán)利要求16所述的形成封裝的半導(dǎo)體器件的方法，還包括將多個(gè)導(dǎo)電球安裝到基片的下側(cè)。
19.如權(quán)利要求12所述的形成封裝的半導(dǎo)體器件的方法，其中，在大于大約300℃的溫度下回流基片、一個(gè)或多個(gè)電容以及一個(gè)或多個(gè)IC管芯。
20.一種形成多芯片組件的方法，包括步驟提供具有鍍金的電容焊盤的基片；將焊劑應(yīng)用于基片上各個(gè)電容焊盤和各個(gè)受控塌陷芯片連接(C4)焊盤；將多個(gè)電容放在各自的經(jīng)焊劑處理的電容焊盤上，其中電容具有鍍錫端子；將多個(gè)集成電路(IC)管芯放在各自的經(jīng)焊劑處理的C4焊盤上；在基片、電容和IC管芯上執(zhí)行回流操作，使得金-錫(Au-Sn)金屬間互聯(lián)形成在基片電容焊盤和各個(gè)電容的端子端之間；將底層填料涂到基片和各個(gè)IC管芯之間的多個(gè)縫隙中；以及以多個(gè)蓋子中各自的一個(gè)密封電容和IC管芯，從而形成多芯片組件。
全文摘要
本申請(qǐng)涉及一種將電容(112)安裝到基片(100)上的方法，包括將焊劑(108)應(yīng)用于基片(100)上的各個(gè)電容焊盤(104，106)。將電容(112)放在經(jīng)焊劑處理的電容焊盤(104，106)上以及在電容(112)和基片(100)上執(zhí)行回流操作，使得在電容(112)和基片(100)之間形成金屬間互聯(lián)(128)。
文檔編號(hào)B23K28/00GK101030546SQ20071008508
公開日2007年9月5日 申請(qǐng)日期2007年2月28日 優(yōu)先權(quán)日2006年2月28日
發(fā)明者盧威耀, 馮志成 申請(qǐng)人:飛思卡爾半導(dǎo)體公司