專利名稱：封裝具有凸電極的半導體器件的方法
技術領域：
本發(fā)明涉及具有多個凸電極的半導體器件的封裝方法，特別涉及密封形成于例如硅晶片等襯底上的凸電極的方法。


圖13-17集中例示了一種制造稱作CSP(芯片尺寸封裝)的半導體器件的方法。如圖13所示，在印刷臺3的上表面上，在位置對準狀態(tài)下，設置具有形成于晶片的硅襯底(半導體襯底)1上的大量凸電極2的結構。然后，在硅襯底1的上表面上，在位置對準狀態(tài)下設置印刷掩模4。印刷掩模4包括厚度稍大于凸電極2的高度的掩模主體4a。掩模主體4a中，形成有稍小于硅襯底1的平面尺寸的圓形開口部分4b。
下一步，如圖14所示，在印刷掩模4的開口部分4b內(nèi)，在襯底表面上，用條形刮板5印刷液體密封樹脂，從而形成密封膜6。在該步，凸電極2的上表面上覆蓋有密封膜6。然后，適當?shù)匮心ッ芊饽?的上表面，從而使凸電極2的上表面暴露于外，如圖15所示。另外，在凸電極2的上表面上，形成焊料球7，如圖16所示，然后進行切片處理，得到分立半導體器件。
圖17是展示這樣得到的安裝于電路基片11上的半導體器件10的剖面圖，這種情況下，半導體器件10安裝于電路基片11上，使焊料球7焊接于形成在電路基片11表面上的預定位置處的連接端子12。
在該特定結構的常規(guī)半導體器件10中，密封膜6的厚度等于凸電極2的高度。結果。每個凸電極2固定于密封膜6中，所以不能變形。所以，在半導體器件10安裝于電路基片11上后進行的溫度循環(huán)試驗中，凸電極2不會吸收硅襯底1和電路基片11間熱膨脹系數(shù)差造成的應力，這種應力會造成凸電極或焊料球7處產(chǎn)生龜裂的問題。
本發(fā)明的目的是提供一種密封凸電極的方法，該電極能夠吸收由于熱膨脹系數(shù)差造成的作用于每個凸電極上的應力。
根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，提供一種密封凸電極的方法，包括以下步驟制備具有數(shù)個彼此隔離的凸電極的襯底；在襯底上安裝具有每個對應于各凸點之間的區(qū)的至少一部分的開口部分的掩模；通過在掩模上移動刮板，在掩模上形成厚度小于每個凸電極的高度的密封膜。
在以下的介紹中記載了本發(fā)明的附加目的和優(yōu)點，部分由以下介紹表明，或可以通過實施本發(fā)明得知。利用以下具體指出的各方法和組合，可以實現(xiàn)本發(fā)明的目的并獲得本發(fā)明的優(yōu)點。
所引入的構成說明書一部分的附圖與以上給出的一般性介紹和以下給出的對優(yōu)選實施例的介紹，清楚地展現(xiàn)了本發(fā)明的優(yōu)選實施例，用于解釋本發(fā)明的原理。
圖1是放大展示初始制造工藝的主要部分的剖面圖，用于解釋本發(fā)明第一實施例的封裝具有凸電極的半導體器件的方法；圖2是放大展示圖1所示步驟后制造步驟的主要部分的剖面圖；圖3是放大展示圖2所示步驟后制造步驟的主要部分的剖面圖；圖4是放大展示圖3所示的半導體器件放置于電路基片上時的剖面圖；圖5是展示本發(fā)明第一例所用印刷掩模的平面圖；圖6是展示刮板的推進量與密封膜厚度間關系的曲線圖；圖7A-7E是集中展示本發(fā)明封裝半導體器件的方法的剖面圖；圖8是展示本發(fā)明第一實施例所用刮板的一種改進的剖面圖；圖9A-9D是放大展示本發(fā)明第二實施例的封裝方法的各步驟的主要部分的剖面圖10是展示本發(fā)明第二實施例所用掩模的平面圖；圖11是放大展示本發(fā)明第三實施例的封裝方法的剖面圖；圖12是展示本發(fā)明第三實施例所用掩模的平面圖；圖13是放大展示半導體器件的常規(guī)封裝方法的起始制造步驟的剖面圖；圖14是放大展示圖13所示步驟后的制造步驟的剖面圖；圖15是放大展示圖14所示步驟后的制造步驟的剖面圖；圖16是放大展示圖15所示步驟后的制造步驟的剖面圖；圖17是放大展示圖16所示半導體器件安裝于電路基片上的狀態(tài)的剖面圖。
(第一實施例)圖1-3集中展示了涉及凸電極密封方法的本發(fā)明第一實施例。第一步，如圖1所示，在印刷臺13的上表面上，以位置對準態(tài)，設置具有大量柱狀凸點12的結構，每個柱狀凸點12的高度為100-300微米，它們彼此間以預定距離隔開設置于晶片態(tài)的硅襯底(半導體襯底)11上。然后，在硅襯底11的上表面上，以位置對準態(tài)，設置印刷掩模14。圖5是展示該印刷掩模14的平面圖。印刷掩模14包括厚度小于凸電極12的高度且外徑大于硅襯底11的平面尺寸的掩模主體14a。掩模主體14a中形成有稍小于硅襯底11的平面尺寸的圓形開口部分14b。
下一步，如圖2所示，利用具有尖銳端梢部分即具有相對側面基本為V形的端梢部分的刮板15，在開口部分14b內(nèi)，在襯底的表面上印刷液體密封樹脂。刮板15在垂直于紙面的方向延伸，呈扁平尖形，在左—右方向形成V形，如上所述。液體密封樹脂的粘度約為幾千cPS(厘泊)至約300000cPS。另外，刮板15由彈性板構成，例如由尿烷橡膠構成。要求刮板15的V形端梢部分具有55度至80度的銳角。具體說，要求端梢部分具有約60度的銳角。另外，刮板15的硬度應在JIS(日本工業(yè)標準)所限定的55度至80度的范圍內(nèi)。為進行印刷，刮板15在基本垂直于硅襯底11上表面的方向上來回運動。通過這種印刷操作，刮板15的端梢部分被向下推到設置于刮板15運行方向上的相鄰凸電極12之間的間隙中。結果，在刮板15運行方向上，在相鄰凸電極12之間的間隙中，密封膜16的厚度小于凸電極12的高度。換言之，密封膜16形成為在相鄰凸電極12之間的區(qū)域中凹下。另一方面，在設置在垂直于刮板15的運行方向的寬度方向的相鄰凸電極之間的部分中，密封膜16的厚度小于刮板15運行方向上密封膜的厚度。然而，由于刮板15是彈性的，刮板15部分進入寬度方向上設置的兩凸電極之間的間隙中。因此，不難理解，寬度方向上的密封膜厚度小于凸電極的高度。為進一步把寬度方向上相鄰凸電極間的膜厚度減小到例如等于在刮板15運行方向設置的相鄰凸電極之間區(qū)域的膜厚度水平，在高度等于運行方向情況下的高度時，刮板15單獨運行，不在寬度方向進行樹脂印刷。在密封膜16形成于凸電極12的上表面上的情況下，研磨或腐蝕凸電極12上和其附近的密封膜16，使凸電極12的上表面暴露于外。然后，在凸電極12的上表面上形成焊料球17，如圖3所示，然后，進行切片處理，得到分立半導體器件。
圖4是展示這樣得到的半導體器件20設置于電路基片21上的狀態(tài)的剖面圖。這種情況下，半導體器件20安裝于電路基片21上，使焊料球17焊接于形成于電路基片21的上表面上預定部分的連接端子22上。
在這樣制備的半導體器件20中，形成密封膜16，使之在相鄰凸電極12之間的部分凹下，以便有助于凸電極12的擺動運動。結果，甚至在半導體器件20安裝于電路基片21上后進行的熱循環(huán)試驗中，由于硅襯底11和電路基片21間的熱膨脹系數(shù)差造成的應力，也會被凸電極12所吸收，于是可以防止凸電極12和焊料球17發(fā)生龜裂。
檢測了刮板15的推進量(mm)與密封膜16厚度(mm)間的關系，結果如圖6所示。這種情況下，刮板15的推進量表示從提供約具有110微米高度的凸電極12的基準面的上表面測量的刮板15端梢部分推進到相鄰凸電極12間的間隙中的量。另一方面，密封膜16的厚度表示相鄰凸電極12之間最凹點處的厚度。如圖6所示，密封膜16的厚度反比于刮板15的推進量。由此得出，容易通過調(diào)節(jié)到相鄰凸電極12間的間隙中的刮板15端梢部分的推進量來控制密封膜16的厚度。
如上所述，刮板15由較軟的尿烷橡膠構成，刮板15端梢部分的側面基本上為V形。因此，即使刮板15在被垂直向下推到相鄰凸電極12間的間隙中的條件下來回運動，也可以基本完全防止凸電極受損傷。
在進行印刷將刮板15推到相鄰凸電極12間的間隙中時，在刮板15向印刷掩模14的邊緣移動時，薄的印刷掩模14變形，結果造成了密封膜16的厚度不均勻。下面結合圖7A-7E詳細介紹能夠克服該困難的封裝硅基片的方法。
如圖7A所示，準備具有兩個設置成彼此間隔預定距離的刮板15a和15b的絲網(wǎng)印刷機。這種情況下，左刮板15a用于正向運動，右刮板15b用于反向運動。這兩個刮板15a、15b位于左邊緣側上的印刷起始位置。用于正向運動的刮板15a在印刷起始點向下運動，從而位于刮板15a的端梢與印刷掩模14的上表面接觸的最低位置。另一方面，用于反向運動的刮板15b位于稍離開印刷掩模14上表面的升高的位置。此時，用于正向運動的刮板15a的向下運動量對應于先前確定的刮板推進量。
然后，液體密封樹脂16a供應到位于兩刮板15a和15b之間的印刷掩模14上表面的區(qū)域上。在這種條件下，兩個刮板15a、15b向右運動，從而使第一刮板15a在印刷掩模14的開口部分14b中印刷液體密封樹脂16a，如圖7b所示。在兩個刮板15a、15b運動到達右側側邊上的印刷結束位置時，這兩個刮板15a和15b的運動停止。然后，用于反向運動的第二刮板15b向下運動，從而與印刷掩模14的表面接觸，如圖7C所示。此時，第二刮板15b的向下運動量對應于先前確定的刮板推進量。
然后，刮板15a、15b向左作些運動，使第一刮板15a單獨定位于硅基片11的邊緣部分上，如圖7D所示。圖中所示位置是右邊緣側上的印刷起始位置。在該位置，第一刮板15a位于稍離開印刷掩模14上表面的升高位置。在這種條件下，兩個刮板15a、15b向左運動，使第二刮板15b在印刷掩模14的開口部分14b內(nèi)印刷液體密封樹脂16a，如圖7E所示，從而完成液體密封樹脂16a的印刷步驟。
如上所述，第二刮板15b向下運動，從而與印刷掩模14的上表面接觸，如圖7C所示，然后，保持與位于硅基片11上的印刷掩模14的上表面接觸的第二刮板15b向左運動。另外，在第二刮板15b定位于硅基片11的邊緣內(nèi)時，第一刮板15a向上運動，如圖7D所示。應注意，關于此點，第一刮板15a在圖7b所示狀態(tài)下向上運動，然后向下移動第二刮板15b，從而使之與印刷掩模14的上表面接觸，由于第二刮板15b與印刷掩模14間的接觸力，使印刷掩模14浮起。結果，造成了已印刷的液體密封樹脂16a流向印刷掩模14下表面之下的區(qū)，所以引起了印刷掩模14浮起。由此使得液體密封樹脂16a的厚度大于凸電極12的高度。另外，印刷掩模14的浮起造成了不可能連續(xù)進行印刷的事實。要求固化后液體密封樹脂16a具有為500000到1500000cPS的高粘度。然而，在液體密封樹脂16a具有這種高粘度時，液體密封樹脂在用刮板印刷的步驟中趨于呈波浪形印刷，結果會造成不均勻膜厚。這種情況下，要求例如通過在印刷步驟之前，加熱液體密封樹脂16a，或預先加熱硅襯底1，使液體密封樹脂16a的粘度降低到合適值例如幾千到幾十萬cPS，在這種條件下進行印刷。另外，在上述實施例中，凸電極12形成為直接與硅襯底11接觸。然而，本發(fā)明形成密封膜的方法特別適用于構成為布線形成于硅襯底11上的半導體器件，該器件中硅襯底和布線間插有絕緣膜，通過在布線的一端上形成凸電極，將凸電極設置成在硅襯11上形成矩陣。另外，在上述第一實施例中，兩刮板15a、15b中的每一個的端梢部分的側面基本為V形。然而，該側面并不必須呈V形?；蛘?，用于正向運動的刮板15a的端梢部分的左側面可以構成垂直面，而右側面向下向著垂直的左側面傾斜，如圖8所示。另一方面，用于反向運動的刮板15b的端梢部分的右側面可以構成垂直面，而左側面向下向著垂直的右側面傾斜。這種情況下，可以用相對于硅襯底11的上表面保持立直的刮板15a、15b進行正向和反向印刷。或者，用相對于垂直于硅襯底11上表面的平面傾斜相同角度的刮板15a、15b的端梢部分進行正向和反向的印刷。
(第二實施例)圖9A-9D和10表示的是根據(jù)本發(fā)明第二實施例的密封凸電極的方法。該實施例中印刷掩模14包括厚度大于凸電極12的高度的掩模主體14a。掩模主體14a的下表面中形成有稍小于硅襯底11的平面尺寸的圓形凹部14d。對應于凹部14d的底壁的部分構成薄壁部分14c。凹部14d的深度基本上等于凸電極12的高度。在印刷掩模14的薄壁部分14c中，形成有多個每個具有小于相鄰凸電極12之間的距離D的寬度的槽(開口部分)14e，使槽14e位于相鄰凸電極12之間。下面將介紹如何通過在硅襯底11上印刷液體密封樹脂制備封裝。
第一步，在印刷臺13上，以位置對準方式，設置硅襯底11，然后，以位置對準方式在硅襯底11的上表面上設置印刷掩模14，如圖9A所示。這種狀態(tài)下，凸電極12的上表面上覆蓋有印刷掩模14的薄壁部分14c。
下一步，刮板15沿印刷掩模14從一端移動到另一端，從而在印刷掩模14的槽14e內(nèi)印刷液體密封樹脂16a，然后，固化液體密封樹脂16a，形成密封膜16，如圖9B所示。應注意，印刷掩模14的槽14e的寬度適當?shù)匦∮谌缜八龅南噜復闺姌O12間的距離D。因此，可適當控制通過槽14e在位于相鄰凸電極12間的硅襯底11的區(qū)域中印刷的液體密封樹脂16a的量。此外，所印刷的液體密封樹脂16a因其表面張力而流化，從而覆蓋凸電極12的側面。由此可知，這種情況下，凸電極12的上表面未覆蓋樹脂密封膜16a，位于相鄰凸電極12間的密封膜16的厚度適當?shù)匦纬蔀樾∮谕闺姌O12的高度，如圖9C所示。由此可知，不需要研磨或腐蝕密封膜16的表面。然后，在凸電極12的上表面上形成焊料球18，如圖9D所示，然后，進行切片處理，從而得到分立半導體器件。
(第三實施例)圖11和12表示的是涉及密封凸電極的方法的本發(fā)明第三實施例。該實施例中，印刷掩模14的厚度可以等于、小于或大于凸電極12的高度。然而，印刷臺13和刮板15中的一個必須根據(jù)凸電極的設置在垂直方向運動。這種情況下，印刷掩模14包括掩模主體14a。掩模主體14中形成有稍小于硅襯底11直徑的圓形開口14b。另外，在上側上，相鄰凸電極12之間，圍繞印刷掩模14的開口部分14b形成溝槽14f。溝槽14f的整個長度L大于刮板15的長度。在凸電極的高度約為100微米至150微米時，形成于印刷掩模14中的溝槽14f的厚度或深度約為30-80微米。
下面介紹第三實施例的凸電極的密封方法。如果保持壓住印刷掩模14的上表面的刮板15與液體密封樹脂16a一起從圖11中的左側移動到右側，同時印刷臺13保持在垂直方向運動，則刮板15在印刷掩模14的溝槽14f的位置向下運動，如圖11中的點劃線所示。結果，刮板15和硅襯底11間的距離減小，因而減小了相鄰凸電極12之間的區(qū)中液體密封樹脂16a的厚度。以此方式，利用刮板15在印刷掩模14的開口部分14b內(nèi)印刷液體密封樹脂16a，然后固化密封樹脂16a，從而形成密封膜16。應注意的是，凸電極12的上表面覆蓋了密封膜16。然而，相鄰凸電極12之間的區(qū)域中的密封膜16的厚度形成為小于凸電極12的高度。然后，研磨或腐蝕凸電極12上和附近的密封膜16，從而使凸電極12的上表面暴露于外。下一步，在凸電極12的上表面上形成焊料球(未示出)，然后，進行切片處理，從而得到分立半導體器件。
如上所述，根據(jù)本發(fā)明形成密封膜，使之在相鄰凸電極之間的區(qū)中凹下。結果，每個凸電極的頭部未被密封膜固定，所以可以變形。由此可知，在凸電極焊接到另一電裝置的端子時，凸電極的形變吸收了兩者間的熱膨脹系數(shù)差造成的應力。應注意，本發(fā)明中，密封膜通過使保持垂直的具有尖銳端梢部分的刮板來回運動形成。由此可知，通過調(diào)節(jié)到相鄰凸電極間的間隙中的刮板的端梢部分的推進量，容易控制密封膜的厚度。
對于所屬領域的技術人員來說容易得知附加的優(yōu)點和改進。因此，本發(fā)明較寬的方案不限于這里所展示和介紹的具體細節(jié)和代表性實施例。因此，在不脫離如所附權利要求書及其等同物所限定的一般發(fā)明概念的精神或范圍的情況下，可以做出種種改進。
權利要求
1.一種密封凸電極的方法，包括以下步驟制備具有數(shù)個彼此隔離的凸電極的襯底；在襯底上安裝具有每個對應于相鄰凸點之間的區(qū)的至少一部分的開口部分的掩模；通過在掩模上移動刮板，在掩模上形成厚度小于每個凸電極的高度的密封膜。
2.根據(jù)權利要求1的密封凸電極方法，還包括在形成所說密封膜后，對所說襯底進行切片。
3.根據(jù)權利要求1的密封凸電極方法，其中所說刮板在相鄰凸電極之間的區(qū)中向下運動到低于所說的每個凸電極的上表面的位置。
4.根據(jù)權利要求1的密封凸電極方法，其中所說掩模形成得使至少對應于除所說襯底的外圍區(qū)外的所說襯底的基本整個區(qū)域的區(qū)域的厚度小于凸電極的高度。
5.根據(jù)權利要求1的密封凸電極方法，其中所說掩模作為一個整體形成為具有基本上小于所說凸電極的高度的厚度。
6.根據(jù)權利要求1的密封凸電極方法，其中所說掩模包括位于相鄰凸電極間的薄壁部分，所說薄壁部分的厚度小于所說凸電極高度，長度大于所說刮板的長度。
7.根據(jù)權利要求6的密封凸電極方法，其中所說刮板沿所說掩模運動，同時相對于所說襯底作垂直運動。
8.根據(jù)權利要求1的密封凸電極方法，其中所說掩模包括形成于對應于除所說襯底的外圍區(qū)外的所說襯底的基本整個區(qū)域中的凹部。
9.根據(jù)權利要求8的密封凸電極方法，其中所說掩模包括位于所說凹部內(nèi)的薄壁部分，該部分定位成對應于每個凸電極，且具有大于每個凸電極的上表面的面積。
10.根據(jù)權利要求1的密封凸電極方法，其中所說刮板具有尖銳端梢部分。
11.根據(jù)權利要求10的密封凸電極方法，其中刮板的端梢部分的角度在55度和80度之間的范圍內(nèi)。
12.根據(jù)權利要求10的密封凸電極方法，其中所說刮板的端梢部分基本上為V形，端梢部分的左部和右部相對于包括所說左右部分間的界限的垂直平面對稱。
13.根據(jù)權利要求10的密封凸電極方法，其中所說刮板沿掩模運動，同時保持基本垂直狀態(tài)。
14.根據(jù)權利要求8的密封凸電極方法，其中所說刮板來回運動，在相鄰凸電極間的間隙中形成密封膜。
15.根據(jù)權利要求14的密封凸電極方法，其中一對刮板沿掩模運動。
16.根據(jù)權利要求15的密封凸電極方法，其中各刮板沿掩模運動，以便位于運動方向上前面的一個刮板定位成離開掩模，而另一刮板與掩模接觸。
17.根據(jù)權利要求16的密封凸電極方法，其中成對的刮板在掩模位于襯底外的位置與掩模接觸。
18.一種密封凸電極的方法，包括以下步驟制備具有數(shù)個彼此隔離的凸電極的半導體襯底；在所說半導體襯底上安裝掩模，所說掩模具有至少暴露相鄰凸電極間的區(qū)的一部分的開口，并具有對應于所說半導體襯底的區(qū)，所說區(qū)的厚度小于每個凸電極的高度；通過沿掩模移動具有尖銳端梢部分的刮板，在掩模上形成厚度小于每個凸電極的高度的密封樹脂膜；及對所說半導體襯底進行切片。
19.根據(jù)權利要求18的密封凸電極的方法，其中所說密封樹脂的粘度在1000cPS和300000cPS之間的范圍內(nèi)。
20.根據(jù)權利要求18的密封凸電極的方法，其中所說刮板的端梢部分的角度為55度-80度。
全文摘要
利用印刷掩模和刮板,在硅襯底上形成樹脂密封膜。刮板端梢部分的側面基本上為V形,通過將刮板的端梢部分推到相鄰凸電極間的間隙中進行印刷。結果,密封膜形成為在相鄰凸電極間凹下,從而有助于凸電極的擺動運動。由此可知,在硅襯底安裝到電路基片上后進行的溫度循環(huán)試驗中,凸電極可以吸收硅襯底和電路基片間熱膨脹系數(shù)差造成的應力。
文檔編號H01L21/56GK1264168SQ0010075
公開日2000年8月23日 申請日期2000年2月3日 優(yōu)先權日1999年2月3日
發(fā)明者三原一郎, 桑原治 申請人:卡西歐計算機株式會社