專利名稱：翻面芯片以焊蠟球及焊蠟柱加層次性之下層填充結(jié)合在基底上的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是關(guān)于電子包裝，特別是有關(guān)于一種在基底和芯片結(jié)合處上使用焊蠟球和焊蠟柱的新穎的包裝程序。本發(fā)明的一個(gè)主要目的是減少圓片的程序從而降低翻面芯片的包裝成本，縮短裝置翻面芯片的程序的時(shí)間，并且改良可靠度和性能。
在用焊膏印裝置突瘤時(shí)除了不易達(dá)到高分辨率的困難外，還要考慮基底和在上面裝置的設(shè)備之間熱膨脹系數(shù)不同而造成的問題。焊膏的量必須小心的控制以便在基底上造成一定的高度和翻面芯片相距，因此基底和翻面芯片接合處的可靠度就和圓片上焊膏突瘤的高度有關(guān)。這高度是否可控制得當(dāng)就成了技術(shù)考慮上的一個(gè)重點(diǎn)。這額外的對(duì)突瘤的精密度的要求更提高了翻面包裝的費(fèi)用。
新式的裝置翻面芯片的半導(dǎo)體包裝法通常包含一個(gè)把芯片接上一個(gè)印好的有線路的板(PWB)如一個(gè)F一4玻纖板的程序，在圓片上先加上鉛/錫焊墊，其中包含有輸入/輸出(I/O)信號(hào)、在圓片上制有集成電路，其中有能源和地極。這種低熔點(diǎn)的鉛/錫焊蠟施放在板上成為墊狀，基底上也有相對(duì)應(yīng)的印痕。具有突瘤的園片之后被翻檀過來(lái)和基底上的焊墊以及圓片上的突瘤相對(duì)應(yīng)，然后集成電路再用回流程序接在基底上。如上所述，此技術(shù)是被焊膏印程序所能達(dá)到的分辨度所限制，用此技術(shù)來(lái)把節(jié)距降到8毫米以下通常是很困難的。這些在放置突瘤的程序上等要求，使得生產(chǎn)費(fèi)用增高，其理由在以下再述。
在美國(guó)專利第5,564,617號(hào)，“組裝多芯片模組的方法和設(shè)備”中，Degani等人公開了用翻面芯片接合法組裝的多芯片模組技術(shù)，在此模組中用了可印制的焊膏和面上裝置儀器來(lái)使輸入/輸出信號(hào)墊之間相連。接合技術(shù)因應(yīng)用焊蠟球而簡(jiǎn)化。焊膏的優(yōu)點(diǎn)在于有對(duì)準(zhǔn)回流，且有可印制的優(yōu)點(diǎn)，可以使用標(biāo)準(zhǔn)的面上裝置儀器，而使得標(biāo)準(zhǔn)的、廉價(jià)的模組可以量產(chǎn)來(lái)提供高密度相連度。然而，Degani的專利中，分辨性被控制焊膏和印制技術(shù)的精密度所限制。
Degani的專利技術(shù)的另一個(gè)困難是因?yàn)榛缀推渖系碾娮釉O(shè)備有不同的熱膨脹系數(shù)而產(chǎn)生的。為了避免產(chǎn)生這個(gè)問題，焊膏突瘤的高度就得做精密的控制，因此影響了焊接點(diǎn)的可靠性，所以必須特別留心發(fā)展裝置突瘤并控制焊蠟體積的技術(shù)來(lái)達(dá)到具高可控性的高度，這些要求進(jìn)一步提高了生產(chǎn)費(fèi)用。
因此，在這技術(shù)領(lǐng)域中仍有改良裝置和包裝翻面芯片的程序的需要來(lái)解決上述各種困難。更進(jìn)一步，還需要改良程序來(lái)提供一種包裝組合以便可以很方便地控制焊接高度，來(lái)降低焊接點(diǎn)的張力而能以較低的費(fèi)用達(dá)到較高的可靠性。
更具體地說，本發(fā)明的目的是提供一個(gè)新的翻面芯片包裝法其中基底上放置一定數(shù)目的焊蠟球相對(duì)應(yīng)于輸入/輸出的信號(hào)極點(diǎn)來(lái)簡(jiǎn)化包裝程序，而不需較昂貴而復(fù)雜的在圓片上使用焊蠟揮發(fā)或焊蠟光電鍍的程序。
本發(fā)明的另一個(gè)目的在于提供一個(gè)在基底上有預(yù)定數(shù)目的焊蠟球的新的翻面芯片包裝程序。焊蠟球的位置相對(duì)于芯片上輸入/輸出信號(hào)電極的位置，應(yīng)用較高的精確度來(lái)減少節(jié)距。當(dāng)把焊膏印制技術(shù)加上圓片或基底時(shí)，就可以得到較小的連接節(jié)距而不影響分辨率。
本發(fā)明的另一個(gè)目的在于提供一個(gè)在基底上有預(yù)定數(shù)目的焊蠟球的新的翻面芯片包裝程序。焊蠟球的位置相對(duì)于芯片上輸入/輸出信號(hào)電極的位置。同時(shí)使用特別組態(tài)的焊蠟球產(chǎn)生一個(gè)特定的支柱高度，因此當(dāng)把焊膏在圓片或基底上形成突瘤所需要的精確的控制就可以避免了。
本發(fā)明的另一個(gè)目的在于提供一個(gè)在基底上有預(yù)定數(shù)目的焊蠟球的新的翻面芯片包裝程序。焊蠟球的位置相對(duì)于芯片上輸入/輸出信號(hào)電極的位置。同對(duì)也可以很方便地形成柱狀接合來(lái)減少接合點(diǎn)間的節(jié)距，一方面又可以減少圓片層程序的費(fèi)用。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一個(gè)新的翻面包裝程序，其中在基底上放置預(yù)定數(shù)目的焊蠟球或焊蠟柱。焊蠟球之間的空間以特制的層狀下層填充物質(zhì)填滿，當(dāng)在制造過程加溫程序時(shí)，此物質(zhì)會(huì)產(chǎn)生一個(gè)應(yīng)力差。由于破壞層壓的可能性減少了，包裝的可靠度得到改良同時(shí)也延長(zhǎng)了焊接點(diǎn)的壽命。
總言之，在一最佳實(shí)例中，本發(fā)明包含了一個(gè)把具有多數(shù)輸入/輸出電極的半導(dǎo)體集成電路圓片和基底相連的翻面芯片包裝程序。此方法包含以下步驟(1)把多數(shù)的焊蠟球牢固地放在基底上，每一焊蠟球的位置都和集成電路圓片上的輸入/輸出電極的位置相對(duì)應(yīng)；(2)把集成電路翻轉(zhuǎn)以便把輸入/輸出電極的位置和焊蠟球?qū)?zhǔn)；(3)把集成電路圓片裝在基底上，使輸入/輸出電極和焊蠟球相對(duì)應(yīng)并且加上回流溫度使圓片和基底焊接。
本發(fā)明的目的和優(yōu)點(diǎn)在閱畢以下的最佳實(shí)施例的詳細(xì)說明和圖解后，對(duì)本專業(yè)內(nèi)人士而言將毫無(wú)置疑地清楚明了。
在基底110上放置的焊蠟球125的確實(shí)間距是根AE在翻面芯片120上的翻面芯片墊120的節(jié)距而定的。翻面芯片包含有多數(shù)個(gè)成分為鋁、銅或鋁-銅合金的電路金屬化135。在翻面芯片電路金屬化135上形成了翻面芯片墊130，它的成分是焊蠟可濕性金屬，如以鋅鍍的鎳和金。
基底110和焊蠟球125以軟性的電路，如具有些微銅膜的Polyimide薄膜?；?10也可能是一個(gè)多層次印刷的線路板(PWB)，一個(gè)多瓷層或一個(gè)銅芯基底如Prolinx銅芯BGA(C2BGATM)。翻面芯片的節(jié)距大約是焊蠟球125的直徑與球之間距之和。若翻面芯片墊130的節(jié)距是90微米，而焊蠟球125之間的最大距離是25微米，則焊蠟球的直徑是90-25微米，即65微米。
以上所述裝上焊蠟球125的基底110可能會(huì)有一個(gè)困難，即當(dāng)焊蠟球125的直徑變得很小時(shí)，如65微米，可能支柱高度就不夠高。第二和第三圖顯示裝有外皮的支柱隔間的兩個(gè)基底200和200’，亦即內(nèi)里裝有滴漏狀芯的有外皮的焊蠟球225和225’，以來(lái)解決這個(gè)困難。要改進(jìn)在焊蠟球間的張力而引起的焊接點(diǎn)的疲勞壽命期就需要有足夠的支柱高度。會(huì)使移位的張力是由于基底210和210’和翻面芯片220和220’熱膨脹系數(shù)的差異而產(chǎn)生的，這種差異將在稍后討論。較大的支柱高度可以減輕焊接點(diǎn)的應(yīng)力和張力。為了增加支柱高度，本發(fā)明使用了有外皮而內(nèi)含滴漏芯的焊蠟球225或225’而形成滴漏裝焊蠟柱，其中有鉛或銅芯的球225-1和225’-1，如一個(gè)63Sn/37Pb焊蠟皮層。球芯或滴漏狀的芯具有高熔點(diǎn)，在回流后，外皮層即225-2和225’-2層被熔化而和翻面芯片墊230和230’形成焊接點(diǎn)。中心的球225-1和滴漏狀芯225’-1，因?yàn)槿埸c(diǎn)高，則保持原狀而不改變。圖3A至3C顯示出形成滴漏狀焊蠟柱的程序。在圖3A中基底210’上放上具有外皮層的焊蠟球225’，在第一次回流程序之后，焊蠟球225’就和基底210’接合形成滴漏柱的下半部，然后經(jīng)由焊蠟球225’把翻面芯片220’連接到基底。之后施以第二次回流程序，在翻面芯片220’上的焊蠟墊熔化而形成的滴漏焊蠟柱225’的上半部。和第一圖中的置有焊蠟球的基底比較，當(dāng)使用有外皮層的焊蠟球，或是滴漏狀焊蠟柱時(shí)，可以得到比較高的支柱高度。圖5A和5B分別顯示出本發(fā)明的最佳實(shí)施例中在翻面芯片420和基底410連接之前和之后的情況。表明了一個(gè)使用高感光度層445被用來(lái)形成焊蠟柱425和下面填充層445的簡(jiǎn)單方法。在含有互相連接導(dǎo)電軌跡的基底410上先形成一個(gè)高感光度層445，這個(gè)高感光度層先經(jīng)過光處理，再蝕刻而形成焊接圓柱孔，之后施以鍍焊程序來(lái)填充焊接孔洞和在每一個(gè)焊蠟柱425上形成基底上的突瘤。這個(gè)程序和圖4A-1和4A-2所示相似。需留意的是基底的熟膨脹系數(shù)系數(shù)(TCE)約為25至30&acute；10-6inch/YF，而翻面芯片420的TCE則差3至10&acute；10-6inch/YF。TCE系數(shù)的差異對(duì)焊接點(diǎn)的疲勞壽命期有極大的影響，進(jìn)一步影響了電子包裝的可靠性。我們可以使用一個(gè)光影處理來(lái)調(diào)整下面填充層445的熱膨脹系數(shù)。下面填充層445的機(jī)械特性也可以調(diào)整而把下面填充層和翻面芯片交界層剝離的可能性降至最低。更進(jìn)一步說，光影處理能把下面填充層445分化成為一個(gè)上層445-1和下層445-2。這個(gè)上層445-1的熱膨脹系數(shù)約和翻面芯片的系數(shù)相同，接近4至14&acute；10-6inch/YF，而下層445-2的系數(shù)則約和基底410的系數(shù)相同，在15至35&acute；10-6inch/YF之間。因?yàn)橐话闶褂迷诜嫘酒?10上的突瘤處理過程中需要一個(gè)全面覆蓋的突瘤下金屬(UBM)程序。這個(gè)UBM程序通常是一個(gè)在圓片層上噴射的程序，在此用來(lái)形成焊蠟柱，而層狀的下面填充層445-1和445-2不能在圓片層上使用。只有具有個(gè)別軌跡的基底410才能被用來(lái)加以光影處理來(lái)產(chǎn)生焊蠟柱和層次化下面填充層。
在一最佳實(shí)施例當(dāng)中，下面填充層之一，如下面填充層的上層445-1，是一個(gè)可以液化的填充物質(zhì)，如填充物或液狀粘膠質(zhì)。這些液化下面填充物質(zhì)可以當(dāng)作液體使用，把翻面芯片420和基底410之間的空間均勻地填滿。小的空隙可以很容易填滿而沒有氣泡，達(dá)到改進(jìn)翻面芯片420和基底410之間接合強(qiáng)度的目的。這個(gè)液化底面填充層445-1在低溫時(shí)會(huì)固體化而可以把翻面芯片420和基底410牢固地接合。
雖然本發(fā)明是以目前的最佳實(shí)施例來(lái)說明的，但卻不被此例所局限。在閱讀以上描述后，在此專業(yè)內(nèi)人士無(wú)疑地將明了其它各種的變化形式。因此，下列的專利申請(qǐng)條例應(yīng)視為包括所有在本發(fā)明理論中的各種可能的變化、修改的形式。
權(quán)利要求
1.一個(gè)把一個(gè)集成電路圓片和一個(gè)基底相接合的方法，其中該集成電路有多個(gè)輸入/輸出電極，每一電極具有一個(gè)翻面芯片，其特征在于a.在該基底上牢固地放置多個(gè)焊接裝置，每一個(gè)焊接裝置和在該集成電路圓片上的該輸入/輸出電極的位置相對(duì)應(yīng)以便焊接并和該翻面芯片相接合；b.將該集成電路圓片翻轉(zhuǎn)，并將每個(gè)集成電路的翻面芯片墊和一個(gè)焊接裝置對(duì)準(zhǔn)；以及c.把該集成電路裝在該基底上以便把每個(gè)該輸入/輸出電極放在相對(duì)應(yīng)的焊接裝置上并加以一個(gè)回流溫度以便把該集成電路圓片和該基底相焊接。
2.如權(quán)利要求1所述的一個(gè)把一個(gè)集成電路圓片和一個(gè)基底相接合的方法，其特征在于該把多個(gè)焊接裝置牢固地放在該基底的步驟a是一個(gè)把多個(gè)焊蠟球牢固地放置在該基底的步驟。
3.如權(quán)利要求1所述的一個(gè)把一個(gè)集成電路圓片和一個(gè)基底相接合的方法，其特征在于該把多個(gè)焊接裝置牢固地放在該基底的步驟a是一個(gè)把多個(gè)焊蠟柱牢固地放置在該基底的步驟。
4.如權(quán)利要求1所述的一個(gè)把一個(gè)集成電路圓片和一個(gè)基底相接合的方法，其特征在于該把多個(gè)焊接裝置牢固地放在多個(gè)外皮層的圓柱的步驟，每個(gè)都有一個(gè)具有高熔點(diǎn)的，有預(yù)設(shè)支柱高度的滴漏狀芯。
5.如權(quán)利要求1所述的一個(gè)把一個(gè)集成電路圓片和一個(gè)基底相接合的方法，其特征在于該把多個(gè)焊接裝置牢固地放在多個(gè)外皮的焊蠟球的步驟，每個(gè)球都具有一個(gè)高熔點(diǎn)的，有預(yù)設(shè)支柱高度的球狀芯。
6.如權(quán)利要求3所述的一個(gè)把一個(gè)集成電路圓片和一個(gè)基底相接合的方法，其特征在于該把多個(gè)焊蠟柱牢固地放在該基底的步驟a是一個(gè)把多個(gè)具有預(yù)設(shè)支柱高度的I狀焊蠟柱放在該基底的步驟。
7.如權(quán)利要求1所述的一個(gè)把一個(gè)集成電路圓片和一個(gè)基底相接合的方法，其特征在于a1.把一個(gè)光影層放置在該焊接裝置之間，其中該光影層是用來(lái)維持一個(gè)回流溫度的。
8.如權(quán)利要求7所述的一個(gè)把一個(gè)集成電路圓片和一個(gè)基底相接合的方法，其特征在于該放置一個(gè)光影層的步驟a1是一個(gè)放置可用溶劑溶解的光影層的步驟。
9.如權(quán)利要求8所述的一個(gè)把一個(gè)集成電路圓片和一個(gè)基底相接合的方法，其特征在于該放置一個(gè)光影層的步驟a1是一個(gè)放置有機(jī)的光影層的步驟。
10.如權(quán)利要求1所述的一個(gè)把一個(gè)集成電路圓片和一個(gè)基底相接合的方法，其特征在于該把多個(gè)焊接裝置牢固地放置在基底的步驟a包含以下步驟a2.在該基底上形成一個(gè)；a3.光處理并蝕刻該光影層打開多個(gè)孔洞，并寭(16)焊接裝置放入該多個(gè)孔洞中；并該光影層；a4.把該孔洞以焊接物質(zhì)填滿以形成該焊接裝置。
11.如權(quán)利要求7所述的一個(gè)把一個(gè)集成電路圓片和一個(gè)基底相接合的方法，其特征在于該把該孔洞填滿以形成該焊接裝置的步驟a4是一個(gè)應(yīng)用一個(gè)電鍍程序用焊蠟膏來(lái)填充該孔洞的步驟。
12.如權(quán)利要求7所述的一個(gè)把一個(gè)集成電路圓片和一個(gè)基底相接合的方法，其特征在于該把多個(gè)焊接裝置牢固地放置在該基底的步驟a還包含一個(gè)步驟a5，在用一個(gè)焊接物質(zhì)來(lái)填滿該孔洞而形成該焊接裝置的步驟a4之后，除去該光影層。
13.如權(quán)利要求7所述的一個(gè)把一個(gè)集成電路圓片和一個(gè)基底相接合的方法，其特征在于該把光影層放置在該焊接裝置之間的步驟a1是一個(gè)用該光影層做為一個(gè)下面填充層的步驟。
14.如權(quán)利要求13所述的一個(gè)把一個(gè)集成電路圓片和一個(gè)基底相接合的方法，其特征在于該用光影層做為一個(gè)下面填充層的該步驟還包含一個(gè)光處理該光影層成為第二個(gè)具有不同熱膨脹系數(shù)的層狀下面填充層的步驟。
15.一個(gè)在其上裝置有一個(gè)集成電路圓片的基底，其中該集成電路圓片有多個(gè)輸入/輸出電極，每個(gè)電極有翻面芯片墊，其特征在于放置在該基底上面對(duì)多個(gè)焊接裝置，每一該焊接裝置相對(duì)應(yīng)于一個(gè)在集成電路圓片上的輸入/輸出電極的位置以便和該翻面芯片焊接。
16.如權(quán)利要求15所述的一個(gè)把一個(gè)集成電路圓片和一個(gè)基底相接合的方法，其特征在于在該基底上的該多個(gè)焊接裝置是放置在該基底上面的多個(gè)焊蠟球。
17.如權(quán)利要求15所述的一個(gè)把一個(gè)集成電路圓片和一個(gè)基底相接合的方法，其特征在于在該基底上的該多個(gè)焊接裝置是放置在該基底上面的多個(gè)焊蠟柱。
18.如權(quán)利要求15所述的一個(gè)把一個(gè)集成電路圓片和一個(gè)基底相接合的方法，其特征在于在該基底上的多數(shù)個(gè)焊接裝置是多個(gè)有外皮的圓柱，每一圓柱有一個(gè)高熔點(diǎn)，有預(yù)設(shè)支柱高度的滴漏狀芯。
19.如權(quán)利要求15所述的一個(gè)把一個(gè)集成電路圓片和一個(gè)基底相接合的方法，其特征在于在該基底上面的多個(gè)焊接裝置是多個(gè)有外皮的焊蠟球，每一球有有一個(gè)高熔點(diǎn)、有預(yù)設(shè)支柱高度的球狀芯。
20.如權(quán)利要求18所述的一個(gè)把一個(gè)集成電路圓片和一個(gè)基底相接合的方法，其特征在于在該基底上面的多個(gè)焊蠟柱是多個(gè)有預(yù)設(shè)支柱高度的I狀焊蠟柱。
21.如權(quán)利要求15所述的一個(gè)把一個(gè)集成電路圓片和一個(gè)基底相接合的方法，其特征在于一個(gè)放置在該焊接裝置之間的光影層，其中該光影層是用來(lái)維持一個(gè)回流溫度。
22.如權(quán)利要求21所述的一個(gè)把一個(gè)集成電路圓片和一個(gè)基底相接合的方法，其特征在于放置在該焊接裝置之間的該光影層是一個(gè)用溶劑可溶解的光影層。
23.如權(quán)利要求21所述的一個(gè)把一個(gè)集成電路圓片和一個(gè)基底相接合的方法，其特征在于該光影層是一個(gè)有機(jī)的光影層。
24.一個(gè)用來(lái)在其上裝置一個(gè)集成電路圓片的基底，其特征在于一個(gè)放置在該基底上的光影層，該基底上在相對(duì)應(yīng)于該集成電路圓片上的輸入/輸出電極位置上有孔洞。
25.如權(quán)利要求24所述的一個(gè)把一個(gè)集成電路圓片和一個(gè)基底相接合的方法，其特征在于多個(gè)焊接裝置以焊接物質(zhì)把孔洞填滿。
26.如權(quán)利要求25所述的一個(gè)把一個(gè)集成電路圓片和一個(gè)基底相接合的方法，其特征在于該焊接裝置是一焊蠟膏鍍?nèi)朐摽锥炊言摽锥刺顫M的。
27.如權(quán)利要求24所述的一個(gè)把一個(gè)集成電路圓片和一個(gè)基底相接合的方法，其特征在于該光影層組成一個(gè)底面填充層以便在該基底上包裝該集成電路圓片。
28.如權(quán)利要求27所述的一個(gè)把一個(gè)集成電路圓片和一個(gè)基底相接合的方法，其特征在于該底面填充層還包含至少兩個(gè)層次狀底面填充層，而在該填充層至少有兩個(gè)不同的熱膨脹系數(shù)。
29.一個(gè)用來(lái)在其上裝置一個(gè)集成電路圓片的基底，包含在該基底上在相對(duì)應(yīng)該集成電路圓片的多個(gè)輸入/輸出電極的位置上放置的多個(gè)焊接裝置。
全文摘要
本發(fā)明公開了一個(gè)把具有多個(gè)輸入/輸出電極的集成電路圓片利用一個(gè)翻面芯片包裝程序而和基底接合的改良方法。此方法包含以下步驟1.在該基底上牢固地放置多個(gè)焊接裝置，每個(gè)焊接裝置和在該集成電路以便上的該輸入/輸出電極的位置相對(duì)應(yīng)以便焊接并合該翻面芯片相接合；2.將該集成電路圓片翻轉(zhuǎn)，并將每個(gè)集成電路的翻面芯片墊和一個(gè)焊接裝置對(duì)準(zhǔn)；以及3.把該集成電路裝在該基底上以便把每個(gè)該輸入/輸出電極放在相對(duì)應(yīng)的焊接裝置上并加以一個(gè)回流溫度以便把該集成電路圓片和該基底相焊接。
文檔編號(hào)H01L21/02GK1450616SQ02116568
公開日2003年10月22日 申請(qǐng)日期2002年4月9日 優(yōu)先權(quán)日2002年4月9日
發(fā)明者林大成 申請(qǐng)人:林大成