專利名稱：用來(lái)提高半導(dǎo)體封裝件的結(jié)構(gòu)剛度的裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用來(lái)提高半導(dǎo)體封裝件的結(jié)構(gòu)剛度的裝置。
背景技術(shù)：
半導(dǎo)體器件的復(fù)雜性不斷地提高。系統(tǒng)的性能受到最脆弱元件的限制。隨著集成功能的增加，必然涉及到對(duì)器件性能和功能有主要影響的安裝和封裝件設(shè)計(jì)。由于設(shè)計(jì)者同時(shí)尋求縮小其產(chǎn)品、對(duì)性能提出更高的期望、以及降低成本，故安裝和封裝件技術(shù)必須滿足系統(tǒng)的要求。對(duì)便攜式系統(tǒng)的需求是要求緊湊的高性能的封裝。目前的無(wú)芯或薄芯襯底難以在承受裝配后的機(jī)械負(fù)載(例如插入插座、沖擊載荷、搬運(yùn))時(shí)不偏移、變形、以及可能損傷。需要成功地實(shí)現(xiàn)用來(lái)提高半導(dǎo)體封裝件的結(jié)構(gòu)剛度的裝置。


參照構(gòu)成本發(fā)明公開一部分的附圖，根據(jù)示例性實(shí)施方案的下列詳細(xì)描述以及權(quán)利要求，對(duì)本發(fā)明的上述和更好的理解將變得明顯。雖然上述和下述的公開集中于公開本發(fā)明的示例性實(shí)施方案，但應(yīng)該清楚地理解的是，這些描述僅僅是示例性的，且本發(fā)明不局限于此。本發(fā)明的構(gòu)思與范圍僅僅受所附權(quán)利要求條款的限制。
下面是附圖的簡(jiǎn)要說(shuō)明，其中圖1涉及到示例性倒裝芯片針柵陣列(FC-PGA)系統(tǒng)的透視圖，用來(lái)解釋和理解本發(fā)明的背景、實(shí)施例、實(shí)施方案；圖2是圖1示例性FC-PGA襯底的仰視圖；圖3是圖1示例性FC-PGA襯底的俯視圖；圖4是安裝有集成散熱器(IHS)(沒(méi)有集成加強(qiáng)肋)的圖1示例性FC-PGA襯底的簡(jiǎn)化剖面?zhèn)纫晥D；圖5是沿圖3剖面線5-5并安裝有IHS(沒(méi)有集成加強(qiáng)肋)的部分圖1的FC-PGA系統(tǒng)的放大局部剖面圖，此圖可用來(lái)解釋和理解本發(fā)明的背景和示例性實(shí)施方案；圖6是相似于圖5的另一放大局部剖面圖，但此圖示出了FC-PGA裝置的變通實(shí)施例，作為本發(fā)明的一個(gè)示例性實(shí)施方案，它具有薄芯襯底，并具有帶集成加強(qiáng)肋的示例性集成散熱器(IHS/IS)裝置；圖7是另一放大局部剖面圖，此圖示出了FC-PGA裝置的變通實(shí)施例，作為本發(fā)明的另一個(gè)示例性實(shí)施方案，它具有無(wú)芯襯底，并具有示例性IHS/IS裝置；圖8是圖6示例性FC-PGA薄芯襯底裝置或圖7的示例性FC-PGA無(wú)芯襯底的簡(jiǎn)化側(cè)視圖，它安裝有其上施加壓力的IHS(沒(méi)有集成加強(qiáng)肋)，導(dǎo)致薄芯或無(wú)芯襯底不利的偏移、彎曲、撓曲、以及畸變；圖9是具有根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方案的示例性IHS/IS裝置的示例性FC-PGA系統(tǒng)的局部分解透視圖；圖10是圖9示例性FC-PGA系統(tǒng)的俯視圖，并示出了襯底上IHS/IS示例性接觸印記和示例性禁區(qū)的俯視圖；圖11是沿圖10剖面線11-11的簡(jiǎn)化剖面圖，此圖可用來(lái)說(shuō)明圖9的IHS/IS的另一視圖，并說(shuō)明了改進(jìn)的剛度或?qū)哂泄潭ㄔ谄渖系谋景l(fā)明的示例性集成加強(qiáng)肋部分的薄芯或無(wú)芯襯底的加固支持；圖12是相似于圖10但具有根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例的示例性矩形窗口印記的俯視圖；圖13同樣示出了具有IHS/IS的示例性多接觸印記與襯底的俯視圖；圖14也同樣示出了具有根據(jù)本發(fā)明另一示例性實(shí)施方案的示例性變通形狀集成加強(qiáng)肋部分和印記的俯視圖；圖15示出了具有帶水平延伸超過(guò)集成散熱器部分的集成加強(qiáng)肋部分的示例性變通尺寸的IHS/IS的剖面?zhèn)纫晥D；圖16示出了具有帶邊沿接觸件的示例性IHS/IS裝置的FC-PGA系統(tǒng)的局部分解透視圖，作為另一個(gè)采用本發(fā)明的實(shí)施方案；圖17是圖16的FC-PGA系統(tǒng)的俯視圖，僅僅示出了采用示例性IHS/IS之后的邊沿接觸；圖18是簡(jiǎn)化的側(cè)視圖，示出了示例性增加的冷卻結(jié)構(gòu)(例如散熱片)，以便提供帶集成加強(qiáng)肋的集成散熱器和集成散熱裝置。
具體實(shí)施例方式
在開始本發(fā)明的詳細(xì)描述之前，依次指出下列情況。相似的標(biāo)號(hào)和字符可以被用來(lái)表示不同附圖中相同的、對(duì)應(yīng)的、或相似的部件。而且，在隨后的詳細(xì)描述中，可以給出示例性的尺寸/模型/數(shù)值/范圍，但本發(fā)明不局限于此。為了說(shuō)明和討論的簡(jiǎn)明以便不使本發(fā)明難以理解，圖中眾所周知的到襯底、集成電路、以及其它部件的功率連接/接地連接可以不很詳細(xì)地示出。而且，為了避免使本發(fā)明難以理解，并考慮到這種裝置的實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)高度依賴于其中待要實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的平臺(tái)，各種裝置可以以簡(jiǎn)化圖的形式來(lái)示出，亦即細(xì)節(jié)應(yīng)該在本技術(shù)領(lǐng)域熟練人員的掌握范圍內(nèi)。在為了描述本發(fā)明的示例性實(shí)施方案而提出具體細(xì)節(jié)的情況下，對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域熟練人員來(lái)說(shuō)，顯然能夠?qū)嵤┍景l(fā)明而不改變這些具體細(xì)節(jié)或改變這些具體細(xì)節(jié)。
IHS/IS還可以適合于具有電學(xué)功能?？蓞⒖加砂l(fā)明人KristopherFrutschy、Chee-Yee Chung、以及Bob Sankman在與本申請(qǐng)?zhí)峤蝗掌谙嗤娜掌谔峤坏摹癆rrangement to Supply Power to SemicondtorPackage”。
雖然下面的詳細(xì)描述要描述在示例性FC-PGA裝置的情況下用于薄芯襯底和無(wú)芯襯底的IHS/IS裝置的示例性實(shí)施方案，但本發(fā)明的實(shí)施不局限于這種情況，亦即，本發(fā)明的實(shí)施也可以用于其它類型的芯片以及其它類型的安裝和封裝技術(shù)，例如倒裝芯片球柵陣列(FC-BGA)封裝件、插件等。而且，用于描述示例性實(shí)施方案的術(shù)語(yǔ)“襯底”能夠包括各種表面或?qū)印?br> 現(xiàn)在考慮詳細(xì)描述，圖1涉及到可用來(lái)解釋和理解本發(fā)明的背景和示例性實(shí)施方案的示例性FC-PGA系統(tǒng)的透視圖。更確切地說(shuō)，圖1示出了承載封裝件系統(tǒng)的集成電路(IC)印刷電路板(PCB)，且更確切地說(shuō)是示例性FC-PGA系統(tǒng)100，它由其上安裝有FC 120的襯底110、FC下方填充物125、插腳130、管芯側(cè)元件(DSC)140、多個(gè)暴露的電互連150、以及指示記號(hào)160組成。襯底110可以是例如纖維加固的(FR)樹脂襯底，F(xiàn)C 120可以是焊料隆起的FC管芯，而下方填充物125可以是環(huán)氧樹脂下方填充物。插腳130可以以PGA排列，并可以由銅合金或鍍有鎳(Ni)和金(Au)的科伐鎳基合金材料。DSC140是可選的，并可以是例如去耦電容器或電阻器。在某些工業(yè)實(shí)施方案中，DSC可能被禁止出現(xiàn)在襯底的管芯側(cè)(主側(cè))。暴露的電互連150可以是例如暴露的疊層通路和/或軌線互連(稍后描述)。最后，指示記號(hào)160可以是金的三角形，并用作例如第一插腳的指示。
接著考慮圖2，示出了圖1的示例性FC-PGA襯底的仰視圖。更具體地說(shuō)，仰視圖210示出了底側(cè)(或插腳側(cè))PGA以及插腳側(cè)(次要側(cè))元件(PSC)240(例如去耦電容器和電阻器)的示例性布局。
圖3是圖1的示例性FC-PGA襯底的俯視圖。更確切地說(shuō)，此俯視圖310示出了管芯安裝區(qū)320、FC下方填充物區(qū)域325、以及DSC 140。
圖4是圖1的示例性FC-PGA 100的簡(jiǎn)化剖面?zhèn)纫晥D，它還可以包括通過(guò)諸如熱潤(rùn)滑膏或?qū)щ姯h(huán)氧樹脂之類的熱界面媒介420安裝在FC管芯120頂部上的IHS 410(沒(méi)有集成加強(qiáng)肋)，還可以包括例如可以用粘合劑或焊料結(jié)合到襯底邊沿的凸緣部分412。由于凸緣部分412的主要目的是結(jié)合到襯底和氣密性密封封裝件(與加固相反)，故凸緣部分可以非常薄。亦即，由于帶凸緣部分的IHS被應(yīng)用于沒(méi)有剛度問(wèn)題的厚芯襯底，故凸緣部分未被設(shè)計(jì)來(lái)提供對(duì)襯底的加固支持。IHS的另一目的是為專用散熱裝置結(jié)構(gòu)與之相連而提供便利的機(jī)構(gòu)。簡(jiǎn)化側(cè)視圖400還包括表示襯底110上方(管芯+IHS)高度的關(guān)心的尺度標(biāo)注A1以及表示襯底110厚度的A2。FC-PGA裝置又可以插入(箭頭70所示)到電子系統(tǒng)90(例如筆記本計(jì)算機(jī)、蜂窩電話、PDA等)的插座80中。
現(xiàn)在考慮圖1的FC-PGA的更詳細(xì)的說(shuō)明和討論或相關(guān)的構(gòu)造，圖5是固定有IHS的部分圖1的FC-PGA系統(tǒng)沿圖3剖面線5-5的放大局部剖面圖，此圖可用來(lái)解釋和理解本發(fā)明的背景和示例性實(shí)施方案。圖5示出了通過(guò)諸如熱潤(rùn)滑膏或?qū)щ姯h(huán)氧樹脂之類的熱界面材料420安裝在FC管芯120頂部上的IHS 410。此IHS可以由任何適當(dāng)?shù)膶?dǎo)熱材料例如鍍鎳的銅組成。
確切地說(shuō)，放大的局部剖面圖500更清楚地示出了FC-PGA襯底110是一種包括內(nèi)芯512的有機(jī)結(jié)構(gòu)形式的插腳疊層PCB結(jié)構(gòu)，所述襯底可以是例如由用玻璃纖維加固的雙馬來(lái)酰亞胺三嗪(BT)樹脂組成的FR襯底，其轉(zhuǎn)變溫度(Tg)為165-175℃。芯512的厚度可以是0.7-0.8mm，芯的二端上還可以被多層疊層環(huán)繞。更確切地說(shuō)，管芯側(cè)(主側(cè))疊層514可以被提供在芯512的管芯側(cè)上，而插腳側(cè)(次要側(cè))疊層516可以被提供在芯512的插腳側(cè)上。多層疊層通常包含例如被介電層分隔開的銅軌線形式的額外的接地、功率、以及信號(hào)互連517，以便在插腳130和襯底焊盤519之間提供電互連(這又接合和電互連到FC 120的FC凸塊522)。
還包括作為襯底互連結(jié)構(gòu)的是至少部分地鉆過(guò)芯512和/或疊層514和516且被導(dǎo)電材料填充以便提供適當(dāng)?shù)膶娱g導(dǎo)電路徑的通路孔518。FC 20被更清楚地示出具有與之相關(guān)的FC下方填充物125，用于結(jié)合和氣密性密封，而PSC 240被更清楚地示出具有與之相關(guān)的PSC下方填充物542，用于結(jié)合和氣密性密封。
鑒于內(nèi)芯512的厚度可以是例如0.7-0.8mm，疊層514和516可以例如由多個(gè)15μm的銅互連疊層以及例如30μm的介電疊層構(gòu)成。襯底100的總厚度(圖4中的A2)可以是例如1.0-1.2mm。相對(duì)比，管芯120的厚度可以是例如0.6-0.9mm，可以是0.8mm。
圖5的示例性厚芯襯底的有利之處在于厚芯512為FC-PGA襯底110提供了更高的剛度或硬度，致使當(dāng)FC 120通過(guò)高壓和熱(亦即高溫?zé)峤Y(jié)合工藝)被安裝和互連到襯底100時(shí)，圖5的FC-PGA經(jīng)歷大小可忽略的偏移、彎曲、以及撓曲。因此，F(xiàn)C 120能夠被安全而可靠地被安裝和互連到襯底100，還能夠被帶凸緣的IHS氣密性密封和保護(hù)。但就厚度和重量而言，圖5的厚芯襯底FC-PGA是有缺點(diǎn)的。更具體地說(shuō)，如上所述，存在著來(lái)自電子工業(yè)移動(dòng)(例如筆記本計(jì)算機(jī)、蜂窩電話、PDA)領(lǐng)域的明顯推動(dòng)力從而要達(dá)到更薄和重量更輕的電子裝置，從而存在著開發(fā)薄芯和無(wú)芯襯底裝置的興趣。首先來(lái)討論薄芯和無(wú)芯襯底的實(shí)施例，隨之以討論與之相關(guān)的示例性問(wèn)題。
更具體地說(shuō)，首先考慮薄芯襯底裝置的描述和討論，圖6是相似于圖5的另一個(gè)放大的局部剖面圖，但它示出了作為本發(fā)明一個(gè)示例性實(shí)施方案的具有薄芯襯底并具有示例性IHS/IS 620的FC-PGA裝置的一個(gè)變通實(shí)施例。
為了簡(jiǎn)明起見，下面只討論圖5與圖6之間的差別。圖6示出了裝置600，它包括由厚度可以例如為0.1-0.5mm，更具體地說(shuō)，例如為0.4mm的薄芯512’組成的襯底110’。薄芯512’可以如上所述由FR襯底材料構(gòu)成，或作為變通，可以是提供甚至更高剛度的不同的材料。
其余的構(gòu)造基本上與圖5相同，圖6同樣包括管芯側(cè)疊層514’、插腳側(cè)疊層516’、層疊互連517’、通道518’、以及襯底焊盤519’。在對(duì)具有示例性0.8mm芯厚度的厚芯襯底的圖5背景技術(shù)裝置進(jìn)行比較的過(guò)程中，注意具有示例性0.4mm芯厚度的薄芯襯底的圖6的裝置導(dǎo)致厚度節(jié)省大約0.4mm以及相應(yīng)的重量和原材料節(jié)省。將在下面討論IHS 620。
接著考慮無(wú)芯襯底裝置，圖7是另一放大的局部剖面圖，它示出了具有無(wú)芯襯底并具有IHS/IS裝置720的FC-PGA裝置700的另一變通實(shí)施例作為本發(fā)明的另一示例性實(shí)施方案。更具體地說(shuō)，裝置700包括其中已經(jīng)省略了芯的襯底110”，致使襯底110”僅僅相當(dāng)于管芯側(cè)疊層514”與插腳側(cè)疊層516”的組合。在再次與圖5的裝置比較時(shí)，注意圖7的無(wú)芯襯底裝置導(dǎo)致約為0.8mm的甚至更大的厚度節(jié)省和顯著的重量節(jié)省。
各種疊層銅互連層以及介電層514”和516”、疊層互連517”、通道518”、以及焊盤519”可以如上所述，或作為變通，可以是提供甚至更高剛度的不同的材料。正如IHS 620，將在下面討論IHS 720。
由于薄芯和無(wú)芯襯底技術(shù)處于其初期狀態(tài)，故薄芯和無(wú)芯襯底裝置在例如插入插座、裝配、測(cè)試、以及插座接合過(guò)程中的機(jī)械剛度方面具有重大的技術(shù)挑戰(zhàn)。更確切地說(shuō)，現(xiàn)在要考慮具體的問(wèn)題和對(duì)圖6的薄芯襯底裝置和圖7的無(wú)芯襯底裝置所要求的考慮。
為了開始此討論，將注意力轉(zhuǎn)到圖8，它是薄芯或無(wú)芯型的其上施加了壓力的具有IHS裝置(沒(méi)有集成加強(qiáng)肋)的示例性FC-PGA的簡(jiǎn)化剖面圖。更具體地說(shuō)，圖8示出了其上例如為了FC的壓力/高溫安裝和互連而施加了壓力805的薄芯襯底110’或無(wú)芯襯底110”的側(cè)視圖800。存在著襯底剛度與襯底厚度三次方的大致成正比的關(guān)系，亦即，例如當(dāng)襯底的厚度減小一半時(shí)，剛度要減小8倍。由于剛度或剛度減小，結(jié)果就是整個(gè)或至少部分薄芯或無(wú)芯襯底的不利的偏移(即彎曲B、撓曲、或畸變)。如圖8以夸大的方式所示，薄芯或無(wú)芯襯底110’或110”在施加壓力時(shí)經(jīng)歷顯著的偏移(即彎曲、撓曲、畸變)。如虛線807和809代表性地所示，特別是在未被支持的凸緣-管芯區(qū)域中出現(xiàn)顯著的偏移。亦即，薄芯或無(wú)芯襯底110’或110”不具有像圖5的較厚芯襯底110裝置那樣的足夠的剛度。
偏移、彎曲、撓曲、或畸變，在許多方面是不利的。更確切地說(shuō)，首先，偏移、彎曲、或撓曲可能導(dǎo)致施加在FC管芯120上的不均勻的壓力分布和應(yīng)力，導(dǎo)致FC管芯破裂。其次，過(guò)量的偏移、彎曲、撓曲、或畸變可能阻礙或損壞各個(gè)結(jié)合的FC凸塊522/襯底對(duì)的焊盤519’和519”之間關(guān)鍵的電結(jié)合和互連。另一明顯可能性是過(guò)量的偏移、彎曲、撓曲、或畸變可能引起疊層514’/516’和514”/516”出現(xiàn)疊層分離，這可能又導(dǎo)致疊層中關(guān)鍵的電互連斷裂，甚至完全脫層。過(guò)量偏移、彎曲、撓曲、或畸變的另一明顯可能性是可能引起FC下方填充物125或PSC下方填充物542之一或二者的破裂或不良的下方填充物就位，導(dǎo)致不完好的結(jié)合和/或不完好的氣密性密封(稍后可能導(dǎo)致潮氣或氣體沾污造成的問(wèn)題)。
還有一種可能性是如圖8中C夸大地所示，PGA的各個(gè)插腳之間的較多柵格不對(duì)準(zhǔn)(干擾)。任何PGA插腳的不對(duì)準(zhǔn)可能要求待要又終端用戶來(lái)完成多個(gè)插腳(例如幾十個(gè))的重新對(duì)準(zhǔn)，以便FC-PGA裝置能夠被安裝到接口元件(例如圖4中的插座80)很困難。此外，過(guò)量的偏移、彎曲、或撓曲可能引起DSC和/或PSC部分或完全脫層，導(dǎo)致從襯底110’和110”分離和剝落。甚至在FC結(jié)合之后，例如當(dāng)插座安裝或散熱裝置安裝時(shí)施加到裝置的壓力，也同樣可能引起過(guò)量的彎曲、撓曲、畸變、以及伴隨的問(wèn)題(例如金屬散熱裝置傾斜引起暴露的電互連之間的接觸)。
現(xiàn)在來(lái)討論可用來(lái)防止過(guò)量偏移、彎曲、撓曲、或畸變的示例性實(shí)施方案。更確切地說(shuō)，圖9是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方案的具有示例性IHS/IS裝置的示例性FC-PGA系統(tǒng)的透視局部分解圖。更具體地說(shuō)，圖9示出了局部分解圖中的加固裝置900，且包括位于襯底主要的管芯側(cè)平面上的示例性IHS/IS 910。由IHS/IS提供的加固，可以由延伸的基部、加強(qiáng)肋延伸、或基本上平行于襯底110’和110”的頂部平面從襯底110’和110”的凸緣延伸(例如向內(nèi))到襯底110’和110”中心的架板630來(lái)提供。圖6實(shí)施方案示出了(以代表性的虛線形式)具有凸緣或架板或向外延伸到襯底中心的加強(qiáng)肋延伸630的IHS/IS?；蛘撸纫r底小的IHS/IS可以具有也向外延伸到襯底110’和110”的邊沿的延伸的基部920。這種延伸的基部、加強(qiáng)肋延伸、或支持架板630，可以是一種IHS那樣的單片結(jié)構(gòu)，或分別制造的由分立工藝(例如焊接和注模)與HIS結(jié)合的單片結(jié)構(gòu)。
IHS/IS 910具有與襯底110’和110”的接觸印記930。IHS/IS 910可以以各種方式被固定到襯底110’和110”，包括利用導(dǎo)熱粘合劑層940或焊接(例如為了便于導(dǎo)電)的固定。此外，或作為變通，IHS/IS的延伸基部的底部可以具有釘住或鎖住的裝置，以便于恰當(dāng)?shù)膶?duì)準(zhǔn)、固定、或用作固定點(diǎn)，還便于導(dǎo)電。作為例如被電連接的導(dǎo)電性的一種變通，IHS/IS還可以被可能是電絕緣粘合層或墊圈的電絕緣層940’(圖9)電絕緣于襯底或暴露的電互連。
IHS/IS可以由任何為薄芯/無(wú)芯襯底110’和110”提供所需硬度或剛度的IHS導(dǎo)熱材料組成。至于制作，可以通過(guò)熟知的工藝來(lái)制作IHS/IS 910，例如，適當(dāng)工藝的不完全清單包括注塑、模壓、腐蝕、淀積、以及擠壓。例如，IHS/IS可以由具有導(dǎo)熱性質(zhì)的金屬或甚至塑料組成。作為另一有利的裝置，IHS/IS可以由能夠承受在FC安裝/結(jié)合操作過(guò)程中或在正常芯片工作過(guò)程中可能經(jīng)歷的提高的溫度的適當(dāng)材料組成。作為另一有利的裝置，IHS/IS 910可以具有適當(dāng)?shù)拈g隙，使之不干擾諸如管芯、下方填充物、以及DSC之類的其它FC-PGA元件。
現(xiàn)在轉(zhuǎn)到其它相關(guān)的討論，圖10是圖9示例性FC-PGA系統(tǒng)的俯視圖，示出了示例性實(shí)施方案的IHS/IS 910在襯底的管芯平面上的接觸印記930。此圖還示出了可能存在禁區(qū)1010，任何暴露的電互連、元件、或其它抬高的凸出物都要位于此禁區(qū)1010外面。此禁區(qū)1010的尺寸可以與接觸印記930相同，或可以大于接觸印記930，以便允許連接IHS/IS的不對(duì)準(zhǔn)容差。
圖11是沿圖10中剖面線11-11的簡(jiǎn)化剖面圖，此圖可用來(lái)說(shuō)明圖9的IHS/IS的側(cè)視圖和說(shuō)明其上固定有本發(fā)明的示例性集成加強(qiáng)肋部分的薄芯或無(wú)芯襯底的改進(jìn)了的剛度。關(guān)于進(jìn)一步的細(xì)節(jié)，圖11示出了被施加到其上具有加強(qiáng)肋910的薄芯襯底110’裝置或無(wú)芯襯底110”裝置的壓力805。如圖11所示，IHS/IS 910提供了增強(qiáng)的剛度，致使襯底110’和110”不經(jīng)歷明顯的偏移、彎曲、撓曲、或畸變。具體地說(shuō)，807’(或807”)/809’(或809”)的偏移將明顯地小于(例如小百分之50、60、70、80、90、甚至100)圖8所示807/809的偏移。此外，彎曲B’(或B”)和/或插腳位移C’(或C”)將明顯地小于圖9所示的B/C。由于偏移、彎曲較小，且插腳位移較小，故包括不完好結(jié)合、結(jié)合脫開、脫層、以及柵格不對(duì)準(zhǔn)的先前討論的問(wèn)題因而也被緩解。于是，通過(guò)采用IHS/IS 910，就獲得了更薄的重量更輕的器件的優(yōu)點(diǎn)。凸緣、架板、向著管芯中心的加強(qiáng)肋延伸630越大，襯底剛度的提高就越大，但在一個(gè)有利的實(shí)施方案中，延伸630可以不完全延伸到管芯或下方填充物，而是可以為DSC、暴露的軌線、以及管芯/IHS對(duì)準(zhǔn)容差留下空間。
在一個(gè)示例性實(shí)施方案中，包含在襯底110’/110”與IHS/IS 910之間的體積1110可以由空氣填充，或由導(dǎo)熱材料(例如流體)填充，以便有助于散熱。
接著討論圖12，它是相似于圖10的俯視圖，但具有根據(jù)本發(fā)明另一示例性實(shí)施方案的帶集成加強(qiáng)肋接觸印記裝置的示例性IHS/IS。更確切地說(shuō)，圖12示出了矩形窗口印記。對(duì)于圖10與圖12的比較要注意的一種情況是，雖然圖9的集成加強(qiáng)肋910提供了主要沿單個(gè)方向(例如單向)增強(qiáng)了的剛度，但圖12的集成加強(qiáng)肋印記1210表明了沿多個(gè)方向(例如雙向)提供的增強(qiáng)剛度。圖10的示例性實(shí)施方案可能被有利地用于FC-PGA裝置僅僅需要單向加固的情況(為了節(jié)省重量和材料)。
接著，圖13同樣示出了根據(jù)本發(fā)明另一示例性實(shí)施方案的具有管芯平面的IHS/IS的接觸印記的俯視圖。亦即，圖13示出了一種示例性裝置，它具有集成在角落處的加固部分1310，用來(lái)提供IHS/IS的選擇性集成加固。圖14也同樣示出了一個(gè)俯視圖，它具有根據(jù)本發(fā)明另一示例性實(shí)施方案的IHS/IS的示例性其它形狀的接觸印記1410。圖14說(shuō)明了任何規(guī)則的或不規(guī)則的幾何形狀1410以及甚至不規(guī)則的幾何形狀，都適合于本發(fā)明的IHS/IS實(shí)施方案的接觸印記。更具體地說(shuō)，本發(fā)明的集成加強(qiáng)肋的實(shí)施可能僅僅具有最低的要求，即集成加強(qiáng)肋提供足夠的剛度水平，以避免過(guò)量的FC-PGA偏移、彎曲、撓曲、或畸變。對(duì)于給定的FC-PGA裝置，某些預(yù)定的偏移程度是可以接受的。
圖15示出了具有IHS/IS 1510的另一示例性實(shí)施方案的襯底的簡(jiǎn)化側(cè)視圖，說(shuō)明IHS具有寬度(或面積)小于襯底寬度(或面積)且可能具有沿多個(gè)方向向外和向內(nèi)延伸的加固基部部分1520的主體。
圖16示出了作為采用本發(fā)明另一示例性實(shí)施方案的具有示例性IHS/IS邊沿/環(huán)裝置的另一示例性FC-PGA系統(tǒng)的局部分解透視圖。更具體地說(shuō)，示為裝置1600的是用于FC-PGA的對(duì)準(zhǔn)的IHS/IS邊沿部件1610和1620，圖17示出了已經(jīng)應(yīng)用于FC-PGA的這種IHS/IS邊沿或環(huán)部件的管芯側(cè)平面俯視圖。亦即，第一部件1610可以是帶三個(gè)邊緣的反轉(zhuǎn)盒子，在安裝過(guò)程中，它在襯底110’和110”的三個(gè)邊上滑動(dòng)或咬在襯底110’和110”的三個(gè)邊上。第二部件1620可以在剩余的邊上滑動(dòng)或咬在剩余的邊上，以便完成氣密性密封和加固支持。關(guān)于構(gòu)造，IHS/IS的集成邊沿部件可以簡(jiǎn)單地是平坦的，或可以是適合于與襯底110’和110”的邊沿配合的一般C形剖面的(見例如圖7的左邊)。如圖7所示，另一示例性加強(qiáng)肋實(shí)施方案可以包括用例如環(huán)氧樹脂740結(jié)合到襯底的襯底外圍環(huán)加強(qiáng)肋730。在一個(gè)實(shí)施方案中，環(huán)加強(qiáng)肋730的厚度與襯底110”的相同(或稍小)，致使不在襯底的上方或下方伸出。這方便了裝配機(jī)器(例如膠印和管芯固定裝置)在管芯固定和焊盤側(cè)電容器固定中的使用。加強(qiáng)肋環(huán)730可以在高溫下被固定到襯底110”，以便裝配冷卻襯底被置于張力中以有助于保持其平坦。一個(gè)實(shí)施方案對(duì)于加強(qiáng)肋環(huán)采用了4340鋼(例如，熱膨脹系數(shù)(CTE)＝12ppm/℃)，因?yàn)樗粫?huì)與襯底(例如CTE＝6ppm/℃)收縮同樣多。環(huán)氧樹脂的高的CTE(例如60ppm/℃)也有助于襯底張力，因?yàn)樗氖湛s比加強(qiáng)肋環(huán)和襯底二者更多。在此示例性實(shí)施方案中，IHS/IS 720可以主要被結(jié)合(例如通過(guò)粘合劑(環(huán)氧樹脂)、焊接)到環(huán)加強(qiáng)肋730(與襯底110’和110”外圍相對(duì))。這樣將壓力805傳送到堅(jiān)固的環(huán)加強(qiáng)肋730而不是剛度更差的襯底中，可能是有利的。作為變通，如虛線延伸區(qū)630代表性所示，IHS/IS 720也可以具有向內(nèi)或向外延伸的延伸區(qū)。作為另一變通，環(huán)加強(qiáng)肋730可以具有延伸到與襯底重疊、包裹襯底、襯底下方、或襯底上方的向內(nèi)延伸的延伸區(qū)730，以便進(jìn)一步增強(qiáng)加固。
圖7、16-17的IHS/IS邊沿，即環(huán)，加強(qiáng)肋部件裝置的優(yōu)點(diǎn)在于，由于垂直的各邊和C形狀剖面，而可以提供高水平的加固。因此，這種邊沿加強(qiáng)肋部件可能能夠由更薄的材料組成。但這種圖7、16-17的加強(qiáng)肋裝置的缺點(diǎn)在于，邊沿加強(qiáng)肋部件可能更難以制造，更難以安裝到FC-PGA，且襯底110’和110”的厚度可能必須更嚴(yán)格地控制，以便恰當(dāng)?shù)嘏浜显谶呇丶訌?qiáng)肋部件1520的內(nèi)部通道中。
界面媒介420可以是厚度變化的，以便補(bǔ)償襯底上方IHS/IS與管芯高度之間的高度差。先前有關(guān)安裝到管芯平面的集成加強(qiáng)肋的討論同樣可被應(yīng)用于示例性集成邊沿/環(huán)加強(qiáng)肋實(shí)施方案。
集成IHS/IS部件也可以被構(gòu)造用作散熱裝置。圖18示出了具有帶可選冷卻散熱片1812以協(xié)助散熱的集成散熱器和集成散熱裝置的本發(fā)明1810的一個(gè)實(shí)施方案的側(cè)視圖。
作為另一實(shí)施方案，IHS/IS可以被電連接到襯底以有助于用作接地平面。此示例性實(shí)施方案中的IHS/IS通過(guò)導(dǎo)電粘合層940’(例如焊料)和/或通過(guò)集成加強(qiáng)肋延伸區(qū)920上的底部插腳而被電連接，以便用作接地平面。此實(shí)施方案的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是有助于控制靜電放電。
除了所有上述優(yōu)點(diǎn)之外，由于尺寸更薄且互連長(zhǎng)度減小了，故本發(fā)明的加固了的薄芯/無(wú)芯襯底FC-PGA裝置可以具有減少封裝參數(shù)(例如電感和電阻等)的另一優(yōu)點(diǎn)。
總之，說(shuō)明書中提到的“一個(gè)實(shí)施方案”、“實(shí)施方案”、“示例性實(shí)施方案”等，意味著結(jié)合該實(shí)施方案所述的特定的特點(diǎn)、結(jié)構(gòu)、或特性被包括在本發(fā)明的至少一個(gè)實(shí)施方案中。這種術(shù)語(yǔ)在本說(shuō)明書中各處的出現(xiàn)不一定都指的是同一個(gè)實(shí)施方案。而且，當(dāng)結(jié)合任何一個(gè)實(shí)施方案描述特定的特點(diǎn)、結(jié)構(gòu)、或特性時(shí)，認(rèn)為結(jié)合其它實(shí)施方案來(lái)實(shí)行這些特點(diǎn)、結(jié)構(gòu)、或特性，是本技術(shù)領(lǐng)域熟練人員的掌握范圍。而且，為了便于理解，某些方法的步驟可能已經(jīng)被描述為分立的步驟；但這些分別描述的步驟不應(yīng)該被認(rèn)為是他們執(zhí)行中的必然順序關(guān)系，亦即，某些步驟可能能夠以變通的順序執(zhí)行，同時(shí)執(zhí)行等。
這就總結(jié)了示例性實(shí)施方案的描述。雖然參照其大量示例性實(shí)施方案已經(jīng)描述了本發(fā)明，但應(yīng)該理解的是，可以由本技術(shù)領(lǐng)域的熟練人員提出本發(fā)明原理的構(gòu)思與范圍內(nèi)的各種其它的修正和實(shí)施方案。更確切地說(shuō)，上述公開、附圖、以及所附權(quán)利要求范圍內(nèi)的組合裝置的各個(gè)部件和/或裝置中的合理變化和修正是可能的，而不偏離本發(fā)明的構(gòu)思。對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域熟練人員來(lái)說(shuō)，除了部件和/或裝置的改變和修正之外，變通使用也是顯而易見的。
權(quán)利要求
1.一種集成散熱器/集成加強(qiáng)肋(IHS/IS)，可安裝來(lái)提供對(duì)襯底的加固支持。
2.權(quán)利要求1所述的集成散熱器/集成加強(qiáng)肋，可安裝來(lái)提供對(duì)集成電路印刷電路板(IC-PCB)載體封裝件的薄芯和無(wú)芯襯底之一的加固支持。
3.權(quán)利要求2所述的集成散熱器/集成加強(qiáng)肋，封裝件是針柵陣列(PGA)和球柵陣列(BGA)載體封裝件之一。
4.權(quán)利要求2所述的集成散熱器/集成加強(qiáng)肋，封裝件是倒裝芯片針柵陣列(FC-PGA)和倒裝芯片球柵陣列(FC-BGA)載體封裝件之一。
5.權(quán)利要求1所述的集成散熱器/集成加強(qiáng)肋，此集成散熱器/集成加強(qiáng)肋主要由導(dǎo)熱材料以模制、模壓、腐蝕、擠壓、以及淀積集成散熱器/集成加強(qiáng)肋之一的方式組成，并能夠經(jīng)受至少正常集成電路工作的溫度。
6.權(quán)利要求1所述的集成散熱器/集成加強(qiáng)肋，此集成散熱器/集成加強(qiáng)肋具有基本上平坦的集成加強(qiáng)肋延伸部分，用來(lái)安裝到襯底的基本上平坦的管芯側(cè)表面。
7.權(quán)利要求1所述的集成散熱器/集成加強(qiáng)肋，此集成散熱器/集成加強(qiáng)肋內(nèi)具有內(nèi)部空腔，為管芯、下方填充物、以及管芯側(cè)元件(DSC)中的至少一個(gè)提供了間隙。
8.權(quán)利要求1所述的集成散熱器/集成加強(qiáng)肋，此集成散熱器/集成加強(qiáng)肋具有分立的多個(gè)固定部分。
9.權(quán)利要求1所述的集成散熱器/集成加強(qiáng)肋，具有可安裝的襯底上方空腔高度，它等于或大于襯底上安裝的集成電路管芯的高度。
10.權(quán)利要求1所述的集成散熱器/集成加強(qiáng)肋，此集成散熱器/集成加強(qiáng)肋具有可安裝的底部表面，它與集成電路和界面材料的組合的頂部表面基本上共平面。
11.權(quán)利要求1所述的集成散熱器/集成加強(qiáng)肋，此集成散熱器/集成加強(qiáng)肋可安裝來(lái)支持散熱裝置。
12.權(quán)利要求1所述的集成散熱器/集成加強(qiáng)肋，此集成散熱器/集成加強(qiáng)肋具有集成的冷卻結(jié)構(gòu)。
13.權(quán)利要求1所述的集成散熱器/集成加強(qiáng)肋，此集成散熱器/集成加強(qiáng)肋被電連接到襯底。
14.權(quán)利要求1所述的集成散熱器/集成加強(qiáng)肋，此集成散熱器/集成加強(qiáng)肋被電絕緣于襯底。
15.權(quán)利要求1所述的集成散熱器/集成加強(qiáng)肋，集成的加強(qiáng)肋部分是可安裝到襯底次要平坦側(cè)表面的邊沿/環(huán)加強(qiáng)肋。
16.權(quán)利要求1所述的集成散熱器/集成加強(qiáng)肋，集成的加強(qiáng)肋部分是具有可與襯底側(cè)表面配合的不平坦的剖面的邊沿/環(huán)加強(qiáng)肋。
17.權(quán)利要求1所述的集成散熱器/集成加強(qiáng)肋，集成的加強(qiáng)肋部分是一種邊沿/環(huán)加強(qiáng)肋，其中，部分邊沿/環(huán)加強(qiáng)肋可預(yù)先固定到襯底。
18.一種載體封裝件，它包含集成電路印刷電路板的薄芯和無(wú)芯襯底之一；以及安裝來(lái)對(duì)所述襯底提供加固支持的集成散熱器/集成加強(qiáng)肋。
19.權(quán)利要求18所述的載體封裝件，此封裝件是針柵陣列(PGA)和球柵陣列(BGA)載體封裝件之一。
20.權(quán)利要求18所述的載體封裝件，此封裝件是倒裝芯片針柵陣列(FC-PGA)和倒裝芯片球柵陣列(FC-BGA)載體封裝件之一。
21.權(quán)利要求18所述的載體封裝件，集成散熱器/集成加強(qiáng)肋主要由導(dǎo)熱材料以模制、模壓、腐蝕、擠壓、以及淀積集成散熱器/集成加強(qiáng)肋之一的方式組成，并能夠經(jīng)受至少正常集成電路工作的溫度。
22.權(quán)利要求18所述的載體封裝件，集成散熱器/集成加強(qiáng)肋具有集成加強(qiáng)肋延伸部分，它基本上平坦，并被安裝到襯底的基本上平坦的管芯側(cè)表面。
23.權(quán)利要求18所述的載體封裝件，集成散熱器/集成加強(qiáng)肋內(nèi)具有內(nèi)部空腔，其中為管芯、下方填充物、以及管芯側(cè)元件(DSC)中的至少一個(gè)提供了間隙。
24.權(quán)利要求18所述的載體封裝件，集成散熱器/集成加強(qiáng)肋被固定成多個(gè)部分。
25.權(quán)利要求18所述的載體封裝件，集成散熱器/集成加強(qiáng)肋具有襯底上方空腔高度，它等于或大于襯底平面上方集成電路管芯的高度。
26.權(quán)利要求18所述的載體封裝件，集成散熱器/集成加強(qiáng)肋具有與集成電路管芯和界面材料的組合的頂部表面基本上共平面的底部表面。
27.權(quán)利要求18所述的載體封裝件，集成散熱器/集成加強(qiáng)肋具有用來(lái)支持散熱裝置的支持部分。
28.權(quán)利要求18所述的載體封裝件，集成散熱器/集成加強(qiáng)肋具有集成的冷卻結(jié)構(gòu)。
29.權(quán)利要求18所述的載體封裝件，集成散熱器/集成加強(qiáng)肋被電連接到襯底。
30.權(quán)利要求18所述的載體封裝件，集成散熱器/集成加強(qiáng)肋被電絕緣于襯底。
31.權(quán)利要求18所述的載體封裝件，集成散熱器/集成加強(qiáng)肋具有安裝到襯底次要平坦側(cè)表面的邊沿/環(huán)加強(qiáng)肋。
32.權(quán)利要求18所述的載體封裝件，集成散熱器/集成加強(qiáng)肋具有與襯底側(cè)表面配合的不平坦的剖面的邊沿/環(huán)加強(qiáng)肋。
33.權(quán)利要求18所述的載體封裝件，集成散熱器/集成加強(qiáng)肋具有邊沿/環(huán)加強(qiáng)肋，其中，部分邊沿/環(huán)加強(qiáng)肋被預(yù)先固定到襯底。
34.一種封裝的集成電路(IC)，它包含集成電路印刷電路板載體封裝件，它包括薄芯和無(wú)芯襯底之一；以及安裝來(lái)對(duì)所述襯底提供加固支持的集成散熱器/集成加強(qiáng)肋。
35.權(quán)利要求34所述的封裝的集成電路，載體封裝件是針柵陣列(PGA)和球柵陣列(BGA)載體封裝件之一。
36.權(quán)利要求34所述的封裝的集成電路，載體封裝件是倒裝芯片針柵陣列(FC-PGA)和倒裝芯片球柵陣列(FC-BGA)載體封裝件之一。
37.權(quán)利要求34所述的封裝的集成電路，其中，集成散熱器/集成加強(qiáng)肋主要由導(dǎo)熱材料以模制、模壓、腐蝕、擠壓、以及淀積集成散熱器/集成加強(qiáng)肋之一的方式制成，并能夠經(jīng)受至少正常集成電路工作的溫度。
38.權(quán)利要求34所述的封裝的集成電路，集成散熱器/集成加強(qiáng)肋具有集成加強(qiáng)肋延伸部分，它基本上平坦，并被安裝到襯底的基本上平坦的管芯側(cè)主要平坦表面。
39.權(quán)利要求34所述的封裝的集成電路，集成散熱器/集成加強(qiáng)肋內(nèi)具有內(nèi)部空腔，其中為管芯、下方填充物、以及管芯側(cè)元件(DSC)中的至少一個(gè)提供了間隙。
40.權(quán)利要求34所述的封裝的集成電路，集成散熱器/集成加強(qiáng)肋具有多個(gè)固定部分。
41.權(quán)利要求34所述的封裝的集成電路，集成散熱器/集成加強(qiáng)肋具有襯底上方空腔高度，它等于或大于襯底上方安裝的集成電路管芯的高度。
42.權(quán)利要求34所述的封裝的集成電路，集成散熱器/集成加強(qiáng)肋具有與集成電路管芯和界面材料的組合的頂部表面基本上共平面的底部表面。
43.權(quán)利要求34所述的封裝的集成電路，集成散熱器/集成加強(qiáng)肋具有用來(lái)支持散熱裝置的支持部分。
44.權(quán)利要求34所述的封裝的集成電路，集成散熱器/集成加強(qiáng)肋具有集成的冷卻結(jié)構(gòu)。
45.權(quán)利要求34所述的封裝的集成電路，集成散熱器/集成加強(qiáng)肋被電連接到襯底。
46.權(quán)利要求34所述的封裝的集成電路，集成散熱器/集成加強(qiáng)肋被電絕緣于襯底。
47.權(quán)利要求34所述的封裝的集成電路，集成散熱器/集成加強(qiáng)肋是安裝到襯底次要平坦側(cè)表面的邊沿/環(huán)加強(qiáng)肋。
48.權(quán)利要求34所述的封裝的集成電路，集成散熱器/集成加強(qiáng)肋是具有與襯底側(cè)表面配合的不平坦的剖面的邊沿/環(huán)加強(qiáng)肋。
49.權(quán)利要求34所述的封裝的集成電路，集成散熱器/集成加強(qiáng)肋加強(qiáng)肋是邊沿/環(huán)加強(qiáng)肋，其中，至少部分邊沿加強(qiáng)肋被預(yù)先固定到襯底。
50.一種散熱器/加強(qiáng)肋裝置，它包含具有可安裝到薄芯和無(wú)芯襯底之一的加強(qiáng)肋部分的導(dǎo)熱部件，以便提高襯底剛度，此散熱器/加強(qiáng)肋裝置具有可熱連接到襯底的熱路徑。
51.權(quán)利要求50所述的散熱器/加強(qiáng)肋裝置，加強(qiáng)肋延伸部分底部表面基本上平坦，以方便安裝到襯底的基本上平坦的管芯側(cè)表面。
52.權(quán)利要求50所述的散熱器/加強(qiáng)肋裝置，散熱器/加強(qiáng)肋具有空框形狀，以便得到襯底上用于其它部件的間隙。
53.權(quán)利要求50所述的散熱器/加強(qiáng)肋裝置，散熱器/加強(qiáng)肋可安裝來(lái)支持散熱裝置。
54.權(quán)利要求50所述的散熱器/加強(qiáng)肋裝置，加強(qiáng)肋部分是可安裝到襯底次要平坦側(cè)表面的邊沿/環(huán)加強(qiáng)肋延伸區(qū)。
55.一種集成電路(IC)載體封裝件，它包含集成電路；薄芯和無(wú)芯襯底中的至少一個(gè)；以及具有導(dǎo)熱部件的散熱器/加強(qiáng)肋裝置，它具有安裝到襯底以便提高襯底剛度的加強(qiáng)肋部分，散熱器/加強(qiáng)肋裝置具有熱連接到襯底的熱路徑。
56.權(quán)利要求55所述的集成電路載體封裝件，此載體封裝件是針柵陣列(PGA)載體封裝件和球柵陣列(BGA)載體封裝件之一。
57.權(quán)利要求55所述的集成電路載體封裝件，加強(qiáng)肋延伸部分底部表面基本上平坦，并安裝到襯底的基本上平坦的管芯側(cè)表面。
58.權(quán)利要求55所述的集成電路載體封裝件，散熱器/加強(qiáng)肋裝置具有空框形狀，以便得到襯底上用于其它部件的間隙。
59.權(quán)利要求55所述的載體封裝件，散熱器/加強(qiáng)肋具有用來(lái)支持散熱裝置的部分。
60.權(quán)利要求55所述的載體封裝件，加強(qiáng)肋部分是安裝到襯底次要平坦側(cè)表面的邊沿/環(huán)加強(qiáng)肋延伸區(qū)。
61.一種電子系統(tǒng)，它包含包括集成電路的集成電路載體封裝件；至少薄芯和無(wú)芯襯底之一；以及具有導(dǎo)熱部件的散熱器/加強(qiáng)肋裝置，它具有安裝到襯底以便提高襯底剛度的加強(qiáng)肋部分，散熱器/加強(qiáng)肋裝置具有熱連接到襯底的熱路徑。
62.權(quán)利要求61的電子系統(tǒng)，集成電路載體封裝件是針柵陣列(PGA)載體封裝件和球柵陣列(BGA)載體封裝件之一。
全文摘要
一種用來(lái)提高半導(dǎo)體封裝件結(jié)構(gòu)剛度的裝置。
文檔編號(hào)H01L23/10GK1596468SQ02823785
公開日2005年3月16日 申請(qǐng)日期2002年8月8日 優(yōu)先權(quán)日2001年9月28日
發(fā)明者H·謝, K·巴納基, A·薩特, K·弗魯特施伊 申請(qǐng)人:英特爾公司