專利名稱：微電子封裝和組件的制作方法
技術領域：
發(fā)明涉及微電子封裝以及相關組件。
背景技術：
內(nèi)插器包括內(nèi)接針狀網(wǎng)格陣列(PGAs)，球網(wǎng)格陣列(BGAs)和芯片級封裝(CSPs)，其被用于將一個或者多個芯片連接到印刷電路板或電源和/或者電壓源上。該內(nèi)插器需要在電氣、機械和熱學方面耦合兩種完全不同的介質(zhì)，這些介質(zhì)通常有不同的機械和熱學特性，并有不同的輸入/輸出互連特征。
在申請人的WO98/53499公開文本“Substrate for ElectronicPackaging.Pin Jig Fixture”，PCT國際申請?zhí)枮镻CT/IL98/00230的專利申請中，其所有相關內(nèi)容被在此引用，描述了一個用于電氣封裝的基板和用于生產(chǎn)它的管腳夾具?；逵幸粋€不連續(xù)的、擬柱體形的、最初導電的電子管金屬固體，其具有一個或者多個分離開的原始電子管金屬孔，每個電子管金屬孔被其周圍的多孔氧化物部分絕緣。
在申請人的WO00/31797公開文本“Device for ElectronicPackaging，Pin Jig Fixture”，PCT國際申請?zhí)朠CT/IL99/00633的專利申請中，其所有的相關內(nèi)容被在此引用，描述了一個用于電氣封裝的基板和用于生產(chǎn)它的管腳夾具。一個設備可以包括同前述申請WO98/53499中相似的孔和/或者其他描繪設計。申請WO00/31797還對多層設備和包括BGA內(nèi)插器的電氣封裝進行了描述。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的第一方面在于一個基板，其用于SCM(彈簧連接器矩陣)內(nèi)插器，所述內(nèi)插器適用于電子封裝。該SCM內(nèi)插器包括一個電絕緣彈簧連接器陣列，每個所述連接器包括一個固定端部分和一個浮動端部分，浮動端部分彈性可形變地耦合到其相對應的固定端部分，并能夠在同SCM主表面基本垂直的平面內(nèi)獨立發(fā)生位移。根據(jù)SCM內(nèi)插器的特定應用，固定端部分和浮動端部分可由不同的導電部件制造，如內(nèi)連接球，凸塊和與之類似的部件。SCM內(nèi)插器的特定應用包括如一個超聲變換器，一個探針卡等。各種主動和/或者被動的電路元件均可連接至一個SCM內(nèi)插器，如申請人的前述申請WO00/31797中的介紹和描述。
本發(fā)明的第二方面使一個基板能夠沿至少一條預定義折線彎曲，用以形成一個三維(3D)內(nèi)插器，所述內(nèi)插器用于電子封裝。該基板包括至少一個互連區(qū)域，用于以單面或雙面的方式掛載一個或者多個集成電路芯片(ICs)，以及至少一個非互連的區(qū)域，或者叫做翼，其被沿一條預定義折線彎曲以形成成角度放置的第一和第二非互連區(qū)域。一個非互連區(qū)域可以完全是電子管金屬，因此本質(zhì)上具有能夠一次或者多次彎曲的能力。作為一種替換，一個非互連區(qū)域可以包括一個或者多個電絕緣拉伸電子管金屬軌線，其縱向軸通常與一條折線垂直。所述軌線被電子管金屬氧化物絕緣，該電子管金屬氧化物材料相對易碎，折疊時可能裂開，但不會影響3維內(nèi)插器應用效果，這是由于拉伸的電子管金屬軌線將仍然保持完好。一個預期的三維內(nèi)插器的結(jié)構(gòu)相對簡單，即，單個非互連區(qū)域相對于單個互連區(qū)域或者一個復雜的多層結(jié)構(gòu)被彎折，從而顯著減少相對較大的基板的占用面積。三維內(nèi)插器不僅能夠減小占用面積，同時有助于散熱片設計和提高EMI屏蔽。所述三維內(nèi)插器還有助于實現(xiàn)一種高效率的電子封裝加工方法，包括通過一面或者兩面將集成電路搭接到一個均勻高度的方法，所述方法依賴于該集成電路是一側(cè)還是兩側(cè)安裝到三維內(nèi)插器上。


為了理解這個發(fā)明并且明了實踐中它如何被實施，更具體內(nèi)容將被描述，僅通過非限制的附圖實施例說明，圖中相似部分同樣標明了序號，并且其中圖1，是SCM內(nèi)插器在焊錫掩膜之前的第一實施例的頂視圖，其中沒有導電焊盤；圖2，是圖1中SCM的沿線A-A的在焊錫掩膜之后的截面視圖；圖3A-3L描繪了圖1中的SCM的加工過程；圖4，是SCM內(nèi)插器第二優(yōu)選實施例的頂視圖，也在焊錫掩膜之前。
圖5，是圖4中SCM的沿線C-C的在焊錫掩膜之后的截面視圖；圖6，是一個包含圖1中的SCM內(nèi)插器的超聲轉(zhuǎn)換器的截面視圖；圖7，是一個包含圖1中的SCM內(nèi)插器的探針板的截面視圖；圖8，是一個BGA電子封裝的側(cè)視圖；圖9，是一個用于折疊到圖8中BGA電子封裝的基板的頂視圖；圖10，是圖9中沿D-D線的基板的截面視圖；圖11A-11E描繪了圖8中電子封裝的制作過程；圖12，是一個雙層三維內(nèi)插器的透視圖；圖13，是一個L型的基板沿三條預定義折線彎曲到圖12中的三維內(nèi)插器的頂視圖；圖14，是圖13中沿E-E線的基板的總線的截面視圖；圖15，是沿視線F的包含圖12中的三維內(nèi)插器的一個BGA電子封裝的側(cè)視圖。
具體實施例方式
圖1和圖2展示了一個彈簧連接器矩陣(SCM)內(nèi)插器100，它是用于封裝包括超聲變換器(圖6)、探針板(圖7)等一系列的電子設備。SCM內(nèi)插器100包括一個不連續(xù)的、通用擬柱體形的、主要的電子管金屬基板101，其被緊密地夾在焊錫掩膜和有主表面104和106的信號層102和103之間?；?01包含一個鎖孔形的圍層陣列107(構(gòu)成周界)，每一個圍層電絕緣一個拉伸的電子管金屬插件108。在主表面104和106的平面內(nèi)圍層107的厚度是至少50微米。
SCM內(nèi)插器100包括一個在主表面104和106之間垂直延伸的穿透腔109陣列，穿透腔109這樣放置以在內(nèi)部共同延伸及每一個圍層107的主要部分，用來將插件108轉(zhuǎn)換到彈簧連接器111，每一個彈簧連接器有一個固定端部分112和一個懸臂浮動端部分113，固定端部分緊密地同它對應的圍層107連接，懸臂浮動端部分同相應的固定端部分內(nèi)在地彈性可形變地耦合。這樣，一個SCM內(nèi)插器的浮動端113能夠相對于其對應的固定端部分112在基本與主平面垂直的平面內(nèi)(圖中箭頭B所示)獨立發(fā)生位移。所述每個固定端112包含一個導電盤114，每一個浮動端包含一個導電盤116，用于SCM內(nèi)插器100同外部電子元件和設備電器的連接。SCM內(nèi)插器100器可配有各種主動和/或被動電器元件，如申請人的前述申請WO00/31797中所描述的。
SCM內(nèi)插器100的加工方法在圖3A-3L中描繪。從一個有相對的基本平行的主表面118和119的、不連續(xù)的通用擬柱體形的未分層電子管金屬板117開始。第一對反射光刻膠掩膜121被加到電子管金屬板主表面118和119(見圖3-A)。被掩膜的電子管金屬板117經(jīng)過一個低電壓雙側(cè)多孔陽極化處理來形成較大的電子管金屬基板101，其上有鎖孔形的圍層107基本垂直于基板的主表面118和119延伸，以確定被拉伸的電子管金屬插件108(見圖3-B)。光刻膠掩膜121被移除(見圖3-C)，并且對大電子管金屬基板101做銅沉積以用銅覆蓋其主表面形成有主表面123和124的中間產(chǎn)物122(見圖3-D)。一對不同的光刻膠掩膜126和127被置于中間產(chǎn)物主表面123和124(見圖3-E)。并且對被掩膜的中間產(chǎn)物122做銅蝕刻，以形成有主表面129和131的中間產(chǎn)物128，該中間產(chǎn)物分別有導電盤114和導電盤116(見圖3-F)。光刻膠掩膜126和127被移除(見圖3-G)，并且第二對反射光刻膠掩膜132被使用于中間產(chǎn)物主表面129和131(見圖3-H)。對被掩膜的中間產(chǎn)物128做鋁刻蝕以形成穿透腔109來定位彈簧連接器111(見圖3-I)。光刻膠掩膜132被移除(見圖3-J)，并且焊錫掩膜133和134被放置到中間產(chǎn)物主表面129和131來形成SCM內(nèi)插器的焊錫掩膜和信號層102和103(見圖3-K)。SCM內(nèi)插器100可以被提供附著到其導電盤114和導電盤116的球狀物136，或者，依賴于SCM內(nèi)插器100的具體應用，球狀物136可以被輕凸塊137替代。
圖4和圖5展示了一個彈簧連接器矩陣(SCM)內(nèi)插器140與彈簧連接器矩陣內(nèi)插器100相似，因為它也包含一個彈簧連接器陣列141，每一個彈簧連接器有一個固定端部分142和一個浮動端部分143。SCM內(nèi)插器140和SCM內(nèi)插器100的不同在于，前者的浮動端部分143是被一個具有三個彈性可形變的等間距的系鏈146的內(nèi)環(huán)144浮動地支撐，這些系鏈依次被一個具有三個彈性可形變的等間距系鏈148的外環(huán)147浮動支撐，系鏈148將內(nèi)環(huán)144連接到彈簧連接器141的剩余部分。這種系鏈設置比懸臂設置能更好的容納浮動端部分143在SCM內(nèi)插器140平面的橫向移動，但限制了浮動端部分143在與其垂直的平面內(nèi)的移動。SCM內(nèi)插器140使用同SCM100同樣的加工過程，除了一點例外，在圖3H的鋁刻蝕步驟中需要一對不同的光刻膠掩膜用于繪制浮動端部分143，而不是懸臂浮動端部分113。
圖6展示了一個超聲轉(zhuǎn)換器150，其包含具有附著到它的導電盤114的球狀物陣列151和附著到它的導電盤116的凸塊陣列152的SCM內(nèi)插器100，一個剛性的控制板153，和一個包含一個帶有獨立可操作的聲學元件(構(gòu)成電子元件)157陣列的聚合體基板156的聲學矩陣154。控制板153焊接在球狀物陣列151上，同時每一個聲學元件157是獨立的被焊接到凸塊陣列152的一個凸塊上，因此每個聲學元件157能夠響應各自的電氣激勵獨立的做垂直于SCM內(nèi)插器100的平面的機械振動。
圖7展示了一個探針卡160，其包含具有附著到它的導電盤114的球陣列161和附著到它的導電盤116的凸塊陣列162的SCM內(nèi)插器100，一個剛性的控制板163，和一個包含一個獨立可操作測試盤陣列166(構(gòu)成電子元件)的探針卡164?？刂瓢?63被焊接到球狀物陣列161上，同時每一個測試盤166是獨立的被焊接到凸塊陣列162的一個凸塊上，因此每個測試盤166能夠獨立的在垂直于SCM內(nèi)插器100的平面內(nèi)發(fā)生位移。
圖8-10展示了一個BGA電氣封裝170，它包含一個被從基板172彎曲的三維BGA內(nèi)插器171，基板172有一對沿著預定的折線176和177的相對而基本平行的主表面173和174?；?72包含一個不連續(xù)的、擬柱體形的、最初整個電子管金屬非分層固體178，其被形成為一個互連區(qū)域179，互連區(qū)域179在基板主表面173和174的頂視圖中有一個虛擬的大致矩形周邊181。折線176和177相對于周邊181的對邊平行，并且與之有幾毫米距離的相對較小的移位。互連區(qū)域179包括電絕緣的電子管金屬軌線，其組成了主動和/或被動的電氣設備，如申請人的前述申請WO00/31797中所描述，并且有一對集成電路182在其一側(cè)掛載。
基板172包含一個主要的電子管金屬非互連區(qū)域183，該區(qū)域緊鄰互聯(lián)區(qū)域179的一端；以及一個整個的電子管金屬非互連區(qū)域184，該區(qū)域緊鄰互聯(lián)區(qū)域179的另外一端。非互連區(qū)域183包括一個電絕緣的電子管金屬軌線186，該軌線具有基本垂直于折線176的縱向軸187，并用來連接互聯(lián)區(qū)域179和例如電源188。電子管金屬軌線186更優(yōu)選地被一對拉伸的電子管金屬氧化物膜180絕緣，所述電子管金屬氧化物膜189基本垂直延伸到主表面173和174之間。電子管金屬氧化物膜189優(yōu)選地在形成互聯(lián)區(qū)域179的同時采用雙面多孔陽極化步驟形成。
加工電氣封裝170的過程在圖11A-11B中描述，從基板172開始。具有不同高度H1和H2的集成電路182被掛載在互聯(lián)區(qū)域179，其中高度H1＞H2(見圖11B)。集成電路182的單側(cè)搭接為均勻的高度H3(見圖11C)?；逯鞅砻?74上覆蓋球狀物191(見圖11D)?；?72沿折線176和177彎曲以形成三維BGA內(nèi)插器171(見圖11E)。
圖12-15展示了一個BGA電氣封裝200，BGA電氣封裝200包含兩層三維BGA內(nèi)插器201，BGA內(nèi)插器201由一個“L”型的基板202形成，基板202有沿三條折線206，207和208彎曲形成的一對相對的平行主平面203和204。基板202包含一個不連續(xù)的、大致擬柱體形的、最初整個電子管金屬非分層固體209，其被形成為三個互聯(lián)區(qū)域211，212和213，一個整體的電子管金屬非互連區(qū)域214，和一對主要的電子管金屬非互連區(qū)域216和217?；ミB區(qū)域211有在基板上表面203上的集成電路218，和在基板下表面204上的球狀物219?；ヂ?lián)區(qū)域212有掛載基板上表面203上的集成電路221和掛載基板下表面上204上的集成電路222?；ヂ?lián)區(qū)域213有掛載基板上表面203的集成電路223和掛載基板下表面204的集成電路224。非互連區(qū)域216和217同非互連區(qū)域183相似，但是其不同在于，它們各自包含電絕緣的電子管金屬軌線227的一個總線226，而不是一個單個電子管金屬軌線。
雖然本發(fā)明已經(jīng)由有限的具體實施例描述，它也包含各種變化，調(diào)整和其他能夠在后面的權(quán)利要求的范圍內(nèi)實現(xiàn)的本發(fā)明的應用。
權(quán)利要求
1.一種基板，使用在用于電氣封裝的彈簧連接器矩陣(SCM)內(nèi)插器中，該基板包括一個不連續(xù)的、大致擬柱體形的、最初是整個的電子管金屬非分層固體，其具有一對相對的平行主表面和一個電子管金屬氧化物周界陣列，每個電子管金屬氧化物周界在前述的主表面間基本垂直地延伸并且電絕緣一個拉伸的電子管金屬插件，該電子管金屬插件最初是前述固體在陽極化處理之前的鄰接部分，來形成所述的多孔電子管金屬氧化物周界陣列。
2.權(quán)利要求1中所述的基板，其中周界是由一個在主表面平面內(nèi)的至少50毫米厚的相對薄的圍層組成。
3.權(quán)利要求1或2中所述的基板，其中插件在所述基板的主表面之一的頂視圖中有一個鎖孔形。
4.一種SCM內(nèi)插器，包括權(quán)利要求1到3中的任何一個所述的基板，所述基板被緊密地夾在一對焊錫掩膜和有一對主表面的信號層之間，以及一個彈簧連接器陣列，每個彈簧連接器從前述基板的拉伸電子管金屬插件陣列中的一個拉伸電子管金屬插件通過一個或多個在SCM內(nèi)插器主表面之間垂直延伸的透過腔形成，每個彈簧連接器有一個固定端部分和一個浮動端部分，固定端部分剛性的連接到其確定的周界，浮動端部分有彈力且可形變的耦合到其相關聯(lián)的固定端部分上，從而所述的浮動端部分能夠在與SCM內(nèi)插器主表面基本垂直的平面內(nèi)相對于所述固定端部分產(chǎn)生位移，并且所述的固定端部分和浮動端部分各自在SCM內(nèi)插器的主表面的相對表面有一個導電盤，用于通過它們相關聯(lián)的彈簧連接器而電連接。
5.權(quán)利要求4的SCM內(nèi)插器，其中彈簧連接器包括一個懸臂浮動端部分。
6.權(quán)利要求4的SCM內(nèi)插器，其中彈簧連接器包括一個彈力的可形變的系鏈陣列，這些系鏈基本等距離的沿著其浮動端部分設置，用來彈力的可形變的耦合到其固定端部分。
7.一種電子設備，包括權(quán)利要求1到6中任意一個所述的SCM內(nèi)插器，一個焊接到所述固定端部分的導電盤的剛性的控制板，和一個附著到所述浮動端部分的所述導電盤的獨立操作的電氣元件陣列。
8.根據(jù)權(quán)利要求7的一個超聲轉(zhuǎn)換器，所述的獨立操作電氣元件陣列是聲學元件。
9.根據(jù)權(quán)利要求7的一個探針卡，所述的獨立操作電氣元件陣列是測試盤。
10.用于生產(chǎn)彈簧連接器矩陣(SCM)內(nèi)插器的方法，所述SCM內(nèi)插器用于電氣封裝，SCM內(nèi)插器有主表面，所述方法包括下述步驟(a)提供一個不連續(xù)的、大致擬柱體形的、有一對相對的基本平行主表面的電子管金屬非分層固體板；(b)在前述固體板的兩個主表面上施加光刻膠掩膜，有至少一個前述主表面被選擇性的掩模；(c)對被掩膜的固體板作陽極化處理以形成一個電子管金屬氧化物周界陣列，其每一個電子管金屬氧化物周界在所述板的主表面之間基本垂直的延伸，并電絕緣一個拉伸的電子管金屬插件，該插件起初是所述固體的一個鄰接部分，以及(d)提供一個或多個透過腔在所述SCM內(nèi)插器的主表面之間垂直沿伸，以把每一個電子管金屬插件轉(zhuǎn)換為一個彈簧連接器，所述彈簧連接器具有一個固定端部分以及一個浮動端部分，所述固定端部分剛性的連接到其限定的周界，所述浮動端部分彈力的可形變的連接到其相關聯(lián)的固定端部分，從而所述浮動端部分能夠在基本垂直于所述SCM內(nèi)插器的主表面的平面內(nèi)相對于所述固定端部分位移。
11.根據(jù)權(quán)利要求10中的方法，所述周界由在所述主表面平面內(nèi)具有至少50毫米厚的相對薄的圍層組成。
12.根據(jù)權(quán)利要求10或者11的方法，插件在所述基板主表面之一的頂視圖中有一個鎖孔形。
13.根據(jù)權(quán)利要求10到12中任意一個的方法，步驟(d)包括刻蝕至少電子管金屬以形成所述透過腔的步驟。
14.根據(jù)權(quán)利要求10到12中任意一個的方法，步驟(d)包括機械的移除至少電子管金屬以形成所述透過腔的步驟。
15.一種能夠沿著至少一條預定的折線彎折的基板，用在一個三維(3D)內(nèi)插器中，所述三維內(nèi)插器用于電子封裝，所述基板包括一個不連續(xù)的、大致擬柱體形狀的、最初是整個的電子管金屬非分層固體，其包括一對大致平行的相對主表面以及包括一個互連區(qū)域，在所述基板的主表面之一的頂視圖中該互連區(qū)域具有一個虛擬的大致矩形的周邊，所述互連區(qū)域具有多個電子管金屬氧化物周界，每一個在所述主表面之間大致垂直的延伸并且電絕緣電子管金屬區(qū)域，所述電子管金屬區(qū)域在所述固體的陽極化之前最初為所述固體的鄰接部分，以形成所述多個多孔電子管金屬氧化周界，從而所述互連區(qū)域能夠使一個或多個集成芯片(IC)單面或雙面安裝于其上；所述至少一個預定折線中的一個預定折線平行于所述周邊的一邊并從其位移并穿過一個非互連區(qū)域，該非互連區(qū)域在所述固體的陽極化之前與所述互連區(qū)域鄰接，以形成所述多個多孔電子管金屬氧化物周界，并且或者成為固體電子管金屬，或者具有至少一個電子管金屬氧化物周界，每一個周界都在所述主表面之間基本垂直的延伸并且電絕緣一個拉伸的電子管金屬軌線，所述電子管金屬軌線電連接至所述互連區(qū)域并具有一個基本垂直于所述預定折線的縱向軸，從而所述基板能夠沿著所述預定的折線彎折，以形成一個3D內(nèi)插器。
16.根據(jù)權(quán)利要求15的基板，其中所述非互連區(qū)域包括電絕緣的拉伸電子管金屬軌線的一個總線，每個電子管金屬軌線同前述互連區(qū)域連接，并有一個與所述預定的折線大致垂直的縱向軸。
17.根據(jù)權(quán)利要求16的基板，其中拉伸電子管金屬軌線的總線連接一對前述的互連區(qū)域。
18.一個電氣封裝，包括從根據(jù)權(quán)利要求15到17中的任何一個所述的基板彎曲形成的3D內(nèi)插器，從而一個非互連區(qū)域包括相互有角度地放置的一個第一端部分和一個第二端部分。
19.權(quán)利要求18中的電氣封裝，其中一個互連區(qū)域內(nèi)有集成電路雙面掛載在其上。
20.制造一個包含從根據(jù)權(quán)利要求15到17任何一條所述的基板彎曲形成的三維(3D)內(nèi)插器的電氣封裝的方法，包括如下步驟(a)提供一個符合權(quán)利要求15到17的任何一條的基板；(b)將在至少一個集成電路掛載在基板上；(c)將至少一個集成電路搭接為一個均勻的高度；并且(d)彎曲基板以形成所述三維內(nèi)插器。
21.權(quán)利要求20中的方法，其中步驟(c)包括被雙面掛載到基板上的雙面搭接的集成電路。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于電氣封裝的基板。本發(fā)明的優(yōu)選實施例涉及一個用于彈簧連接器矩陣(SCM)內(nèi)插器上的基板，該彈簧連接器矩陣(SCM)內(nèi)插器具有一個電絕緣的彈簧連接器陣列，每個所述彈簧連接器包括一個固定端部分和一個浮動端部分，該浮動端部分彈性可形變地耦合到該相應固定端部分，并能夠在垂直于所述彈簧連接器矩陣(SCM)內(nèi)插器的主表面平面內(nèi)獨立發(fā)生位移。本發(fā)明另一優(yōu)選實施例將一個基板沿預定的一條或者多條折線彎曲形成一個三維內(nèi)插器。彎曲在翼上進行，所述翼既可完全由電子管金屬材料形成，也可由包含一種或者多種電絕緣的電子管金屬軌線電氣連接一個或者多個互聯(lián)區(qū)域形成，所述互聯(lián)區(qū)域用以掛載單面或者雙面集成電路。
文檔編號H01L23/34GK1717795SQ200380104170
公開日2006年1月4日 申請日期2003年11月27日 優(yōu)先權(quán)日2002年11月27日
發(fā)明者烏里·米爾斯基, 希蒙·內(nèi)夫蒂恩, 利弗·富雷爾, 尼娜·塞茨恩, 利奧尼德·杜霍夫尼 申請人:微型元件有限公司