專利名稱：緊密堆積陣列與柔性電路的互連的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本教導(dǎo)大體上涉及用于封裝電器件的互連，并且更具體地涉及用于互連緊密堆積 的電器件陣列與撓性電路的互連和方法。
背景技術(shù)：
互連技術(shù)被廣泛地用于封裝電器件。常規(guī)的互連技術(shù)包括使用Z軸帶、引線接合 和球柵陣列(BGA)以及其它固體焊料(solid solder)互連。然而隨著電器件的封裝密度 提高，常規(guī)的互連技術(shù)可能面臨可靠性和成本挑戰(zhàn)。例如當(dāng)Z軸帶被用作互連時，它們可能 在如固體墨打印頭中發(fā)生的高溫操作中變得不可靠。當(dāng)使用引線接合互連時，因為引線環(huán) 必須短，所以很難互連緊密堆積的二維電器件陣列。在BGA以及其它固體焊料互連的另一 示例中，盡管它們能夠互連小器件，但是熱應(yīng)力可能破壞橫跨大距離的器件陣列的連接。除了可靠性和成本挑戰(zhàn)之外，常規(guī)的互連技術(shù)可能還有其它一些缺點。例如，典型 的電器件封裝可能包括與撓性(flexible)(或柔性(flex))電路互連的電器件陣列。該柔 性電路往往包括接觸墊和外部觸頭(例如接觸導(dǎo)線)并且往往被放置在器件陣列之上。當(dāng) 封裝高密度的器件陣列(例如，每平方英寸大于1000個器件)時，覆蓋的撓性電路必須給 陣列的每個電器件提高非常靠近接觸墊的接觸導(dǎo)線。這使得器件和柔性電路之間的電互連 更具挑戰(zhàn)性。例如，Z軸導(dǎo)電粘合劑膜可能在器件和柔性電路的接觸墊之間產(chǎn)生連接，并且 也可能不期望地連接其它接觸導(dǎo)線到陣列的相同電器件。因而，為了克服現(xiàn)有技術(shù)的這些及其它問題，各種示例性實施例提供用于互連緊 密堆積的電器件陣列與柔性電路的互連和方法。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)各個實施例，本教導(dǎo)包括一種用于電互連電器件與柔性電路并因而提供其間 單獨的電通路或電連接的方法。在這種互連方法中，柔性的電路的接觸墊可以與電器件陣 列的陣列單元預(yù)先對準，在所述接觸墊和所述陣列單元之間設(shè)置隔離層。所述隔離層可以 還包括開口并且所述接觸墊可以覆蓋該開口的一部分。然后，可以移除所述撓性電路的襯 底部分以沿該撓性電路形成通孔并且暴露所述接觸墊。導(dǎo)電材料可以被填充到隔離層的開 口中并且到沿撓性電路形成的通孔中，以接觸撓性電路的接觸墊并且接觸陣列單元的接合 墊或電極以便建立撓性電路和陣列單元之間的電連續(xù)性。各個實施例也可以包括根據(jù)這種 方法互連緊密堆積的電器件陣列與撓性電路的電器件封裝。根據(jù)所述的方法，還包括將導(dǎo)電材料分配或模版印制到隔離層的開口中和到沿撓 性電路形成的通孔中。根據(jù)所述的方法，還包括凝固所填充的導(dǎo)電材料以形成陣列單元和撓性電路之間 的互連部件。根據(jù)所述的方法，其中在隔離層的開口中和在沿撓性電路的通孔中填充的導(dǎo)電材 料包圍撓性電路的接觸墊。
根據(jù)所述的方法，還包括使用激光燒蝕或化學(xué)蝕刻工藝來移除所述撓性電路的襯 底部分以形成通孔。根據(jù)所述的方法，其中接觸墊在接觸墊的兩端處被錨定在撓性電路上。根據(jù)所述的方法，還包括當(dāng)移除撓性電路的襯底部分時移除撓性電路的接觸墊的 第一部分并且暴露所述接觸墊的第二部分。根據(jù)所述的方法，其中接觸墊的一端附著到撓性電路，另一端懸掛在通孔中。根據(jù)所述的方法，其中接觸墊比隔離層中的開口更窄。根據(jù)所述的方法，其中導(dǎo)電材料包括導(dǎo)電粘合劑或焊膏。根據(jù)所述的方法，其中隔離層包括介電粘合劑、丙烯酸脂聚合物、環(huán)氧樹脂、硅樹 脂或粘合劑混合物。根據(jù)所述的方法，其中陣列單元包括接觸所填充的導(dǎo)電材料的接合墊或電極。根據(jù)各個實施例，本教導(dǎo)還包括另一種用于電互連電器件與柔性電路的方法。在 這種方法中，可以提供柔性電路，該柔性電路包括附著在撓性襯底的第一側(cè)上的至少一個 接觸墊和至少一個外部觸頭。然后撓性電路可以被放置在隔離層之上，該隔離層放置在電 器件陣列之上，其中撓性襯底的第一側(cè)遠離電器件陣列。然后可以沿撓性襯底并沿隔離層 形成通孔以致接觸墊和外部觸頭可以被暴露于通孔并且與電器件陣列的一個陣列單元對 準。可以沉積導(dǎo)電材料以填充通孔從而連接所述接合墊、接觸墊和外部觸頭以便建立撓性 電路和陣列單元之間的電連續(xù)性。各個實施例也可以包括根據(jù)這種方法互連緊密堆積的電 器件陣列與撓性電路的電器件封裝。根據(jù)所述的方法，還包括使用激光燒蝕或化學(xué)蝕刻工藝來移除撓性電路的襯底部 分以形成通孔。根據(jù)所述的方法，其中導(dǎo)電材料包括金屬、金屬合金、金屬填充的環(huán)氧樹脂、焊膏 或其組合。一種根據(jù)所述方法互連的電器件封裝。


圖1A-1F描繪了依據(jù)本教導(dǎo)的示例性互連方法。圖2A-2B描繪了依據(jù)本教導(dǎo)的另一示例性互連方法。圖3描繪了依據(jù)本教導(dǎo)的示例性高度堆積的電器件陣列的一部分。
具體實施例方式在一個實施例中，器件陣列可以是高度堆積的致密陣列。柔性電路可以包括相應(yīng) 地附著有致密的接觸墊陣列的柔性襯底。在各個實施例中，整體模版(integral stencil) 可以被形成并且然后被用來形成電器件封裝的互連或互連部件。如本文所用的，術(shù)語“互連，，或“互連部件，，指代用來提供電器件和柔性電路之間 (例如，多個電器件陣列單元中的陣列單元的接合墊或電極和附著到柔性電路的接觸墊之 間)單獨的電通路(或電連接)的導(dǎo)電部件。在各個實施例中，“互連”或“互連部件”也可 以指代用來提供柔性電路的接觸墊和柔性電路的外部觸頭之間的電通路的導(dǎo)電部件。在各個實施例中，“互連”或“互連部件”可以由各種導(dǎo)電材料制成，所述各種導(dǎo)電
4材料例如通過電鍍工藝、化學(xué)鍍工藝、波焊、模版印刷或其組合而制成的金屬或金屬合金。 所用的金屬可以包括例如Pb、Sn、In、Ag、Au、Cu、Ni或其組合。在各個實施例中，也可以使 用對本領(lǐng)域普通技術(shù)人員已知的其它合適的導(dǎo)電材料，包括例如焊膏或?qū)щ娋酆衔锊牧希?諸如通過模版印刷技術(shù)處理的金屬填充的環(huán)氧樹脂。在各個實施例中，電器件陣列的接合墊或電極、以及與柔性電路相關(guān)聯(lián)的接觸墊/ 外部觸頭可以由與互連部件的那些相同或不同的導(dǎo)電材料制成。由相同或不同的導(dǎo)電材料 制成的這些單元可以被物理地連接以提供電通路或電連接?？梢蕴峁┎煌幕ミB實施例，包括(1)把導(dǎo)電材料沉積或填充在沿柔性襯底的 通孔中以接觸接觸墊，該導(dǎo)電材料包圍接觸墊并且還電連接到陣列單元；以及(2)把導(dǎo)電 材料沉積或填充在沿柔性襯底的通孔中，該通孔暴露陣列單元的接合墊并且暴露附著在柔 性襯底的相同側(cè)上的接觸墊和外部觸頭兩者。所公開的組件或封裝工藝因此可以操作簡 單、成本低且被擴展到可期望的高密度。在各個實施例中，電器件陣列可以包括例如以高密度堆積的多個陣列單元。陣列 單元可以包括但不限于PZT(即鋯鈦酸鉛)單元(諸如PZT致動器)、液晶顯示器、等離子體 電視或者其組合。柔性電路可以包括柔性襯底，例如包括電絕緣撓性材料的聚合物襯底。用于聚合 物襯底的合適材料可以包括但不限于聚酰亞胺、聚酯、環(huán)氧樹脂、氨基甲酸乙酯、聚苯乙烯、 硅樹脂和/或聚碳酸酯。聚合物襯底的代表性厚度可以從大約25 μ m到大約300 μ m。柔性電路也可以包括在聚合物襯底上形成的用于例如電連接到電器件陣列的接 合墊的接觸墊的陣列或圖案。在各個實施例中，柔性電路也可以包括與用于與外部電路電 連接的外部觸頭。外部觸頭和接觸墊可以形成在柔性電路的聚合物襯底的相同或不同側(cè) 上。在一些實施例中，接觸墊可以在形成外部觸頭之前形成在柔性電路的聚合物襯 底上。在示例性實施例中，可以通過首先諸如用電鍍在聚合物襯底上席狀沉積(blanket deposit)金屬層并且然后圖案化和蝕刻所述沉積層以形成具有期望結(jié)構(gòu)和/或期望接觸 區(qū)域的接觸墊，來形成柔性電路的接觸墊。在各個實施例中，接觸墊或外部觸頭的間距和密 度可以取決于具體的應(yīng)用。圖1A-1F描繪了依據(jù)本教導(dǎo)的用于使用整體模版互連電器件陣列與柔性電路的 示例性方法。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)容易認識到，圖1A-1F中所描繪的器件100代表一 般示意圖并且可以添加其它部件/層或者可以移除或修改現(xiàn)有的部件/層。在圖IA中，器件100A具有一個陣列單元110，該陣列單元110可以是電器件陣列 的多個陣列單元之一。器件陣列可以例如形成在晶片、塑料或其它襯底上。在示例性實施例 中，器件陣列可以包括壓電陣列，該壓電陣列包括在平面型聚合物中沉積的多個壓電單元。 在各個實施例中，包括多個陣列單元的電器件陣列可以是高度堆積的器件陣列。在圖IB中，隔離層(standoff layer) 120可以形成在陣列單元110之上。在一個 實施例中，隔離層120可以附著到或接合到陣列單元110。在各個實施例中，隔離層120可 以是電介質(zhì)的，例如包括介電粘合劑。用于隔離層120的其它示例性合適材料可以包括丙 烯酸類聚合物、環(huán)氧樹脂、硅樹脂和/或粘合劑混合物。在各個實施例中，覆蓋隔離層120 可以具有開口以暴露底下陣列單元110的一部分。隔離層120中的開口可以例如通過預(yù)切割而制成，并且可以被對準且定位在電器件陣列的陣列單元110之上。在圖IC中，在一側(cè)上具有多個接觸墊132的柔性電路130可以設(shè)置在圖IB的器 件100B的隔離層120之上。如圖IC所示，每個接觸墊132可以對應(yīng)于電器件陣列的一個 陣列單元110。器件100C還可以包括放置在柔性電路130上且在遠離陣列單元110的一側(cè) (諸如接觸墊132的相對側(cè))上的釋放襯里(release liner) 140。在各個實施例中，諸如PZT單元的陣列單元110可以與柔性電路130上的接觸墊 132基本對準或預(yù)組裝，其中它們之間沒有電接觸。例如，接觸墊132可以放置在隔離層120 中的對準開口之上并且覆蓋底下陣列單元110的小部分。在一個實施例中，接觸墊132可 以比隔離層120中的開口更窄以致該開口可以例如被粘性或流體材料進入(access)。在各 個實施例中，接觸墊132可以橫跨底下隔離層120的開口以在兩端接觸隔離層120，或者可 以懸掛在底下隔離層120的開口之上，其中一端接觸隔離層120。柔性電路130連同襯里層140 —起可以包括通孔。沿柔性電路130和襯里層140 的通孔可以形成在接觸墊132上并且與底下隔離層120的開口基本對準。在一個實施例中， 通孔可以是穿過柔性電路130和襯里層140的預(yù)先存在的開口并且可以設(shè)置在接觸墊132 之上并與接觸墊132對準。在另一個實施例中，可以通過首先形成組裝系統(tǒng)、接著是蝕刻工藝以形成蝕刻的 整體模版，來形成通孔。該組裝系統(tǒng)可以包括對準層，所述對準層包括釋放襯里層140，釋 放襯里層140在具有接觸墊132的柔性電路130之上、該柔性電路130在隔離層120之上、 該隔離層120在陣列單元110之上。在這樣的預(yù)組裝之后可以移除與通孔相關(guān)聯(lián)的襯里層 140和柔性電路130的組裝柔性襯底的一部分?？梢酝ㄟ^蝕刻技術(shù)(例如化學(xué)蝕刻工藝)和/或激光燒蝕技術(shù)(使用二氧化碳激 光器、準分子激光器、固態(tài)激光器、銅蒸汽激光器或光纖激光器中的一個或多個)來執(zhí)行這 樣的移除。例如，在限定了接觸墊132后，可以執(zhí)行適合于示例性聚酰亞胺襯底的化學(xué)蝕刻 工藝或激光燒蝕工藝以形成沿柔性電路130和釋放襯里層140的通孔。在各個實施例中，柔性襯底部分的移除可以或可以不包括移除部分接觸墊132，這 取決于接觸墊在柔性電路130上的位置或布置。在各個實施例中，接觸墊132的兩端可以 被錨定在撓性襯底130上，如圖IC所示?？蛇x地，接觸墊132可以把一端錨定在撓性襯底 130上并且可以把另一端自立或懸掛(未示出)在沿柔性電路130和釋放襯里層140形成 的通孔內(nèi)。為形成通孔(整體模版)而預(yù)先形成所公開的組裝系統(tǒng)的一個優(yōu)點在于柔性電路 130的柔性襯底(諸如聚酰亞胺)可以被用作放置在隔離層120的開口之上的薄接觸墊132 的機械支撐。在各個實施例中，對本領(lǐng)域普通技術(shù)人員已知的合適壓力和/或溫度接合工 藝可以被用于組裝器件100C的每層。在柔性電路130頂部上的釋放襯里層140可以是薄保護層并且可以在柔性電路 130和陣列單元110之間形成電互連后被移除。在圖ID中，可以通過例如把導(dǎo)電材料沉積到沿釋放襯里層140和柔性電路130的 襯底(接觸接觸墊132)的通孔中并且進一步到隔離層120的底下開口中來形成互連部件 150。例如，諸如金屬填充的環(huán)氧樹脂和/或焊膏的導(dǎo)電粘合劑可以被擠入釋放襯里和聚酰 亞胺襯底的通孔中，并且然后進入隔離層的開口中，并且在一些情況下包圍接觸墊132。
以此方式，沿釋放襯里層和柔性襯底的通孔可以被用作整體模版以把導(dǎo)電材料的 位置限制為接觸墊132的期望接觸區(qū)域。通過讓接觸墊不覆蓋(例如窄于)隔離層120的 整個開口，粘性導(dǎo)電材料可以在接觸墊120周圍流動并且接觸例如器件陣列單元110的接 合墊115。在各個實施例中，粘性導(dǎo)電材料然后可以被凝固(例如根據(jù)所用的材料和方法而 被固化或回流)以在隔離層120的開口中和在沿柔性電路130和釋放襯里層140的通孔中 產(chǎn)生互連部件150?；ミB部件150可以是柔性電路130的接觸墊132和陣列單元110的接 合墊115之間的堅固耐用的電互連。在一些實施例中，諸如導(dǎo)電環(huán)氧樹脂的導(dǎo)電材料可以通過例如注射器分配器或其 它類型的分配器而被分配到隔離層120的開口中以及到沿柔性電路130和釋放襯里層140 的通孔中(參見圖1C)?？蛇x地，諸如導(dǎo)電環(huán)氧樹脂的導(dǎo)電材料可以被模版印制到圖IC所 示的開口和通孔中以形成如圖ID所示的互連部件150。在圖IE中，薄釋放襯里層140可以被移除以確保每個電器件陣列單元可以彼此隔 絕。例如，釋放襯里層140的移除可以帶走可在陣列單元之間產(chǎn)生電短路的不期望的導(dǎo)電 材料。在各個實施例中，當(dāng)導(dǎo)電材料被分配或模版印制以形成互連部件150時，釋放襯里 140可以或可以不如本文所公開的那樣使用。雖然圖1A-1E描繪了在互連部件150的形成期間器件100的透視圖，而圖IF是依 據(jù)本教導(dǎo)的圖IE中的器件100E在方向a-a’上的示例性橫截面圖。如所示出的那樣，柔性電路130可以通過接觸墊132和互連部件150而與一個器 件陣列單元110電連接?；ミB部件150可以被沉積到底下隔離層120的開口中以電連接器 件陣列單元110的接合墊115與接觸墊132?；ミB部件150也可以被沉積到接觸墊132上 以填充沿柔性電路130和覆蓋釋放襯里140的通孔。另外，互連部件150可以被形成為包 圍接觸墊132。在移除釋放襯里140之后，可以暴露互連部件150和柔性電路130。在各個 實施例中，所暴露的互連部件150可以連接到柔性電路130的外部觸頭或者用作柔性電路 130的外部觸頭?？蛇x地，柔性電路130的外部觸頭可以預(yù)先附著到接觸墊132。在各個實施例中，接合墊115可以是覆蓋器件陣列單元110的整個表面的導(dǎo)電薄 層或電極。各個實施例可以包括用于互連電器件與其電路的可選方法。例如，柔性電路的接 觸墊和外部觸頭可以被布置在柔性襯底的遠離相關(guān)陣列單元的相同側(cè)上。圖2A-2B描繪了 依據(jù)本教導(dǎo)的另一示例性互連方法。在圖2A中，器件200A可以包括通過隔離層220組裝在器件陣列單元210之上的 柔性電路230，該隔離層220放置在器件陣列單元210和柔性電路230之間。柔性電路230 可以具有附著到柔性襯底的相同側(cè)的接觸墊232和外部觸頭239，所述相同側(cè)是遠離陣列 單元210，例如在陣列單元210的相對側(cè)上。釋放襯里層240可以形成在柔性電路230之 上，具體地在接觸墊232和外部觸頭239之上。在各個實施例中，器件陣列單元、隔離層、柔性電路和所附著的接觸墊/外部觸 頭、釋放襯里層以及組裝方法可以與圖1A-1F中所描述的那些類似或不同。而且，如圖2A所示，可以沿組裝在器件陣列單元210上的釋放襯里240、柔性電路 230和隔離層220形成通孔260。通孔260可以暴露例如底下陣列單元210的接合墊215。通孔260也可以暴露部分接觸墊232和部分外部觸頭239?？梢酝ㄟ^使用包括但不限于化學(xué)蝕刻工藝、激光燒蝕或其它已知方法的各種合適 移除工藝來移除釋放襯里240、柔性電路230和/或隔離層220的部分而形成通孔260。通 孔260可以與底下陣列單元210對準。在各個實施例中，通孔260可以被用作用于施加導(dǎo)電材料(例如導(dǎo)電粘合劑、焊 膏、金屬或金屬合金)以形成互連部件280的整體模版，如圖2B所示?；ミB部件280可以 電連接在底部的陣列單元210的接合墊215與在柔性電路230頂部上的接觸墊232并且也 可以電連接接觸墊232與柔性電路230的外部觸頭239。在形成互連部件280之后，可以移 除釋放襯里240。在各個實施例中，圖1A-1F和2A-2B中所示的開口、通孔和對應(yīng)部件的橫截面形狀 是示例性的?？梢允褂萌魏魏线m的橫截面形狀(規(guī)則的或不規(guī)則的)，包括但不限于方形、 橢圓形、矩形、三角形或多邊形。在各個實施例中，圖1A-1F和2A-2B中所示的每個步驟中的器件可以被按需要重 復(fù)并且可以被同時批量制造。例如，圖3描繪了包括多個陣列單元310 (也參見圖1A-1F中 的110并且參見2A-2B中的210)的示例性電器件陣列300的一部分。多個陣列單元310 可以包括各種電器件或電器件的圖案。多個陣列單元310可以例如被高度堆積在晶片上以 形成電器件陣列300。如圖1A-1F和2A-2B中所描述的，每個陣列單元310可以具有與撓性 電路的接觸墊之一的單獨電通路。因而，放置在柔性電路和電器件陣列之間的隔離層可以 包括多個開口或互連部件以便形成圖1A-1F和2A-2B中所示的多個互連或封裝的器件。
8
權(quán)利要求
一種互連方法，包括將撓性電路的接觸墊與電器件陣列的陣列單元預(yù)先對準，在所述接觸墊和所述陣列單元之間設(shè)置隔離層，其中所述隔離層包括開口并且所述接觸墊覆蓋該開口的一部分；移除所述撓性電路的襯底部分以沿撓性電路形成通孔并且暴露所述接觸墊；以及將導(dǎo)電材料填充到隔離層的開口中并且到沿撓性電路形成的通孔中；其中導(dǎo)電材料接觸陣列單元的接合墊并且接觸撓性電路的接觸墊以便建立電連續(xù)性。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，還包括在形成通孔之前，在撓性電路之上形成釋放襯里層； 沿撓性電路并沿覆蓋釋放襯里形成通孔； 將導(dǎo)電材料填充到隔離層的開口和通孔中；以及 移除釋放襯里層以暴露撓性電路。
3.一種根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法互連的電器件封裝，其中電器件陣列的陣列單元包 括鋯鈦酸鉛(PZT)單元、液晶顯示器、等離子體電視或者其組合。
4.一種互連方法，包括提供撓性電路，該撓性電路包括附著在撓性襯底的第一側(cè)上的至少一個接觸墊和至少 一個外部觸頭；將撓性電路放置在隔離層之上，該隔離層放置在電器件陣列之上，其中撓性襯底的第 一側(cè)遠離電器件陣列；沿撓性襯底并沿隔離層形成通孔以致接觸墊和外部觸頭被暴露于通孔并且與電器件 陣列的一個陣列單元對準；以及沉積導(dǎo)電材料以填充通孔從而連接所述接合墊、接觸墊和外部觸頭。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，還包括在形成通孔之前把釋放襯里層放置在接觸墊和 外部觸頭之上以及在沉積導(dǎo)電材料之后移除所述釋放襯里層。
全文摘要
本發(fā)明涉及緊密堆積陣列與撓性電路的互連。示例性實施例提供用于通過用導(dǎo)電材料填充化學(xué)蝕刻或激光燒蝕的整體模版來互連電器件陣列與柔性電路的互連和方法。
文檔編號H01L21/60GK101894769SQ20101018189
公開日2010年11月24日 申請日期2010年5月20日 優(yōu)先權(quán)日2009年5月21日
發(fā)明者C·J·斯萊恩斯, D·L·馬索普斯特, J·R·安德魯斯 申請人:施樂公司