專利名稱：垂直安裝集成電路的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總體上涉及集成電路封裝方法和結(jié)構(gòu)，更特別地，涉及垂直安裝集成電路(諸如薄膜磁場傳感器)的方法。
背景技術(shù)：
許多集成電路安裝方法已經(jīng)隨時間而進(jìn)化，包括，僅舉幾例，用于雙列直插式封裝(DIP)、引腳網(wǎng)格陣列(PGA)、球柵陣列(BGA)、無引線芯片載具(LCC)和小外形集成電路(SOIC)的安裝方法。對集成電路進(jìn)行封裝有助于將集成電路安裝在電路板上，與其它集成電路電隔離以及保護(hù)集成電路免于暴露到環(huán)境。集成電路包含多個電接觸焊盤，電接觸焊盤例如通過焊接在電接觸焊盤與電路板上的引線之間的導(dǎo)線耦接到電路板上的引線。集成電路通常安裝(水平地)得襯底鄰近電路板，且被包封在塑料或陶瓷中。 特定集成電路執(zhí)行的一些功能要求將集成電路安裝得垂直于電路板(垂直地)。例如，感測磁場的集成電路要求三個垂直軸(X、I、Z方向)的感測。軸中的兩個(X和y)可以通過對于每個軸將傳感器(或多個傳感器)水平安裝在電路板上來被感測。第三軸(z )可以通過垂直地安裝傳感器(或多個傳感器)來被感測?；魻杺鞲衅饕话沩憫?yīng)于垂直于襯底表面的離面場分量，而薄膜磁致電阻傳感器響應(yīng)于面內(nèi)施加的磁場。利用這些響應(yīng)軸，小占用面積的三軸感測方案的開發(fā)通常包括多芯片模塊，一個或更多芯片定位得彼此成直角。對于磁致電阻傳感器，正交的面內(nèi)分量可以通過精心的傳感器設(shè)計來獲得，但是離面響應(yīng)一般通過利用電接觸垂直地安裝的第二芯片來獲取，該電接觸通過某些類型的垂直焊接來制成，諸如跨過正交接觸的焊料回流。由于垂直焊接芯片的尺寸一般由接觸焊盤的尺寸和節(jié)距支配，這樣的技術(shù)導(dǎo)致所完成的封裝的大垂直尺度，增加了管芯和裝配成本，并使得芯片級封裝變得困難和昂貴。由于磁傳感器能利用磁隧道結(jié)技術(shù)以非常小的占用面積便宜地制造，所以封裝和最終測試成為總體成本的顯著貢獻(xiàn)者。描述于美國專利7，494，920中的一種已知方法將集成電路安裝在印刷電路板上且將集成電路上的焊盤耦接到印刷電路板上的引線。印刷電路板被切割以暴露印刷電路板中的通路。該結(jié)構(gòu)被垂直安裝，所暴露的通路接觸另一印刷電路板上的接觸點。然而，該垂直安裝增加了器件的物理尺寸和制造復(fù)雜度。因此，需要改善的設(shè)計和制造工藝以用于直接在印刷電路板上或者直接在另一集成電路上垂直地安裝集成電路。還需要三軸磁場傳感器，其能高效且便宜地構(gòu)造為在移動應(yīng)用中使用的集成電路結(jié)構(gòu)。還需要改善的磁場傳感器和制造以克服本領(lǐng)域中的問題，諸如上面概述的問題。此外，本發(fā)明的其它期望特征和特性將從后面結(jié)合附圖和本背景技術(shù)的詳細(xì)說明以及所附權(quán)利要求變得顯然。

發(fā)明內(nèi)容
一種將第一集成電路安裝于電路板或第二集成電路之一上的方法，該第一集成電路形成于襯底之上且具有背對該襯底的表面以及與該表面基本正交的側(cè)面，并包括耦接到電路且形成在電介質(zhì)材料中的導(dǎo)電元件，電路板或第二集成電路的所述之一包括接觸點，該方法包括切割該第一集成電路以在該側(cè)面上暴露該導(dǎo)電元件，以及通過對準(zhǔn)暴露在該側(cè)面上的導(dǎo)電元件以產(chǎn)生與該接觸點的電接觸，將該第一集成電路安裝在電路板或第二集成電路的所述之一上。


在下文中將結(jié)合下面的附圖來描述本發(fā)明，附圖中相似的附圖標(biāo)記表示相似的元件，且圖I是已知集成電路的橫截面圖；圖2是根據(jù)第一示范性實施例，被切割以暴露接觸焊盤的圖I的集成電路的橫截面圖；
圖3是已知電路板的俯視圖；圖4是根據(jù)第一示范性實施例，垂直安裝在圖3的電路板上的圖2的集成電路的俯視圖；圖5是磁隧道結(jié)器件和多個接觸焊盤的橫截面圖；圖6是根據(jù)第一示范性實施例，被切割以暴露多個接觸焊盤的圖5的磁隧道結(jié)器件的橫截面圖；圖7是具有設(shè)置于其上的第一、第二和第三集成電路的電路板的俯視圖，第一和第三集成電路以已知方式安裝，第二集成電路垂直地安裝；圖8是根據(jù)第一示范性實施例的圖7的安裝于第三集成電路上的第二集成電路的俯視圖；圖9是圖5的磁隧道結(jié)器件和通路的橫截面圖；圖10是根據(jù)第二示范性實施例，被切割以暴露多個通路的圖9的磁隧道結(jié)器件的橫截面圖；以及圖11是示范性實施例的步驟的流程圖。
具體實施例方式下面的具體實施方式
本質(zhì)上僅是示范性的且無意限制本發(fā)明或者本發(fā)明的應(yīng)用和使用。此外，無意被前面的技術(shù)領(lǐng)域、背景技術(shù)、發(fā)明內(nèi)容或者下面的具體實施方式
中給出的任何明確的或者暗示的理論所束縛。 在這里教導(dǎo)的第一示范性實施例中，第一集成電路,例如展現(xiàn)隧穿磁致電阻的磁隧道結(jié)(MTJ)傳感器，被切割以暴露耦接到第一集成電路的電路的至少一個導(dǎo)電焊盤的側(cè)面。然后第一集成電路垂直安裝在電路板或者第二集成電路上，使得第一集成電路的該至少一個暴露的導(dǎo)電焊盤接觸電路板或第二集成電路上的至少一個接觸點。焊料塊在安裝之前置于導(dǎo)電焊盤或接觸點上且在安裝之后被回流。在第二示范性實施例中，第一集成電路，例如MTJ傳感器，被切割以暴露耦接到該傳感器的多個通路。然后第一集成電路垂直安裝在電路板或第二集成電路上，從而多個通路中的每個都唯一地耦接到電路板或第二集成電路上的至少一個接觸點。焊料塊在安裝之前置于通路或接觸點上且在安裝之后被回流。這些示范性實施例簡化了集成電路裝配且提供小封裝，消除了垂直芯片對鍵接導(dǎo)線的需要，消除了垂直芯片對90度焊接的需要，并使垂直芯片能用焊盤對焊盤塊技術(shù)來焊接，該技術(shù)能采用比頭兩個選項更小的焊盤和更小的焊盤間距。對于具有多個焊盤的小芯片，諸如磁場感測電路，減小焊盤面積能顯著減小總芯片面積和垂直芯片的總高度。垂直芯片可以直接焊接到另一芯片或印刷電路板上，最小化了封裝占用的面積，并且該垂直芯片被預(yù)期具有比先前已知的方案更佳的垂直軸取向重復(fù)性。參照圖I，第一示范性實施例包括形成在襯底104上的集成電路102。在集成電路102的制造期間，每個接連層順序地沉積或者以其它方式形成，每個電路元件可以利用半導(dǎo)體工業(yè)已知的任何技術(shù)通過選擇性沉積、光刻處理、蝕刻等來限定。雖然僅示出一個電路元件，即晶體管106，但是通常在單個集成電路中有數(shù)百或數(shù)千電路元件。晶體管106具有在漏極110和源極112之間間隔開的柵極108，它們都以公知方式設(shè)置在電介質(zhì)層113上。源 極112通過導(dǎo)電線114耦接到焊盤116。另外的焊盤117和118耦接到集成電路102中另外的電路元件(未示出)。雖然焊盤116、117、118示為與電介質(zhì)材料120的表面平齊，但是焊盤116、117、118可以替代地設(shè)置在電介質(zhì)材料120內(nèi)且與表面119間隔開。在示范性實施例中，電介質(zhì)材料120可以是硅氧化物、硅氮化物(SiN)、硅氮氧化物(SiON)、聚酰亞胺、或者它們的組合。導(dǎo)電線114和焊盤116、117、118可以是銅、鉭、鉭氮化物、銀、金、鋁、鉬、或者其它合適的導(dǎo)電材料。柵極108、漏極110和源極112可以包括前述導(dǎo)電材料中的任何一種。在集成電路102的制造期間，每個接連層順序地沉積或者以其它方式形成，電路元件106可以利用半導(dǎo)體工業(yè)已知的任何技術(shù)通過選擇性沉積、光刻處理、蝕刻等來限定。結(jié)構(gòu)100的側(cè)面122被切割(通常稱為鋸片法)以沿新側(cè)面222 (見圖2)暴露焊盤 116、117、118。參照圖3，電路板300包括分別通過跡線308和310耦接到接觸點304和306的第一集成電路302。第二集成電路312通過跡線316耦接到接觸點314。結(jié)構(gòu)200的側(cè)面222 (圖2)通過對準(zhǔn)焊盤116、117、118以分別接觸接觸點304、306、314而安裝(圖4)在電路板300上(側(cè)面223面朝遠(yuǎn)離電路板300)。圖5和6示出磁隧道結(jié)(MTJ)傳感器集成電路可以如何被切割以在集成電路的用于安裝在另一集成電路或印刷電路板上的側(cè)面上暴露接觸焊盤。傳感器廣泛用于現(xiàn)代系統(tǒng)中以測量或檢測物理參數(shù)，諸如位置、動作、力、加速度、溫度、壓強等。不昂貴的低磁場傳感器諸如電子羅盤和其它類似的磁感測應(yīng)用已經(jīng)可利用MTJ技術(shù)獲得。MTJ傳感器提供小的傳感器尺寸和成本。參照圖5，集成電路102是形成在電介質(zhì)材料518中的集成MTJ器件500且包括通過隧道障壘506分隔開的鐵磁感測層502和固定鐵磁區(qū)域504。在集成磁隧道器件500的制造期間，每個接連層順序地沉積或以其它方式形成，每個電路元件可以利用半導(dǎo)體工業(yè)已知的任何技術(shù)通過選擇性沉積、光刻處理、蝕刻等來限定。雖然僅示出一個集成磁隧道器件500，但是通常在單個集成電路中有數(shù)百或數(shù)千這樣的傳感器。感測層502通過通路510耦接到第一導(dǎo)電線508，固定區(qū)域504通過通路514耦接到第二導(dǎo)電線512。穩(wěn)定線(電流傳輸線)516位于磁隧道器件500的相反兩側(cè)在感測層502和固定區(qū)域504 二者附近。電流方向515由“ X ”515表不為進(jìn)入頁面，由“點”513表不為從頁面出來,但是方向可以相反。盡管根據(jù)優(yōu)選實施例，穩(wěn)定線516示為在感測層502和固定區(qū)域504 二者附近，但是應(yīng)理解，它可以位于磁隧道器件500的僅一側(cè)，在感測層502或固定區(qū)域504附近。固定磁區(qū)域504在本領(lǐng)域是公知的，且通常包括設(shè)置于隧道障壘和反鐵磁耦合間隔層(未示出)之間的固定層(未示出)。反鐵磁耦合間隔層由任何合適的非磁材料形成，例如元素Ru、Os、Re、Cr、Rh、Cu或它們的組合中的至少一種。被釘扎層(未示出)設(shè)置于反鐵磁耦合間隔層與可選的釘扎層之間。感測層502和固定層可以由任何合適的鐵磁材料形成，諸如元素Ni、Fe、Co、B或者它們的合金以及所謂的半金屬鐵磁體諸如NiMnSb、PtMnSb、Fe3O4或CrO2中的至少一種。隧道障壘5 06可以是絕緣體材料，諸如A10x、Mg0x、RuOx、HfOx、ZrOx, TiOx或者這些元素的氮化物和氮氧化物。鐵磁固定層和被釘扎層每個都具有磁矩矢量，該磁矩矢量通常通過反鐵磁耦合間隔層而保持反平行，導(dǎo)致不能自由旋轉(zhuǎn)且用作參考層的所得磁矩矢量532。感測層502具有在存在磁場時自由旋轉(zhuǎn)的磁矩矢量534。在沒有施加磁場時，磁矩矢量534沿感測層的各向異性易軸取向。自測試線520設(shè)置于穩(wěn)定線516上方且通過電介質(zhì)材料518與之分隔開。自測試線520是金屬層，優(yōu)選鋁，其在電流從其經(jīng)過時產(chǎn)生磁場。自測試線520可以在沉積接觸焊盤522時沉積，由此節(jié)省工藝步驟。接觸焊盤522通常是鋁。與集成磁隧道結(jié)傳感器500相鄰的另一集成磁隧道結(jié)傳感器(未示出)耦接到接觸焊盤522’。另外的接觸焊盤可以耦接到MTJ傳感器500中的其它元件，但是為了圖示的簡明而未示出。在另一實施例中，自測試線可以按與先前提及的穩(wěn)定線類似的形式在兩個單獨的金屬層上延伸，由此電流在這兩個不同層上沿相反方向移動。通路(未示出)可以將電流傳輸線526連接到較低的金屬水平。電介質(zhì)材料518可以是硅氧化物、硅氮化物(SiN)、硅氮氧化物(SiON)、聚酰亞胺或者它們的組合。導(dǎo)電線508、512，通路510、514、521，穩(wěn)定線516，電流傳輸線526和焊盤522優(yōu)選是銅，但是將理解，它們可以是其它材料，諸如鉭、鉭氮化物、銀、金、鋁、鉬或者其它合適的導(dǎo)電材料。在磁隧道器件500的制造期間，每個接連層順序地沉積或者以其它方式形成，每個磁隧道器件500可以利用半導(dǎo)體工業(yè)已知的任何技術(shù)通過選擇性沉積、光刻處理、蝕刻等來限定。在至少鐵磁傳感器502和固定區(qū)域504的沉積期間，提供磁場以設(shè)定優(yōu)選的各向異性易軸(誘導(dǎo)的內(nèi)稟各向異性)。所提供的磁場為磁矩矢量532、534產(chǎn)生優(yōu)選的各向異性易軸。除了內(nèi)稟各向異性之外，具有大于一的長寬比的感測元件可以具有形狀各向異性，形狀和內(nèi)稟各向異性的組合限定優(yōu)選與感測元件的長軸平行的易軸。該易軸也可以選擇為與參考磁化532成約30至90度角。在沒有磁通集中器的橋?qū)嵤├?，這優(yōu)選在約45度角。集成電路結(jié)構(gòu)500的側(cè)面530被切割以沿新側(cè)面630暴露接觸焊盤522、522’(見圖6)。集成電路500然后可以旋轉(zhuǎn)九十度以用于將側(cè)面630和接觸焊盤522、522’安裝到與圖4所示的印刷電路板類似的印刷電路板上。注意，圖1、2和4的包括圖5、6的MTJ 500的集成電路102可以安裝到另一集成電路而不是印刷電路板上，如對于這里在后面描述的第二示范性實施例所示的那樣。參照圖7，先前已知的電路板700包括第一集成電路702(諸如X-Y軸MTJ傳感器)、第二集成電路704 (諸如Z軸MTJ傳感器(垂直于電路板700安裝))、以及第三集成電路(諸如處理器芯片)。第三集成電路706通過跡線708耦接到第一集成電路706且通過跡線710耦接到第二集成電路。圖8示出根據(jù)集成電路600切割的第二集成電路704可以如何安裝到第三集成電路706上，由此簡化集成電路裝配并提供小封裝，消除垂直芯片對鍵接導(dǎo)線的需要，消除垂直芯片對90度焊接的需要，并使得垂直芯片能用焊盤對焊盤塊(bump)技術(shù)來焊接，該技術(shù)能采用比頭兩個選擇更小的焊盤和更小的焊盤間距。當(dāng)僅需要兩個芯片時，可以通過將垂直芯片直接焊接在另一芯片上而消除印刷電路板。此外，第一和第三集成電路可以單片組合到單個芯片上，第二垂直集成電路可以垂直安裝于其上。參照圖9，根據(jù)第二示范性實施例，集成電路(諸如先前參照圖5描述的MTJ傳感器500)具有與焊盤124同時沉積的穩(wěn)定線116。接觸焊盤122 —般是銅焊盤124的端子金屬，例如鋁。銅焊盤124可以例如通過通路128耦接到電流傳輸線126。結(jié)構(gòu)1000的側(cè)面830被切割以沿新側(cè)面1030暴露通路828、828’、828"(見圖10)。結(jié)構(gòu)1000然后可以旋 轉(zhuǎn)以將側(cè)面1030以及通路528、528’和528"置于印刷電路板或另一集成電路上。圖11是將集成電路垂直安裝于印刷電路板上的步驟的流程圖，包括在襯底上形成1102第一集成電路，該第一集成電路包括導(dǎo)電焊盤和導(dǎo)電通路中的至少一種且具有背對襯底的表面，且具有側(cè)面。該集成電路被切割1104以暴露導(dǎo)電焊盤的一部分(原始側(cè)面或新側(cè)面)。提供1106具有接觸點的電路板或第二集成電路且將集成電路安裝1108在電路板或第二集成電路上，其中暴露的導(dǎo)電焊盤或通路定位得與接觸點電接觸。雖然在前面的具體實施方式
中已經(jīng)給出了至少一個示范性實施例，但是應(yīng)意識至IJ，存在大量的變型。還應(yīng)意識到，示范性實施例僅是例子，無意以任何方式限制本發(fā)明的范圍、應(yīng)用或配置。而是，前面的具體實施方式
將向本領(lǐng)域技術(shù)人員提供實施示范性實施例的快捷路線圖，將理解，可以在功能和布置中進(jìn)行各種改變而不偏離所附權(quán)利要求及其法律等價物所闡述的本發(fā)明的范圍。
權(quán)利要求
1.一種將第一集成電路安裝于電路板或第二集成電路之一上的方法，該第一集成電路形成于襯底上且具有背對該襯底的表面和與該表面基本正交的側(cè)面，并包括耦接到電路且形成在電介質(zhì)材料中的導(dǎo)電元件，電路板或第二集成電路的所述之一包括接觸點，該方法包括 切割該第一集成電路以在該側(cè)面上暴露該導(dǎo)電元件；以及 通過將在該側(cè)面上暴露的該導(dǎo)電元件對準(zhǔn)以與該接觸點電接觸，將該第一集成電路安裝在電路板或第二集成電路的所述之一上。
2.如權(quán)利要求I所述的方法，其中該導(dǎo)電元件包括通路。
3.如權(quán)利要求I所述的方法，其中該導(dǎo)電元件是接觸焊盤。
4.如權(quán)利要求I所述的方法，還包括 將焊料置于每個該導(dǎo)電元件和該接觸點之間；以及 使該焊料回流。
5.如權(quán)利要求I所述的方法，其中該第一集成電路包括磁致電阻傳感器。
6.如權(quán)利要求I所述的方法，其中該第一集成電路包括多個磁隧道結(jié)器件。
7.如權(quán)利要求I所述的方法，還包括，在所述切割步驟之后且在該安裝步驟之前，將貴金屬鍍到暴露的所述導(dǎo)電元件上從而產(chǎn)生良好的表面能和免于氧化的穩(wěn)定性以用于最佳的焊料回流。
8.一種將第一集成電路安裝于電路板或第二集成電路之一上的方法，該第一集成電路包括多個電路元件，每個電路元件稱接到多個導(dǎo)電元件之一，該電路元件和導(dǎo)電元件形成在電介質(zhì)材料中，該電路板或該第二集成電路包括多個導(dǎo)電接觸點，該方法包括 在與襯底的平面正交的側(cè)面上切割該第一集成電路以暴露該導(dǎo)電元件的每個的至少一部分；以及 通過將該導(dǎo)電元件的所述暴露部分的每一個與所述多個導(dǎo)電接觸點之一對準(zhǔn)，將所述第一集成電路安裝在該電路板或該第二集成電路上。
9.如權(quán)利要求8所述的方法，其中每個該導(dǎo)電元件包括通路。
10.如權(quán)利要求8所述的方法，其中每個該導(dǎo)電元件是接觸焊盤。
11.如權(quán)利要求8所述的方法，其中該第一集成電路包括磁致電阻傳感器。
12.如權(quán)利要求8所述的方法，其中該第一集成電路包括多個磁隧道結(jié)器件。
13.如權(quán)利要求8所述的方法，還包括，在該切割步驟之后且在該安裝步驟之前 將貴金屬鍍到暴露的所述導(dǎo)電元件上從而產(chǎn)生良好的表面能和免于氧化的穩(wěn)定性以用于最佳的焊料回流。
14.一種電子電路,包括 印刷電路板或第一集成電路之一，其包括多個導(dǎo)電接觸點；以及 第二集成電路，包括 襯底； 電介質(zhì)材料，形成在該襯底上且具有背對該襯底的表面和與 該表面基本正交的側(cè)面； 多個電路元件，形成在該電介質(zhì)材料中； 多個導(dǎo)電元件，形成在該電介質(zhì)材料中，每個該導(dǎo)電元件耦接到該電路元件之一，其中該導(dǎo)電元件在該電介質(zhì)材料的所述側(cè)面處暴露，所述第二集成電路的側(cè)面安裝在該印刷電路板或該第一集成電路之一上，每一個該導(dǎo)電元件對準(zhǔn)且電耦接到該導(dǎo)電接觸點之一。
15.如權(quán)利要求14所述的電子電路，其中該導(dǎo)電元件包括 通路。
16.如權(quán)利要求14所述的電子電路，其中該導(dǎo)電元件包括 接觸焊盤。
17.如權(quán)利要求14所述的電子電路，其中該第二集成電路包括磁致電阻傳感器。
18.如權(quán)利要求14所述的電子電路，其中該多個電路元件中的每個都包括 磁場傳感器，包括 第一和第二電流傳輸線，形成在該電介質(zhì)材料中； 穩(wěn)定線，形成在該電介質(zhì)材料中； 第一磁隧道結(jié)感測元件，耦接在該第一和第二電流傳輸線之間，且鄰近該穩(wěn)定線；以及 磁場生成線，定位得鄰近該第一磁隧道結(jié)感測元件； 其中在該集成電路的側(cè)面上暴露的每個該導(dǎo)電元件耦接到該第一和第二電流傳輸線之一 O
19.如權(quán)利要求14所述的電子電路，其中該第一磁隧道結(jié)感測元件包括 磁隧道結(jié)元件的陣列。
20.如權(quán)利要求14所述的電子電路，還包括 第二、第三和第四磁隧道結(jié)感測元件，與該第一磁隧道結(jié)感測元件一起配置為惠斯通橋。
全文摘要
在電路板(300、700)或第二集成電路(706)上安裝第一集成電路(102、500、704)的方法，該第一集成電路(102、500、704)形成在襯底(104)之上且具有背對襯底(104)的表面(119)以及與表面(119)基本正交的側(cè)面(122、530、930)，并包括耦接到電路(102、500、704)且形成在電介質(zhì)材料(120、518)中的導(dǎo)電元件(116、117、118、522、524、526、528、528'、528")，該電路板或該第二集成電路包括接觸點(304、306、314)，該方法包括切割(1104)該第一集成電路以在側(cè)面(222、630、1030)上暴露導(dǎo)電元件(116、117、118、522、524、526、528、528'、528")，以及通過對準(zhǔn)暴露于該側(cè)面的導(dǎo)電元件以產(chǎn)生電接觸，將該第一集成電路安裝(1108)在電路板或第二集成電路上。
文檔編號H01L23/02GK102763215SQ201080063177
公開日2012年10月31日 申請日期2010年12月21日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月23日
發(fā)明者J·斯勞特, P·馬瑟 申請人:艾沃思賓技術(shù)公司