本公開內(nèi)容一般地涉及電路制造，并且更特別地涉及倒裝芯片接合和布局技術(shù)。

背景技術(shù)：

結(jié)合了倒裝芯片設(shè)計的實施方式的多芯片模塊越來越多地被用于各種各樣的應(yīng)用。在許多情況下，將既定的集成電路設(shè)計用于各種操作和/或功能是有利的。于是，可在制成的管芯中找得到的既定設(shè)計因此被結(jié)合于單個板件或多芯片模塊上。但是，出于各種制造方面的考慮，各種集成電路器件，并且更具體地，倒裝芯片器件，并非總是同時安裝于多芯片模塊內(nèi)的。例如，不同的倒裝芯片器件可能由不同的生產(chǎn)設(shè)備制造，并因此在不同的時間被添加到多芯片模塊。目前有能夠用來在不同的時間將管芯貼附于板件或模塊的多種技術(shù)，包括絲線接合、管芯粘貼膜及焊接。這樣的應(yīng)用常常被使用，但并非總是適合于所有應(yīng)用的。例如，在占用面積要求需要高效的集成電路(IC)基板面用法的情形中，絲線接合的解決方案可能并不適合。

焊料合金和漿料通常結(jié)合回流爐或箱來使用，以將管芯接合于板件。在一些情況下，使用任一種形式的焊料有益于將一個管芯接合于板件，例如，陶瓷板或基材板或者金屬引線框，因為一旦焊料在被從回流爐或箱中移出之后冷卻下來，可靠的接合就會形成。典型地，焊料合金或漿料在器件和板件被放入回流爐內(nèi)時將會流動，并且然后將會冷卻以將管芯接合于板件并(若需要)在器件與板件之間形成電連接。對于單管芯的情形，這種方法同樣是有益的，因為如果有故障，則管芯可以通過隨后在回流爐或箱內(nèi)使管芯和板件回流來去除。但是，這種工藝典型地需要在管芯之間以及在管芯的接合焊盤之間有足夠的空間，使得焊料在回流期間熔化時不會擴展而接觸到正被回流的當(dāng)前管芯或另一管芯的其他接合焊盤。

但是，使用焊料合金或漿料的另一個問題在于：在板件和另一個管芯被放入回流爐內(nèi)以將新的管芯接合于板件時，焊料將會熔化并回流。因此，在焊料正于回流爐或箱內(nèi)熔化以接合后續(xù)管芯時，粘接著原先已接合的管芯的鍵可能會失效。解決這個問題的一種方法已經(jīng)是：給第一管芯使用不同的金屬合金，使得接合管芯的金屬合金具有比使焊料合金回流所需的溫度高的回流溫度。為此已經(jīng)使用的兩種金屬包括鉛和金，因為它們具有較高的熔化溫度。但是，已知鉛會造成健康問題，而且并非總是合意的。另一方面，金是昂貴的，會推高產(chǎn)品成本。在管芯或板件上形成將會隨后被蝕刻掉并然后在回流期間被熔化的金層是對貴金屬的浪費，除非這樣的方法是必要的。因此，盡管焊料有其局限性，但通常也會被使用。

附圖說明

通過參照根據(jù)各種實施例的附圖，可以更好地理解本公開內(nèi)容，并且本領(lǐng)域技術(shù)人員會很清楚本公開內(nèi)容的眾多特征和優(yōu)點，在附圖中：

圖1是在第一倒裝芯片接合于電路板之前電路板和第一倒裝芯片的側(cè)視圖。

圖2是在第一倒裝芯片接合于電路板之前但在焊膏已經(jīng)被回流成合金之后電路板和第一倒裝芯片的側(cè)視圖。

圖3是在第一倒裝芯片接合于電路板之后且在焊膏已經(jīng)被回流成合金之后的電路板和第一倒裝芯片的側(cè)視圖。

圖4是在第一倒裝芯片接合于電路板之前電路板和第一倒裝芯片的側(cè)視圖。

圖5是在第一倒裝芯片接合于電路板之前但在焊膏已經(jīng)被回流成合金之后電路板和第一倒裝芯片的側(cè)視圖。

圖6是在第一倒裝芯片接合于電路板之后并且在焊料合金已經(jīng)與其他金屬一起被回流成合金之后的電路板和第一倒裝芯片的側(cè)視圖。

圖7是示出了根據(jù)一種實施例的安裝于板件或金屬引線框上的第一倒裝芯片的回流熱分布的溫度-時間曲線圖。

圖8是根據(jù)一種實施例的板件及安裝于其上的多個倒裝芯片的圖示。

圖9是根據(jù)一種實施例的板件及安裝于其上的多個倒裝芯片在后續(xù)回流以添加至少多一個倒裝芯片或管芯之后的圖示。

圖10是根據(jù)一種實施例的板件及安裝于其上的多個倒裝芯片在后續(xù)回流以添加至少多一個倒裝芯片或管芯之后的圖示。

圖11是示出根據(jù)一種實施例的用于接合倒裝芯片的方法的流程圖。

圖12是示出根據(jù)一種實施例的用于接合多個倒裝芯片的方法的流程圖。

圖13是示出根據(jù)一種實施例的用于接合多個倒裝芯片的方法的流程圖。

用于不同附圖中的相同附圖標記指示相似的或相同的項。除非另有說明，否則詞語“耦合的(coupled)”及其關(guān)聯(lián)的動詞形式包括通過本技術(shù)領(lǐng)域已知的方式進行的直接連接和間接電連接，并且除非另有說明，否則任何關(guān)于直接連接的描述都同樣隱含著使用間接電連接的合適形式的可替換實施例。

具體實施方式

圖1是在第一倒裝芯片接合于電路板之前電路板和第一倒裝芯片的側(cè)視圖。圖1示出了包含具有多個接合焊盤的硅管芯或倒裝芯片10的系統(tǒng)，每個接合焊盤都包含金屬層12。包含錫和銀的組合的焊膏14被沉積于包含金屬層12的接合焊盤之上。板件16包含進一步含有金屬層18和20的接合焊盤。管芯和板件的接合焊盤被形成為具有基本上相似的接合焊盤圖形。板件16可以按照任何已知的方式來構(gòu)造，并且可以包括例如陶瓷板或基材板。作為選擇，金屬引線框可以替代板件來使用。在下文中，在對板件、陶瓷板、基材板或金屬引線框的任何引用被使用的任何時候，都應(yīng)當(dāng)理解，其他支撐結(jié)構(gòu)元件中的任意一個(板件、陶瓷板、基材板或金屬引線框)都能夠可替換地使用?？蛇x地，焊劑(flux)22可以被施加于倒裝芯片或板件的接合焊盤的外金屬層，用于防止氧化。在此，焊劑22僅被示于板件16的接合焊盤上。

板件16的金屬層18和20包括至少一個可焊金屬層，例如，銀層、錫層或銅層。在所描述的實施例中，銀層18和銅層20在按照基本上與倒裝芯片10的接合焊盤圖形類似的圖形于板件16上創(chuàng)建接合焊盤之前使用。金屬層18和20還可以包含多個金屬或金屬合金層，例如，銅(Cu)、鎳(Ni)、錫(Sn)或銀(Ag)或者由兩種或更多種金屬形成的合金。倒裝芯片10可以包含兩個或更多個層，盡管在不算上示于14處的焊膏凸塊的情況下，在此僅示出一個層。雖然圖1只示出了在倒裝芯片10的接合焊盤上的一個層12以及在板件16的接合焊盤上的兩個層18和20，但是實施例并沒有受到限定并且管芯和板件可以包含另外的層。而且，另一個層可以是合金而不要求是單種元素或金屬。層12的金屬m1可以包括各種不同的金屬或金屬合金。在倒裝芯片10上的金屬層12在一種實施例中可以包括銀、錫和鎳的組合，盡管在所描述的實施例中使用了銀金屬層12。在一種可替換的實施例中，m1包括鎳。

如圖1所暗示的，倒裝芯片10將被貼附于板件16(更具體地，貼附于板件16的接合焊盤的層18)。焊膏被用來與倒裝芯片或板件的其他金屬混合以在回流期間將倒裝芯片接合于板件。但是，在此，在管芯和板件上的多個金屬層的金屬或金屬合金被選擇，使得它們在回流期間熔化或擴散以與焊膏14形成合金，從而具有比在初始金屬層的回流以產(chǎn)生合金期間使用的溫度高的后續(xù)回流溫度。在所描述的實施例中，金屬被選擇，使得即使焊料或焊膏被使用，金屬也將會熔化或擴散以與焊料混合，從而產(chǎn)生具有比對焊料進行回流所需的溫度高的回流溫度的合金。要對板件和一個或多個管芯進行“回流”，板件通常被放置于有規(guī)定的溫度分布的回流爐或箱內(nèi)達指定的時長。用于回流金屬的其他技術(shù)同樣可以用于可替換的過程中。在本文中，任何對箱或箱的引用都應(yīng)當(dāng)被理解為包括用于熔化或回流管芯和板件的金屬層的可替換技術(shù)。

圖2是在第一倒裝芯片接合于電路板之前，但在一般示于圖1的14處的焊膏已經(jīng)被回流成合金之后電路板和第一倒裝芯片的側(cè)視圖。圖2示出了包含具有每個都包含金屬層12的多個接合焊盤的硅管芯或倒裝芯片10的系統(tǒng)。之前沉積于金屬層12的接合焊盤上的包含錫和銀的組合的倒裝芯片的焊膏14已經(jīng)在低的回流溫度進行回流以產(chǎn)生合金24。圖2示出了用于對倒裝芯片進行倒裝芯片安裝的方法，該方法典型地包括：在將倒裝芯片安置于板件的接合焊盤之前，執(zhí)行初始的低溫回流以對錫/銀焊膏進行回流，從而促使?jié){料硬化成合金24(在此，為基于焊膏的組成的銀-錫合金)。在所描述的實施例中，該初始回流大約在230-235℃發(fā)生。在該溫度，錫/銀焊料將會熔化，但是銀(以及倒裝芯片10的其他金屬層，若存在)不會熔化。如上所述，倒裝芯片10包含含有至少一個金屬層的接合焊盤。因此，焊膏14在第一回流之前被沉積于倒裝芯片的接合焊盤上。在第一回流期間，所存在的任何焊劑及雜質(zhì)被燃燒掉，并且第一合金24自金屬漿料14形成而來。

圖3是在第一倒裝芯片接合于電路板之后且在焊膏已經(jīng)被回流成具有其他金屬的合金之后的電路板和第一倒裝芯片的側(cè)視圖。如同前面所提到的，板件包含具有與倒裝芯片的接合焊盤圖形類似的接合焊盤圖形的接合焊盤。在所描述的實施例中，板件的接合焊盤包含多個金屬層。隨后，在具有已經(jīng)形成于其上的第一合金24的倒裝芯片10被倒裝芯片安裝于板件上之后，板件和倒裝芯片的第二回流隨后在第二回流溫度執(zhí)行，以在倒裝芯片的多個接合焊盤層(現(xiàn)在包含錫/銀(Sn/Ag)金屬層24)的每個層與板件的接合芯片的金屬層之間形成第二合金26，如圖3所示。

在所描述的實施例中，第二熔化溫度為大約250℃。由第二回流形成的第二合金26具有比第二回流溫度高的熔化溫度(如，260℃)。在所描述的實施例中，第二合金26的熔化溫度高于第二回流溫度，并且可以比用來產(chǎn)生第二合金26的第二回流溫度高至少10℃。例如，取決于被使用的金屬和金屬組合之比，合金26的熔化溫度將會大于260℃并且可以為大約270℃?？梢钥闯觯诙辖?6與倒裝芯片10和板件16的層12、18和20的一些部分混合在一起。因為典型的回流溫度為大約260℃，該溫度比合金26的熔化溫度低，所以合金26在后續(xù)的回流過程中不會完全熔化。對于本例，合金26具有來自層12、18和20的金屬，但是這并不是必需的。最低程度下，合金26具有層12、18和20中的至少一種金屬。

圖4是在第一倒裝芯片接合于電路板之前電路板和第一倒裝芯片的側(cè)視圖。圖4示出了包含具有包含多個金屬層(即，金屬層12、28和30)的多個接合焊盤的倒裝芯片10的系統(tǒng)。金屬層12包含銀。在所描述的實施例中，金屬層28包含鎳，而金屬層30包含鈦。包含錫和銀的組合的焊膏14被沉積于倒裝芯片10的接合焊盤的金屬層12之上。

板件16包含還含有金屬層18和20的接合焊盤。金屬層18和20分別包含銀和銅，像圖1的實例那樣。包含倒裝芯片10的金屬層12、28和30以及板件16的金屬層18和20的接合焊盤圖形基本上相似。板件16可以按照任何已知的方式來構(gòu)造，并且可以包括例如陶瓷板或基材板。作為選擇，金屬引線框可以替代板件板件來使用?？蛇x地，焊劑22可以被施加于倒裝芯片或板件的接合焊盤的外金屬層，用于防止氧化。在此，焊劑22僅被示于板件16的接合焊盤上。

板件16的金屬層18和20包含至少一個可焊金屬層，例如，銀層、錫層或銅層。在所描述的實施例中，銀層18和銅層20在蝕刻之前被使用，以按照基本上與倒裝芯片10的接合焊盤圖形類似的圖形來創(chuàng)建接合焊盤。金屬層18和20可以包含多個金屬或金屬合金層，例如，銅、鎳、錫或銀，或者由兩種或更多種金屬形成的合金。在倒裝芯片上的金屬層12、28和30在一種實施例中可以包含銀、錫和鎳的組合。在所描述的實施例中，金屬層12、28和30分別包含銀層、鎳層和鈦層。

雖然圖4示出了在倒裝芯片10上的三個金屬層12、28和30以及在板件16上的兩個層18和20，但是實施例并沒有受到限定并且管芯和板件可以包含額外的層或數(shù)量更少的層。而且，任何一個層都可以是合金，并且不要求是單種元素或金屬，如同本文關(guān)于圖4所描述的。

如同在圖4中所建議的，倒裝芯片10應(yīng)當(dāng)貼附于板件16(更具體地，貼附于板件16的接合焊盤的層18)。焊膏被用來與倒裝芯片或板件的其他金屬混合，以將倒裝芯片的接合焊盤接合于板件接合焊盤。但是，在此，在管芯和板件上的多個金屬層的金屬或金屬合金被選擇，使得它們在回流期間熔化或擴散以與焊膏14形成合金，該合金具有比在初始金屬層的回流以產(chǎn)生合金24期間使用的溫度高的后續(xù)熔化溫度(如圖5所示)。在所描述的實施例中，金屬被選擇，使得即使焊料或焊膏14被用來產(chǎn)生合金24，金屬也將會熔化或擴散以與焊料合金24混合，從而產(chǎn)生具有比熔化焊料所需的溫度高的熔化溫度的合金。

圖5是在第一倒裝芯片接合于電路板之前但在焊膏已經(jīng)被回流成合金之后電路板和第一倒裝芯片的側(cè)視圖。圖5示出了包含具有包含金屬層12、28和30的多個接合焊盤的硅管芯或倒裝芯片10的系統(tǒng)。包含之前已經(jīng)沉積于金屬層12的接合焊盤上的錫和銀的組合的焊膏14已經(jīng)在低的回流溫度進行回流以產(chǎn)生合金24，如圖5所示。圖5示出了用于對倒裝芯片進行倒裝芯片安裝的方法，該方法典型地包括在將倒裝芯片安置于板件的接合焊盤之前執(zhí)行初始的低溫回流以對錫/銀焊膏進行回流，從而促使?jié){料硬化成合金24(在此，為基于焊膏的組成的銀-錫合金)。

在所描述的實施例中，這種用于產(chǎn)生銀/錫合金的初始回流大約在230-235℃發(fā)生。如上所述，倒裝芯片10包含含有至少一個金屬層的接合焊盤，盡管在此示出了三個金屬層。因此，焊膏14在第一回流之前被沉積于倒裝芯片的接合焊盤上。在第一回流期間，所存在的任何焊劑及雜質(zhì)都被燃燒掉，并且第一合金24由金屬漿料14形成，但是金屬層12、28和30中沒有一個會熔化，因為該第一回流溫度在層12、28-30和18-20的回流溫度以下。

圖6是在第一倒裝芯片接合于電路板之后并且在焊料合金已經(jīng)與其他金屬一起被回流成合金之后的電路板和第一倒裝芯片的側(cè)視圖。同樣還提到了，板件包含具有與倒裝芯片10的接合焊盤圖形相似的接合焊盤圖形的連接點或接合焊盤。在所描述的實施例中，倒裝芯片10和板件16的接合焊盤每個都包含多個金屬層。隨后，在具有已經(jīng)形成于其上的第一合金24的倒裝芯片10被倒裝芯片安裝于板件上之后，板件和倒裝芯片的第二溫度回流隨后在第二回流溫度執(zhí)行，以在倒裝芯片的接合焊盤層(現(xiàn)在包含Sn/Ag金屬層24)的多個層中的至少一個層與板件16的接合焊盤的多個層之間形成第二合金32。

在所描述的實施例中，第二熔化溫度為大約250℃。由第二回流形成的第二合金32具有比第二回流溫度高的熔化溫度。在所描述的實施例中，第二合金32的熔化溫度比用來產(chǎn)生第二合金32的第二回流溫度高至少10℃。例如，取決于被使用的金屬和金屬組合之比，合金32的熔化溫度可以為大約270℃(該溫度高出大約10-20℃)。

第二合金32包含來自倒裝芯片和板件兩者的金屬。圖6的實施例的一個方面在于，第二合金在第二回流期間產(chǎn)生，由于在之前的回流過程中形成的合金的更高的熔化溫度，沒有使先前已在之前的回流過程中接合的任何管芯的金屬和合金層完全熔化或進行回流。

本發(fā)明的各種實施例的一個方面在于：用來將倒裝芯片的接合焊盤接合于板件的接合焊盤的合金凸塊被形成，具有比最初產(chǎn)生合金的回流溫度高的后續(xù)熔化溫度。另一個方面在于：合金的金屬組成不僅基于用于倒裝芯片和板件的接合焊盤的金屬層，而且基于它們的相對厚度以及回流過程的持續(xù)時間。用于回流的溫度分布定義了溫度和時段兩者。隨著溫度分布的時段增加，熔化和擴散的金屬層的數(shù)量和量也增加，由此增加在合金32內(nèi)的金屬的數(shù)量或者改變在所產(chǎn)生的合金32內(nèi)的金屬之比。應(yīng)當(dāng)指出，因為金屬之比可以根據(jù)初始的金屬層厚度而逐漸改變，并且還基于用于產(chǎn)生合金的回流過程的總時長，所以所產(chǎn)生的合金可以不是均質(zhì)的，這意味著可以產(chǎn)生金屬間合金，而不是均質(zhì)合金(整個合金的恒定比例)。因此，應(yīng)當(dāng)理解，術(shù)語“金屬間”可以代替合金來使用更為合適，這取決于回流的結(jié)果。影響該結(jié)果的兩種因素包括回流持續(xù)時間以及相對的層厚和構(gòu)造。這里關(guān)于合金的所有討論都應(yīng)當(dāng)被理解為對金屬間合金的引用并且在適當(dāng)?shù)那闆r下包括金屬間合金。

繼續(xù)參照圖6，如果回流進行最短的時間，則合金32可以由銀和錫組成。隨著回流時段根據(jù)回流分布而延長，額外的金屬會熔化以變成合金32的一部分。例如，在增加的回流時段下，合金32可以包含鎳以及銀和錫。在增加到更大的回流時段下，合金32還可以包含鈦(在所描述的實施例中來自倒裝芯片，和/或來自板件的銅)。所產(chǎn)生的合金凸塊的回流特性可以根據(jù)合金內(nèi)的金屬而改變。因此，回流溫度分布以及(溫度和持續(xù)時間)會影響到合金內(nèi)有什么金屬，并可能影響到在后續(xù)的回流期間的熔化溫度。但是，在所有情況下，所產(chǎn)生的金屬的熔化溫度高于在為了熔化金屬以產(chǎn)生合金的回流期間使用的溫度。

在一種所描述的實施例中，用于倒裝芯片的各種接合焊盤金屬層的厚度如下：

鈦：1.15kA(但是這能夠被大幅度改變)。

鎳：0.2kA(較厚的層可以用于較高溫度的應(yīng)用，或者如果厚的錫層被使用)。

銀：4kA(能夠在1kA-12kA間變動)

錫：2kA–36kA。

銀-錫比可以基于應(yīng)用來調(diào)整。例如，如果表面是粗糙或多孔的，則為了對于板件的額外浸潤并幫助縮小空隙而增加錫合金。增加銀會增大對鎳的保護。但是，過多的銀會限制待形成的NiSn金屬間化合物的量，并且因此能夠降低管芯的剪切強度以及倒裝芯片的一致性。一般地，較高厚度的錫用于浸潤的目的，但如果厚度過高，會出現(xiàn)制造問題。在一個具體的實施例中，錫層為22kA-26kA厚。

上述金屬及相關(guān)的厚度的優(yōu)點和好處在于：銀和錫對空隙量最小的板件的可焊表面的浸潤較好，快速地形成所產(chǎn)生的合金或金屬間化合物，這會限制橫過板件的銀和錫的流動。此外，金屬的熔化溫度會快速上升到回流溫度以上，用于防止未來在后續(xù)的回流期間熔化。因而，當(dāng)其他器件被安裝于板件并被回流時，倒裝芯片將會在后續(xù)的回流期間留在原地。

取決于在回流期間使用的相對的金屬層厚度和溫度分布，來自板件的銅同樣可以被熔化以變成在回流期間產(chǎn)生的合金的一部分。這會增強接合，以提供強的管芯粘接，并且會使所產(chǎn)生的合金中的鎳和錫之比的量降低。還應(yīng)當(dāng)注意，在鎳和錫之間的銀會阻礙錫與鎳之間的擴散，并限制鎳/錫合金，這因此允許在倒裝芯片和板件的接合焊盤之間產(chǎn)生更強的倒裝芯片接合。

可得出類似結(jié)果的可替換的金屬(純金屬和合金)層組合包括：

Ti/Ni/Cu/Ag/AgSn；

Ti/Ni/Cu/Sn；

Ti/Cu/Ag/AgSn；

Ti/Cu/Ag/Sn；

Ti/Cu/AgSn；以及

Ti/Cu/Sn。

各種實施例都會增加用于將倒裝芯片或管芯接合焊盤接合于板件接合焊盤的焊料結(jié)或合金的熔化溫度。一般地，該結(jié)構(gòu)包含在包括鈦、鎳和銀層的層狀接合焊盤之上的銀/錫的管芯或倒裝芯片可焊表面。銀/錫將倒裝芯片接合于板件的可焊表面。在一種實施例中，板件的可焊表面包含銀。作為選擇，可焊表面包含銅。在又一種實施例中，可焊表面包含銀和銅二者。

關(guān)于銀/錫合金的使用，銀/錫合金典型地具有≤6.5Wt％(重量百分比)的銀的組成、在倒裝芯片器件內(nèi)的一個(至少一個)層，以浸潤可焊表面，而沒有使用額外的焊膏或預(yù)制件(preform)。一般地，該過程包括將銀/錫焊膏或純錫施加于可焊表面，例如，鈦/鎳/銀，使得銀/錫的最終組成為≤6.5Wt％的銀。在這樣的組成下，用于將漿料轉(zhuǎn)化成合金的熔化溫度為230-250℃。在一個具體的實施例中，在233-235℃的范圍內(nèi)的溫度操作的回流爐或箱被用來熔化漿料以形成第一合金。

在大約250-260℃的后續(xù)回流期間，鈦/鎳/銀/銀-錫的可焊表面將會熔化以將管芯或倒裝芯片接合于板件的可焊表面，并且產(chǎn)生在用來將額外的管芯貼附于板件的后續(xù)回流過程中將不會完全熔化的新合金。銀/錫的金屬間化合物由銀-錫的頂層或者錫連同其他所描述的金屬層一起形成，在后續(xù)的回流曲線下不會完全熔化。

圖7是示出根據(jù)一種實施例的安裝于板件或金屬引線框上的第一倒裝芯片的回流熱分布的溫度-時間曲線圖?，F(xiàn)在參照圖7，該圖示出了可識別出代表在根據(jù)一種實施例的過程中使用的各種熱階段的五個時間段p1-p5的回流熱分布曲線圖。可以看出，時段p1代表將回流爐進行預(yù)熱到預(yù)熱溫度的加熱升溫。時段p2代表在典型的回流過程中使用的預(yù)熱時段。時段p3代表到回流溫度的加熱升溫。時段p4代表回流溫度被保持的持續(xù)時間。時段p5反映了可允許合金硬化的冷卻時段。

典型地，在現(xiàn)有技術(shù)的應(yīng)用中，回流溫度在給定傳統(tǒng)的焊料元素的情況下并沒有被維持達任意顯著長的持續(xù)時間(這些焊料元素被用來使引線和器件相互接合或者將它們接合于印刷電路板)，因為它們在達到回流溫度之前或當(dāng)時會熔化。但是，在本申請，回流溫度被保持至少直到達到時間t1。時間t1是熔化多種金屬或使其擴散以形成合金并產(chǎn)生接合所需的時間量。該時間t1是關(guān)于什么金屬正被熔化以及金屬層的相對厚度的函數(shù)。而且，如同關(guān)于之前的附圖所描述的，多個金屬層可以被用于管芯或板件的至少一個上。

如果回流溫度被保持超過時間t1至?xí)r間t2，則額外的合金可以由沉積于管芯或板件上的額外金屬層形成。因此，在時間t2之后不久，代表冷卻期的時段5開始。如同前面所描述的，由回流溫度在時間t1和t2形成的合金具有比時段p4的回流溫度高的后續(xù)的熔化溫度。圖7所代表的過程是用于第一管芯或者在同一回流中正被接合于板件的多個管芯或倒裝芯片的回流過程。后續(xù)的回流可以使用相同的或相似的熱分布，盡管特性會依據(jù)設(shè)計要求而改變。

圖8是根據(jù)一種實施例的板件及安裝于其上的多個倒裝芯片的圖示?？梢园ɑ陌?、陶瓷板或金屬引線框的板件40包含多個接合焊盤器件圖形42a-c。每個接合焊盤器件圖形42a-c都具有與要于其上安裝和接合的管芯或倒裝芯片的接合焊盤圖形基本上相似的接合焊盤圖形。更具體地，接合焊盤器件圖形42a和42b被調(diào)整大小并被配置用于接收更小的管芯或倒裝芯片，如行44a、44b和44c所示，而接合焊盤器件圖形42c被調(diào)整大小并被配置用于接收較大的管芯或倒裝芯片，如行44d所示。

安裝于板件40上的倒裝芯片或管芯在根據(jù)一個或多個所描述的實施例來安裝和接合時可以分離開很小的空間，大體如46處所示。相比之下，如果使用不會產(chǎn)生具有較高的熔化溫度的合金的焊料，則如48處所示的相當(dāng)大的分離是需要的，因為在回流和/或后續(xù)的回流期間，焊料將會熔化并且可以流動而在接近的接合焊盤或器件之間產(chǎn)生短路。因為本文所描述的過程不會像在標準焊料熔化溫度的傳統(tǒng)焊料那樣流動，所以針對這些實施例描述過的過程和結(jié)構(gòu)在將來可以用于很小尺寸的應(yīng)用。

形成于集成電路內(nèi)的晶體管的數(shù)量不斷增加。同時，集成電路器件的尺寸正在顯著縮小。芯片制造商一直依靠晶體管尺寸的持續(xù)縮小來實現(xiàn)晶體管數(shù)的指數(shù)增長，但是已知的用于接合管芯的技術(shù)會限制未來的縮小。例如，部分最新型的晶體管只有幾個原子的厚度，并且因此，集成電路管芯的尺寸將會隨著晶體管的縮小而縮小。雖然當(dāng)前的器件現(xiàn)在小到了100微米(百萬分之一米)，但是可以相信，未來的器件可以小到5-15皮米(pico-meters)寬。因此，在未來，人們會開發(fā)出小到人眼很難看見的整體集成電路。無論這樣的規(guī)模是否可實際達到，應(yīng)當(dāng)肯定的是，當(dāng)前縮小器件尺寸的趨勢將會進行到當(dāng)前用于接合器件的技術(shù)應(yīng)當(dāng)必須要修改的點。這樣的集成電路或微管芯將必須被接合于主平臺，例如，基板或陶瓷板或者具有連接點或接合焊盤的其他類型的封裝。

該水平的集成將會由于構(gòu)件的極小尺寸而難以實現(xiàn)?？赡軣o法按照當(dāng)前制造工藝所允許的方式單獨對微電子的小構(gòu)件圖形化。雖然當(dāng)前的集成電路能夠具有幾乎任意圖形，但是這些微電子器件布局會受到物理處理局限的驅(qū)動。本實施例的一個方面在于：用于接合的焊料不會流動而在相鄰的接合焊盤或連接點、引線或節(jié)點之間產(chǎn)生短路。因此，反過來參照圖8，接合焊盤圖形的布局允許具有最小空間(例如，如46處所示)的，而不是更多可觀空間(例如，如48處所示)的個體管芯或倒裝芯片的緊密布局，因為在接近的器件與接合焊盤之間產(chǎn)生短路的焊料流不是問題。此外，應(yīng)當(dāng)理解，圖8的實施例可以代表今天正在制造的此類微電路以及倒裝芯片器件。

圖9是根據(jù)一種實施例的板件及安裝于其上的多個倒裝芯片在后續(xù)回流以添加至少多一個倒裝芯片或管芯之后的圖示。圖9主要示出：即使在用于添加至少一個器件、倒裝芯片或管芯的后續(xù)回流的情況下，所描述的實施例也允許器件被添加并進行回流以產(chǎn)生接合，而不破壞現(xiàn)有的接合或者在接近的接合焊盤和/或器件之間產(chǎn)生短路?？梢钥闯?，更小的管芯或倒裝芯片被添加給示于44b處的器件行，并且較大的管芯或倒裝芯片被添加給示于44d的器件行。應(yīng)當(dāng)指出，管芯可以被添加于板件的兩側(cè)。這里為了簡單起見僅示出一側(cè)。這適用于所有實施例。而且，本文所描述的實施例可以用于包含在兩側(cè)都有接合焊盤的堆疊式管芯的多芯片模塊。

圖10是根據(jù)一種實施例的板件及安裝于其上的多個倒裝芯片在后續(xù)回流以添加至少一個其他倒裝芯片或管芯之后的圖示。圖10主要示出了：即使在用于添加至少一個器件、倒裝芯片或管芯的后續(xù)回流(例如，第三回流)的情況下，所描述的實施例也允許器件被添加并進行回流以產(chǎn)生接合，而不破壞現(xiàn)有的接合或者在接近的接合焊盤和/或器件之間產(chǎn)生短路?？梢钥闯?，在兩個后續(xù)的回流中，更小的倒裝芯片被添加于44b和44c處所示的器件行，并且較大的倒裝芯片被添加于44d處所示的器件行。在所有管芯或倒裝芯片之間的空間46顯著小于空間48，該空間48是如果在每次回流中都會熔化的常規(guī)焊錫被使用則會需要的空間。應(yīng)當(dāng)理解，由于所產(chǎn)生的具有較高熔化溫度的合金的好處，因而在接合焊盤之間的空間也會減小。

圖11是示出根據(jù)一種實施例的用于接合管芯的方法的流程圖。圖11的方法開始于在晶圓形式的管芯上形成至少一個金屬層(102)。其后，該至少一個金屬層被蝕刻以形成接合焊盤(104)。在接合焊盤形成于管芯上之后，管芯被倒裝芯片安裝于具有多個匹配的接合焊盤的板件上(106)。在所描述的實施例中，板件是可焊板件?？珊赴寮梢园ㄓ糜诠潭ɑ蜻B接電子器件的任何類型的已知板件，包括陶瓷板和基材板或金屬引線框。在一種實施例中，被用來產(chǎn)生板件的接合焊盤的可焊板件的金屬層是可焊金屬層，例如，錫或銅。在所公開的實施例中，板件包含形成于一個表面上的兩個金屬層，而管芯包含至少一個可焊金屬層。管芯被安置于板件上，使得板件和第一管芯的外金屬層彼此接觸。

其后，該方法包括在第一回流溫度執(zhí)行第一溫度的回流，以燃燒掉焊劑和雜質(zhì)中的至少一種，并且由金屬漿料中形成第一合金，如果漿料被使用(108)。其后，該方法包括在板件和管芯的第二回流溫度執(zhí)行第二溫度的回流，以在焊膏被使用時，在管芯和板件的接合焊盤的多個金屬層中的每個金屬層與在第一回流期間產(chǎn)生的第一合金之間形成第二合金(110)。

用于這些回流的溫度分布可以包括到規(guī)定溫度的溫度上升和開始冷卻時段，或者到期望溫度的上升并然后在足以允許金屬層進行回流的指定的時段或持續(xù)時間內(nèi)維持該溫度或溫度范圍，以產(chǎn)生至少一種合金。本文對溫度分布的引用包括用來熔化管芯和板件金屬層以產(chǎn)生期望的合金和/或金屬間化合物的溫度和時間的任意組合。該方法可選地包括在一種合金已經(jīng)產(chǎn)生之后根據(jù)第二溫度分布繼續(xù)進行回流(例如，在第一回流溫度分布進行達第二時段)，以繼續(xù)對第一管芯以及管芯和板件的一個或多個金屬層進行回流，從而形成第三合金(112)。

在第一回流過程結(jié)束并且任何所形成的合金已經(jīng)冷卻并硬化之后，該方法包括將第二管芯或倒裝芯片(或者多個第二管芯或倒裝芯片)安置于可焊板件上，并且將具有第一及第二管芯的板件放置于回流爐或烤爐內(nèi)(112)。其后，第二管芯和板件金屬層根據(jù)第三回流溫度分布進行回流，而沒有使在第一回流過程中產(chǎn)生的第一管芯和板件的任何合金金屬完全發(fā)生回流。第二管芯和板件的金屬層被回流以形成用于第二管芯和板件的第四合金(114)。最后，該方法可任選地包括根據(jù)第四溫度分布繼續(xù)對第二管芯和板件的金屬層進行回流以形成用于第二管芯的第五合金(116)。應(yīng)當(dāng)理解，第一、第二、第三及第四溫度分布可以是近似的也可以是不同的。同樣地，所產(chǎn)生的第二、第三、第四及第五合金和/或金屬間化合物基于溫度分布和金屬層組成，并因此可以是相似的或不同的。

圖12是示出根據(jù)一種實施例的用于接合多個管芯的方法的流程圖。該方法開始于在沒有于管芯之間留下空間讓熔化的金屬流動的情況下將第一多個管芯倒裝芯片安裝于被蝕刻于板件或金屬引線框上的多個接合焊盤上(120)。其后，該方法包括執(zhí)行多次回流以產(chǎn)生含有來自管芯和板件兩者的接合焊盤金屬層的金屬元素的多種合金(122)。隨后，該方法包括將第二多個管芯倒裝芯片安裝于被蝕刻于板件或金屬引線框上的第二多個接合焊盤上，而在管芯之間沒有留下讓熔化金屬流動的空間(124)。最后，該方法結(jié)束于：執(zhí)行多次回流以產(chǎn)生含有來自管芯和板件兩者的接合焊盤金屬層的金屬元素的多種合金(126)。

圖12所示的方法的一個方面在于：熔化并從其接合焊盤中流走的焊料不是關(guān)于根據(jù)各種實施例的管芯或倒裝芯片安裝和接合而執(zhí)行的回流的問題。因此，個體管芯/倒裝芯片可以被排列并被安置得非常接近。

圖13是示出根據(jù)一種實施例的用于接合多個芯片的方法的流程圖。該方法開始于：將第一管芯倒裝芯片安裝于板件接觸焊盤上(102)并且將第一管芯和板件放置于回流爐或烤爐內(nèi)(104)。其后，該方法包括根據(jù)第一回流溫度分布對第一管芯以及可焊板件金屬層進行回流，以形成第一合金(106)。該第一回流典型地用于燃燒掉雜質(zhì)和焊劑，并且用于由焊膏形成出合金，如果焊膏正被用于該過程。

其后，該方法繼續(xù)進行：根據(jù)第二回流溫度分布進行回流，以繼續(xù)對第一管芯進行回流，從而形成第二合金(108)。該第二合金包含來自管芯接合焊盤金屬層和/或焊膏的至少一種金屬以及來自可焊板件接合焊盤金屬層的至少一種金屬。其后，該方法包括繼續(xù)對第一管芯和板件進行回流，以形成第三合金(110)。

在所描述的實施例中，至少三種金屬被用于該過程中。在第二回流中，至少一種金屬熔化以形成包含來自別的層的擴散金屬的第二合金。通過繼續(xù)對倒裝芯片/管芯和板件進行回流，第三金屬熔化并與第一及第二金屬混合，以形成包含至少三種金屬的第三合金。在該過程完成并且合金被允許冷卻并硬化之后，該方法包括將第二管芯倒裝芯片安裝于具有多個金屬層的板件接合焊盤上(112)，并且將第二管芯和具有已接合的第一管芯的板件兩者放置于回流爐或烤爐內(nèi)(114)，根據(jù)第四回流溫度分布在沒有使第一管芯完全回流的情況下對第二管芯進行回流以形成第四合金(116)。如同第一合金那樣，如果在該過程中使用焊膏的話，則這里形成的第四合金來自焊膏。其后，該方法包括根據(jù)第五回流溫度分布進行回流，以在沒有使第一管芯回流的情況下對第二管芯進行回流，從而形成第五合金(118)，類似于第二合金。最后，該方法包括可選地繼續(xù)進行回流，以形成第六合金(120)。

以上關(guān)于附圖的討論和描述涉及將管芯或倒裝芯片的接合焊盤粘接于板件的接合焊盤。以上所公開的主題應(yīng)當(dāng)被認為是說明性的，而不是限制性的，并且所附的權(quán)利要求書意指覆蓋屬于本權(quán)利要求書的真實范圍之內(nèi)的所有此類修改、改進及其他實施例。

例如，根據(jù)所公開的裝置和方法的一個方面，板件接合焊盤包含銅。

根據(jù)另一個方面，第一管芯的多個接合焊盤的至少兩個金屬層包括鈦層。

根據(jù)又一個方面，合金包括錫、銀和銅的合金或者錫和銀的合金中的一種。

因而，在法律允許的最大范圍內(nèi)，本發(fā)明的范圍應(yīng)當(dāng)由關(guān)于后面的權(quán)利要求書及其等同形式的最寬泛的可行解釋來確定，并且不應(yīng)受以上的詳細描述所制約或限定。