專利名稱：具有彈性觸點(diǎn)的倒裝片型連接的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電學(xué)領(lǐng)域中用于對(duì)準(zhǔn)部件的安裝結(jié)構(gòu)，特別是具有彈性觸點(diǎn)的自對(duì)準(zhǔn)可拆除倒裝片型連接。
電子領(lǐng)域技術(shù)的發(fā)展導(dǎo)致了需要更快和更小型化的系統(tǒng)。在許多應(yīng)用中，小型化結(jié)構(gòu)及低重量是其自身的要求。技術(shù)發(fā)展還趨向于包括越來(lái)越多元件的復(fù)雜系統(tǒng)，因此需要彼此間的聯(lián)系。為了新系統(tǒng)滿足不同元件間快速訪問(wèn)的需要，系統(tǒng)的不同元件間的通道長(zhǎng)度必須保持在一定范圍內(nèi)。在系統(tǒng)復(fù)雜性增長(zhǎng)時(shí)，其通道長(zhǎng)度也增長(zhǎng)。為了不超過(guò)這些元件間的最大允許距離，這些元件被制造得越來(lái)越小，并且也封裝得越來(lái)越密。所以，開(kāi)發(fā)出了多芯片組件，使得未包封的集成電路IC的非常致密封裝成為可能。
在將IC芯片安裝于不同基片上時(shí)，必須滿足幾個(gè)要求。它們是提高電性能；可靠的觸點(diǎn)；機(jī)械疲勞性；可拆芯片組裝；及冷卻。
通過(guò)用焊料凸點(diǎn)和可能的微凸點(diǎn)替代引線焊點(diǎn)，可以提高電性能。利用倒裝片技術(shù)的問(wèn)題在于，在設(shè)置芯片時(shí)，除通過(guò)間接裝置外，看不見(jiàn)和不能控制對(duì)準(zhǔn)。由于對(duì)準(zhǔn)問(wèn)題，限制了小型化程度。
另一問(wèn)題是，如果這種結(jié)合是永久性金屬與金屬觸點(diǎn)的結(jié)合、焊接、利用金屬凸點(diǎn)的永久性壓力接觸或與收縮粘合劑結(jié)合的顆粒，則可以得到可靠觸點(diǎn)。
另一問(wèn)題是，鍵合金屬絲，盡管它們具有滿足機(jī)械疲勞特性的能力，但不能得到最佳頻率性能。關(guān)于倒裝片，只具有部分解決方案。不同的焊料組分可以實(shí)現(xiàn)一些彈性或耐久性。填充IC和基片間剩余空間的粘合劑使作用力均勻，釋放了凸點(diǎn)和芯片上凸點(diǎn)的應(yīng)變。另外，選擇熱膨脹系數(shù)接近半導(dǎo)體材料的基片材料，基本上是有幫助的，但對(duì)于其它系統(tǒng)需要來(lái)說(shuō)可能證明成本高且不兼容。上述應(yīng)變減小的方案使得拆卸變得尤其困難?？梢宰C明脫焊對(duì)系統(tǒng)的其余部件是危險(xiǎn)的。
通過(guò)利用根據(jù)基片和應(yīng)用選擇的共晶焊料、銀環(huán)氧或其它粘合劑將芯片背面向下固定，安裝常規(guī)芯片。芯片固定后，利用引線鍵合進(jìn)行電連接。從早期只固定于用于單芯片包封的特定載體或引線框上發(fā)展到了在例如多芯片組件MCM/混合型的較大組件上安裝芯片，甚至直接安裝到基板上。尤其是對(duì)于基板來(lái)說(shuō)，問(wèn)題在于芯片和基板間的熱膨脹系數(shù)失配。在許多情況下，可利有足夠貼合性的的粘合劑可接受地解決此問(wèn)題。在用金屬絲進(jìn)行電連接時(shí)，可以控制熱運(yùn)動(dòng)。在芯片上焊盤間距比基片上尤其是對(duì)于基板來(lái)說(shuō)可以得到的間距細(xì)許多倍時(shí)，金屬絲還可用于實(shí)現(xiàn)實(shí)際扇出的目的。然而，還認(rèn)識(shí)到利用金屬絲連接芯片產(chǎn)生了額外的電感，在許多情況限制了有效系統(tǒng)性能。另外，在以金屬絲到金屬絲為基礎(chǔ)操作時(shí)，具有許多連接絲鍵合的芯片將變得昂貴。
所以，開(kāi)發(fā)了一些替代的芯片連接方案。一個(gè)方案是利用由一種膜支撐的預(yù)成形導(dǎo)電通道，它們同時(shí)固定于所有芯片焊盤上，稱為自動(dòng)載帶焊，TAB。這不一定會(huì)增大電感，除非地平面包括在該膜結(jié)構(gòu)中。
另一主要方案是利用所謂的倒裝片連接。這里，芯片直接連接到基片上，焊盤側(cè)面對(duì)基片。這是通過(guò)利用焊料凸點(diǎn)或?qū)щ娬澈蟿?shí)現(xiàn)的，這會(huì)將芯片焊盤永久性固定于基片焊盤上。
另外，利用例如電解淀積制造固態(tài)凸點(diǎn)。然后將芯片設(shè)置于芯片將安裝的位置處，在此之前或之后任何一種情況下，在芯片和基片間注入固化時(shí)具有收縮性的有機(jī)粘合劑。所以，芯片和基片彼此相互壓住，在凸點(diǎn)和配對(duì)的焊盤間形成電接觸。這使得電感很小，但需要基片具有與芯片焊盤間距相同的分辨率。
改變只較低程度加工的焊料，或利用填料，例如，在整個(gè)芯片和基片間注入可固化樹(shù)脂，分散熱不匹配造成的應(yīng)力，從而解除凸點(diǎn)部分的應(yīng)變，可以解決熱導(dǎo)致的疲勞現(xiàn)象。然而，這會(huì)在芯片造成新的可能有害的應(yīng)變。
由于倒裝片不需要象金屬絲焊和基本的TAB那樣的設(shè)置于芯片外圍的焊盤，所以在該區(qū)域上分布焊盤，使同等量的焊盤具有更大的空間，可以解決扇出問(wèn)題。這需要特殊加工的芯片。另外，由于焊料凸點(diǎn)的彈性不是很高，所以基板(/基片)和芯片間的熱膨脹系數(shù)差會(huì)導(dǎo)致焊點(diǎn)的疲勞和/或?qū)π酒斐蓳p傷。
倒裝片的另一問(wèn)題是在通過(guò)不透明的芯片看不見(jiàn)凸點(diǎn)和配對(duì)的配合焊盤的情況下對(duì)準(zhǔn)芯片與基片。在一些情況下，如果IR光也可以透過(guò)基片材料，并且基片沒(méi)有太多的金屬線的話，可以采用透過(guò)芯片材料的IR光。在芯片和基片是分開(kāi)的時(shí)，代之以用該一般程序?qū)⑿酒突帕械綄?duì)準(zhǔn)和安裝設(shè)備上，然后進(jìn)行很精確地預(yù)定移動(dòng)。在焊料情況下，熔化的焊料凸點(diǎn)的表面張力可以改善對(duì)準(zhǔn)，在一定程度內(nèi)進(jìn)行預(yù)對(duì)準(zhǔn)。在粘合劑的情況下，這只在一定程度上是可以的，取決于該系統(tǒng)的情況。假設(shè)基片具有足夠的分辨率，對(duì)于目前的MCM來(lái)說(shuō)，多數(shù)情況如此，如果不能利用焊料表面張力，定位精度造成了焊盤分辨率的限制。因環(huán)境需要，焊料最有可能被停用。
報(bào)道說(shuō)焊料倒裝片實(shí)現(xiàn)了很高的定位精度。然而，由于表面張力對(duì)準(zhǔn)能力和焊料球尺寸間的關(guān)系，這不意味著凸點(diǎn)可以制造得很小。
先前的方法還有一個(gè)缺點(diǎn)，替換起來(lái)有危險(xiǎn)且成本高。在許多先進(jìn)系統(tǒng)中，很難多次獲得已全測(cè)試過(guò)的裸芯片。例如，含10個(gè)IC的MCM，如果芯片的成品率是90％，則只可以得到35％的MCM成品率，但對(duì)于沒(méi)有全測(cè)試的芯片來(lái)說(shuō)情況根本不同。在這種低成品率的情況下，通過(guò)替換進(jìn)行維修從經(jīng)濟(jì)角度考慮是必要的。采用脫焊或粘合劑軟化來(lái)去掉無(wú)用的芯片是一個(gè)危險(xiǎn)的過(guò)程，被去掉的芯片下的焊盤和周圍芯片或其它有源元件會(huì)受損，需要進(jìn)一步維修。
在固態(tài)凸點(diǎn)方案中，采用收縮的粘合劑使芯片凸點(diǎn)與基片焊盤配合時(shí)，需要凸點(diǎn)高度非常精確和非常平整以能確保所有接觸點(diǎn)配合。
存在著幾種記載利用固態(tài)凸點(diǎn)配對(duì)焊盤與溝槽自對(duì)準(zhǔn)連接的方法。這有助于對(duì)準(zhǔn)，但由于預(yù)對(duì)準(zhǔn)容差是焊盤尺寸的幾分之一，所以在間距減小時(shí)，不能提供粗預(yù)對(duì)準(zhǔn)。
在測(cè)試接觸芯片時(shí)采用了彈性墊。這里，凸點(diǎn)是固態(tài)的，但它們的支撐是柔性的，所以即使用于不十分平坦的芯片，也能夠具有良好的接觸。另外通過(guò)能夠在這些墊上制造阻抗受控的傳輸線，可以進(jìn)行全速測(cè)試。
Shy-Ming Chang等人的美國(guó)專利5393697介紹了一種復(fù)合凸點(diǎn)結(jié)構(gòu)及形成這種復(fù)合凸點(diǎn)的方法。這些凸點(diǎn)利用材料淀積、光刻和腐蝕技術(shù)形成。
Frank K.Kulesza等人的美國(guó)專利5196371介紹了利用導(dǎo)電聚合物互連倒裝片的焊盤與基片的焊盤。
Noriko Kakimoto的JP專利申請(qǐng)2-141167A介紹了小于彈性導(dǎo)電顆粒直徑的襯墊。該襯墊的高度設(shè)置成可以保護(hù)凸點(diǎn)和彈性導(dǎo)電顆粒不受外力作用。
Aiichiro Umezuki的JP專利申請(qǐng)63-59476介紹了凸點(diǎn)和金屬焊盤間的彈性層，該層可以避免加壓期間的機(jī)械力。
Nobuyoshi Onchi的JP專利申請(qǐng)61-137208介紹了一種彈性膜，其中含有凸點(diǎn)，在把芯片壓到一起時(shí)采用。對(duì)芯片加壓允許電極芯片彈性形變，所得的排斥力允許電極片被壓到焊盤部件上，從而進(jìn)行電連接。
本發(fā)明解決了倒裝片組裝期間芯片對(duì)準(zhǔn)的問(wèn)題。在對(duì)準(zhǔn)芯片與基片時(shí)，通過(guò)不透明的芯片人看不見(jiàn)凸點(diǎn)和配對(duì)的焊盤。
本發(fā)明利用與自動(dòng)對(duì)準(zhǔn)機(jī)構(gòu)結(jié)合的可拆連接即非永久性結(jié)點(diǎn)解決了該問(wèn)題?？梢院苋菀椎靥鎿Q芯片，意味著可以數(shù)次替換芯片，而不會(huì)導(dǎo)致?lián)p害其焊盤、基片焊盤、其它芯片或元件?？梢酝瑫r(shí)密集且精細(xì)地對(duì)準(zhǔn)整個(gè)芯片。
本發(fā)明還解決了由于熱失配造成的熱疲勞問(wèn)題。
利用本發(fā)明可以實(shí)現(xiàn)具有彈性和容易拆卸的自對(duì)準(zhǔn)倒裝片連接。尤其是由于采用了自對(duì)準(zhǔn)，替換工作既便宜又沒(méi)有風(fēng)險(xiǎn)，因而這種方法很適用于實(shí)際環(huán)境中的全測(cè)試。
利用金的金屬化彈性凸點(diǎn)的自對(duì)準(zhǔn)彈性倒裝片型芯片連接方案提供了可拆的電連接。由于采用該對(duì)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)，很細(xì)焊盤間距時(shí)也可以實(shí)現(xiàn)高精度的自對(duì)準(zhǔn)，整體的彈性允許熱失配，而且不會(huì)造成機(jī)械疲勞。該芯片組件的可拆性是以低成本和損害系統(tǒng)的其余部分的風(fēng)險(xiǎn)性最小為基礎(chǔ)實(shí)現(xiàn)的。這對(duì)于只有局部可以在相關(guān)頻率下進(jìn)行全分立IC測(cè)試的較復(fù)雜系統(tǒng)來(lái)說(shuō)尤其重要。
凸點(diǎn)及對(duì)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)是彈性的。對(duì)稱的彈性對(duì)準(zhǔn)可以確保部件連續(xù)對(duì)中，即使如另一同時(shí)申請(qǐng)的專利申請(qǐng)“Bumps in grooves for elasticpositioning”所述，發(fā)生不同的膨脹也如此。芯片的背側(cè)被可以具有潤(rùn)滑油、潤(rùn)滑脂或液態(tài)金屬的冷卻板壓緊，以提高熱傳導(dǎo)性，但也可以使之可滑動(dòng)。允許芯片和該板發(fā)生不均等膨脹，而不會(huì)對(duì)任何部件造成損害，對(duì)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)將對(duì)稱地實(shí)現(xiàn)，可能的垂直膨脹將被彈性凸點(diǎn)吸收。
本發(fā)明中，在形成凸點(diǎn)的同時(shí)，還形成一個(gè)對(duì)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)鑄件。根據(jù)進(jìn)行處理的晶片/芯片量，由于現(xiàn)在可以通過(guò)自動(dòng)對(duì)準(zhǔn)進(jìn)行芯片定位，所以可以實(shí)現(xiàn)極高的焊盤分辨率。如果只進(jìn)行精確的鋸切，定位準(zhǔn)確性將取決于切割的精確性。如果利用光刻腐蝕限定的特定結(jié)構(gòu)，例如可能為亞微米精度，可以在不需要任何特定定位設(shè)備的情況下，以1微米左右的精度進(jìn)行定位。
用于本發(fā)明的芯片可用于它們合適的環(huán)境中，并且仍然容易替換。這還表明它們可以不需要暫時(shí)的固態(tài)固定在實(shí)際環(huán)境中進(jìn)行全測(cè)試?？梢跃哂信cTAB框的芯片載體一樣的經(jīng)濟(jì)效益，今天廣泛應(yīng)用的芯片規(guī)模封裝可以進(jìn)行全測(cè)試，與裸芯片相比，無(wú)助于或不能提高芯片連接特性。
本發(fā)明中，凸點(diǎn)在基片上，是金屬化彈性凸點(diǎn)，可以放松對(duì)平坦性的要求。
本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是，電觸點(diǎn)是由彈性凸點(diǎn)構(gòu)成的，不需要任何焊接或粘結(jié)，也可以定位和接觸芯片。
本發(fā)明另一優(yōu)點(diǎn)是芯片可以在安裝期間自對(duì)準(zhǔn)芯片。
本發(fā)明再一優(yōu)點(diǎn)是還可以自確定且柔性地垂直定位，所以可以將熱沉壓到芯片上以充分地冷卻。
本發(fā)明再一優(yōu)點(diǎn)是不需要焊接或粘結(jié)，所以可以容易地去掉或替換芯片。
本發(fā)明又一優(yōu)點(diǎn)是可以得到以下良好的性能減小的芯片電容和電感；利用V型槽和V型凸點(diǎn)結(jié)構(gòu)可以實(shí)現(xiàn)良好的橫向?qū)?zhǔn)；具有很細(xì)的間距；和/或具有很小的焊盤和凸點(diǎn)。
下面利用對(duì)優(yōu)選實(shí)施例的詳細(xì)說(shuō)明和附圖進(jìn)一步介紹本發(fā)明。


圖1是三維多芯片組件的剖面圖。
圖2是具有彈性電接觸和內(nèi)建芯片對(duì)準(zhǔn)的倒裝片結(jié)構(gòu)。
圖3是切割晶片的截面的改形的鋸刀的剖面圖。
本發(fā)明可用于各種微電子系統(tǒng)，用于彈性電接觸和內(nèi)建芯片對(duì)準(zhǔn)。它可用于多芯片組件，尤其是用在安裝前很難確定芯片質(zhì)量的情況下。在目前存在由于基板和芯片間的熱膨脹系數(shù)失配對(duì)基板上的例如倒裝片造成的幾個(gè)問(wèn)題的情況下，可以采用本發(fā)明。維修常具有風(fēng)險(xiǎn)并且昂貴，對(duì)于某些類型的MCM來(lái)說(shuō)基本上是不可能的。
圖1示出了可采用本發(fā)明的例子，但不限于此。自然本發(fā)明可用于任何微米級(jí)或甚至是亞微米級(jí)系統(tǒng)。圖1展示了三維3D多芯片組件100的剖面圖。3D組件是由兩維2D多芯片組件形成的，兩維多芯片組件是由Si或其它電路基片例如金剛石、Ge、GaAs、Al2O3或SiC構(gòu)成的，但不限于這些材料，電路基片上具有安裝或生長(zhǎng)于其上的集成電路芯片122-136IC。Si基片106-114上配有接地平面，由此在組件的不同平面間及對(duì)于整個(gè)3D多芯片組件100進(jìn)行良好的屏蔽?；?06-114上，具體說(shuō)，在不位于兩維2D多芯片組件106-114疊層的上部基片106和下部基片114的那些基片上，還安裝有無(wú)源芯片、通路或通路芯片116-121，構(gòu)成3D多芯片組件100的相鄰級(jí)間的互連。
優(yōu)選實(shí)施例中，IC芯片122-136和通路芯片116-121是安裝于基片106-114上的倒裝片。這種設(shè)置可以提供倒裝芯片安裝的芯片122-136的背面和相鄰基片106-114的背面間的良好接觸。
利用作用于該結(jié)構(gòu)的上部冷卻器102的上平面138上和下部冷卻器104的下平面140上的壓力142，只將3D組件100的每一級(jí)IC122-136及每個(gè)分立芯片116-121保持在一起。
為了實(shí)現(xiàn)這種堆疊結(jié)構(gòu)，需要提供彈性凸點(diǎn)，連接通路芯片116-121和IC122-136與相鄰基片106-114，通過(guò)在冷卻器102和104的上平面138和下平面140將組件壓緊在一起實(shí)現(xiàn)接觸。壓力142是由加在組件100最外部的夾具實(shí)現(xiàn)的。
圖2中，倒裝片結(jié)構(gòu)200可以是圖1的一部分，及用作一般的IC連接插座。倒裝結(jié)構(gòu)200以具有彈性體凸點(diǎn)結(jié)構(gòu)204的基片202為基礎(chǔ)，所說(shuō)彈性體凸點(diǎn)結(jié)構(gòu)是利用各向異性腐蝕的硅作模具模制的。凸點(diǎn)可以是平頭5角五面體或平頭角錐狀。電接觸焊盤206和通道208優(yōu)選是金制造的，以實(shí)現(xiàn)凸點(diǎn)204的良好電接觸和可靠的機(jī)械性能?？梢圆捎贸鹜獾钠渌牧?，例如不易被氧化且具有延展性的任何材料，或具有相同特性的其它任何材料。
基片上的彈性凸點(diǎn)204的圖形對(duì)應(yīng)于實(shí)際芯片214上的焊盤圖形210。凸點(diǎn)204上可以涂金，用作電觸點(diǎn)206，并用于垂直定位。凸點(diǎn)204周圍，有一個(gè)具有與倒裝片214的傾斜倒裝片壁222形狀相同的傾斜框壁220的彈性材料導(dǎo)向框212，用于圖2所示的橫向?qū)?zhǔn)。
一般情況下，芯片214的尺寸精確性受將晶片切割成小片的工藝的限制。切割前，在晶片的每個(gè)管芯周圍形成V型槽，將很好地限定其邊緣的尺寸。如果某些彈性材料的相應(yīng)導(dǎo)向框212是利用各向異性腐蝕的硅作模具模制的，則對(duì)準(zhǔn)可以很精確。這種構(gòu)形中，倒裝片214需要被來(lái)自機(jī)械裝置的某外力218向下壓，并保持就位，該圖中未示出。這將受例如優(yōu)選與倒裝片214的背面浮置接觸的上冷卻器102的影響，見(jiàn)圖1。由于凸點(diǎn)204及導(dǎo)向框212的彈性對(duì)付了任何熱失配，所以上冷卻器102可以牢固地安裝于基片202上。如果需要，導(dǎo)向框212的尺寸可以選擇為，在倒裝片214壓到基片202上時(shí)，限制或減小凸點(diǎn)204的垂直形變。
通過(guò)利用光刻掩模，在其分離前，與已存在于芯片214上的結(jié)構(gòu)對(duì)準(zhǔn)，利用各向異性腐蝕或其它技術(shù)，在切割區(qū)制造溝槽。類似的V型槽及凸點(diǎn)204的溝槽也以用作模具的類似或不類似的材料制造。在彈性凸點(diǎn)204將固定到其上的這種模具或部件上以其預(yù)固化形式覆蓋彈性材料，然后將部件和模具在真空中壓在一起。由此彈性材料填充在模具的槽中。此后，利用熱或如果模具或部件能透過(guò)用于固化的光的話可以用光固化彈性材料，并將模具與彈性材料分離開(kāi)。
在模制彈性部件時(shí)，凸點(diǎn)204模制在其上設(shè)置有IC的基片202上部，利用光刻掩模和反應(yīng)離子、等離子體、腐蝕或利用直接激光燒蝕腐蝕抵達(dá)基片202上的接觸金屬連接器的通路。此后，將彈性部件金屬化，利用光刻法或直接激光燒蝕法構(gòu)圖金屬。利用比溝槽的寬度薄的鋸刀在溝槽的中間進(jìn)行切割，分離芯片。或者，可以用腐蝕的槽作為切痕，以受控地分離晶片。
倒裝片214面向下設(shè)置于彈性凸點(diǎn)結(jié)構(gòu)204上。所需要的預(yù)對(duì)準(zhǔn)等于斜框壁220的突起寬度，該寬度在幾十毫米的范圍內(nèi)。通過(guò)平緩地加壓或振動(dòng)以及施加力(重力)實(shí)現(xiàn)全對(duì)準(zhǔn)。此后，用力218使倒裝片214定位，將倒裝片214壓到彈性凸點(diǎn)結(jié)構(gòu)204上。優(yōu)選利用具有潤(rùn)滑脂、潤(rùn)滑油或液體金屬作為熱接觸提供者的冷卻板來(lái)實(shí)現(xiàn)。冷卻板牢固地固定于基片上。將倒裝片214固定于彈性凸點(diǎn)結(jié)構(gòu)204上可以保證良好的電連接，且沒(méi)有焊料疲勞和對(duì)倒裝片214的應(yīng)變等。在倒裝片214出現(xiàn)問(wèn)題或變失效時(shí)，首先去掉冷卻板，然后去掉失效芯片，并插入一個(gè)新的芯片，再安裝上冷卻板，從而容易進(jìn)行替換。
在接觸芯片時(shí)，芯片焊盤可以由非氧化金屬構(gòu)成或由之覆蓋，優(yōu)選金，以確保良好的接觸。由于金的金屬化彈性凸點(diǎn)不允許表面氧化物透過(guò)，所以金屬化凸點(diǎn)不會(huì)受任何方式的傷害，或改變芯片焊盤，并且在用于測(cè)試時(shí)優(yōu)點(diǎn)很顯著。
關(guān)于很好地控制的硅V型槽腐蝕尺寸的另一可能性是在IC周圍實(shí)現(xiàn)緊密的密封，因?yàn)榈寡b片214的兩側(cè)面和導(dǎo)向框212的兩側(cè)成是極平坦的平面。
凸點(diǎn)204，包括導(dǎo)向框212，都制造在多層結(jié)構(gòu)216的上部上，通過(guò)觸點(diǎn)在每個(gè)凸點(diǎn)204進(jìn)行電接觸。硅彈性體相對(duì)薄層的加工在多層結(jié)構(gòu)216中形成通路，可以利用標(biāo)準(zhǔn)的光刻法和反應(yīng)離子腐蝕進(jìn)行該加工。由于這種技術(shù)可能的小尺寸及直接位于每個(gè)凸點(diǎn)204下的很好限定的導(dǎo)體和地平面結(jié)構(gòu)的可用性，可以實(shí)現(xiàn)可用于高達(dá)很高頻率(幾十GHz)的很好的阻抗匹配連接或極大減小了電感和電容的連接。
如果要在凸點(diǎn)204上部分辨精細(xì)圖形，則在具有凸點(diǎn)204的區(qū)域上構(gòu)圖金屬層216的光刻需要特定的技術(shù)。倒裝片214金屬化必須利用最可能的金層實(shí)現(xiàn)。所有其它可靠倒裝片的微凸點(diǎn)方案也需要特殊的金屬化。具體說(shuō)，在TAB安裝的基本應(yīng)用中，除Al金屬化外可以很好地建立Ti/W+Au金屬化。
在利用導(dǎo)向框212的傾斜壁220和倒裝片214的傾斜壁222時(shí)，可以實(shí)現(xiàn)最精確的對(duì)準(zhǔn)。在制造倒裝片214的傾斜壁時(shí)在硅晶片的(100)面上采用各向異性腐蝕。利用各向異性腐蝕的(100)硅晶片和高精度光刻、保形覆蓋釋放劑層及可固化的硅酮化合物，可以形成最優(yōu)化的導(dǎo)向框和彈性凸點(diǎn)，如同時(shí)申請(qǐng)的專利申請(qǐng)“Method formaking elastic bumps”所述。為得到結(jié)構(gòu)200，對(duì)準(zhǔn)基片202，即導(dǎo)向框212的傾斜框壁220與平頭凸點(diǎn)204，倒裝片214必須通過(guò)預(yù)對(duì)準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)置，以便傾斜框壁220在傾斜倒裝片壁222的外圍內(nèi)。通過(guò)在倒裝片214上小心加壓力、力218(例如重力)，傾斜倒裝片壁222將在傾斜框壁220上滑動(dòng)，以在平行于凸點(diǎn)或溝槽的基準(zhǔn)面的方向?qū)崿F(xiàn)精確對(duì)準(zhǔn)，通過(guò)這樣對(duì)準(zhǔn)基片202和倒裝片214，不管由于微結(jié)晶化等造成的微小厚度差或金屬粗糙度如何，所有的連接凸點(diǎn)204將與焊盤圖形210配合。另外，由于彈性，部件間只發(fā)生很小差別的膨脹，不會(huì)使接觸脫開(kāi)，或使部件受應(yīng)變。
為制造傾斜的框壁220，利用SiN覆蓋拋光的(100)硅晶片即模具，然后淀積抗蝕劑，并利用與晶向很好對(duì)準(zhǔn)的掩模構(gòu)圖。然后腐蝕SiN，此后，將晶片暴露于各向異性腐蝕劑中，產(chǎn)生由掩模限定的平面{111}限定的溝槽。顯然，關(guān)于要加工的對(duì)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)，由于對(duì)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)要配合傾斜的芯片壁222，而連接凸點(diǎn)204要與芯片214的焊盤圖形210配合，所以它們必須比連接凸點(diǎn)204離基片202更遠(yuǎn)。
然后，采用高精度復(fù)制了第一掩模的沒(méi)有連接凸點(diǎn)槽的、但鍍金屬的類似掩模，利用相同的程序在含將被應(yīng)用的IC的晶片的劃片區(qū)中形成類似但鍍金屬的溝槽。這些溝槽必須與限定對(duì)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)的模具晶片上的槽一樣深或比它們更深，或它們必須深得足以在切割I(lǐng)C時(shí)用鋸終止暴露的{111}面。
凸點(diǎn)一般比導(dǎo)向框小得多，它們的高度差在利用各向異性腐蝕特性的一個(gè)步驟中實(shí)現(xiàn)，在通過(guò)形成形狀為角錐形的溝槽的腐蝕中去掉了(100)表面時(shí)，基本停止。于是，如果模具晶片的腐蝕繼續(xù)進(jìn)行，直到形成完全細(xì)長(zhǎng)的四角形槽，這些槽的深度由掩模中孔的尺寸確定。然而，這導(dǎo)致了很陡峭地指向的連接凸點(diǎn)，這會(huì)造成有關(guān)金屬化和對(duì)芯片焊盤的電接觸的問(wèn)題。一種替代的方法是，首先腐蝕凸點(diǎn)槽或?qū)?zhǔn)結(jié)構(gòu)之一，即，將框槽腐蝕到要求的深度，用另一掩模(SiN)覆蓋晶片，限定非腐蝕的孔，分別腐蝕框槽或槽到要求的深度。利用該替代的方法，形成平頭角錐形槽，因而幾乎不發(fā)生有關(guān)金屬化和接觸的問(wèn)題。
在用于將倒裝片214插座放置于基板或基片時(shí)，模具晶片象IC晶片一樣根本不具有相同的重復(fù)距離。關(guān)于MCM，還可以制造含用于MCM中采用的所有芯片的相關(guān)結(jié)構(gòu)的模具晶片。于是，所有這些將同時(shí)模制在MCM上。
在模具晶片上覆蓋一些淀積得很薄且液相或氣相一層一層保形生長(zhǎng)的釋放劑，以保持精確的幾何結(jié)構(gòu)，請(qǐng)參見(jiàn)同時(shí)申請(qǐng)的專利申請(qǐng)“Method for making elastic bumps”。關(guān)于要突起的部件，即基板或MCM，多數(shù)合理的程序是，象通常一樣，首先形成金屬和介質(zhì)層。然后，利用旋涂、刮涂或噴涂法，在帶有基片或模具晶片的板上覆蓋可固化的彈性化合物到控制的厚度。然后，利用用于與基片結(jié)構(gòu)對(duì)準(zhǔn)的程序，在真空中將模具晶片和基片壓在一起，使化合物潤(rùn)濕相對(duì)的表面。該對(duì)準(zhǔn)程序還可以利用制造在模具晶片上的槽，配合基片上的結(jié)構(gòu)，或采用光加工裝置。在MCM的情況下，這意味著由于可以一次精確對(duì)準(zhǔn)所有芯片，而不需要單獨(dú)對(duì)準(zhǔn)，所以只有較少的對(duì)準(zhǔn)操作。在基板的情況下，數(shù)個(gè)芯片可使用相同的模具，基板上需要幾個(gè)模具。另一方面，考慮到基板上的特征尺寸，模具在基板上的定位較不重要。
然后從真空中取出封裝，并放置于升高的溫度中，固化化合物。然后，將模具晶片與基片202分離。利用剛性模具晶片和基片需要在真空中這樣做，原因是化合物對(duì)模具的密封配合。對(duì)于特定的應(yīng)用，基片可以由柔性材料構(gòu)成，以便容易分離。在凸點(diǎn)204的外部模制材料的薄部分，形成到達(dá)金屬線的通路，用于很接近凸點(diǎn)進(jìn)行接觸。淀積并構(gòu)圖金屬。只要抗蝕劑覆蓋凸點(diǎn)204和通路，并在凸點(diǎn)和通路的周圍區(qū)域構(gòu)圖之便已足夠。不需要構(gòu)圖凸點(diǎn)上或通路中的抗蝕劑。
與芯片背面直接接觸，可以實(shí)現(xiàn)最佳冷卻。這種冷卻器通常可以不只固定于芯片背面，還可以固定在基片周圍。所以，由于IC、冷卻器和基片具有不同的熱膨脹系數(shù)，所以整個(gè)應(yīng)力情況甚至更復(fù)雜。
可以實(shí)現(xiàn)先前介紹的優(yōu)選實(shí)施例的替代實(shí)施例，但精度有一定損失。凸點(diǎn)具有不同的形狀。這種情況下，不采用各向異性腐蝕，但采用其它腐蝕或加工技術(shù)。為此，槽和凸點(diǎn)不是必須具有相同的形狀，只要凸點(diǎn)以自動(dòng)定心的方式與槽符合并產(chǎn)生接觸便可以。除硅酮外化合物還可以是聚亞胺脂或某些彈性或半彈性化合物。
制造改進(jìn)的劃片鋸，見(jiàn)圖3，利用使晶片306的對(duì)準(zhǔn)槽制造合理化和能夠采用除(100)硅晶片外的其它材料的鋸切作用，直接得到芯片的傾斜對(duì)準(zhǔn)壁222。然而，這樣無(wú)法得到與各向異性腐蝕的側(cè)壁相同的精度。
圖3展示了改進(jìn)的鋸刀302、焊盤210、晶片306和鋸切直接限定的傾斜壁222。
即使不利用特定的鋸，通過(guò)制造具有能向下壓常規(guī)切割的IC配合連接凸點(diǎn)的陡峭的對(duì)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)的模具，也可以實(shí)現(xiàn)良好的對(duì)準(zhǔn)。原則上說(shuō)，這可以直接應(yīng)用于具有焊盤金屬化層的常規(guī)芯片。
采用幾步重復(fù)，可以制造柔性模具以便容易將模具從基片202上拆下來(lái)，但只是精度有損失。
如果彈性材料“很好”地保形地淀積于傾斜框壁220上，也可以采用剛性凸點(diǎn)。能夠這樣做的一種方法是采用將部分但不完全填充槽的模具，以便在彈性化合物將固化的地方，離槽壁一小段距離。
本發(fā)明的基本思想是高精度地利用相當(dāng)密集的對(duì)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)，以對(duì)準(zhǔn)倒裝片214與基片202，以免需要預(yù)對(duì)準(zhǔn)。另外，除焊盤金屬一定不能被氧化外，不需要改變IC的焊盤210，對(duì)于所有微凸點(diǎn)、導(dǎo)電粘合劑和倒裝片連接都是這種情況。
原則上，將IC上的焊盤210改變成能夠?qū)?zhǔn)以配合凸點(diǎn)204，可以達(dá)到相同的目的，但不滿足更高預(yù)對(duì)準(zhǔn)要求。這可以對(duì)IC制造進(jìn)行更大的改變，預(yù)對(duì)準(zhǔn)要求幾乎象不存在對(duì)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)時(shí)一樣高。
如果能夠很精確地控制淀積于基片上傾斜框壁220上的彈性體的厚度和形狀，原則上通過(guò)在剛性擋塊間向下壓部件，可以得到相同的結(jié)構(gòu)。
為了實(shí)現(xiàn)最佳精確性，必須采用用作為很保形薄層的釋放劑覆蓋模具的方法。以上和同時(shí)申請(qǐng)的專利申請(qǐng)“Method for makingelastic bumps”中介紹這樣的方法。另外，關(guān)于這種最佳精度的情況，需要單晶具有與晶向很好對(duì)準(zhǔn)的表面，可以用于向異性腐蝕。它們和可以買到的Si晶片一樣可以得到。如上所述，IC必須在焊盤210上具有最后的金屬化層，以進(jìn)行軟化接觸。通過(guò)利用Ti/W和最后的Au進(jìn)行金屬化，鈍化后容易實(shí)現(xiàn)這種金屬化，這是有凸點(diǎn)類IC連接方案的標(biāo)準(zhǔn)程序。
替代的方案將采用導(dǎo)向框212的陡峭腐蝕壁和倒裝片214的切割緣。這種情況下，通過(guò)將芯片壓到這種框中，可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)芯片固定。然而，與先前介紹的方法相比，對(duì)準(zhǔn)精度顯著下降。
一種中間替代方案是采用用于彈性體的精確V型槽模具，但不采用特殊形狀的鋸刀302，見(jiàn)圖3，以便在切割晶片時(shí)，在芯片上形成錐形邊緣。
本發(fā)明具有另一重要的含義。由于可以容易地替換倒裝片214，這種芯片安裝技術(shù)也可以用作測(cè)試夾具。這種安裝技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)實(shí)際環(huán)境條件下的測(cè)試。所以，可以在類系統(tǒng)條件下，在實(shí)際系統(tǒng)中進(jìn)行各芯片的測(cè)試，或通過(guò)從可控阻抗線上的芯片引出連接進(jìn)行各芯片的測(cè)試。
在不背離本發(fā)明精神實(shí)質(zhì)或基本特征的情況下，以上介紹的發(fā)明可以用其它方式實(shí)現(xiàn)。所以，從各方面來(lái)說(shuō)，目前各實(shí)施例應(yīng)被認(rèn)為是例示性的，而非限制性的，本發(fā)明的范圍由所附權(quán)利要求書而非以上的說(shuō)明書限定，因此，所有落入權(quán)利要求書的等同含義和范圍內(nèi)的改變預(yù)計(jì)皆隱含于本發(fā)明中。
權(quán)利要求
1.一種組件結(jié)構(gòu)，至少包括一倒裝片和一基片，其中基片至少具有一個(gè)凸點(diǎn)，芯片至少具有一個(gè)焊盤，并且凸點(diǎn)的圖形對(duì)應(yīng)于芯片上的焊盤圖形，其特征在于基片(202)具有框(212)，其中芯片(214)具有一個(gè)邊緣，框具有與芯片邊緣相同的形狀。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的組件結(jié)構(gòu)，其特征在于框(212)是具有四個(gè)邊的方形或矩形。
3.根據(jù)權(quán)利要求2的組件結(jié)構(gòu)，其特征在于框(212)具有兩個(gè)或更多傾斜的框壁(220)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的組件結(jié)構(gòu)，其特征在于框(212)至少具有一個(gè)傾斜的框壁(220)，倒裝片(214)至少具有一個(gè)傾斜的壁(222)，其中所述傾斜的壁(220，222)具有相同的形狀和斜度。
5.根據(jù)權(quán)利要求4的組件結(jié)構(gòu)，其特征在于框(212)是具有四個(gè)邊的方形或矩形。
6.根據(jù)權(quán)利要求2和5中任一項(xiàng)的組件結(jié)構(gòu)，其特征在于框(212)具有兩個(gè)或多個(gè)傾斜的框壁(220)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1的組件結(jié)構(gòu)，其特征在于至少一個(gè)焊盤(210)和至少一個(gè)彈性凸點(diǎn)(202)具有金制成的路徑和觸點(diǎn)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1的組件結(jié)構(gòu)，其特征在于該組件結(jié)構(gòu)至少具有一個(gè)施加力的裝置，用于將倒裝片(214)和基片(202)壓在一起。
9.根據(jù)權(quán)利要求8的組件結(jié)構(gòu)，其特征在于施加力的裝置是一塊板。
10.根據(jù)權(quán)利要求9的組件結(jié)構(gòu)，其特征在于該板用于冷卻。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于自對(duì)準(zhǔn)倒裝片具有彈性觸點(diǎn)的安裝結(jié)構(gòu)。該發(fā)明解決了實(shí)現(xiàn)與自動(dòng)對(duì)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)結(jié)合的非永久性結(jié)合點(diǎn)的問(wèn)題。提供了一種可以保證部件的連續(xù)對(duì)中的對(duì)稱彈性對(duì)準(zhǔn)。利用基于具有利用各向異性腐蝕的硅作為模具模制的彈性體凸點(diǎn)結(jié)構(gòu)(204)的基片(202)的倒裝片結(jié)構(gòu)(200)實(shí)現(xiàn)此目的?；系膹椥酝裹c(diǎn)(204)的圖形對(duì)應(yīng)于倒裝片(214)上的焊盤圖形(210)。凸點(diǎn)(204)上可以涂有金,用作電觸點(diǎn)(206)并用于垂直定位。凸點(diǎn)(204)周圍有彈性材料的導(dǎo)向框(212),該導(dǎo)向框具有傾斜的框壁(220),其形狀與倒裝片(214)的傾斜壁(222)相同。
文檔編號(hào)H01L29/06GK1246202SQ9718177
公開(kāi)日2000年3月1日 申請(qǐng)日期1997年12月19日 優(yōu)先權(quán)日1996年12月19日
發(fā)明者L·H·赫瑟爾波姆, J·P·波德, H·亨策爾 申請(qǐng)人:艾利森電話股份有限公司