專利名稱：封裝集成電路元件及其制造方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種裝有集成電路芯片之類的電子元件的插件，更詳細地說，是一種具有減少了的重量和生產(chǎn)成本的球柵陣列插件(ball grid package)及其制造方法。
在早期，集成電路芯片是用金屬或陶瓷封裝的。雖然金屬或陶瓷的封裝方法能提供良好的熱特性，但相反地存在制造費用高、所需時間長等缺點。為了克服這些缺點，人們開發(fā)了許多種封裝方法，其中具有代表性的是塑料模封裝(plastic molded package)。特別是，塑料模BGA封裝不僅可以解決在對現(xiàn)有的微細樹脂塑料插件進行表面安裝時所存在的困難，而且，不需要將插件導線延伸到集成電路插件外側(cè)的邊緣。此外，塑料模BGA插件不僅可以進一步實現(xiàn)小型化，而且，可使安裝在同一印刷電路板上的插件之間具有很小的的間隔。另外，又因BGA插件的配線長度變得更短，所以其電氣特性得到改善。成本低的同時，加上上述優(yōu)點，使BGA插件可以理想地用于許多集成電路。


圖1是表示現(xiàn)有技術的BGA插件的剖面圖。圖1所示的BGA插件包括形成有電路圖形的襯底1和由粘著劑3粘在該襯底1上且在上部表面上形成有許多焊盤2a的集成電路芯片2。并且，襯底1的電路圖形和集成電路芯片2上的焊盤2a通過金屬導線4被電氣連接。此外，為了從外部保護對集成電路芯片2的表面，用環(huán)氧樹脂5將襯底1的導線粘附部分和集成電路芯片2封裝起來。在襯底1的下表面上附著有許多同形成于母板(未圖示)上的供電端子電氣連接的焊錫球(solder ball)6。
圖1所示的BGA插件具有可降低集成電路芯片的可靠性且可導致集成電路芯片破損的很差的散熱性。為了向外部充分地排除這種插件的集成電路芯片所發(fā)出的熱量，需要消耗更多的功率。而且，這種插件的整個厚度相當厚。
最近，為了提高BGA插件的散熱性，開發(fā)出帶有用于排放集成電路芯片所產(chǎn)生的熱量的散熱器(heat sink)的超級BGA插件。
圖2是表示帶有散熱器的超級BGA插件的剖面圖。參照圖2，超級BGA插件包括由傳導性追跡層22和絕緣層23構(gòu)成的配線襯底11；其一個表面通過粘接劑18附著在配線襯底11的絕緣層23上的的銅層19。在配線襯底11及銅層19的各中心部形成有同它們垂直的孔，以便形成孔(Well)區(qū)14。此外，在銅層19的表面上，通過粘接劑層18a附著有用于提高插件的散熱性能的散熱器20。在此，散熱器20具有的較厚的厚度可承受下述應力，即在加熱器20附著于銅層19上的狀態(tài)下，能承受作用于加熱器20上的集成電路芯片附著、引線粘接、以及密封工序中所產(chǎn)生的應力。在孔區(qū)14內(nèi)，表面上具有許多焊盤12a的集成電路芯片12通過粘接劑層18b附著在散熱器20上，焊盤12a通過焊接金屬導線15同配線襯底11的傳導性追跡層23電氣連接。另外，用絕緣密封劑(insulating encapsulant ma terial)將襯底11的金屬導線接合部分和集成電路芯片12密封起來，并且，在襯底11的表面上附著有用于將插件與母板(未圖示)電氣連接的許多焊錫球17。
圖2所示的超級BGA插件同圖1所示的插件相比，雖然其散熱性能好，但重量較重，因此，很難應用于要求重量輕的筆記本電腦、便攜式電腦、以及蜂窩式電話機(cellular phone)等。此外，由于要重疊二層以上的價格昂貴的銅，因此制造成本高，且厚度較厚。
本發(fā)明的目的在于，提供一種散熱能力強、重量輕、厚度薄、制造成本低的封裝集成電路元件。
本發(fā)明的另一個目的是，提供一種能縮短制造時間、減少設備的投資成本、且降低制造成本的封裝集成電路元件的制造方法。
為了解決本發(fā)明的上述課題，本發(fā)明第一實施例的封裝集成電路元件包括配線襯底，具有一層以上的傳導性追跡層和一層以上的絕緣層，并具有第一表面和同所述第一表面相對且形成有多個電氣接點的第二表面；一層以上的金屬導熱體層，具有附著在所述配線襯底的第一表面上的第一表面和露在外部的第二表面；貫通孔區(qū)，形成于所述配線襯底和金屬導熱體層上；集成電路芯片，位于所述孔區(qū)內(nèi)，具有露在外部的第一表面和同所述第一表面相對且形成有焊盤的第二表面；多根焊接金屬導線，使所述焊盤與所述傳導性追跡層電氣連接；密封劑(encapsulation)，將所述多根焊接金屬導線和集成電路芯片密封起來，并將所述孔區(qū)埋入。
此外，本發(fā)明第二實施例的封裝集成電路元件包括配線襯底，具有一層以上的傳導性追跡層和一層以上的絕緣層，并具有第一表面和同所述第一表面相對且形成有多個電氣接點的第二表面；一層以上的第一金屬導熱體層，具有附著在所述配線襯底的第一表面上的第一表面和同所述第一表面相對的第二表面；第二金屬導熱體層，具有附著在所述第一金屬導熱體層的第二表面上的第一表面和同所述第一表面相對且露在外部的第二表面；孔區(qū)，形成在所述配線襯底和第一金屬導熱體層上，且使所述第一金屬導熱體層的第一表面露出；集成電路芯片，位于所述孔區(qū)內(nèi)，并具有附著在所述第二金屬導熱體層的第一表面上的第一表面和同所述第一表面相對且形成有焊盤的第二表面；多根焊接金屬導線，將所述焊盤與所述傳導性追跡層電氣連接；密封劑，將所述多根焊接金屬導線及集成電路芯片密封起來，并將所述孔區(qū)埋入。
另外，本發(fā)明第三實施例的封裝集成電路元件包括配線襯底，具有一層以上的傳導性追跡層和一層以上的絕緣層，并具有第一表面和同所述第一表面相對且形成有多個電氣接點的第二表面；一層以上的第一金屬導熱體層，具有附著在所述配線襯底的第一表面上的第一表面和同所述第一表面相對的第二表面；第二金屬導熱體層，具有附著在所述第一金屬導熱體層的第二表面上的第一表面和同所述第一表面相對且露在外部的第二表面，并在中心部位形成有孔；孔區(qū)，形成于所述配線襯底和第一金屬導熱體層上，并使所述第二金屬導熱體層的第一表面露出；集成電路芯片，位于所述孔區(qū)內(nèi)的中心部，其寬度大于第二金屬導熱體層的孔徑，并具有同所述第二金屬導熱體層的第一表面直接接觸的第一表面和同所述第一表面相對且形成有焊盤的第二表面；多根焊接金屬導線，將所述焊盤與傳導性追跡層電氣連接；密封劑，將所述多根焊接金屬導線和所述集成電路芯片密封起來，同時將孔區(qū)埋入。
本發(fā)明第四實施例的封裝集成電路元件包括配線襯底，具有一層以上的傳導性追跡層和一層以上的絕緣層，還具有第一表面和同所述第一表面相對且形成有多個電氣接點的第二表面；介質(zhì)體層，附著在所述配線襯底的第一表面的外側(cè)部分上；金屬導熱體層，具有第一表面和同所述第一表面相對的第二表面，并與所述介質(zhì)體層的內(nèi)側(cè)末端部接觸，同時，第一表面附著在配線襯底的第一表面的內(nèi)側(cè)部分上；孔區(qū)，形成于所述配線襯底的中心部，并使所述金屬導熱體層的第一表面露出；集成電路芯片，位于所述孔區(qū)內(nèi)，具有附著在所述配線襯底的第一表面上的第一表面和同所述第一表面相對且形成有多個焊盤的第二表面；多根焊接金屬導線，將所述焊盤與傳導性追跡層電氣連接；密封劑，將所述多根焊接金屬導線及集成電路芯片密封起來，并將所述孔區(qū)埋入。
本發(fā)明的封裝集成電路元件制造方法包括下述工序準備加熱器的工序，所述加熱器上形成有用于將真空吸力作用于表面上的真空孔，并在真空孔上連接有真空發(fā)生裝置；安置工序，將包含配線襯底、以及附著在所述配線襯底的后表面上的金屬導熱體層且在所述配線襯底和所述金屬導熱體層的中心部設有貫通孔區(qū)的組裝體，安置在所述加熱器的表面上，并使所述真空孔位于所述貫通孔區(qū)的中心部；對準工序，利用所述真空發(fā)生裝置并通過所述加熱器的真空孔將真空吸力作用于集成電路芯片表面上，將所述集成電路芯片對準于所述孔區(qū)的內(nèi)部；連接工序，在保持所述真空吸力的狀態(tài)下，在所述加熱器上用焊接金屬導線將所述配線襯底與所述集成電路芯片連接起來；密封工序，用密封劑將孔區(qū)埋入，同時將所述焊接金屬導線和所述集成電路芯片密封起來。
此外，本發(fā)明的另一種封裝集成電路元件的制造方法包括以下工序準備加熱器的工序，在所述加熱器上形成有使真空吸力作用于表面上的真空孔，并在所述真空孔上連接有真空發(fā)生裝置；安置工序，把組裝體安置在所述加熱器的表面上，并且，使所述散熱器與所述加熱器的表面接觸，以便使所述第二金屬導熱體層的孔與所述真空孔相連通，所述組裝體包含配線襯底、附著在所述配線襯底的后表面上的第一金屬導熱體層、以及附著在所述第一金屬導熱體層的后表面上且具有孔的第二金屬導熱體層，并在所述配線襯底和第一金屬導熱體層的中心部設有同所述第二金屬導熱體層的孔相互連通且使第二金屬導熱體層的部分表面露出的孔區(qū)；對準工序，利用真空發(fā)生裝置并通過所述加熱器的真空孔和所述第二金屬導熱體層的孔將真空吸力作用于集成電路芯片的表面上，從而將集成電路芯片對準于所述孔區(qū)的內(nèi)部；連接工序，在保持所述真空吸力的加熱器上，用焊接金屬導線將所述配線襯底與所述集成電路芯片連接起來；密封工序，用密封劑將所述孔區(qū)埋入，同時將所述焊接金屬導線和所述集成電路芯片密封起來。
附圖的簡要說明圖1是表示現(xiàn)有技術的BGA插件的剖面圖；圖2是表示帶有散熱器的超級BGA插件的剖面圖3是本發(fā)明第一實施例的BGA插件的剖面圖；圖4是表示形成在本發(fā)明的插件上的孔區(qū)的平面圖；圖5是表制造本發(fā)明各實施例的插件時所使用的加熱器的軸測圖；圖6是表示本發(fā)明第二實施例的BGA插件的剖面圖；圖7是表示本發(fā)明第三實施例的BGA插件的剖面圖；圖8是表示本發(fā)明第四實施例的BGA插件的剖面圖；圖9是表示用于評價所述第一至第四實施例插件的散熱特性的模擬試驗結(jié)果的曲線圖；圖10是將本發(fā)明的圖9所示的熱阻值換算成功率分散特性(powerdissipation)值而表示的曲線圖；圖11A、11B、11C是用本發(fā)明第一實施例的插件表示焊接金屬導線特性的曲線圖；圖12A、12B、12C是本發(fā)明第一實施例的插件的密封特性曲線圖；圖13A、圖13B、圖13C是用本發(fā)明第二實施例的插件來表示焊接金屬導線特性的曲線圖；圖14A、14B、4C是表示本發(fā)明第二實施例的插件的密封特性的曲線圖；圖15A、15B、15C是表示本發(fā)明第二實施例的插件的焊錫球的安裝特性的曲線圖。
下面參照附圖詳細說明本發(fā)明的優(yōu)選實施例。
圖3是本發(fā)明第一實施例涉及的BGA插件的剖面圖。
BGA插件100包括第一傳導性追跡層31a和第二傳導性追跡層31b，以及由介于這些追跡層之間的絕緣層32構(gòu)成的配線襯底50。第一及第二傳導性追跡層31a、31b由相隔規(guī)定間隔而水平排列的多個構(gòu)件構(gòu)成，在所述構(gòu)件之間的間隔內(nèi)埋入著絕緣層32的一部分。第一及第二傳導性追跡層最好是用銅制成。
并且，配線襯底50具有露在插件100的外部且包含第一傳導性追跡層31a的一個表面的第一表面50a，以及與所述第一表面相對且含有第二傳導性追跡層31b的一個表面的第二表面50b。配線襯底50的第一表面50a包括絕緣焊罩(solder mask)層33，該絕緣焊罩層這樣形成的，即它與第一傳導性追跡層31a的表面一起構(gòu)成第一表面50a，并使第一傳導性追跡層31a露出。在配線襯底50的第一表面50a的第一傳導性追跡層31a的外側(cè)表面上附著有焊錫球34，該焊錫球34作為將配線襯底50與插件100的外部端子(未圖示)電氣連接的電氣接點而作用。
另一方面，在配線襯底50的第二表面50b上，通過粘接劑38粘有起散熱器作用的金屬導熱體層35。粘接劑38最好能使用兩面粘接帶，也可使用液態(tài)粘接劑。金屬導熱體層35具有附著在配線襯底50的第二表面50b上的第一表面35a，以及與其相對且露在插件100外部的第二表面35b。此外，金屬導熱體層35最好能用銅、鋁或銀制成。
在配線襯底50及金屬導熱體層35的中心部形成有垂直貫通所述配線襯底50及金屬導熱體層35的孔區(qū)36。如插件100的平面示意4所示，孔區(qū)36的橫截面形狀最好是方形，還可以具有橫截面形狀為圓形的耳部37。另外，孔區(qū)36還可以具有長方形、圓形、菱形或星形的橫截面形狀，并具有方形、長方形、菱形或三角形的耳部。
此外，參照圖3，在孔區(qū)36的中心部設有集成電路芯片40，該集成電路芯片40具有露在插件100外部的第一表面40a和同該第一表面相對的第二表面40b。在集成電路芯片40的第二表面40b上形成有多個焊盤41，該焊盤41通過焊接金屬導線39而與傳導追跡層31a、31b電氣連接。
為了制造圖3所示的插件100，將由配線襯底50和附著在該配線襯底的第二表面50b上的金屬導熱體層35構(gòu)成的組裝體裝載到圖5所示的加熱器61上，在該組裝體的所述配線襯底50和金屬導熱體層35的中心部形成有貫通孔區(qū)36。所述組裝體是作為組合件單元而形成的。并且，在裝設包含配線襯底50的組裝體時，使金屬導熱體層35的第二表面35b與加熱器61的表面正好相對。利用這種組合件單元而進行的工藝流程，可以省掉現(xiàn)有的其后進行的特殊(singulation)工序。參照圖3和圖5，加熱器61的表面具有真空孔62。該真空孔62的作用是，把由真空裝置(未圖示)形成在加熱器61內(nèi)部的真空吸力作用到加熱器61的外部。雖然在圖中未表示出來，但在該領域內(nèi)具有普通知識的技術人員，可很容易理解這種通過真空孔62將真空吸力作用于加熱器61外部的真空施加方式。例如，通過使用軟管(未圖示)把位于加熱器61外部的真空裝置連接到真空孔62上，由此，從加熱器61的內(nèi)部將真空吸力作用于外部。
當把配線襯底50裝設在加熱器61上時，由附著有金屬導熱體層35的配線襯底50構(gòu)成且在中心部形成有孔區(qū)36的組裝體要進行如下裝設，即使金屬導熱體層35的第二表面35b朝向加熱器61的表面，真空孔62要位于孔區(qū)36。然后，被組合件單元截斷(Saw)的集成電路芯片40的第一表面40a蓋住真空孔62，同時，集成電路芯片40位于配線襯底50的孔區(qū)36內(nèi)。這時，通過真空孔62作用于第一表面40a上的真空吸力，將集成電路芯片40牢固地固定在加熱器61的表面上，從而與真空孔對準。于是，利用真空作用將集成電路芯片固定并對準，這樣就不需要以前的附加模子(die attach)的工序。因此，插件100可省掉附加模子工序所需的模子填料，使厚度更薄、重量更輕。此外，插件100因省掉了附加模子的工序，故降低制造成本。
集成電路芯片40對準之后，便利用焊接金屬導線39進行將集成電路芯片40的焊盤41與配線襯底50電氣連接的導線接合工序。然后，由于真空吸力繼續(xù)作用，將包含配線襯底50的組裝體和集成電路芯片40固定在加熱器上，在這種狀態(tài)下，用環(huán)氧樹脂系列的密封劑42將孔區(qū)36埋入，同時將集成電路芯片40和焊接金屬導線39封住。接著，使密封劑硬化。這種密封及硬化工序是在導線接合之后立即在加熱器上進行的，從而代替現(xiàn)有的鑄型工序。
然后，將焊錫球34附著在配線襯底50的第一表面50a上，進行軟熔(reflow)工序。
在本發(fā)明第一實施例的BGA插件100中，由于集成電路芯片40的第一表面40a露出在插件100的外部，因此，集成電路芯片40產(chǎn)生的熱量容易向外部散發(fā)。實際上，為測試圖3所示的插件的散熱特性而進行的模擬試驗結(jié)果表明，在空氣流速為2m/秒的情況下熱阻為15.8℃/W。并且，集成電路芯片40的導線接合作業(yè)不使用模子填料，故與現(xiàn)有的插件相比，重量輕且厚度薄。圖3所示的插件厚度為1.0mm，重量比圖2所示的插件輕45％。另外，制造BGA插件100時不需要附加模子的工序、鑄型(mold)工序及特殊(singulation)工序，因此，可縮短制造時間、節(jié)省設備投資和制造成本。
圖6是表示本發(fā)明第二實施例的BGA插件200的剖面圖，圖6中未說明符號請參照上述有關圖3插件的說明。
BGA插件200具有利用粘接劑38粘接在配線襯底50的第二表面50b上的第一表面70a，以及與該第一表面相對的第二表面70b，并且，包括起散熱器作用的第一金屬導熱體層70和通過粘接劑72附著在第一金屬導熱體層70上的第二金屬導熱體層73。粘接劑38、72最好是使用雙面粘接帶。第二金屬導熱體層73具有附著在第一金屬導熱體層70的第二表面70b上的第一表面73a，以及與第一表面相對且露在插件200外部的第二金屬表面73b。
圖中雖未示出，但為了增加第一表面73a及第二表面73b對第一金屬導熱體層70、集成電路芯片40、以及密封劑42的接合力，且防止?jié)B水和被腐蝕，最好在第二金屬導熱體層73的第一表面73a及第二表面73b上，鍍一層鎳或形成黑色防腐物之類的物質(zhì)層。此外，雖然第二導熱體層73是箔狀，也可以用由粘接劑72粘接在第一金屬導熱體層70上的多個銷形成第二金屬導熱體層。此外，在配線襯底50和第一金屬導熱體層70的中心部，形成使第二金屬導熱體層73的第一表面73a露出一部分的孔區(qū)36。集成電路芯片40位于孔區(qū)36的中心部，該集成電路芯片具有通過粘接劑72附著在第二金屬導熱體層73的第一表面73a上的第一表面40a和與該第一表面相對的第二表面。
可采用與制造圖3所示插件100的上述方法相同的方法來制造圖6所示的插件200。但是，制造插件200時，在密封劑42形成之后，還包括用粘接劑72將第二金屬導熱體層73粘附在第一金屬導熱體層70的第二表面70b和集成電路芯片40的第一表面40a上的工序。
此外，圖6所示的插件200提供與圖2所示的插件100基本相同的效果。但是，由于在插件200的第二金屬導熱體層73的整個第一表面上涂有粘接劑72，因此，同圖2所示的插件100相比，更容易使集成電路芯片所產(chǎn)生的熱量散發(fā)掉。實際上，為測試圖6所示插件的散熱特性而進行的模擬試驗結(jié)果表明，在空氣流速為2m/克的情況下熱阻為6.3℃/W。并且，在圖6所示的插件200中，作為散熱器而設置的第二金屬導熱體層73是在密封劑42形成后附著的，因此，可以使用比圖2所示插件的散熱器更薄的制品。像這樣減薄了厚度的第二金屬導熱體層73，有利于減小整個插件200的厚度和重量。插件200的厚度約為1.1mm，其重量為圖2所示插件的65％左右。
圖7是表示本發(fā)明第三實施例的BGA插件的剖面圖。圖7中的在下面不作說明的符號，請參考有關圖3所示的插件的上述說明。
參照圖7，BGA插件300包含通過粘接劑82附著在第一金屬導熱體層70的第二表面70b上的第二金屬導熱體層83。粘接劑82最好是使用雙面粘接帶。第二金屬導熱體層83具有附著在第一金屬導熱體70的第二表面70b上的第一表面83a和露在插件300外部的第二表面83b，在中心部位具有孔84。當通過孔84的真空吸力作用時，由于在第一表面83a上對準并固定集成電路芯片40，所以，孔84的直徑必須小到能被集成電路芯片40完全蓋住的程度。
圖中雖未示出，但為了增大第一表面83a對第一金屬導熱體層70及密封劑42的粘接力，且防止?jié)B水和被腐蝕，最好是在第二金屬導熱體層83的第一表面83a上鍍一層鎳或形成黑色防腐蝕之類的物質(zhì)層，并且，雖然圖中所示的第二金屬導熱體層83為箔狀，但也可由用粘接劑82粘接在第一金屬導熱體層70上的許多銷構(gòu)成。集成電路芯片40位于孔區(qū)36的中心部，并且，集成電路芯片40的第一表面40a與第二金屬導熱體層83的第一表面83a直接接觸。
此外，可聯(lián)系圖3所示插件100的制造，采用上述的類似方法來制造圖7所示的插件300。參照圖5和圖7，將在配線襯底50上附著有第一及第二金屬導熱體層70及83的組裝體安置在加熱器61上，并使第二金屬導熱體層83的第二表面83b朝著加熱器61的表面。在此，在配線襯底50及第一金屬導熱體層70的中心部形成有相互連接的孔區(qū)36。
然后，將集成電路芯片40對準并保持在孔區(qū)36上。這時，從真空孔62并通過孔84作用于集成電路芯片40上的真空吸力，使集成電路芯片40的第一表面40a與第二金屬導熱體層83的第一表面83a直接接觸。
之后，按照圖3所示的關于制造插件100的上述方法進行導線接合、密封及安裝焊錫球等工序。
使用圖7所示的插件300，可獲得與圖3所示的插件100相同的效果。但是，由于在集成電路芯片40的第一表面40a上具有箔狀或銷狀的第二金屬導熱體層83，所以，同插件100相比，插件300更容易散發(fā)集成電路芯片產(chǎn)生的熱量。實際上，為測試圖7所示插件的散熱特性而進行的模擬試驗結(jié)果表明，在空氣流速為2m/克的情況下，插件的熱阻為7.8℃/W。并且，圖7所示插件的厚度為1.2mm，其重量為圖2所示插件的85％左右。
圖8是表示本發(fā)明第四實施例的BGA插件400的剖面圖。圖8中未說明的符號，請參照上述圖3所示插件的有關說明。
參照圖8，BGA插件400包括用粘接劑92粘接在配線襯底50的第二表面50b內(nèi)側(cè)上的金屬導熱體層93。金屬導熱體層93具有附著在配線襯底50的第二表面上的第一表面93a和與該第一表面相對且露在外部的第二表面93b。此外，金屬導熱體層93最好是由銅、鋁或銀制成。當金屬導熱體層93由銅制成的情況下，為了防止被腐蝕，在第二表面93b上鍍鎳之類的材料，當由鋁制成的情況下，在第二表面93b上可形成一層黑色防腐物(blackanodizing)。
在配線襯底50的中心部露著金屬導熱體層93的第一表面93a，同時形成有孔區(qū)36。集成電路芯片40位于孔區(qū)36的中心部，集成電路芯片40的第一表面40a通過粘接劑95附著在金屬導熱體層93的第一表面93a上。為了更好地排出集成電路芯片40產(chǎn)生的熱量，這種粘接劑95最好含有銀。
另一方面，為了防止因通過金屬導熱體層93和粘接劑92吸收水份而導致插件400產(chǎn)生裂紋和分層、且提高插件400的可靠性，在配線襯底50的第二表面50b的外側(cè)部形成介質(zhì)層96。介質(zhì)層96的內(nèi)側(cè)末端部與金屬導熱體層93的末端部接觸。另外，介質(zhì)層96最好是由焊料抗蝕劑、聚酰亞胺或環(huán)氧構(gòu)成。
下面說明制造插件400的方法。為了制造圖8所示的插件400，仍使用圖5所示的加熱器61。參照圖5和圖8，把在配線襯底50的第二表面50b上附著有金屬導熱體層93和介質(zhì)層96的組裝體，放置在設有真空孔62的加熱器61上，并使金屬導熱體層93的第二表面93b與介質(zhì)層96的表面朝向加熱器的表面。在配線襯底50的中心部形成有孔區(qū)36。在加熱器61上放置該組裝體時，必須使金屬導熱體層93的第二表面93b完全封住加熱器61的真空孔62。
然后，由連接在加熱器61上的真空裝置工作而產(chǎn)生的真空吸力，通過真空孔62作用于金屬導熱體層93的第二表面93a上，使組裝體保持在加熱器61的表面上。
之后，在組裝體因真空吸力而保持在加熱器61表面上的狀態(tài)下，按照關于制造圖3所示插件100的上述方法，進行導線接合、密封及安裝焊錫球等工序。
由于在集成電路芯片40的側(cè)面沒有設金屬導熱體層，所以，可進一步減小圖8所示插件400的厚度和重量。此外，由于將薄的金屬導熱體層93作為散熱器附著于集成電路芯片40的第一表面40a上，所以，預計散熱能力也比圖3、圖6及圖7所示的插件好。制造插件400時與圖3、圖6及圖7所示的插件100、200及300的情況不同，在制造該插件時，集成電路芯片40通過粘接劑95被粘在金屬導熱體層93上之后，再將配線襯底50和集成電路芯片40放置并定位在加熱器62上。但是，導線接合及密封工序是如圖3、圖6及圖7所示地在加熱器62上進行的。因此，在制造BGA插件400時，不需要鑄型(mold)工序及特殊(singulation)工序，所以可縮短制造時間、降低設備投資及生產(chǎn)成本。此外，圖8所示的插件400厚約1.2mm，其重量為圖2所示插件的90％左右。
圖9是表示評價上述第一至第三實施例的插件散熱特性的模擬試驗結(jié)果的曲線圖。在圖9中，縱軸為熱阻(℃/W)、橫軸為空氣流速(m/克)。曲線A表示對本發(fā)明第一實施例的插件進行測試的結(jié)果，曲線B是對第二實施例、曲線C是對第三實施例、曲線D是對第四實施例的插件進行測試的結(jié)果。從圖9可知，在本發(fā)明第一實施例的插件中，盡管在集成電路芯片后面沒附著散熱器，但仍顯示了空氣流速為2米/克的情況下的小于15.8℃/W的良好熱阻特性。第一實施例插件的這種熱阻值，對于排散由集成電路產(chǎn)生的熱量來說是充分的值。并且，本發(fā)明第二實施例的插件顯示出在空氣流速為2米/克的情況下的約為6.3℃/W的最好熱阻特性值，本發(fā)明第三實施例的插件顯示出在空氣流速為2米/克的情況下的約為7.8℃/W的熱阻值。最后，本發(fā)明第四實施例的插件顯示出在空氣流速為2米/克的情況下的6.5℃/W的熱阻特性。
圖10是將本發(fā)明的圖9所示的熱阻值換算為功率分散特性值(powerdissipation)而表示的曲線圖。圖10中，縱軸為功率分散值(watts)，橫軸為空氣流速(米/克)。曲線E表示本發(fā)明第一實施例的插件的功率分散特性，曲線F表示第二實施例的插件、曲線G表示第三實施例的插件、曲線H表示第四實施例的插件的測試結(jié)果。從圖10可知，本發(fā)明的插件在空氣流速為2米/克的情況下都顯示出大于3.2W的良好的功率分散特性。
圖11A～圖11C是表示本發(fā)明第一實施例的插件中的焊接金屬導線的特性的曲線圖，圖11A表示接合力試驗(bond pull test)結(jié)果，圖11B表示球剪切力試驗(ball shear test)結(jié)果，圖11C表示回路高度(loop height)的測定結(jié)果。在進行這種測試之前，要在圖5所示的加熱器上進行導線接合，在導線接合時使用韓國K & S公司制造的K & S1488 Turbo金屬導線接合劑、韓國MikyeongSa公司生產(chǎn)的直徑為1.3mils的冷拉鋼絲、以及市場上銷售的名為Micro Swiss6mil Tip的毛細管(capillary)。并且，導線接合溫度為180℃，第一根金屬導線及第二根金屬導線的時間均為25ms，第一根金屬導線的功率為60mW、第二根金屬導線的功率為120mW，第一根金屬導線的力為45g、第二根金屬導線的力為110g。
從圖11A可知，在接合力試驗中，通過用超過曲線J所示的最小基準值5g的力對曲線I所示的21個試樣進行試驗，證明導線接合很牢固。從圖11B可知，對曲線K所示的21個試樣進行球剪切力試驗時，全部通過了用曲線L所示的最小基準值30g的力進行的試驗。此外，從圖11C可知，曲線M所示的22根金屬導線試樣都為小于曲線N所示基準值10mils的合格品。
如上所述，從圖11A～11C的結(jié)果來看，在圖5所示的加熱器上利用真空吸力固定集成電路芯片的狀態(tài)下，導線接合操作對插件的焊接金屬導線的特性無任何不良影響，從而證明能夠獲得理想的導線接合結(jié)果。
圖12A～12C是表示本發(fā)明第一實施例的插件的密封特性的曲線圖，圖12A表示密封高度(encapsulation height)的測定結(jié)果，圖12B表示金屬導線偏移量(wire sweeping)的測定結(jié)果，圖12C表示密封空隙(void)的測定結(jié)果。在進行這些測定之前，在圖5所示的加熱器上對已進行導線接合的插件進行密封時，使用了以商品名CAMALOT5000銷售的配合系統(tǒng)(Dispense SysTem)和以商品名Hysol 4451/4450銷售的阻塞/填充(Dam/Fill)材料。密封溫度為80℃，密封壓力為1.4bar。
從圖12A可知，曲線O表示的22個試樣全部小于曲線P所示的密封高度基準值16mm。從圖12B可知，對曲線Q所示的22個試樣進行金屬導線偏移測定，都不超過曲線R所示的基準值5.0％。從圖12C可知，用曲線S所示的22個試樣做試驗，都不超過曲線T所示的密封空隙率基準值5.0％。以上對密封特性測定的結(jié)果表明，即使在利用真空吸力將集成電路芯片固定在圖5所示的加熱器上的狀態(tài)下進行密封，也不會給插件的密封特性帶來任何不良影響，從而密封操作是成功的。
圖13A～13C是用本發(fā)明第二實施例的插件來說明焊接金屬導線特性的曲線圖，圖13A表示附著力試驗(bond pull test)的結(jié)果，圖13B表示球剪切力試驗(ball shear test)的結(jié)果，圖13C表示回路系統(tǒng)(loop)高度的測定結(jié)果。在做這些試驗之前，要在圖5所示的加熱器上進行導線接合，在這道工序中使用了韓國K & S公司制造的K & S 1488 Turbo金屬導線接合劑、韓國Mikyeong Sa公司制造的直徑為1.3mils的冷拉鋼絲及商品名為STP的市場上銷售的毛細管(capillary)。導線接合溫度為220℃，第一根金屬導線的導線接合時間為25ms、第二根金屬導線的導線接合時間為30ms，第一根金屬導線及第二根金屬導線的導線接合功率都為60mW，第一根金屬導線的力為45g，第二根金屬導線的力為55g。
從圖13A可知，在結(jié)合力試驗中，曲線U所示的21個試樣都超過了曲線V所示的最小基準值5g，從而很堅固地進行了導線接合。從圖13B可知，進行球剪斷試驗時，曲線W所示的21個試樣超過了曲線X所示的最小基準值30g。此外，從圖13C可知，曲線Y所示的22個試樣都合格，都小于曲線Z所示的基準值10mils。以上結(jié)果證明，在利用真空吸力在圖5所示的加熱器上固定集成電路芯片的狀態(tài)下進行導線接合時，可獲得較成功的導線接合結(jié)果。
圖14A～圖14C表示本發(fā)明第二實施例的插件密封特性，圖14A表示密封高度(encapsulation height)的測定結(jié)果，圖14B表示金屬導線偏移(wiresweeping)狀況的測定結(jié)果，圖14C表示密封空隙(Void)的測定結(jié)果。進行這些測定之前，在圖5所示的加熱器上密封導線接合后的插件時，使用了商品名為CAMALOT5000的配合系統(tǒng)(Dispense System)和商品名為Hysol4451/4450的阻塞/填充(Dam/Fill)材料。并且，密封溫度為80℃，密封壓力為1.5bar。
從圖14A可知，曲線A1所示的22個試樣全部小于曲線B1所示的密封高度基準值16mils。此外，從圖13B可知，在金屬導線偏移測定中，曲線C1所示的22個試樣都小于曲線D1所示的基準值5.0％。從圖14C可知，曲線E1所示的22個試樣都小于曲線F1所示的密封空隙率基準值5.0％。圖14A～圖14C所示的密封特性測定結(jié)果證明，即使在利用真空吸力將集成電路芯片固定在圖5所示的加熱器上的狀態(tài)下進行密封，也不會對插件的密封特性產(chǎn)生任何不良影響，從而成功地進行了密封。
圖15A～圖15C是表示本發(fā)明第二實施例插件的球安裝(ball mount)特性的曲線圖，圖15A表示插件撓曲(package warpige)的測定結(jié)果，圖15B表示焊錫球的剪切力(solder ball shear)測定結(jié)果，圖15C表示平坦度(coplanarity)的測定結(jié)果。進行這些測定之前，在將焊錫球安裝到被密封的插件上的時候，使用了商品名為SHIBUYA SBM-230的球固定件、商品名為VITRONICSSMD-522N的爐子、商品名為ACCEL MICROCEL2的焊藥清除器、以及商品名為SENJU 63Sn/37Pb的焊錫球。此外，爐子的峰值溫度為225±5℃，清除焊藥的時間為洗滌120秒、沖洗120秒、干燥180秒。
從圖15A可知，曲線G1所示的12個試樣都小于曲線H1所示的插件撓曲基準值5.0mils。此外，從圖15B可知，曲線J1所示的22個焊錫球試樣均符合曲線K1所示的1kg以下的剪切力基準值。從圖15C可知，曲線L1及L2所示的、對每一個平坦面測定24個試樣而對兩個平坦面測定的48個試樣，全部符合曲線M1表示的6mils以下的平坦度基準值。圖15A～圖15C所示的結(jié)果證明，焊錫球成功地安裝在本發(fā)明第二實施例的插件上。
在本發(fā)明中，對第三實施例及第四實施例的插件未進行導線接合特性、密封特性及焊錫球安裝特性等方面的試驗或測定。雖然本發(fā)明的發(fā)明者們未做這種試驗或測定，然而第三實施例及第四實施例的插件具有附著在集成電路芯片的第二表面上的散熱器，這與第二實施例插件的構(gòu)造類似，因此，預計具有同第二實施例的插件類似的導線接合特性、密封特性及焊錫球安裝特性。
如上所述，根據(jù)本發(fā)明的BGA插件的結(jié)構(gòu)是，集成電路芯片露在外部、或在集成電路芯片表面上附著有較薄的導熱性銷子或箔。因此，本發(fā)明插件的散熱能力強，而且重量輕、厚度薄，制造成本低。
以上是基于理想實施例說明了本發(fā)明，但同行業(yè)者可在不脫離本發(fā)明宗旨的范圍內(nèi)，對上述實施例進行多種變更和修改。
權(quán)利要求
1.一種封裝集成電路元件，其特征在于，包括配線襯底，具有一層以上的傳導性追跡層和一層以上的絕緣層，并具有第一表面和同所述第一表面相對且形成有多個電氣接點的第二表面；一層以上的金屬導熱體層，具有附著在所述配線襯底的第一表面上的第一表面和露在外部的第二表面；貫通孔區(qū)，形成于所述配線襯底和金屬導熱體層上；集成電路芯片，位于所述孔區(qū)內(nèi)，具有露在外部的第一表面和同所述第一表面相對且形成有焊盤的第二表面；多根焊接金屬導線，使所述焊盤與所述傳導性追跡層電氣連接；密封劑(encapsulation)，將所述多根焊接金屬導線和集成電路芯片密封起來，并將所述孔區(qū)埋入。
2.如權(quán)利要求1所述的封裝集成電路元件，其特征在于，所述集成電路芯片通過作用于所述集成電路芯片的第一表面上的真空吸力而被對準固定在所述孔區(qū)內(nèi)，在保持所述真空吸力的狀態(tài)下，通過所述多根金屬導線將集成電路芯片的焊盤與所述傳導性追跡層電氣連接。
3.如權(quán)利要求1所述的封裝集成電路元件，其特征在于，所述金屬導熱體層由從銅、鋁及銀中選擇的材料制成。
4.如權(quán)利要求1所述的封裝集成電路元件，其特征在于，所述傳導性追跡層由銅構(gòu)成。
5.如權(quán)利要求1所述的封裝集成電路元件，其特征在于，所述孔區(qū)具有方形橫截面，還具有橫截面為圓形的耳部。
6.如權(quán)利要求1所述的封裝集成電路元件，其特征在于，所述電氣接點是焊錫球。
7.一種封裝集成電路元件，其特征在于，包括配線襯底，具有一層以上的傳導性追跡層和一層以上的絕緣層，并具有第一表面和同所述第一表面相對且形成有多個電氣接點的第二表面；一層以上的第一金屬導熱體層，具有附著在所述配線襯底的第一表面上的第一表面和同所述第一表面相對的第二表面；第二金屬導熱體層，具有附著在所述第一金屬導熱體層的第二表面上的第一表面和同所述第一表面相對且露在外部的第二表面；孔區(qū)，形成在所述配線襯底和第一金屬導熱體層上，且使所述第一金屬導熱體層的第一表面露出；集成電路芯片，位于所述孔區(qū)內(nèi)，并具有附著在所述第二金屬導熱體層的第一表面上的第一表面和同所述第一表面相對且形成有焊盤的第二表面；多根焊接金屬導線，將所述焊盤與所述傳導性追跡層電氣連接；密封劑，將所述多根焊接金屬導線及集成電路芯片密封起來，并將所述孔區(qū)埋入。
8.如權(quán)利要求7所述的封裝集成電路元件，其特征在于，所述集成電路芯片通過作用于所述集成電路芯片的第一表面上的真空吸力而被對準固定在所述孔區(qū)內(nèi)，并在保持所述真空吸力的狀態(tài)下，通過所述多根金屬導線將集成電路芯片的焊盤與所述傳導性追跡層電氣連接。
9.如權(quán)利要求7所述的封裝集成電路元件，其特征在于，所述第一及第二金屬導熱體層中的至少一層是由從銅、鋁及銀中選擇的材料制成。
10.如權(quán)利要求7所述的封裝集成電路元件，其特征在于，所述傳導性追跡層由銅構(gòu)成。
11.如權(quán)利要求7所述的封裝集成電路元件，其特征在于，所述孔區(qū)具有方形橫截面，還具有橫截面為圓形的耳部。
12.如權(quán)利要求7所述的封裝集成電路元件，其特征在于，所述電氣接點是焊錫球。
13.如權(quán)利要求7所述的封裝集成電路元件，其特征在于，所述第二金屬導熱體層的整個第一表面上涂有粘接劑。
14.一種封裝集成電路元件，其特征在于，包括配線襯底，具有一層以上的傳導性追跡層和一層以上的絕緣層，并具有第一表面和同所述第一表面相對且形成有多個電氣接點的第二表面；一層以上的第一金屬導熱體層，具有附著在所述配線襯底的第一表面上的第一表面和同所述第一表面相對的第二表面；第二金屬導熱體層，具有附著在所述第一金屬導熱體層的第二表面上的第一表面和同所述第一表面相對且露在外部的第二表面，并在中心部位形成有孔；孔區(qū)，形成于所述配線襯底和第一金屬導熱體層上，并使所述第二金屬導熱體層的第一表面露出；集成電路芯片，位于所述孔區(qū)內(nèi)的中心部，其寬度大于第二金屬導熱體層的孔徑，并具有同所述第二金屬導熱體層的第一表面直接接觸的第一表面和同所述第一表面相對且形成有焊盤的第二表面；多根焊接金屬導線，將所述焊盤與傳導性追跡層電氣連接；密封劑，將所述多根焊接金屬導線和所述集成電路芯片密封起來，同時將孔區(qū)埋入。
15.如權(quán)利要求14所述的封裝集成電路元件，其特征在于，利用通過所述第二金屬導熱體層的孔而作用于所述集成電路芯片的第一表面上的真空吸力，將所述集成電路芯片對準固定在所述孔區(qū)內(nèi)，并在保持所述真空吸力的狀態(tài)下，通過所述多根金屬導線將集成電路芯片的焊盤與傳導性追跡層電氣連接。
16.如權(quán)利要求14所述的封裝集成電路元件，其特征在于，所述第一及第二金屬導熱體層中的至少一層由從銅、鋁及銀中選擇的材料制成。
17.如權(quán)利要求14所述的封裝集成電路元件，其特征在于，所述傳導性追跡層由銅構(gòu)成。
18.如權(quán)利要求14所述的封裝集成電路元件，其特征在于，所述孔區(qū)具有方形橫截面，還具有橫截面為圓形的耳部。
19.如權(quán)利要求14所述的封裝集成電路元件，其特征在于，所述電氣接點是焊錫球。
20.如權(quán)利要求14所述的封裝集成電路元件，其特征在于，在所述第一金屬導熱體層與第二金屬導熱體層之間涂有粘接劑。
21.一種封裝集成電路元件，其特征在于，包括配線襯底，具有一層以上的傳導性追跡層和一層以上的絕緣層，還具有第一表面和同所述第一表面相對且形成有多個電氣接點的第二表面；介質(zhì)體層，附著在所述配線襯底的第一表面的外側(cè)部分上；金屬導熱體層，具有第一表面和同所述第一表面相對的第二表面，并與所述介質(zhì)體層的內(nèi)側(cè)末端部接觸，同時，第一表面附著在配線襯底的第一表面的內(nèi)側(cè)部分上；孔區(qū)，形成于所述配線襯底的中心部，并使所述金屬導熱體層的第一表面露出；集成電路芯片，位于所述孔區(qū)內(nèi)，具有附著在所述配線襯底的第一表面上的第一表面和同所述第一表面相對且形成有多個焊盤的第二表面；多根焊接金屬導線，將所述焊盤與傳導性追跡層電氣連接；密封劑，將所述多根焊接金屬導線及集成電路芯片密封起來，并將所述孔區(qū)埋入。
22.如權(quán)利要求21所述的封裝集成電路元件，其特征在于，所述配線襯底通過作用于所述配線襯底的第一表面上的真空吸力而被對準固定在加熱器上，并在保持所述真空吸力的狀態(tài)下，通過所述多根金屬導線將集成電路芯片的焊盤與傳導性追跡層電氣連接。
23.如權(quán)利要求21所述的封裝集成電路元件，其特征在于，所述金屬導熱體層由從銅、鋁及銀中選擇的材料制成。
24.如權(quán)利要求21所述的封裝集成電路芯片，其特征在于，所述傳導性追跡層由銅構(gòu)成。
25.如權(quán)利要求21所述的封裝集成電路芯片，其特征在于，所述孔區(qū)具有方形橫截面，還具有橫截面為圓形的耳部。
26.如權(quán)利要求21所述的封裝集成電路元件，其特征在于，所述電氣接點是焊錫球。
27.如權(quán)利要求21所述的封裝集成電路元件，其特征在于，集成電路芯片通過含銀的粘接劑被粘接在所述金屬導熱體層上。
28.如權(quán)利要求21所述的封裝集成電路元件，其特征在于，所述介質(zhì)體層由從焊料抗蝕劑、聚酰亞胺、以及環(huán)氧中選擇的材料制成。
29.一種封裝集成電路元件的制造方法，其特征在于，包括以下工序準備加熱器的工序，所述加熱器上形成有用于將真空吸力作用于表面上的真空孔，并在真空孔上連接有真空發(fā)生裝置；安置工序，將包含配線襯底、以及附著在所述配線襯底的后表面上的金屬導熱體層且在所述配線襯底和所述金屬導熱體層的中心部設有貫通孔區(qū)的組裝體，安置在所述加熱器的表面上，并使所述真空孔位于所述貫通孔區(qū)的中心部；對準工序，利用所述真空發(fā)生裝置并通過所述加熱器的真空孔將真空吸力作用于集成電路芯片表面上，將所述集成電路芯片對準于所述孔區(qū)的內(nèi)部；連接工序，在保持所述真空吸力的狀態(tài)下，在所述加熱器上用焊接金屬導線將所述配線襯底與所述集成電路芯片連接起來；密封工序，用密封劑將孔區(qū)埋入，同時將所述焊接金屬導線和所述集成電路芯片密封起來。
30.如權(quán)利要求29所述的封裝集成電路元件，其特征在于，所述配線襯底由將絕緣層置于其間的多層傳導性追跡層構(gòu)成。
31.一種封裝集成電路元件，其特征在于，是利用權(quán)利要求29所述的方法制造的。
32.如權(quán)利要求29所述的封裝集成電路元件的制造方法，其特征在于，在所述密封工序之后，還包括將另外的金屬導熱體層附著在所述集成電路芯片的表面及配線襯底的表面上的工序。
33.一種封裝集成電路元件，其特征在于，是利用權(quán)利要求32所述方法制造的。
34.如權(quán)利要求29所述的封裝集成電路元件的制造方法，其特征在于，在所述密封工序之后，還包括把焊錫球安裝到所述配線襯底上的工序。
35.一種封裝集成電路元件的制造方法，其特征在于，包括下述工序準備加熱器的工序，在所述加熱器上形成有使真空吸力作用于表面上的真空孔，并在所述真空孔上連接有真空發(fā)生裝置；安置工序，把組裝體安置在所述加熱器的表面上，并且，以使所述第二金屬導熱體層的孔與所述真空孔相連通的方式把所述散熱器與所述加熱器的表面接觸，所述組裝體包含配線襯底、附著在所述配線襯底的后表面上的第一金屬導熱體層、以及附著在所述第一金屬導熱體層的后表面上且具有孔的第二金屬導熱體層，并在所述配線襯底和第一金屬導熱體層的中心部設有同所述第二金屬導熱體層的孔相互連通且使第二金屬導熱體層的部分表面露出的孔區(qū)；對準工序，利用真空發(fā)生裝置并通過所述加熱器的真空孔和所述第二金屬導熱體層的孔將真空吸力作用于集成電路芯片的表面上，從而將集成電路芯片對準于所述孔區(qū)的內(nèi)部；連接工序，在保持所述真空吸力的加熱器上，用焊接金屬導線將所述配線襯底與所述集成電路芯片連接起來；密封工序，用密封劑將所述孔區(qū)埋入，同時將所述焊接金屬導線和所述集成電路芯片密封起來。
36.如權(quán)利要求35所述的封裝集成電路元件的制造方法，其特征在于，所述配線襯底由將絕緣層置于其間的多層傳導性追跡層構(gòu)成。
37.如權(quán)利要求35所述的封裝集成電路元件的制造方法，其特征在于，在所述密封工序之后，還包括將焊錫球安裝到所述配線襯底的整個面上的工序。
38.一種封裝集成電路元件，其特征在于，是利用權(quán)利要35所述的方法制造的。
全文摘要
一種散熱能力強、重量輕、厚度薄、制造成本低的封裝集成電路元件及其制造方法。本發(fā)明的封裝集成電路元件包括:配線襯底,一個以上的金屬導熱體層,貫通孔區(qū),集成電路芯片,多根焊接金屬導線,以及密封劑。本發(fā)明方法是在通過所述真空孔的真空吸力作用將集成電路芯片固定在具有真空孔的加熱器上的狀態(tài)下,進行導線接合及密封工序的。
文檔編號H01L23/31GK1199927SQ9810793
公開日1998年11月25日 申請日期1998年5月6日 優(yōu)先權(quán)日1997年5月17日
發(fā)明者鄭泰成, 柳奇兌, 李泰根, 崔根亨, 尹漢信, 樸點淑 申請人:現(xiàn)代電子產(chǎn)業(yè)株式會社