專利名稱：矩柵陣列封裝裝置及其形成方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及集成電路封裝，更具體地說(shuō)，涉及用于制造矩柵陣列
(LGA)封裝裝置的改進(jìn)的方法。
背景技術(shù)：
集成電路(IC)小片(die)是形成于半導(dǎo)體晶片(例如硅晶片) 上的微小部件。引線框架是通常包括焊盤(pán)的一種金屬框架，該焊盤(pán)支 撐從晶片上切割下來(lái)的IC小片。這種引線框架還具有提供外部電氣 連接的引線指狀物。也就是說(shuō)，把小片連接到小片焊盤(pán)，然后把小片 焊墊通過(guò)引線接合或倒裝焊凸起連接到引線指狀物，以提供外部電氣 連接。用保護(hù)材料封裝小片和引線接合點(diǎn)或倒裝焊凸起來(lái)形成一個(gè)封 裝。根據(jù)封裝類型，所述外部電氣連接可以保持不變，例如在薄型小 尺寸封裝(TSOP)中，或者被進(jìn)一步加工，例如通過(guò)連接球形焊球 用于球門(mén)陣列封裝(BGA)。這些端點(diǎn)使得小片與其它電路(例如在 印刷電路板上)電氣連接起來(lái)。然而，如果需要化學(xué)蝕刻或反回蝕， 則形成引線框架和封裝組件既費(fèi)錢(qián)又耗時(shí)。
實(shí)際上，所有電子設(shè)備都使用封裝式集成電路，并且目前一直都 要求裝置體積更小而功能卻更強(qiáng)大，很需要減小封裝的尺寸。LGA封 裝通過(guò)取消作為BGA封裝一部分的焊球來(lái)降低高度。代替用坪球?qū)?封裝裝置連接到印刷電路板(PCB )，通過(guò)插孔將LGA封裝連接到印 刷電路板(PCB)。最近， 一直用已經(jīng)施加到印刷電路板上的焊料將 LGA封裝進(jìn)行回流焊接?？煽啃圆粶p而封裝高度降低使得LGA封裝 在許多電子裝置中得到普遍使用，例如，蜂窩式電話、數(shù)字照相機(jī)、 個(gè)人數(shù)字助理(PDA)等等。而且，LGA封裝還能以更小的封裝獲得 更多的引線數(shù)。同時(shí)還縮短了從集成電路到封裝焊點(diǎn)的電路。
因此，需要有一種減小封裝式集成電路尺寸的方法。也需要提供價(jià)格便宜的封裝集成電路的方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了一種封裝集成電路小片的方法，它包括以下步驟 在夾具內(nèi)形成多個(gè)軟質(zhì)導(dǎo)電球，其中所述球的相對(duì)側(cè)被至少部分
弄平；
將所形成的球從所述夾具傳輸?shù)揭荒Ｕ谏w帶(mold masking tape );
把集成電路小片的第一側(cè)連接于所述模遮蓋帶，其中所述小片的 第二側(cè)具有多個(gè)小片焊墊，所述小片被所形成的球圍繞；
把小片焊墊電氣地連接到所形成的圍繞所述小片的相應(yīng)的球上； 用模膠封裝小片、電氣連接點(diǎn)和所形成的球的頂部； 移除所述模遮蓋帶，從而露出所述球的底部。當(dāng)同時(shí)形成多于一 個(gè)的裝置時(shí)，就實(shí)施分隔步驟，把相鄰的裝置分隔開(kāi)。


結(jié)合附圖將會(huì)更好地理解本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的詳細(xì)說(shuō)明。附圖是 對(duì)本發(fā)明的舉例說(shuō)明而不是限制。圖中使用相同的數(shù)字標(biāo)注相同的元 件。
圖1是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的封裝式集成電路的放大橫截面圖。
圖2A是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例形成導(dǎo)電球的夾具的透視圖。 圖2B是位于圖2A夾具中的導(dǎo)電球放得很大的放大圖。 圖3A是顯示在圖2A的夾具中機(jī)械模壓導(dǎo)電球過(guò)程的透視圖。 圖3B是在圖2A的夾具中經(jīng)機(jī)械模壓后導(dǎo)電球的放得很大的透視圖。
圖4是顯示把導(dǎo)電球從圖2A的夾具傳輸?shù)侥z帶的步驟的透視圖。 圖5A是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例小片連接方法的透視圖。 圖5B-5D是顯示替換的小片連接方法的放大橫截面圖。 圖6A是顯示被引線接合到多個(gè)導(dǎo)電球的圖5的一個(gè)小片的放得 很大的放大透視圖。圖6B是圖6A中一個(gè)引線接合點(diǎn)的放得很大的橫截面圖。 圖7是經(jīng)過(guò)封裝過(guò)程之后把小片引線接合于導(dǎo)電球的膠帶頂側(cè)的 透視圖。
圖8是顯示根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例經(jīng)過(guò)脫帶步驟之后封裝式裝置 底側(cè)的透視圖。
圖9是根據(jù)本發(fā)明經(jīng)過(guò)分隔過(guò)程之后封裝式裝置底部的透視圖。 圖IO是根據(jù)本發(fā)明的導(dǎo)電球另一實(shí)施例的透視圖。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖所作的詳細(xì)說(shuō)明是用來(lái)說(shuō)明本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例 的，并不表示本發(fā)明就只用這些形式。應(yīng)該理解，相同或相當(dāng)?shù)墓δ?可以用包含在本發(fā)明精神和范圍內(nèi)的其它實(shí)施例實(shí)現(xiàn)。
現(xiàn)在參看圖1，顯示的是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例形成的封裝式半 導(dǎo)體裝置10的放大的橫截面圖。所述封裝式裝置10包括集成電路小 片12,例如，從硅晶片上切割下來(lái)的小片，所述小片用小片連接材料 16連接到一個(gè)或數(shù)個(gè)軟球14上。所述集成電路小片12具有帶多個(gè)線 焊墊20的頂面，即，第一表面18。所述線焊墊20電氣地與其它軟球 14連接。優(yōu)選地，所述線焊墊20借助引線接合法用線22與軟球14 連接。小片12、電氣連接部、線22和至少軟球14的頂部用模膠24 覆蓋或封裝。球14的底側(cè)是暴露的，并使集成電路小片12連接于印 刷線路板。正如業(yè)內(nèi)人士所知道的那樣，線22所連接的球14被用于 向小片12、基底或印刷線路板傳送數(shù)據(jù)、電力或地面信號(hào)，或從小片 12、基底或印刷線路板傳送數(shù)據(jù)、電力或地面信號(hào)，而連接于小片12 的其它的球14可以從小片12把熱傳出去(即，熱管理)，并提高板面 焊料結(jié)合強(qiáng)度。這就是說(shuō)，小片12下面的球14提供了提高板面焊點(diǎn) 強(qiáng)度的可焊表面。需要注意的是，角上的球甚至沿封裝邊緣的球也可 以提供提高封裝機(jī)械強(qiáng)度的連接。
所述集成電路小片12可以是任何一種電路，例如，數(shù)字信號(hào)處理 器、專用電路等等。業(yè)內(nèi)人士對(duì)這些電路是非常了解的。按照優(yōu)選方 案，所述軟球14是用導(dǎo)電材料形成的，因此可以傳送電信號(hào)。所述導(dǎo)電材料可以是金屬，例如，銅、金、其合金或者軟焊料，例如，63/37 材料(63%錫，37%鉛)或90/10材料(90%鉛，10%錫)?；蛘撸?球14可以用具有金屬表面拋光的聚合物基材料制成。無(wú)鉛封裝可以通 過(guò)無(wú)鉛金屬球獲得。所述軟球14用軟材料形成，因而線22可以容易 地引線接合于其上。優(yōu)選地，線22用更硬或更堅(jiān)固的材料制成，諸如 銅或硬的金合金形成，從而，在引線接合時(shí)，所述線22穿入并埋于軟 球14內(nèi)。正如下面詳細(xì)論述的那樣，線22使用更硬的材料可以使線 22進(jìn)入軟球14,因而通過(guò)把硬線22埋入軟球14內(nèi)而形成連接。
用小片連接材料16把小片12連接于多個(gè)軟球14。所述小片連接 材料16可以是任何一種眾所周知的用于把小片連接于基底的粘接劑， 例如，環(huán)氧樹(shù)脂。雖然在顯示的實(shí)施例中小片12連接于球14,但是 小片12也可以連接于由金屬(例如銅)形成的小片焊盤(pán)的一側(cè)，在這 種情況下，小片焊盤(pán)的另一側(cè)是暴露的。另一種方案是使小片12的底 側(cè)(第二側(cè))暴露，在這種情況下，小片12不連接于任何球14或小 片焊盤(pán)。密封劑24是業(yè)內(nèi)人士 了解的通常用于封裝集成電路的一種類 型。
現(xiàn)在參照?qǐng)D2A-圖9，描述根據(jù)本發(fā)明封裝集成電路小片的方法。 圖2A和圖2B顯示根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例形成軟質(zhì)導(dǎo)電球14的夾 具30。圖2A是所述夾具30的透視圖，而圖2B則是位于所述夾具30 內(nèi)的導(dǎo)電球的放大圖。封裝集成電路小片12的方法的初始步驟是形成 軟球14。所述夾具30是具有大塊平面的金屬塊，帶有多個(gè)空腔，所 述球就在這些空腔內(nèi)形成。所述空腔成格柵或陣列布置于夾具30的表 面上。制造成本低是本發(fā)明的重要考慮之一。在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例 中，球14通過(guò)把熔融金屬澆注于旋轉(zhuǎn)板上而形成。這樣可以在成本很 低的情況下形成極其嚴(yán)格控制大小的微小金屬球。所述夾具30內(nèi)的空 腔一般是圓的。按優(yōu)選方案，所述空腔有平的底面或部分修平了的底 面，從而在此空腔內(nèi)形成的球的這一部分有平的或部分平的表面?？?以使用矩形球，取代形成圓球或有平的底面的圓球。圖IO顯示矩形球 15的實(shí)施例。正如前面論述的那樣，球14用可以由變形的軟的導(dǎo)電材料(例 如，軟金屬)形成。范例金屬是焊料或金。正如業(yè)內(nèi)人士所知道的那 樣，大多數(shù)BGA球是用63/37材料(63%錫，37%鉛)形成的，這是 一種很軟的材料。即使使用90/10材料(90%鉛，10%錫)，球的形狀 也可變形。現(xiàn)在參看圖3A和圖3B,在把球14放置于夾具30內(nèi)之后， 用壓具34通過(guò)機(jī)械模壓法把球14的頂面32弄平。也就是說(shuō)，使用壓 具34推壓夾具30空腔內(nèi)的球14的頂面，使球14的頂面32變平。 因?yàn)榘磧?yōu)選方案所述空腔的底面是平的或部分地平的，所以所述球14 的底面以與頂面32相同的方法被弄平。因此，至少球14的兩個(gè)相對(duì) 的側(cè)邊被弄平或部分地被弄平。
現(xiàn)在參看圖4,在經(jīng)過(guò)機(jī)械模壓過(guò)程之后，把球14從夾具30移 到一側(cè)有粘接劑的模遮蓋帶36。更具體地說(shuō)，是把帶36放于球14的 上面。球14粘著于帶36的粘接表面，然后把帶36從所述夾具30移 開(kāi)。另一方法是把夾具30放在帶36上，在球14粘著于帶36的粘接 表面之后把夾具30移開(kāi)。如圖5所示，模遮蓋帶36可以在球14移到 帶36之前或之后連接于金屬框架38。
在球14移到模遮蓋帶36之后，實(shí)施連接小片這一步驟。參看圖 5A，把集成電路小片12在預(yù)定位置連接于多個(gè)球14上。所述小片12 都有底面和包括若干線焊墊20的頂面。在本優(yōu)選實(shí)施例中，小片12 的底面用小片連接膠16直接連接于球14(見(jiàn)圖1)。小片12安裝的位 置做到多個(gè)球14圍繞小片12。利用輸入端/輸出端的數(shù)量決定圍繞各 小片12的球14的數(shù)量。在多個(gè)球14的頂部安裝小片12可以使用夾 具形成大小一致的球和形成單一的球矩陣模式。單一的球矩陣模式可 以在不必改變夾具30大小的情況下形成大小不同的小片和大小不同 的封裝。而且，正如上面論述的那樣，連接于小片12上的球14起集 成電路小片12的熱通道作用，并提供增強(qiáng)板面焊接強(qiáng)度的可焊接表 面。也就是說(shuō)，球14提供可焊接表面。
小片連接還有其它選擇。 一種選擇就是如圖5B所示把小片12直 接連接于帶36沒(méi)有球14的位置。也就是說(shuō)，在夾具30內(nèi)形成球陣列時(shí)留出沒(méi)有球的地方，這些地方用于容納各個(gè)小片12。這樣，小片12 在密封并移除帶之后有暴露的表面。第二種選擇是如圖5C所示用非 導(dǎo)電的環(huán)氧樹(shù)脂40把小片12連接于帶36,如圖5C。在使用第二種 選擇形成的封裝中，小片12不是暴露的，在小片12和形成的封裝的 外側(cè)之間也沒(méi)有導(dǎo)電通道。該第二種選擇使得PCB能在封裝下布線。 參看圖5D,還有一種選擇，就是用環(huán)氧樹(shù)脂或焊料44把小片12連接 于散熱器42(例如，堅(jiān)固的金屬板)。所述散熱器42可以在球14連 接于帶36之后連接于帶36。散熱器42可以進(jìn)一步提高封裝的傳熱性 能，并增加封裝的可焊接面積。
現(xiàn)在參看圖1、圖6A和圖6B，如上所述，在小片12連接于帶 36或球14之后，線焊墊20在電氣上連接于形成的圍繞小片12周?chē)?的各個(gè)球14。更具體地說(shuō)，焊接線22把IC線焊墊20連接到各自的 形成的球14。因?yàn)檫@些形成的球14只用模遮蓋帶36的粘接劑固定， 所以球14固定的牢固程度可能不足以施加一般熱聲引線接合過(guò)程中 使用的超聲力。因此，不使用一般的熱聲焊接，而使用由銅或硬的金 合金形成的硬線插入軟球14，這樣就通過(guò)硬線22埋入軟球14形成連 接。如圖6B所示，線22的端部33埋入球14內(nèi)。所述端部一般是圓 形的并用引線接合機(jī)通過(guò)線22的電火炬(EFO)形成。
正如封裝集成電路業(yè)界所了解的那樣，在引線接合完成之后，按 優(yōu)選方案，小片12、電氣連接部、線22和各球的一部分用塑性材料 密封起來(lái)。圖7顯示金屬框架38,它固定上面有密封劑24的帶36。 在此階段，所述密封劑覆蓋帶36的整個(gè)一側(cè)。注意到球14的部分平 整的側(cè)面有鎖定性能，這有助于把球14固定于密封劑24內(nèi)。
如圖8所示，在封裝過(guò)程之后，例如用手或市場(chǎng)上可以購(gòu)買(mǎi)到的 去皮機(jī)除去模遮蓋帶36，從而把球14陣列的底部暴露出來(lái)。為了保 證可靠的LGA互連性能，所述球的暴露的底部可以涂敷或鍍以貴金 屬表面拋光材料(例如，鎳/金)，既可抗腐蝕又提供低的接觸電阻。 球14的暴露部分可以通過(guò)電解鎳/金電鍍的選擇淀積方法被涂敷。最 后，把密封的矩陣分開(kāi)，按優(yōu)選方案，使用眾所周知的鋸分隔法(sawsingulation)以形成分離的封裝式裝置10。
在鋸分隔過(guò)程之前，可以進(jìn)行有選擇的電功能測(cè)試。因?yàn)樵谡麄€(gè) 封裝過(guò)程中封裝式裝置的所有輸入端和輸出端都是分開(kāi)的，所以可以 以條帶式進(jìn)行電測(cè)試，從而可以在不增加程序和成本的情況下提高測(cè) 試器使用效率以及進(jìn)行平行測(cè)試。
因?yàn)閺募呻娐沸∑?2到板的信號(hào)通道縮短了 ，所述封裝式裝置 提高了高頻電性能。而且，通過(guò)提高焊接對(duì)系統(tǒng)板偏轉(zhuǎn)引起的應(yīng)力故 障的抵抗能力，提高了系統(tǒng)的可靠性。射頻性能的提高和對(duì)機(jī)械應(yīng)力 故障的抵抗能力對(duì)于手機(jī)廠家是重要的問(wèn)題。
本發(fā)明提供容易而又便宜的封裝集成電路的方法。因?yàn)榧炔恍枰?襯底也不需要終端(外部引線或球)，所以裝置的成本很低。因?yàn)闆](méi)有 金屬引線框架，所以分隔步驟中使用的鋸刃不用锘穿金屬，所以鋸刃 的壽命更長(zhǎng)。還因?yàn)椴恍枰€框架，所以無(wú)須進(jìn)行襯底跟蹤布線。 封裝過(guò)程不需要任何化學(xué)反回蝕，而這種反回蝕可能是很昂貴的。這 種封裝工藝可以用目前市場(chǎng)上能購(gòu)買(mǎi)到的設(shè)備進(jìn)行。封裝的外形高度 很低，低到0.4mm。雖然只對(duì)LGA封裝進(jìn)行了描述，但是也可使用 前述方法形成諸如GFN(方形扁平無(wú)引腳)之類的封裝。還可以使用本 方法封裝堆積小片裝置。LGA可以提供很高的互聯(lián)密度，例如200 + 輸入/輸出。
雖然我們已經(jīng)繪出并說(shuō)明了本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，但是很清楚， 本發(fā)明并不僅限于這些實(shí)施例。在不脫離權(quán)利要求中說(shuō)明的本發(fā)明的 精神和范圍可以有許多修改、變化、變型、替換和等同辦法，這對(duì)于 業(yè)內(nèi)人士而言是很清楚的。
權(quán)利要求
1、一種封裝集成電路小片的方法，包括以下步驟在夾具內(nèi)形成多個(gè)軟質(zhì)導(dǎo)電球，其中所述球的相對(duì)側(cè)被至少部分地弄平；把所形成的球從所述夾具傳輸?shù)揭荒Ｕ谏w帶；把集成電路小片的第一側(cè)連接到所述模遮蓋帶，其中所述小片的第二側(cè)具有多個(gè)小片焊墊，所述小片由所形成的球圍繞；把所述小片焊墊電氣連接到所形成的圍繞所述小片的相應(yīng)的球上；用模膠封裝小片、電連接點(diǎn)和所形成的球的頂部；移除所述模遮蓋帶，從而露出所述球的底部。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1的封裝集成電路小片的方法，其特征在于， 在所述夾具內(nèi)形成的球是球形的。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1的封裝集成電路小片的方法，其特征在于， 在所述夾具內(nèi)形成的球大體是矩形。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1的封裝集成電路小片的方法，其特征在于， 所述球形成步驟包括機(jī)械模壓步驟，其中至少所述球的兩個(gè)相對(duì)側(cè)被 至少部分弄平。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1的封裝集成電路小片的方法，還包括把所述 模遮蓋帶連接于一框架的步驟。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1的封裝集成電路小片的方法，其特征在于， 所述小片連接步驟包括用小片連接膠把所述小片的第一側(cè)連接于多個(gè) 球。
7、 根據(jù)權(quán)利要求1的封裝集成電路小片的方法，其特征在于， 所述電氣連接步驟包括用相應(yīng)的多根線把小片焊墊引線接合到相應(yīng)的 球上。
8、 根據(jù)權(quán)利要求7的封裝集成電路小片的方法，其特征在于， 在引線接合步驟中，線穿入并埋入所述球內(nèi)。
9、根據(jù)權(quán)利要求1的封裝集成電路小片的方法，還包括用鋸把 封裝的小片與相鄰的封裝小片分隔開(kāi)的步驟。
全文摘要
一種封裝集成電路小片(12)的方法，包括在夾具(30)內(nèi)形成軟質(zhì)導(dǎo)電球(14)陣列，并把所述球的相對(duì)側(cè)弄平。然后把被弄平的球從所述夾具移到模遮蓋帶(36)。用小片連接膠(16)把集成電路小片的第一側(cè)連接到所述球，再用線(22)把線焊墊(20)直接電氣連接到相應(yīng)的球。密封劑(24)形成在小片、電連接點(diǎn)和所形成的球的頂部上。移除所述帶，并通過(guò)鋸分隔法把毗鄰的封裝小片分隔開(kāi)。結(jié)果得到封裝式集成電路，其底側(cè)具有暴露的球。
文檔編號(hào)H01L21/58GK101421833SQ200480039842
公開(kāi)日2009年4月29日 申請(qǐng)日期2004年11月4日 優(yōu)先權(quán)日2003年12月9日
發(fā)明者周偉煌, 蘇海明, 南 許 申請(qǐng)人:飛思卡爾半導(dǎo)體公司