專(zhuān)利名稱(chēng)：表面安裝型硅芯片的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及集成電路領(lǐng)域，更具體地涉及半導(dǎo)體芯片防振保護(hù)領(lǐng)域。本發(fā)明更具體地涉及表面安裝型半導(dǎo)體芯片，也就是這樣的半導(dǎo)體芯片它們的 支撐導(dǎo)電突起的連接墊片想要直接相對(duì)于諸如印刷電路板之類(lèi)的支撐體的金屬區(qū)設(shè)置，這 種類(lèi)型的安裝一般稱(chēng)作倒裝法(flip-chip)安裝。相關(guān)技術(shù)討論在倒裝法安裝中，為了減少體積，使用了這樣的裸芯片它們的表面僅涂覆諸如氧 化硅層之類(lèi)的薄絕緣層。也使用了那時(shí)體積巨大的封裝芯片。圖IA示出了安裝在印刷電路3上的表面安裝型芯片1，該安裝一方面，通過(guò)球5附 著到芯片的接觸墊片上，另一方面通過(guò)球5附著到印刷電路板的走線上而實(shí)現(xiàn)。該芯片是 在其前表面?zhèn)?支撐連接球的那側(cè))上僅包括薄層絕緣體7的裸芯片。圖IB是芯片1的前表面在某個(gè)實(shí)施例中的視圖，在該實(shí)施例中，連接球5均勻分 布在整個(gè)芯片表面的矩陣中。本發(fā)明典型地涉及基本為正方形或者矩形的大小范圍在0.4mm和3cm之間的芯片。這種類(lèi)型的安裝已經(jīng)進(jìn)行了廣泛研究，但是實(shí)踐表明其在成為缺陷品上具有很高 的風(fēng)險(xiǎn)。特別是，值得注意的是，當(dāng)包含印刷電路的設(shè)備經(jīng)歷振動(dòng)時(shí)(例如，當(dāng)芯片安裝在 蜂窩式便攜無(wú)線電話印刷電路并且用戶將他的電話落到堅(jiān)硬表面上時(shí))，球在它們安裝到 印刷電路上時(shí)或者在安裝到印刷電路上之后破裂。這種球的破裂導(dǎo)致電路的不連接以及立 即損壞，或者在使用一段時(shí)間后逐步損壞。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明實(shí)施方式的目的在于保護(hù)表面安裝型芯片承受振動(dòng)后果，并且更具體地防 止連接球?qū)⑿酒瑝|片連接到印刷電路布線上的缺陷。申請(qǐng)人:進(jìn)行了許多實(shí)驗(yàn)并且發(fā)現(xiàn)一個(gè)方案，其包括將芯片的前后表面涂覆有選擇 性合成物的加載(loaded)熱硬性環(huán)氧樹(shù)脂，這些層的厚度在精確范圍內(nèi)進(jìn)行選擇。更具體的是，本發(fā)明的實(shí)施方式提供了一種通過(guò)球附著到其前表面而安裝的硅芯 片表面，其中，該芯片的前后表面覆蓋有具有下述特性的熱硬性環(huán)氧樹(shù)脂-該樹(shù)脂包含了由碳纖維顆粒形成的負(fù)載重量的45到60%的比例范圍，其中碳纖 維顆粒的最大尺寸為20 μ m,其最大部分的直徑范圍在2和8 μ m之間。-在前表面?zhèn)?，所加載的樹(shù)脂從球高度的45%覆蓋到60%。-在后表面?zhèn)?，所加載的樹(shù)脂厚度范圍在80到150μπι之間。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式，該樹(shù)脂在形成之后的楊氏模量范圍在1到7Gpa之間。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式，球的直徑范圍在200到300μπι之間。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式，球包括錫-銀-銅型焊接合金，銀和銅的重量比例小 于10 %，例如1 %的銀和0. 5 %的銅。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式，樹(shù)脂用壓模法得到。本發(fā)明的上述目的，特征和優(yōu)點(diǎn)將在下面結(jié)合附圖的特定實(shí)施方式的非限定說(shuō)明 中詳細(xì)討論。


圖IA是安裝到印刷電路板上的表面安裝型芯片的側(cè)視圖；圖IB是表面安裝型芯片前表面的一個(gè)實(shí)施例的頂視圖；圖2示出了根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方式的表面安裝型芯片；以及圖3Α到3C示出根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方式的用于在表面安裝型芯片上形成樹(shù)脂層 的方法的連續(xù)步驟。
具體實(shí)施例方式在微電子元件的表述中照常，各個(gè)附圖并不是按比例的，并且僅旨在幫助理解本 發(fā)明。圖2示出了表面安裝型芯片1的實(shí)施例。裸芯片的厚度范圍在100到500μπι之 間。裸芯片是一片硅晶片，其包括不同平面(level)以及摻雜類(lèi)型以形成選擇性部件的區(qū) 域。這種裸芯片還包括不同的金屬化平面，以確保了各部件之間以及和輸出墊片的連接。裸 芯片通常涂覆絕緣薄層，例如，氧化硅，其厚度小于10 μ m，目前為1到3μπι。目前球5附著 到該裸芯片上，其中球5的直徑為200到300 μ m，其目前由錫-銀-銅型的焊接合金制成， 目前用SAC表示Sn，Ag，Cu。球主要由錫形成，銀和銅的重量比小于10%，例如的銀和 0.5%的銅。將球焊接到芯片連接墊片上。因此，如果球的初始直徑為300 μ m，它們?nèi)缓髮?從芯片表面突起的高度大約在200 μ m到250 μ m的范圍內(nèi)。墊片可以如圖IB的正視圖所示那樣均勻分布，或者可以以其他方式設(shè)置，例如， 沿著兩條并列線路，或者通過(guò)形成圍繞芯片的框架再次設(shè)置，而不采用中心球。熱硬性樹(shù)脂層11沉積在芯片的前表面?zhèn)?，以使得每個(gè)球5的突起凸露。熱硬性樹(shù) 脂層13沉積到芯片1的后表面?zhèn)壬稀蓚€(gè)熱硬性樹(shù)脂層是加載碳纖維塊的環(huán)氧樹(shù)脂層。碳纖維塊的長(zhǎng)度小于20 μ m，大 多數(shù)直徑范圍在2禾口 8 μ m之間。形成在芯片前表面上的被加載的環(huán)氧樹(shù)脂層11的厚度(e2)能從附著到芯片的球 的高度的45%到60%，優(yōu)選的是從50到55%。因此，對(duì)于300 μ m的球，其在附著后相對(duì)于 芯片的高度為250 μ m等級(jí)，樹(shù)脂層的厚度在125 μ m等級(jí)。設(shè)置在芯片后表面上的被加載 的環(huán)氧樹(shù)脂層13優(yōu)選地由同樣的樹(shù)脂形成，以與沉積到芯片前表面上的樹(shù)脂層11相同的 方式加載。如下文所見(jiàn)，在晶片切割之前，樹(shù)脂層11和13在它們?nèi)匀唤M裝到單晶片的同時(shí) 沉積到芯片上。樹(shù)脂層13主要用于平衡例如在樹(shù)脂退火操作之后可能施加到晶片上的張 應(yīng)力，其中張應(yīng)力旨在使晶片扭曲，因此不利地影響了隨后的切割操作。因此，后表面層13的厚度(e3)與前表面11的數(shù)量級(jí)相同。層13的厚度大于50 μ m，小于200 μ m，優(yōu)選的范 圍在80和150 μ m之間。此外，所加載的熱硬性環(huán)氧樹(shù)脂的本性進(jìn)行選擇，這樣，一旦如上所示那樣加載， 并且在硬化之后，其楊氏模量范圍在1和7GPa之間。假設(shè)給出樹(shù)脂的特性，明顯的是采用常規(guī)的注入式鑄模技術(shù)難于形成樹(shù)脂層。申 請(qǐng)人進(jìn)行了測(cè)試并且成功地嘗試出執(zhí)行壓模工藝。圖3A到3C示出了被推薦的壓模法的連續(xù)步驟。在圖3A中，所加載的一定量的環(huán)氧樹(shù)脂20沉積在包括部件并且具有連接球5的 硅晶片1的前表面上。盡管僅示出了少量的球5，圖3A象征出硅晶片包括大量的芯片，每個(gè) 芯片支撐大量的球。因此，為了進(jìn)行實(shí)際度量，應(yīng)該示出更大的晶片尺寸。在圖3B中，晶片1放置在模子的涂有減振膜22的下部21上。該模子涂有減振膜 24的上部23也單獨(dú)示出。膜24的厚度和柔韌性進(jìn)行選擇，以便在上部壓縮到下部上的過(guò) 程中，這個(gè)膜接下來(lái)進(jìn)行由球5的上表面形成的圖案。膜24然后密封了球的上部。圖3C示出了在閉合和壓縮狀態(tài)的模子?？赡芙M裝在彈簧26上的鄰接裝置25設(shè) 置成優(yōu)化和限制壓縮。在圖3C所示的步驟中，可以看見(jiàn)膜24圍繞并保護(hù)球的未用樹(shù)脂覆 蓋的上部。在該壓模過(guò)程中，對(duì)施加在圖3A所示的步驟上的樹(shù)脂量20(reSin dose)進(jìn)行精 確調(diào)節(jié)，這樣在圖3C的步驟上，樹(shù)脂被令人滿意地展開(kāi)。該壓縮工藝的優(yōu)點(diǎn)在于沒(méi)有負(fù)載(碳纖維塊)隔離，其能規(guī)則地分布在展開(kāi)的樹(shù) 脂中。通過(guò)壓縮工藝同樣可實(shí)現(xiàn)樹(shù)脂施加到晶片的后表面上。申請(qǐng)人:已經(jīng)進(jìn)行了球與上文所述形成的芯片以及與其中保護(hù)層厚度小于球厚度 一半、或者保護(hù)層厚度在球厚度一半的等級(jí)上但是具有未加載的樹(shù)脂的芯片的碰撞測(cè)試。那么，已經(jīng)知道，在大量的現(xiàn)有設(shè)備在振動(dòng)次數(shù)小于10之后能展現(xiàn)出球的缺陷的 同時(shí)，諸如本文中所披露的設(shè)備僅在振動(dòng)次數(shù)大于30之后才展現(xiàn)出球的缺陷。
權(quán)利要求
一種通過(guò)球(5)附著到前表面而表面安裝的硅芯片，其中芯片的前后表面涂覆有具有如下特性的熱硬性環(huán)氧樹(shù)脂 該樹(shù)脂包含了重量在45到60％的比例范圍的由碳纖維顆粒形成的負(fù)載，其中碳纖維顆粒的最大尺寸為20μm，最大部分的直徑范圍在2和8μm之間。 在前表面?zhèn)龋虞d的樹(shù)脂(11)覆蓋了球高度的45％到60％。 在后表面?zhèn)?，所加載的樹(shù)脂(13)厚度范圍在80到150μm之間。
2.權(quán)利要求1的硅芯片，其中在硬化之后，樹(shù)脂的楊氏模量范圍在1和7GPa。
3.權(quán)利要求1的硅芯片，其中球(5)的直徑范圍在200到300μ m之間。
4.權(quán)利要求1的硅芯片，其中球(5)包括錫-銀-銅型的焊接合金，銀和銅的重量比小 于10 %，例如，1 %的銀和0. 5 %的銅。
5.權(quán)利要求1的硅芯片，其中樹(shù)脂用壓模法獲得。
全文摘要
一種通過(guò)球附著到其前表面而表面安裝的硅芯片，其中該芯片的前后表面覆蓋有具有如下特性的熱硬性環(huán)氧樹(shù)脂該樹(shù)脂包含重量在45到60％的比例范圍的由碳纖維顆粒形成的負(fù)載，其中碳纖維顆粒的最大尺寸為20μm，其最大部分的直徑范圍在2和8μm之間，在前表面?zhèn)龋虞d的樹(shù)脂覆蓋了球高度的45％到60％，在后表面?zhèn)?，所加載的樹(shù)脂厚度范圍在80到150μm之間。
文檔編號(hào)H01L21/56GK101950736SQ201010225359
公開(kāi)日2011年1月19日 申請(qǐng)日期2010年7月12日 優(yōu)先權(quán)日2009年7月10日
發(fā)明者克里斯托夫·賽里, 勞倫特·巴羅, 帕特里克·烏格龍, 文森特·賈里 申請(qǐng)人:意法半導(dǎo)體(圖爾)公司