專利名稱：表面安裝電子元件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及表面安裝電子元件，即，其接觸焊盤支撐導(dǎo)電突出物的元件，所述導(dǎo)電突出物意欲直接粘結(jié)到支撐物(諸如印刷電路板)的焊盤。本發(fā)明更加具體地涉及一種能夠經(jīng)得起撞擊和/或溫度變化的表面安裝元件。
背景技術(shù)：
在表面安裝件中，為了最小化體積，通常使用表面僅覆蓋有薄絕緣層的裸芯片 (無封裝)，該薄絕緣層例如由氧化硅構(gòu)成。圖IA是示意性地示出能夠直接安裝到印刷電路板3的表面的可表面安裝芯片1 的橫截面圖。芯片1在其前表面上包括粘接到該芯片的接觸焊盤(在該圖中未示出)的金屬球5。芯片1是在其前表面上僅覆蓋有薄絕緣層7的疊層的裸芯片(在所述球經(jīng)由導(dǎo)電通道連接至該芯片的情況下，該前表面也可以覆蓋有若干絕緣層和導(dǎo)電層的疊層)。印刷電路板3在其前表面上包括焊盤9。安裝時(shí)，芯片的球5抵靠印刷電路板的焊盤9。然后球5 粘接到焊盤9。該粘接例如可以通過焊接或者任意其它已知的粘接技術(shù)來實(shí)現(xiàn)。在一個(gè)示例中，芯片1包括在整個(gè)芯片表面上以正方形矩陣形式均勻分布的16個(gè)接觸球。圖IB是該芯片的前表面圖。在表面安裝件中，球的尺寸限制了可以在芯片與印刷電路之間形成的電連接的數(shù)量。例如，在具有4mm邊長(zhǎng)的正方形芯片上，通常設(shè)置具有至多8X8個(gè)球的矩陣，其中，球的直徑在0. 25mm到0. 35mm之間，且相鄰兩球之間(中心到中心)的間距在0. 4mm到0. 5mm 之間。為了增加可能的連接的數(shù)量，已經(jīng)提出在半導(dǎo)體芯片的周圍形成厚度與芯片厚度基本相同的周邊樹脂延展物，該延展物能夠支撐額外的接觸球。該樹脂延展物在其表面包括接觸焊盤和導(dǎo)電通道，以將額外的球連接到待接觸的芯片的區(qū)域。圖2A至圖2C是非常示意性地示出形成具有周邊樹脂延展物的薄的半導(dǎo)體芯片的步驟的橫截面圖。圖2A示出將按照通常的方法預(yù)先制造并切成塊的半導(dǎo)體芯片21置于支撐板23 上的步驟。應(yīng)注意，在將芯片21切成塊之前，預(yù)先按照通常的方法直接在硅片上對(duì)該芯片 21進(jìn)行檢測(cè)，例如探頭檢測(cè)。因此，只有有效的芯片21被置于板23上，這樣使得具有周邊樹脂延展物的元件具有良好的制造產(chǎn)量。芯片21在板23上被布置成，使得芯片21的后表面仍然是不連接的。芯片21的前表面例如通過雙面膠粘接到支撐板23。此外，在相鄰的芯片21之間具有自由空間25。圖2B示出在板23上進(jìn)行樹脂沉積的步驟，使得樹脂27填充到芯片21之間的自由空間25(圖2A)。在實(shí)踐中，開始時(shí)形成的樹脂層27的厚度大于芯片21的厚度。在隨后的步驟中，樹脂層27被減薄到具有與芯片21的厚度相同的厚度。從而，在頂視圖中(未示出)，每個(gè)芯片21被與該芯片緊密相連的樹脂框架27環(huán)繞，樹脂27的厚度與芯片21的厚度基本一致，例如大約在250 μ m到450 μ m。
圖2C示出將接觸球四安置在芯片21和相應(yīng)的樹脂延展物27上。在未示出的中間步驟中，由芯片21和樹脂延展物27形成的晶片與支撐板23分離并且可以被翻轉(zhuǎn)。在安置/粘接球四之前，將能夠在表面上形成連接件和焊盤的絕緣層和導(dǎo)電層的疊層沉積在芯片和樹脂延展物上，所述連接件將所述焊盤連接至芯片上的接觸件。
在最終的步驟中，將延展后的元件切成塊。圖3是以更加詳細(xì)的形式示出根據(jù)所描述的與圖2A至圖2C有關(guān)的方法所形成的元件31的橫截面圖。作為示例，基礎(chǔ)半導(dǎo)體芯片21是邊長(zhǎng)為4mm的正方形芯片，在芯片 21周圍，周邊樹脂延展物形成具有正方邊的框架，所述正方邊具有2mm的寬度。這樣，芯片 21和樹脂延展物27共同形成邊長(zhǎng)為8mm的正方形，在該正方形上可以設(shè)置16X 16個(gè)球的矩陣，其中，球的直徑在0. 25mm到0. 35mm之間，且相鄰兩球之間(中心到中心)的間距在 0. 4mm 到 0. 5mm 之間。在表面安裝件中經(jīng)常遇到的問題是接觸球的脆性。如果發(fā)生撞擊，球可能破裂，從而導(dǎo)致安裝故障。為克服這一缺陷，已經(jīng)提出將球部分地埋藏在保護(hù)樹脂層中，該保護(hù)樹脂層形成在芯片的前表面并且具有的厚度介于球高度的40%到70%之間。應(yīng)注意，在被焊接到連接焊盤時(shí)，球四被輕微地壓扁。因此，(水平的)直徑大約在0.25mm到0.35mm之間的球具有的最終高度通常在大約0. 2mm到0. 25mm之間。圖4是示出包括圖3所示的元件31的部件以及進(jìn)一步包括用于保護(hù)球四的樹脂層43的元件41的橫截面圖。層43例如通過在芯片前表面上注入和/或壓縮樹脂而形成， 并且延伸到大約球高度的60%。在形成層43時(shí)，通常使用能夠避免在球的頂蓋上沉積任何樹脂的模具，以使得之后能夠在這些蓋上形成電接觸件。應(yīng)注意，通常使用的保護(hù)樹脂在元件的正常操作溫度下是堅(jiān)固且堅(jiān)硬的。為了形成層43，樹脂被加熱成，使得變成臨時(shí)可塑的。樹脂層43能夠改善接觸球的抗撞擊性。然而，球仍然可能破裂。特別地，在溫度變化期間施加到表面安裝件上的機(jī)械應(yīng)力使得球四變脆。實(shí)際上，這樣的安裝件包括具有不同熱膨脹系數(shù)的不同材料(芯片延展物的樹脂27，層43的樹脂，芯片21的硅，球四的金屬，印刷電路板支撐材料等)。因此，在溫度變化時(shí)，球會(huì)受到顯著的機(jī)械應(yīng)力。此外，由于芯片21的襯底和保護(hù)樹脂層43之間的熱膨脹系數(shù)不同，表面安裝元件有可能發(fā)生翹曲。實(shí)際上，當(dāng)出現(xiàn)溫度變化時(shí)，芯片21的襯底和樹脂層43會(huì)膨脹或收縮不同量。樹脂43和芯片21的襯底為幾乎沒有彈性和壓縮性的堅(jiān)硬材料，因此會(huì)導(dǎo)致疊置處變翹曲。為了最小化這種翹曲，已經(jīng)提出在芯片的后表面上形成與形成在前表面上的保護(hù)層43基本相同的樹脂層。這樣，在溫度變化時(shí)，由層43施加到芯片上的應(yīng)力被由后表面樹脂層施加的基本相反的應(yīng)力補(bǔ)償。然而，這樣的方案需要形成額外的樹脂層，使得元件的制
造復(fù)雜化。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的特征是提供一種表面安裝電子元件，該表面安裝電子元件至少部分地克服現(xiàn)有方案的缺陷中的一些缺陷。本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的另一個(gè)特征是提供這樣一種元件，該元件具有比現(xiàn)有方案更好的抗撞擊性和/或抗溫度變化性。本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的又一個(gè)特征是提供這樣一種元件，該元件易于制造。因此，本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式提供一種表面安裝電子元件，包括粘接到該表面安裝電子元件的前表面的球，以及在該前表面上的硬的保護(hù)樹脂層，該保護(hù)樹脂層具有的厚度小于所述球的高度，其中，溝槽延伸在芯片的所述球之間的所述樹脂層中。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的一方面，所述溝槽延伸穿過所述樹脂層的整個(gè)區(qū)域。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的另一方面，并置的球組被所述溝槽環(huán)繞。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的另一方面，每個(gè)球組包括單個(gè)球。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的另一方面，所述樹脂層具有的厚度介于所述球的高度的40%到70%之間。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的又一方面，所述球具有的直徑介于0. 25mm到 0. 35mm之間，且被介于0. 4mm到0. 5mm之間的間距間隔開，所述溝槽具有的寬度介于20 μ m 至Ij 70 μ m之間。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的另一方面，所述元件還包括在所述樹脂層與所述前表面之間的切割阻擋層。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的另一方面，所述元件還包括基礎(chǔ)半導(dǎo)體芯片和周邊樹脂延展物。本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施方式提供一種用于制造表面安裝電子元件的方法，包括將球粘接到所述元件的前表面；在所述元件的前表面形成硬的保護(hù)樹脂層，該保護(hù)樹脂層具有的厚度小于所述球的高度；以及在芯片的所述球之間、在所述樹脂層中形成溝槽。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式，采用鋸或者采用鋸和激光形成所述溝槽。在下面結(jié)合附圖的具體實(shí)施方式
的非限制性描述中，將更加詳細(xì)地論述本發(fā)明的前述概要、方面和特征。


前面描述的圖IA是橫截面圖，該圖示意性地示出表面可安裝的芯片和能夠容納該芯片的印刷電路；前面描述的圖IB是圖IA所示的芯片的前表面的圖；前面描述的圖2A到圖2C是橫截面圖，所述圖非常示意性地示出形成具有周邊樹脂延展物的表面安裝芯片的步驟；前面描述的圖3是橫截面圖，該圖更加詳細(xì)地示出根據(jù)所描述的與圖2A到圖2C 相關(guān)的方法所形成的延展后的芯片；前面描述的圖4是橫截面圖，該圖示出所描述的與圖3有關(guān)的類型的芯片、并進(jìn)一步包括用于保護(hù)芯片接觸球的樹脂層；圖5A是橫截面圖，該圖示意性地示出具有改善的抗撞擊性和/或抗溫度變化性的表面可安裝芯片的一個(gè)實(shí)施方式；圖5B是橫截面圖，該圖更加詳細(xì)地示出圖5A所示的芯片的一部分；以及圖5C是圖5B所示的芯片部分的前表面的圖。
具體實(shí)施例方式為清楚起見，在不同的附圖中用相同的標(biāo)號(hào)指代相同的部件，此外，照例在表征電子元件時(shí)，不同的附圖不按比例繪制。圖5A是示意性地示出具有改善的抗撞擊性和/或抗溫度變化性的表面可安裝芯片51的一個(gè)示例實(shí)施方式的橫截面圖。圖5B是圖5A所示的橫截面圖的一部分的放大圖。 圖5C是圖5B所示的芯片51的部分的前表面的圖。下文中對(duì)這三幅圖一起進(jìn)行參考。與圖4所示的芯片41類似，芯片51是具有周邊樹脂延展物的、根據(jù)所描述的與圖 2A到圖2C相關(guān)的類型的方法所形成的芯片。芯片51由基礎(chǔ)半導(dǎo)體芯片21形成，基礎(chǔ)半導(dǎo)體芯片例如具有大約250 μ m到450 μ m的厚度，并包括厚度基本相同的周邊樹脂延展物27。 接觸球四被粘結(jié)到形成在芯片21和樹脂延展物27上的接觸焊盤。金屬化連接件(未示出)將這些焊盤連接到待接觸的芯片的區(qū)域。球四部分地埋藏在保護(hù)樹脂層43中，該保護(hù)樹脂層形成在芯片的前表面，并且延伸到基本均勻的、小于球的高度的厚度。樹脂43是硬的樹脂，為在半導(dǎo)體器件領(lǐng)域通常被用作保護(hù)層或者封裝層的類型的樹脂。根據(jù)一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方式，層43的厚度介于球的高度的40%到70%之間。例如，球的高度大約在0. 2mm到0. 25mm，而樹脂層43的厚度大約在 0. Imm 至Ij 0. 2mm。溝槽53在球四之間的樹脂層43上形成界定樹脂島55的矩陣的柵格，每個(gè)島55 包含一個(gè)球四。在實(shí)踐中，每個(gè)島占據(jù)基本為立方體的體積，并且包含球四，球在島的上側(cè)形成突出物。根據(jù)圖5A到圖5C所示的一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方式，溝槽53在深度上一直延伸到形成在芯片的前表面的絕緣層7。然而，本發(fā)明并不限制于這種特定的情況，溝槽也可能稍微在絕緣層7之前停止延伸。溝槽53通過任意合適的方法形成。優(yōu)選使用通常的半導(dǎo)體芯片切割工具，例如鋸或激光。也可以選擇用鋸形成預(yù)刻痕，再通過激光最終形成溝槽?？商孢x地，可以在樹脂層 43與絕緣層7之間設(shè)置激光阻擋層。作為示例，根據(jù)上述示出的球的尺寸，溝槽的寬度介于 20 μ m 至Ij 70 μ m 之間。該提供的結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)是溝槽的設(shè)置能夠使得施加到該結(jié)構(gòu)上的機(jī)械應(yīng)力降低，特別是使得表面安裝中與不同材料之間的熱膨脹系數(shù)的不同相關(guān)聯(lián)的應(yīng)力降低。實(shí)際上，溝槽的設(shè)置使得能夠給球留出運(yùn)動(dòng)自由度。特別地，溝槽的設(shè)置使得能夠避免由于層43的樹脂與芯片襯底(例如硅)之間的熱膨脹系數(shù)的不同而引起的表面安裝元件的翹曲現(xiàn)象。因此，不再有必要在芯片的后表面?zhèn)壬显O(shè)置額外的樹脂層以補(bǔ)償這種翹曲現(xiàn)象。該提供的結(jié)構(gòu)的另一優(yōu)點(diǎn)是溝槽53容易形成，特別是通過使用常用的切割工具。已經(jīng)描述了本發(fā)明的具體實(shí)施方式
。本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠想到各種改動(dòng)、變型和改進(jìn)。特別地，本發(fā)明并不限制于所描述的與圖5A到圖5C相關(guān)的特定情形，在該特定情形中，表面安裝元件是包括周邊樹脂延展物的延展后的芯片。本領(lǐng)域技術(shù)人員尤其有能力在這樣的情形下實(shí)施所期望的操作，在該情形下，表面安裝元件是不包括樹脂延展物的傳統(tǒng)的半導(dǎo)體芯片。
此外，在本發(fā)明中所提及的尺寸僅是作為示例給出。本發(fā)明并不限制于這些具體的示例。此外，上文已經(jīng)提及芯片的每個(gè)球均被溝槽53環(huán)繞的一個(gè)實(shí)施方式。本發(fā)明并不限制于這一特定實(shí)施方式?？梢蕴峁┉h(huán)繞著并置的球組形成溝槽，例如，多個(gè)球被布置成正方形或矩形。
權(quán)利要求
1.一種適用于安裝在印刷電路板的表面、并具有前表面的電子元件(51)，所述電子元件包括粘接到所述前表面的球( )，以及在所述前表面上的硬的保護(hù)樹脂層(43)，該保護(hù)樹脂層的厚度小于所述球的高度，其中，溝槽(5 在所述球之間在所述樹脂層中延伸。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的元件，其中，所述溝槽在所述樹脂層的整個(gè)區(qū)域延伸。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的元件，其中，并置的球的組被溝槽(5 環(huán)繞。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的元件，其中，每個(gè)所述并置的球的組包括單個(gè)球。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的元件，其中，所述保護(hù)樹脂層G3)的厚度介于所述球的高度的40%到70%之間。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的元件，其中，所述球的直徑介于0.25mm到0. 35mm之間，且所述球被介于0. 4mm到0. 5mm之間的間距間隔開，所述溝槽的寬度介于20 μ m到70 μ m之間。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的元件，還包括在所述樹脂層和所述前表面之間的切割阻擋層。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的元件，還包括基礎(chǔ)半導(dǎo)體芯片和周邊樹脂延展物07)。
9.一種用于制造表面安裝電子元件(51)的方法，包括 將球0 粘接到所述元件的前表面；在所述元件的前表面形成硬的保護(hù)樹脂層(43)，該保護(hù)樹脂層的厚度小于所述球的高度；在所述球之間、在所述樹脂層中形成溝槽(53)。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其中，采用鋸或者采用鋸和激光形成所述溝槽(53)。
全文摘要
表面安裝電子元件，包括粘接到該表面安裝電子元件的前表面的球，以及在所述前表面上的保護(hù)樹脂層，該保護(hù)樹脂層具有的厚度小于所述球的高度，其中，溝槽延伸進(jìn)芯片的所述球之間的所述樹脂層。
文檔編號(hào)H01L23/31GK102194772SQ201110063470
公開日2011年9月21日 申請(qǐng)日期2011年3月16日 優(yōu)先權(quán)日2010年3月16日
發(fā)明者羅曼·科菲 申請(qǐng)人:意法半導(dǎo)體(格勒諾布爾)公司