專利名稱：倒裝附接和底填充半導(dǎo)體裝置和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般而言涉及半導(dǎo)體裝置和制作方法，且更具體而言，涉及倒裝組裝的和 底填充的半導(dǎo)體裝置和用于制作所述半導(dǎo)體裝置的方法。
背景技術(shù)：
當(dāng)通過焊料凸塊連接將集成電路(IC)芯片組裝到具有導(dǎo)電線的印刷電路板或其它
絕緣襯底上時，芯片應(yīng)與板或其它襯底間隔開某一間隙。焊料凸塊互連延伸跨越所述
間隙。IC芯片通常由半導(dǎo)體(例如，硅、硅鍺或砷化鎵)所構(gòu)成，而板或襯底通常由 基于陶瓷或聚合物的材料制成，例如，F(xiàn)R-4。因此，芯片與襯底的熱膨脹系數(shù)(CTE) 之間存在明顯差異。舉例而言，用作半導(dǎo)體材料的硅的CTE(約為2.5 ppm/。C)與用作 襯底材料的塑料FR-4的CTE(約為25 ppm/。C)之間存在10x的量值。這種CTE差異的 結(jié)果是，當(dāng)組合件在裝置使用或可靠性測試期間經(jīng)受溫度循環(huán)時，在焊料互連上(尤 其是在接頭區(qū)域中)產(chǎn)生熱機(jī)械應(yīng)力。這些應(yīng)力往往會使接凸塊疲勞，從而導(dǎo)致 組合件斷裂并最終出現(xiàn)故障。
為在不影響電連接的情況下分散熱應(yīng)力且加強焊料接頭，通常使用聚合物材料來 填充半導(dǎo)體芯片與襯底之間的間隙，以囊封凸塊并填充所述間隙中的任何空間。例如， 在國際商用機(jī)器公司(International Business Machines Corporation)開發(fā)的眾所周知的 "C-4"工藝中，即使用聚合物材料來填充硅芯片與陶瓷襯底之間的間隙中的任何空間。
通常在焊料凸塊已經(jīng)歷回流工藝且已為IC芯片與襯底之間的電接觸形成金屬接 頭后施加封裝劑。將粘性聚合物熱固性前體(有時稱作"底膠")滴涂于鄰近于芯片的 襯底上并在毛細(xì)管力的作用下將其牽引到所述間隙中。然后對所述前體進(jìn)行加熱、聚 合及"固化"以形成封裝劑。在固化工藝后，封裝劑變硬且無法再軟化。
業(yè)內(nèi)眾所周知，底填充固化工藝所需的溫度循環(huán)可在其自身上產(chǎn)生熱機(jī)械應(yīng)力， 而這可對芯片及/或焊料互連造成有害影響。當(dāng)組合件從回流溫度冷卻到環(huán)境溫度時， 會產(chǎn)生額外的應(yīng)力。這些工藝步驟所產(chǎn)生的應(yīng)力可將焊料接頭分層、使芯片的鈍化物 斷裂，或?qū)⑵屏褌鞑サ诫娐方Y(jié)構(gòu)中。 一般而言，集成電路的分層結(jié)構(gòu)對斷裂的敏感度 會隨著降低各種層的厚度和增加低電介常數(shù)絕緣體的機(jī)械弱點而急劇增加。
在Steven J. Adamson的"Review of CSP and Flip Chip Underfill Processes and When to Use the Right Dispensing Tools for Efficient Manufacturing"全球TRONICS技術(shù)會議 的會議文件，新加坡，2002年9月3-6日，中給出了額外的背景。

發(fā)明內(nèi)容
因此，需要一種組裝方法，其中可在不對底填充工藝造成有害副作用的情況下獲 得滿意的底填充材料的應(yīng)力分布益處，從而導(dǎo)致增強的裝置可靠性。如果所述方法可 為裝置的修理或再加工提供機(jī)會，則此為一種技術(shù)優(yōu)點。所述方法可為相干的、低成 本的和足夠的靈活性以便應(yīng)用于不同的半導(dǎo)體產(chǎn)品家族及各種各樣的設(shè)計和工藝變 型。如果能夠?qū)崿F(xiàn)這些革新同時縮短生產(chǎn)循環(huán)時間并增加產(chǎn)量，則此為另一技術(shù)優(yōu)點。
本發(fā)明的一個實施例提供巻帶作為載體。所述巻帶包括聚合物(優(yōu)選地為熱塑性) 材料的基片，所述基片具有第一和第二表面。第一聚合物粘合劑膜和不同材料的第一 箔片在第一和第二表面?zhèn)壬细浇拥剿龌?。因此，所述第一聚合物粘合劑膜和第?箔片給巻帶提供部分厚度。此外，第二聚合物粘合劑膜和不同材料的第二箔片在第二 表面?zhèn)壬细浇拥剿龅谝徊?。多個孔經(jīng)形成穿過所述巻帶的所述部分厚度；而回流 金屬元件被置于所述孔的每一者中。所述回流金屬元件附著到第二粘合劑膜，且具有 優(yōu)選地約等于所述部分厚度的直徑。
本發(fā)明的另一實施例提供一種半導(dǎo)體裝置，所述半導(dǎo)體裝置包括具有外形和多個 接觸墊的工件且進(jìn)一步包括具有多個端子墊的外部部件。這個部件與工件間隔開，而 所述端子墊分別與工件接觸墊對齊?；亓髟⒔佑|墊的每一者與其相應(yīng)的端子墊互 連。熱塑性材料填充所述工件和所述部件之間的空間。所述熱塑性材料附著到所述工 件、所述部件和所述回流元件。此外，所述材料具有與所述工件的外形大致一致的外 形，且大致無空隙地填充所述空間。
當(dāng)工件為半導(dǎo)體芯片時，外部部件為適合于倒裝組裝所述芯片的襯底。當(dāng)工件為 囊封經(jīng)組裝的半導(dǎo)體芯片的半導(dǎo)體封裝時，外部部件為適合于倒裝附接所述封裝的板。 由于填充材料的熱塑性特性，因此在達(dá)到使回流元件回流的溫度范圍時，可對所述制 成的裝置進(jìn)行再加工。
本發(fā)明的再一實施例提供一種用于組裝半導(dǎo)體裝置的方法，其中提供具有外形和 多個接觸墊的工件，以及如上所述的巻帶。所述孔的位置，且因此所述孔中的回流金 屬元件與所述接觸墊的位置匹配。從第一巻帶表面?zhèn)热コ谝徊?，由此暴露出所?第一巻帶側(cè)上的第一聚合物粘合劑膜。然后，將所述巻帶的回流元件放置成與所述工 件的接觸墊接觸，以使所述第一巻帶側(cè)上的第一聚合物粘合劑膜將所述工件保持就位。 向所述工件和巻帶供應(yīng)足以使所述回流元件回流且使所述熱塑性基片液化的熱能。在 冷卻到環(huán)境溫度后，將所述巻帶附接到工件而大致不會留下空隙。
所述方法的工藝步驟可通過在與所述巻帶孔中的回流元件的位置匹配的位置中 提供具有多個端子墊的外部部件而繼續(xù)。將第二箔片與第二聚合物粘合劑膜和第一箔 片一起從第二表面?zhèn)热コ?，由此暴露出所述第二巻帶?cè)上的第一聚合物粘合劑膜。然 后，將巻帶的回流元件放置成與外部部件的端子墊接觸，以使所述第二巻帶側(cè)上的第
一聚合物粘合劑膜將外部部件保持就位。向所述工件、巻帶和外部部件供應(yīng)足以使所 述回流元件回流且使所述熱塑性基片液化的熱能。在冷卻到環(huán)境溫度后，將所述巻帶 附接到外部部件，同時將所述工件與外部部件間隔開且填充所述空間而大致不會留下空隙。
當(dāng)工件為半導(dǎo)體芯片時，外部部件為適合于倒裝組裝所述芯片的襯底。當(dāng)工件為 含有多個半導(dǎo)體裝置的半導(dǎo)體晶片時，外部部件為適合于倒裝組裝所述晶片的襯底。 當(dāng)工件為囊封經(jīng)組裝的半導(dǎo)體芯片的半導(dǎo)體封裝時，外部部件為適合于倒裝附接所述 封裝的板。當(dāng)工件為半導(dǎo)體封裝的堆疊時，外部部件為適合于倒裝附接所述堆疊的板。
本發(fā)明的各實施例涉及倒裝芯片組合件、球柵陣列封裝、芯片級和芯片尺寸封裝， 及其它要回流附接到襯底和其它外部部件的裝置。 一種技術(shù)優(yōu)點在于本發(fā)明提供一種 方法，所述方法用以減小裝置的半導(dǎo)體部分與不同熱膨脹系數(shù)的襯底之間的熱機(jī)械應(yīng) 力，而同時控制基本的組裝參數(shù)，例如，半導(dǎo)體部分與襯底之間的間距、所述部件之 間的附著力和所述組裝工藝中需要的溫度范圍的選擇。額外的技術(shù)優(yōu)點起源于可對由 熱塑性巻帶制成的裝置進(jìn)行再加工的事實。此外，工藝流程因消除了倒裝組裝后的常 規(guī)底填充工藝而得以簡化。
結(jié)合附圖和權(quán)利要求書并依據(jù)下文對本發(fā)明優(yōu)選實施例的說明，由本發(fā)明的某些 實施例所表現(xiàn)出的技術(shù)優(yōu)點將變得顯而易見。


圖l示意性顯示供在半導(dǎo)體組裝中使用的巻帶的截面，以圖解說明根據(jù)本發(fā)明的 各個絕緣層和粘合劑層的結(jié)構(gòu)。
圖2示意性顯示具有孔的圖1的巻帶的截面，所述孔具有經(jīng)形成以部分地穿透巻 帶厚度的大致垂直的壁。
圖3是顯示多個孔的巻帶的示意性和簡化透視圖。
圖4示意性顯示具有孔的圖1的巻帶的截面，所述孔具有經(jīng)形成以部分地穿透所
述巻帶厚度的錐形壁。
圖5是圖2的巻帶的截面，其中回流金屬元件定位于所述巻帶的孔中。
圖6是圖3的巻帶的示意性和簡化透視圖，其中回流金屬元件定位于每一孔中。
圖7顯示在去除所述巻帶結(jié)構(gòu)的最外層之后圖5的巻帶的示意性截面。
圖8是在將巻帶附接到諸如半導(dǎo)體晶片的圓形工件的工藝中如圖7中所示構(gòu)造的
巻帶的示意性透視圖。
圖9是在將巻帶附接到矩形工件的工藝中如圖7中所示構(gòu)造的巻帶的示意性透視
圖，例如，所述矩形工件為含有多個經(jīng)組裝和已囊封的半導(dǎo)體芯片的板狀實體。 圖IO是巻帶中附接到諸如半導(dǎo)體晶片的工件的一部分的示意性截面。 圖11是巻帶中附接到工件的一部分的示意性截面，例如，所述工件為含有多個
經(jīng)組裝和已囊封的半導(dǎo)體芯片的板狀實體。
圖12是圖解說明巻帶一部分的示意性截面，所述部分是以相對于圖IO中的位置 顛倒的位置組裝于如圖10中所示的工件上。
圖13是圖解說明在去除巻帶的某些層以暴露出所附接的回流元件之后圖12的巻
帶部分的示意性截面。
圖14是圖解說明在去除巻帶的額外層之后圖13的巻帶部分的示意性截面。
圖15是在切割工藝步驟之后附接到圓形工件的巻帶的示意性俯視圖。
圖16是在切割工藝步驟之后附接到工件的巻帶的示意性透視圖。
圖17是圖解說明經(jīng)單個化的巻帶單元的示意性截面，所述巻帶單元具有回流元
件且組裝于外部部件上。
圖18以示意性截面形式將圖17的經(jīng)組裝的單元舉例說明為倒裝附接到外部板的
半導(dǎo)體芯片。
圖19以示意性截面形式將圖17的經(jīng)組裝的單元舉例說明為包括倒裝附接到外部 板的已囊封裝置的半導(dǎo)體裝置。
圖20是使用本發(fā)明的組裝巻帶倒裝附接到外部板上的半導(dǎo)體封裝堆疊的示意性 截面。
具體實施例方式
圖1中所示的本發(fā)明的一個實施例包括供用作載體的巻帶(通常表示為100)，所
述載體可在組裝半導(dǎo)體裝置組合件中使用。巻帶ioo包括聚合物(優(yōu)選地?zé)崴苄?材
料的基片101，其厚度范圍從約25微米到450微米。對于某些裝置，厚度可達(dá)到約800 微米。優(yōu)選的熱塑性基片材料包含長鏈聚酰亞胺與丙烯酸樹脂或硅樹脂、長鏈聚乙烯 與丙烯酸樹脂及長鏈聚丙烯與丙烯酸樹脂。所述基片材料經(jīng)優(yōu)選地選擇以便其可在使 嵌于巻帶中的回流元件回流所需的相同溫度范圍內(nèi)軟化并進(jìn)入低粘度或液體相(參見 下文)。這個溫度范圍包含(例如)經(jīng)選擇用于組裝所述裝置的焊料的熔化溫度。當(dāng)基 片是選自熱塑性材料時，這可作為一種技術(shù)優(yōu)點，因為可毫不困難地多次重復(fù)液化和 固化熱塑性材料的過程。優(yōu)選地，熱膨脹系數(shù)選擇在8ppm與120ppm之間，且彈性 模數(shù)在約100 MPa與10,000 MPa之間。
基片ioi具有第一表面101a和第二表面101b。附接到第一表面101a的是第一聚 合物粘合劑膜102,后面緊跟著不同材料的第一箔片103。以類似方式，附接到第二表 面101b的是第一聚合物粘合劑膜104，后面緊跟著不同材料的第一箔片105。優(yōu)選地， 粘合劑膜102和104包含聚合物材料，例如，環(huán)氧樹脂、聚酰亞胺或硅樹脂，所述材 料不僅具有粘合特性，而且也可易于剝離，所述粘合劑膜具有從約25微米到100微米 的優(yōu)選厚度范圍。箔片103和105包括諸如PVC和PET的惰性材料，且具有從約25 微米到50微米的優(yōu)選厚度范圍。
基片101、聚合物粘合劑膜102和104及箔片103和105的組合給巻帶100提供 部分厚度110。這部分厚度110被巻帶100中的多個孔穿透，以為回流元件提供空間， 例如，焊料球(參見圖2和4)。
如圖1顯示，巻帶100進(jìn)一步包括第二聚合物粘合劑膜106，所述聚合物粘合劑 膜附接到基片的第二表面?zhèn)壬系牡谝徊?05,從而其后面緊跟著第二箔片107。第二 聚合物粘合劑膜106優(yōu)選地選自諸如環(huán)氧樹脂、聚酰亞胺和硅樹脂的材料，其厚度范 圍從約25微米到100微米。優(yōu)選地，第二箔片107為諸如PVC和PET的惰性材料， 其厚度范圍從約10微米到50微米。層壓巻帶(例如，巻帶100)可在市場上購得且 舉例而言，可由日本的Lintec公司根據(jù)客戶規(guī)格制作。
如圖3示意性圖解說明，在巻帶100中形成有多個孔301、 302、 ...、 30n。可按 任何預(yù)定圖案來選擇這些孔的位置。圖2更詳細(xì)地顯示一個特定孔的直徑201?？状?透層壓巻帶100到達(dá)深度110，這個深度界定于圖1中。深度110到達(dá)第二聚合物粘 合劑膜106，但不會將其完全穿透。激光器、機(jī)械鉆孔和機(jī)械穿孔均屬于適用于開口 工藝的技術(shù)。經(jīng)驗顯示激光器技術(shù)優(yōu)于鉆孔或穿孔技術(shù)。優(yōu)選的激光器技術(shù)為準(zhǔn)分子 激光器，這是因為準(zhǔn)分子激光器具有用于界定深度110和直徑201的+/-5微米的準(zhǔn)確
度。所述孔可為圓形或可具有任何其它預(yù)定外形；所述孔直徑可針對所有孔為相同， 或其可為不同的。
圖2中所圖解說明的孔顯示有近似垂直的壁。然而，對于某些應(yīng)用，例如，焊料 球的穩(wěn)定裝配，圖4中所圖解說明的錐形壁可為優(yōu)選的。錐形壁與第二粘合劑膜106 形成角度401。優(yōu)選的角度401在約70。與80。之間。
圖6圖解說明如何將一個回流金屬元件置于巻帶100中的每一孔中。作為實例， 回流元件可為焊料球601、 602、 ..、 60n。圖5更詳細(xì)地顯示在孔中深度110的一個特 定回流金屬元件501。優(yōu)選地，回流元件501具有等于或略小于孔直徑201的直徑502。 在區(qū)503中，回流元件502與巻帶100的第二聚合物粘合劑膜106接觸；以這種方式， 回流元件501牢固地保持就位于孔中且甚至當(dāng)巻帶相對于圖5中所圖解說明的位置頭 朝下定位以致具有回流元件的孔開口面向下時，也無法被驅(qū)出或落出。
為突出巻帶100在技術(shù)上的優(yōu)越特征，圖7到20采用工件來描述組合件和裝置 制作的各種工藝步驟，所述工件具有外形和多個接觸墊。巻帶具有多個孔且在匹配所 述工件的接觸墊位置的位置中被插入回流元件。在針對半導(dǎo)體工業(yè)的實施例中，所述 工件為含有多個半導(dǎo)體裝置的半導(dǎo)體晶片、或半導(dǎo)體芯片、或?qū)⒔?jīng)組裝的半導(dǎo)體芯片 囊封于襯底上的半導(dǎo)體封裝。
所述工藝流程以圖7開始，其中已去除第一箔片103且插有回流元件的孔的位置 已相對于圖5中的開始位置顛倒。第一聚合物粘合劑膜102現(xiàn)在已暴露出。回流元件 501穩(wěn)固地保持就位，這是因為其與區(qū)503中的聚合物粘合劑膜106接觸。對于許多 應(yīng)用，己選擇了元件501和孔的尺寸以便在所述工藝流程的這個階段使元件501從所 述孔中略微伸出。
作為特定工件，示意圖8以透視圖形式顯示半導(dǎo)體晶片801具有多個面朝上的半 導(dǎo)體裝置。每一裝置具有多個面朝上的接觸墊。如圖7的部分中所示，巻帶802頭朝 下定位；巻帶孔中的多個回流元件的位置匹配晶片上的半導(dǎo)體裝置的接觸墊的位置。 如箭頭803指示，巻帶802的每一回流元件均與其對應(yīng)的晶片801的接觸墊接觸。對 于這個實施例，優(yōu)選地，巻帶802具有與半導(dǎo)體晶片801相同的外形。
圖10的簡化截面圖解說明巻帶1001接觸工件1002;如上所述，工件1002可明 確地為半導(dǎo)體晶片。在這個階段，組合件已為下一加熱工藝步驟做好準(zhǔn)備(參見下文)。
作為另一特定工件，示意圖9顯示模制實體901含有組裝在襯底上且由模制復(fù)合 物囊封的多個半導(dǎo)體芯片。襯底具有多個用于每一所組裝芯片的面朝上的接觸墊。如 圖7的部分中所示，巻帶902頭朝下定位；巻帶孔中的多個回流元件的位置匹配模制 實體901的襯底的接觸墊的位置。如箭頭903指示，巻帶902的每一回流元件均與其 對應(yīng)的模制實體901的接觸墊接觸。對于這個實施例，優(yōu)選地，巻帶902具有與模制 實體901相同的外形。
圖11的簡化截面圖解說明巻帶1101接觸工件1102;如上所述，工件1102可明 確地為含有多個已組裝在襯底1104上的半導(dǎo)體芯片1103的模制半導(dǎo)體實體;芯片1103 通過接合線1105連接到襯底1104且由模制復(fù)合物1106囊封。在這個階段，組合件已 為下一加熱工藝步驟做好準(zhǔn)備(參見下文)。
圖12的示意性截面圖解說明所述制作工藝的下一步驟。將巻帶的每一回流元件 1203與工件的相應(yīng)接觸墊1205接觸；例如，所述工件可為半導(dǎo)體芯片或半導(dǎo)體封裝。 可通過第一聚合物粘合劑膜102將工件1201保持就位來促進(jìn)這個步驟。然后，向工件 1201和巻帶1202供應(yīng)足以使回流元件1203回流且使熱塑性基片1204(在液化之前的 圖i中將其表示為IOI)液化的熱能，由此將巻帶1202附接到工件1201。在圖12中， 通過以下兩種結(jié)果來示意性指示加熱循環(huán)的效應(yīng)回流元件(例如，焊料球)形成跨越 焊墊1205的整個長度的接頭1206，同時所述元件的剩余表面在表面張力下被牽引成 近似球形。已軟化的熱塑性材料1204填充接頭1206和回流金屬頸1208周圍的可用空 間1207。
通過選擇適宜的加熱溫度和時間，周圍的熱塑性材料將填充空間1207而大致不 會留下空隙。
當(dāng)那些其中工件為個別芯片或個別封裝的實施例已冷卻到環(huán)境溫度時，熱塑性材
料形成與所述工件的外形大致一致的外形。如本文中所界定，"一致"并不僅包含構(gòu)成 所述工件的外形的直線，而是也包含微小的凹形或凸形輪廓。然而，"一致"將眾所周 知的彎液面排除在外，所述彎液面通常是在常規(guī)技術(shù)中通過滴涂熱固性底填充材料所 形成。在常規(guī)制作工藝中，低粘度熱固性材料在表面張力驅(qū)動下多少地伸出到工件輪 廓的外部以形成眾所周知的彎液面。
在下一工藝步驟中，去除第二箔片107和第二聚合物粘合劑膜106,以暴露出呈 近似球形的回流元件1203。結(jié)果顯示于圖13中。在下一工藝步驟中，從第二巻帶表
面?zhèn)热コ谝徊?05，以暴露出巻帶1204的第二側(cè)上的第一聚合物粘合劑膜104。 結(jié)果顯示于圖14中。
當(dāng)工件1201不是個別半導(dǎo)體芯片，而是含有多個半導(dǎo)體裝置的整個半導(dǎo)體晶片 時，在圖14中所示階段之后的下一工藝步驟包括將組裝有巻帶的晶片分離成離散的經(jīng) 組裝裝置。優(yōu)選的分離方式為鋸斷。圖15的示意性俯視解說明這個步驟的結(jié)果。
當(dāng)工件1201不是個別半導(dǎo)體封裝，而是含有多個經(jīng)組裝且已囊封的半導(dǎo)體芯片 的整個模制實體時，在圖14中所示階段之后的下一工藝步驟包括將組裝有巻帶的實體 分離成離散的經(jīng)組裝裝置。優(yōu)選的分離方式為鋸斷。圖16的示意性透視解說明這 個步驟的結(jié)果。
對于下一工藝步驟，提供外部部件，所述外部部件具有多個處于匹配回流元件的 位置的位置中的端子墊。作為實例，所述外部部件可為適合于倒裝組裝半導(dǎo)體芯片的 襯底，所述半導(dǎo)體芯片先前已附接到巻帶。作為另一實例，所述外部部件可為適合于 倒裝組裝整個半導(dǎo)體晶片的襯底。作為再一實例，所述外部部件可為適合于倒裝組裝 半導(dǎo)體封裝的板，所述半導(dǎo)體封裝先前已附接到巻帶。
在圖17中，外部部件表示為1701，而多個端子墊中的一者表示為H02。工件1201 與其接觸墊1205和巻帶與回流元件的經(jīng)附接剩余部分1720 —起形成單元1710。應(yīng)注 意，單元1710的側(cè)輪廓顯示為大致直線輪廓1711;所述直線輪廓均為上述單個化步 驟或使用具有熱塑性基片的巻帶進(jìn)行組裝的結(jié)果。
焊接到工件接觸墊1205的巻帶的回流元件1203被放置成與外部部件的端子墊 1702接觸。另外，第二巻帶側(cè)上的第一聚合物粘合劑膜104可將外部部件1701保持 就位。然后，向工件1201、巻帶1720和外部部件1701供應(yīng)足以使回流元件1203回 流且使巻帶1720的熱塑性基片1204液化的熱能。在圖17中，由以下兩種結(jié)果來示意 性指示加熱循環(huán)的效應(yīng)回流元件1203形成跨越端子墊1202的整個長度的接頭1706; 及己軟化的熱塑性材料1204填充接頭1706和回流金屬頸1708周圍的可用空間1707。 通過選擇適宜的加熱溫度和時間，周圍的熱塑性材料將填充空間1707而大致不會留下 空隙。此外，在冷卻到環(huán)境溫度后，熱塑性材料1204仍可近似地保持其外形1711， 所述外形與工件的外形1711大致一致。
作為組裝工藝的結(jié)果，巻帶1720和工件1201均附接到外部部件1701，同時將工 件1201與外部部件1701間隔開。熱塑性"底填充"材料固定就位以便因其與常規(guī)熱 固性底填充材料相比具有微不足道的熱收縮而減輕回流互連和焊料接頭處的熱機(jī)械應(yīng) 力。在圖17中，所制成的產(chǎn)品通常表示為1700。
對于上述組裝工藝步驟，需要優(yōu)選地選擇聚合物粘合劑膜102、 104和106的材 料，以使所述材料可在從環(huán)境溫度到約300 。C且甚至更高的溫度范圍內(nèi)保持粘性而不 需要特定的固化工藝，且具有約300 。C以上的分解溫度。
從以上對材料選擇和工藝流程的說明顯而易見金屬回流和焊接操作不需要助焊 劑，且在溫度循環(huán)期間作用在金屬回流球上的與任一工藝相關(guān)的應(yīng)力將因熱塑性聚合
物的連續(xù)存在而降至最低程度。此外，熱塑性材料可大致無空隙地填充可用空間。經(jīng) 驗進(jìn)一步顯示對熱塑性材料的精選及其在制作工藝期間的連續(xù)存在使得半導(dǎo)體產(chǎn)品 在使用條件以及溫度循環(huán)、潮濕敏感度和跌落檢驗測試下具有可靠性效能的特征，所 述特征均高于使用現(xiàn)有技術(shù)的制作技術(shù)所制造的產(chǎn)品三到十倍。
示意圖18為實施例的實例，其中工件為通過巻帶1820倒裝附接到外部板1802 上的半導(dǎo)體芯片1801。在回流工藝步驟中，同時實施焊料接頭形成和大致無空隙底填 充。應(yīng)注意，巻帶1820具有與芯片1801的外形1801a大致一致的外形1821。這種近 似直線的外形是巻帶基材的熱塑性性質(zhì)的結(jié)果，如果芯片是從晶片單個化而來，則所 述外形還可由芯片分離工藝所形成。
示意圖19是實施例的實例，其中工件為具有襯底1902的半導(dǎo)體封裝1901，襯底 1902具有通過巻帶1920附接到外部板1902的端子墊。在回流工藝步驟中，同時實施 焊料接頭形成和大致無空隙底填充。應(yīng)注意，巻帶1920具有與封裝1901的外形1901a 大致一致的外形1921。這種近似直線的外形是巻帶基材的熱塑性性質(zhì)的結(jié)果，如果芯 片是從晶片單個化而來，則所述外形還可由芯片分離工藝所形成。
另一實施例(通常表示為2000的半導(dǎo)體產(chǎn)品)顯示于示意圖20中。具有延伸的 襯底2002的第一封裝2001是通過巻帶2010附接到也具有延伸的襯底2021的第二封 裝2020。兩個封裝的堆疊通過巻帶2030附接到外部部件，例如，板2040。在巻帶2010 和2030的基片中使用熱塑性材料能夠形成大致直線的外形2011和2031。通常，已知 封裝堆疊因分布式組件的熱膨脹系數(shù)(硅、金屬、聚合物等)相差極大而對熱機(jī)械應(yīng) 力敏感。因此，本發(fā)明的特定技術(shù)優(yōu)點提供基于熱塑性底填充材料的堆疊結(jié)構(gòu)和制作 方法，而所述熱塑性底填充材料因具有比常規(guī)技術(shù)的熱固性材料小得多的熱收縮而可 明顯減小熱機(jī)械應(yīng)力。借助這個優(yōu)點，所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員可易于構(gòu)造在圖20中見到 的復(fù)合裝置，而此可通過本發(fā)明的概念和方法來實現(xiàn)。
盡管文中參照例示性實施例對本發(fā)明進(jìn)行了描述明，但不應(yīng)將本說明書理解為具 有限定意義。參照本說明書，所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員將了解例示性實施例的各種修改和 組合，以及本發(fā)明的其它實施例。作為實例，對于具有其回流溫度明顯更高或更低的 互連元件的組合件，可通過修改其材料的聚合物鏈來配制適合的基片熱塑性塑料和粘 合劑。作為另一實例，可通過給聚合物基材添加惰性(無機(jī)的)填充物來配制較低熱 膨脹系數(shù)的底填充材料。因此，所請求的發(fā)明意欲涵蓋任何此類修改和實施例。
權(quán)利要求
1、一種供用作載體的卷帶，其包括聚合物材料的基片，其具有第一和第二表面；第一聚合物粘合劑膜和不同材料的第一箔片，所述第一聚合物粘合劑膜和第一箔片在所述第一和第二表面?zhèn)壬细浇拥剿龌?，以給所述卷帶提供部分厚度；第二聚合物粘合劑膜和不同材料的第二箔片，所述第二聚合物粘合劑膜和第二箔片在所述第二表面?zhèn)壬细浇拥剿龅谝徊欢鄠€孔，其穿過所述卷帶的所述部分厚度；及回流金屬元件，其處于所述孔的每一者中，所述元件附著到所述第二聚合物粘合劑膜。
2、 如權(quán)利要求1所述的巻帶，其中所述基片的聚合物材料包括選自長鏈聚酰亞 胺與丙烯酸樹脂或硅樹脂、聚乙烯與丙烯酸樹脂和聚丙烯與丙烯酸樹脂的熱塑性材料。
3、 如權(quán)利要求1或2所述的巻帶，其中所述基片具有約25微米與450微米之間 的厚度；其中所述聚合物粘合劑膜具有約25微米與IOO微米之間的厚度；且其中所述 不同材料的箔片具有約IO微米與50微米之間的厚度。
4、 如權(quán)利要求1或2所述的巻帶，其中所述孔為錐形以與所述第二表面形成約 70°與80。之間的角度。
5、 如權(quán)利要求l或2所述的巻帶，其中所述回流元件具有約等于所述部分厚度 的直徑。
6、 如權(quán)利要求1或2所述的巻帶，其中所述回流金屬元件為焊料球。
7、 如權(quán)利要求1或2所述的巻帶，其中所述回流元件包括錫或錫合金，所述錫 合金包含錫/銀/銅。
8、 一種半導(dǎo)體裝置，其包括 工件，其具有外形和多個接觸墊；外部部件，其具有多個端子墊，所述部件與所述工件間隔開，且所述端子墊分別與所述工件接觸墊對齊；回流元件，其將所述接觸墊的每一者與其各自的端子墊互連；及熱塑性材料，其填充所述工件與所述部件之間的空間，所述材料附著到所述工件、 所述部件和所述回流元件，所述材料具有與所述工件的外形大致一致的外形，且大致 無空隙地填充所述空間。
9、 如權(quán)利要求8所述的裝置，其中所述工件為半導(dǎo)體芯片，而所述外部部件為 適合于所述芯片的倒裝組裝的襯底。
10、 如權(quán)利要求8所述的裝置，其中所述工件為囊封經(jīng)組裝的半導(dǎo)體芯片的半導(dǎo) 體封裝，而所述外部部件為適合于所述封裝的倒裝附接的板。
11、 如權(quán)利要求8、 9或10所述的裝置，其中所述熱塑性填充材料可操作以在用于使所述回流元件回流的近似相同的溫度范圍內(nèi)變成粘性流體。
12、 一種用于組裝半導(dǎo)體裝置的方法，其包括如下步驟 提供具有外形和多個接觸墊的工件；提供巻帶，所述巻帶具有熱塑性材料的基片及第一和第二表面；第一聚合物粘合劑膜和不同材料的第一箔片，所述第一聚合物粘合劑膜和第一箔 片在所述第一和第二表面?zhèn)壬细浇拥剿龌?，以給所述巻帶提供部分厚度；第二聚合物粘合劑膜和不同材料的第二箔片，所述第二聚合物粘合劑膜和第二箔 片在所述第二表面?zhèn)壬细浇拥剿龅谝徊欢鄠€孔，其穿過所述巻帶的所述部分厚度；回流金屬元件，其處于所述孔的每一者中，所述元件附著到所述第二聚合物粘合劑膜；所述孔的位置，且因此所述孔中的所述回流金屬元件與所述接觸墊的位置匹配； 從所述第一巻帶表面?zhèn)壬先コ龅谝徊?，以暴露出所述第一巻帶?cè)上的所述第一聚合物粘合劑膜；將所述巻帶的所述回流元件放置成分別與所述工件的所述接觸墊接觸； 向所述工件和所述巻帶供應(yīng)足以使所述回流元件回流且使所述熱塑性基片液化的熱能；及將所述工件和所述巻帶冷卻到環(huán)境溫度，因此將所述巻帶附接到所述工件。
13、 如權(quán)利要求12所述的方法，其進(jìn)一步包括如下步驟在與所述巻帶孔中的所述回流元件的位置匹配的位置中提供具有多個端子墊的 外部部件；從所述第二表面?zhèn)壬先コ龅诙⑺龅诙酆衔镎澈蟿┠ず退龅谝徊?片，以暴露出所述第二巻帶側(cè)上的所述第一聚合物粘合劑膜；將所述巻帶的所述回流元件放置成與所述外部部件的所述端子墊接觸，以使所述 第二巻帶側(cè)上的所述第一聚合物粘合劑膜將所述外部部件保持就位；向所述工件、所述巻帶和所述外部部件供應(yīng)足以使所述回流元件回流且使所述熱 塑性基片液化的熱能；及將所述工件、所述巻帶和所述外部部件冷卻到環(huán)境溫度，因此將所述巻帶附接到 所述外部部件，同時使所述工件與所述外部部件間隔開。
14、 如權(quán)利要求12或13所述的方法，其中所述經(jīng)液化的熱塑性基片大致無空隙 地填充所述工件與所述外部部件之間的空間。
全文摘要
一種半導(dǎo)體裝置(1700)，其包括具有外形(1711)和多個接觸墊(1205)的工件(1201)且進(jìn)一步包括具有多個端子墊(1702)的外部部件(1701)。這個部件與所述工件間隔開，且所述端子墊分別與所述工件接觸墊對齊。回流元件(1203)將所述接觸墊的每一者與其各自的端子墊互連。熱塑性材料(1204)填充所述工件與所述部件之間的空間，這種材料附著到所述工件、所述部件和所述回流元件。此外，所述材料具有與所述工件的外形大致一致的外形，且大致無空隙地填充空間(1707)。由于所述填充材料的熱塑性特性，因此當(dāng)達(dá)到可使所述回流元件回流的溫度范圍時，可對制成的裝置進(jìn)行再加工。
文檔編號H01L21/76GK101171677SQ200680015418
公開日2008年4月30日 申請日期2006年3月23日 優(yōu)先權(quán)日2005年3月24日
發(fā)明者天谷昌純, 渡邊雅子 申請人:德州儀器公司