專利名稱：已知為好的管芯陣列和它的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及已知為好的管芯(die)陣列(下文簡(jiǎn)稱為“KGD”陣列)和它的制造方法，尤其涉及這樣的KGD陣列和它的制造方法，其中使用一般的半導(dǎo)體組裝工藝，從晶片分隔的若干集成電路芯片(下文簡(jiǎn)稱為“IC芯片”)要同時(shí)受到交流電流(AC)或老化測(cè)試，因而能批量生產(chǎn)無(wú)缺陷的KGD陣列。
眾所周知為了找出不合格IC芯片，在制造半導(dǎo)體器件時(shí)IC芯片實(shí)質(zhì)上要經(jīng)受AC測(cè)試或老化測(cè)試。然而，在從晶片分隔的裸露的芯片情況下，測(cè)試信號(hào)發(fā)生電路不能與電信號(hào)線相連，以致不能進(jìn)行AC測(cè)試或老化測(cè)試。因此，如

圖1所示，一般AC測(cè)試或老化測(cè)試在用EMC塑封IC芯片的封裝狀態(tài)下進(jìn)行的。
參閱圖1，與芯片座(未圖示)連接的外引線12沿封裝10的側(cè)壁伸出。
用于固定封裝10的測(cè)試插座有若干個(gè)孔14，用以接納外引線12，而硬引線14從孔14的下部向外伸出。
具有伸出的外引線12的封裝10固定在測(cè)試插座15的孔14中，而測(cè)試插座15固定在未圖示的老化板上。這樣當(dāng)將封裝10固定在測(cè)試插座15上時(shí)就可進(jìn)行AC測(cè)試和老化測(cè)試。
在AC測(cè)試和老化測(cè)試時(shí)，在升高的溫度下或比正常運(yùn)行更高的電壓下給IC芯片加以測(cè)試信號(hào)。那末在加以測(cè)試信號(hào)狀態(tài)下檢查在任何芯片有否出現(xiàn)缺陷。例如，在DRAM中可以檢查到不合格的短路，不合格的存儲(chǔ)單元和不合格的連接線。
因此，當(dāng)在正常狀態(tài)使用時(shí)會(huì)引起一些問(wèn)題的任何IC芯片在老化測(cè)試時(shí)必定會(huì)出現(xiàn)缺陷(例如由于柵極氧化物缺陷引起的絕緣層擊穿)。因此，在進(jìn)行老化測(cè)試時(shí)可以檢出有這種缺陷的IC芯片，將該芯片作為次品處理。如上所述，不合格芯片在進(jìn)入市場(chǎng)前被檢出，以保證產(chǎn)品可靠性。
然而，因?yàn)槭褂脺y(cè)試插座的老化測(cè)試是以封裝的半導(dǎo)體芯片執(zhí)行的，IC芯片一旦被判為不合格就不能再使用。
為此，不使用單芯片封裝，近來(lái)已提出多芯片技術(shù)，它使用倒裝芯片，用以將若干裸露的芯片熱固定在瓷板上。已提出運(yùn)用各種集成方法的多芯片技術(shù)，從而能大規(guī)模集成并達(dá)到高速，高容量和小尺寸。其中一個(gè)代表性方法是運(yùn)用多芯片組件的集成方法。
多芯片組件以這樣的方式來(lái)獲得非常大規(guī)模集成，在其底部具有密集排列的互連線的多層陶瓷或塑料板上具有并與之公共連接的若干IC芯片。目前，多芯片組件已由例如IMB，DEC和Hitachi公司成功地應(yīng)用于超級(jí)計(jì)算機(jī)等。
盡管這優(yōu)點(diǎn)，多芯片組件由于下列原因在技術(shù)和經(jīng)濟(jì)上仍受限制。
即與單芯片封裝技術(shù)比較，包括若干IC芯片的多芯片組件已增加集成規(guī)模，但生產(chǎn)率明顯降低，而又大大增加制造成本。
由于可以適用于所有封裝技術(shù)的上述原因，多芯片組件在獲得充分市場(chǎng)上有困難。多芯片組件的最困難問(wèn)題是要充分地KGD(即未被封裝的但在完成與常規(guī)封裝技術(shù)相同程度的測(cè)試后證明為可靠的IC芯片)，這與生產(chǎn)率直接相關(guān)。
為了充分地獲得KGD而提出了本發(fā)明。下文中已經(jīng)歷所有測(cè)試而沒(méi)有任何缺陷的裸露的IC芯片將稱為KGD。裸露的芯片表示作為象倒裝芯片(flip chip)，引線芯片(wire chip)等的單個(gè)芯片從晶片上分離后未曾封裝的普通IC芯片。KGD的較詳細(xì)概念在1992年的微電子和計(jì)算機(jī)技術(shù)協(xié)會(huì)的《潛在的科研項(xiàng)目報(bào)告》一文中介紹。
盡管應(yīng)用于多芯片組件的KGD的重要性正被增大，低成本KGD的批量生產(chǎn)仍非常困難。
更詳細(xì)地說(shuō)，從晶片分離的單個(gè)裸露芯片沒(méi)有外引線，阻礙能適用于芯片測(cè)試的測(cè)試插座的使用。因此，在裸露芯片情況下在IC芯片安裝在電路板上之前不能進(jìn)行AC測(cè)試和老化測(cè)試。
作為解決這問(wèn)題的技術(shù)，已提出容許在裸露芯片狀態(tài)進(jìn)行AC測(cè)試和老化測(cè)試的倒裝芯片測(cè)試插座適配器，它為芯片的每個(gè)電極焊盤(pán)提供焊接塊(solderbump)。這技術(shù)已在例如美國(guó)專利No.5006792的專利中公開(kāi)，并在圖2和圖3中圖示說(shuō)明。
圖2是表示具有連接凸點(diǎn)的常規(guī)倒裝芯片的透視圖。圖3是表示圖2的倒裝芯片安裝在測(cè)試插座適配器的狀態(tài)的截面圖。
參閱圖2，IC芯片22包括其上具有若干焊接塊24的連接焊盤(pán)。結(jié)合圖3說(shuō)明測(cè)試插座適配器，IC芯片22插入它自己的測(cè)試插座適配器，然后進(jìn)行測(cè)試。
參閱圖3，測(cè)試插座適配器20包括襯底28，它有懸壁桿26相對(duì)應(yīng)地與插入的IC芯片22的連接塊24相連接，襯底被外殼20包圍。標(biāo)號(hào)23表示與懸臂桿26相連的引線;27是突出在外殼20外面的引線;和25是導(dǎo)向桿，用于當(dāng)插入IC芯片22時(shí)穩(wěn)定地支撐IC芯片22。
使用依照上述結(jié)構(gòu)的測(cè)試插座適配器的IC芯片測(cè)試方法容許裸露的芯片在未被封裝之前就進(jìn)行測(cè)試。
在常規(guī)技術(shù)中單個(gè)IC芯片22從晶片上分離，芯片測(cè)試和老化一定要在裸露芯片狀態(tài)下進(jìn)行，而連接塊24是在IC芯片22的每個(gè)電極焊盤(pán)上形成的金屬突出物。但是在單個(gè)IC芯片的電極焊盤(pán)上形成焊接塊時(shí)由于電極焊盤(pán)之間間距極小，要達(dá)到較高的存儲(chǔ)密度必須高精度的昂貴設(shè)備。
另外，在測(cè)試時(shí)芯片應(yīng)該個(gè)別地處理，使得芯片處理困難。
依照常規(guī)技術(shù)制造KGD的問(wèn)題可以歸結(jié)如下(1)因?yàn)槠胀↖C芯片無(wú)法進(jìn)行AC測(cè)試和老化測(cè)試，形成連接塊和使用它自己的插座，因此產(chǎn)品只能小批量地提供。
(2)IC芯片要個(gè)別地處理，使芯片處理困難。
(3)與封裝的IC芯片比較，KGD相當(dāng)昂貴。
(4)難以形成測(cè)試夾具。
(5)沒(méi)有標(biāo)準(zhǔn)化的IC芯片。
設(shè)計(jì)本發(fā)明是為了解決上述問(wèn)題。因此，本發(fā)明的目的是提供能使從晶片分離的普通IC芯片不形成連接塊就可進(jìn)行AC和老化測(cè)試的KGD陣列和它的制造方法。
本發(fā)明的另一目的是提供能同時(shí)對(duì)若干IC芯片進(jìn)行AC和老化測(cè)試的KGD陣列和它的制造方法。
本發(fā)明的另一目的是提供能使用典型的IC組裝設(shè)備進(jìn)行AC和老化測(cè)試的KGD陣列和它的制造方法。
為了達(dá)到本發(fā)明的上述目的，已知為好的管芯陣列包括引線框架，引線框架有若干規(guī)則排列的由拉桿支持的管芯座，在引線框架的各個(gè)管芯座上涂以粘結(jié)劑，還包括若干已知為好的無(wú)缺陷的管芯，它作為單個(gè)管芯粘結(jié)在涂以粘結(jié)劑的每個(gè)管芯焊盤(pán)上和已經(jīng)過(guò)最終測(cè)試。
為了達(dá)到本發(fā)明的另一目的，還提供制造已知為好的管芯陣列的方法，它包括下列步驟制備具有若干引線和若干規(guī)則排列的由拉桿支持的管芯焊盤(pán)的引線框架;
貼上膠帶，用以將管芯焊盤(pán)固定在引線框架的引線上;
將從晶片分離的具有若干電極焊盤(pán)的IC芯片貼在引線框架的涂有粘結(jié)劑的各個(gè)管芯焊盤(pán)上，固定管芯，連線IC芯片的電極焊盤(pán)和與電極片對(duì)應(yīng)的各引線端;
進(jìn)行修整，用以將引線框架與連線連接的經(jīng)線電氣分離;
通過(guò)將形成的引線框架插入測(cè)試夾具，進(jìn)行AC和老化測(cè)試;
在完成AC和老化測(cè)試后檢查不合格IC芯片;和使用剪切裝置，切斷連接導(dǎo)線球的上部。
通過(guò)結(jié)合附圖詳細(xì)說(shuō)明其推薦實(shí)施例，將會(huì)更清楚本發(fā)明的以上目的和其他優(yōu)點(diǎn)，附圖如下圖1是表示依照常規(guī)技術(shù)的測(cè)試插座的透視圖;
圖2是表示依照常規(guī)技術(shù)的有連接塊的倒裝芯片的透視圖;
圖3是表示圖2的倒裝芯片固定在測(cè)試插座適配器的狀態(tài)的截面圖;
圖4是表示在制造依照本發(fā)明的KGD陣列中所使用的引線框架的平面圖;
圖5A和5B表示依據(jù)本發(fā)明制造KGD陣列的過(guò)程;
圖6是表示依照本發(fā)明的KGD了陣列中單個(gè)KGD的透視圖;和圖7表示在依照本發(fā)明制造KGD陣列中使用的剪切裝置狀態(tài)。
圖4表示依照本發(fā)明制造KGD陣列中所使用的引線框架，其中引線框架通過(guò)一般的設(shè)計(jì)方法形成。
參閱圖4，引線框架30具有尺寸相同的規(guī)則排列的管芯焊盤(pán)32，在各個(gè)管芯焊盤(pán)32的兩側(cè)上有若干引線34。
因?yàn)橐€框架不是用于一般的IC芯片封裝，不形成攔桿(dambar)。標(biāo)號(hào)36是開(kāi)口，用于防止引線34在修整工藝時(shí)變形，和38是用以支持管芯焊盤(pán)32的拉桿。
圖6是表示依照本發(fā)明的KGD陣列中單個(gè)KGD的透視圖。在將若干KGD放入圖4的引線引線框架30中，以供導(dǎo)線連線IC芯片31的電極焊盤(pán)和引線，在進(jìn)行整個(gè)AC和老化測(cè)試以后就得到KGD陣列。為方便起見(jiàn)，KGD陣列的結(jié)構(gòu)將在以后介紹，先在下文介紹它的制造方法。
圖5A和5B表示依照本發(fā)明的制造KGD陣列的過(guò)程。
參閱圖5A，如圖4所示的由一般引線框架設(shè)計(jì)方法構(gòu)成的引線框架30已制好。貼上膠帶39，用以將引線34固定在引線框架30上。此處具有極強(qiáng)的粘結(jié)特性的聚酰亞胺類物質(zhì)用作為膠帶39。
參閱圖5B，從晶片分離的具有若干電極焊盤(pán)的IC芯片31被固定在引線框架30的各個(gè)管芯焊盤(pán)32上。為了使管芯固定，貼住管芯的粘結(jié)劑采用例如焊料的導(dǎo)電材料，熱凝樹(shù)脂或熱塑樹(shù)脂等(按其用途而分)。
當(dāng)使用作為焊料的導(dǎo)電材料時(shí)，在管芯焊盤(pán)32上加入適當(dāng)量的焊料，將IC芯片熱壓。使用導(dǎo)電材料作為焊料的原因是假如其后部用作為地部，容許電流可流過(guò)引線框架，或容許管芯焊盤(pán)貼在分離的KGD的下表面，以供用作散熱器。
同時(shí)，被聚酰亞胺固化的環(huán)氧樹(shù)脂和聚酰胺酸可以用作熱凝樹(shù)脂。
當(dāng)要求KGD不是被貼住管芯焊盤(pán)的底表面時(shí)可以使用包括聚芳基化聚醚聚砜樹(shù)脂，聚丙烯酸樹(shù)脂的熱塑樹(shù)脂作為粘結(jié)劑。此時(shí)，由于在預(yù)定溫度下的回流的流動(dòng)，KGD必定很容易地從管芯焊盤(pán)上脫開(kāi)。
在完成管芯的粘貼以后，使用金(Au)，通過(guò)熱壓方法將IC芯片31的各電極焊盤(pán)與對(duì)電極焊盤(pán)分別對(duì)應(yīng)的引線34端部連線連接。對(duì)于連接連線37，可以通過(guò)超聲波方法與普通IC芯片31的鋁電極焊盤(pán)相連接的例如鋁等任何材料均可被使用。
在連線連接以后進(jìn)行修整工藝，使引線框架30與連線連接的引線34電氣分離。開(kāi)口36使修整工藝變得方便。
在使引線絕緣的修整工藝以后，進(jìn)行AC和老化測(cè)試。至今所述的一般IC組裝工藝，例如引線框架制備，連線連接和將與IC芯片的電極焊盤(pán)電連接的引線分離，只是為進(jìn)行測(cè)試和老化所做的一系列工作。
這里各個(gè)芯片不是分別地被測(cè)試，而是裝有與引線34連線連接的若干IC芯片31陣列的整個(gè)引線框架30同時(shí)被測(cè)試。
可以設(shè)計(jì)適用于同時(shí)測(cè)試整個(gè)引線框架30的測(cè)試夾具。
每個(gè)IC芯片的電極焊盤(pán)通過(guò)連接連線37與引線34相連，而引線34使用作為測(cè)試電極針腳，因此測(cè)試夾具的設(shè)計(jì)要比通過(guò)形成細(xì)小焊塊的常規(guī)測(cè)試插座適配器的設(shè)計(jì)更容易。
使用測(cè)試夾具，在一個(gè)引線框架30上大約16個(gè)IC芯片31同時(shí)被測(cè)試。通過(guò)連續(xù)的AC和老化測(cè)試，可以檢出不合格的IC芯片，并作為次品處理。
在KGD陣列制造方法的最后一步，也可看為本新方法中最重要的一步，是在完成AC測(cè)試和老化測(cè)試以后產(chǎn)生KGD，即將IC芯片31的各電極焊盤(pán)和與電極焊盤(pán)對(duì)應(yīng)的引線34電連接的連接連線37切去。
連接連線37在AC測(cè)試和老化測(cè)試時(shí)提供了測(cè)試電極針腳，它要被切去是因?yàn)閷?duì)于依照本發(fā)明的KGD陣列它不是直接需要的。
對(duì)于連接連線37的切除工藝，使用圖7所示的剪切裝置40。剪切裝置40形狀象鑿刀，在其端部有鋒利的刀刃，刀片主要使用金剛石。其他材料也可以用作刀片，例如具有金剛石涂層的碳化鎢，磨銳的鋼片等。切除裝置40固定在直臂上，由公差約為1μm的精密步進(jìn)電機(jī)上下移動(dòng)。在前后和左右方向的移動(dòng)也可以由高精度的X-Y橫向移動(dòng)臺(tái)控制。
圖7表示在依照本發(fā)明制造KGD陣列中使用的切除裝置的使用狀態(tài)。此處重要的特點(diǎn)是在所有必需的測(cè)試和老化以后用金剛石刀片切去連線。
參閱圖7，移動(dòng)切除裝置40靠近貼在引線框架30上并與它連線連接的IC芯片31的中央面。通過(guò)X-Y橫向移動(dòng)臺(tái)調(diào)節(jié)左右方向移動(dòng)，切去連接連線37的連線球37a的上部。為了精密控制連線球尺寸的目的，應(yīng)該運(yùn)用真空吸盤(pán)將引線框架固定在X-Y橫向移動(dòng)臺(tái)上。
在切去連接連線37以后在IC芯片31的電極座上只留下切剩的連線球33。切剩的連線球33可以作為焊塊使用。此時(shí)通過(guò)調(diào)節(jié)切除裝置40的下降高度很容易地解決焊切的形成和高度。
可以在切剩的連線球33的上表面上重復(fù)進(jìn)行連線連接，從而能按要求在連接焊盤(pán)上實(shí)現(xiàn)多次焊塊。為了確保連線連接芯片的可靠性，將連線切去并再連接來(lái)進(jìn)行拉力試驗(yàn)，其結(jié)果為與第一次連接一樣良好的數(shù)據(jù)。而且，本申請(qǐng)人進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)在5次重復(fù)測(cè)試中沒(méi)有任何缺陷提供相同的數(shù)據(jù)。
在連接連線的切除工藝后所形成的結(jié)構(gòu)如圖6所示，其中連接連線，膠帶皆已除去，已經(jīng)AC測(cè)試和老化測(cè)試的無(wú)缺陷的IC芯片31貼在涂有粘結(jié)劑35的引線框架30上。
在依照本發(fā)明最終獲得的KGD陣列中，圖6所示的單個(gè)KGD裝在作為若干陣列的引線框架30上，在現(xiàn)行使用的送往市場(chǎng)的引線框架箱上可以裝載幾層這些引線框架30。而且，已經(jīng)測(cè)試的芯片被包裝在便宜的易處置的箱中，送往最終用戶。送往買方的若干IC芯片在切去拉桿后可以用作單個(gè)KGD，管焊盤(pán)貼在其底表面上。如上所述管芯焊盤(pán)可以當(dāng)作散熱器使用。
如上所說(shuō)明的，在本發(fā)明中IC芯片不是個(gè)別地處理，因此在處理基芯片時(shí)易于發(fā)生的缺陷可以減至最小。
依照本發(fā)明的KGD陣列和它的制造方法的效果可以歸結(jié)如下(1)可以使用普通IC芯片大量生產(chǎn)已經(jīng)過(guò)AC和老化測(cè)試的沒(méi)有缺陷的KGD。
(2)在芯片送往買方后切去拉桿，使得在芯片級(jí)處理芯片來(lái)得簡(jiǎn)便。
(3)因?yàn)榭晌唇?jīng)變化地利用典型IC封裝設(shè)備，不需要附加設(shè)備。
(4)該測(cè)試夾具容易制造。
(6)按照最終用戶要求，IC芯片容易分類為連線連接，倒裝芯片和焊塊。
(7)KGD的成本可從顯著地降低，從而使多芯片組件或ASIC組件的適用領(lǐng)域從現(xiàn)在應(yīng)用的超級(jí)計(jì)算機(jī)擴(kuò)展到個(gè)人計(jì)算機(jī)。
因此，在依照本發(fā)明的KGD陣列和制造方法中，至少一個(gè)KGD裝在作為若干陣列的引線框架上，從而獲得許多KGD同時(shí)測(cè)試。而且，通過(guò)切去拉桿，若干IC芯片可以被用作為單個(gè)KGD，管芯焊盤(pán)貼在其底表面上，可以在本發(fā)明的形式和細(xì)節(jié)上作出各種變化，而不偏離由所附的權(quán)利要求所規(guī)定的本發(fā)明的精神和范圍。
權(quán)利要求
1.已知為好的管芯陣列由以下組成具有若干個(gè)規(guī)則排列的由拉桿支持的管芯焊盤(pán)的引線框架；粘結(jié)劑涂在所述引線框架的各個(gè)管芯焊盤(pán)上；若干已知為好的無(wú)缺陷的管芯，各個(gè)管芯貼在涂有所述粘結(jié)劑的每個(gè)管芯焊盤(pán)上，并已經(jīng)過(guò)最終測(cè)試。
2.依照權(quán)利要求1的已知為好的管芯陣列，其特征在于所述若干IC芯片在每個(gè)各自電極焊盤(pán)上有焊塊。
3.依照權(quán)利要求1的已知為好的管芯陣列，其特征在于所述粘結(jié)劑按其作用目的由從例如為焊料的導(dǎo)電材料，熱凝樹(shù)脂和熱塑樹(shù)脂組成的這組材料中所選擇的材料構(gòu)成的。
4.依照權(quán)利要求1的已知為好的管芯陣列，其特征在于通過(guò)切去所述拉桿所述若干IC芯片作為所述各個(gè)已知為好的管芯使用，所述管芯焊盤(pán)貼在其底表面上。
5.依照權(quán)利要求1的已知為好的管芯陣列，其特征在于所述管芯焊盤(pán)用作散熱器。
6.制造已知為好的管芯陣列的方法由以下步驟組成制備具有若干引線和若干規(guī)則排列的由拉桿支持的管芯座的引線框架;貼上膠帶，用以將所述管芯焊盤(pán)固定在所述引線框架的所述引線上;將從晶片分離的具有若干電極焊盤(pán)的IC芯片貼在所述引線框架涂有粘結(jié)劑的各個(gè)管芯焊盤(pán)上，固定管芯;將所述IC芯片的所述電極焊盤(pán)連接到與所述電極焊盤(pán)對(duì)應(yīng)的各引線端;進(jìn)行修整，用以將所述引線框架與所述連線連接引線電氣分離;通過(guò)將所形成的引線框架插入測(cè)試線，進(jìn)行AC測(cè)試和老化測(cè)試;在完成所述AC測(cè)試和老化測(cè)試后檢出不合格IC芯片;和使用剪切裝置切去連接連線球的上部。
7.依照權(quán)利要求6的已知為好的管芯陣列的制造方法，其特征在于具有極強(qiáng)粘結(jié)特性的聚酰亞胺類物質(zhì)被用作為所述膠帶。
8.依照權(quán)利要求6的已知為好的管芯陣列的制造方法，其特征在于在切去連接連線的所述步驟，使用金剛石或類似金剛石刀片，所述剪切裝置的高度加以調(diào)整，以控制切去和余留的連線球的尺寸，從而形成焊塊。
9.依照權(quán)利要求6的已知為好的管芯陣列的制造方法，其特征在于所述粘結(jié)劑是由從例如為焊料的導(dǎo)電材料，熱凝樹(shù)脂和熱塑樹(shù)脂所組成的這組材料中按其用途目的選擇的材料構(gòu)成的。
10.依照權(quán)利要求6的已知為好的管芯陣列的制造方法，其特征在于通過(guò)切去所述拉桿，所述若干IC芯片用作各個(gè)已知為好的管芯，所述管芯焊盤(pán)貼在其底表面上。
全文摘要
通過(guò)一般的半導(dǎo)體封裝技術(shù)獲得已知為好的管芯陣列，通過(guò)對(duì)從晶片分離的若干IC芯片同時(shí)進(jìn)行AC和老化測(cè)試，使能批量生產(chǎn)已知為好的管芯，其中IC芯片貼在涂有粘結(jié)劑的引線框架的管芯焊盤(pán)上并連線連接，引線框架與連線連接引線電氣分離，合成的引線框架被插入測(cè)試夾具以進(jìn)行AC和老化測(cè)試，運(yùn)用具有金剛石和/或類似金剛石刀片的剪切裝置切去連接連線，附著已進(jìn)行最后測(cè)試無(wú)缺陷的若干已知為好的管芯作為陣列。
文檔編號(hào)H01L23/50GK1098226SQ94103819
公開(kāi)日1995年2月1日 申請(qǐng)日期1994年4月7日 優(yōu)先權(quán)日1993年4月7日
發(fā)明者金一雄 申請(qǐng)人:三星電子株式會(huì)社