專利名稱：使用柔性環(huán)氧樹(shù)脂將散熱器直接固定到芯片載體的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的領(lǐng)域是電子元件的排熱器和散熱器以及將這種排熱器和散熱器固定到電子元件上的方法。
下面的段落旨在加進(jìn)參考引用的內(nèi)容，不是為了尋求對(duì)所述現(xiàn)有技術(shù)的承認(rèn)。
倒裝芯片利用熱油實(shí)現(xiàn)和散熱器的熱連接，如.Jarvela的美國(guó)專利No.4,000,509所述。一般來(lái)說(shuō)，要將散熱器(如蓋帽、散熱器板、帶葉片的散熱器、或者液冷的冷卻板)機(jī)械地連接到芯片載體組件或電路板上，以使固定到組件或電路板上的倒裝芯片和散熱器的一個(gè)表面之間留有一個(gè)很小的間隙。這個(gè)間隙中充有熱油，如硅油，熱油中可填充高熱傳導(dǎo)材料(如銀)或陶瓷材料(如氧化鋁)，從而在芯片和散熱器之間提供一個(gè)高質(zhì)量的熱傳導(dǎo)通路。
環(huán)氧樹(shù)脂已用于將半導(dǎo)體芯片固定某些基片上。在Dessai的美國(guó)專利5,159,535中，使用環(huán)氧樹(shù)脂將半導(dǎo)體計(jì)算機(jī)芯片的背面連接到一種銅包覆殷鋼(銅—殷銅—銅)插件(interposer)中，該插件的熱膨脹系數(shù)(CTE)介于半導(dǎo)體的熱膨脹系數(shù)和玻璃纖維環(huán)氧樹(shù)脂電路板的熱膨脹系數(shù)之間，該插件是通過(guò)焊接固定到該電路板上的。另外，在Desai的美國(guó)專利中，如果制造電路板的材料(如殷鋼)的熱膨脹系數(shù)非常接近半導(dǎo)體芯片的熱膨脹系數(shù)，則可使用導(dǎo)熱環(huán)氧樹(shù)脂把芯片直接固定到電路板上。類似地，Anschel的美國(guó)專利No.4,914,551公開(kāi)了使用環(huán)氧樹(shù)脂將半導(dǎo)體芯片固定到一種由碳化硅(SiC)、氮化鋁(AlC)、或銅—殷鋼—銅制成的散熱器上的方法，其中的環(huán)氧樹(shù)脂中填充金剛石顆粒，以使得諸熱膨脹系數(shù)差不大于每攝氏度百萬(wàn)分之二(ppm/℃)。下述材料的熱膨脹系數(shù)(以ppm/℃為單位)分別′是Si為2.6、SiC為2.6、AlN為4.6、殷鋼為2、銅—殷銅—銅為3—6、環(huán)氧樹(shù)脂為50—80、玻璃纖維—環(huán)氧樹(shù)脂為11—18、填充熔融石英的環(huán)氧樹(shù)脂為5—7。在“IBM技術(shù)公開(kāi)快訊(IBM Technical Disclosure Bulletin)”第32卷第4A期(1989年9月)中G.Schrottke和D.J.Willson的文章“直接芯片固定電路的散熱(Removal of Heat Form Direct Chip AttachCircuitry)”公開(kāi)了一種方法，它使用粘結(jié)劑將硅芯片固定列銅—殷鋼—銅散熱器上。在授與Nitsch的美國(guó)專利No.5,168,430的圖2中表示了一個(gè)粘結(jié)到一個(gè)散熱器上的混合電路結(jié)構(gòu)3，Bennett的歐洲專利申請(qǐng)93104433.3公開(kāi)了一種使用導(dǎo)電的環(huán)氧樹(shù)脂將半導(dǎo)體芯片固定到引線框架上的方案。
環(huán)氧村脂已用于包覆倒裝芯片的連接，如Beckham的美國(guó)專利No.4,604,644、Christie的美國(guó)專利No.4,999,699和No.5089,利0所述，以減小在C4(可控塌陷芯片連接)組件中的應(yīng)力。C4組件如美國(guó)專利No.3,458,925所示。用于這些目的的環(huán)氧樹(shù)脂是公知的，如Itoh的美國(guó)專利4,701,482所述。一般來(lái)說(shuō)，這樣一些環(huán)氧樹(shù)脂的玻璃轉(zhuǎn)換(glass transition)溫度(Tg)約為140—150℃，楊氏模量約為1,000,000psi(磅/英寸2)或更大。已經(jīng)采用環(huán)氧樹(shù)脂來(lái)轉(zhuǎn)移模制過(guò)程或注模過(guò)程的熱量以形成電子元件，如QFP(四芯線平直組件)、DIP(雙線組件)、和其它塑料封裝組件。諸如陶瓷四芯線平直組件之類的陶瓷芯片載件組件一般具有由環(huán)氧樹(shù)脂連在一起的兩個(gè)陶瓷部分?？梢允褂铆h(huán)氧樹(shù)脂、或者最好使用熱熔塑膠來(lái)包覆ECA(導(dǎo)電粘結(jié)劑)芯片附件。
可使用環(huán)氧樹(shù)脂將諸如鋁(Al)或銅(Cu)之類的散熱器粘結(jié)到塑料封裝的組件上，其中的鋁可通過(guò)鉻酸鹽轉(zhuǎn)化作用涂敷或氧化，其中的銅可用鎳(Ni)涂敷。鋁的熱膨脹系數(shù)CTE是23ppm/℃，銅的熱膨脹系數(shù)CTE是17ppm/℃。對(duì)于較高溫度下的應(yīng)用，使用陶瓷芯片組件，并且使用硅粘結(jié)劑將散熱器粘結(jié)到組件的頂部，或者通過(guò)螺絲或通過(guò)夾具機(jī)械地固定散熱器?！癆blebond P1—897(9/93)”的一個(gè)技術(shù)數(shù)據(jù)表(A technical data sheet for Ablebond P1—897 of 9/93)建議使用這種材料將大型的芯片固定到一個(gè)銀涂敷的銅引線框架上?！癙rima—Bond TM EG7655”的一個(gè)產(chǎn)品數(shù)據(jù)表(A product data sheet for Prima—Bond TMEC 7655)建議使用這種材料“粘結(jié)具有相差極大的熱膨脹系數(shù)的那些材料”(即，氧化鋁和鋁、硅和銅、等等)。
這些發(fā)明可應(yīng)用到陶瓷頂部組件中，如CQFP(陶瓷的四芯線平直組件)，也可應(yīng)用到倒裝芯片載體組件中，例如無(wú)蓋的CQFP；TBGA(TAB球格陣列)、TAB(帶自動(dòng)粘結(jié))組件，如上述的Desai的專利、以及Clementi的美國(guó)專利No.4,681,654、和Flynn的美國(guó)專利No.5,203,075所述；Behum描述過(guò)的以及Hoebner的美國(guó)專利申請(qǐng)序列號(hào)08/144,981中描述的CBGA(陶瓷球格陣列)組件White在美國(guó)專利申請(qǐng)序列號(hào)08/178,444中描述的DGAM(直接固定的芯片組件)；以及公知的CPCA(陶瓷針格陣列)組件。
上述所引用的文件在此引作為本發(fā)明的參考文件，以便能對(duì)本發(fā)明提供足以實(shí)現(xiàn)的公開(kāi)并支持本申請(qǐng)人依據(jù)法律所能夠享有的權(quán)利要求。
本發(fā)明的一個(gè)目的是改善倒裝芯片散熱的熱效率以提高可靠性，并且有可能增加熱能耗散以得到更高的器件密度。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是為公知的環(huán)氧樹(shù)脂提供一種新的用途。
本發(fā)明的再一個(gè)目的是提供一種改進(jìn)的電子組件，它從高熱密度計(jì)算機(jī)芯片上耗散的熱量比從前可能作到的更大。
本發(fā)明的最后一個(gè)目的是提供一種計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，和先前的實(shí)際情況相比，它使用的芯片較少，但器件密度更高且操作更迅速。
為了實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的這些目的，將鋁或銅的散熱器或散熱器板直接粘結(jié)到半導(dǎo)體倒裝芯片或陶瓷QFP的背側(cè)。本申請(qǐng)人已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，可從使用玻璃轉(zhuǎn)換溫度低于室溫的一種薄層高柔性環(huán)氧樹(shù)脂直接把散熱器粘結(jié)到倒裝芯片或陶瓷蓋帽的背側(cè)，這種粘結(jié)即使經(jīng)下述熱循環(huán)試驗(yàn)后依舊是很牢固的1500次從0℃到100℃的循環(huán)、400次從-25℃到125℃的循環(huán)、以及300次從-40℃到140℃的循環(huán)；或者在130℃連續(xù)加熱1000小時(shí)之后。


圖1表示用柔性環(huán)氧樹(shù)脂粘結(jié)到CQFP的一個(gè)鋁散熱器，以說(shuō)明本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例；圖2表示用柔性環(huán)氧樹(shù)脂粘結(jié)到在一個(gè)無(wú)蓋帽的CQFP中的半導(dǎo)體倒裝芯片上的一個(gè)鋁散熱器，以說(shuō)明本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例；圖3表示用柔性環(huán)氧樹(shù)脂連接到CPGA中的一個(gè)半導(dǎo)體倒裝芯片上的鋁散熱器，以說(shuō)明本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例；圖4表示和圖3類似的另一個(gè)實(shí)施例，其中的鋁散熱器是通過(guò)柔性環(huán)氧樹(shù)脂粘結(jié)到CBGA或PBGA的半導(dǎo)體倒裝芯片上的；圖5表示用柔性環(huán)氧樹(shù)脂粘結(jié)到帶球格陣列組件的半導(dǎo)體芯片上的一個(gè)銅散熱器板，以說(shuō)明本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例；圖6表示用柔性環(huán)氧樹(shù)脂粘結(jié)到一個(gè)直接芯片固定有機(jī)載體的半導(dǎo)體芯片上的鋁散熱器，以說(shuō)明本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例；圖7表示一個(gè)熱性能得以提高的信息處理系統(tǒng)，其熱性能是通過(guò)使用柔性環(huán)氧樹(shù)脂將散熱器粘結(jié)到高能量密度電子元件的A/N陶瓷的和/或硅的表面上而得到的。
典型的環(huán)氧樹(shù)脂的玻璃轉(zhuǎn)換溫度Tg約為140—150℃，但本發(fā)明中使用的柔性環(huán)氧樹(shù)脂的Tg低于約25℃，優(yōu)選的Tg低于10℃，并且最好的是Tg低于0℃。另外，普通環(huán)氧樹(shù)脂的楊氏模量在1,000,000psi(磅/英寸2)左右，但在本發(fā)明中使用的柔性環(huán)氧樹(shù)脂的楊氏模量低于100,000psi(磅/英寸2)，優(yōu)選的低于50,000psi(磅/英寸2)，甚至低于20,000psi(磅/英寸2)則更好。從AI Technologies公司(地址是9#，Princess Road、Lawrencevill，N.J.08648)可得到一種名稱為EG7655的兩部分型的柔性環(huán)氧樹(shù)脂，其Tg約為-25℃，楊氏模量小于約20,000psi(磅/英寸2)左右。單一部分的名稱為ABLEBONDRP1—8971的柔性環(huán)氧樹(shù)脂由Ablestick Lab-oratories銷售(其地址為20021#，Susana Road，RanchoDominguez，CA90221)，其Tg約為5℃，其楊氏模量小于50,000psi(磅/英寸2)左右。
在圖1中，CQFP組件由上、下兩個(gè)預(yù)制的燒結(jié)陶瓷片100、102(最好是鋁—氮陶瓷)制成。使用例如一種普通的模片固定環(huán)氧樹(shù)脂108將半導(dǎo)體芯片106(最好是硅芯片)粘結(jié)到該平直組件的上半片100上，并且該芯片被線(112)粘結(jié)到引線框架104上。使用例如普通的環(huán)氧樹(shù)脂110、114將上半片100粘結(jié)到下半片102上?？涨?16一般來(lái)說(shuō)是空的，但也可包含一種不導(dǎo)電但傳熱的物質(zhì)(例如硅油)。然后，使用柔性環(huán)氧樹(shù)脂薄層120將一個(gè)鋁散熱器118(較佳地通過(guò)陽(yáng)極氧化作用或者更好地通過(guò)鉻酸鹽轉(zhuǎn)化作用來(lái)涂敷)粘結(jié)到該陶瓷組件的頂部。
Al—N的熱膨脹系數(shù)CTE約為4.6ppm/℃，鋁散熱器的熱膨脹系數(shù)CTE約為23.6ppm/℃，這導(dǎo)致熱膨脹系數(shù)差為19ppm/℃。陶瓷頂部是相對(duì)平滑的表面，若在組件和散熱器之間的環(huán)氧樹(shù)脂發(fā)生脫層或斷裂，則使從芯片向外的熱傳輸大大降低。當(dāng)對(duì)這樣的結(jié)構(gòu)實(shí)施熱循環(huán)試驗(yàn)時(shí)，普通的環(huán)氧樹(shù)脂將迅速失效(脫層)。硅基粘結(jié)劑的玻璃轉(zhuǎn)換溫度Tg小于25℃，其楊氏模量小于20,000psi(磅/英寸2)。但在結(jié)構(gòu)上，這種粘結(jié)劑粘結(jié)的強(qiáng)度大約是柔性環(huán)氧樹(shù)脂的粘結(jié)強(qiáng)度的1/3—1/2。還有，硅粘結(jié)劑的組分有從摻雜薄涂敷材料的表面遷移出來(lái)的趨勢(shì)。本申請(qǐng)人發(fā)現(xiàn)，柔性環(huán)氧樹(shù)脂(如ABLE-BOND Pi—8971和EG7655)可滿足這個(gè)試驗(yàn)的熱循環(huán)要求。
另外，可以用環(huán)氧樹(shù)脂密封劑(粘塊頂部)代替上片蓋帽102來(lái)保護(hù)線粘結(jié)芯片。環(huán)氧樹(shù)脂可剛好蓋住芯片和線粘結(jié)點(diǎn)，或者環(huán)氧樹(shù)脂可延伸到安裝該組件的電路板。還有，可以用有機(jī)材料(如玻璃纖維—環(huán)氧樹(shù)脂，或銅和聚酰亞胺箔的疊層)來(lái)代替上半片陶瓷100。
圖2表示沒(méi)有上半片陶瓷的另一種CQFP148。半導(dǎo)體倒裝芯片塊150按周邊排行的或柵格陣列的C4接點(diǎn)154固定到長(zhǎng)方形的單層陶瓷芯片載體152上，C4接點(diǎn)、154從芯片上的電觸點(diǎn)延伸至載體152上的電觸點(diǎn)。另外，可通過(guò)易熔焊料凸塊把芯片隆起部分固定到載體上的觸點(diǎn)上，這些易熔焊料凸塊是通過(guò)電鍍、焊料注入、或從移畫(huà)印花過(guò)程(decal)的轉(zhuǎn)移而沉積的。將例如鷗翼形引線156的引線沿著和基片159進(jìn)行表面安裝連接的各邊緣(一般是QFP的所有四個(gè)邊緣)焊接到(158)銅焊盤上。另外，可將引線的底端在組件下方彎成“J”形，或者甚至點(diǎn)成直接向下的。用環(huán)氧樹(shù)脂160包覆接點(diǎn)154，并且最好用環(huán)氧樹(shù)脂162包覆引線。最好涂敷一個(gè)環(huán)氧樹(shù)脂涂層164來(lái)保護(hù)上層陶瓷線路(一種敷形涂敷層)。使用柔性環(huán)氧樹(shù)脂166將散熱器164固定到芯片150的背面。對(duì)于底面尺寸比芯片大得多的散熱器，通過(guò)用柔性環(huán)氧樹(shù)脂或一般的環(huán)氧樹(shù)脂把散熱器粘結(jié)到168處的敷形涂敷層，可以得到改進(jìn)的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。
硅Si的熱膨脹系數(shù)CTE為2.6ppm/℃左右，散熱器的鋁Al的熱膨脹系數(shù)CTE為23.6ppm/℃左右，這導(dǎo)致得到熱膨脹系數(shù)差為21ppm/℃。芯片的背部極其光滑，所以導(dǎo)致機(jī)械粘結(jié)的效果很差，而且在芯片和散熱器之間的環(huán)氧樹(shù)脂的任何脫層或斷裂都將使芯片的熱轉(zhuǎn)移量大大降低。當(dāng)讓該結(jié)構(gòu)經(jīng)受熱循環(huán)試驗(yàn)時(shí)，普通的環(huán)氧樹(shù)脂迅速失效(脫層)。硅基粘結(jié)劑的玻璃轉(zhuǎn)換溫度Tg小于25℃，楊氏模量小于20,000psi(磅/英寸2)。但在結(jié)構(gòu)上，這種粘結(jié)的強(qiáng)度約為柔性環(huán)氧樹(shù)脂的強(qiáng)度的1/3—1/2。另外，硅粘結(jié)劑的組分有從摻雜了薄涂敷材料的摻雜表面遷移出來(lái)的趨勢(shì)。本申請(qǐng)人發(fā)現(xiàn)，柔性環(huán)氧樹(shù)脂(例如，ABLEBOND Pi—8971和EG7655)滿足這種試驗(yàn)的熱循環(huán)要求。
組件148的引線156固定到基片159(一種玻璃纖維—環(huán)氧樹(shù)脂電路板或銅和聚酰亞胺膜疊層的柔性電路板)的導(dǎo)電焊盤(最好為銅)170上。
圖3表示一個(gè)CPGA(陶瓷針格陣列組件)200。半導(dǎo)體倒裝芯片塊202的前側(cè)(底部)通過(guò)用邊排行的或柵格陣列的接點(diǎn)206(最好是C4接點(diǎn)或ECA接點(diǎn))固定到一個(gè)長(zhǎng)方形的陶瓷芯片載體204(單層或多層載體，如圖中所示)上。一個(gè)引針陣列208在穿過(guò)基片214(如玻璃纖維—環(huán)氧樹(shù)脂或銅與聚酰亞胺膜的柔性疊層)延伸的一些徑涂覆的通孔(PTH)的兩端都波焊到(210)銅焊盤212上。用環(huán)氧樹(shù)脂220包覆接點(diǎn)206，并可把環(huán)氧樹(shù)脂的敷形涂敷層222沉積在芯片上。使用柔性環(huán)氧樹(shù)脂226將散熱器224固定到芯片202的背側(cè)。
圖4表示和圖3的CPGA類似的BGA(球格陣列)組件240?；?40可以是陶瓷的CBGA或塑料的PBGA，并且可以是單層的或多層的。同樣，利用柔性環(huán)氧樹(shù)脂244將散熱器246固定到倒裝芯片248上。
圖5表示TBGA組件250。通過(guò)一些接點(diǎn)258或通過(guò)SATT(焊料固定帶工藝)技術(shù)，將倒裝芯片252的底部固定到一個(gè)柔性芯片載體基片256(一般是一個(gè)或多個(gè)帶有一定圖案的銅層和聚酰亞胺層的疊層)的銅焊盤254上；其中這些接點(diǎn)258是通過(guò)C4、熱壓粘結(jié)、或激光焊接形成的。通過(guò)激光焊接、熱壓粘結(jié)、或者通過(guò)在銅焊盤上沉積易熔焊料并且進(jìn)行回流使焊料球就位，將焊料球258(最好90％的鉛Pb，10％的錫Sn)固定到柔性帶256的銅焊盤260上。長(zhǎng)方形的金屬框架262(如鋁Al，或者最好是鍍鎳Ni的銅)通過(guò)粘結(jié)劑(最好是環(huán)氧樹(shù)脂)264固定到柔性基片上。散熱器270通過(guò)粘結(jié)劑(最好是環(huán)氧樹(shù)脂)272固定到該框架262上，并通過(guò)柔性環(huán)氧樹(shù)脂274固定到芯片252上?？梢酝ㄟ^(guò)陽(yáng)極氧化處理或鉻酸鹽轉(zhuǎn)化作用對(duì)散熱器進(jìn)行鋁處理，或者最好對(duì)散熱器作鍍鎳Ni的銅處理。
通過(guò)在銅焊盤282上沉積焊膏(最好37％的鉛Pb和63％的錫Sn)、把組件放置在基片280上，同時(shí)讓焊料球位于焊膏上、然后加熱該結(jié)構(gòu)直到焊膏變?yōu)槿廴跔顟B(tài)形成焊料接點(diǎn)284為止，從而將組件250固定到基片280(如玻璃纖維—環(huán)氧樹(shù)脂或上述的柔性疊層)上。另外，可用熱熔塑膠或熱固膠包覆的ECA286來(lái)取代球258和焊料284，并通過(guò)加熱和加壓將這種ECA固定到焊盤282上。
硅Si的熱膨脹系數(shù)CTE約為2.6ppm/℃，銅散熱器的熱膨脹系數(shù)CTE約為17ppm/℃，其導(dǎo)致熱膨脹系數(shù)差為14.4ppm/℃。同樣，芯片的背部仍舊是極其光滑的，這因而導(dǎo)至一種脆弱的機(jī)械粘結(jié)，芯片和散熱器間的環(huán)氧樹(shù)脂的任何脫層或斷裂，都造成從芯片轉(zhuǎn)移出的熱量大大減少。當(dāng)這種結(jié)構(gòu)經(jīng)受熱循環(huán)試驗(yàn)時(shí)，普通的環(huán)氧樹(shù)脂會(huì)迅速失效(脫層)。在提供這些材料之間接合的可靠性所要求的熱循環(huán)試驗(yàn)期間，即1500次從0到100℃的循環(huán)；400次從-25℃到125℃的循環(huán)；然后300次，從-40℃到140℃的循環(huán)，硅基粘結(jié)利也產(chǎn)生脫層。本申請(qǐng)人發(fā)現(xiàn)，柔性環(huán)氧樹(shù)脂(如ABLE-BOND8971和EG7655)能可靠地滿足這個(gè)試驗(yàn)的熱循環(huán)要求。
圖6表示一個(gè)DCAM組件300。倒裝芯片302固定到一個(gè)多層的玻璃纖維環(huán)氧樹(shù)脂基片304上。沉積易熔焊料306(通過(guò)HASL、在芯片上的焊料、焊料注入，通過(guò)從不銹鋼移畫(huà)印花過(guò)程(stainlesssteel decal)的轉(zhuǎn)移)以便在位于芯片底部的高溫焊料凸塊308和位于基片上表面的銅焊盤310之間進(jìn)行連接。確定銅焊盤312的位置，使其能連接到位于互連的結(jié)構(gòu)(圖2和5中的有機(jī)材料電路板)上的銅焊盤上?？梢栽诤副P312提供焊料314以使進(jìn)行回流焊接固定。使用柔性環(huán)氧樹(shù)脂322將散熱器320固定到芯片302的背側(cè)。對(duì)于延伸長(zhǎng)度明顯超過(guò)芯片尺寸極限的散熱器，通過(guò)使用柔性環(huán)氧樹(shù)脂或其它公知的環(huán)氧樹(shù)脂包覆在位于324處的散熱器和基片304之間，就可以改善結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。
圖7表示本發(fā)明的信息處理系統(tǒng)350的一個(gè)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)實(shí)施例。計(jì)算機(jī)系統(tǒng)352和354通過(guò)光纜或電信號(hào)電纜356聯(lián)網(wǎng)在一起。系統(tǒng)352和354分別具有CPU(中央處理單元)組件358、360和存貯器組件362、364。這些組件使用柔性環(huán)氧樹(shù)脂366—372把散熱器固定到組件上以便可在較高功率下操作，從而提高整個(gè)信息處理系統(tǒng)的性能。每個(gè)系統(tǒng)中的組件都固定到一個(gè)或多個(gè)電連接結(jié)構(gòu)374、376上。這些連接結(jié)構(gòu)又連接到如電池、變壓器、或電源軟線的電源378、380上，這些連接結(jié)構(gòu)還可以連到，如磁盤驅(qū)動(dòng)器、其它一些連接結(jié)構(gòu)的其它的計(jì)算機(jī)設(shè)備382上。一個(gè)或多個(gè)光或電的電纜384或電纜連接器固定到這些連接結(jié)構(gòu)上，以便借助于諸如鍵盤、CRT、調(diào)制解調(diào)器、傳感器、電機(jī)等等的計(jì)算機(jī)外圍設(shè)備386提供數(shù)據(jù)的輸入和輸出。
雖然圖中沒(méi)有表示出來(lái)，但本發(fā)明還包括多芯片的組件，多芯片組件在一個(gè)或多個(gè)芯片上具有各自的散熱器，和/或在這樣的組件中的多個(gè)芯片上具有公用的散熱器，或者甚至對(duì)于多個(gè)組件具有一些公用的散熱器。
盡管參照本發(fā)明的設(shè)備和方法的優(yōu)選實(shí)施例描述了本發(fā)明，但本領(lǐng)域的技術(shù)人員都應(yīng)認(rèn)識(shí)到，在不脫離由權(quán)利要求書(shū)限定的本發(fā)明的構(gòu)思和范圍的條件下，還可進(jìn)行很多變化。
權(quán)利要求
1.一種芯片載體組件的制造方法，包括步驟將半導(dǎo)體芯片的第一表面電連接到一個(gè)基片上；在半導(dǎo)體芯片的第二表面和散熱器之間沉積未完全固化的柔性環(huán)氧樹(shù)脂；將散熱器和芯片壓緊在一起；以及加熱以固化柔性環(huán)氧樹(shù)脂。
2.如權(quán)利要求1的方法，其特征在于沉積柔性環(huán)氧樹(shù)脂的步驟包括沉積玻璃轉(zhuǎn)換溫度小于25℃、25℃時(shí)的楊氏模量小于100,000psi的柔性環(huán)氧樹(shù)脂。
3.如權(quán)利要求1的方法，其特征在于沉積柔性環(huán)氧樹(shù)脂的步驟包括沉積玻璃轉(zhuǎn)換溫度小于10℃的柔性環(huán)氧樹(shù)脂。
4.如權(quán)利要求1的方法，其特征在于沉積柔性環(huán)氧樹(shù)脂的步驟包括沉積玻璃轉(zhuǎn)換溫度小于0℃的柔性環(huán)氧樹(shù)脂。
5.如權(quán)利要求1的方法，其特征在于沉積柔性環(huán)氧樹(shù)脂的步驟包括沉積在25℃時(shí)的楊氏模量小于50,000psi的柔性環(huán)氧樹(shù)脂。
6.如權(quán)利要求1的方法，其特征在于沉積柔性環(huán)氧樹(shù)脂的步驟包括沉積在25℃時(shí)的楊氏模量小于20,000psi的柔性環(huán)氧樹(shù)脂。
7.如權(quán)利要求1的方法，其特征在于沉積柔性環(huán)氧樹(shù)脂的步驟包括沉積材料性質(zhì)或組分和EG7655基本相同的柔性環(huán)氧樹(shù)脂。
8.如權(quán)利要求1的方法，其特征在于沉積柔性環(huán)氧樹(shù)脂的步驟包括沉積材料性質(zhì)或組分和ABOEBOND Pi-8971基本相同的柔性環(huán)氧樹(shù)脂。
9.一種芯片載體組件的制造方法，包括步驟將半導(dǎo)體芯片的第一表面電連接到一個(gè)基片上；在半導(dǎo)體芯片的第二表面和金屬散熱器之間沉積未完全固化的柔性環(huán)氧樹(shù)脂；將散熱器和芯片壓緊在一起；以及加熱以固化柔性環(huán)氧樹(shù)脂。
10.如權(quán)利要求9的方法，其特征在于該方法還包括步驟從鋁和銅中選擇出金屬散熱器的基底。
11.一種芯片載體組件的制造方法，包括步驟在一個(gè)第一基片的第一側(cè)上的一個(gè)固定位置安裝一個(gè)半導(dǎo)體芯片；在散熱器和所述第一基片的第二側(cè)上的一個(gè)表面之間沉積未完全固化的柔性環(huán)氧樹(shù)脂；將該散熱器和芯片壓緊在一起；以及加熱該組件以固化柔性環(huán)氧樹(shù)脂。
12.如權(quán)利要求11的方法，其特征在于所述第一基片是陶瓷的。
13.如權(quán)利要求11的方法，其特征在于沉積柔性環(huán)氧樹(shù)脂的步驟包括沉積玻璃轉(zhuǎn)換溫度小于25℃的柔性環(huán)氧樹(shù)脂，其25℃的楊氏模量小于100,000psi。
14.如權(quán)利要求11的方法，其特征在于還包括如下步驟將半導(dǎo)體芯片粘結(jié)到位于基片所述第一側(cè)的一個(gè)基片表面。
15.如權(quán)利要求11的方法，其特征在于還包括如下步驟將半導(dǎo)體芯片粘結(jié)到一個(gè)第二基片上；將所述第一和所述第二基片粘結(jié)到一起以便將所述芯片封于兩個(gè)基片之間。
16.一種倒裝芯片組件的制造方法，包括步驟在帶有柵格陣列的電連接器的一個(gè)基片表面上定位一個(gè)半導(dǎo)體倒裝芯片，該電連接器從一個(gè)第一敷形涂敷的芯片表面延伸到該基片上連接器的一個(gè)匹配柵格陣列上；加熱以實(shí)現(xiàn)芯片和基片機(jī)械上的連接和電連接；在芯片的一個(gè)第二表面和散熱器之間沉積未完全固化的柔性環(huán)氧樹(shù)脂；將散熱器和芯片壓緊在一起；以及加熱該組件以固化柔性環(huán)氧樹(shù)脂。
17.如權(quán)利要求16的方法，其特征在于還包括選擇一個(gè)金屬散熱器的步驟。
18.如權(quán)利要求16的方法，其特征在于還包括選擇一個(gè)陶瓷基片的步驟。
19.如權(quán)利要求16的方法，其特征在于沉積柔性環(huán)氧樹(shù)脂的步驟還包括沉積玻璃轉(zhuǎn)換溫度小于25℃、且25℃時(shí)的楊氏模量小于100,000psi的柔性環(huán)氧樹(shù)脂。
20.一種制作互連結(jié)構(gòu)的方法，包括步驟將一半導(dǎo)體芯片的一個(gè)第一表面電連接到一個(gè)第一基片；在所述半導(dǎo)體芯片的一個(gè)第二表面和一散熱器之間沉積未完全固化的柔性環(huán)氧樹(shù)脂；將散熱器和芯片壓緊在一起；升高組件的溫度以固化柔性環(huán)氧樹(shù)脂；定位所述第一基片的一個(gè)第二表面，使其與一個(gè)較大的第二基片的一個(gè)表面平行接觸；以及在用于所述第一基片的電及機(jī)械連接的裝置和用于所述第二基片的電及機(jī)械連接的相對(duì)裝置之間進(jìn)行連接，以形成一個(gè)互連結(jié)構(gòu)。
21.如權(quán)利要求20的方法，其特征在于沉積柔性環(huán)氧樹(shù)脂的步驟包括沉積玻璃轉(zhuǎn)換溫度小于25℃、并且25℃時(shí)的楊氏模量小于100,00psi的柔性環(huán)氧樹(shù)脂。
22.一種制作互連結(jié)構(gòu)的方法，包括步驟在一個(gè)第一基片的一個(gè)第一側(cè)上的一個(gè)固定位置安裝一個(gè)半導(dǎo)體芯片；在一散熱器和所述第一基片的一個(gè)第二側(cè)上的一個(gè)表面之間沉積未完全固化的柔性環(huán)氧樹(shù)脂；將散熱器和芯片壓緊在一起；加熱該組件以固化柔性環(huán)氧樹(shù)脂；在芯片的金屬觸點(diǎn)和一個(gè)第二基片的金屬觸點(diǎn)之間進(jìn)行電連接。
23.如權(quán)利要求22的方法，其特征在于進(jìn)一步還包括為所述第一基片選擇陶瓷材料的步驟。
24.如權(quán)利要求22的方法，其特征在于沉積柔性環(huán)氧樹(shù)脂的步驟還包括沉積玻璃轉(zhuǎn)換溫度小于25℃、且在25℃時(shí)的楊氏模量小于100,000psi的柔性環(huán)氧樹(shù)脂。
25.一種產(chǎn)生信息處理系統(tǒng)的方法，包括將中央處理單元的一個(gè)半導(dǎo)體芯片的一個(gè)第一表面電連接到一個(gè)第一基片；在該半導(dǎo)體芯片的一個(gè)第二表面和一散熱器之間沉積未完全固化的柔性環(huán)氧樹(shù)脂；將散熱器和芯片壓緊在一起；升高組件的溫度以固化柔性環(huán)氧樹(shù)脂；定位所述第一基片的一個(gè)第二表面，使其與一個(gè)較大的第二基片的一個(gè)平面平行接觸；在用于所述第一基片的電及機(jī)械連接的裝置和用于所述第二基片的電及機(jī)械連接的相對(duì)裝置之間進(jìn)行連接，以形成互連結(jié)構(gòu)將該互連結(jié)構(gòu)同電源裝置以及輸入/輸出裝置連接起來(lái)，從而形成一個(gè)信息處理系統(tǒng)。
26.如權(quán)利要求25的方法，其特征在于沉積柔性環(huán)氧樹(shù)脂的步驟包括沉積玻璃轉(zhuǎn)換溫度小于25℃、并且25℃的楊氏模量小于100,000psi的柔性環(huán)氧樹(shù)脂。
27.一種芯片載體組件，包括一個(gè)第一基片；一個(gè)電連接到所述第一基片的半導(dǎo)體芯片；在芯片的一個(gè)第一表面上的一層柔性環(huán)氧樹(shù)脂；一個(gè)散熱器，其一個(gè)表面通過(guò)所述柔性環(huán)氧樹(shù)脂粘結(jié)到芯片的所述第一表面；用于在結(jié)構(gòu)上保持散熱器和芯片位于相對(duì)于所述第一基片的一個(gè)固定位置的裝置；以及用于連接所述第一基片和另一基片的裝置。
28.如權(quán)利要求27的組件，其特征在于所述柔性環(huán)氧樹(shù)脂的玻璃轉(zhuǎn)換溫度小于25℃，并且在25℃時(shí)的楊氏模量小于100,000psi。
29.如權(quán)利要求27的組件，其特征在于所述柔性環(huán)氧樹(shù)脂的玻璃轉(zhuǎn)換溫度小于10℃。
30.如權(quán)利要求27的組件，其特征在于所述柔性環(huán)氧樹(shù)脂的玻璃轉(zhuǎn)換溫度小于0℃。
31.如權(quán)利要求27的組件，其特征在于所述柔性環(huán)氧樹(shù)脂在25℃時(shí)的楊氏模量小于50,000psi。
32.如權(quán)利要求27的組件，其特征在于所述柔性環(huán)氧樹(shù)脂在25℃時(shí)的楊氏模量小于20,000psi。
33.如權(quán)利要求27的組件，其特征在于所述柔性環(huán)氧樹(shù)脂具有和EG7655基本相同的材料性質(zhì)或組分。
34.如權(quán)利要求27的組件，其特征在于所述柔性環(huán)氧樹(shù)脂具有和ABLEBOND Pi—8971基本相同的材料性質(zhì)或組分。
35.如權(quán)利要求27的組件，其特征在于所述散熱器包括一個(gè)鋁基底。
36.如權(quán)利要求35的組件，其特征在于所述散熱器有一個(gè)陽(yáng)極氧化涂層。
37.如權(quán)利要求35的組件，其特征在于所述散熱器有一個(gè)鉻酸鹽轉(zhuǎn)化作用涂層。
38.如權(quán)利要求27的組件，其特征在于所述散熱器包括一個(gè)銅的基底。
39.如權(quán)利要求38的組件，其特征在于所述散熱器有一個(gè)鎳的涂層。
40.一種芯片載體組件，包括一個(gè)第一基片；一個(gè)定位在所述第一基片的一個(gè)第一側(cè)上的半導(dǎo)體芯片；在所述第一基片的一個(gè)第二側(cè)上的所述第一基片的一個(gè)表面上的一層柔性環(huán)氧樹(shù)脂；一個(gè)散熱器，其一個(gè)表面粘結(jié)到所述第一基片所述第二側(cè)的表面上；用于在結(jié)構(gòu)上保持所述散熱器、所述芯片、和所述第一基片處在固定的對(duì)應(yīng)位置的裝置；以及用于將芯片電連接到另一個(gè)基片的裝置。
41.如權(quán)利要求40的組件，其特征在于所述第一基片包括陶瓷材料。
42.如權(quán)利要求40的組件，其特征在于所述用于在結(jié)構(gòu)上保持散熱器和芯片相對(duì)于所述第一基片處于固定位置的裝置將芯片粘結(jié)到所述第一基片的第一側(cè)。
43.如權(quán)利要求40的組件，其特征在于所述用于在結(jié)構(gòu)上保持散熱器和芯片相對(duì)于第一基片處于固定位置的裝置包括將芯片粘結(jié)到一個(gè)第二基片的一個(gè)第一側(cè)；將所述第二基片的一個(gè)第一側(cè)粘結(jié)到所述第一基片的所述第一側(cè)以將芯片封裝在所述基片之間。
44.如權(quán)利要求40的組件，其特征在于所述柔性環(huán)氧樹(shù)脂的玻璃轉(zhuǎn)換溫度小于25℃，并且在25℃時(shí)的楊氏模量小于100,000psi。
45.一種倒裝芯片組件，包括一個(gè)第一基片，在一個(gè)第一基片表面上具有柵格陣列的金屬觸點(diǎn)并帶有用于連接一個(gè)第二基片的裝置；一個(gè)半導(dǎo)體倒裝芯片，具有一個(gè)平行于所述第一基片表面的第一芯片表面，并且在所述第一芯片表面上具有和所述第一基片的柵格陣列的相應(yīng)觸點(diǎn)相匹配并且互相面對(duì)的柵格陣列金屬觸點(diǎn)；在所述第一基片的和芯片的對(duì)應(yīng)觸點(diǎn)之間延伸的電導(dǎo)線；在芯片的一個(gè)第二表面上的一層柔性環(huán)氧樹(shù)脂；以及一個(gè)用柔性環(huán)氧樹(shù)脂粘結(jié)到芯片上的散熱器。
46.如權(quán)利要求45的組件，其特征在于所述柔性環(huán)氧樹(shù)脂的玻璃轉(zhuǎn)換溫度小于25℃，在25℃時(shí)的楊氏模量小于100,000psi。
47.一種互連結(jié)構(gòu)，包括一個(gè)帶有金屬觸點(diǎn)的第一基片；一個(gè)在一第一表面上帶有金屬觸點(diǎn)的半導(dǎo)體芯片；在所述第一基片的金屬觸點(diǎn)和所述芯片的觸點(diǎn)之間進(jìn)行電連接的導(dǎo)體；在芯片的第二表面上的一層柔性環(huán)氧樹(shù)脂；一個(gè)散熱器，其一個(gè)表面通過(guò)柔性環(huán)氧樹(shù)脂粘結(jié)到芯片的第一表面；用于在結(jié)構(gòu)上保持散熱器、芯片、和第一基片處在一個(gè)固定的相對(duì)位置的裝置；以及與第一基片進(jìn)行電連接和機(jī)械連接的一個(gè)第二基片。
48.如權(quán)利要求47的結(jié)構(gòu)，其特征在于所述柔性環(huán)氧樹(shù)脂的玻璃轉(zhuǎn)換溫度小于25℃，在25℃時(shí)的楊氏模量小于100,000psi。
49.一種信息處理系統(tǒng)，包括一個(gè)帶有金屬觸點(diǎn)的第一基片；一個(gè)在一第一表面上帶有金屬觸點(diǎn)的中央處理單元半導(dǎo)體芯片；在第一基片的金屬觸點(diǎn)和芯片的觸點(diǎn)之間進(jìn)行電連接的導(dǎo)體；在芯片的一個(gè)第二表面上的一層柔性環(huán)氧樹(shù)脂；一個(gè)散熱器，其一個(gè)表面通過(guò)柔性環(huán)氧樹(shù)脂粘結(jié)到芯片的第一表面；用于在結(jié)構(gòu)上保持散熱器、芯片、和第一基片處于一種固定的相對(duì)位置的裝置；以及和第一基片進(jìn)行電連接和機(jī)械連接的一個(gè)第二基片；電連接到中央處理單元芯片的上存貯器裝置；與所述第二基片相連接的電源；以及連接到第二基片的輸入/輸出裝置。
50.如權(quán)利要求49的結(jié)構(gòu)，其特征在于所述柔性環(huán)氧樹(shù)脂的玻璃轉(zhuǎn)換溫度小于25℃，其25℃時(shí)的揚(yáng)氏模量小于100,000psi。
全文摘要
使用柔性環(huán)氧樹(shù)脂將散熱器固定到半導(dǎo)體芯片上以改進(jìn)散熱性能的方法以及使用該方法制成的芯片載體組件、互連結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)特別適用于CQFP、CBGA、CCGA、CPGA、TBGA、PBGA、DCAM、MCM-L、單層陶瓷、以及其它芯片組件，并且適用于將倒裝芯片固定到柔性的或剛性的有機(jī)材料電路板。柔性環(huán)氧樹(shù)脂的楊氏模量小于100,000psi，其玻璃轉(zhuǎn)換溫度小于25℃，比普通的硅粘結(jié)劑的強(qiáng)度大得多，并且不會(huì)使組件或電路板沾染上硅。
文檔編號(hào)H01L21/56GK1123468SQ95105028
公開(kāi)日1996年5月29日 申請(qǐng)日期1995年4月27日 優(yōu)先權(quán)日1994年7月11日
發(fā)明者托馬斯·莫蘭·卡納尼, 邁克·安東尼·蓋尼思, 平·匡·塞托, 侯塞因·肖卡土拉哈 申請(qǐng)人:國(guó)際商業(yè)機(jī)器公司