專利名稱：利用引線變形連接多個微電子元件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及與用于諸如半導(dǎo)體芯片等微電子元件的安裝、連接裝置和技術(shù)。
背景技術(shù)：
復(fù)雜的微電子裝置，諸如現(xiàn)代半導(dǎo)體芯片需要很多與其他電子元件連接的接線。例如，一復(fù)雜的微處理器芯片可能需要數(shù)百個與外部設(shè)備連接的接線。
通?？捎萌缦氯N方法中的一種方法，將半導(dǎo)體芯片連接到安裝在襯底上的導(dǎo)電軌跡上引線接合、引帶自動(automated)接合以及倒裝接合。在引線接合中，半導(dǎo)體芯片被定位在一襯底上，并且芯片的一底部或背面靠在襯底上而芯片的觸點支承前或上表面面朝上、遠(yuǎn)離襯底。在半導(dǎo)體芯片上的觸點與襯底上的導(dǎo)電基座間連接單獨的黃金或鋁線。在引帶自動接合中，將一其上有預(yù)制引線陣列的柔性電介質(zhì)帶設(shè)置在半導(dǎo)體芯片和襯底上方，單條引線與芯片上的觸點結(jié)合，并與襯底上的導(dǎo)電基座結(jié)合。在引線接合和傳統(tǒng)的引帶自動接合中，襯底上的導(dǎo)電基座都被設(shè)置在半導(dǎo)體芯片覆蓋區(qū)域的外側(cè)，這樣電線或引線從芯片呈扇形擴展到周圍的導(dǎo)電基座上。整個組件覆蓋的面積明顯地大于芯片覆蓋的面積。這使得整個組件實際大于由其他方法制成的組件。因為一微電子組件的工作速度是與它的尺寸成反比的，所以這是一個很嚴(yán)重的缺點。另外，引線接合和引帶自動接合方法對于具有沿著芯片周邊呈行列狀延伸設(shè)置觸點的半導(dǎo)體芯片是最切實可行的。它們通常并不適用于具有以所謂面積陣列(即柵格樣式覆蓋芯片前表面的所有部分或大部分)設(shè)置觸點的芯片。
在倒裝安裝技術(shù)中，半導(dǎo)體芯片的觸點支承表面朝向襯底。當(dāng)通過襯底上的定位焊球或半導(dǎo)體芯片的觸點，前面朝下地定向、并熔化或軟熔焊劑，來并列布置帶有襯底的芯片時，半導(dǎo)體芯片上的每個觸點通過焊接結(jié)合與襯底上的一相應(yīng)載流基座結(jié)合。倒裝技術(shù)產(chǎn)生了一緊湊的組件，它占襯底的面積不大于芯片本身的面積。但是倒裝組件的明顯缺陷是熱應(yīng)力。在半導(dǎo)體芯片上的觸點和襯底上載流基座間的焊接接合基本上是剛性的。芯片和襯底由于操作中的熱膨脹和收縮而引起的尺寸的變化在這些剛性結(jié)合中引起了相當(dāng)大的應(yīng)力。另外，在固定到襯底上以前很難檢測半導(dǎo)體芯片，因此很難在組裝完畢后能夠保持要求質(zhì)量的發(fā)送電平，組件中包括多個半導(dǎo)體芯片時尤其如此。
已經(jīng)嘗試用許多努力來解決上述問題。在已轉(zhuǎn)讓的美國專利5,148,265和5,148,266中已揭示了一些有用的解決方案。在這些專利所揭示的結(jié)構(gòu)較佳實施例含有被稱作“插入器”或“芯片載體”的柔性片狀結(jié)構(gòu)。較佳的芯片載體具有多個設(shè)置在柔性片狀頂導(dǎo)以上的端子。在使用中，插入器設(shè)置在芯片的前或觸點支承表面上，端子面朝上，遠(yuǎn)離芯片。然后將端子與芯片的觸點連接。最可取的是，通過將預(yù)制在插入器上的引線與半導(dǎo)體芯片上的觸點結(jié)合，來實現(xiàn)這個連接。然后，當(dāng)通過將芯片載體上的端子與襯底結(jié)合時，將完成的組件與襯底連接。因為引線和芯片載體的電介質(zhì)層是柔性的，所以芯片載體上的端子可相對于半導(dǎo)體芯片上的觸點移動，而不會對引線和半導(dǎo)體芯片上的觸點間的結(jié)合或芯片載體上的端子和襯底間的結(jié)合施加明顯的應(yīng)力。因此，組件可以補償熱效應(yīng)。另外，組件最好包括一設(shè)置在芯片端子和半導(dǎo)體芯片表面間的貼合層，例如包括在芯片載體內(nèi)，并設(shè)置在芯片載體電介質(zhì)層和半導(dǎo)體芯片間的的一彈性層。這種貼合結(jié)構(gòu)允許單個端子獨立地朝著芯片移動。這使得組件和一定型測試架間能有效接合。因此，一包括多個電觸點的定型測試架可與組件內(nèi)的所有端子接合，而不管端子高度的微小變化?？稍谂c襯底結(jié)合前測試各部件，這樣向襯底組裝操作提供一已知的測試過的合格部分。這樣就提供了很大的經(jīng)濟和質(zhì)量優(yōu)勢。
在本申請優(yōu)先權(quán)日以后公開的已轉(zhuǎn)讓的美國專利5,455,390中，說明另一改進。’390專利中較佳實施例中的元件使用一具有上下表面的柔性電介質(zhì)頂片。在電介質(zhì)頂片上安裝多個端子。一支撐層設(shè)置在電介質(zhì)頂片的下方，支撐層具有一遠(yuǎn)離電介質(zhì)頂片的底面。多個導(dǎo)電的細(xì)長引線與電介質(zhì)頂片上的端子連接，并且從端子開始基本并排地向下延伸穿過支撐層。在支撐層的下表面上，每條引線具有一下端。引線的下端具有導(dǎo)電結(jié)合材料，例如易熔結(jié)合材料。支撐層圍繞并支撐引線。
通過并列布置支撐層的下表面和半導(dǎo)體芯片的觸點支承表面，可將這種類型的元件與諸如半導(dǎo)體芯片或晶片之類的微電子元件連接，使得引線的下端與芯片上的觸點接合，然后將組件升高到一定的溫度和壓力狀態(tài)。引線的所有下端與半導(dǎo)體芯片上的觸點基本同時結(jié)合。被結(jié)合的引線將電介質(zhì)頂片的端子與半導(dǎo)體芯片的觸點連接。支撐層最好是由一相對低模數(shù)的柔性材料制成或者在使用這種柔性材料完成結(jié)合步驟后可再移去或替換的。在這個已完成的組件中，較為柔軟的電介質(zhì)頂片上的端子最好可相對于半導(dǎo)體芯片上的觸點移動，以便測試和補償熱效應(yīng)。不過，’390專利中的元件和方法還有其他的優(yōu)點，包括在一單獨類似層壓加工步驟中完成所有芯片或其他元件的結(jié)合的能力在內(nèi)。在使用具有以面積陣列設(shè)置的觸點的半導(dǎo)體芯片或其他微電子元件時，’390專利中的元件和方法具有特別的優(yōu)越性。
在同樣也是在本申請的優(yōu)先權(quán)日后公開的美國專利5,518,964(第’964專利)中，揭示了又一種改進。在本說明書中結(jié)合’964專利揭示的內(nèi)容?！?64專利中的較佳實施例包括如下的步驟提供一電介質(zhì)連接元件或第一元件，它具有一帶有許多端子的第一表面以及相應(yīng)的沿第一表面延伸的細(xì)長的柔性引線，每根引線具有一與第一元件上的一個端子固定的末端以及一在與第一表面平行的水平方面上偏離端子末端的尖端。較理想的是所有引線的尖端都固定到一被連接的第二元件上的一個觸點上。較佳的方法還包括如下的步驟通過相對于端子末端、從而相對于第一元件移動引線的所有尖端而使尖端被彎離第一元件，來同時形成所有的引線。較理想的相對它們的端子末端移動相應(yīng)引線尖端的步驟包括相對第一元件移動第二元件。較理想的是，第一和第二元件沿垂直方向相互離開，并且可以也沿水平方向平行地移動元件的相關(guān)表面，以使每條引線的尖端水平方向朝著引線自身末端且在垂直方向離開末端彎曲。凈效應(yīng)使導(dǎo)線朝著形成位置變形，在這個位置，引線基本上向下垂直延伸，離開第一元件。根據(jù)本發(fā)明這個方面的方法可以包括如下的步驟在引線形成步驟完成后，圍繞著引線注入一可流動的理想的柔性電介質(zhì)材料，然后將可流動材料固化，形成一圍繞著引線的電介質(zhì)支撐層。
根據(jù)’964專利較佳實施例的方法，一個元件是其上具有端子結(jié)構(gòu)的柔性電介質(zhì)頂片，另一元件包括一塊或多塊半導(dǎo)體芯片。因此產(chǎn)生的組件包括上電介質(zhì)頂片，它具有通過垂直延伸的彎曲的柔性引線與一塊或多塊半導(dǎo)體芯片的已聯(lián)接觸點連結(jié)的端子結(jié)構(gòu)，由于電介質(zhì)支撐層，電介質(zhì)頂片被一塊或多塊半導(dǎo)體芯片隔開。端子結(jié)構(gòu)可與一諸如電路板之類的底板連接，從而將電流連通到一塊或多塊半導(dǎo)體芯片的觸點上。電介質(zhì)頂片上的每個端子結(jié)構(gòu)可沿著平行芯片的水平方向相對于半導(dǎo)體內(nèi)的觸點移動，以吸收芯片和底板間不同的熱膨脹，并且沿著垂直方向離開電介質(zhì)頂片移動，以便于測定和組裝。在這些方面，制成的組件具有類似于根據(jù)前述美國專利5,148,256和5,148,266中較佳組件所具有的優(yōu)點。
在’964專利的較佳過程中，一元件可以是一多芯片單元，諸如一包含多塊其上具有觸點的半導(dǎo)體芯片的晶片，而另一元件可以是穿過多塊這些半導(dǎo)體芯片的一電介質(zhì)片，這樣電介質(zhì)片包括多個區(qū)域，每一個這種區(qū)域相應(yīng)于其一塊芯片。在這種結(jié)構(gòu)布局中，將引線尖端固定到第二元件(在這種情況下為一半導(dǎo)體芯片)上的固定步驟，最好包括將多個這種區(qū)域內(nèi)的引線尖端的結(jié)合步驟，且最好是同時將所有這些區(qū)域內(nèi)引線的尖端與半導(dǎo)體芯片上的觸點或電介質(zhì)頂片上的端子結(jié)構(gòu)結(jié)合，以便每個區(qū)域與一芯片結(jié)合。這種方法還包括在移動步驟中或以后，在具有半導(dǎo)體芯片的晶片和電介質(zhì)頂片間注入一可流動電介質(zhì)材料，以及使該電介質(zhì)固化的材料，以形成一柔性電介質(zhì)支撐層，隨后將芯片從多芯片元件或晶片上切割下來，并將各區(qū)域從電介質(zhì)片上切割下來，以形成各單獨的單元，每個單元包括一芯片和與之相聯(lián)的電介質(zhì)片部分。
將引線尖端固定到第二元件上的步驟最好包括如下的步驟當(dāng)引線處于它們最初的未變形位置時，將引線的尖端與一塊或多塊半導(dǎo)體芯片上的觸點或電介質(zhì)頂片的端子結(jié)構(gòu)結(jié)合。因此所有的尖端都同時與芯片觸點或電介質(zhì)頂片上的端子結(jié)構(gòu)結(jié)合。單一個同時進行的結(jié)合操作可以結(jié)合數(shù)千條引線。因為與觸點結(jié)合時，引線處于它們最初未變形的位置，所以引線尖端的位置也可以這個階段進行控制。這便于引線尖端與電介質(zhì)頂片上的端子結(jié)構(gòu)或半導(dǎo)體芯片上觸點的對準(zhǔn)。
‘964專利揭示了某些過程，即多芯片單元包含分開的芯片組件，諸如已先從晶片上切割下來安裝到一共同支撐件上的芯片。
本發(fā)明示出一改進的方法和裝置，用來組合多個獨立且分開的、并具有一與之相連元件的半導(dǎo)體芯片，以及一支撐或夾持襯底，以形成一機構(gòu)晶片陣列，它被連接成使半導(dǎo)體芯片和元件可被測試，然后該機械形成的晶片陣列可被切割成半導(dǎo)體芯片單元或切割成具有一個以上半導(dǎo)體芯片的組件。
本發(fā)明的揭示本發(fā)明的一個方面是提供一種制造半導(dǎo)體芯片組件的方法。較理想的是，根據(jù)本發(fā)明這個方面的方法包括制造多塊分開的半導(dǎo)體芯片的步驟，每塊芯片具有一觸點支承表面和在這個表面上的觸點。陣列設(shè)置芯片，使得各觸點支承表面朝著同一方向，并且形成陣列的第一表面。較可取的是觸點支承表面基本上相互在同一平面上。還提供一連接元件，諸如一具有端子的柔性電介質(zhì)片，使電介質(zhì)片疊加在芯片陣列的觸點支承表面上。在電介質(zhì)元件和相應(yīng)的半導(dǎo)體芯片陣列的第一或觸點支承表面間設(shè)置多條細(xì)長的金屬引線。每根引線具有一與電介質(zhì)片上一端子固定的第一端以及一與一半導(dǎo)體芯片陣列第一或觸點支承表面上觸點固定的第二端?？梢砸躁嚵行问綄⑿酒潭ㄔ谥位驃A持元件上。
本方法還包括通過形成引線的步驟，通過電介質(zhì)頂片或連接元件與陣列內(nèi)的半導(dǎo)體芯片相互間移動，來使引線的所有第一端相對于所有的第二端移動，較可取的是將引線制成基本垂直延伸的理想彎曲構(gòu)造。本發(fā)明最可取的方法包括，在形成引線步驟后劃分電介質(zhì)片、以便留下一被連到一半導(dǎo)體芯片或少量芯片的電介質(zhì)頂片的分開的區(qū)域，從而形成單獨的單元，每個單元包括一半導(dǎo)體芯片，或少量半導(dǎo)體芯片與之相連的電介質(zhì)頂片的一區(qū)域。
在陣列中設(shè)置芯片的步驟可以包括如下的步驟將單個的半導(dǎo)體芯片可拆卸地安裝或放置于支撐或夾持元件上，使得每塊芯片的第一或支承接觸表面背向夾持元件。通過將整個電介質(zhì)片與支撐或夾持元件對準(zhǔn)，使電介質(zhì)頂片與這個預(yù)制的陣列對準(zhǔn)，從而每個電介質(zhì)頂片或連接元件的每個區(qū)域與一個半導(dǎo)體芯片對準(zhǔn)，通過引向已對準(zhǔn)半導(dǎo)體芯片觸點上的引線來連接電介質(zhì)頂片的每個區(qū)域上的端子。
另外，可以通過將單個芯片結(jié)合到電介質(zhì)片各區(qū)域上來形成芯片的陣列。每塊芯片可獨立地與電介質(zhì)片上相連的區(qū)域?qū)?zhǔn)，并可與這個區(qū)域內(nèi)的引線結(jié)合。當(dāng)所有的芯片與電介質(zhì)片結(jié)合后，芯片可與夾持元件接合。
本發(fā)明這個方面的較佳方法提供了多個優(yōu)點。因為使用了單獨分開的芯片，所以可以預(yù)先測試芯片，并可將不合格的芯片從加工過程中剔除。另外，可以通過預(yù)先測試電介質(zhì)片來確定不合格的電介質(zhì)片的區(qū)域。原本應(yīng)正常地與這些區(qū)域相連的芯片可以省略掉。形成的晶片陣列的尺寸可以大于也可以小于一單個晶片的尺寸。另外芯片間的間隔可比晶片內(nèi)提供的間隔大。這減緩了在結(jié)合和切割步驟中所產(chǎn)生的問題。另外，在芯片上的觸點可以準(zhǔn)確地與上層薄片上的端子對準(zhǔn)。即使在芯片上的觸點間距小、靠得很近處，這種準(zhǔn)確的對準(zhǔn)也允許采用這種加工工藝過程。
本發(fā)明的另一方面提供了半導(dǎo)體芯片陣列，它包括一夾持元件和多塊分開的芯片，每塊芯片具有一帶電觸點的觸點支承表面。芯片固定在夾持元件上的陣列內(nèi)，這樣觸點支承表面朝上離開夾持元件，從而形成陣列的一第一表面，而觸點暴露在第一表面上。半導(dǎo)體芯片設(shè)置在夾持元件上的預(yù)先選定位置上，使得芯片上的觸點相互都設(shè)置在預(yù)先選定的位置上。根據(jù)本發(fā)明這些方面形成的半導(dǎo)體芯片陣列可用于前述的加工工藝過程。
本發(fā)明的又一方面提供一用于將半導(dǎo)體芯片固定到一電介質(zhì)片上的設(shè)備。根據(jù)本發(fā)明這個方面的設(shè)備最好包括多個芯片側(cè)元件，每個所述芯片側(cè)元件包括用來夾持多個芯片的裝置以及多個電介質(zhì)片側(cè)元件，每個所述電介質(zhì)片側(cè)元件包括用來夾持一電介質(zhì)片的裝置。較可取的是，設(shè)備還包括用來將所述電介質(zhì)片側(cè)和芯片側(cè)元件相互固定形成一支架的裝置，每個所述支架包括一芯片側(cè)和一電介質(zhì)側(cè)元件。一移動裝置包括用來通過一預(yù)先選定的運動來相互移動一支架的電介質(zhì)側(cè)和芯片側(cè)元件，從而使由芯片側(cè)元件攜帶的芯片和由電介質(zhì)側(cè)元件攜帶的電介質(zhì)片相互移動。這個設(shè)備最好還包括將支架連續(xù)提供至所述移動裝置，所述芯片和電介質(zhì)片位于其中，并且通過在所述芯片和所述電介質(zhì)片間延伸的引線將所述芯片和所述電介質(zhì)片相互連接。因此，一旦所述移動裝置內(nèi)發(fā)生所述移動，導(dǎo)線將變形。
設(shè)備還可以包括用來在每個支架內(nèi)攜帶的芯片和電介質(zhì)片間注入一可固化材料的裝置以及一用來夾持多個支架的貯存元件。因此，當(dāng)注入和固化后可以夾持多個電介質(zhì)片和芯片組件，而其他的電介質(zhì)片和芯片組件在移動裝置內(nèi)被加工處理。貯存元件可包括一加熱貯存區(qū)域。
用于供料的裝置可以包括用來接受多個分開的半導(dǎo)體芯片的芯片固定裝置，將所述芯片固定到一由一所述電介質(zhì)片側(cè)元件夾持的電介質(zhì)片上，并與芯片或電介質(zhì)片攜帶的導(dǎo)線結(jié)合，從而連接芯片和電介質(zhì)片間的導(dǎo)線。用于供料的裝置還可包括用來使一個所述芯片側(cè)元件與固定在一電介質(zhì)片上的芯片接合的裝置。該芯片固定裝置可包括一用來暫時夾持一芯片的卡盤；一用來加熱卡盤、從而加熱芯片的加熱器；用來相對一電介質(zhì)片移動卡盤，以便使一由所述卡盤夾持的芯片與電介質(zhì)片對準(zhǔn)的裝置；以及用來將卡盤推向電介質(zhì)片、從而推進芯片與電介質(zhì)片接合的裝置。
通過下面參考附圖對較佳實施例的詳細(xì)說明，能夠更加容易地理解本發(fā)明這些以及其他的目的，特點和優(yōu)點。
附圖簡介

圖1是本發(fā)明一實施例加工工藝過程的工藝流程圖；圖2是說明在圖1工藝過程中所用的某些設(shè)備的立體示意圖；圖3A是在圖2工藝過程中所用元件的局部放大平面圖；圖3B是一與圖3A相似的視圖，但說明的是一不同的元件；圖4是一與圖3A相似的視圖，但說明的是與圖3A中元件一起使用的一附加元件；圖5、6和7說明在工藝過程的進一步各階段中、圖1至4中的元件局部的、示意截面圖；圖8是說明本發(fā)明實施例加工工藝過程的一工藝流程圖；圖9是說明圖8工藝過程中所用裝置的一示意圖；圖10是說明圖8和圖9工藝過程中所用的其它元件的一分解圖；圖11是在工藝過程的一階段中的、圖8至10工藝過程中所用的某些元件的一局部截面圖；圖12是說明本發(fā)明另一實施例工藝過程所用的元件的一示意立體圖；圖13是說明本發(fā)明又一實施例工藝過程所用的元件的一示意截面圖；圖14是說明本發(fā)明再一實施例元件的示意立體圖；圖15是說明在工藝過程的后階段、圖14中元件與其它元件結(jié)合時的一示意截面圖。
實現(xiàn)本發(fā)明的方式本發(fā)明一實施例的一個過程從一電介質(zhì)片元件30(圖2、4和5)開始，該電介質(zhì)片具有一帶導(dǎo)電層的上表面32，并且還具有多個設(shè)置在電介質(zhì)片30上表面上、但與導(dǎo)電層32絕緣的端子34。每個端子具有一延伸穿過電介質(zhì)片30到達(dá)電介質(zhì)片底部表面33的導(dǎo)電通路套管(liner)36。一引線40與每個通路套管36連接，因此也與每個端子34連接。每條引線的末端42永久地與通路套管結(jié)合，并且通過通路套管和端子與電介質(zhì)片固定，而每條引線遠(yuǎn)離端子的尖端44通過一小型的弱結(jié)合固定元件或按鈕46可拆卸地固定在電介質(zhì)片30上。每條引線在它的末端還具有一可熱啟動的結(jié)合材料48。最好如圖4中所見，使每條引線40在末端42和它的尖端44間在水平方向彎曲，并與電介質(zhì)片30的表面平行。
這些引線的結(jié)構(gòu)和構(gòu)造基本上可以與前述’964專利中示出和說明的相同?？梢酝ㄟ^在電介質(zhì)片30的底部表面設(shè)置一層銅或其他易于腐蝕的金屬，并以引線的形式在銅層上沉積黃金或其他基本抗腐蝕的柔性金屬，來構(gòu)成這種性質(zhì)的引線。在每條被涂敷的引線的末端上有一相對大直徑的圓形元件，并在尖端上具有一較小直徑的圓形端部元件，這些端部間的引線寬度小于任何一個圓形元件的直徑。一旦暴露在腐蝕溶液中，腐蝕溶液在那些未覆蓋引線和環(huán)圓形端部片的區(qū)域腐蝕銅層。腐蝕溶液也在引線下方切去下部，使每條引線與電介質(zhì)片脫離。尖端的圓形端片保護下層的一部分，從而形成按鈕46，并且末端上相應(yīng)的圓形端片保護在末端和通路套管36間形成連接的一部分銅層。結(jié)合材料48可以是一擴散結(jié)合或是一易熔結(jié)合材料，諸如錫、硅、鍺或者它們的組合，也可以在腐蝕步驟前或腐蝕后進行電鍍涂敷。
將電介質(zhì)片30上的引線布置在多個區(qū)域50內(nèi)。在每個區(qū)域50內(nèi)，以一規(guī)則的柵格形布置引線，這樣以行和列的形式將每個區(qū)域50內(nèi)的引線尖端44布置在即將與電介質(zhì)片組裝的芯片觸點間隔相對應(yīng)的間隔處。再依次按一定間隔、以規(guī)則的形狀將區(qū)域50布置在電介質(zhì)片上，這個間隔被稱作布置于其間的劃線地帶52。典型地是，在每個區(qū)域內(nèi)的相鄰引線間的間距或距離大約小于1.5毫米，較可取地是，大約1.0毫米或更小。也可以使用小于0.5毫米的間距。在本加工工藝過程的第一階段，電介質(zhì)片30被伸展拉緊，隨后通過高溫粘合結(jié)合到一框架54上。較理想的是，制成框架54材料的熱膨脹系數(shù)基本與本工藝過程中使用的芯片熱膨脹系數(shù)相等，諸如鉬。首先電介質(zhì)片30可以將其邊緣(未示)結(jié)合到一大于框架54的外框架(未示)上，而被伸展拉緊，同時電介質(zhì)片和外部框架處于一第一固化溫度。在這個初步結(jié)合步驟后，將帶有電介質(zhì)片的外部框架加熱到一升高的第二固化溫度，最好是170℃左右，并且在這個升高的溫度上保持充足的時間以使電介質(zhì)片和外部框架能夠達(dá)到熱平衡。外部框架的熱膨脹系數(shù)基本上大于電介質(zhì)片的熱膨脹系數(shù)，因此可在加熱過程中在較大張力下設(shè)置電介質(zhì)片。例如，外部框架可由鋁或其他具有高膨脹系數(shù)的金屬制成?？蚣?4也可被加熱到相同的升高溫度。當(dāng)電介質(zhì)片、外部框架和框架54都處于升高溫度時，使用一高溫粘合劑，諸如Dow Corning Q36611，將框架54結(jié)合到電介質(zhì)片上。然后可通過切割將外部框架移走。因為框架54的膨脹系數(shù)小于外框架的膨脹系數(shù)，所以當(dāng)冷卻電介質(zhì)片和框架時，電介質(zhì)片仍能保持張力。雖然圖中所示的框架是長方形的，但也可以使用其他形狀的框架。對于本工藝過程來說，間距大約小于0.5毫米的圓形框架也是較可取的。雖然本發(fā)明不被任何操作理論所限制，但我們認(rèn)為，圓形框架將對電介質(zhì)片產(chǎn)生更統(tǒng)一的張力。外部框架也可以是圓形的。
在一獨立的操作中，多個單獨、分開的半導(dǎo)體芯片58組裝到一固定元件或下模板60上。一拾取和放置裝置65用于實現(xiàn)這個目的。裝置65可以是普通傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)，包括一臂64；一卡盤66；以及概括地表示為68的啟動器，它用來在一定范圍內(nèi)移動臂和卡盤，將芯片引入傳輸器70和下模板60。裝置65還包括一自動操作的視覺系統(tǒng)76，用于當(dāng)卡盤66夾住芯片時探測每塊芯片的真實位置，同時還用于探測下模板上基準(zhǔn)標(biāo)志72的位置。啟動器68對從自動操作的視覺系統(tǒng)76傳出的信號發(fā)生反應(yīng)。因此，拾取和放置裝置將每片芯片58放置在下模板60上的適當(dāng)位置上，并且與下模板基準(zhǔn)標(biāo)志72準(zhǔn)確地定向?qū)?zhǔn)。芯片呈陣列布置，所有芯片的觸點支承面或前表面59基本上在同一平面上并且面朝上離開下模板60。芯片設(shè)置在相互間隔一定距離的位置上，它們中間有溝槽空間62。每塊芯片在組裝到下模板上前，都在它的后表面涂上一層粘合劑，從而在放置到模板60上時能保持原有的位置。在本實施例的一個變型中，可以在下模板上設(shè)置一真空空間和孔，這樣可以通過真空取代粘合劑，將每塊芯片固定接合在下模板上；這種結(jié)構(gòu)與下面參考附圖8至11所討論的選擇板組件相似。下模板60還具有朝著它上表面開口的孔口61，通過通道使這些孔口與模板邊緣的開口63連接?？卓?1布置在未被芯片58占據(jù)的區(qū)域，諸如位于芯片和模板邊緣間的溝槽空間。
每塊芯片58具有以規(guī)則柵格形式布置在芯片前表面59上的觸點64。觸點在每塊芯片上的陣列與電介質(zhì)片每個區(qū)域50內(nèi)的引線尖端區(qū)域44(圖4)的陣列對應(yīng)。觸點在每塊芯片上的陣列可以是如圖3A所示的一區(qū)域陣列，在每塊芯片的前表面59上基本上有規(guī)則地間隔分配觸點。另外，觸點的陣列可以僅包括沿著每塊芯片邊緣觸點64’的各行(圖3B)。在任何一種情況下，觸點的典型陣列包括相鄰于每塊芯片每個拐角的至少一個觸點64a或64a’。溝槽空間62在這些相鄰芯片的拐角間提供了大量的空間。芯片間的溝槽空間62對應(yīng)于電介質(zhì)片30上區(qū)域50間的劃線地帶52。較可取的是，每個溝槽空間62的寬度至少等于同一塊芯片相鄰觸點間的間隔。每個溝槽空間至少可以是1毫米左右，最好是1.5毫米左右。溝槽空間基本上可以比形成晶片時留在相鄰芯片間的鋸齒形通道或空白空間寬。通常都把這些空間制造地盡量窄，使得制造晶片時能將盡可能多的芯片容納在一給定尺寸的晶片上。通過這些相鄰芯片間的狹窄空間，在芯片拐角處的觸點64a將相互非常緊密地聚集在一起。這種緊密地布置將妨礙下面所討論的引線結(jié)合操作。
在工藝過程的下一個階段80中，使用一對準(zhǔn)固定物78以及一由機械視覺照相機84和一控制系統(tǒng)86控制的啟動系統(tǒng)82，來將框架54對準(zhǔn)下模板60。機械視覺系統(tǒng)探測在電介質(zhì)片30上的基準(zhǔn)標(biāo)志88，以及在下模板60上的基準(zhǔn)標(biāo)志72，并且控制啟動器82，平行于電介質(zhì)片和芯片58的表面、沿水平方向移動框架54和電介質(zhì)片30?？刂七@種移動使基準(zhǔn)標(biāo)志對準(zhǔn)。一旦實現(xiàn)這種對準(zhǔn)，電介質(zhì)片30的每個區(qū)域50就都與相應(yīng)的芯片58對準(zhǔn)，且每條引線的尖端44與芯片上相應(yīng)的觸點64也對準(zhǔn)。具有一與電介質(zhì)片30對齊的、透明(較可取的是石英)中央部分92的一臨時上模板90與電介質(zhì)片30接合，且與下模板接合。對準(zhǔn)銷釘93(如圖2中所示)與上模板邊緣上的孔配合，以便固定上模板，防止它相對于下模板和框架作水平移動。上模板支撐在電介質(zhì)片上，以便將之固定；以防其相對于芯片移動。將整個組件，也被稱作支架，傳送到一熱結(jié)合壓力機處(圖中未示)，這個壓力機具有一對位于加熱附件或加熱室內(nèi)的相對的加熱壓板。
在加熱結(jié)合步驟96(圖1)中，上模板90向下壓在電介質(zhì)片30的上表面上(圖5和圖6)。上模板的中央部分92使得電介質(zhì)片向下壓在芯片58的前表面上，并且使每條引線的尖端44與相應(yīng)的芯片觸點64接合。支架被夾持在熱結(jié)合壓力機內(nèi)，直至組件的溫度到達(dá)啟動結(jié)合材料48所需的溫度。結(jié)合材料與引線40的黃金熔合，從而形成一暫時的液相。該液相進一步與芯片觸點64結(jié)合。當(dāng)附加的黃金擴散到結(jié)合材料中時，該復(fù)合材料的固結(jié)溫度上升，且該結(jié)合材料凝固，在每條引線的尖端和觸點64間形成一固體結(jié)合98(圖6)。在所有的操作過程中，引線的尖端始終保持與電介質(zhì)片30固定，從而保持在電介質(zhì)片的適當(dāng)位置上。在這種結(jié)合操作的一種變型中，可在壓力下，在上模板90和電介質(zhì)片上表面間引入一諸如空氣之類的氣體，以便迫使電介質(zhì)片向下與芯片接合。
在接下來的階段100中，將支架從熱結(jié)合壓力機中移走，并且結(jié)合上模板90被一由鋁之類的金屬制成的注射上模板102取代。在進一步的結(jié)合操作中，結(jié)合上模板90可與另一下模板一起再次使用。注射上模板102具有多個隆起部104和與一孔口108連接的通道106。當(dāng)注射上模板102與電介質(zhì)片30接合、并與框架54接合時，一彈性封閉環(huán)110(圖2)在模板和框架54的上表面間被接合。同時，另一彈性封閉環(huán)112在下模板60和框架54間被接合。通過一夾緊裝置94將模板102、框架54和模板60夾在一起，并且向前推進，并作移動和注入操作123(圖1)。移動和注入裝置有一真空源118(諸如傳統(tǒng)的真空泵、接收器和調(diào)節(jié)器的組合)、一底板120和一啟動器122(圖7)。通過傳統(tǒng)的連接裝置(未示)，啟動器122用于接合注射上模板102，并且通過一預(yù)定的離開底板120的垂直運動移動已接合的模板。依次布置底板120來接合下模板60，并可用傳統(tǒng)的夾緊裝置-如銷栓或其他緊固件來確保模板60的底部表面保持與底板120的接合。移動和注入裝置還具有一可固化液體源124。較可取的是，可固化液體在固化時可形成一可貼合的材料，諸如一彈性材料或膠體，Dow Corning Sylgard577可固化硅樹脂膠之類的材料是較可取的。
當(dāng)包括注射上模板102、框架54(圖2)和下模板60的支架處在移動和注入裝置中時，下模板與底板接合，上模板與啟動器122連接。上模板的真空孔口108與真空源118連接。支架與移動和提升裝置接合，使得電介質(zhì)片側(cè)元件或下模板60與底板120接合，并使電介質(zhì)片側(cè)元件或注射上模板與啟動器122接合。上模板102的真空孔108與移動和提升裝置的真空源118相連接?？晒袒后w源124與下模板60的一外部開口63a連接。由此，可固化液體源與下模板60表面內(nèi)的一個孔口61a連接。真空源118通過閥126與下模板的另一開口63b連接，從而與遠(yuǎn)離孔61a的下模板表面內(nèi)的另一孔口61連接。啟動器122用來將上模板102固定在適當(dāng)位置上，使模板通過封閉環(huán)112支承在框架54(圖2)上，并使框架通過封閉環(huán)112支承在下模板60上。在這種情況下，電介質(zhì)片30基本上保持在與圖6所示相同的位置。
啟動真空源118，將空氣從電介質(zhì)片和模板102間抽走。閥126打開以連通孔63b，因此孔61b具有真空源。當(dāng)真空源將電介質(zhì)片30和下模板60中間的空氣抽走時，啟動液體源124，通過孔口63a注入液體，并通過孔61a進入空間。閥126關(guān)閉以堵住真空源的通道。當(dāng)注入液體時，啟動器122用來向上將上模板102或電介質(zhì)片側(cè)元件拉離芯片側(cè)元件或下模板60。通過注入在電介質(zhì)片和下模板間的增壓液體和維持在上模板槽106內(nèi)真空的組合作用，將電介質(zhì)片30保持緊靠上模板102。
當(dāng)電介質(zhì)片側(cè)元件向上移動時，每個端子34和每個通路套管36向上移動，從而引線的末端42也向上移動。啟動器122提升上模板，從而電介質(zhì)片30和引線的末端通過一預(yù)定的垂直區(qū)域向上移動。被系在芯片58上的引線的尖端44保持在它們最初的位置上。因此，如圖7中所示，每條引線40都發(fā)生變形產(chǎn)生一彎曲狀態(tài)。在這種情況下，引線從它的接觸端44到它末端42有一顯著的垂直范圍。在這個過程中，從電介質(zhì)片30上取下可拆卸的結(jié)合按鈕46，可把引線的接觸端44從電介質(zhì)片30上取走。在運行啟動器122向上移動上模板前，夾緊裝置94脫開。向上移動以后，夾緊裝置94再次接合，將上模板相對下模板固定在適當(dāng)位置。覆蓋住孔口63a和63b，并且支架與移動和注入裝置脫開。
然后將支架送入一傳統(tǒng)的加熱室或貯存和固化裝置130中，以便有充足的時間固化注入液體，并形成一圍繞著引線和芯片的彈性層或膠層。固化后，支架推進到一拆除和分離裝置132中，在那里移去上模板102。在電介質(zhì)片30上的表面52處(圖4)，相鄰芯片間的對準(zhǔn)溝槽空間62(圖3a)處，切割組件。從而，切割電介質(zhì)片30和適當(dāng)?shù)膶?，使每一芯片和相?lián)的電介質(zhì)片30部分形成一獨立的單元?？墒褂靡粋鹘y(tǒng)的鋸子、小刀或沖孔器和壓模裝置進行切割操作。因為在組件內(nèi)相鄰芯片間有較大的間隙，所以切割操作不需要特別精細(xì)的公差。另外，因為芯片已經(jīng)相互分開，所以切割操作不需要切割一硅晶片。在切割操作前將組件剝離下模板，或者在切割操作后將單獨的單元剝離下模板，可使芯片與下模板脫離。然后模板和框架再次與電介質(zhì)片和另外的芯片一起使用。用于這個過程的裝備最好包括多塊下模板60、上注射模板102和框架54，還包括多個支架。當(dāng)在結(jié)合步驟96中使用一支架時，另外的支架可能正處于移動和注入步驟123中，然而多個支架可經(jīng)歷固化步驟130。
在上面所討論的方法中，處理組裝在下模板60上的芯片陣列，并按照與前述’768申請較佳實施例中將整個晶片芯片與引線結(jié)合類似的方法使它與電介質(zhì)片30上的引線結(jié)合。在某種意義上，在下模板上裝配芯片是一“人造”或“組裝”的晶片。使用組裝或人造晶片而不是芯片制造時形成真實晶片具有幾個顯著的優(yōu)點。正如上面所討論的，可在相鄰芯片間提供較大的空間。這簡化了結(jié)合以及隨后進行的切割操作。同時可以通過標(biāo)準(zhǔn)芯片測試技術(shù)，來單個地預(yù)先檢測在組件形式中所采用的芯片，這樣可將不合格的芯片從工藝過程中排除。可在工藝過程前檢測和/或測試電介質(zhì)片30。如果在電介質(zhì)片的任何區(qū)域50內(nèi)發(fā)現(xiàn)一缺陷，就可略去芯片58。較可取的是，用具有相同尺寸的空白或廢芯片來取代被省略的芯片，清楚地標(biāo)明它無效。這樣可在注入步驟中保持可固化材料的普通流動形式。
由這個工藝過程產(chǎn)生的單個單元與根椐’768申請較佳實施例所形成的單元基本相似。正如在’768申請中更詳細(xì)描述的，垂直延伸的、彎曲的引線和彈性層使得每個端子34相對于芯片既可在水平方向平行于芯片前表面移動，又可沿著垂直方向離開芯片前表面移動。這大大方便了整個完整組件的測試，并且，當(dāng)通過將端子與襯底上的接觸墊結(jié)合來將組件安裝到襯底上時，可用來補償襯底的熱膨脹和收縮。
在本發(fā)明另一實施例的工藝過程中，在電介質(zhì)片的底部表面上形成芯片陣列。在這個工藝過程中使用電介質(zhì)片230，它具有單獨的區(qū)域250，每個區(qū)域?qū)?yīng)一塊芯片。按上述相同的方法將引線240設(shè)置在電介質(zhì)片的下表面231上。根椐本實施例的工藝過程，以上述同樣的方法拉緊電介質(zhì)片，并將它附著于框架254上。在工藝過程的下一個步驟中，推進框架和電介質(zhì)片，并且底面朝上地放置在一模壓固定裝置上(圖9)。模壓固定裝置包括一底板302和一具有內(nèi)部加熱器306的真空卡盤304。模壓固定裝置還包括一拾取-放置機構(gòu)，它包括水平啟動器308和一垂直啟動器310以便在三維空間內(nèi)移動卡盤。水平啟動器可使卡盤304沿著水平方向平行于底板302的表面移動，而垂直啟動器使卡盤朝著離開底板的方向移動。模壓固定裝置還包括一芯片進給裝置，用來在工藝過程中固定將用的芯片。進給位置312可結(jié)合任何傳統(tǒng)的芯片處理裝備，諸如導(dǎo)軌、傳送帶、還有真空卡盤之類。模壓固定裝置還包括一自動操作的視覺系統(tǒng)314以及相連的控制系統(tǒng)316。自動操作的視覺系統(tǒng)314是一傳統(tǒng)的單元，用來探測卡盤304攜帶的芯片258的位置，同時也探測電介質(zhì)片230上基準(zhǔn)標(biāo)志288的位置。
當(dāng)電介質(zhì)片和框架底部朝上地設(shè)置在模壓固定裝置的底板302上時，控制裝置316啟動啟動器308和310以便卡盤與一單獨的芯片258在進給區(qū)域結(jié)合，并移動卡盤使它與一電介質(zhì)片的區(qū)域250對準(zhǔn)。卡盤保持在一升高的、能夠充分地啟動引線240所攜帶的結(jié)合材料的溫度上。例如當(dāng)結(jié)合材料包括錫時，卡盤可保持在305℃左右。當(dāng)加熱芯片與引線末端上的結(jié)合材料結(jié)合時，結(jié)合材料形成一液體狀態(tài)。隨著引線上的黃金和與之接觸的芯片擴散進入結(jié)合材料，液體狀態(tài)凝固。較可取的是，啟動器310使用一結(jié)合面積上的較大的力，較理想的是大約每密耳平方千分之一英寸1到4克(大約1.5×103克/毫米2到6.2×103克/毫米2)、將卡盤向下推。結(jié)合面積是結(jié)合材質(zhì)在水平面上的總體面積。
在這個操作中，每塊芯片單獨地與區(qū)域250內(nèi)的引線尖端對齊和結(jié)合。當(dāng)芯片已與所有的合格區(qū)域250結(jié)合以后，廢芯片與任何有缺陷的區(qū)域結(jié)合。在工藝過程接下來的步驟320中，通過組裝一選擇板322(圖10和11)、一真空空間324形式的下模板以及一具有框架254和電介質(zhì)片230的上模板326，形成一完整的支架組件。選擇板322是一通常的具有孔328的平板，其孔被設(shè)置成對應(yīng)于電介質(zhì)片230上區(qū)域250的樣式，從而也是對應(yīng)于電介質(zhì)片上芯片陣列中芯片258的樣式。每個墊圈都稍稍凹進板的上表面332內(nèi)，這樣墊圈的上表面基本上與板的上表面平齊。選擇板322還具有一從上表面332和孔口336向上突出的邊框334，如圖11所示，在上表面332上方空間開口。邊框334的上邊緣是一柔性可壓縮墊圈338。上模板326具有一與模板和電介質(zhì)片230之間的空間連通的真空孔口338。在上模板326和框架254間使用一墊圈340。上模板還使用一柔性墊圈338以使上模板與邊框334封閉，從而封閉選擇板322。
真空空間324具有一凸緣342，并且另一墊圈334設(shè)置在凸緣和選擇板之間。所有這些部件都相互接合形成一支架，并且通過相應(yīng)的夾緊裝置(未示)夾在一起。支架可包括定位銷釘和孔，或者其他定位元件，以確保支架內(nèi)的各元件不會相互水平移動。因為當(dāng)選擇板與芯片接合時，芯片早已與引線固定，所以不必再準(zhǔn)確地將選擇板和芯片對齊。只要每塊芯片與選擇板上相應(yīng)的墊圈330接合，組件就能正常地運行。換句話說，每塊芯片相對于選擇板的位置以及選擇板相對于框架254和電介質(zhì)片230的位置，對于確定芯片觸點和引線之間對準(zhǔn)不起作用；可通過卡盤304的適當(dāng)位移確定這種對準(zhǔn)。因此可手工地將選擇板組裝到框架和電介質(zhì)片上，或使用一簡單的夾緊裝置以確保在接合時選擇板不會水平地移動芯片?？稍陔娊橘|(zhì)片和框架放置在模壓固定裝置的底板302上時，形成這個組件。另外，可拾取附著芯片的電介質(zhì)片和框架，翻轉(zhuǎn)并放置在選擇板上。在引線尖端和電介質(zhì)片底部表面間的暫時附著固定通常具有足夠的強度以支撐各單獨芯片的重量。
當(dāng)支架組裝完成后，將它推進到一與上述參考圖7所討論的移動和注入裝置相似的移動和注入裝置346(圖8)中。啟動移動和注入裝置的真空系統(tǒng)，以便向空間324提供一真空狀態(tài)，并由此通過每個孔328向選擇板提供一真空狀態(tài)。真空系統(tǒng)還通過一孔口338提供一真空狀態(tài)，并由此保持電介質(zhì)片230靠在上模板上。這里，通過一些孔口336排出空氣后，移動和注入裝置再通過其他的孔口336提供一可固化的液體，從而在電介質(zhì)片230的下表面和選擇板的上表面332間提供可固化液體。同時，移動和注入裝置提升上模板使它離開選擇板322，從而也離開了芯片258。由于每條引線的末端與電介質(zhì)片230固定，且尖端與一芯片258結(jié)合，所以引線可以按上述討論的方式變形。隨著移動和注入，組件的各元件再次被夾緊在適當(dāng)?shù)奈恢?，并且傳送到貯存單元來作液體固化，形成彈性層。這里，隨著電介質(zhì)片的固化和介質(zhì)層被切成單獨的單元，每個單元都包括一塊芯片和一與之相連的電介質(zhì)片部分，電端子位于其上，通過變形的引線連接芯片的觸點。
在以上參考圖8至11所討論的工藝過程的另一變型中，各單獨的芯片附著在電介質(zhì)片上，不必首先拉伸電介質(zhì)片或?qū)⑺街娇蚣苌?。例如電介質(zhì)片430(圖12)可由一連續(xù)的或半連續(xù)的滾子432進給。為了這個目的，電介質(zhì)片430可設(shè)置與電介質(zhì)片單個引線支承區(qū)域450對齊的扣齒孔?？埤X孔以與傳統(tǒng)帶上的扣齒自動結(jié)合帶對準(zhǔn)相同的方法來對準(zhǔn)連續(xù)的條形電介質(zhì)片430。電介質(zhì)片或條還可以具有與單個引線支承區(qū)域450準(zhǔn)確對準(zhǔn)的基準(zhǔn)標(biāo)志452。這些可結(jié)合一視覺系統(tǒng)一起使用，使卡盤404和引線對準(zhǔn)。當(dāng)各單獨的芯片458固定以后，可參照上述附圖10和11中所討論的和類似方工加工制造的方法，使電介質(zhì)片和芯片與一選擇板接合?？稍谶@樣的組裝前將一框架(未示)固定到電介質(zhì)片上，提供一圍繞著電介質(zhì)片邊緣的真空緊密封閉。
可以不脫離本發(fā)明權(quán)利要求所限的范圍采用對以上討論的各種特點所作的其他各種變化或組合，上述對較佳實施例的說明僅應(yīng)看作一示例，而不應(yīng)看作對本發(fā)明權(quán)利要求的限制。僅舉個例子，在圖1至7實施例中，單獨的芯片可通過真空而不是粘結(jié)的方法被固定在下模板上。下模板可設(shè)置與圖10和11中選擇板內(nèi)所采用的那些孔和墊圈相似的孔和墊圈。相反，圖10和11中的選擇板也可由一粘合劑涂敷模板所代替。另外，一連續(xù)的薄膜可涂敷在芯片的底部表面上，并與芯片的后表面或非觸點支承表面結(jié)合?？赏ㄟ^與用真空將電介質(zhì)片30(圖7)保持緊靠在上部按鈕上相類似的方法，使薄膜用真空來保持緊貼在下模板上。在完成這個工藝過程后，該連續(xù)的薄膜可與電介質(zhì)片和貼合層一起被切割，以使部分薄膜仍留作為每個完整組件的一部分。
在上述討論的每個結(jié)構(gòu)中，結(jié)合材料凸緣，或單個芯片上的觸點的高度可以有某些變化。結(jié)合材料的流動能力，特別是在結(jié)合過程中所施壓力下的流動能力有助于補償這些不一致性并有助于確保引線的所有尖端可被結(jié)合。當(dāng)使用一錫作為結(jié)合材料時，應(yīng)采取適當(dāng)?shù)脑阱a-金易熔結(jié)合中通常已知的預(yù)防措施。因此錫-金易熔結(jié)合料以及在結(jié)合前的錫結(jié)合材料將與銅隔開以防止銅擴散進入錫。另外，凝固的結(jié)合材料的重量最好比錫的重量少20％，剩余的黃金增強對重復(fù)應(yīng)力的抗力。另外，系統(tǒng)中所提供的錫和黃金的數(shù)量是可以選擇的，而任何結(jié)合料都不會只留純錫。已知純錫會形成所謂的“金屬須”或從純錫表面長出的金屬。這種金屬須可能引起不良的電子特性，諸如噪聲，在極端的情況下，會使相鄰觸點短路。
引線的尺寸和材料以及相關(guān)的特性可以參見上述’768申請中較佳實施例所揭示的內(nèi)容。因此每條引線的長度大約在200至1000微米，厚度大約在10到25微米，而寬度大約在10到50微米。在引線形成步驟中，元件的垂直移動不應(yīng)大到完全拉直每條彎曲的引線。如’768申請中所揭示的，最初未變形的引線可能是直的。在這個結(jié)構(gòu)中，電介質(zhì)片和芯片可沿著水平方向和垂直方向相互移動，這樣每條引線的尖端可朝著端子末端水平移動。另外，可用與上述不同的結(jié)合材料和方法將引線尖端固定到芯片上的末端上。因此，可通過擴散連接進行結(jié)合而不需要形成液相或使用一焊接劑或金屬支承聚合合成物?？梢酝ㄟ^非電鍍的其他方法，比如通過浸沒引線尖端或絲網(wǎng)漏印或涂敷糊劑等，涂敷結(jié)合材料?？蓪⒕哂袑?dǎo)電性的結(jié)合材料設(shè)置在芯片的觸點上，而不是在引線尖端上。另外，可采用不需要一特殊結(jié)合材料的結(jié)合方法。這種結(jié)合方法的例子是諸如將引線尖端熱聲波和熱壓方法結(jié)合到觸點上。引線也可采用不是黃金的材料，諸如銀、紫銅和黃銅。端子、導(dǎo)電層和通道套管也可使用不是銅的金屬。
可將引線最初布置在芯片上，用尖端與芯片的觸點結(jié)合。在這種結(jié)構(gòu)中，在移動電介質(zhì)片和芯片陣列前，端子末端與電介質(zhì)片上的末端結(jié)合。
可在工藝過程中使用上述支架結(jié)構(gòu)，其中將一完整的晶片當(dāng)作一個單元，而不是當(dāng)作分開的芯片。正如’768申請中某些實施例所揭示的，在整個晶片內(nèi)的芯片，或在部分晶片內(nèi)的芯片，可通過一導(dǎo)體結(jié)合和導(dǎo)體變形過程，與絕緣層的末端連接。為了加工一個完整的晶片，可修改上述支架的下模板或選擇板以支撐整個晶片，而將電介質(zhì)片的引線支承區(qū)域設(shè)置在與晶體上芯片空間對應(yīng)的空間上。
在以上討論的工藝過程中，在移動和注入步驟中，液體封裝材料的壓力可協(xié)助電介質(zhì)片向上移動離開半導(dǎo)體芯片，并且可幫助固定電介質(zhì)片，使它在上模板或固定物的電介質(zhì)片側(cè)元件向上移動時與它們接合。根椐本發(fā)明又一實施例的工藝過程，電介質(zhì)片側(cè)元件的向上移動可以完全由液體封裝液體的壓力推動。當(dāng)介質(zhì)側(cè)元件到達(dá)一相對于半導(dǎo)體芯片的預(yù)先選定位置時，可由一機械止動器來阻止介質(zhì)側(cè)元件的向上移動。在本發(fā)明再一實施例中，電介質(zhì)片530(圖13)在移動步驟的開始，可以不與上模板或介質(zhì)側(cè)元件526接觸，并且通過在電介質(zhì)片和下模板或芯片側(cè)元件間引入的液體密封劑的壓力推動，向上與上模板或電介質(zhì)片元件接觸。這里，組件包括引線540。在移動步驟前，引線大體水平定向地設(shè)置。當(dāng)把電介質(zhì)片向上推到如破折線530’所示的位置時，每條引線發(fā)生變形以形成一如破折線540‘所示的垂直延伸的形狀。這種向上移動的范圍由上模板和芯片間的空間控制。因此液體密封劑525作為一加了壓力的流體，這個壓力驅(qū)動電介質(zhì)片通過一預(yù)定的位移向上離開半導(dǎo)體芯片，并且以一預(yù)定的方式使引線變形。正如由Craig Mitchell等人同一日申請的、并已轉(zhuǎn)讓的名稱為“微電子封裝方法和設(shè)備”的美國專利申請中所詳細(xì)說明的(我們在這里結(jié)合參考它)，可用引入到液體密封劑上方夾緊裝置中的氣體對一液體密封劑加壓。因此夾緊裝置或支架可傾斜至一垂直方向，在該方向時電介質(zhì)片和半導(dǎo)體芯片的陣列基本上是垂直延伸的，如圖13所示。可將氣體527應(yīng)用在密封劑的拱形液面或液體水平面529上。在本過程中采用的支架可以是根椐前述Mitchell臨時專利申請中的夾緊裝置。如前述Mitchell等人的申請中詳細(xì)描述的，電介質(zhì)片可以具有開口，并且這些開口可以由一頂蓋層封閉以保護電介質(zhì)片的上表面和端子不受密封劑的污染。同時，可在芯片的底部表面558的下方設(shè)置一底蓋層555，并可與芯片的底部表面粘結(jié)，以便保護芯片的底部表面免受密封劑的污染。也可以使用加壓密封劑移動電介質(zhì)片，其中設(shè)置的所有芯片被作為一完整的晶片，或者設(shè)置其它的微電子元件來代替芯片。在用剛性絕緣嵌板或其他元件來代替柔性電介質(zhì)片的場合，這種技術(shù)也可以應(yīng)用。
本發(fā)明又一實施例的工藝過程包括一含有單個區(qū)域650的電介質(zhì)片630。引線640設(shè)置在電介質(zhì)片的下表面631上。在這個實施例中，電介質(zhì)片的每個區(qū)域650對應(yīng)于一整塊多芯片模件而不是一單獨的芯片。在每個區(qū)域內(nèi)的引線640相互連接并且與電介質(zhì)片頂側(cè)上的端子634連接。電介質(zhì)片630包括在每個區(qū)域650內(nèi)平行于電介質(zhì)片表面沿水平方向延伸的內(nèi)部連接引線635。因此電介質(zhì)片630可是一多層電介質(zhì)片，具有設(shè)置在多層間的連接引線635，并具有按照單獨的回路要求將各種引線相互連接、與端子及引線640連接的通路。通過空白空間或劃線地帶652結(jié)合電介質(zhì)片630的每個區(qū)域650。連接引線635不穿過劃線地帶652。
拉伸電介質(zhì)片630并按前述的方法將它附著到一框架654上。如圖14所示，框架可以是一圓環(huán)形。與附圖8至11所描述的方法相似，將單個的芯片658固定到電介質(zhì)片上。固定到每個區(qū)域上的芯片可以是相同的，或者也可以根椐要求包括不同的芯片，構(gòu)成多芯片模件。例如，如圖14所示，固定到區(qū)域650a上的芯片658a和658b具有不同的尺寸和內(nèi)部結(jié)構(gòu)。同樣如上所述，模壓固定裝置的自動操作視覺系統(tǒng)給每塊芯片定位，成為與區(qū)域650相應(yīng)部位對準(zhǔn)。模壓固定裝置的加熱卡盤使芯片與電介質(zhì)片接合，并且使每塊芯片與引線640攜帶的結(jié)合材料結(jié)合。這里，當(dāng)芯片結(jié)合后，一選擇板622、下真空空間624和上模板626都與電介質(zhì)片630和支撐環(huán)650組裝在一起。在這個結(jié)構(gòu)中，芯片也支承在安裝于選擇板上、并圍繞著板上孔628的墊圈629上。這里，上模板626密封地與選擇板622和下模板624接合。通過設(shè)置在其間的墊圈，框架654密封地與上模板626接合。所有這些部件通過適當(dāng)?shù)膴A緊裝置或其他機械裝置再被夾在一起，形成一支架。
在支架組裝完成后，將它推進到移動和注入裝置中，在那里，在下模板624內(nèi)施加一真空狀態(tài)，以便將芯片658固定在選擇板622上。還在電介質(zhì)片630和上模板626間施加一真空狀態(tài)。通過一孔口638，將一可固化液體注入選擇板622和電介質(zhì)片630之間。同時移動和注入裝置提升上模板626，使它離開選擇板622，從而將電介質(zhì)片630提離芯片658和變形引線640。這里，在移動工藝過程中，與芯片固定的引線640的尖端脫離電介質(zhì)片630的下模板。如上所述，移動工藝過程使引線變形向上延伸，形成較可取的彎曲形狀?？晒袒囊后w材料包圍著引線并填充了芯片和電介質(zhì)片間的空間。固化以后，電介質(zhì)片630在劃線地帶652處被切割，從而分離了每個單獨的多芯片模件。得到的多芯片模件具有與電介質(zhì)片分開一定距離的芯片，并且具有在芯片和電介質(zhì)片間延伸的柔性引線。如上述實施例所示，柔性引線和固化的貼合材料可用來補償熱膨脹的差別，還可用來補償芯片和電介質(zhì)片間的對準(zhǔn)偏差。每個模件的多個芯片可固定在一共同的散熱片或熱傳導(dǎo)元件上(未示)。
在不超出本發(fā)明權(quán)利要求所限定的范圍內(nèi)，還包括采用上述特性的這些或其他變化和組合。上述較佳實施例的說明僅為示例，在不構(gòu)成對本發(fā)明權(quán)利要求的限定。
工業(yè)應(yīng)用本發(fā)明對于制造微電子組件非常有用。
權(quán)利要求
1.一種制造多塊半導(dǎo)體芯片組件的方法，其特征在于，它具有如下的步驟(a)提供一個陣列，包括多個分開的半導(dǎo)體芯片(58)，每個芯片具有一觸點支承表面(59)以及在這個表面上的觸點(64)，所述芯片的觸點支承表面朝著同一方向，并構(gòu)成這個陣列的一第一表面，一電介質(zhì)片元件疊加在陣列的第一表面上，并且多條細(xì)長的引線設(shè)置在所述芯片陣列和所述電介質(zhì)片元件間，每條所述引線具有一與所述電介質(zhì)片元件固定的第一端和一與所述陣列中芯片固定的第二端(44)；以及(b)通過相互移動所述電介質(zhì)片元件和所述陣列，使所有所述引線的所述第一端都同時相對于所述第二端發(fā)生移動，形成引線。
2.一種如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述電介質(zhì)片元件包括一其上具有端子的柔性電介質(zhì)片(30)，所述引線的第一端與所述端子連接。
3.一種如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述提供步驟還包括以下步驟提供所述電介質(zhì)片，它上面的所述引線與所述端子固定，然后把帶有所述芯片的所述電介質(zhì)片并列布置，再將所述引線與所述芯片的所述觸點結(jié)合。
4.一種如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，提供步驟還包括以下步驟提供所述電介質(zhì)片，它上面的所述引線與所述芯片的所述觸點固定，然后把具有所述芯片的所述電介質(zhì)片并排布置，再將所述引線與所述芯片的所述電介質(zhì)片上的所述端子結(jié)構(gòu)結(jié)合。
5.一種如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，在所述移動步驟后劃分所述電介質(zhì)片以形成多個單元，每個單元包括一塊所述芯片和一部分所述電介質(zhì)片。
6.一種如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述在一陣列中提供所述芯片的步驟還包括在陣列內(nèi)的相鄰芯片間提供空間(62)的步驟。
7.一種如權(quán)利要求1至6中任一權(quán)項所述的方法，其特征在于，提供所述陣列中所述芯片的步驟包括測試所述芯片以及僅用測試合格的芯片組裝所述陣列的步驟。
8.一種如權(quán)利要求1至6中任一權(quán)項所述的方法，其特征在于，提供所述陣列中所述芯片的步驟還包括如下步驟，將單個芯片放置在一夾持元件(60)上使每塊芯片的第一表面背向夾持元件，并且暫時地將所述芯片固定到所述夾持元件上，在形成所述引線的所述步驟中使所述芯片一直保持固定在所述夾持元件上。
9.一種如權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，在所述形成步驟后，從所述夾持元件上分離所述芯片的步驟。
10.一種如權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，還包括在所述形成步驟后劃分所述電介質(zhì)片元件以便留下元件與每塊芯片連接的一部分所述電介質(zhì)片的步驟，從而形成包括芯片和與之連接的所述電介質(zhì)片元件部分的單元。
11.一種如權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，所述提供步驟還包括如下步驟，在所述并排布置步驟前，提供所述引線與所述端子固定的所述電介質(zhì)片，并且在所述電介質(zhì)片與所述芯片陣列并列布置后，所述引線與所述芯片的所述觸點結(jié)合。
12.一種如權(quán)利要求11所述的方法，還包括通過相互移動所述夾持元件和所述電介質(zhì)片(30)，將所述電介質(zhì)片和所述陣列的所述芯片對準(zhǔn)的步驟。
13.一種如權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，所述提供步驟還包括如下步驟在所述并排布置步驟前，提供所述引線與所述芯片的所述觸點固定的所述芯片陣列，并且在所述電介質(zhì)片和所述芯片陣列并列布置后，將所述引線和所述端子結(jié)構(gòu)結(jié)合。
14.一種如權(quán)利要求1至6中任一權(quán)項所述的方法，其特征在于，所述的提供步驟包括如下的步驟在多個分開的操作中將所述芯片(258，458)固定到所述電介質(zhì)片上。
15.一種如權(quán)利要求14所述的方法，其特征在于，將所述芯片固定到所述電介質(zhì)片上的步驟包括使每塊芯片和電介質(zhì)片間引線結(jié)合的步驟。
16.一種如權(quán)利要求15所述的方法，其特征在于，芯片已固定到所述介質(zhì)上后，將所述芯片暫時固定到一夾持元件(322)上的步驟，相互移動所述電介質(zhì)片和芯片的所述步驟包括相對所述電介質(zhì)片移動所述夾持元件的步驟。
17.一種如權(quán)利要求14所述的方法，其特征在于，將所述芯片固定到所述電介質(zhì)片上的步驟包括，加熱所述芯片，將加熱芯片固定在一卡盤(304)并把卡盤推向電介質(zhì)片，同時控制卡盤相對于電介質(zhì)片的對準(zhǔn)，從而使芯片上的觸點與電介質(zhì)片對準(zhǔn)的步驟，因此所述引線結(jié)合的步驟包括通過每塊所述芯片的熱傳遞，使一結(jié)合材料起作用的步驟。
18.一種如權(quán)利要求17所述的方法，其特征在于，每向前推進一步僅有一塊芯片被夾持在所述卡盤內(nèi)，這樣所述每塊芯片獨立地與電介質(zhì)片對準(zhǔn)。
19.一種芯片陣列，其特征在于，一夾持元件(60)和多個隔開的芯片(58)，每塊芯片具有一觸點支承表面(59)以及多個在支承表面上的電觸點(64)，所述芯片被所述夾持元件內(nèi)的一陣列固定，這樣所述觸點支承表面面朝上離開夾持元件，從而形成了一所述陣列的一第一表面，并且所述觸點暴露在所述第一表面上，所述芯片上的所述觸點相互之間都設(shè)置在預(yù)先選擇的位置上。
20.一種如權(quán)利要求19所述的芯片陣列，其特征在于，所述夾持元件是一剛性板，并且所述芯片可拆卸地固定在所述板上。
21.一種如權(quán)利要求20所述的芯片陣列，其特征在于，所述每塊芯片具有一背朝芯片觸點支承表面后表面，所述芯片的所述后表面可拆卸地與所述夾持元件結(jié)合。
22.一種芯片組件，它包括多塊隔開的具有一前表面(59)的芯片(58)，多個與前表面結(jié)合的邊緣，以及相鄰所述邊緣在所述前表面上的觸點排，組件還包括一夾持元件，所述夾持元件支撐所述芯片，使得所述前表面基本在同一平面上，這樣至少有一些所述邊緣相互間隔一定距離。
23.一種如權(quán)利要求22所述的芯片陣列，其特征在于，所述芯片基本是長方形的，所述夾持元件在一直線柵格內(nèi)支撐所述芯片。
24.一種用來將半導(dǎo)體芯片固定到電介質(zhì)片上的設(shè)備，其特征在于(a)多個芯片側(cè)元件(60、322、622)，每個芯片側(cè)元件包括用來將多塊芯片固定到這種芯片側(cè)元件上的裝置；(b)多個電介質(zhì)片側(cè)元件(102、326、526、626)，每個電介質(zhì)片側(cè)元件包括用來將一電介質(zhì)片固定到這種電介質(zhì)片側(cè)元件上的裝置；(c)用來將所述電介質(zhì)片側(cè)和芯片側(cè)元件相互固定形成支架的裝置，每個所述支架包括一芯片側(cè)和一電介質(zhì)片側(cè)元件；(d)一移動裝置(123)包括一裝置(122)，它通過一預(yù)先選擇的移動相互移動芯片側(cè)元件所攜帶的芯片以及電介質(zhì)片側(cè)元件所攜帶的電介質(zhì)片，使一支架的電介質(zhì)片側(cè)和芯片側(cè)元件相互移動；以及(e)連續(xù)提供所述具有通過引線相互間連接的所述芯片和電介質(zhì)片的支架到達(dá)所述移動裝置，由此，一旦在所述移動裝置內(nèi)產(chǎn)生所述移動，所述引線將變形。
25.一種如權(quán)利要求24所述的設(shè)備，其特征在于，具有一裝置(124)，用來在所述支架攜帶的芯片和電介質(zhì)片間注入一可固化材料；一貯存元件；以及，用來將每個所述支架從所述注入裝置傳送到所述貯存元件的裝置。
26.一種如權(quán)利要求25所述的設(shè)備，其特征在于，將所述注入裝置設(shè)置在所述移動裝置。
27.一種如權(quán)利要求25所述的設(shè)備，其特征在于，所述貯存元件包括一加熱貯存區(qū)域。
28.一種如權(quán)利要求24至27中任一權(quán)項所述的設(shè)備，其特征在于，所述供料裝置包括芯片固定裝置(304)，它用來接受多個隔開的半導(dǎo)體芯片，將所述芯片固定到一由一所述電介質(zhì)片側(cè)元件夾持的電介質(zhì)片上，并且結(jié)合由芯片或電介質(zhì)片所攜帶的引線，以將芯片和電介質(zhì)片間的引線連接起來，所述供料裝置還包括用來將一所述芯片側(cè)元件(322)裝到固定在電介質(zhì)片上的芯片的裝置。
29.一種如權(quán)利要求28所述的設(shè)備，其特征在于，所述芯片固定裝置包括一用來暫時夾持一芯片的卡盤(304)；一用來加熱所述卡盤從而加熱芯片的加熱器(306)；使所述卡盤相對于一介質(zhì)側(cè)元件移動、以使一由所述卡盤夾持的芯片與一由所述介質(zhì)側(cè)元件夾持的一電介質(zhì)片對準(zhǔn)的裝置(308、316、314)；以及，用來將卡盤推向電介質(zhì)側(cè)元件從而推進芯片與電介質(zhì)片接合的裝置(310)。
30.一種如權(quán)利要求29所述的設(shè)備，其特征在于，所述用來移動所述卡盤的所述裝置包括用來探測電介質(zhì)片和由卡盤夾持的芯片的特性位置、并且控制卡盤相對于探測到的位置相對運動的裝置(314)。
31.一種如權(quán)利要求24至27中任一權(quán)項所述的設(shè)備，其特征在于，所述提供裝置包括一裝置，它使支承著一具有多塊芯片的整體晶片的芯片側(cè)元件與一支承著電介質(zhì)片的電介質(zhì)片側(cè)元件對齊，從而使所有所述芯片與所述電介質(zhì)片和所述晶片和所述電介質(zhì)片間的引線對齊。
32.一種制造一微電子元件的方法，其特征在于，它包括如下的步驟(a)提供一微電子元件(58、588)，它具有觸點支承表面以及在這表面上的觸點；一電介質(zhì)片元件(30、530)疊加在觸點支承表面上，并且多條細(xì)長的引線設(shè)置在所述微電子元件和所述電介質(zhì)片元件之間，每條所述引線具有一與所述電介質(zhì)片元件固定的第一端，以及一與所述微電子元件固定的第二端；以及(b)在壓力作用下，在所述微電子元件和所述電介質(zhì)片元件間引入一液體密封劑(525)，使得液體密封劑推動所述電介質(zhì)元件向上運動離開所述微電子元件，從而同時所有所述引線的所述第一端相對于所述引線的第二端發(fā)生移動，使引線變形。
33.一種如權(quán)利要求32所述的方法，其特征在于，所述提供步驟包括提供一陣列的步驟，這個陣列包括多個具有一觸點支承表面的所述的微電子元件，所述微電子元件的觸點支承表面朝著一共同的方向，并且形成陣列的一第一表面，所述電介質(zhì)片元件疊加在所述陣列的所述第一表面上，在每個所述微電子元件和所述電介質(zhì)片元件之間具有引線(40、450)，使得與所有所述微電子元件連接的引線同時產(chǎn)生變形。
34.一種如權(quán)利要求32或33所述的方法，其特征在于，所述電介質(zhì)元件包括一具有端子的柔軟電介質(zhì)片，所述引線的第一端與所述端子連接。
35.一種如權(quán)利要求34所述的方法，其特征在于，在所述引入步驟中，所述電介質(zhì)片與一電介質(zhì)片側(cè)固定元件(102)接合，從而所述在壓力下的密封劑迫使介質(zhì)側(cè)固定元件離開微電子元件。
36.一種如權(quán)利要求35所述的方法，其特征在于，具有阻止在一預(yù)定位置上的所述電介質(zhì)片側(cè)固定元件相對于所述微電子元件運動的步驟。
37.一種如權(quán)利要求34所述的方法，還包括如下步驟在一相對所述微電子元件的預(yù)定位置提供一電介質(zhì)片側(cè)固定元件(526)，在所述引入步驟的開始階段所述電介質(zhì)片(530)遠(yuǎn)離電介質(zhì)片側(cè)固定元件，所述液體密封劑迫使所述電介質(zhì)片與電介質(zhì)片側(cè)元件接合，從而將所述電介質(zhì)片推到一相對于所述微電子元件的預(yù)定位置。
38.一種如權(quán)利要求32或33所述的方法，其特征在于，所述微電子元件的陣列包括多個隔開的成形元件。
39.一種如權(quán)利要求32或33所述的方法，其特征在于，所述微電子元件的陣列包括以整體晶片形式形成的多個半導(dǎo)體芯片。
全文摘要
多個分開的半導(dǎo)體芯片(58),每塊都具有一觸點支承表面(59)和在這個表面上的觸點(64),芯片以陣列的形式設(shè)置,這樣觸點支承表面面向所形成的陣列第一表面。一具有端子(34)的柔性電介質(zhì)片(30)疊加在半導(dǎo)體芯片的第一或觸點支承表面上。細(xì)長的引線(40)設(shè)置在電介質(zhì)元件和半導(dǎo)體芯片間。每條引線具有一與電介質(zhì)元件上的端子連接的第一端(42),和一與陣列中一半導(dǎo)體芯片上的觸點連接的第二端(44)。通過相互移動電介質(zhì)元件和陣列,使所有引線的第一端都同時相對于所述第二端發(fā)生移動,形成引線。當(dāng)形成步驟后,再劃分電介質(zhì)元件,以便留下一與每塊芯片連接的電介質(zhì)元件的一部分,從而形成一單獨的單元,每個單元包括一塊或少量芯片。
文檔編號H01L25/18GK1197544SQ96197128
公開日1998年10月28日 申請日期1996年9月23日 優(yōu)先權(quán)日1995年9月22日
發(fā)明者T·法拉西, T·H·迪斯特費諾, J·W·史密斯 申請人:德塞拉股份有限公司