專利名稱：用于引線鍵合芯片返工及替換的散熱片及封裝結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電子元件的表面安裝，尤其涉及這樣一種安裝技術(shù)，當(dāng)需要返工時(shí)，它允許簡單的去除和替換。
在實(shí)際的電子封裝中通常要提供具有增強(qiáng)的散熱特性的載體結(jié)構(gòu)以幫助被固定元件和裝配子部件的冷卻。一種著重用于集成電路芯片直接焊接到各種載體如撓性聚酰亞胺、玻璃增強(qiáng)環(huán)氧樹脂(FR4)及陶瓷芯片載體的撓曲基板上芯片(COF)及印制電路板基芯片(COB)封裝的結(jié)構(gòu)不僅提供增強(qiáng)散熱特性而且附加接地或電屏蔽特性，該結(jié)構(gòu)通常是采用以下兩種技術(shù)提供的。
第一種技術(shù)包括將集成電路芯片直接粘結(jié)到被鍵合到或?qū)盈B到電路載體的金屬散熱片上。在這些應(yīng)用中，引線鍵合芯片通常用環(huán)氧樹脂粘結(jié)劑固定到金屬散熱片上，粘結(jié)劑可以含有混合的導(dǎo)電顆粒和/或可降低芯片/散熱片界面熱阻的導(dǎo)熱顆粒。第二種技術(shù)包括將集成電路芯片直接粘結(jié)到具有芯片固定鍵合區(qū)位置的電路載體表面，該芯片固定鍵合區(qū)位置通過金屬填充或電鍍的通孔與位于電路載體內(nèi)部或另一面上的大的金屬接地或屏蔽板之間進(jìn)行電、熱互連。
盡管芯片直接焊接(DCA)到熱沉的結(jié)構(gòu)提供了有效的增強(qiáng)散熱和初步的電隔離，但用于將芯片粘結(jié)到散熱片或載體表面的粘結(jié)劑是不能輕易返工的。因此大位置的電制造組件及與芯片裝配有關(guān)的測試損耗是不可恢復(fù)的。這些降低成品率的因素包括確優(yōu)管芯(KGD)問題和常見的DCA組件及制造加工流程缺陷，包括粘結(jié)劑溢出到鍵合區(qū)上，定向錯(cuò)誤的管芯、引線鍵合圖形識別錯(cuò)誤及引線鍵合偏差，還有其它鍵合及鍵合后測試引入的缺陷。對于單個(gè)芯片封裝這些回收率損失通常可達(dá)到幾個(gè)百分比，而對于多芯片組件結(jié)構(gòu)，回收率損失根據(jù)組件的復(fù)雜性可達(dá)到30％或更多。通過給出與依賴于撓曲基板上芯片(COF)及印制電路板基芯片(COB)技術(shù)的大部分封裝組件有關(guān)的大批量制造的需要而引起的總的組件回收率損失后(典型地是每周1,000至100,000)，可清楚地看到開發(fā)及應(yīng)用一種簡單的、成本效益好的支持芯片返工及替換的芯片直接焊接(DCA)到散熱片的封裝結(jié)構(gòu)可以大大節(jié)約成本。
上面問題的一種解決辦法可以在1994年12月6日申請的名為“可返工的具有用于粘結(jié)元件的可熔層的電子裝置及其方法”的美國專利申請系列號08/349,854，和1995年9月19日申請的名為“用于可返工的帶熱增強(qiáng)的芯片直接焊接(DCA)結(jié)構(gòu)的方法及系統(tǒng)”的美國專利申請系列號08/530,452的技術(shù)應(yīng)用中找到，上述兩申請均被轉(zhuǎn)讓給本專利申請的受讓人。應(yīng)用一層可熔材料層，如焊料，可以使將芯片鍵合到載體的粘結(jié)劑或膠泥和芯片一起去除。這就避免了需要刮擦、拋光或研磨芯片固定的載體位置以去除剩余的膠泥或粘結(jié)劑。因此，可以避免剩余的膠泥或粘結(jié)劑去除過程引起的困難、成本及附加的位置損失。
盡管這些方法是問題的一個(gè)解決辦法，但需要用熱來完成分離。溫度必須足夠高，以便能充分地軟化可熔材料以釋放芯片，同時(shí)溫度不能夠高到破壞芯片或載體上的電子元件的程度。盡管這一過程可以在可控溫度范圍內(nèi)進(jìn)行，如果分離加工能不需要高溫而直接完成，則返工將會(huì)得到簡化。
當(dāng)所用的載體是散熱片時(shí)，散熱特性會(huì)使熱的應(yīng)用更嚴(yán)格，誤差容限更有限。在這種環(huán)境下，一種代替加熱組件加工的方法會(huì)有更多好處。一種更直接的將芯片從組件的剩余位置分離的方法將不僅簡化加工，還減少了降低返工組件成品率的熱或機(jī)械損傷的發(fā)生。
如果可以全部消除直接焊接器件的固化粘結(jié)劑過程的話，可以得到進(jìn)一步的成本方面的好處。粘結(jié)劑的應(yīng)用和固化加工費(fèi)時(shí)又昂貴，并占小的形狀系數(shù)封裝的制造組件成本的很大一部分。例如，常規(guī)的芯片直接焊接在諸如用于目前技術(shù)水平的小型硬磁盤驅(qū)動(dòng)器產(chǎn)品中的支路電子電纜中所要求的粘結(jié)劑散布及固化操作，幾乎可以占到總的元件裝配部件成本的25％。而且，如上面討論的，一旦環(huán)氧粘結(jié)劑被固化，有缺陷的芯片或芯片位置缺陷的返工/修理或替換是沒有成本效益的。因此，發(fā)展一種經(jīng)濟(jì)的芯片固定結(jié)構(gòu)和一種既能返工又能消除成本高和費(fèi)時(shí)的粘結(jié)加工步驟的組裝工藝，對于提供電子組件的大的形狀系數(shù)的封裝工業(yè)來說，是有很大經(jīng)濟(jì)價(jià)值的。
與用在特殊場合的電子組件有關(guān)的另一個(gè)問題是符合特殊應(yīng)用要求的緊湊性。例如，用于硬磁盤數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的撓性電路和卡式電子組件、遠(yuǎn)距離通信設(shè)備、便攜式計(jì)算機(jī)、計(jì)算機(jī)外設(shè)及許多消費(fèi)電子產(chǎn)品通常要求元件封裝的高密度及形狀系數(shù)封裝中的緊湊有效的電子載體集成。在許多這些封裝應(yīng)用中的不同形狀系數(shù)設(shè)計(jì)的物理限制同時(shí)限制了用于電載體連線元件定位、器件互連及形狀系數(shù)罩內(nèi)的載體固定的可用的面積大小及高度?？捎糜陔娮釉氖芟薜娜S空間經(jīng)常促進(jìn)封裝小型化的一個(gè)或多個(gè)形式，如采用薄的有精細(xì)線條/間隔/通孔連線的撓性載體材料、小的惰性分立元件及各種支持硅器件集成和定位的芯片直接焊接技術(shù)，包括引線鍵合的撓曲基板上芯片和引線鍵合的印制電路板基芯片的固定方法。然而，除了要節(jié)省空間外，封裝設(shè)計(jì)及裝配方法還必須支持高產(chǎn)量、低利潤容限的制造，因?yàn)楦呙芏刃螤钕禂?shù)封裝主要用于低成本的消費(fèi)電子產(chǎn)品應(yīng)用。
不幸的是，采用芯片直接焊接技術(shù)的形狀系數(shù)電子產(chǎn)品的低成本制造本來就是困難的，因?yàn)榇蠖鄶?shù)芯片直接焊接加工及封裝結(jié)構(gòu)的生產(chǎn)是相對昂貴的，這是由于制造需要多個(gè)采用專門設(shè)備的步驟，及低產(chǎn)量批裝配步驟包括粘結(jié)劑和/或密封劑的應(yīng)用及固化步驟。而且由于不能測試確優(yōu)管芯及不能對目前使用的許多芯片直接焊接結(jié)構(gòu)進(jìn)行返工而造成的裝配故障經(jīng)常引入附加的成本。另外，芯片直接焊接裝配、最后的制造成本、成品率及后來的將芯片直接焊接載體組件集成到形狀系數(shù)封裝中所需要的許多步驟也很大程度上取決于應(yīng)用特定的載體組件設(shè)計(jì)。
在本發(fā)明中，芯片直接焊接到散熱封裝結(jié)構(gòu)通過采用可分離的金屬散熱疊層及散熱帶結(jié)構(gòu)，它們可以快速、簡單和同時(shí)地移開芯片和不能返工的芯片固定粘結(jié)劑，以此來提供芯片返工的能力。完全的散熱疊層結(jié)構(gòu)包括與粘結(jié)劑層結(jié)合在一起的一個(gè)基層金屬散熱片和一個(gè)薄金屬箔層。粘結(jié)劑層確定了可分離的散熱疊層鍵合界面并可用干膜粘結(jié)劑及層疊工藝來制作、或采用壓感粘結(jié)劑(PSA)。為了用壓感粘結(jié)劑制作散熱結(jié)構(gòu)，粘結(jié)劑可以是獨(dú)立薄片形式或放在金屬箔上。在壓感粘結(jié)劑的后一種使用中，包括鍵合到金屬箔的壓感粘結(jié)劑的金屬帶被固定到基層金屬散熱片以構(gòu)成散熱疊層結(jié)構(gòu)。另外，如果需要的話，粘結(jié)劑層也可以摻入導(dǎo)熱和/或?qū)щ姷念w粒以增強(qiáng)散熱疊層界面的散熱和/或電特性。用常規(guī)的(即不能返工的)管芯固定粘結(jié)劑固定到散熱片上。當(dāng)芯片固定粘結(jié)劑被固化后，用引線鍵合來制作芯片輸入/輸出端鍵合區(qū)到載體線路的連接。
當(dāng)出現(xiàn)缺陷從而需要去除及替換芯片以便修理電子元件或組件時(shí)，通過剝?nèi)ケ还潭ㄐ酒秶鷥?nèi)的散熱疊層的可分離的金屬箔層，芯片及管芯固定粘結(jié)劑可以被輕易去除。有缺陷的芯片組件的去除是這樣完成的首先用機(jī)械方法去除所有鍵合引線并用手工工具或有圖形模具切割方法在管芯固定粘結(jié)劑周長附近切割鍵合到基層金屬散熱片的金屬箔。接著，金屬箔的一邊或一角從基層金屬散熱片被剝開，然后芯片及管芯固定粘結(jié)劑四周及下面的金屬箔整個(gè)被去除。因?yàn)楣苄竟潭ㄕ辰Y(jié)劑及有缺陷的芯片被鍵合到金屬箔上，因此當(dāng)金屬箔從基層金屬散熱片上被剝下時(shí)，芯片及管芯固定粘結(jié)劑同時(shí)被去除了。芯片的替換通過簡單地將新的芯片用新鮮的管芯固定粘結(jié)劑固定到基層金屬散熱材料，再用引線鍵合固定到載體互連鍵合表面即可完成。
使用包括一個(gè)箔層的疊層的散熱片，它允許采用一種金屬的箔及另一種金屬形成的散熱片，以在疊層結(jié)構(gòu)中提供不同的特性。典型的是用銅箔使疊層組件的上表面可焊。這種結(jié)構(gòu)在具有用作散熱的內(nèi)部接地板的電路板上也是有用的。
在本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例中，直接固定集成電路器件用兩邊有粘結(jié)劑涂層的箔層固定在芯片固定位置的載體或散熱片上，以提供簡化的裝配及固定結(jié)構(gòu)，當(dāng)需要時(shí)，可以通過固定界面的可剝離箔層提供返工的方便。箔層既可用在載體上的芯片固定位置或用在一個(gè)金屬散熱片的表面，金屬散熱片在載體中一個(gè)確定芯片固定位置的孔處被粘結(jié)到載體組件。在這種結(jié)構(gòu)中，不需要芯片固定粘結(jié)劑。
當(dāng)?shù)玫揭粋€(gè)緊湊的電子裝配結(jié)構(gòu)或?qū)⒁粋€(gè)包括直接固定集成電路器件及載體組件的電子封裝外形減至最小是很重要時(shí)，可以采用本發(fā)明的另一個(gè)改進(jìn)形式。為減小電子封裝的最大高度，載體組件中的芯片固定位置由對準(zhǔn)的開孔確定，該開孔穿過載體及粘結(jié)到載體的散熱片或傳熱器。一個(gè)箔層貼著散熱片，它具有用壓感粘結(jié)劑涂覆的鄰接面以便將箔與散熱片鍵合，并在芯片固定位置有一個(gè)涂覆粘結(jié)劑的表面。如果電子封裝放在有關(guān)器件的相鄰面上，則箔的兩個(gè)表面都有粘結(jié)劑涂層。遠(yuǎn)離載體元件的表面的箔粘結(jié)劑涂層在將電子封裝裝配到使用的器件以前，可以覆蓋一個(gè)釋放片以保護(hù)粘結(jié)劑層。
在任一種說明及描述的應(yīng)用中，箔上的粘結(jié)劑層可以含有填充材料以增強(qiáng)導(dǎo)熱性、使粘結(jié)劑層導(dǎo)電或使粘結(jié)劑層或涂層既導(dǎo)電又導(dǎo)熱。而且填充材料的應(yīng)用增加了粘結(jié)劑層的硬度，這增強(qiáng)了高成品率的引線鍵合。當(dāng)端鍵合區(qū)的支撐做得更硬時(shí)，傳到鍵合發(fā)生的界面的超聲能量可以有效地進(jìn)行引線鍵合。在鍵合表面的支撐是撓性或彈性的時(shí)候，超聲能量將微動(dòng)傳給端鍵合區(qū)而被部分消弱，這損害了對準(zhǔn)且鍵合界面上減小的能量密度也降低了鍵合質(zhì)量。


圖1是芯片載體位置剖面的斷開的正視圖，載體在切開的芯片固定位置安裝了散熱片，包括本發(fā)明的帶有連續(xù)的箔層的疊層散熱結(jié)構(gòu)。
圖2與圖1相似，但包括在芯片固定位置上單獨(dú)地層疊在散熱片上的有圖形的箔層。
圖3與圖1相似，并進(jìn)一步包括在疊層散熱片和固定芯片的管芯固定粘結(jié)劑之間的可熔層。
圖4與圖2相似，并進(jìn)一步包括在有圖形的箔和管芯固定粘結(jié)劑之間的可熔層。
圖5是位置剖面的斷開的正視圖，帶有在切開的芯片固定位置上安裝的散熱片，且芯片用兩面帶粘結(jié)劑的箔層固定。
圖6示出用現(xiàn)有技術(shù)進(jìn)行撓曲基板上芯片的安裝，其中芯片被固定在層疊到載體組件的傳熱片上。
圖7圖示了本發(fā)明的帶式載體封裝(TCP)，其中芯片被安裝在載體/散熱片組件內(nèi)的一個(gè)對準(zhǔn)的開孔內(nèi)并被固定到一個(gè)粘結(jié)在散熱片下表面的箔層以減小引線鍵合線的長度和高度，簡化了密封并減小了所完成的組件的外形。
圖1圖示了一個(gè)芯片直接焊接組件(DCA)，其中芯片10被有效地固定到基層電路載體12并通過鍵合引線14與這個(gè)載體的線路進(jìn)行電連接，鍵合引線14從芯片外部的電接觸16延伸到載體上的線跡或端鍵合區(qū)18?；鶎虞d體12可以由各種材料形成，如聚酰亞胺、環(huán)氧樹脂/玻璃板或陶瓷，可以是硬的或撓性的，并包括一層或多層帶有導(dǎo)體接觸端位置的支撐導(dǎo)體，導(dǎo)體接觸端位置在芯片附近，從電絕緣涂層19伸出。如圖所示，載體12在芯片需要直接固定到散熱片的位置處有一個(gè)切開的開孔32。芯片10安裝在散熱疊層組件20上，散熱疊層組件20包括金屬散熱片22和一個(gè)薄的箔層24，它們被粘結(jié)劑層或薄膜26層疊在一起。散熱疊層組件20被粘結(jié)劑鍵合薄膜28固定在載體12上。芯片10被管芯固定粘結(jié)劑30、諸如不能返工的固化環(huán)氧樹脂材料，安裝在散熱疊層組件20上。當(dāng)需要去除芯片時(shí)，用管芯固定粘結(jié)劑材料30作為分離界面，固化的粘結(jié)劑不規(guī)則地去除，在替換芯片被裝上前，要從表面刮去或磨去載體組件上剩余的部分。
散熱疊層組件20包括金屬散熱片22、箔層24及將箔鍵合到散熱片的粘結(jié)劑薄膜26。粘結(jié)劑薄膜層26可以由干膜粘結(jié)劑及相應(yīng)的層疊加工形成，或在本發(fā)明實(shí)現(xiàn)的優(yōu)選形式中，以獨(dú)立薄片形式或作為箔層上涂層的箔帶形式的壓感粘結(jié)劑形成。另外，粘結(jié)劑層可以摻有增強(qiáng)導(dǎo)熱性、導(dǎo)電性或兩者的顆粒。通常散熱片由鋁形成，且箔是鋁箔。然而不同的金屬也可用于散熱疊層結(jié)構(gòu)以提供裝配應(yīng)用的其它特殊性能。例如，采用帶有銅的層疊箔層的鋁基層金屬散熱片，可以使散熱疊層組件的表面可焊，或容易接受貴金屬鍍層。
當(dāng)電子組件的返工需要去除并替換芯片10時(shí)，鍵合引線14被以機(jī)械方法去除，且箔層在載體切開開孔的邊32和將芯片粘結(jié)到散熱疊層組件的粘結(jié)劑30之間的區(qū)域34被切割。箔的切割可以用手工工具或用有圖形模具切割方法。隨著管芯固定粘結(jié)劑30下面的箔位置從箔層的其余位置分離，從一個(gè)角開始，管芯固定粘結(jié)劑下面的箔可以被剝開，以沿著壓感粘結(jié)劑薄膜26形成的界面將芯片、管芯固定粘結(jié)劑及箔位置作為一個(gè)整體與載體電子組件的剩余位置分離。通過用新鮮的管芯固定粘結(jié)劑安裝替換的芯片或在載體切開開孔處將有圖形的箔層重新裝到散熱片上，然后用管芯固定粘結(jié)劑固定替換的芯片，就可以進(jìn)行芯片的替換。接著通過恢復(fù)芯片外部電接觸與相應(yīng)的載體導(dǎo)體端鍵合區(qū)之間的引線鍵合連接，就完成了替換。
圖2與圖1相似，提供了帶有切開開孔32的載體組件，在開孔處芯片10被安裝在用粘結(jié)劑28鍵合到載體12的散熱片22上。在這個(gè)實(shí)施例中，只有在載體開孔32內(nèi)的芯片位置才有箔結(jié)構(gòu)圖形36，金屬散熱片被直接鍵合到載體12。箔層用壓感粘結(jié)劑層或薄膜38粘結(jié)到金屬散熱片，以提供在返工需要去除芯片10時(shí)的分離界面。芯片10以常規(guī)的方式用管芯固定粘結(jié)劑30粘結(jié)到箔36，并由鍵合引線14連到載體組件線路。圖2的改進(jìn)組件結(jié)構(gòu)使得不用切割加工步驟即可直接去除芯片，這個(gè)步驟對于將芯片及管芯固定粘結(jié)劑下面的箔與層疊到散熱片的連續(xù)的箔層的剩余位置分離是必需的。
當(dāng)用壓感粘結(jié)劑材料將金屬箔鍵合到基層散熱片時(shí)，圖2的改進(jìn)結(jié)構(gòu)特別有用。許多壓感粘結(jié)劑可能不具備合適的硬度，當(dāng)放在特定的載體材料如聚酰亞胺的下面時(shí)，它不能提供引線鍵合加工過程中的超聲能量的有效傳送。因此，當(dāng)鍵合到載體鍵合區(qū)下有壓感粘結(jié)劑的“軟”載體結(jié)構(gòu)時(shí)會(huì)出現(xiàn)低的引線鍵合成品率。然而通過采用只在硬芯片下的散熱片上的有圖形的金屬箔，引線鍵合問題可基本解決。另外可通過添加填充劑得到硬度更大的粘結(jié)劑。當(dāng)用獨(dú)立粘結(jié)劑鍵合薄膜(非壓感粘結(jié)劑)及層疊加工來制作散熱結(jié)構(gòu)時(shí)，箔或基層金屬散熱片的表面構(gòu)造可以用化學(xué)或機(jī)械方法來改進(jìn)，以降低粘結(jié)特性，使芯片返工/替換步驟中更易于去除箔。
本發(fā)明的另一個(gè)重要特征在于散熱結(jié)構(gòu)中也可采用不同的金屬以提供其它用于裝配應(yīng)用的特殊性能。例如，通過采用帶有銅疊層箔層的鋁基層金屬散熱片，散熱片可焊，或容易接受貴金屬鍍層。對一個(gè)可焊的散熱疊層結(jié)構(gòu)，各種不同的封裝結(jié)構(gòu)可使用美國專利申請系列號08/349,854(這里先前已提到)中描述的加工和方法作為去除芯片的可選方案。本發(fā)明的改進(jìn)在圖3、4中圖示，它們分別與圖1、2相似。圖3顯示了與圖1的結(jié)構(gòu)相似的用于芯片直接焊接的散熱結(jié)構(gòu)，其中鋁散熱片22被層疊到銅箔24，銅箔24用粘結(jié)劑層或薄膜26完全覆蓋了散熱片表面。在銅箔上面及在載體切開區(qū)內(nèi)覆蓋了有圖形的焊料40，芯片10用管芯固定粘結(jié)劑30安裝在載體切開區(qū)。同樣，圖4顯示了與圖2相似的結(jié)構(gòu)，其中用載體芯片位置切開區(qū)內(nèi)的壓感粘結(jié)劑薄膜38，及在芯片10及管芯固定粘結(jié)劑30下面的銅箔上的一層焊接劑40，將有圖形的銅箔層層疊到散熱片。在這個(gè)結(jié)構(gòu)中，可以選擇不去除散熱疊層組件的頂表面的銅箔層來去除和替換芯片10。
當(dāng)有焊料層時(shí)，芯片的去除既可通過用將箔固定到散熱片基層的粘結(jié)劑層作為分離界面，剝?nèi)ミB接芯片及管芯固定粘結(jié)劑下面的箔，或通過將焊料層作為分離界面，用足夠的局部加熱將芯片及管芯固定粘結(jié)劑從疊層的散熱組件分離。
本發(fā)明提供了在多種類型載體上，包括環(huán)氧樹脂/玻璃板、撓曲基板及陶瓷單芯片模塊、多芯片模塊和電路板組件，用于芯片直接焊接組件的返工的方便而有成本效益的方法。將芯片焊到散熱片要求芯片和散熱片都有現(xiàn)有的可焊冶金法。芯片上的背面金屬化相當(dāng)普遍，但昂貴。而且在有些情況下，有成本效益的散熱結(jié)構(gòu)上的可焊金屬化(如銅)與封裝應(yīng)用是不相容的。這些不相容性要求用昂貴的貴/半貴金屬涂層以將芯片焊到散熱片表面。通過使用這里公開的本發(fā)明，可以不需要使用昂貴的散熱片覆蓋層及背面金屬化層。簡單的用機(jī)械方法去除芯片及粘結(jié)劑要求碾磨或拋光操作以去除載體上安裝位置上剩余的管芯固定粘結(jié)劑。這些操作是昂貴的，費(fèi)時(shí)的，需要特殊的工具和裝置，會(huì)引入對元件和/或組件的損傷，及需要使用補(bǔ)充的清洗操作以去除組件的粒子污染。芯片粘結(jié)劑的化學(xué)法去除產(chǎn)生與機(jī)械法去除操作類似的許多問題，及涉及包括需要用強(qiáng)的、腐蝕性的及對環(huán)境有害的溶液，且化學(xué)品可能與組成組件的一些材料不相容的其它問題。為消除返工組件上可能的腐蝕也要求二次清洗操作和使用附加的化學(xué)中和步驟。盡管可以進(jìn)行芯片返工(即好芯片被膠粘到有缺陷芯片的頂部，然后進(jìn)行引線鍵合)，但這種技術(shù)的應(yīng)用被限制于下述的位置放置的封裝組件，它們具有寬松的載體鍵合區(qū)尺寸及可忽略的Z高度形狀系數(shù)的封裝限制。相反，本發(fā)明與緊湊排列的芯片直接焊接連線尺寸相容，并且一開始就對用于印制電路板基芯片、撓曲基板上芯片、單芯片模塊及多芯片模塊組件的大多數(shù)芯片直接焊接到散熱封裝結(jié)構(gòu)施加的形狀系數(shù)封裝限制相容。
圖5圖示的實(shí)施例提供了降低組件成本并有芯片返工/替換能力的方法。這兩種能力的獲得是通過開發(fā)這樣的封裝結(jié)構(gòu)和裝配加工，其中采用可去除的、雙面的、導(dǎo)熱和/或?qū)щ妿ё鳛樾酒d體固定介質(zhì)取代常規(guī)的散布式或用網(wǎng)板印刷的芯片固定粘結(jié)劑。這種芯片直接焊接封裝結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵元件在圖5中畫出，并圖示了用于與圖1中所示的結(jié)構(gòu)相似的封裝結(jié)構(gòu)的已公開的帶/固定方法。在圖5中，完整的封裝結(jié)構(gòu)包括基層金屬散熱片51，它用有圖形的粘結(jié)劑鍵合薄膜53層疊到電路載體52(由如聚酰亞胺、玻璃增強(qiáng)環(huán)氧樹脂、環(huán)氧樹脂/玻璃或陶瓷的材料組成)。電路載體52有金屬電路連線54和絕緣的覆蓋膜55，電路載體52在芯片56直接固定到散熱片51所要求的地方有開孔。但是，在圖5的結(jié)構(gòu)中，芯片56用金屬箔或帶層57固定到基層金屬散熱片51，金屬箔或帶層57在箔57的上下表面都有壓感粘結(jié)劑層59。具有雙面粘結(jié)劑層59的箔/帶57可以通過采用呈現(xiàn)在釋放片上有圖形的印花釉，或用固定標(biāo)簽常用的方法以帶和卷的形式被涂覆到載體或芯片表面。獨(dú)立的壓感粘結(jié)劑層(非中間箔層)也可用作芯片到載體的固定介質(zhì)，且可用同樣的方法固定。通過采用有粘結(jié)劑層59的箔57得到優(yōu)化的熱性能和/或電接地能力，粘結(jié)劑層59和箔57兩者都被織構(gòu)化(textured)并摻有導(dǎo)熱和/或?qū)щ婎w粒以提供載體/芯片固定界面的散熱和/或電的連續(xù)性。顆粒的填充劑使芯片-載體界面變硬以增強(qiáng)引線鍵合的成品率。用常規(guī)的自動(dòng)定位工具通過壓感粘結(jié)劑表面上的定位將芯片56固定到封裝上，接著通過鍵合引線63將芯片56輸入輸出端62與載體線路鍵合區(qū)61相連。如果芯片上或芯片裝配區(qū)出現(xiàn)缺陷，芯片的返工或替換可以簡單地通過將粘結(jié)劑箔/帶及被固定的有缺陷芯片從基層載體表面剝離而完成。在引線鍵合及芯片去除后，通過將新鮮的粘結(jié)劑箔/帶層部分加到載體芯片位置就完成了芯片的替換。然后新的引線鍵合加到芯片上及載體互連鍵合區(qū)的原先沒有鍵合的地方。
圖6、7圖示了提供這樣一種緊湊的電子封裝的問題的現(xiàn)狀及一種解決方法，這種封裝必須受到有限的形狀系數(shù)的物理尺寸的限制，并進(jìn)一步由與低成本消費(fèi)電子產(chǎn)品應(yīng)用的要求相容的低利潤容限的制造技術(shù)生產(chǎn)?；陔娐钒宓膯栴}的一種解決方法是通過根據(jù)載體電子元件的降低成本的芯片直接焊接(DCA)封裝和隨后的將帶式載體封裝的組件裝進(jìn)形狀系數(shù)電子元件而開發(fā)出一種帶式載體封裝(TCP)結(jié)構(gòu)。
圖6顯示了一種常規(guī)的在許多現(xiàn)有應(yīng)用中如尋呼機(jī)、磁盤驅(qū)動(dòng)撓性電路和目前技術(shù)水平的無線電收發(fā)機(jī)的封裝中使用的COF/COB引線鍵合結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)包括撓性電路材料、有金屬連線78的印制接線板或等效的電路載體76、電絕緣覆蓋層80和電鍍的引線鍵合互連鍵合區(qū)79。在圖6中，電路載體76用粘結(jié)劑層74層疊到鋁傳熱片70。用粘結(jié)劑71將硅集成電路(芯片)72直接固定到鋁散熱片70上，粘結(jié)劑層71在芯片定位前就被分配到傳熱片上。芯片定位后，粘結(jié)劑必須通過加熱固化，通常是在批處理爐中以125-150℃加熱約一小時(shí)。粘結(jié)劑固化后，鍵合引線85將芯片72與電鍍的引線鍵合互連鍵合區(qū)79連在一起。然后用有機(jī)的、熱的或紫外線固化的密封劑材料82將鍵合引線85保護(hù)起來。芯片直接焊接(DCA)載體裝配部件(由上面的元件確定)然后就用粘結(jié)劑、螺絲、鉚釘、栓釘或其它固定裝置或介質(zhì)粘到或粘入另一個(gè)裝配部件、部件罩或最后的形狀系數(shù)封裝的主表面。盡管采用常規(guī)的COF/COB結(jié)構(gòu)很普遍，但存在一些設(shè)計(jì)、材料和加工的不利之處，增加了成本、降低了性能，并可能造成制造的回收率損失。其例子包括下面的情況和結(jié)構(gòu)。這種技術(shù)需要使用芯片固定粘結(jié)劑、分配和批固化操作。如果需要導(dǎo)電的芯片固定粘結(jié)劑，則粘結(jié)劑的擠出及鍵合區(qū)的短路會(huì)造成組件回收率損失。芯片固定粘結(jié)劑一旦固化就不能去除，從而不能支持芯片的返工和替換。芯片到載體鍵合區(qū)的間距設(shè)計(jì)限制使線環(huán)高度及鍵合引線的長度受到限制。這些幾何尺寸的限制妨礙了電性能(可能的最小連線電感)的全面優(yōu)化和整個(gè)封裝的高度最小化。需要二次固定加工、材料和/或零件來將COF/COB裝配部件粘結(jié)到封裝罩或形狀系數(shù)封裝表面。
圖7顯示了用于COF/COB技術(shù)的帶式載體封裝(TCP)結(jié)構(gòu)。在TCP封裝結(jié)構(gòu)中，疊層載體組件，包括載體76、金屬連線78和電絕緣的覆蓋層80，用粘結(jié)劑層74層疊到鋁散熱片。載體組件和散熱片70在芯片固定位置處都有孔或開孔。在上、下兩側(cè)分別有粘結(jié)劑層88和89的金屬或有機(jī)的帶或箔材料87用壓感粘結(jié)劑層88固定到鋁散熱片70的下表面。被固定的帶或箔堵住了鋁散熱片70中的開孔，并在封裝中形成一個(gè)腔。然后芯片72在芯片固定腔的基面上被固定到呈現(xiàn)在露出的帶上的粘結(jié)劑。可以通過適當(dāng)選擇帶芯及粘結(jié)劑填充材料來使用導(dǎo)熱或?qū)щ姷膸?。一些具有這些特點(diǎn)的商業(yè)上可用的帶可用來優(yōu)化散熱和/或電接地特性。常用的具有金屬或聚合物帶芯的散熱固定的具有導(dǎo)熱和/或?qū)щ娦阅艿膸怯葾dhesiveResearch Co.(AR9045和AR8044)或Chromerics Corp(XTS412或T405)制造的。
在加了引線鍵合及應(yīng)用密封劑82并固化后，通過去除背面的帶粘結(jié)劑釋放片90，COF/COB載體裝配部件可以粘結(jié)到封裝罩或給定的形狀系數(shù)封裝的主表面。相反，在給定的封裝罩或形狀系數(shù)封裝表面的COF/COB載體在原位的裝配也可以這樣實(shí)現(xiàn)首先去除背面的粘結(jié)劑釋放片90，并在芯片定位、引線鍵合及密封之前將帶/散熱片/載體組件粘結(jié)到封裝罩或形狀系數(shù)封裝表面。
用TCP結(jié)構(gòu)可獲得幾個(gè)結(jié)構(gòu)的和裝配加工的好處，如上所述的，它克服了已指出的現(xiàn)有技術(shù)的問題。TCP取消了芯片的分配和固化操作，它是可返工的。有缺陷的芯片可以從帶粘結(jié)劑去除并被替換，或帶和芯片可以同時(shí)從散熱片去除，緊接著是帶和芯片的替換。這種結(jié)構(gòu)消除了與芯片粘結(jié)劑擠出到鍵合區(qū)上有關(guān)的回收率損失，并通過消除附加的界面層和熱阻，改善了散熱的導(dǎo)熱通道。TCP為增強(qiáng)電性能、緊湊封裝和引線鍵合牢固性提供了更好的結(jié)構(gòu)。例如，線的長度可減少多達(dá)25-40％，因此提高了鍵合引線的電特性(更小的電感和飛行時(shí)間(time of flight))；線環(huán)的高度可降低40-50％。線環(huán)高度的降低節(jié)省了更多的空間并提高了密封加工的成品率(低的線環(huán)更容易完全密封，它減小了密封劑流到電子組件其它要求嚴(yán)格的區(qū)域的可能性)；而且在許多應(yīng)用中，芯片到載體鍵合區(qū)的緊湊的引線鍵合間距要求通過搭接來減小芯片厚度而消除尖銳的、不牢靠的引線鍵合。通過在TCP中的引線鍵合，可放松牢固引線鍵合要求的封裝設(shè)計(jì)參數(shù)，可消除可能的芯片搭接需要。TCP還取消了將組件粘結(jié)到封裝罩或形狀系數(shù)封裝表面所需的補(bǔ)充的載體固定材料、加工，和/或零件的必要性及成本。
TCP也可用于印制電路板基芯片應(yīng)用，其中帶被直接用在硬的印制電路板(PCB)的背面。對COB的應(yīng)用，PCB內(nèi)的孔會(huì)呈現(xiàn)在芯片固定位置。由于這種條件下的電路板是硬的，所以不一定需要金屬散熱片/硬化劑。
雖然已參照優(yōu)選的實(shí)施例顯示并描述了本發(fā)明，熟練的技術(shù)人員可以理解在不偏離本發(fā)明的精神和范圍的情況下，可以做形式及細(xì)節(jié)上的各種改動(dòng)。
權(quán)利要求
1.可返工的芯片直接焊接(DCA)組件，包括其上具有鍵合區(qū)位置的載體元件，所述鍵合區(qū)提供了用于集成電路器件焊接的表面；具有上表面和下表面的薄金屬箔層，所述下表面由粘結(jié)劑層粘結(jié)到所述鍵合區(qū)位置表面；將所述集成電路器件的所述下表面粘接到所述金屬箔層的上表面的粘結(jié)劑材料，所述集成電路器件從所述載體元件的去除是通過將所述金屬箔層從所述載體元件剝離以從所述載體元件去除所述集成電路器件、所述粘結(jié)劑材料和在所述粘結(jié)劑材料下面的所述箔部分。
2.權(quán)利要求1的可返工芯片直接焊接組件，其特征在于所述薄金屬箔層在上、下表面都有壓感粘結(jié)劑涂層，且所述上表面的所述粘結(jié)劑涂層將所述集成電路器件固定在所述鍵合區(qū)位置上。
3.權(quán)利要求1的可返工芯片直接焊接組件，其特征在于所述載體元件是金屬散熱片。
4.權(quán)利要求1的可返工芯片直接焊接組件，其特征在于所述粘結(jié)劑層是壓感粘結(jié)劑膜。
5.權(quán)利要求1的可返工芯片直接焊接組件，其特征在于所述金屬箔層是鋁。
6.權(quán)利要求1的可返工芯片直接焊接組件，其特征在于所述薄金屬箔層由可焊接的材料形成，且所述組件還包括覆蓋在所述薄金屬箔層上表面的焊料層，且所述粘結(jié)劑材料將所述集成電路器件粘接到所述焊料層。
7.權(quán)利要求6的可返工芯片直接焊接組件，其特征在于所述薄金屬箔層由銅形成。
8.用載體組件制作電子組件的方法，該電子組件包括在所呈現(xiàn)的鍵合區(qū)位置處有平坦表面的元件芯片，該載體組件包括用于連接這種元件到其它電子組件元件的連線裝置，所述方法包括在所述鍵合區(qū)位置粘結(jié)箔膜層；在所述鍵合區(qū)位置將管芯固定粘結(jié)劑涂層涂覆到所述箔膜層上；在所述鍵合區(qū)位置將元件芯片固定到所述粘結(jié)劑層；在所述載體組件上將所述元件芯片連接到所述連線裝置；確定在所述鍵合區(qū)位置安裝的所述元件芯片必須被替換；通過將所述箔膜層從所述鍵合區(qū)位置剝離以將所述箔膜層、所述管芯固定粘結(jié)劑和所述元件芯片作為一個(gè)整體去除，從而將所述元件芯片從所述電子組件中去除；在所述鍵合區(qū)位置替換所述管芯固定粘結(jié)劑涂層；在所述鍵合區(qū)位置將替換的元件芯片固定到所述的管芯固定粘結(jié)劑上；及將所述替換的元件芯片連接到所述載體組件的所述連線裝置上。
9.權(quán)利要求8的制造電子組件的方法，其特征在于所述電子組件通過將所述箔膜層粘結(jié)到散熱片部件的表面以形成疊層的散熱組件，及利用在確定了所述鍵合區(qū)位置的所述載體內(nèi)的切開開孔處呈現(xiàn)的所述箔層的表面，將所述疊層的散熱組件粘結(jié)到所述載體組件而形成。
10.權(quán)利要求9的制造電子組件的方法，其特征在于所述電子組件通過在延伸位于所述載體切開開孔處的表面區(qū)域的表面上將所述箔膜層粘結(jié)到所述散熱片表面形成，并且通過切割所述切開開孔內(nèi)及所述管芯固定粘結(jié)劑周圍的所述箔膜層，以將在所述管芯固定粘結(jié)劑下面的箔膜與粘結(jié)到所述散熱片的所述箔膜層的剩余部分分離的步驟來進(jìn)行去除芯片、管芯固定粘結(jié)劑和箔膜層的步驟。
11.權(quán)利要求10的制造電子組件的方法，其特征在于在替換所述管芯固定粘結(jié)劑涂層的步驟之前，該方法包括將有圖形的箔膜層粘結(jié)到箔層已被去除的所述散熱片表面的區(qū)域的步驟。
12.權(quán)利要求9的制造電子組件的方法，其特征在于所述電子組件通過將有圖形的箔膜層粘結(jié)到所述散熱片表面形成，當(dāng)所述疊層的散熱組件被粘結(jié)到所述載體組件時(shí)，所述散熱片表面整個(gè)地位于所述切開開孔之中。
13.權(quán)利要求12的制造電子組件的方法，其特征在于在替換所述管芯固定粘結(jié)劑涂層的步驟之前，該方法進(jìn)一步包括將替換的有圖形的箔膜層粘結(jié)到所述有圖形的箔膜層被去除的所述散熱片表面的步驟。
14.可返工的芯片直接焊接(DCA)組件，包括具有上、下表面的載體組件，包括載體元件，并有集成電路器件將被固定在其上的芯片固定位置；在所述載體組件中作為從所述載體組件的上表面延伸到下表面的孔而形成的芯片固定位置，包括鄰近于所述芯片固定位置的所述載體組件旁的導(dǎo)體接觸端；粘結(jié)到所述載體組件下表面的粘結(jié)劑涂覆的箔材料，在所述芯片固定位置呈現(xiàn)粘結(jié)劑涂覆的箔表面；在所述芯片固定位置用所述粘結(jié)劑涂覆的箔表面固定到所述箔材料的集成電路器件，由此將所述集成電路器件置于所述芯片固定位置的所述載體組件孔內(nèi)；及將由所述集成電路器件所載的線路連接到所述載體組件導(dǎo)體接觸端的電連接裝置。
15.權(quán)利要求14的可返工的芯片直接焊接組件，其特征在于所述載體組件進(jìn)一步包括粘結(jié)到所述載體元件的散熱片，且所述芯片固定位置的孔經(jīng)過所述載體元件和所述散熱片從載體組件上表面延伸到所述載體組件下表面。
16.權(quán)利要求15的可返工的芯片直接焊接組件，其特征在于所述箔材料是鋁箔，且所述粘結(jié)劑是壓感粘結(jié)劑。
17.權(quán)利要求15的可返工的芯片直接焊接組件，其特征在于所述箔材料是有機(jī)芯帶，且所述粘結(jié)劑是壓感粘結(jié)劑。
18.權(quán)利要求16的可返工的芯片直接焊接組件，其特征在于所述鋁箔在每個(gè)表面有粘結(jié)劑涂層，所述載體組件可用它粘結(jié)到與所述載體組件下表面相鄰的表面，并被其支撐。
19.權(quán)利要求17的可返工的芯片直接焊接組件，其特征在于所述有機(jī)芯帶在每個(gè)表面有粘結(jié)劑涂層，所述載體組件可用它粘結(jié)到與所述載體組件下表面相鄰的表面，并被其支撐。
20.權(quán)利要求15的可返工的芯片直接焊接組件，其特征在于所述集成電路器件用鍵合引線固定到載體組件導(dǎo)體接觸端。
21.權(quán)利要求20的可返工的芯片直接焊接組件，其特征在于安在所述芯片固定位置的所述集成電路器件被引線鍵合到所述導(dǎo)體接觸端，并被包圍所述芯片固定位置處的所述集成電路器件和所述鍵合引線的密封劑所密封。
22.權(quán)利要求16的可返工的芯片直接焊接組件，其特征在于所述壓感粘結(jié)劑包括增強(qiáng)導(dǎo)熱性的填充材料。
23.權(quán)利要求17的可返工的芯片直接焊接組件，其特征在于所述壓感粘結(jié)劑包括增強(qiáng)導(dǎo)熱性的填充材料。
24.權(quán)利要求16的可返工的芯片直接焊接組件，其特征在于所述壓感粘結(jié)劑包括使所述粘結(jié)劑涂層導(dǎo)電的填充材料。
25.權(quán)利要求17的可返工的芯片直接焊接組件，其特征在于所述壓感粘結(jié)劑包括使所述粘結(jié)劑涂層導(dǎo)電的填充材料。
26.可返工的芯片直接焊接(DCA)組件，包括包括具有上、下表面的載體元件和呈現(xiàn)粘結(jié)到所述載體元件下表面的上表面的散熱片的載體組件；在所述載體組件上的芯片固定位置；在所述載體元件內(nèi)的孔，它將所述散熱片的上表面露出，與位于鄰近所述孔周圍的所述載體元件上的導(dǎo)體接觸端一起形成所述芯片固定位置；具有上、下表面的箔層，在所述下表面上有粘結(jié)劑涂層，它在所述芯片固定位置處將所述箔層粘結(jié)到所述散熱片；被粘結(jié)到所述箔層上表面涂層的集成電路器件；及將所述集成電路器件連到所述載體元件上的所述接觸端區(qū)的電連接裝置。
27.權(quán)利要求26的可返工的芯片直接焊接組件，其特征在于所述箔層在所述上、下表面均有壓感粘結(jié)劑涂層，且所述集成電路器件在所述芯片固定位置處用所述壓感粘結(jié)劑涂層進(jìn)行粘結(jié)。
28.權(quán)利要求26的可返工的芯片直接焊接組件，其特征在于所述箔層是上、下表面均有壓感粘結(jié)劑的可剝離的鋁箔。
29.權(quán)利要求28的可返工的芯片直接焊接組件，其特征在于所述載體元件是撓性電路板和硬電路板之一。
30.權(quán)利要求29的可返工的芯片直接焊接組件，其特征在于在所述箔的表面的粘結(jié)劑層包括增強(qiáng)所述粘結(jié)劑層導(dǎo)熱性的填充材料。
31.權(quán)利要求29的可返工的芯片直接焊接組件，其特征在于在所述箔的表面的粘結(jié)劑層包括使所述粘結(jié)劑層導(dǎo)電的填充材料。
32.制造電子組件的方法，該電子組件包括被固定在載體組件上的芯片固定位置的具有平面的元件芯片，該載體組件包括用于將這個(gè)元件芯片與所述載體組件上其它元件相連的連線裝置，該方法包括形成穿過確定了芯片固定位置的所述載體組件的開孔；將粘結(jié)劑涂覆的箔層固定到跨過所述開孔的所述載體組件，所述開孔穿過所述載體，以形成帶有粘結(jié)劑涂覆的表面的芯片固定腔，該表面在所述腔的基面；將所述芯片在所述腔中固定，并被在所述腔的基面的所述粘結(jié)劑涂覆的表面所固定；及將所述芯片與所述載體組件連線裝置進(jìn)行電連接。
33.權(quán)利要求32的制造電子組件的方法，其特征在于所述載體組件通過將載體元件層疊到散熱片而形成；穿過所述載體組件的所述開孔包括穿過所述載體元件和所述散熱片的對準(zhǔn)開孔，且所述芯片固定腔的所述基面通過粘結(jié)到所述散熱片的粘結(jié)劑涂覆的箔層而形成。
34.權(quán)利要求33的制造電子組件的方法，其特征在于電連接所述芯片的步驟包括將所述芯片引線鍵合到所述載體組件，且所述方法進(jìn)一步包括應(yīng)用密封劑包圍所述芯片和所述鍵合引線。
35.權(quán)利要求34的制造電子組件的方法，其特征在于所述對粘結(jié)劑涂覆的箔層進(jìn)行粘結(jié)的步驟包括粘結(jié)在兩面均有粘結(jié)劑涂層的箔層，進(jìn)一步包括用沒粘結(jié)到所述散熱片的箔表面上的粘結(jié)劑涂層將所述電子組件粘結(jié)到安裝表面。
全文摘要
可返工芯片直接焊接結(jié)構(gòu)。疊層散熱片固定到載體組件。粘結(jié)劑將箔層固定到散熱片,并提供了芯片必須被去除和替換時(shí)的分離界面。通過將箔從散熱片剝離,箔、芯片和不可返工的管芯固定粘結(jié)劑作為一個(gè)整體被去除,固定位置上沒有留下需刮擦或研磨掉的芯片固定粘結(jié)劑。這種結(jié)構(gòu)提供了小外形的組件、可以返工/替換、縮短了連線長度并減小了鍵合引線環(huán)的高度。
文檔編號H01L23/373GK1190797SQ9712253
公開日1998年8月19日 申請日期1997年11月12日 優(yōu)先權(quán)日1996年12月13日
發(fā)明者馬克·肯尼斯·豪夫梅耶爾 申請人:國際商業(yè)機(jī)器公司