芯片载体制造技术

一种芯片载体，包括一芯片载体基片和至少一个以倒扣形式用焊球安装在芯片载体基片电路化表面上的半导体芯片。焊球被包封在中含有环氧树脂的第一密封剂中。电路化表面上至少一部分电路被包封在第二密封剂中，第二密封剂包括一种尿烷，且组分的选择要使第二密封剂的弹性模数等于或小于１０，０００磅／英寸↑［２］。当芯片载体经受热循环时，在第二密封剂与第一密封剂的交界面不出现内裂纹和界面裂纹，第二密封剂也不会从电路化表面上剥离。（*该技术在2014年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
这是由BrendaD.Frey、CharlesA.joseph、FrancesJ.Olshefski和JamesW.Wilson于1992年7月6日提出的申请号为07/909368的美国申请的部分继续申请。本专利技术通常涉及到芯片载体，更确切地说是带有至少部分地用紫外线辐照固化的保护涂层所覆盖的电路化表面的芯片载体。半导体芯片封装件中有一种包括一个或更多的安装在衬底(例如陶瓷衬底或塑料衬底)的电路化表面上的半导体芯片。这种通常称为芯片载体的半导体芯片封装件一般是打算用来安装在插件电路板或印刷电路板上的。如果例如采用表面安装，则芯片载体通常包括一个机械连接和电连接于形成在衬底上带有芯片并电路化了的表面周围的电接触焊点的引线框或夹边部件。以所谓的倒扣结构形式，在芯片载体衬底的电路化表面上，安装上一个或更多的半导体芯片，可以容易地获得相当高的芯片连接密度。在这种结构中，用焊球将芯片面朝下安装在衬底的可焊金属焊点上。然而，例如硅芯片的热膨胀系数(CTE)显著地不同于陶瓷衬底或塑料衬底的CTE。结果，只要芯片载体受到热起伏，焊球连接就会受到明显的应力，致使焊球连接的疲劳寿命减弱和降低。显然，采取将焊球包封在一种CTE在焊接球CTE的30%以内的密封剂中的办法，可以容易地克服这一问题。这种有用的密封剂的组分如美国专利4999699所公开的那样，包括譬如一种环氧粘合剂(如环脂肪族环氧化物粘合剂)和一种填料(如高纯熔融石英或非晶石英)，上述专利公开已被列为本申请的引证。如本专利所指出，粘合剂在室温下的粘度应不大于约1000厘泊，而填充料的最大粒度应不大于31μm。而且，在粘合剂和填料二者的总重量中，粘合剂应占约60%-25%，而填料应占约40%-75%。芯片载体衬底电路化表面上的电路，以及较小程度上说，以倒扣结构形式安装在电路化表面上的芯片，需要保护起来免受机械和环境的危害。为获得这种保护的一种技术是在芯片和电路化表面的至少一部分电路上，安装一个陶瓷帽。虽然使用这种陶瓷帽来获得机械和环境保护是有效的，但芯片载体的成本因此而显著增加。而且，陶瓷帽的存在妨碍了在芯片上直接安装热沉来发散芯片产生的热。相反，热沉必须安装在陶瓷帽上，并在每一芯片上表面和陶瓷帽之间必须有热润滑脂以便在芯片和热沉之间获得好的热接触。虽然这一方法对散热有效，但若能够将热沉直接安装在芯片上则更为方便。已经提出为了以相当低的成本来提供电路的机械和环境保护，可以用组分中包括环氧粘合剂和填料的涂层来覆盖芯片载体衬底电路化表面上的电路。这种填充的环氧涂层已用在芯片的上表面(不带电路)，证明是有用的。但也认识到这种填充的环氧涂层要用作芯片载体电路化表面上电路的保护涂层，必须(1)能够经得住0-100℃之间，每小时三次的热循环至少2000次的标准加速老化测试，而不在它与焊球密封剂的交界面处出现内裂纹或裂纹，因为水和其它不希望的化学物质会钻入裂纹并腐蚀电路，这种裂纹是不希望有的;(2)由于上述理由，应是疏水的;(3)能够经得住通常称之谓“舰船冲击”(shipshock)的第二标准热循环测试而不出现裂纹也不从芯片载体衬底上剥离，上述测试中的涂层热循环为-40-+65℃、每小时一次，至少10个循环;(4)离子浓度低(典型地由确保氯离子浓度低于10PPM而获得)以避免电路腐蚀和导体迁移，后一现象会导致不希望的短路′以及(5)固化要相当快因而方便。重要的是，当上述类型的填充环氧涂层从芯片载体电路化表面上芯片的上表面扩大到大尺寸(例如36mm×36mm)的芯片载体衬底电路化表面的电路时，这些涂层被证明是不能用的。亦即，当这些涂层经受上述的加速热老化测试时，在它们同焊球密封剂的交界面处总是出现内裂纹或裂纹。而且，当经受上述“舰船冲击”时，这些涂层总是从芯片载体衬底裂开或剥离。再者，这些涂层的固化要在炉中进行长时间(例如三小时)的烘焙，这样很费时间且不方便。因此，从事芯片载体开发的人们都在寻求(迄今尚未成功)这样一种芯片载体电路化表面上电路的保护涂层(1)相对不贵;(2)为对电路提供有效的机械和环境保护，要能够经得住标准热循环测试而不破裂也不剥离;(3)疏水的;(4)呈现低的离子浓度，以氯离子浓度低于10PPM为例;(5)固化相对快因而方便;以及(6)允许直接在芯片上安装热沉。本专利技术者发现用弹性模数相对高，即室温25℃时弹性模数大于10，000磅/英寸2(69兆帕)的前述环氧涂层来作为芯片载体电路化表面上电路的保护层时，这些涂层缺乏承受与上述热循环测试相关的应力所要求的挠性，导致裂纹和剥层。本专利技术还发现了一些组合物能够用紫外辐照相当快地(例如5秒之内)固化，以得到室温弹性模数等于或小于约10，000磅/英寸2的价格相对低的疏水涂层。这些组合物包括适当选择的和合适相对含量的丙烯酸盐聚氨(尿烷)低聚物、丙烯酸盐单体和光引发剂。这些涂层容易经得住热循环测试而不裂缝或剥层。此外，这些涂层的氯离子浓度低于10PPM，因而不引起离子诱导的腐蚀和迁移。而且，只要不将这些涂层加于电路化表面上芯片的上表面，则热沉可容易地直接安装在芯片上。本专利技术将参照附图进行描述，在这些附图中附图说明图1是芯片载体的第一最佳实施例的剖面图，这一芯片载体包括一个以倒扣结构形式安装在芯片载体衬底电路化表面上的半导体芯片，以及一个至少覆盖一部分电路化表面的保护涂层;以及图2是芯片载体的第二最佳实施例的剖面图，这一芯片载体包括一个面朝上安装在芯片载体衬底电路化表面上的半导体芯片，和一个至少覆盖一部分衬底电路化表面、一部分引线和一部分芯片的保护涂层，该半导体芯片带有从芯片的电路化上表面上的接触焊点延伸到衬底电路化表面上的接触点的引线。本专利技术涉及到一种芯片载体，它包括一个带有电路化表面的芯片载体基片，例如一个陶瓷基片或一个塑料基片，该电路化表面上以倒扣形式至少安装有一个半导体芯片。至少在一个半导体芯片和芯片载体衬底之间的焊球连接被包封在密封剂中，密封剂的组分包括例如环氧树脂，其CTE在焊球CTE的30%以内。此外，电路化表面上至少一部分电路用相对不贵的保护涂层覆盖起来，根据本专利技术选择何护涂层以使其(1)容易经得住上述的热循环测试，在10倍光学显微镜下观察时，涂层-焊球密封剂界面处不出现任何内裂纹或界面裂纹;(2)是疏水的;(3)氯离子浓度低于10PPM;(4)用紫外幅照可相当快和方便地固化;以及(5)允许将热沉直接安装在芯片上。如图1所示，根据本专利技术的芯片载体10的第一最佳实施例包括一个基片20，例如一个氧化铝之类的陶瓷基片或一个塑料基片。此基片20有一个电路化的表面30，它包括例如铜的电路线(未绘出)和电连接焊点40。采用例如含3%(重量比)的锡和97%的铅的焊球60，至少有一个半导体芯片50(例如硅芯片)以倒扣的形式安装在电路化表面30上，为了加强并增加芯片50和基片20之间的焊球连接60的疲劳寿命，焊球60被包封在密封剂70中，密封剂的CTE在焊球60的CTE的30%以内。如美国专利4，999，699所公开，焊球密封剂70的组分包括一个例如环氧粘合剂(如环脂肪族聚环氧化物粘合剂)和一个填料(如高纯熔融或非晶石英)。芯片载体10还包括一个例如铜的金属引线框即夹边部件80，它被机械和电连接到接触焊点40上，如S本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种芯片载体，其特征是包含：一个包括一带有电路的表面的基片，此电路至少有一个基片接触焊点；至少有一个面朝上安装在上述基片表面的半导体芯片，上述半导体芯片包括一个带有电路的上表面，上述电路至少包括一个芯片接触焊点；至少有一个从上述 芯片接触焊点延伸到上述基片接触焊点的引线，此引线用来将前一种接触焊点电连接到后一种接触焊点；以及一个至少覆盖并包封上述基片表面上的一部分上述电路以及上述引线的一部分的密封剂，上述密封剂的组分包括一种尿烷，且上述组分要选得使上述密封剂 在２５℃时的弹性模数等于或小于约１０，０００磅／英寸↑［２］。

【技术特征摘要】
US 1993-8-3 1011681.一种芯片载体，其特征是包含一个包括一带有电路的表面的基片，此电路至少有一个基片接触焊点；至少有一个面朝上安装在上述基片表面的半导体芯片，上述半导体芯片包括一个带有电路的上表面，上述电路至少包括一个芯片接触焊点；至少有一个从上述芯片接触焊点延伸到上述基片接触焊点的引线，此引线用来将前一种接触焊点电连接到后一种接触焊点；以及一个至少覆盖并包封上述基片表面上的一部分上述电路以及上述引线的一部分的密封剂，上述密封剂的组分包括一种尿烷，且上述组分要选得使上述密封剂在25℃时的弹性模数等于或小于约10，000磅/英寸2。2.如权利要求1的芯片载体，其特征是上述密封剂也覆盖并包封上述半导体芯片上表面的至少一部分。3.一种芯片载体，其特征是包含一个包括一带有电路的基片表面的基片，此电路至少有一个基片接触焊点;至少有一个面朝上安装在上述基片表面上的半导体芯片，上述半导体芯片包括一个带有电路的上表面，此电路至少有一个芯片接触焊点;至少有一个从上述芯片接触焊点延伸到上述基片接触焊点的引线，此引线用来将前一种接触焊点电连接到后一种接触焊点;以及一个...

【专利技术属性】
技术研发人员：阿兰沃尔特柴斯，詹姆斯瓦伦威尔森，
申请(专利权)人：国际商业机器公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]