封装制造技术

技术编号:3223464 阅读:98 留言:0更新日期:2012-04-11 18:40
本发明专利技术涉及VLSI芯片封装。衬底装置框架装置及顶盖装置形成一个具有内模腔的外壳。设在模腔中的第一连接装置与壳外的外接触装置形成电接触。具有第二连接装置的芯片放置在模腔内。至少一个互连膜与芯片相邻放置,并具有第三及第四连接装置。第三连接装置(9,21)布置成与芯片上的第二连接装置相接触。第四连接装置布置得与模腔内的第一连接装置相接触。对于第三及第四连接装置中选出者与第一及第二连接装置中选出者的连接分别地设置了各欧姆接触。(*该技术在2012年保护过期,可自由使用*)

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种用于集成电路的封装。用于电子元件的封装包括若干的电路元件,例如晶体三极管,二极管,电容器,电感及电阻。在许多情况下,多个元件连接在一个集成电路上。由于若干的理由,集成电路芯片需要封装。集成电路需要机械载体,防止环境影响,还需要电源,信号端子及散热。因而,封装的主要功能是作电路载体及保护、环境控制、功率配置、信号配置及导热。通常,为了满足这些条件需要多于一个的封装层,芯片的封装构成了第一封装层。至少通常使用多于一层的封装,因为所需的多个功能超出了由单个第一层封装所能得到的功能。超大规模集成(VLSI)芯片的出现不但简化了电路设计而且也简化了大部分封装设计。在很少的VLSI芯片上即可获得许多的电功能,这些芯片被装在封装中。这些芯片的封装安装在一个电路板上,如果需要的话,将一些分离元件也装在这个电路板上,与VLSI芯片装在一起,然而常常这些电路板变得非常复杂,因为在一个小区域中要集中极大数目的芯片端子。当要获得较高的引线密度时,出现了一种对电路板的替代物,它利用混合工艺及陶瓷封装,例如芯片载体,平板封装、插脚栅状阵列及更复杂的封装,这些封装能够作到由每个封装支承一个到多个百个的芯片。将数据个VLSI芯片和分离元件装在同一衬底上,并通过衬底上的多层导体将它们相互连接起来。但是仍然有必要将具有中等尺寸及有限数目焊区的多个VLSI燕片在一个或几个混合电路中互连起来,以便得到高性能的信号处理。芯片及封装之间的连接一般利用导线键合、焊接或带式自动键合来完成。导线键合是最通用的芯片键合工艺。但是它有局限性。其限制之一在于散热主要受芯片的背面限制。在最近一版的“微电子封装手册”)Rao.R.Tummala及Eugene J.Rymaszewski著,1989年)中,将认为合理的利用TAB(带式自动键合)工艺的每芯片最大接点数据估计为600接点/芯片。考虑导线键合,其预计值为约260接点/芯片。按1988年的制造工艺,允许对采用导线键合工艺为257接点/芯片,对于采用TAB工艺为320接点/芯片。由该说明书后文将会看到,所公开的一种封装超过了上述期望值。现今的封装可分成两个主要类型陶瓷封装及塑料封装。陶瓷封装一般具有较好的性能,而塑料封装则通常具有价廉的优点。在现今封装的问题中所不希望的是互连各芯片的导线的电感。任何附加的或不必要的信号线的长度将导致该线中电感的增加及延缓了信号的传送。尤其在高频应用中明显出现的另一问题是互连线起到了天线的作用,因而与其它信号线中的信号发生干扰。在导线键合处理的电路中,因而常常要注意使键合线的长度减至最小。封装内不同的材料中的不同的热膨胀将会引起封装中芯片或其它元件的破损,因为膨胀产生失配。散热及芯片冷却常常由于在芯片及顶盖之间的空间内填充了弱导热性能的低压气体或其它材料而削弱,其结果是导热物性差。由于对每个线键合及每个焊区需要大的工作量,因而用于芯片与封装之间电接触的生产费用很高。陶瓷衬底被证实为一种离子辐射(α粒子)源,由此产生保护电路免遭该辐射损害的问题。对此有时利用在陶瓷封装内的器件上涂上一种有机涂层来加以处理。本专利技术的目的是提供一种用于集成电路的封装,它在集成电路与封装外侧的外部接线点之间提供连接,并且消除了封装中材料之间的热膨胀失配。本专利技术的另一重要目的是提供一种用于集成电路的封装,采用由芯片的有源表面在两个主要方向上提供热路经改进由芯片到外界的热导。本专利技术的另一目的是提供一种用于集成电路的封装,它对热应力问题提供了解决办法,这种问题常常是由于封装的元件中不同的热膨胀在封装中引起的。本专利技术的又一个目的在于提供用于对包括在封装中芯片上的焊区与衬底上的焊区电连接的互连装置,并同时提供从芯片经由所述互连装置到外界的良好热导。本专利技术的又一目的是对于超大规模或圆片尺寸的芯片提供没有多于750信号及电源端子的封装。本专利技术的主要目的是利用设置根据权利要求1的封装来实现的。本专利技术的第二个目的是借助在芯片的一个有源表面的两个主要方向上设置热通路来达到的。本专利技术的其它目的及进一步构型由其余权利要求中所述的特征来实现。以下是该说明书中的一个术语表及它们的含义凸块利用将压力集中在焊区上来保证互连腊上的焊区与芯片上焊区之间电连接的凸起金属块,利用它提高接触压力和/或保证互连腊与被键合的芯片非焊区之间的机械隔离。一个凸块比用于作电接触的接触元件具有较小的接触区。芯片载体用于封装一半导体器件的封装形式。它具有围绕在其四周上的电端子或在其下方的焊区,而不用伸出的引线框架或插入式插脚。互连膜一个互连膜包括多层导体及接触区,用于例如连接芯片接触膜上的焊区,并提供连接到封装外面的焊区的电接触。芯片接触膜一个芯片接触膜是一种设在芯片上的具有多层导体的膜,用于接触到芯片上的焊区,为芯片上的电路之间提供互连及为接触互连膜提供焊区。OLB是外部引线键合(Outer Ledd Bodding)的缩写,是将一互连膜的焊区连接到该封装中其它焊区的工序。插脚栅状阵列(PGA)一种封装或互连图形,其特征为布置在规定的矩阵形式或阵列中的插入式电端子的多重性。TAB即带式自动键合(lape-automated-bonding),是一种工序使用热压键合将芯片连接到聚合物带上的刻成图形的金属上,例如聚酰亚胺带上的铜上,并接着利用外部引线键合放置到一个衬底或板上。层(tier)为焊区提供空间的衬底区。该焊区的目的在于将衬底导体连接到互连或键合导线上。为了全面地理解本专利技术及其它的目的与优点,以下将参照附图作出说明,附图为附图说明图1根据本专利技术封装第一优选实施例的剖面部件分解侧视图;图2根据本专利技术的一个互连膜的局部剖视图;图3-4根据本专利技术封装的一实施例中提供接触到下一层封装的焊区及接触表面;图5设有调节相互特性阻抗的分流平面的三个导体的顶视图;图6描绘在图5中的三个导体的侧视剖面图;图7根据本专利技术的封装的另一实施例的剖面部件分解侧视图;图8,9在根据本专利技术的封装的一个实施例中对互连膜及对下一层封装提供接触的焊区及接触表面;图10根据本专利技术的封装又一实施例的剖面部件分解侧视图;图11衬底及芯片之间布置的一个密封箔;图12根据本专利技术封装又一实施例的剖面部件分解侧视图;图13具有适合布置在本专利技术封装中形状的一种原晶片大小的芯片的顶视图;图14具有适合布置在本专利技术封装中形装的一个芯片的顶视图;图15根据本专利技术的一种芯片接触膜的局部剖面图;图16-17根据本专利技术的一个互连膜的两个不同导体层中两个相互垂直方向上的导体;图18在根据本专利技术的封装的一个实施例中由凸块压的力连接提供的互连膜及衬底之间的接触;图19在根据本专利技术封装的一个实施例中由导线键合提供的互连膜及衬底之间的接触;图20在根据本专利技术的封装的一个实施例中利用OLB提供的互连膜及衬底之间的接触;图21-23在根据本专利技术的封装中布置填充材料的不同方式;图24根据本专利技术封装的一个实施例的密封环;图25根据本专利技术封装的一个实施例中从热源到外界的主要热通路。第一优选实施例(图1)图1表示根据本专利技术封装的第一优选实施例的剖面剖部件分解侧视图。该封装的五个主要元件是衬底A1,互连膜A2,具有在有源表面上接触焊区的芯片A3,填充物A4及顶盖A5。标号1及2为α粒子屏蔽层。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种VLSI芯片的封装,其特征在于下列组合:a)按顺序用机械方法设置的一个衬底装置(Al、Bl、Cl、El)、一个框架装置(3、14、39)和一个顶盖装置(A5、B5、C5、E5),构成一个外壳,该外壳具有一个内模腔、设置于所说的模腔内部的、与在所说的外壳的外部的外接触装置(6、22、41)作由接触的第一连接装置(4、16、38);b)一个设置于所说的模腔内部的芯片装置(A3、B3、C3、E3),该芯片具有第二连接装置(8、19、40);c)至少一个毗邻所说的芯片装置(A3、B3、C3、E3)的互连膜装置(A2、B2、C2、E2),该互连膜具有第三连接装置(9、21、36)和第四连接装置(5、20、37),其中至少某些第三连接装置(9、21、36)是处于能构成与所说的芯片装置上的至少某些所说的二连接装置(8、19、40)相接触的位置,其中至少某些四连接装置(5、20、37)处于能形成于所说的模腔内部的至少某些所说的第一连接装置(4、16、38)相接触的位置,并且在于各欧姆接触各自设置在被选中的所说的三连接装置(9、21、36)和四连接装置(5、20、37)之上,以实现与被选中的所说的第一连接装置(4、16、38)和二连接装置(8、19、40)相连接。...

【技术特征摘要】
SE 1991-3-1 9100597-51.一种VLSI芯片的封装,其特征在于下列组合a)按顺序用机械方法设置的一个衬底装置(Al、Bl、Cl、El)、一个框架装置(3、14、39)和一个顶盖装置(A5、B5、C5、E5),构成一个外壳,该外壳具有一个内模腔、设置于所说的模腔内部的、与在所说的外壳的外部的外接触装置(6、22、41)作由接触的第一连接装置(4、16、38);b)一个设置于所说的模腔内部的芯片装置(A3、B3、C3、E3),该芯片具有第二连接装置(8、19、40);c)至少一个毗邻所说的芯片装置(A3、B3、C3、E3)的互连膜装置(A2、B2、C2、E2),该互连膜具有第三连接装置(9、21、36)和第四连接装置(5、20、37),其中至少某些第三连接装置(9、21、36)是处于能构成与所说的芯片装置上的至少某些所说的二连接装置(8、19、40)相接触的位置,其中至少某些四连接装置(5、20、37)处于能形成于所说的模腔内部的至少某些所说的第一连接装置(4、16、38)相接触的位置,并且在于各欧姆接触各自设置在被选中的所说的三连接装置(9、21、36)和四连接装置(5、20、37)之上,以实现与被选中的所说的第一连接装置(4、16、38)和二连接装置(8、19、40)相连接。2.一种如权利权利要求1所述的封装,其特征在于,一个将顶盖装置(A5、B5、C5、E5)压向所说的衬底装置的压力装置,所说的芯片装置(A3、B3、C3、E3)被浮置在模腔之内部,即不作任何键合,而保持在受来自所说的压力装置装置的所说的压力的位置上。3.一种如权利要求1所述的封装,其特征在于,a)在所说的模腔内,至少在衬底装置和芯片装置之间设置的比大气压低的低压,所说的芯片装置(A3、B3、C3、E3)被浮置于所说的模腔内部,即不作任何键合,而保持在受来自所说的压力装置的所说的压力的位置上。4.一种如权利要求3所述的封装,其特征在于,一个再所说的芯片装置(C3、D3)上背着所述芯片装置(C1、D1)一侧设置的密封薄片装置(32、34),它伸展与整个芯片面积,至少覆盖其边缘,并伸展到所说的芯片装置的边缘之外,以气密方式被固定在所说的芯片装置外部的所说的模腔部件上;一个被设置在芯片装置(C3、D3)外部的所说的薄片装置(32、34)所说的芯片装置(C3、D3)和所说的衬底装(C1、D1)包围的第一容积和内的第一低压;一个设置在所说的第一容积外部的模腔容积内的二低压;所说的地低压强于所说的第二低压;所说的顶盖(C5)被大气压压向所说的模腔。5.一种如权利要求所述的封装,其特征在于,所说的密封薄片装置和所说的互连膜装置是同一个元件,它的第三连接装置设置在覆给所说的芯片装置的部分,而它的四连接装置靠近它的边缘设置(图10)。6.一种如权利要求2至5中任何一项所述的封装,其特征在于,在所说的模腔内设置一吸收压力的填充物装置(A4、B4、C4、E4)。7.一种如权利要求6所述的封装,其特征在于,所说的吸收压力填充物装置是从下列物品凝胶、聚合物以及至少一个可变形的充气垫中选出的。8.一种如前述的权利要求中的任一项所述的封装,其特征在于,所说的顶盖装置(A5、B5、C5、E5)是可变形的;所说的模腔是以气迷方式被隔开的,其内部气压低于大气压力。9.一种如前述的权利要求中的任一项所述的封装,其特征在于,所说的顶盖装置(A5、B5、C5、E5)至少在中心部分是非弹性的,在所说的中心部分面向所说的模腔的一侧是平的;以及一个提供压力的装置,把所说的顶盖装置压向所说的衬底装置,提供一个大小能贯穿所说内部元件的压力。10.一种如前述各权利要求中任何一项所述的封装,其特征在于,至少在所说的芯片装置和所说的衬底装置之间设置至少具有阻碍α粒子特性的一个模(1、2、i、24),所说的膜是从下列材料填充有金属例子的塑料或金属,例如,铝或铜,或等同物中选出的。11.一种如权利要求10所述的封装,其特征在于,至少一种所说的α粒阻碍膜(ⅰ)被包括在所说的互连膜装置内(图5)。12.一种如前述各权利要求中任何一项所述的封装,其特征在于,所说的芯片装置(A3、L2)被安装在所说的衬底装置(A1,L1)和所说的芯片装置之间。13.一种如权利要求12所述的封装,其特征在于,至少某些用于接触所说的芯片装置上的第二连接装置(8)的第三连接装置(9)和用于欲接触放置于所说的模腔内部的第一接触装置(4)的第四连接装置(5)相互背向地安置,并通过所说的互连膜装置(A2)的材料相连接。14.一种如权利要求12或13所述的封装,其特征在于,所说的模腔内部的第一连接装置和所说的互连膜装置上的第四连接装置相互接触地放置,并且相互固定地连接,例如,焊接或熔接。15.一种如前述权利要求中任何一项所述的封装,其特征在于,在所说的衬底装置(49)上的第一连接装置(50)被设置在所说的衬底装置朝想模腔的一侧并在环绕所说的芯片装置(48)的区域内。16.一种如前述权利要求中任何一项所述的封装,其特征在于,所说的芯片装置被至于所说的模腔内部,其所说的第二连接装置背向于所说的衬底装置;而所说的互连膜装置(F2)被安排在所说的芯片装置上背向衬底装置一侧;在所说的模腔的内部的第一连接装置(45)被安置在环绕所说的芯片装置的区域内;以及对所说的互连膜装置(F2)上的第三连接装置(44)和所说的第一连接装置(45)提供键合(46)。17.一种如权利要求1至12、15和16中任何一项所述的封装,其特征在于,所说的在模腔内部的第一连接装置(16)被安置于内部的环形架台装置(15)之上;所说的互连膜装置(B2)的宽度覆盖了所说的芯片装置以及至少所说的架台装置(15)的一部分,在其与所说的第一连接装置(16)对齐的环行部分具有所说的第四连接装置(21)(图2)。18.一种如权利要求1至12及15至17中任何一项所述的封装,其特征在于,所说的衬底装置(B1)和所说的框架装置(14)是分离的单元;以及所说的第一连接装置(15)和所说的外部接触装置(16)在所说的框架...

【专利技术属性】
技术研发人员:卡尔斯特拉斯冈纳
申请(专利权)人:卡尔斯特电子公司
类型:发明
国别省市:SE[瑞典]

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