以浸渍工艺使用施加于焊接触点上的助熔底部填充组合物 制造半导体包装物或线路组件的方法 技术领域 本发明涉及以浸渍工艺使用施加于焊接触点上的助熔底部填充组合物制造半导 体包装物或线路组件的方法。
背景技术 半导体芯片通过焊点接合到衬底上的半导体器件组件可以使用底部填充密封材 料来填充半导体芯片和衬底之间的空间以帮助吸收应力和冲击。
施加底部填充密封材料的常规方法包括毛细管流动底部填充材料、 无流动底部填 充材料和晶片施加的底部填充材料。
迄今为止, 还没有作为浸渍工艺施加的底部填充密封材料, 更不用说具有助熔能 力的底部填充密封材料。直到现在。
发明内容 发明概述
本发明在一个方面中提供半导体包装物的制造方法, 它的步骤包括 :
a. 将充当助熔底部填充组合物的可固化组合物分配到容器中 ;
b. 调节所述可固化组合物在所述容器内的高度 ;
c. 提供附接了一个或多个焊接触点的半导体芯片并相对于所述容器分配所述芯 片满足所述焊接触点的至少一部分穿入所述可固化组合物以致在所述焊接触点的穿入所 述可固化组合物的部分上提供涂层 ;
d. 按间隔开的关系将该附接了一个或多个焊接触点的半导体芯片放置到线路板 或载体衬底上, 所述一个或多个焊接触点在其上具有可固化组合物的涂层以限定在它们之 间的间隙并产生半导体包装组件 ; 和
e. 使所述半导体包装组件经历足以使所述一个或多个焊接触点在所述间隙内回 流和使所述可固化组合物固化的条件, 其中所述一个或多个焊接触点在所述间隙内遇到线 路板或载体衬底。
在一个任选的步骤中, 考虑将附加量的所述可固化组合物分配到所述容器中和 / 或调节所述容器内的可固化组合物的高度, 以致确保恰当量的可固化组合物存在以便涂覆 所述一个或多个焊接触点。
本发明在另一个方面中提供通过使用一种组合物提供助熔和底部填充的方法, 它 的步骤包括 :
a. 提供附接了一个或多个焊接触点的半导体芯片 ;
b. 将助熔底部填充组合物分配到所述焊接触点的至少一部分上以在其上形成涂 层;
c. 将所述附接了一个或多个焊接触点的半导体芯片放置到线路板或载体衬底上,
所述一个或多个焊接触点在其上具有助熔底部填充组合物的涂层以在它们之间建立电互 连和形成组件 ; 和
d. 使所述组件经历足以将所述助熔底部填充组合物固化的升高的温度条件。
因此, 通过这些方法, 将半导体器件 ( 例如附接了一个或多个焊接触点的半导体 芯片 ) 放置到载体衬底或线路板上并当该器件经由回流移动时, 所述助熔底部填充组合物 提供对于形成焊接头所必要的作用并且所述助熔底部填充组合物的热固性树脂包封焊接 球体, 从而提供附加的支撑和保护。 因为这些方法允许焊接头形成和球体包封, 所以可以实 现更大的工艺优化。 可以消除传统毛细管流动底部填充所要求的设备和时间并可以显著地 提高生产量。
发明详述
因此, 如上所述, 本发明在一个方面中提供半导体包装物的制造方法, 它的步骤包 括:
a. 将充当助熔底部填充组合物的可固化组合物分配到容器中 ;
b. 调节所述可固化组合物在所述容器内的高度 ;
c. 提供附接了一个或多个焊接触点的半导体芯片并相对于所述容器分配所述 芯片满足所述焊接触点的至少一部分穿入所述可固化组合物以致在所述焊接触点的穿入 所述可固化组合物的部分上提供涂层 ( 希望地, 所述焊接触点应该接收其直径或高度的 25% -80%的所述组合物的涂层 ) ;
d. 按间隔开的关系将该附接了一个或多个焊接触点的半导体芯片放置到线路板 或载体衬底上, 所述一个或多个焊接触点在其上具有可固化组合物的涂层以限定在它们之 间的间隙并产生半导体包装组件 ; 和
e. 使所述半导体包装组件经历足以使所述一个或多个焊接触点在所述间隙内回 流和使所述可固化组合物固化的条件, 其中所述一个或多个焊接触点在所述间隙内遇到线 路板或载体衬底。
在一个任选的步骤中, 考虑将附加量的所述可固化组合物分配到所述容器中和 / 或调节所述容器内的可固化组合物的高度, 以致确保恰当量的可固化组合物存在以便涂覆 所述一个或多个焊接触点。 所谓的焊接触点是指焊接垫、 焊料球、 焊接球体或其它焊接电互 连件。
本发明在另一个方面中提供通过使用一种组合物提供助熔和底部填充的方法, 它 的步骤包括 :
a. 提供附接了一个或多个焊接触点的半导体芯片 ;
b. 将助熔底部填充组合物分配到所述焊接触点的至少一部分上以在其上形成涂 层;
c. 将所述附接了一个或多个焊接触点的半导体芯片放置到线路板或载体衬底上, 所述一个或多个焊接触点在其上具有助熔底部填充组合物的涂层以在它们之间建立电互 连和形成组件 ; 和
d. 使所述组件经历足以将所述助熔底部填充组合物固化的升高的温度条件。
本发明在另一个方面中提供线路组件的制造方法, 包括以下步骤 :
a. 将充当助熔底部填充组合物的可固化组合物分配到容器中 ;b. 调节所述可固化组合物在所述容器内的高度 ;
c. 提供附接了一个或多个焊接触点的半导体包装物并相对于所述容器分配所述 包装物满足所述焊接触点的至少一部分穿入所述可固化组合物以致在所述焊接触点的穿 入所述可固化组合物的部分上提供涂层 ;
d. 按间隔开的关系将该附接了一个或多个焊接触点的半导体包装物放置到线路 板或载体衬底上, 所述一个或多个焊接触点在其上具有可固化组合物的涂层以限定在它们 之间的间隙并产生线路组件 ; 和
e. 使所述线路组件经历足以使所述一个或多个焊接触点在所述间隙内回流和使 所述可固化组合物固化的条件, 其中所述一个或多个焊接触点在所述间隙内遇到线路板或 载体衬底 ; 和
f. 任选地, 将附加量的所述可固化组合物分配到所述容器中和 / 或调节所述容器 内的可固化组合物的高度。
本发明的热固性树脂可以包括例如任何常用的环氧树脂, 但是环氧树脂应该包括 芳族环氧树脂和脂族环氧树脂的组合。
适合的环氧树脂一般包括, 但不限于, 多价酚的多缩水甘油醚, 所述多价酚例如焦 儿茶酚 ; 间苯二酚 ; 氢醌 ; 4, 4′ - 二羟基二苯基甲烷 ; 4, 4′ - 二羟基 -3, 3′ - 二甲基二苯 基甲烷 ; 4, 4′ - 二羟基二苯基二甲基甲烷 ; 4, 4′ - 二羟基二苯基甲基甲烷 ; 4, 4′ - 二羟 基二苯基环己烷 ; 4, 4′ - 二羟基 -3, 3′ - 二甲基二苯基丙烷 ; 4, 4′ - 二羟基二苯基砜 ; 三 (4- 羟基苯基 ) 甲烷 ; 上述二酚的氯化和溴化产物的多缩水甘油醚 ; 酚醛清漆的多缩水甘油 醚 ( 即, 一元或多元酚与醛, 尤其甲醛, 在酸催化剂存在下的反应产物 ; 由通过将 2 摩尔芳族 氢化羧酸 (hydrocarboxylic acid) 钠盐采用 1 摩尔二卤代烷或二卤二烷基醚进行的酯化 获得的 2 摩尔的二酚的醚的酯化获得的二酚的多缩水甘油醚 ( 参见英国专利号 1,017,612, 该文献的公开内容据此明确引入本文作为参考 ) ; 和通过使酚和含至少两个卤素原子的长 链卤素链烷烃缩合获得的多酚的多缩水甘油醚 ( 参见英国专利号 1,024,288, 该文献的公 开内容据此明确引入本文作为参考 )。
其它适合的环氧化合物包括基于芳族胺和表氯醇的多环氧基化合物, 例如 N, N′ - 二缩水甘油基苯胺 ; N, N′ - 二甲基 -N, N′ - 二缩水甘油基 -4, 4′ - 二氨基二苯基 甲烷 ; N, N, N′, N′ - 四缩水甘油基 -4, 4′ - 二氨基二苯基甲烷 ; N- 二缩水甘油基 -4- 氨 基苯基缩水甘油醚 ; 和 N, N, N′, N′ - 四缩水甘油基 -1, 3- 亚丙基双 -4- 氨基苯甲酸酯。
多官能环氧树脂的尤其合乎需要的实例包括双酚 A 型环氧树脂、 双酚 F 型环氧树 脂、 苯酚酚醛清漆型环氧树脂和甲酚酚醛清漆型环氧树脂。
适合于在此使用的环氧树脂中包括酚类化合物的多缩水甘油基衍生物, 例如可 以商品名称 EPON 828、 EPON 1001、 EPON 1009 和 EPON 1031 从 Resolution Performance Co. 商购的那些 ; 可以商品名称 DER 331、 DER 332、 DER 334 和 DER 542 从 Dow Chemical Co. 商购的那些 ; 可以商品名称 RE-310-S、 RE-404-S 和 BREN-S 从 Nippon Kayaku, 日本 商购的那些。其它适合的环氧树脂包括由多元醇和类似物制备的聚环氧化物和苯酚 - 甲 醛酚醛清漆的多缩水甘油基衍生物, 它们中的后者可从 DowChemical Co 以商品名称 DEN 431、 DEN 438 和 DEN 439 商购。甲酚类似物也可从 Vantico, Inc. 以 ECN 1235、 ECN 1273 和 ECN 1299 商购。SU-8 是可以从 Interez, Inc. 获得的双酚 A 型环氧酚醛清漆。胺、 氨基醇和多元羧酸的多缩水甘油基加合物也可用于本发明, 它们中可商购的树脂包括得自 F.I.C.Corporation 的 GLYAMINE 135、 GLYAMINE 125 和 GLYAMINE115 ; 得 自 Vantico 的 ARALDITE MY-720、 ARALDITE MY-721、 ARALDITEMY-722、 ARALDITE 0500 和 ARALDITE 0510 和得自 Sherwin-Williams Co. 的 PGA-X 和 PGA-C。
脂族环氧树脂包括脂环族和环脂族环氧树脂, 它们的可商购实例包括 Dow 的 ERL 4221 和 Daicel 的 Celoxide 2021。
令人希望地, 环氧树脂包括双酚 F 环氧树脂和环脂族环氧树脂的组合。
助熔底部填充组合物除了所述环氧树脂组分之外还包括酸性助熔组分。 所述酸性 助熔组分应该包括二元羧酸, 希望地至少两种羧酸, 它们中至少一种是二元羧酸。例如, 戊 二酸和单环 C21 二元羧酸是以组合使用的适当选择。
所述酸性助熔组分应该按总计至多 40 重量%的量存在, 基于总组合物, 或分别存 在 5-18 重量%至 20-40 重量%戊二酸和单环 C21 二元羧酸。
所述酸性助熔组分初始用来为所述一个或多个焊接触点提供助熔剂, 然后用来使 所述热固性树脂固化。
所述组合物还包括催化剂例如锌基催化剂, 如辛酸锌、 磷酸锌、 环烷酸锌或新癸酸 锌, 或铋基催化剂如羧酸铋。 所述催化剂应该按 0.5-3 重量%的量使用。
还可以使用反应性稀释剂, 它们的可商购实例可以从 CVCChemicals 获得, 包括 邻甲苯基缩水甘油醚 (GE-10)、 对叔丁基苯基缩水甘油醚 (GE-11)、 新戊二醇二缩水甘油 醚 (GE-20)、 1, 4- 丁二醇二缩水甘油醚 (GE-21) 和环己烷二甲醇缩水甘油醚 (GE-22)。可 从 CVC 商购的其它反应性稀释剂包括蓖麻油三缩水甘油醚 (GE-35) 和丙氧基化甘油三缩 水甘油醚 (GE-36)。希望地, 组合物基本上是无溶剂或无非反应性稀释剂的, 这是重要的, 因为几乎没有挥发性有机化合物在加工期间蒸发。组合物在室温下的流变性因此应该在 1000-6000cps 之间。此种蒸发可能影响流变性以及使终端用户暴露于危险挥发性化学品。 然而, 对于某些加工应用, 例如喷射或喷雾, 可以经由溶剂的添加降低组合物的粘度。
助熔活化剂可以包括在组合物中。添加到常规无流动底部填充物中的助熔活化 剂往往使底部填充物中的环氧树脂组分过早固化。在此, 助熔活化剂不会不利地影响组合 物的稳定性。这些助熔活化剂的实例包括三苯基膦氧化物、 咪唑和反式 -2, 3- 二溴 -2- 丁 烯 -1, 4- 二醇, 通常可按小于 500ppm 的量使用。
此外, 可以在用于光学检验的组合物中包括染料或赋色组分。参见国际专利公 开号 WO 2009/013210。更具体地说, 赋色组分具有适当的颜色以促进助熔剂在其上施 加了该助熔剂的部件上的光学检测。赋色组分可以具有任何适合的类型并包括染料或 着色剂。颜色可以归因于材料的荧光性能。一种标准是给定赋色剂显示在组合物中的 适当溶解度。适合的赋色组分例如染料可以选自偶氮、 重氮、 三芳基甲烷、 氧杂蒽、 砜酞
(sulphonephthalein)、 吖啶 (acrdine)、 喹啉、 吖嗪、嗪、 蒽醌和 indigold 染料, 例如美国专利号 6,241,385 中所述那样。
希望地, 在利用红色光源的检测方法中, 赋色剂将包括蓝色、 绿色或紫色染料, TM 更希望地, 蓝色染料。这样的材料可以选自 Orasol NavyBlue 、 Janus GreenTM、 甲基紫、 TM TM 专 利 蓝、 Victoria blue R 、 结 晶 紫、 Irgalith Blue TNC , Irgalith Magenta TCBTM,Erythrosin extrabluishTM、 氯酚蓝、 溴酚蓝、 Savinyl blue BTM、 Orasol blue BLNTM、 若 TM 杜林紫、 氯化频哪氰醇、 溴化频哪氰醇、 碘化频哪氰醇、 SolophenylBrilliant Blue BL 、 TM TM TM Nileblue A 、 Gallocyanin 、 Gallamine Blue 、 天青石蓝、 亚甲基蓝、 Thinonin Toluidine TM TM Blue O、 亚甲基绿和 AzureA/B/C 、 Savinyl Green B 、 Savinyl Blue RS、 D+C Green 6TM、 Blue VIFOrganolTM、 Celliton Blue ExtraTM、 Alizarin Blue STM、 Nitro Fast GreenGSB、 TM Chinalizarin( 茜 素 红 )、 Oil Blue N、 Solvay Purple 和 它 们 的 组 合, 如美国专利号 6,241,385 中所述。
希望地, 在利用红色光源的检测方法中, 赋色剂将包括可以选自一种或多种基于 蒽醌的化合物的蓝色、 绿色或紫色染料。重要地, 这种组分的适当选择便于通过光学装置 的助熔检查。这经由与自动化挑选和放置设备中的照明光源的协同相互作用以致助熔剂 看起来是黑色而实现。例如, 如果照明光源是红色的, 则蓝色赋色组分是有利的。可以排斥 对于可靠焊接而言具有不足够助熔的组分。或者, 如果照明光源在性质上是紫外线 (UV), 则可以按类似方式利用是发荧光的组分的适当的发荧光赋色组分。条件是发荧光赋色 剂显示在所述助熔剂介质中的适当溶解度, 适合的荧光染料可以例如选自双苯并 氧杂蒽、 噻吨、 香豆素和若丹明。希望地, 荧光赋予剂将选自一种或多种基于双苯并 的化合物, 例如 2, 5- 双 (5′ - 叔丁基 -2- 苯并
唑基 唑基(bisbenzoxazolyls)、 苝、 蒽、 靛蓝类和硫代靛蓝类、 咪唑、 萘二甲酰亚胺 (naphtalimides)、 唑基 ) 噻吩。本发明组合物 ( 不论呈助熔底部填充物或助熔焊接糊剂形式 ) 还提供在焊接之前 良好的初始强度和然后坚固的焊接接头。这样, 它提供各种可归因于良好助熔的性能, 例 如从 PCB 或其它衬底的金属表面移除氧化物层, 和保护清洁接头表面以免氧化直到焊接进 行。这允许改进的金属间接触。
可以使用本文给出的本发明方法组装半导体包装物。
例如, 将其一个表面附接了焊接触点的半导体包装物 ( 例如 CSP/BGA) 浸入含助熔 底部填充组合物的容器中到至少部分覆盖焊接触点的表面的程度。 然后将该半导体包装物 的附接了助熔底部填充物涂覆的焊接触点的表面对齐和放置在和放置到载体衬底 ( 例如 线路板 ) 上并暴露于焊接回流条件下以产生半导体组件。例如, 热流 ( 按照 W/g) 刚好在 100℃以下开始增加并在大约 193℃达到最大。
通过这样, 通过助熔底部填充组合物本身激活了焊接触点, 并且半导体包装物的 自对齐可以在回流过程中发生。重要地, 不要求回流后的粘合剂方法。这对该方法是显著 的时间、 劳动和成本节约, 这将改进生产量。
线路板可以由 Al2O3、 SiN3 和莫来石 (Al2O3-SiO2) 的陶瓷衬底 ; 耐热树脂, 例如聚酰 亚胺的衬底或带材 ; 玻璃增强的环氧树脂或苯并 嗪; 也通常用作线路板的 ABS 和酚醛衬 底; 和类似物构造。为了便于连接, 电极可以形成为突起物形式。
焊接触点可以由各种金属, 例如 Pb、 Sn、 Ag、 Cu、 Bi、 Ni、 Ge、 Sb、 Zn、 Ga、 Al 和它们的 组合、 混合物和合金构造。例如, 当使用时, Pb 可按 30 重量% -99 重量%的量存在于合金 中, 其余部分是 Sn 和 / 或 Ag。或者, 例如, 当存在时, Ag 可以按 0.5-5 重量%的量存在于合 金中, 其余部分是 Sn、 Cu、 Ni、 Ge、 Ga、 Al 和 Sb。更具体地说, 以下金属混合物中的一种或多 种可能是有用的 :
Sn-Pb 系列Sn63-Pb37 Sn10-Pb90 Sn5-Pb95 Sn62-Pb36-Ag2 Sn63-Pb34.5-Ag2-Sb0.5 Sn-Ag-Cu 系列 Sn96.5-Ag3.5 Sn-Ag1-Cu0.5 Sn-Ag2.6-Cu0.6 Sn-Ag3-Cu0.5 Sn-Ag3.2-Cu0.5 Sn-Ag3.5-Cu0.75 Sn-Ag3.8-Cu0.7 Sn-Ag4-Cu0.5 Sn-Ag-Cu-Ni-Ge 系列 Sn-Ag1-Cu0.5-Ni0.05-Ge Sn-Ag1.2-Cu0.5-Ni0.02-Ge Sn-Ag3-Cu0.5-Ni0.05-Ge CASTIN 系列
Sn-Zn 系列 Sn91-Zn9 Sn-Zn8-Ag0.5-Al0.01-Ga0.1 Sn-Bi 系列 Sn58-Bi42 INNOLOT 系列 SnAg3.8Cu0.7Bi3Ni0.15Sb1.4连同这些方法描述的助熔底部填充组合物也可以显示用于所谓的层叠封装 (″ PoP″ ) 方法的潜力。 在 PoP 方法中, 在板组装过程中将一个部件置于另一个部件之上。 第一级部件的上表面沿着圆周具有垫以便于第二级部件的附接。当今, 面对 PoP 装配器的 挑战是用于第二级包装的附接方法。当前, 许多 PoP 装配器使用粘性助熔浸渍来附接部件。 如同本文描述的助熔底部填充组合物的情况, 在放置之前将部件浸入粘性助熔剂中。当组 件经由回流移动时, 助熔剂活性允许焊接头形成。然而, 粘性助熔剂仅便于焊接头形成 ; 不 提供附加的器件保护。当改为使用助熔底部填充组合物时, 互连件形成并且焊接球体具有 来自封装的附加保护层。
助熔底部填充组合物可以用于各种加工应用。例如, 所述组合物可用于环氧树脂 助熔剂 - 接触点附接, 其中使用所述组合物使焊接触点附接于层压包装物上。在这种应用中可以经由喷射 / 喷雾、 针转移、 浸渍 ( 如本文所论述 ) 和印刷而分配所述组合物。
本发明组合物显示改进的工作寿命, 时常能够耐受环境条件 ( 例如 20-30℃, 具有 20-70% RH) 高达大约至少 24 小时的时期。
本发明组合物也是可再加工的, 因为在将包装物组装后回流 ( 例如在空气、 氮气 中, 和形成大气压 ) 后, 如果例如发现缺陷, 则可以在焊接触点处拆卸部件并放置新部件替 代它。
在有些情况下在助熔底部填充组合物中包括焊接粉末本身可能是合乎需要的。 在 这样的情况下, 将形成助熔焊接糊剂。适当的焊接粉末的实例将是如上所述的那些。如此 形成的焊接糊剂可以在用于电源组、 TIM1 应用和浸渍糊剂 ( 例如用于 PoP) 的模片固定应 用中使用。
因为所述助熔焊接糊剂包括环氧树脂组分, 所以显示出与底部填充组合物改进的 相容性, 尤其是当所述底部填充组合物也含环氧树脂时。
下面更详细地经由组分和某些物理性能举例说明本文描述的可与也在本文中描 述的工艺相关地使用的助熔底部填充组合物。 具体实施方式
实施例 样品编号 1-2 在下表 1 中给出。 表1
这些样品的某些物理性能示于表 2 中。 表2
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