金属板及其成形方法 【技术领域】
本发明涉及一种金属板及其成形方法，更具体地说，一种用于半导体器件的称为加强板(散热板和增强板)的金属板，其中半导体芯片封装在其封装中，及其成形方法。
背景技术
近年来，LSI技术作为应用于多媒体设备实施的关键技术，正朝更高速度和更大容量数据传送的方向稳步进展。随着这种进展，LSI和电子器件之间的接口的更高密度封装技术也在进展。
作为用于高密度封装的封装技术，已经开发了多种封装技术。例如，有BGA(球栅阵列)封装，其中焊锡球端子取代引线端子，以矩阵排列状提供至封装表面。还有TBGA[载带球栅阵列(Taped Ball GridArray)]封装，其目的在于通过使用聚酰亚胺带作为封装基材料，实现高性能和多引脚。在一些TBGA封装中，称作加强板的散热板和增强板，被提供至半导体芯片的背面。
图1是表示具有加强板的示例TBGA封装的剖面图。如图1所示，在这种封装的TBGA封装116中，在由金属板制成的加强板100的表面中央部分提供凹入部分100a，并把半导体芯片108通过粘结层110b固定在这个凹入部分100a的底部。其上含有铜线104的聚酰亚胺膜102通过粘结层110a，被粘结至加强板100除凹入部分100a之外的表面。在铜线104上形成焊料保护膜105，它在其预定部分具有开口部分，于是焊料球(solder bump)106分别通过相应的开口部分连接至铜线104。接着，半导体芯片108的电极焊盘和铜线104的焊接区通过导线112互相连接。再有，半导体芯片108，铜线104的焊接区，和导线112与成型树脂114密封在一起。
另外，在必须增强封装地散热效果的情况下，例如，板翅式热沉，被粘结/安装在加强板100表面的相反面上，在其上安装半导体芯片108。因此，其上没有安装半导体芯片108的加强板100表面，最好保持平面状态。
图2A至图2C是表示现有技术中的加强板成形方法的剖面图。图3A和图3B是表示现有技术中加强板成形方法的问题的剖面图。例如，专利申请公开(KOKAI)Hei 11-102998中提出现有技术中的加强板成形方法。更具体地说，如图2A所示，首先模具128含有金属冲头120，夹紧金属元件122，并准备支承台124，接着作为加强板的金属板100x被放置在夹紧金属元件122和支承台124之间。
接着，如图2B所示，通过移动金属冲头120使之挤压金属板100x，形成预定凹入部分100a。此时，随着凹入部分100a的形成，同时形成凸出部分100b，它从金属板100x的另一表面凸出。
接着，如图2C所示，通过从连接部分A横向滑动切削刃126，切削凸出部分100b，在连接部分A金属板100x的基底部分和凸出部分100b相连接。
在现有技术中，加强板通过以上述成形方法使金属板成形100x制造。
但是，在现有技术的金属板成形方法中，在切削过程中导致切削刃126位置的垂直变化。因此，在切削刃126于切削过程中向上偏离的情况下，当通过切削刃126完成切削凸出部分100b时，切削刃126被卡在金属板100x的基底部分，如图3A所示。因此，此时仍剩余切片101a，这种切片连接至金属板100x。
作为针对这种情况的对策，有一种方法，它设定切削刃126的切削开始位置，以使切削刃126先向下偏移，然后切削凸出部分100b。但是，在这种方法的情况下，如图3B所示，通过切削刃126对凸出部分100b的切削在凸出部分100b的侧面部分完成，此侧面部分的位置低于连接部分A的位置，在连接部分A金属板100x的基底部分和凸出部分100b相连接。因此，在凸出部分100b切削后仍剩下台阶101b。
也就是说，所谓的球形台阶(global step)仍留在金属板100x的切削面一侧。因此，如果上述板翅式热沉被粘结/安装在切削面上，可能产生缺陷。
如上所述，由于切削刃126的高度在切削过程中沿垂直方向改变，切削凸出部分100b而不留下切片101a或台阶101b极端困难。
【发明内容】
本发明的一个目标是提供一种金属板成形方法和金属板，此方法能够通过在金属板的一个表面上形成凹入部分并切削由于上述形成而在另一表面形成的凸出部分，而使金属板成形，以如下的方式执行成形，不留下连接至金属板的切片，并且金属板的另一表面基本平整。
本发明提供一种金属板成形方法，它包括如下步骤：通过使用模具以冲压的方式使金属板成形，形成一种结构，其在金属板的一个表面上的预定部分形成第一凹入部分，并通过形成第一凹入部分而形成在金属板另一表面突出的凸出部分，在凸出部分的外围部分的预定部分形成第二凹入部分；并切削在金属板另一表面上形成的凸出部分。
在本发明中，如图4A和图4B，图5A和图5B，及图6A至图6C所示，首先通过使用模具冲压，在金属板10的一个表面S1上的预定部分形成第一凹入部分10a，并通过形成第一凹入部分10a而形成从另一表面S2突出的凸出部分10b。此时，同时在金属板10的另一表面S2的预定部分，在凸出部分10b的外围部分形成第二凹入部分10c。
另外，可以首先在金属板10的另一表面S2上形成对应于第二凹入部分10c的细凹入部分10e。接着，可以在金属板10的一个表面S1上形成第一凹入部分10a，并可以形成从另一表面S2突出的凸出部分10b。
接下来，通过切削装置26，切削在金属板10另一表面S2上形成的凸出部分10b。此时，最好切削操作通过切削装置26，从凸出部分10b的侧面部分B的某一位置开始，此位置与另一表面S2的高度相同。接着，切削装置26穿透相反一侧上的侧面部分C，因此凸出部分10b被切掉并从金属板10分离。
通过这种方法，即使在凸出部分10b的切削操作中产生切削装置26的垂直变化，切削装置26也能穿透凸出部分10b的侧面部分C，完成切削操作，因为第二凹入部分10c的深度D设定为大于切削装置26的垂直变化尺寸。
因此，不会产生切片11连接至金属板10并仍留下的缺点，切片11可以被切除并从金属板10完全地分离。另外，凸出部分10b的切面S3的高度几乎等于金属板10的另一表面S2，因此可以获得基本上平整的表面。因此，即使还在另一表面S2提供热沉，也不可能产生任何问题。
在上述金属板成形方法中，最好模具28包括夹紧金属元件22，它在其中部有空腔部分，金属冲头20，它安装在夹紧金属元件22的空腔部分，可在垂直方向移动，和安装在夹紧金属元件22下面的支承台24，支承台24在与金属冲头20对应的部分具有空腔，在与金属冲头20的外围部分对应的预定部分具有突出部分24a。
如果使用这种模具28，可以容易地成形如下结构，在上述金属板10的一个表面S1上的预定部分形成第一凹入部分10a，并通过形成第一凹入部分10a而形成在另一表面S2突出的凸出部分10b，在凸出部分10b的外围部分形成第二凹入部分10c。此后，金属板10的凸出部分10b可以通过上述方法切除。以这种方法，上述金属板成形方法可以通过使用上述模具容易地实施。
在这种情况下，引用上述图号和标符是为了使本发明易于理解。因此，它们不应该解释为对本发明的限定。
【附图说明】
图1是表示具有加强板的示例TBGA封装的剖面图；
图2A至图2C表示现有技术中的加强板成形方法的剖面图；
图3A和图3B表示现有技术中加强板成形方法的问题的剖面图；
图4A和图4B表示按照本发明具体实施方式的金属板成形方法的剖面图(#1)；
图5A和图5B表示按照本发明具体实施方式的金属板成形方法的剖面图(#1的变化)；
图6A至图6C表示按照本发明具体实施方式的金属板成形方法的剖面图(#2)；
图7表示半导体器件的剖面图，其中半导体芯片封装在含有加强板的TBGA封装中，加强板通过本实施方式的成形方法成形；
图8表示通过进一步为图7所示的半导体器件提供热沉获得的半导体器件的剖面图。
【具体实施方式】
下文将参照附图解释本发明的具体实施方式。
图4A和图4B，图5A和图5B，及图6A至图6C表示按照本发明具体实施方式的金属板成形方法的剖面图。在按照本发明具体实施方式的金属板成形方法中，首先准备如图4A所示的模具28。这种模具28基本上由夹紧金属元件22，金属冲头20，和支承台24组成。夹紧金属元件22在其中部有空腔部分，可沿垂直方向移动的金属冲头20安装在此空腔部分。安装在夹紧金属元件22下面的支承台24，在与金属冲头20对应的部分具有空腔。突出部分24a被提供至支承台24的某位置，此位置与金属冲头20的外围部分对应。
这些组成模具28的元件由例如碳化钨(WC)之类金属粉末烧结制成的硬质合金形成。通过移动金属冲头20至工件端，并随后以金属冲头20挤压工件，使工件被支承台24和夹紧金属元件22夹紧，这种模具28可以把工件挤压为预定的形状或在工件中冲压预定的形状。
因为上述突出部分24a被提供至此模具28的支承台24，通过金属冲头20不仅在工件一个表面形成第一凹入部分，并同时在另一表面形成凸出部分，而且在工件的另一表面上与支承台24的突出部分24a对应的位置，形成第二凹入部分。举例说来，在支承台24的外围部分形成的突出部分24a的高度H可以为2μm至30μm，最好大约为10μm，宽度W可以为0.3mm至2mm，最好为大约1mm。
举例说来，厚度大约为0.8mm的金属板10被安装在具有上述结构的模具28的夹紧金属元件22和支承台24之间。此金属板10由铜合金，不锈钢，铝等制成，并当此板使用上述模具28模压时起到加强板(散热板和增强板)的作用，等等。
接着，如图4B所示，如果金属板10被金属冲头20挤压，使金属板10置于夹紧金属元件22和支承台24之间并被模压，例如，在金属板10的一个表面S1上形成第一凹入部分10a，它基本上为方形且深度为0.4mm，并因为金属板10的一部分通过此第一凹入部分10a的形成而从另一表面S2突出，形成凸出部分10b。此时，由于提供至支承台24的与突出部分24a对应的部分，在金属板10的另一表面S2被挤压而导致塑性形变，而同时在凸出部分10b的外围部分的预定部分形成第二凹入部分10c。
由于半导体芯片被固定在第一凹入部分10a的底部，可以适当调整第一凹入部分10a的形状、尺寸、深度等，以符合各种半导体芯片的芯片尺寸和厚度。并且，由于第二凹入部分10c的形成要与支承台24的突出部分24a符合，它的深度D设定为距离金属板10的另一表面S2(不同于凸出部分10b的表面)2μm至30μm，最好大约为10μm，其宽度W可以为0.3mm至2mm，最好为大约1mm。
提供在金属板10的另一表面S2上形成的第二凹入部分10c，以使当金属板10的凸出部分10b在后面的步骤中被切削时，不在金属板10的另一表面S2上留下切片或球形台阶。
接下来，下文将解释把金属板10成形为图4B所示的形状的方法的变化。在上述实施例中，在金属板10中同时形成第一凹入部分10a，凸出部分10b和第二凹入部分10c的方法被例示。在这种情况下，如图5A和图5B所示，首先可以形成与第二凹入部分10c对应的细凹入部分10e，接着可以形成第一凹入部分10a和凸出部分10b。
接下来，将更详细地做出解释。如图5A所示，首先准备第一模具28x，它基本上由夹紧金属元件22x和支承台24x组成。用来形成与金属板10第二凹入部分10c对应的上述细凹入部分10e的突出部分24y，被提供至此支承台24x上。
接下来，金属板10被安装在第一模具28x的夹紧金属元件22x和支承台24x之间，接着对此金属板10用于冲压。接着，在金属板10的另一表面S2的预定部分，形成与第二凹入部分10c对应的环形细凹入部分10e。
接着，如图5B所示，准备与图4A所示的模具类似的模具(第二模具)28。接下来，金属板10被安装在模具28中，以使金属板10的另一表面S2被导向支承台24一侧，并且支承台24的突出部分24a装配入细凹入部分10e，接着对此金属板10应用冲压。
相应地，在支承台24的突出部分24a装配入金属板10的细凹入部分10e的情况下，在金属板10的一个表面S1上的预定部分形成第一凹入部分10a，并通过形成第一凹入部分10a而形成在另一表面S2突出的凸出部分10b。以这种方法，可以形成与图4B所示的金属板类似的结构。
接下来，下文将解释切除在金属板10的另一表面S2上形成的凸出部分10b的步骤。首先，准备用来切削金属板10的凸出部分10b的切削装置。如图6A所示，可以采用具有切削刃26的切削设备(未显示)作为切削装置。类似上述模具28的构成元件，这种切削刃26由硬质合金之类制成。接着，设定切削刃26的位置，以使切削刃26的上表面与已经经受冲压的金属板10的另一表面S2接触，或使其位置靠近另一表面S2，但不接触它。接着，切削刃26平行于金属板10的另一表面S2，滑向凸出部分10b侧。
相应地，如图6B所示，切削刃26的上端部分切入凸出部分10b的侧面部分B的某一位置，此位置与另一表面S2在同一高度，从而开始切削操作。接着，切削刃26穿透相反侧上的侧面部分C，因此凸出部分10b被切掉并从金属板10分离。
通过这种方法，即使在凸出部分10b的切削操作中导致切削刃26的垂直变化，切削刃26也能穿透凸出部分10b的侧面部分C，完成切削操作，因为第二凹入部分10c的深度D优选地设定为大约10μm，它大于切削刃26的垂直变化尺寸(例如，2至3μm)。换句话说，切削刃26从在开始切削操作时设定的位置向上偏离，当切削操作完成时，切削刃26的顶端部分也从不会切入金属板10的基底部分。
因此，切片11可以被切除并从金属板10完全地分离，不会产生切削操作之后切片11仍连接至金属板10并留下的缺点。另外，凸出部分10b的切面S3的高度基本上等于金属板10的另一表面S2。
按照本实施方式的成形方法，在凸出部分10b的切削操作完成之后，在金属板10的另一表面S2仍留有槽10d，其中凸出部分10b侧的第二凹入部分10c的深度减小。但是，由于这种槽10d作为细牙槽，局部残留在凸出部分10b形成区域的外围部分，因此可以说能够把金属板10的另一表面S2成形为基本平面。因此，与现有技术不同，在把板翅式热沉进一步提供至金属板10的另一表面S2的情况下，也不可能导致任何缺点。
以这种方法，如图6C所示，完成加强板10x，其中在一个表面S1上形成第一凹入部分10a，半导体芯片被固定在此，在另一表面S2上第一凹入部分10a外围部分附近或其外部形成细牙槽10d。
在这种情况下，在本实施方式中，如图4B所示，金属板10的第二凹入部分10c的形状例示为“]”形。但是可以采用U形，其中第二凹入部分10c的投影形状为半圆形等。也就是说，如果凸出部分10b可以切削，以使切削刃26从侧面部分B穿透至侧面部分C，可以选择任何形状作为第二凹入部分10c的形状。
接下来，下文将解释半导体器件，其中半导体芯片被封装在具有加强板10x的TBGA封装中，加强板10x通过上述实施方式的成形方法成形。
图7表示半导体器件的剖面图，其中半导体芯片封装在含有加强板的TBGA封装中，加强板通过本实施方式的成形方法成形。图8表示通过进一步为图7所示的半导体器件提供热沉获得的半导体器件的剖面图。
如图7所示，在按照本实施方式的半导体器件44中，其上含有铜线34的聚酰亚胺膜32通过粘结层30a，被粘结至通过上述成形方法成形的加强板10x的一个表面S1。焊料保护膜35形成如下结构，焊料球安装部分和铜线34的焊接区被暴露。焊料球36被安装在相应的焊料球安装部分上。
并且，通过粘结层30b半导体芯片38被固定在加强板10x的第一凹入部分10a的底部。半导体芯片38的电极焊盘和铜线34的焊接区通过导线40互相连接。另外，半导体芯片38，铜线34的焊接区，和导线40与成型树脂41密封在一起。
通过经粘结层30c，把板翅式热沉42粘结至图7所示半导体器件4 4的加强板10x的表面，表面上形成槽10d，形成图8所示的半导体器件44a。由于其余的构成元件与图7中的半导体器件44相同，这里将略去它们的解释。
如果采用本实施方式中的金属板成形方法，在加强板10x的表面上局部地形成槽10d，热沉42固定在加强板10x的表面上，但是除槽10d之外的表面部分可形成几乎同一水平的平面。因此，如上所示，当热沉42被通过粘结层30c固定至加强板10x时，不会产生困难。