專利名稱：元器件的密封封裝方法
例如從WO 99/43084中公開一種元器件的密封封裝方法。在那里，元器件且尤其是表面波元器件以倒裝技術(shù)被安置在一個(gè)設(shè)有可焊的連接面的基底上。同時(shí)，裝在芯片上的元器件通過焊臺(tái)(焊料球)并按照同基底的凈間距被焊到基底上，從而使位于芯片上的元器件構(gòu)造指向基底。為了密封封裝位于基底上的元器件，這些元器件最終用一片金屬薄膜或一涂有金屬的塑料薄膜(第一金屬層)從背面起被覆蓋和粘貼或?qū)訅涸诨咨?。在這里，薄膜在元器件之間與基底密封隔絕，從而形成用于元器件構(gòu)造的封裝。
通常，在將電氣元器件裝到基底上后，芯片的底邊和基底的與芯片相鄰的部位覆有一種材料(下墊片)，例如有機(jī)硅化合物或填充石英的環(huán)氧樹脂，在這些材料上面接著涂覆上述的第一金屬層。在另一實(shí)施形式中，例如將一塑料薄膜覆在元器件芯片的背面和基底的與元器件相鄰的部位上，接著使薄膜與基底密封連接。然后，在該薄膜上涂上第一金屬層。
為了密封封裝元器件，通常在第一金屬層上用電鍍或者無電流地沉積上一個(gè)第二金屬層。在電鍍過程中，少量的水可能進(jìn)入電氣元器件內(nèi)。水可能引起電氣元器件的緩慢腐蝕。迄今為止，在對(duì)第一金屬層進(jìn)行電鍍加強(qiáng)后，只通過通常在125℃下的加熱工序使水氣均勻散布在元器件里，而沒有全部從元器件里除去水氣。
因而，本發(fā)明的任務(wù)是提出一種電氣元器件的密封封裝方法，該方法實(shí)施起來簡(jiǎn)單并且避免了上述的缺點(diǎn)。
按照本發(fā)明，該任務(wù)通過一種按權(quán)利要求1所述的方法來完成。該方法的有利的實(shí)施形式見從屬權(quán)利要求。
本發(fā)明建議將一個(gè)裝在芯片上的元器件首先按照傳統(tǒng)的倒裝結(jié)構(gòu)形式安裝在一個(gè)基底上，即步驟A)，接著，在步驟B)中，按照常見方式用一種材料覆蓋住芯片的底邊和基底的與芯片相鄰的部位。接著，在步驟C)里，將第一連貫的金屬層涂覆在芯片背面、材料和基底的與材料相鄰的邊緣部位上。然后，按照本發(fā)明，將第二密封封閉的金屬層至少涂覆在覆蓋所述材料的第一金屬層部位上，其中，第二金屬層借助一種無溶劑的和特別是無水的作業(yè)來涂覆，即步驟D)?；蛘撸部梢圆捎美脽o水有機(jī)溶劑的電鍍方式。
與現(xiàn)有技術(shù)不同，第二金屬層不借助種電鍍來涂覆，在該電鍍中，水作為溶劑進(jìn)入元器件并因此可能引起元器件腐蝕。此外，第二金屬層不涂覆在具有第一連貫金屬層的所有部位上，而只涂覆在第一金屬層的蓋住絕緣材料的那些部位上。這樣做的優(yōu)點(diǎn)是，在本發(fā)明的方法中，可以明顯減少用于第二金屬層的金屬用量。
作為在步驟B)中的用于涂覆第二密封封閉的金屬層的無溶劑作業(yè)，可考慮使用有一系列作業(yè)。因此，例如可以將金屬薄膜熔敷在第一金屬層上。此外，該金屬薄膜在涂覆前有利地適應(yīng)于第一金屬層的輪廓(壓印)，從而使它形狀配合連接地貼在第一金屬層上。這樣做的優(yōu)點(diǎn)是，在將金屬薄膜熔敷到第一金屬層上時(shí)，產(chǎn)生了厚度均勻的第二金屬層，從而使它特別緊密地封住元器件。
此外，也可以在步驟D)里涂覆金屬微粒。這例如可以用噴射法來實(shí)施，在噴射法中噴射的是液態(tài)金屬小球。另外，在本發(fā)明方法的外一實(shí)施形式中，可以涂覆金屬膏并接著進(jìn)行焙燒。第二金屬層也可以借助CVD法或PVD法來涂覆。此外，第二金屬層也可是濺射上去的或者用無水的電解液電鍍地或無電流地沉積上去的。
可以使第二金屬層連貫涂覆在第一金屬層上。在此情況下，第二金屬層不僅蓋住第一金屬層的蓋住該材料的那些部位，而且也蓋住了第一金屬層的如蓋住芯片背面的其它部位。
在本發(fā)明方法的另一個(gè)有利的變型方案中，在涂覆第二金屬層之前可以去除第一金屬層的表面層以改善附著性。由于氧化過程往往在第一金屬層上形成金屬氧化層，所以，第二層金屬層只有限地粘在金屬氧化層上。因此，有利的是，在涂覆第二金屬層之前例如通過還原性氫等離子體來去除氧化層。
在本發(fā)明方法的另一實(shí)施形式中，在步驟B)中，涂覆材料例如是塑料薄膜，該塑料薄膜覆蓋芯片背面并同時(shí)使薄膜邊緣搭在芯片上。接著，該薄膜在芯片周圍的整個(gè)邊緣部位里與基底緊密連接。然后，在另一步驟C)里，在塑料薄膜上涂上第一金屬層。本發(fā)明方法的這個(gè)變型方案的優(yōu)點(diǎn)在于，步驟B)(涂覆塑料薄膜)和步驟C)(涂覆連貫的第一金屬層)可以特別好地相互獨(dú)立地進(jìn)行優(yōu)化。于是，與最后步驟D)共同作用地，通過涂覆第二金屬層就能使電氣元器件獲得特別可靠的密閉封裝。在本發(fā)明方法的這個(gè)變型方案中，密閉的第二金屬層有利地被涂在連貫的整個(gè)第一金屬層上。因此，尤其有利地確保了，對(duì)于按此方案封裝的元器件來說，水分不能通過這兩個(gè)金屬層進(jìn)入塑料薄膜里，而且也不能進(jìn)入元器件里。
在本發(fā)明方法的另一變型方案中，這樣選擇第一和第二金屬層的金屬以及在步驟D)里涂覆第二金屬層的作業(yè)條件，即在涂覆第二金屬層時(shí)，在這兩個(gè)金屬層之間的界面上形成一種金屬合金，其熔點(diǎn)高于260℃，這樣做的優(yōu)點(diǎn)是在焊入按照本發(fā)明封裝的元器件時(shí)，通常在低于260℃溫度下形成的金屬合金不會(huì)熔化，因而也不會(huì)不密封或者失去強(qiáng)度。這種封裝元器件可以沒有多大問題地借助標(biāo)準(zhǔn)焊接法作為表面安裝器件(SMD元器件)被焊裝上去。
作為第一金屬層，比較有利地涂上鈦-銅層，在鈦-銅層中，在一個(gè)很薄的作為增附材料的鈦層上涂上一個(gè)厚銅層。作為第二金屬層，有利地涂上錫或者其共晶體如錫-銀、錫-銅或者錫-銀-銅合金，或者一種由上述金屬構(gòu)成的混合物。這有如下優(yōu)點(diǎn)用于第一和第二金屬層的所述金屬或者合金是很便宜的，但同時(shí)在涂覆第二金屬層時(shí)，在第一和第二金屬層之間的界面處形成一種非低共熔的錫-銅合金，其熔點(diǎn)高于260℃。借助本發(fā)明方法的這個(gè)變型方案，可以特別有利地借助用于這兩個(gè)金屬層的廉價(jià)原材料來產(chǎn)生高熔點(diǎn)合金，該合金在標(biāo)準(zhǔn)焊接法中在標(biāo)準(zhǔn)溫度下不熔化。此外，用于第二金屬層的材料在形成合金前的熔點(diǎn)約為217℃-232℃。
在本發(fā)明方法的另一個(gè)變型方案中，也可以從一開始就在步驟D)里涂上一個(gè)金屬層，其熔點(diǎn)高于260℃。為此，例如采用錫-金合金，其熔點(diǎn)約為280℃。
本發(fā)明的方法可被用于密封封裝各種不同的以倒裝結(jié)構(gòu)形式安裝的元器件如表面波濾波器或其它的以及尤其是表面靈敏的元器件。
以下根據(jù)附圖還要對(duì)按本發(fā)明的方法進(jìn)行詳細(xì)的說明。


圖1表示本發(fā)明方法的步驟A)。
圖2A、2B表示步驟B)的兩個(gè)變型實(shí)施方式。
圖3A、3B表示在本發(fā)明的步驟C)之后的兩個(gè)在圖2A、2B中所示的元器件。
圖4A、4B表示在步驟C)之后在涂覆第二金屬層后的電氣元器件。
圖5表了在第一、第二金屬層之間形成的高熔點(diǎn)合金。
圖6-圖8表示在兩個(gè)元器件之間的基底分開，這些元器件已經(jīng)按照步驟A)-D)安裝在基底上并被觸點(diǎn)接通和封裝。
圖1表示在步驟A)之后的電氣元器件。可以見到一芯片1被固定在一個(gè)基底25上并被觸點(diǎn)接通，從而位于芯片上的元器件構(gòu)造5指向基底25。此外，焊料球10(焊臺(tái))按照同基底的凈間距固定元器件并同時(shí)使這些位于基底25上的連接面20與元器件導(dǎo)電連接。在這里，一個(gè)通孔金屬化15用于在連接面20和焊臺(tái)10之間的導(dǎo)電接觸。
圖2A表示本發(fā)明方法的步驟B)的變型方案。塑料薄膜30被連貫地覆蓋在芯片1背面上以及基底25的與芯片相鄰的部位上并接著在芯片3的整個(gè)邊緣部位里與基底密封連接。圖2B表示與圖2A所示方案一個(gè)替換方案。在芯片1底邊和基底25的與之鄰接的部位之間的空間被一種材料35覆蓋。該材料例如可由有機(jī)硅化合物構(gòu)成。
圖3A表示在步驟C)之后的圖2A所示元器件。在塑料薄膜30上已涂上第一金屬層40如鈦-銅層。圖3B表示也在工序C)之后的圖2B所示元器件。在這里，在材料35和芯片背面上同樣也涂有第一金屬層40。第一金屬層40例如可以是噴濺上去的。
圖4A表示在涂上第二金屬層(工序D))之后的圖3A所示元器件。在這里，第二金屬層已被涂覆在第一金屬層上，因而第一金屬層整個(gè)被第二金屬層蓋住。圖4B表示也在工序D)之后的圖3B所示元器件。在該實(shí)施形式中，第二金屬層只被涂在第一金屬層的蓋住材料35的那些部位上，這對(duì)于封裝來說就夠了。
圖5表示一個(gè)層50，它在涂覆第二金屬層45時(shí)形成于第一金屬層40和第二金屬層45的界面處。中間層50比較有利地具有一個(gè)大于260℃的熔點(diǎn)，因而，按照本發(fā)明的元器件封裝在焊接時(shí)不再熔化。若作為第一層涂覆鈦-銅層，則作為第二層，可以比較有利地使用錫或者用低共熔錫合金如錫-銀合金、錫-銀-銅合金或錫-銅合金。這種共晶體具有均勻的組成成分，其規(guī)定的熔點(diǎn)約為217℃-232℃。若第二金屬層在高于約280℃的溫度下也就是在錫/金的熔點(diǎn)下被涂覆在第一金屬層上，則第一層的銅微粒與第二層組成部分的化合生成了一種非低共熔的錫-銅合金，其熔點(diǎn)高于260℃。這種非低共熔合金中的銅含量高于上面提到的含銅低共熔合金的銅含量。
圖6表示多個(gè)元器件，它們已按步驟A)至D)被安置在基底上并被觸點(diǎn)接通和封裝。在這里，可以按照本發(fā)明的方法使相同的或各種不同的元器件在基底上進(jìn)行涂覆和封裝。芯片可以接著在用55標(biāo)注的劃分線處被分開。為此，如圖6中所示，例如借助一個(gè)激光在這樣的區(qū)域里蝕除第二金屬層45，即在這區(qū)域中使基底25分開。
圖7表示如何借助可選擇的化學(xué)腐蝕使根據(jù)上述激光法已露出的第一金屬層40被除掉。因此，例如可以采用氯化鐵溶液，它可選擇地蝕除由銅和鈦構(gòu)成的第一金屬層40，而并不侵蝕由錫或者錫合金構(gòu)成的第二金屬層45。在除去第一和第二金屬層之后，例如可以通過鋸切基底使芯片分開，如圖8所示。
本發(fā)明并不局限于在此所示的實(shí)施例?？梢杂衅渌淖冃头桨?，無論是關(guān)于第一和第二金屬層的材料，還是關(guān)于封裝元器件的類型。
權(quán)利要求
1.一種電氣元器件的密封封裝方法，該方法包括以下步驟A)將一個(gè)裝在一芯片(1)上的且有金屬化的元器件固定在一個(gè)具有電氣連接面(20)的基底(25)上，其中，該芯片(1)的帶有元器件構(gòu)造(5)的表面指向基底(25)，而且使該金屬化與該連接面電連接的焊臺(tái)連接(10)按照同基底的凈間距固定該芯片，B)如此涂上一種材料(35)，即它至少蓋住該芯片的底邊以及基底的與該芯片相鄰的部位，C)將連貫的第一金屬層(40)涂覆在該芯片背面、該材料(35)以及基底的與該材料相鄰的邊緣部位上，D)借助一個(gè)無溶劑的處理作業(yè)將密封封閉的第二金屬層(45)涂覆在該第一金屬層(40)的蓋住該材料(35)的那些部位上。
2.按權(quán)利要求1所述的方法，其中，在步驟D)中，將一金屬薄膜熔敷到第一金屬層(40)上。
3.按權(quán)利要求2所述的方法，其中，該金屬膜的形狀在涂覆之前匹配于第一金屬層(40)的外形輪廓，因而，該金屬膜形狀配合地貼在該第一金屬層上。
4.按權(quán)利要求1所述的方法，其中，在步驟D)里，涂覆金屬顆粒，然后使之熔化。
5.按權(quán)利要求1所述的方法，其中，在步驟D)里，涂覆金屬膏并使之被焙燒。
6.按權(quán)利要求1所述的方法，其中，在步驟D)里，借助CVD法或PVD法涂覆第二金屬層。
7.按權(quán)利要求1-6之一所述的方法，其中，該第二金屬層是濺射上去的。
8.按上述權(quán)利要求之一所述的方法，其中，該第二金屬層被連貫地涂覆在該第一金屬層上。
9.按上述權(quán)利要求之一所述的方法，其中，在涂覆該第二金屬層之前，將第一金屬層的表面層去掉以便改善附著性。
10.按權(quán)利要求9所述的方法，其中，一個(gè)位于第一金屬層上的氧化層通過氫等離子體被除去。
11.按上述權(quán)利要求之一所述的方法，其中，在步驟B)里，如此用一個(gè)塑料薄膜(30)覆蓋住芯片背面，即該薄膜的邊緣搭在芯片上并接著使該薄膜在圍繞芯片周圍的整個(gè)邊緣部位里與基底密封連接。
12.按上述權(quán)利要求之一所述的方法，其中，這樣選擇用于第一和第二金屬層的金屬和作業(yè)條件，即在步驟D)里，在涂覆第二金屬層時(shí)，在這兩個(gè)金屬層之間的界面上形成一種熔點(diǎn)高于260℃的金屬合金(50)。
13.按上述權(quán)利要求之一所述的方法，其中，作為第二金屬層，涂覆錫、錫-銀或錫-銀-銅合金或者由上述金屬構(gòu)成的混合物。
14.按上述權(quán)利要求之一所述的方法，其中，作為第一金屬層涂覆鈦/銅。
15.按權(quán)利要求14所述的方法，其中，在該第一和第二金屬層之間的界面上形成一種熔點(diǎn)高于260℃的錫-銅合金。
16.按上述權(quán)利要求之一所述的方法，其中，其它的芯片和/或元器件按照步驟A)-D)的方式被安置在基底上并與該基底觸點(diǎn)接通并被封裝。
17.按權(quán)利要求16所述的方法，其中，該基底接著通過在所述邊緣部位之外的在芯片之間的分開被分成單個(gè)的元器件或模塊。
18.按權(quán)利要求17所述的方法，其中，作為第二金屬層涂覆錫，作為第一金屬層涂覆鈦/銅，在要將該基底分開的區(qū)域里借助激光除去該第一金屬層，接著，該第一金屬層的通過激光而外露的部位通過化學(xué)腐蝕被去除，然后借助鋸切將該基底切分開。
19.按權(quán)利要求18所述的方法，其中，借助氯化鐵溶液將該第一金屬層去除掉。
20.將按上述權(quán)利要求之一所述的方法應(yīng)用于封裝表面波元器件的用途。
全文摘要
本發(fā)明涉及以倒裝結(jié)構(gòu)形式裝在一個(gè)基底(25)上的元器件的密封封裝，該元器件由具有元器件構(gòu)造(5)的芯片(1)構(gòu)成。本發(fā)明建議，在芯片底邊上和基底的與芯片相鄰的部位上涂上一種材料(35)，接著，將連貫的第一金屬層(40)涂在芯片背面、該材料(35)以及基底的鄰接于該材料的邊緣部位上。接著，為了密閉封裝，封閉的第二金屬層(45)借助無溶劑的作業(yè)被至少涂覆在第一金屬層(40)的蓋住該材料(35)的那些部位上。
文檔編號(hào)H01L23/04GK1608345SQ02826271
公開日2005年4月20日 申請(qǐng)日期2002年12月18日 優(yōu)先權(quán)日2001年12月28日
發(fā)明者A·施特爾茨爾, H·克呂格爾, E·克里斯特爾 申請(qǐng)人:埃普科斯股份有限公司