專利名稱：晶片規(guī)模封裝結構及其內使用的電路板的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及以晶片形式一次全部地重新排列和封裝電極焊盤的晶片規(guī)模封裝結構，以及使用這種晶片規(guī)模封裝結構的電路板。
本申請基于日本專利申請No.Hei.10-202227，在這里引入作為參考。
近些年來，隨著電子設備小型化和高性能的實現(xiàn)，要求構成電子設備的半導體器件和安裝有半導體器件的多層印制布線板小而薄，并具有高性能和高可靠性。在這種條件下，封裝已小型化，并且現(xiàn)已開發(fā)了基本上與芯片一樣大、稱做芯片尺寸封裝(CSP)的半導體器件?，F(xiàn)已提出制造芯片尺寸封裝的各種方法，但通常的做法是，將切下的芯片逐個地單獨封裝。例如，經常使用的是將每個芯片上的微小電極焊盤以柵格形式重新排列并用樹脂或類似物密封的方法。
然而，由于從晶片上切下的芯片逐個地單獨封裝，以上提到的方法存在產量降低、成本增加等等的問題。
考慮到以上情況，本發(fā)明的目的是提供一種產量高成本低的晶片規(guī)模封裝結構和晶片規(guī)模封裝結構中使用的電路板。
為了達到以上的目的，本發(fā)明的第一個要點是將晶片規(guī)模封裝結構設置成使重新排列的晶片的電極焊盤的電路板整體地疊置在晶片上，其中電路板可以分為單獨的芯片尺寸封裝(CSP)，并包括由聚酰亞胺樹脂作為主要成分制成的絕緣層，通過焊料進行晶片和電路板之間的連接，同時電路板用粘合劑疊置在晶片上。此外本發(fā)明的第二要點是在以上的晶片規(guī)模封裝結構中使用的電路板，以便重新排列晶片的電極焊盤，其中焊料突點形成在對應于晶片電極焊盤的電路板的電極部分中，形成電極部分和電極焊盤之間的連接。
即，設計根據(jù)本發(fā)明的晶片規(guī)模封裝結構以便重新排列晶片的電極焊盤的電路板一次全部地疊置在所述晶片上。電路板為可以分為單獨的芯片尺寸封裝(CSP)并且由含有聚酰亞胺樹脂作為主要成分的絕緣層構成的電路板。通過焊料進行晶片和電路板之間的連接，同時電路板通過粘合劑疊置在晶片上。以此方式，在根據(jù)本發(fā)明的晶片規(guī)模封裝結構中，切下的芯片不用逐個地單獨封裝，但將芯片的電極焊盤重新排列，同時它們以晶片的形式一次全部地封裝，此后它們被切成單獨的CSP。因此，產量變高，成本降低。此外，在根據(jù)本發(fā)明的電路板中，焊料突點分別地形成在電路板的電極部分中。借助這些焊料突點進行晶片和電路板之間的連接，由此所有的連接可以一次全部地完成。因此，電可靠性同樣很高。焊料還包括無鉛的焊料，例如Bi-Sn、Ag-Sn等。
在根據(jù)本發(fā)明的晶片規(guī)模封裝結構中，以上提到的絕緣層包括具有低熱膨脹性的金屬箔。此時，通過所述金屬箔可以減小電路板的熱膨脹程度，從而接近晶片的熱膨脹性。因此，減少了晶片的翹曲。
在根據(jù)本發(fā)明的電路板中，焊料突點形成在對應于母板的電連接部分的電路板的電極部分中，形成電路板和母板之間的電連接。此時，電路板疊置在晶片上之后，不需要附加地安裝焊料球。
在根據(jù)本發(fā)明的電路板中，提供在對應于電極焊盤的電路板的電極部分中焊料的熔點高于提供在對應于母板的電連接部分的電路板的電極部分中焊料的熔點。此時，不必擔心晶片規(guī)模封裝結構中的焊料(連接電極焊盤的焊料)在電路板安裝在母板上時的溫度下融化。因此，不必擔心將電路板安裝到母板上會減小連接的可靠性。
通過參考附圖對實施例的詳細介紹，本發(fā)明的特點和優(yōu)點將很顯然。
在附圖中

圖1為根據(jù)本發(fā)明晶片規(guī)模封裝結構的一個實施例的制造工藝的說明圖；圖2為以上提到的晶片規(guī)模封裝結構的制造方法的說明圖；圖3為以上提到的晶片規(guī)模封裝結構的制造方法的說明圖；圖4為以上提到的晶片規(guī)模封裝結構的制造方法的說明圖；圖5為以上提到的晶片規(guī)模封裝結構的制造方法的說明圖；圖6為以上提到的晶片規(guī)模封裝結構的制造方法的說明圖；圖7為以上提到的晶片規(guī)模封裝結構的制造方法的說明圖；圖8為以上提到的晶片規(guī)模封裝結構被切為CSP狀態(tài)的說明圖；圖9為以上提到的晶片規(guī)模封裝結構的改型的說明圖；圖10為以上提到的改型中使用的電路板的制造工藝的說明圖；以及圖11為通過圖10所示的工藝制造的電路板的說明圖。
下面將詳細介紹本發(fā)明。
根據(jù)本發(fā)明的晶片規(guī)模封裝結構由晶片和用于重新排列所述晶片的電極焊盤的電路板構成。
電路板由作為導體的銅電路和優(yōu)選地由聚酰亞胺樹脂構成的。絕緣層材料絕緣層材料還可以從環(huán)氧樹脂、酚樹脂、環(huán)氧樹脂玻璃等中選擇。
在晶片規(guī)模封裝結構中，焊料用于連接晶片的電極焊盤和電路板的銅電路。雖然所述焊料可以焊料突點的形式制備在晶片的電極焊盤上，但優(yōu)選預先在電路板的銅電路中形成焊料突點。根據(jù)所述方法，與通過焊線鍵合的連接不同，可以一次全部地制成所有的連接。此外，由于使用焊料，電可靠性同樣極高。
下面介紹晶片規(guī)模封裝結構的制造方法。
即，首先制備由銅層2和聚酰亞胺樹脂層(絕緣層)3構成的兩層基底1(見圖1)。接下來，如圖2所示，腐蝕兩層基底1的銅層2形成用于重新排列晶片7的電極焊盤8的電路2a(見圖5)。之后，開口部分3a形成在聚酰亞胺樹脂層3內。接下來，如圖3所示，電路2a的表面涂敷粘合劑4并烘干。此后，在干燥的表面內形成開口，焊料突點5分別形成在這些開口部分4a內(見圖4)。此外，具有預先通過鉆孔等形成的開口部分4a的粘合板(未顯示)放置在電路2a的位置上，并暫時地與電路2a的表面粘結后，可以形成焊料突點5。以此方式，制備了重新排列晶片7的電極焊盤8的電路板6。設計電路板6，以便它能分為如圖8所示的分立CSP。接下來，晶片7的電極焊盤8放置在電路板6的開口部分4a的位置上(見圖5)，并一次全部地按壓以便疊置(見圖6)。以此方式，晶片7的形成晶體管等的有源表面的密封和晶片7的電極焊盤8的排列可以同時以晶片規(guī)模進行。接下來，如圖7所示，用于與母板(未示出)連接的焊料球9分別固定在開口部分3a內，開口部分形成在聚酰亞胺樹脂層3內，并在與晶片7疊置的表面相對的表面內開口。之后，切割所述疊層以便分為分立的芯片7a。以此方式，可以得到CSP10(見圖8)。在圖8中，參考數(shù)字6a表示分離的電路板。
在所述的制造方法中，通過使用如氣體激光器、準分子激光器等的激光、或濕法腐蝕形成以上提到的開口部分3a和4a。
此外，優(yōu)選地以上提到的粘合劑4或粘合板為半硬化型或熱塑型，由于它以后將疊置在晶片7上?？梢允褂镁埘啺窐渲?、環(huán)氧樹脂、氨基甲酸乙酯樹脂、聚醚酰亞胺樹脂或這些樹脂的混合物等。
此外，為了形成焊料突點5，可以印制焊膏并回流到開口部分4a內，或焊料球可以借助開口部分4a內的助焊劑臨時地固定然后回流。此外，焊料突點5可以通過電鍍形成。
切割之后固定以上提到的焊料球9。此外，形成在圖4中電路板6一側上的焊料突點5可以預先形成在晶片7一側上。
對于本發(fā)明中使用的焊料，優(yōu)選地用于連接晶片7的焊料熔點高于與母板連接的焊料熔點。這是由于如果晶片規(guī)模封裝結構中的焊料(連接晶片7的電極焊盤8的焊料)在晶片規(guī)模封裝結構安裝在母板上時的溫度下融化，那么連接的可靠性將降低。
另一方面，如果晶片尺寸增加，當電路板6疊置在晶片7的所有表面上時，有時產生翹曲。此時，如果低熱膨脹性的金屬箔12設置在電路板6的聚酰亞胺樹脂層3內以使電路板6的熱膨脹性接近于晶片7的熱膨脹性時，可以改善翹曲。即，當電路板6與晶片7相互疊置時，由于加熱造成的電路板6和晶片7之間熱膨脹的差異產生晶片7的翹曲。因此，如果使電路板6的熱膨脹性接近于晶片7的熱膨脹性，可以減小翹曲。
圖9示出了低膨脹性的金屬箔12設置在電路板6的兩層基底11的聚酰亞胺樹脂層3內的晶片規(guī)模封裝結構。當?shù)团蛎浶缘慕饘俨?2如上述設置在聚酰亞胺樹脂層3內時，電路板6的熱膨脹程度減小，即使電路板6在高溫下疊置在晶片7上時，也可以抑制翹曲。
下面介紹所述兩層基底11的制造方法。
即，由銅層2和聚酰亞胺樹脂層3構成的兩層基底1、借助鉆孔等的方式預先形成在具有孔12a的低熱膨脹性金屬箔12(例如，F(xiàn)e-Ni合金箔)、以及聚酰亞胺膜13通過插在其中的聚酰亞胺粘合劑板14相互疊置。在加壓和加熱下粘接他們。以此方式，可以制造圖11所示的兩層基底11。
這里使用的低熱膨脹性的金屬箔12的熱膨脹性優(yōu)選不大于10ppm/℃。低熱膨脹性金屬的一個例子包括鐵-鎳合金。所述合金根據(jù)組分的比例有不同的熱膨脹性。對于在所述電路板中使用的鐵-鎳合金的組分比例，鎳含量優(yōu)選在31％到50％重量的范圍內。如果鎳含量超出所述范圍，那么熱膨脹性大于10ppm/℃，由此當電路板6疊置在晶片7上時，不能滿意地抑制產生的翹曲。
金屬箔12的厚度設置在10到200μm的范圍內，優(yōu)選從10到100μm的范圍內，最好在10到50μm的范圍內。如果厚度小于以上范圍，將不能限制電路板6的熱膨脹。另一方面，如果厚度大于以上范圍，那么很難將晶片規(guī)模封裝結構切為分立的封裝。
接下來，參考附圖介紹本發(fā)明的一個實施例。
圖7示出了根據(jù)本發(fā)明晶片規(guī)模封裝結構的一個實施例。在圖7中，參考數(shù)字1表示由銅層2和聚酰亞胺樹脂層3構成的兩層基底。參考數(shù)字4表示粘合劑。晶片7的電極焊盤8和電路板6的電路2a表面通過提供在所述粘合劑4的開口部分4a中的焊料5連接。參考數(shù)字9表示提供在電路板6的聚酰亞胺樹脂層3的開口部分3a中的焊料球。
以下面的方式制造所述晶片規(guī)模封裝結構。即，首先，制備由銅層2和聚酰亞胺樹脂層3構成的兩層基底1(見圖1)。接下來，通過腐蝕在銅層2中形成電路2a，借助準分子激光在聚酰亞胺樹脂層3中形成開口部分3a(見圖2)。接下來，如圖3所示，在加壓和加熱下聚酰亞胺粘合板4粘接到兩層基底1的電路2a的表面。之后，借助準分子激光形成開口。接下來，焊膏絲網(wǎng)印刷在這些開口部分4a中，并在氮氣氣氛中回流。此后，清洗助焊劑以便形成焊料突點5(見圖4)。由此制造的電路板6的焊料突點5放置在晶片7的電極焊盤8上，在加壓和加熱下粘接，進一步在壓力下加熱，并馬上冷卻。接下來，焊料球9借助助焊劑暫時地固定到在與晶片7相對的表面內開出的開口部分3a，并在氮氣氣氛中回流。此后，清洗助焊劑。由此，固定焊料球9(見圖7)。以此方式，可以制造所述晶片規(guī)模封裝結構。之后，切割所述晶片規(guī)模封裝結構由此得到大量的CSP 10。
在以上提到的實施例中，電極焊盤8一次全部地以晶片7的形式重新排列之后，如上所述晶片7被切為分立的CSP 10。因此，生產率很高，而成本很低。
雖然由銅層2和聚酰亞胺樹脂層3構成的兩層基底1用做以上提到的實施例中的兩層基底1，但所述兩層基底1可以由如圖11所示的包括低熱膨脹率的金屬箔12的兩層基底11代替。
接下來介紹實例。
例1制備由銅層2(厚度為18μm)和聚酰亞胺樹脂層3(厚度為25μm)構成的兩層基底1(見圖1)。接下來，通過腐蝕形成電路2a，借助準分子激光在聚酰亞胺樹脂層3中形成每個直徑為300μm的開口部分3a(見圖2)。接下來，加熱和加壓下(30kg/cm2和180℃下30分鐘)將聚酰亞胺粘合板4(由Nippon Steel Chemical Co.，Ltd制造；SPB-035A)與電路2a的表面粘接(見圖3)。此后，借助準分子激光形成每個直徑為100μm的開口部分。焊膏(由Nippon Steel ChemicalCo.，Ltd制造；Sn8RA-3AMQ，熔點240℃)絲網(wǎng)印刷在這些開口部分4a中，并在氮氣氣氛中回流。此后，清洗助焊劑以便形成焊料突點5(見圖4)。由此制造的電路板6的焊料突點5放置在晶片7的電極焊盤8上(進行Au快速電鍍)，在加壓和加熱下(40kg/cm2和175℃下1小時)粘接，進一步在壓力下加熱到260℃，并馬上冷卻。接下來，借助助焊劑焊料球9(每個直徑為500μm，熔點183℃)暫時地固定到在與晶片7相對的表面內開出的開口部分3a，并在氮氣氣氛中回流。此后，清洗助焊劑。由此，固定焊料球9(見圖7)。
例2使用具有聚酰亞胺樹脂層3中低熱膨脹性的金屬箔12的兩層基底11(見圖11)代替例1中使用的由銅層2和聚酰亞胺樹脂層3構成的兩層基底1。除了以上提到的之外，以和例1中相同的方式制造晶片規(guī)模封裝結構。
以上提到的具有金屬箔12的兩層基底11制備如下。
由例1中使用的銅層2和聚酰亞胺樹脂層3構成的兩層基底1、具有預先通過鉆孔形成的每個直徑為500μm的開口12a的Fe-Ni合金箔12(Ni含量重量的36％，厚度30μm)、以及聚酰亞胺膜13(由Du Pont-Toray Co.，Ltd制造；Kapton 25μm厚)通過聚酰亞胺板14(Nippon Steel Chemical Co.，Ltd；SPB-035A)疊置，如圖10所示，在加壓和加熱條件下(40kg/cm2和200℃下1小時)粘接，由此制造兩層基底11。
由此制造的例1和2中的晶片規(guī)模封裝結構在切割成分立的封裝之后用做芯片尺寸封裝(CSP)。
如上所述，根據(jù)本發(fā)明的晶片規(guī)模封裝結構，一次全部地以晶片的形式同時進行晶片功能表面的密封和晶片電極焊盤的重新排列。因此，可以非常有效地制造CSP，由此生產率變高，成本變低。此外，在根據(jù)本發(fā)明的電路板中，焊料突點分別形成在電路板的電極部分中。借助焊料突點進行晶片和電路板之間的連接，由此可以一次進行所有的連接。因此，電可靠性同樣非常高。
在根據(jù)本發(fā)明的晶片規(guī)模封裝結構中，以上提到的絕緣層包括低熱膨脹性的金屬箔。此時，電路板的熱膨脹性可以通過所述金屬箔降低，并接近于晶片的熱膨脹程度。因此，可以減小晶片的翹曲。
在根據(jù)本發(fā)明的電路板中，焊料突點形成在對應于母板的電連接部分的電路板的電極部分中，形成電路板和母板之間的電連接。此時，電路板疊置在晶片上之后，不需要安裝焊料球。
根據(jù)本發(fā)明，提供在對應于焊盤的電連接部分的電路板的電極部分中的焊料熔點高于提供在對應于母板的電連接部分的電路板的電極部分中焊料的熔點。此時，不必擔心晶片規(guī)模封裝結構中的焊料(連接電極焊盤的焊料)在電路板安裝在母板上時的溫度融化。因此，不必擔心將電路板安裝到母板上會減小連接的可靠性。因此，不必擔心由于電路板安裝到母板上會降低連接的可靠性。
雖然在帶有某種程度的特殊性的優(yōu)選形式中介紹了本發(fā)明，但應該理解優(yōu)選形式的本公開可以改變結構的細節(jié)和部件的排列和組合，同時不脫離下文要求的本發(fā)明的精神和范圍。
權利要求
1.一種晶片規(guī)模封裝結構，包括具有電極焊盤的晶片；電路板，疊置在所述晶片上以重新排列所述晶片的所述電極焊盤，可以由絕緣樹脂作為主要成分的絕緣層制成；將所述電路板疊置在所述晶片上的粘合劑；以及連接所述晶片的所述電極焊盤和所述電路板的導電構件，其中所述晶片和所述電路板同時分為分立的芯片尺寸的封裝。
2.根據(jù)權利要求1的晶片規(guī)模封裝結構，其中所述絕緣層包括低熱膨脹性的金屬箔。
3.根據(jù)權利要求2的晶片規(guī)模封裝結構，其中所述金屬箔的熱膨脹性不大于10ppm/℃。
4.根據(jù)權利要求2的晶片規(guī)模封裝結構，其中所述金屬箔包括鐵-鎳合金。
5.根據(jù)權利要求4的晶片規(guī)模封裝結構，其中所述金屬箔的鐵-鎳合金的鎳含量在31到50％的重量百分比范圍內。
6.根據(jù)權利要求1的晶片規(guī)模封裝結構，其中所述導電構件包括焊料。
7.根據(jù)權利要求6的晶片規(guī)模封裝結構，其中所述導電構件包括形成在所述電路板的電極部分上的焊料突點。
8.根據(jù)權利要求6的晶片規(guī)模封裝結構，其中所述焊料的熔點高于連接所述電路板和母板使用的焊料的熔點。
9.一種電路板，其將一次全部地疊置在晶片上，由此形成晶片規(guī)模封裝結構以重新排列晶片的電極焊盤，所述電路板包括由絕緣樹脂層作為主要成分制成的絕緣層；形成在所述絕緣層上的電路；以及連接晶片的電極焊盤和所述電路的導電構件，所述導電構件形成在對應于晶片的電極焊盤的所述電路的電極部分上，形成所述電路的所述電極部分和晶片的電極焊盤之間的連接。
10.根據(jù)權利要求9的電路板，其中所述絕緣層包括低熱膨脹性的金屬箔。
11.根據(jù)權利要求10的電路板，其中所述金屬箔的熱膨脹性不大于10ppm/℃。
12.根據(jù)權利要求10的電路板，其中所述金屬箔包括鐵-鎳合金。
13.根據(jù)權利要求12的電路板，其中所述金屬箔的鐵-鎳合金的鎳含量在31到50％的重量百分比范圍內。
14.根據(jù)權利要求9的電路板，其中所述導電構件包括焊料。
15.根據(jù)權利要求14的電路板，其中所述導電構件包括形成在對應于母板的連接部分的所述電路板的電極部分上的焊料突點，產生所述電路和母板之間的電連接。
16.根據(jù)權利要求15的電路板，其中所述焊料的熔點高于連接所述電路板和母板使用的焊料的熔點。
17.根據(jù)權利要求1的晶片規(guī)模封裝結構，其中所述絕緣樹脂是從聚酰亞胺樹脂、環(huán)氧樹脂、酚樹脂、環(huán)氧樹脂玻璃的組中選擇的。
18.根據(jù)權利要求9的電路板，其中所述絕緣樹脂是從聚酰亞胺樹脂、環(huán)氧樹脂、酚樹脂、環(huán)氧樹脂玻璃的組中選擇的。
全文摘要
一種晶片規(guī)模封裝結構,其中重新排列晶片的電極焊盤的電路板整體地疊置在晶片上。電路板可以分為單獨的芯片尺寸封裝(CSP),并包括聚酰亞胺樹脂層,通過焊料突點進行晶片和電路板之間的連接,同時電路板用粘合劑疊置在晶片上。
文檔編號H01L21/50GK1242602SQ9911038
公開日2000年1月26日 申請日期1999年7月15日 優(yōu)先權日1999年7月15日
發(fā)明者井上泰史, 杉本正和, 長澤德, 桶結卓司, 中村圭 申請人:日東電工株式會社