專利名稱：包括密封間隙和防止蒸汽誘發(fā)故障的集成電路封裝及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及包含濕氣排放口的集成電路(IC)電子封裝及其這種封裝的制造方法。
背景技術(shù)：
將利用半導(dǎo)體芯片的電子器件裝配在物理地支撐芯片及在芯片和電路的其它元件之間電發(fā)送信號(hào)的基板上。將這種芯片貼附到基板上的一個(gè)現(xiàn)有技術(shù)的方法包括，將具有凸起表面的芯片貼附到基板(例如，倒裝芯片)上，利用底層填料將凸起的芯片固定在基板上。將散熱器貼附到芯片上方，并用于散發(fā)電子器件工作期間產(chǎn)生的熱量。在此將該結(jié)構(gòu)稱作為IC封裝。
圖1描繪了根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的IC封裝。用底層填料12將芯片10貼附在基板11上(即，由柔性、塑料材料等形成)。散熱器13裝配在芯片10上方。例如，IC封裝15利用焊料球14貼附到印刷電路板上。該貼附需要高的溫度(例如，對(duì)于低共熔焊料需要220℃，且對(duì)于無鉛焊料甚至需要更高的溫度)，其能夠蒸發(fā)IC封裝15內(nèi)的間隙16中捕獲的任何濕氣，而且使間隙16中捕獲的任何氣體膨脹。間隙16中捕獲的濕氣可以是在IC封裝的塑料材料，如基板11、底層填料12和各種粘接劑中吸收濕氣的結(jié)果。
間隙16中高的蒸汽壓可能會(huì)導(dǎo)致散熱器13從IC封裝15上剝離和脫膠，如圖2所示。間隙16內(nèi)部捕獲的蒸汽3克服了粘接劑的機(jī)械結(jié)合強(qiáng)度，其不再壓制散熱器13。接著蒸汽3突然釋放。這在本領(lǐng)域中一般稱為“爆米花效應(yīng)”。而且蒸汽壓可能會(huì)導(dǎo)致其它的故障，如芯片10和散熱器13之間、芯片10和底層填料12之間、底層填料12和基板11之間、以及支肋(stiffener)32和基板11之間的剝離和脫膠。
對(duì)于該困境的現(xiàn)有技術(shù)的解決方案，如在此通過參考引入的美國專利6,215,180，通過在散熱器層或基板自身中包括小孔減輕了爆米花效應(yīng)。由于小孔將間隙中的蒸汽暴露于周圍環(huán)境中，所以避免了在間隙中的壓力累積，由此防止了爆米花效應(yīng)。然而，現(xiàn)有技術(shù)的小孔受到限制，即只要將小孔暴露于周圍環(huán)境中，它們就能使蒸汽排出。通常，各層隨后的分配，如粘接劑或另外的散熱器，覆蓋或填充了IC封裝中密封間隙的小孔。結(jié)果，可在密封間隙之后的工藝步驟中加熱殘留的濕氣，但仍會(huì)出現(xiàn)爆米花效應(yīng)。
其它現(xiàn)有技術(shù)的解決方案包括利用蒸汽可滲透的散熱器，和依賴散熱器或粘接層的機(jī)械強(qiáng)度或柔性來抵消過多的蒸汽壓。這些技術(shù)都需要昂貴的、非常規(guī)的散熱器結(jié)構(gòu)和材料。而且，這些現(xiàn)有技術(shù)的解決方案會(huì)受到爆米花效應(yīng)的影響，因?yàn)檎羝麎喝詴?huì)超過散熱器的滲透性或粘接劑的界面機(jī)械強(qiáng)度。
因此，希望IC封裝包括用于減輕蒸汽壓的的裝置，其不會(huì)受到

發(fā)明內(nèi)容
通過在一個(gè)方面包括集成電路封裝的制造方法包括幾個(gè)步驟，來滿足在形成電子器件的每個(gè)工藝步驟、以及器件工作期間防止爆米花效應(yīng)的IC封裝的需要。第一步是將半導(dǎo)體芯片貼附到包括支肋的基板上。第二步包括將粘接層分配到支肋的頂部上。第三步包括將散熱器貼附到粘接層上。另外，分配粘接層的步驟包括，通過將粘接層分配到圖案中而生成至少一個(gè)通孔的步驟，該圖案在貼附了散熱器后允許將集成電路封裝中捕獲的蒸汽釋放掉。
在另一個(gè)實(shí)施例中，通孔允許釋放回流焊期間蒸發(fā)的濕氣。在另一實(shí)施例中，在回流焊的初始階段產(chǎn)生蒸汽的釋放，其中在回流焊時(shí)的溫度升高期間間隙16中的蒸汽壓超過了周圍環(huán)境的蒸汽壓。在另一實(shí)施例中，在回流焊的過程中連續(xù)地出現(xiàn)蒸汽的釋放。
在另一實(shí)施例中，至少一個(gè)通孔橫向穿過散熱器和支肋之間的粘接層而延伸。在另一實(shí)施例中，至少一個(gè)通孔穿過集成電路封裝延伸到IC封裝的側(cè)外部表面。
在另一實(shí)施例中，生成至少一個(gè)通孔的步驟進(jìn)一步包括利用模板生成在貼附散熱器后能夠釋放濕氣的圖案。
在本發(fā)明的另一方面，集成電路封裝的制造方法包括幾個(gè)步驟。第一步包括將半導(dǎo)體芯片貼附到包括支肋的基板上。下一個(gè)步驟包括將第一粘接層分配到支肋的頂部上。隨后的步驟包括將第二粘接層分配到半導(dǎo)體芯片的頂部上，緊接著的一個(gè)步驟是將散熱器貼附到第一和第二粘接層上。另外，分配第一粘接層的步驟還包括通過將第一粘接層分配在圖案中而生成至少一個(gè)通孔的步驟，該圖案在貼附了散熱器后能夠釋放集成電路封裝中捕獲的蒸汽。
在另一實(shí)施例中，第一粘接層是結(jié)構(gòu)性粘接層，且第二粘接層是熱粘接層。
在本發(fā)明的另一方面中，集成電路封裝包括包括支肋的基板，貼附到基板上的半導(dǎo)體芯片，在支肋頂部上的粘接層，以及貼附到熱粘接層和結(jié)構(gòu)性粘接層上的散熱器。另外，粘接層形成至少一個(gè)通孔，用于釋放蒸汽。
在本發(fā)明的另一方面中，集成電路封裝包括包括支肋的基板，貼附到基板上的半導(dǎo)體芯片，在支肋頂部上的第一粘接層，在半導(dǎo)體芯片上的第二粘接層，以及貼附到第一和第二粘接層上的散熱器。另外，第一粘接層形成至少一個(gè)通孔，用于釋放蒸汽。
本發(fā)明提供了從下面的說明書、附圖和權(quán)利要求書顯而易見的許多優(yōu)點(diǎn)。


參考下面的圖，可更徹底地理解本發(fā)明圖1描繪了現(xiàn)有技術(shù)的IC封裝；圖2描繪了由于IC封裝內(nèi)幾個(gè)間隙中含有的濕氣蒸發(fā)并引起高蒸汽壓，而引起受到爆米花效應(yīng)影響的現(xiàn)有技術(shù)的IC封裝；圖3A描繪了根據(jù)本發(fā)明的IC封裝的剖面圖；圖3B描繪了根據(jù)本發(fā)明移除了散熱器的IC封裝的頂視圖；圖4描繪了根據(jù)本發(fā)明的IC封裝的制造方法；圖5描繪了包括離散分配的粘接層的IC封裝的制造方法；圖6描繪了根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例的IC封裝的剖面圖。
具體實(shí)施例方式
圖3A描繪了倒裝芯片IC封裝15的剖面圖，其通過允許釋放間隙16內(nèi)的蒸汽3和蒸汽壓來補(bǔ)償爆米花效應(yīng)。利用支肋層32頂部上的粘接層30，將散熱器13貼附到IC封裝15上。粘接層30包括通孔31。
圖3B是圖3A除去了散熱器13的頂視圖。在封裝組裝工藝期間，在粘接層30中包括了通孔31，其將參考圖4進(jìn)一步解釋。通孔31將間隙16中捕獲的蒸汽3暴露于周圍環(huán)境中，并使其在初始溫度升高期間(即，在回流焊期間)釋放，當(dāng)IC封裝進(jìn)行另一工藝步驟時(shí)，以及使其在芯片10工作引起的溫度升高期間釋放。由于通孔31橫向穿過粘接層30延伸，所以在隨后的工藝步驟期間不大可能被堵塞，且將不會(huì)被堆疊在IC封裝15頂部上的后續(xù)層封閉。因此，在IC封裝的整個(gè)使用壽命期間，通孔31防止了在間隙16中壓力的積聚。
圖4描繪了包括通孔31的IC封裝15的制造方法。在步驟(i)中，提供了凸起芯片10和基板11(包括支肋層32，用于接納接替的層)。凸起芯片10還可以是一個(gè)以上的芯片?；?1可以由塑料、柔性、自動(dòng)鍵合帶、引線框或IC封裝制造領(lǐng)域中公知的任何其它物質(zhì)制成。在步驟(ii)中，將凸起芯片10貼附到基板11上，并且在步驟(iii)中利用底層填料層12，如塑料材料接合于其上。
在步驟(iv)，使用模板41生成用于分配結(jié)構(gòu)性粘接層30的圖案。模板41提供了將粘接劑30分配在支肋層32上，以便生成濕氣通孔31，從而使間隙16中捕獲的蒸汽通過接替的層而排出到周圍環(huán)境中。通過IC封裝領(lǐng)域中任何公知的方式將結(jié)構(gòu)性粘接層30分配在模板41上。
在步驟(v)中，通過IC封裝領(lǐng)域中任何公知的方式移除模板41，留下分配在將生成通孔31的圖案中的結(jié)構(gòu)性粘接層30。在移除了模板41后，利用IC封裝領(lǐng)域中任何公知的方式將熱粘接劑層分配在芯片10的頂部上。
作為步驟(iv)和(v)中利用模板41的備選方案，可以使用離散的印刷，由此將結(jié)構(gòu)性粘接層30分配在離散的位置處，以形成通孔31。圖5描繪了這種離散的分配。
在步驟(vi)中，將散熱器13貼附到結(jié)構(gòu)性粘接層30和熱粘接劑層42頂部的IC封裝15上，使得通孔31保持不被阻塞且暴露于外圍環(huán)境中。
在步驟(vii)中，將焊料球14貼附到基板11的下側(cè)。在回流焊期間，間隙16中捕獲的任何蒸汽，如在工藝步驟(i)-(vii)期間在加熱時(shí)蒸發(fā)的濕氣、或者由透過可滲透的基板11的焊料蒸汽引起的蒸汽，通過通孔31釋放到外圍環(huán)境中，由此防止了爆米花效應(yīng)。
圖6描繪了本發(fā)明的另一實(shí)施例，其中IC封裝包括結(jié)合在支肋層32中的通孔31。
前述的說明和實(shí)例都是示范性的，且并不是意圖限定到以下權(quán)利要求的范圍。
權(quán)利要求
1.一種集成電路封裝(15)的制造方法，包括如下步驟將半導(dǎo)體芯片(10)貼附到包括支肋(32)的基板(11)上；將粘接層(30)分配到支肋(32)的頂部上；并利用粘接層(30)將散熱器(13)貼附到支肋(32)上；其中分配粘接層(30)的步驟還包括通過將粘接層(30)分配到圖案中而生成至少一個(gè)通孔(31)的步驟，該圖案在貼附了散熱器(13)后允許將集成電路封裝(15)中捕獲的蒸汽釋放掉。
2.如權(quán)利要求1的方法，其中至少一個(gè)通孔(31)允許釋放回流焊期間蒸發(fā)的濕氣。
3.如權(quán)利要求2的方法，其中當(dāng)在回流焊時(shí)的溫度升高期間，間隙16中的蒸汽壓超過了環(huán)境蒸汽壓時(shí)，產(chǎn)生蒸汽的釋放。
4.如權(quán)利要求2的方法，其中在回流焊的過程中連續(xù)地產(chǎn)生蒸汽的釋放。
5.如權(quán)利要求1的方法，其中生成至少一個(gè)通孔(31)的步驟進(jìn)一步包括生成至少一個(gè)橫向穿過散熱器(13)和支肋(32)之間的粘接層(30)而延伸的通孔(31)。
6.如權(quán)利要求5的方法，其中生成至少一個(gè)通孔(31)的步驟進(jìn)一步包括生成至少一個(gè)穿過集成電路封裝(15)延伸到暴露側(cè)的外部表面的通孔(31)。
7.如權(quán)利要求1的方法，其中生成至少一個(gè)通孔(31)的步驟進(jìn)一步包括利用模板(41)生成在貼附散熱器(13)后允許釋放蒸汽的圖案。
8.如權(quán)利要求1的方法，其中生成至少一個(gè)通孔(31)的步驟進(jìn)一步包括離散地分配粘接劑(30)以生成在貼附散熱器(13)后允許釋放蒸汽的圖案。
9.一種集成電路封裝(15)的制造方法，包括如下步驟將半導(dǎo)體芯片(10)貼附到包括支肋(32)的基板(11)上；將第一粘接層(30)分配到支肋(32)的頂部上；將第二粘接層(42)分配到半導(dǎo)體芯片(10)的頂部上；以及利用第一(30)和第二(42)粘接層將散熱器(13)貼附到支肋(32)和半導(dǎo)體芯片(10)上；其中分配第一粘接層(30)的步驟還包括通過將第一粘接層(30)分配在圖案中來生成至少一個(gè)通孔(31)的步驟，該圖案在貼附了散熱器(13)后允許釋放集成電路封裝中捕獲的蒸汽。
10.如權(quán)利要求9的方法，其中第一粘接層(30)包括結(jié)構(gòu)性粘接層，且第二粘接層(42)包括熱粘接層。
11.一種集成電路封裝(15)，包括基板(11)，其包括支肋(32)；貼附到基板(11)上的半導(dǎo)體芯片(10)；在支肋(32)頂部上的至少一個(gè)粘接層(30)；和貼附到熱粘接層(30)和結(jié)構(gòu)性粘接層(42)上的散熱器(13)；其中至少一個(gè)粘接層(30)包括至少一個(gè)通孔(31)，用于釋放集成電路封裝(15)中捕獲的蒸汽。
12.如權(quán)利要求11的集成電路封裝(15)，其中至少一個(gè)通孔(31)橫向穿過散熱器和支肋(32)之間的粘接層(30)而延伸。
13.如權(quán)利要求12的集成電路封裝(15)，其中至少一個(gè)通孔(31)穿過集成電路封裝(15)延伸到暴露側(cè)的外部表面。
14.一種集成電路封裝(15)，包括基板(11)，其包括支肋(32)；貼附到基板(11)上的半導(dǎo)體芯片(10)；在支肋(32)頂部上的第一粘接層(30)；在半導(dǎo)體芯片(10)頂部上的第二粘接層(41)；和貼附到熱粘接層(30)和結(jié)構(gòu)性粘接層(41)上的散熱器(13)；其中第一粘接層(30)包括至少一個(gè)通孔(31)，用于釋放集成電路封裝(15)中捕獲的蒸汽。
15.如權(quán)利要求14的集成電路封裝，其中第一粘接層包括結(jié)構(gòu)性粘接層，且第二粘接層包括熱粘接層。
16.一種集成電路封裝，包括基板，其包括支肋；貼附到基板上的半導(dǎo)體芯片；在支肋頂部上的至少一個(gè)粘接層；和貼附到熱粘接層和結(jié)構(gòu)性粘接層上的散熱器；其中支肋包括至少一個(gè)通孔，用于釋放集成電路封裝中捕獲的蒸汽。
全文摘要
本領(lǐng)域需要一種在形成電子器件時(shí)的每個(gè)工藝步驟以及器件工作期間，防止爆米花效應(yīng)的IC封裝。這需要一種集成電路封裝和集成電路封裝的制造方法，其在分配粘接層期間，包括通過將粘接層分配到圖案中形成的至少一個(gè)通孔，使得在貼附散熱器后能夠釋放集成電路封裝中捕獲的蒸汽。
文檔編號(hào)H01L23/10GK1685500SQ03823280
公開日2005年10月19日 申請(qǐng)日期2003年9月22日 優(yōu)先權(quán)日2002年9月30日
發(fā)明者X·范 申請(qǐng)人:皇家飛利浦電子股份有限公司