專利名稱：把集成電路連接到基板上的方法及相應(yīng)的電路布置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種把集成電路連接到基板上的方法以及相應(yīng)的電路布置(arrangement)。
背景技術(shù)：
雖然本發(fā)明在原理上可應(yīng)用于任何期望的集成電路，但是針對(duì)硅技術(shù)中具有集成電路的芯片來說明本發(fā)明和本發(fā)明所基于的問題區(qū)域。
在溫度變化的情況下，尤其是在大電路布置的情況下，已知的用于把集成電路連接到基板上的芯片尺寸封裝(CSP)或晶片級(jí)封裝(WLP)的解決方案存在可靠性的問題，在基板與封裝的芯片之間的距離不斷地減小的情況下尤其如此。在溫度變化期間，封裝的電路布置與基板的不同熱膨脹系數(shù)引起了這兩個(gè)部件的不同線性膨脹。
在芯片尺寸封裝和晶片級(jí)封裝的情況下，迄今為止實(shí)質(zhì)上已公開了兩種類型在芯片與基板之間的連接結(jié)構(gòu)。
第一種用于把集成電路連接到基板上的通常解決方案是把具有剛性焊球或凸起的球柵格陣列用于機(jī)械連接，并且附加地使用一種填膠(underfill)以增加穩(wěn)定性。在這種解決方案的情況下，芯片的熱特性與基板的熱特性的不匹配，尤其是熱膨脹系數(shù)的不匹配，導(dǎo)致了較大的可靠性風(fēng)險(xiǎn)。在溫度變化的情況下，焊球可能會(huì)被切開。這大大限制了可靠性，尤其是在大芯片的情況下。
為了防止這種不希望的缺陷，已開發(fā)了各種類型的插入層(interposerlayer)，該插入層用作具有低的熱膨脹系數(shù)的芯片與具有高的熱膨脹系數(shù)的基板之間的壓力緩沖器。這種解決方案增大了結(jié)構(gòu)的高度、連接的數(shù)量以及至少成本。
圖4所示簡圖顯示了一種插入層類型的電路配置的一部分，用于說明本發(fā)明所基于的問題區(qū)域。
在圖4中，附圖標(biāo)記100表示一個(gè)電路基板，例如以一個(gè)模塊板的形式出現(xiàn)的基板。附圖標(biāo)記1a以組合的方式表示一個(gè)集成電路的封裝，在這種情況下該集成電路是芯片5。芯片5具有接觸墊片6，位于芯片5中的電路的電連接線在該接觸墊片6處被向外布線。插入層15借助于粘結(jié)層10被應(yīng)用于芯片5的正面VS上，該插入層15在中心處有一個(gè)饋通(feedthrough)，引線7通過該饋通以一種用粘合劑8密封的方式被布線，引線7的一端連接到接觸墊片6，其另一端連接到連接區(qū)140，連接區(qū)140被提供于封裝1a的連接面AS上。連接區(qū)140連接到一個(gè)具有多個(gè)連接區(qū)50的重新布線(rewiring)上，連接區(qū)50被提供用于連接到電路基板100上的相應(yīng)數(shù)量的連接區(qū)110。
這種機(jī)械連接和電連接是通過位于連接區(qū)110和150之間的焊球30來實(shí)現(xiàn)的，在電路基板110與插入層15之間引入以粘合劑的形式出現(xiàn)的填膠層50。
密封(encapsulation)20，例如由不透明的環(huán)氧樹脂制成的，被提供于芯片5的背面上。圖4中的虛線表示由于熱不匹配產(chǎn)生的彎曲效應(yīng)V，該彎曲效應(yīng)V的作用是在這種幾何結(jié)構(gòu)的情況下，尤其是邊緣區(qū)域受到了高壓力ST。該壓力ST是在溫度變化的情況下外圍的焊球常常切開或裂開的最終原因。
圖5所示的簡圖顯示了一種芯片尺寸型的電路布置的一部分，用于說明本發(fā)明所基于的問題區(qū)域。
與根據(jù)圖4的電路布置對(duì)比，在根據(jù)圖5的電路布置中沒有提供插入層。相反，介電層25位于芯片5的正面VS上，在芯片5的正面VS上介電層被提供經(jīng)過重新布線連接到接觸墊片6的連接區(qū)150。與根據(jù)圖4的例子相似，提供了焊球30，用以在具有芯片5的封裝1b與電路基板100之間提供機(jī)械和電連接。為了防止不希望的焊球流走，還在連接面AS上提供一個(gè)阻焊層120，該阻焊層120的作用是使焊球30被保持在規(guī)定的位置并且不會(huì)流走。同樣在該例中，為了穩(wěn)定，提供了一個(gè)以粘結(jié)層形式出現(xiàn)的未充滿層50。
用于把集成電路連接到基板上的更進(jìn)一步的解決方案是使用彈性隆起(elastic elevation)技術(shù)，在WO 00/79589 A1中公開了該方案。WO00/79589 A1公開了一種在一個(gè)表面上具有由絕緣材料制成的可變形的凸起部分的電子元件，一個(gè)電觸點(diǎn)被布置在彈性的隆起上，并且一個(gè)傳導(dǎo)路徑被布置在該電觸點(diǎn)與電子電路之間的彈性隆起的表面上或內(nèi)部中。這種方案的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)的高度較小，可靠性較高，以及成本較低。在這種連接中，眾所周知的是把彈性接觸元件焊接或粘結(jié)到基板上面。
該方案的一個(gè)缺點(diǎn)是與使用焊球的情況相比，在使用彈性塑料接觸元件的情況下集成電路的散熱要差得多。還有一個(gè)缺點(diǎn)是機(jī)械穩(wěn)固性較差。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種簡單而有成本效益的、用于把集成電路連接到基板上的方法以及相應(yīng)的電路布置，該電路布置保持了幾乎不受熱不匹配的影響，另一方面還具有良好的散熱特性。
根據(jù)本發(fā)明，通過根據(jù)權(quán)利要求1所述的把集成電路連接到基板上的方法和根據(jù)權(quán)利要求11所述的相應(yīng)電路布置來實(shí)現(xiàn)該目標(biāo)。
本發(fā)明基于的思想是以這樣一種方式來配置隆起的接觸區(qū)，使得第一組接觸區(qū)在封裝與基板之間形成一種剛性連接，而第二組接觸區(qū)在封裝與基板之間形成一種彈性連接。從而，依靠合適的布置，有可能一方面彈性地補(bǔ)償熱不匹配，而另一方面保持良好的散熱以及固定的機(jī)械連接。在這種連接中，應(yīng)該提到接觸區(qū)不是必須具有電接觸功能，而是可能至少在一定程度上只具有熱/機(jī)械功能。
已發(fā)現(xiàn)，在本發(fā)明的構(gòu)思下，不同的線性膨脹的影響越大，到電路布置的中性點(diǎn)(neutral point)的距離就越大。從一個(gè)到這樣一個(gè)中性點(diǎn)的特定距離開始，在溫度變化期間出現(xiàn)的壓力不能再被封裝緩和，并且最弱的元件一一般是焊球一被破壞了，這是因?yàn)楹附拥膹椥暂^小，而且在一個(gè)特定的剪切力之上焊接就將裂開。
中性點(diǎn)的特定位置取決于封裝的集成電路和基板的幾何結(jié)構(gòu)。
在從屬權(quán)利要求中可以發(fā)現(xiàn)對(duì)本發(fā)明各個(gè)主題的有利的開發(fā)和改進(jìn)。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例，第一組接觸區(qū)被布置在連接面上的一個(gè)點(diǎn)周圍的近區(qū)內(nèi)，且第二組接觸區(qū)被布置在圍繞該近區(qū)外面的遠(yuǎn)區(qū)內(nèi)。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)進(jìn)一步的優(yōu)選實(shí)施例，該點(diǎn)近似位于封裝的一個(gè)預(yù)定方向上的范圍的中心。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)進(jìn)一步的優(yōu)選實(shí)施例，第一組接觸區(qū)包括焊接元件，且第二組接觸區(qū)包括塑料元件。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)進(jìn)一步的優(yōu)選實(shí)施例，塑料元件包括導(dǎo)電性的聚合物和/或粘合劑和/或硅酮。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)進(jìn)一步的優(yōu)選實(shí)施例，塑料元件在其要被連接的一面上具有可焊接的金屬涂層。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)進(jìn)一步的優(yōu)選實(shí)施例，塑料元件包括不導(dǎo)電的聚合物和/或粘合劑和/或硅酮，并且在其要被連接的一面有一個(gè)金屬互連，所述互連被電連接到集成電路。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)進(jìn)一步的優(yōu)選實(shí)施例，封裝(package)在集成電路的正面上有一個(gè)插入層，封裝的連接區(qū)被提供于所述插入層遠(yuǎn)離集成電路的那一面上。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)進(jìn)一步的優(yōu)選實(shí)施例，封裝在集成電路的正面上有一個(gè)絕緣層，封裝的連接區(qū)被提供于所述絕緣層遠(yuǎn)離集成電路的那一面上。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)進(jìn)一步的優(yōu)選實(shí)施例，至少在集成電路的背面上為封裝提供密封。


在以下的附圖中圖解說明本發(fā)明的示范實(shí)施例，并在以下的說明中對(duì)它們進(jìn)行更詳細(xì)地說明。
在附圖中圖1a、1b所示的簡圖顯示了根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的電路布置的一部分；圖2所示的簡圖顯示了根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的電路布置的一部分；圖3所示的簡圖顯示了根據(jù)本發(fā)明第三實(shí)施例的電路布置的一部分；圖4所示的簡圖顯示了一種插入層型的電路布置的一部分，用于說明本發(fā)明所基于的問題區(qū)域；以及圖5所示的簡圖顯示了一種芯片尺寸型的電路布置的一部分，用于說明本發(fā)明所基于的問題區(qū)域。
在附圖中，相同的附圖標(biāo)記表示相同的或功能上相同的組成部分。
具體實(shí)施例方式
圖1a、1b所示的簡圖顯示了根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的電路布置的一部分。
在圖1a中，附圖標(biāo)記1a表示一個(gè)改進(jìn)的封裝，其不同于圖4中的例子的地方在于在連接面AS上，只在位于一個(gè)相對(duì)于中性點(diǎn)NP的特定近區(qū)IR內(nèi)的連接區(qū)150上提供焊球30。
所述中性點(diǎn)NP是對(duì)于x方向上的、不同元件的熱不匹配在此具有最小影響的一個(gè)點(diǎn)。換句話說，在該點(diǎn)沒有或只有非常小的壓力。這些壓力將隨著到該中性點(diǎn)的距離的增大而增大。在近區(qū)IR內(nèi)，所述的壓力被限制為在預(yù)期的溫度變化范圍內(nèi)不會(huì)導(dǎo)致破壞性的改變的幅度。因此，用于連接到電路基板(circuit substrate)100的接觸區(qū)是位于此處的焊球30。
相反，在遠(yuǎn)區(qū)OR內(nèi)的壓力大得使焊球30不能承受這些壓力。因此，在該實(shí)施例中，在遠(yuǎn)區(qū)OR內(nèi)的相應(yīng)連接區(qū)150處提供彈性的導(dǎo)電塑料元件35，該塑料元件35在其連接面即用于連接到電路基板100的面上有一個(gè)可焊接金屬的金屬化區(qū)38。
參照圖1b，到電路基板100的連接在以下兩個(gè)區(qū)域內(nèi)受到影響以通常的方式出現(xiàn)的焊球30的區(qū)域；以及塑料元件35的區(qū)域，該塑料元件35的區(qū)域借助了附加的、在本例中被應(yīng)用于電路基板的相應(yīng)連接區(qū)110的焊劑39。
最后所得的在具有芯片5的封裝1a’與電路基板100之間的連接對(duì)由于熱不匹配產(chǎn)生的壓力ST的敏感度大大減小了。這是因?yàn)樗龅膹椥运芰显?5能夠被壓縮、膨脹和變形到一個(gè)大得多的程度。
雖然在該示范實(shí)施例中所有接觸區(qū)30、35具有電氣功能，但是這不是絕對(duì)必需的；作為例子，有可能提供附加的、只具有機(jī)械或熱/機(jī)械功能的接觸區(qū)30和35。
圖2所示的簡圖顯示了根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的電路布置的一部分。
根據(jù)圖2的實(shí)施例對(duì)應(yīng)于以上參照圖5說明的已知電路布置。在此，接觸元件也被保持為在中性點(diǎn)NP的近區(qū)IR內(nèi)的焊球30的形式。相反，在位于遠(yuǎn)區(qū)OR中的連接區(qū)150′中提供由絕緣材料制成的彈性塑料元件。此處的連接區(qū)150′是不導(dǎo)電的，而是只用于機(jī)械連接。
為了產(chǎn)生一個(gè)到與芯片5的接觸墊片6相連的重新布線的導(dǎo)電連接，互連150″已被布線到彈性塑料元件35的表面上。因此，如以上在第一實(shí)施例中所述的一樣，具有芯片5的封裝1b’能夠被粘結(jié)或焊接到電路基板100上，并且有可能獲得如第一實(shí)施例中的優(yōu)點(diǎn)。
圖3所示的簡圖顯示了根據(jù)本發(fā)明第三實(shí)施例的電路布置的一部分。
根據(jù)圖3的實(shí)施例與根據(jù)圖2的實(shí)施例的不同之處只在于重新布線區(qū)在芯片的側(cè)邊上被加長了，通常也被稱為“扇出”。
雖然以上是根據(jù)優(yōu)選的示范實(shí)施例說明了本發(fā)明，但是本發(fā)明并不是被限制為這些示范實(shí)施例，而是可以以多種方式被修改。
尤其是，本發(fā)明不僅可應(yīng)用于芯片，還可應(yīng)用于混合電路、晶片或其它集成電路。而且，本發(fā)明不受特定材料的限制。
附圖標(biāo)記對(duì)照表100電路基板20密封110，150，140，150′連接區(qū)7線8粘合劑AS連接面VS正面RS背面5芯片10粘結(jié)層15插入層30焊球35塑料元件6接觸墊片38金屬化區(qū)IR近區(qū)OR遠(yuǎn)區(qū)1a，1b，1a’，1b’，1c’包含芯片的封裝NP中性點(diǎn)ST壓力V彎曲效應(yīng)39焊劑150″互連25介電層120焊接阻層
權(quán)利要求
1.一種把集成電路(5)尤其是一個(gè)芯片或晶片或混合電路連接到基板(100)的方法，該方法包括以下步驟為集成電路提供一個(gè)具有連接面(AS)的封裝(1a’；1b’；1c’)，在該連接面(AS)上提供有多個(gè)用于連接到基板(100)的連接區(qū)(150；150，150′)；在基板(100)上提供相應(yīng)多個(gè)連接區(qū)(110)；在封裝(1a’；1b’；1c’)的連接區(qū)(150；150，150′)上和/或基板(100)的連接區(qū)(110)上提供隆起的接觸區(qū)(30；35)；隆起的接觸區(qū)(30；35)包括第一組接觸區(qū)(30)和第二組接觸區(qū)(35)；通過隆起的接觸區(qū)(30；35)創(chuàng)建一個(gè)從封裝(1a’；1b’；1c’)到基板(100)的連接；以這樣一種方式配置隆起的接觸區(qū)(30；35)，即，第一組接觸區(qū)(30)在封裝(1a’；1b’；1c’)與基板(100)之間形成一個(gè)剛性連接，且第二組接觸區(qū)(35)在封裝(1a’；1b’；1c’)與基板(100)之間形成一個(gè)彈性連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，第一組接觸區(qū)(30)被布置在連接面(AS)上的一個(gè)點(diǎn)(NP)周圍的近區(qū)(IR)內(nèi)，且第二組接觸區(qū)(35)被布置在圍繞該近區(qū)(IR)外面的遠(yuǎn)區(qū)(OR)內(nèi)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，該點(diǎn)(NP)近似位于封裝(1a’；1b’；1c’)的一個(gè)預(yù)定方向(x方向)上的范圍的中心。
4.根據(jù)權(quán)利要求1、2或3所述的方法，其特征在于，第一組接觸區(qū)(30)包括焊接元件，且第二組接觸區(qū)(35)包括塑料元件。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，塑料元件包括導(dǎo)電性的聚合物和/或粘合劑和/或硅酮。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，塑料元件在其要被連接的一面上具有可焊接的金屬涂層(38)。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，塑料元件包括不導(dǎo)電的聚合物和/或粘合劑和/或硅酮，并且在其要被連接的一面有一個(gè)金屬互連(150″)，所述互連被電連接到集成電路(5)。
8.根據(jù)前述權(quán)利要求之一所述的方法，其特征在于，封裝(1a’)在集成電路(5)的正面(VS)上有一個(gè)插入層(15)，封裝(1a’)的連接區(qū)(150)被提供于所述插入層遠(yuǎn)離集成電路(5)的那一面上。
9.根據(jù)前述的權(quán)利要求1-7之一所述的方法，其特征在于，封裝(1b’；1c’)在集成電路(5)的正面(VS)上有一個(gè)絕緣層(25)，封裝(1b’；1c’)的連接區(qū)(150)被提供于所述絕緣層遠(yuǎn)離集成電路(5)的那一面上。
10.根據(jù)前述權(quán)利要求之一所述的方法，其特征在于，至少在集成電路(5)的背面(VS)上為封裝(1b’；1c’)提供密封(20)。
11.一種電路布置，其具有一個(gè)從集成電路(5)尤其從是一個(gè)芯片或晶片或混合電路到基板(100)的連接，該電路布置包括一個(gè)具有連接面(AS)的集成電路封裝(1a’；1b’；1c’)，在該連接面(AS)上提供有多個(gè)用于連接到基板(100)的連接區(qū)(150；150，150′)；在基板(100)上的相應(yīng)多個(gè)連接區(qū)(110)；以及隆起的接觸區(qū)(30；35)，該接觸區(qū)(30；35)把封裝(1a’；1b’；1c’)的連接區(qū)(150；150，150′)連接到基板(100)的連接區(qū)(110)；該隆起的接觸區(qū)(30；35)包括以這樣一種方式被配置的第一組接觸區(qū)(30)和第二組接觸區(qū)(35)，即第一組接觸區(qū)(30)在封裝(1a’；1b’；1c’)與基板(100)之間形成一個(gè)剛性連接，且第二組接觸區(qū)(35)在封裝(1a’；1b’；1c’)與基板(100)之間形成一個(gè)彈性連接。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于，第一組接觸區(qū)(30)被布置在連接面(AS)上的一個(gè)點(diǎn)(NP)周圍的近區(qū)(IR)內(nèi)，且第二組接觸區(qū)(35)被布置在圍繞該近區(qū)(IR)外面的遠(yuǎn)區(qū)(OR)內(nèi)。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其特征在于，該點(diǎn)(NP)近似位于封裝(1a’；1b’；1c’)的一個(gè)預(yù)定方向(x方向)上的范圍的中心。
14.根據(jù)權(quán)利要求11、12或13所述的方法，其特征在于，第一組接觸區(qū)(30)包括焊接元件，且第二組接觸區(qū)(35)包括塑料元件。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其特征在于，塑料元件包括導(dǎo)電的聚合物和/或粘合劑和/或硅酮。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其特征在于，塑料元件在其要被連接的一面上具有可焊接的金屬涂層(38)。
17.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其特征在于，塑料元件包括電絕緣的聚合物和/或粘合劑和/或硅酮，并且在其要被連接的一面有一個(gè)金屬互連(150″)，所述互連被電連接到集成電路(5)。
18.根據(jù)前述權(quán)利要求11-17之一所述的方法，其特征在于，封裝(1a’)在集成電路(5)的正面(VS)上有一個(gè)插入層(15)，封裝(1a’)的連接區(qū)(150)被提供于所述插入層遠(yuǎn)離集成電路(5)的那一面上。
19.根據(jù)前述權(quán)利要求11-17之一所述的方法，其特征在于，封裝(1b’；1c’)在集成電路(5)的正面(VS)上有一個(gè)絕緣層(25)，封裝(1b’；1c’)的連接區(qū)(150)被提供于所述絕緣層遠(yuǎn)離集成電路(5)的那一面上。
20.根據(jù)前述權(quán)利要求11-19之一所述的方法，其特征在于，至少在集成電路(5)的背面(VS)上為封裝(1b’；1c’)提供密封(20)。
全文摘要
本發(fā)明提供一種把集成電路(5)連接到基板(100)的方法，包括為集成電路提供一個(gè)具有連接面(AS)的封裝(1a’；1b’；1c’)，在該連接面(AS)上提供有多個(gè)用于連接到基板(100)的連接區(qū)(150；150，150′)；在基板(100)上提供相應(yīng)連接區(qū)(110)；在封裝(1a’；1b’；1c’)的連接區(qū)(150；150，150′)上和/或基板(100)的連接區(qū)(110)上提供隆起的接觸區(qū)(30；35)；隆起的接觸區(qū)(30；35)包括第一組接觸區(qū)(30)和第二組接觸區(qū)(35)；以及通過隆起的接觸區(qū)(30；35)創(chuàng)建一個(gè)從封裝(1a’；1b’；1c’)到基板(100)的連接；以這樣一種方式配置隆起的接觸區(qū)(30；35)，使得第一組接觸區(qū)(30)在封裝(1a’；1b’；1c’)與基板(100)之間形成一個(gè)剛性連接，且第二組接觸區(qū)(35)在封裝(1a’；1b’；1c’)與基板(100)之間形成一個(gè)彈性連接。本發(fā)明同樣提供一種相應(yīng)的電路布置。
文檔編號(hào)H01L23/485GK1512554SQ200310124379
公開日2004年7月14日 申請日期2003年12月30日 優(yōu)先權(quán)日2002年12月30日
發(fā)明者哈里·黑德勒, 哈里 黑德勒, 艾爾西格勒, 羅蘭德·艾爾西格勒, 坦 邁耶, 索爾斯坦·邁耶 申請人:印芬龍科技股份有限公司