專利名稱：用于改善襯底翹曲的方法和設備的制作方法
技術領域：
本發(fā)明大體上涉及集成電路(1C)。更具體來說，本發(fā)明涉及電介質(zhì)層修改以減少襯底翹曲。
背景技術：
當前的集成電路使用容易翹曲的薄襯底。翹曲是由于在襯底中使用了多種類型的材料，例如金屬、電介質(zhì)和復合物，其具有失配的CTE(熱膨脹系數(shù))值。翹曲可導致生產(chǎn)中的芯片附接產(chǎn)量損失和板安裝組裝產(chǎn)量損失。另外，翹曲還可引起電介質(zhì)層分層(例如，ELK破裂)。因此，需要在集成電路中減少翹曲。

發(fā)明內(nèi)容
在一個方面中，揭示一種封裝襯底。所述封裝襯底包含多個導電層。所述封裝襯底中還包含電介質(zhì)，其插入在所述導電層之間。所述電介質(zhì)包含加強材料組分和以負熱膨脹系數(shù)(CTE)纖維摻雜的純樹脂。另一方面揭示一種封裝襯底，其具有導電層。還包含插入在所述導電層之間的電介質(zhì)。所述電介質(zhì)具有大約25%或更少的玻璃纖維。在另一方面中，一種方法包含形成封裝襯底。所述封裝襯底具有導電層和插入在所述導電層之間的電介質(zhì)。所述電介質(zhì)包含加強材料組分和純樹脂。以負熱膨脹系數(shù)(CTE)纖維摻雜所述電介質(zhì)的所述純樹脂。在另一方面中，一種方法包含形成具有導電層的封裝襯底。電介質(zhì)插入在所述導電層之間，且所述電介質(zhì)具有大約25 %或更少的玻璃纖維。在另一方面中，揭示一種設備。所述設備包含:封裝襯底，其具有多個導電層和插入在所述導電層之間的電介質(zhì)。所述電介質(zhì)包含加強材料組分和純樹脂。還包含用于以負熱膨脹系數(shù)(CTE)纖維摻雜所述電介質(zhì)的所述純樹脂的裝置。另一方面揭示一種設備，其具有導電層。還包含用于在所述導電層之間插入電介質(zhì)的裝置，其中所述電介質(zhì)具有大約25 %或更少的玻璃纖維。這里已相當廣泛地概述了本發(fā)明的特征和技術優(yōu)點，以便可更好地理解隨后的詳細描述。下文將描述本發(fā)明的額外特征和優(yōu)點。所屬領域的技術人員應了解，本發(fā)明可容易用作用于修改或設計其它結(jié)構(gòu)以實行本發(fā)明的相同目的的基礎。所屬領域的技術人員還應認識到，此類等效構(gòu)造不會脫離如在所附權利要求書中所闡述的本發(fā)明的教示。當結(jié)合附圖進行考慮時，將從以下描述更好地理解據(jù)信為本發(fā)明的特性的新穎特征(均關于其組織和操作方法)連同另外的目標和優(yōu)點。然而，應明確地理解，僅出于說明和描述的目的而提供各圖中的每一者，且其不希望作為對本發(fā)明的限制的界定。


為了對本發(fā)明的更完整理解，現(xiàn)在參考結(jié)合附圖做出的以下描述。圖1是說明用于條帶組裝的常規(guī)方法的流程圖。圖2是說明用于單元組裝的常規(guī)方法的流程圖。圖3展示說明常規(guī)封裝襯底的橫截面圖。圖4展示說明經(jīng)增強封裝襯底的橫截面圖。圖5展示說明經(jīng)增強封裝襯底的另一實施例的橫截面圖。圖6是展示其中可有利地采用本發(fā)明的實施例的示范性無線通信系統(tǒng)的框圖。圖7是說明用于根據(jù)一個實施例的半導體組件的電路、布局和邏輯設計的設計工作站的框圖。
具體實施例方式圖1說明用于條帶組裝的常規(guī)方法。多個封裝襯底(例如裸片104)既定用于放置在面板、子面板、條帶或單元陣列102上。將粘性材料106施加到裸片104以將裸片緊固到條帶102。其上帶有經(jīng)緊固裸片的條帶102的組裝是在芯片附接機器(未圖示)中發(fā)生。隨后在回流爐中加熱整個經(jīng)組裝條帶，且隨后放置冷卻。裸片104往往具有約3ppm/°C的CTE (熱膨脹系數(shù))。條帶102具有約17ppm/°C或更大的CTE。熱膨脹是物質(zhì)響應于溫度改變而改變體積的趨勢。對于特定材料，膨脹程度除以溫度改變稱為材料的熱膨脹系數(shù)(CTE)。裸片104和條帶102的熱膨脹的顯著失配往往在組裝期間引起曲折和翹曲。圖2說明用于單元級組裝的常規(guī)方法。此處，裸片204附接到襯底208且被模制化合物206圍繞，且可將所得經(jīng)組裝封裝210裝運到顧客供進一步處理。顧客將所接收封裝210安裝到印刷電路板(PCB) 202。在此安裝過程中，經(jīng)常將膏體施加到電路板202且將封裝210放置于膏體上。隨后加熱所得組合件212。電路板202可較厚，且不會趨于具有與封裝一樣多的翹曲。翹曲往往在封裝210中更多地發(fā)生。如果在封裝210中存在大量的翹曲，那么焊料接點非潮濕情形可能在顧客場所產(chǎn)生，這隨后可導致產(chǎn)量損失。
圖3說明常規(guī)封裝襯底310的橫截面圖。襯底310包含芯材料312、導電互連件320 (例如，銅)、焊料抗蝕劑涂層324，和SOP (墊上焊料)322。襯底310還包含預浸潰的復合材料(預浸潰體)314，其含有玻璃纖維316以及周圍帶有填充物的純樹脂318。任選地，經(jīng)預浸潰的復合材料可包含含有硅石顆粒的環(huán)氧樹脂以及聚合物，其膨脹和收縮。在當前解決方案中，經(jīng)預浸潰的復合材料的樹脂通常通過添加熱量來固化。在疊層過程之后，在層壓機中在芯的任一側(cè)上固化經(jīng)預浸潰的復合材料。在從固化過程冷卻期間，玻璃周圍的樹脂往往比玻璃纖維或金屬收縮更多。在一個實例中，經(jīng)預浸潰的復合材料314的玻璃纖維316具有約5ppm/°C的CTE，且純樹脂318具有約31ppm/°C的CTE。銅金屬互連件320具有接近17ppm/°C的CTE。在此實例中，具有17的CTE的材料(即，銅)鄰近于具有31的CTE的材料(即，純樹脂)，所述具有31的CTE的材料附接到具有5的CTE的材料(即，玻璃纖維)。在固化過程期間，當溫度到達高溫且隨后冷卻時，所有這些材料以不同速率收縮。這導致在經(jīng)固化的經(jīng)預浸潰復合材料層314中截留的顯著殘余應力。參見圖4，展示封裝襯底的一部分的放大橫截面圖330以及經(jīng)增強襯底430的視圖。特定來說，封裝襯底430包含較厚的經(jīng)預浸潰復合材料層414。所述經(jīng)預浸潰復合材料層414比經(jīng)預浸潰層314厚，因為已將較多樹脂318添加到經(jīng)預浸潰復合材料層。在一個實施例中，這并不影響裸片的總體厚度，但可增加封裝的總體厚度。特定來說，襯底(且因此總體封裝)的厚度在經(jīng)預浸潰復合材料較厚時增加，但裸片厚度保持不變。在一個配置中，經(jīng)預浸潰復合材料層414在芯層的任一側(cè)上具有約45微米的厚度，這比常規(guī)襯底封裝310厚，在常規(guī)襯底封裝310中經(jīng)預浸潰復合材料層314可具有約35微米的厚度。任選地，在一個實施例中，經(jīng)預浸潰復合材料層414的厚度是均勻增加的，這意味著前層和后層兩者的厚度增加約相同的量。厚度的均勻增加與翹曲的減少相關。舉例來說，如果襯底經(jīng)配置以使得厚度在一側(cè)上是35微米且在另一側(cè)上是55微米，則由于兩側(cè)之間的層厚度的較大差異，可導致翹曲。然而，如果一側(cè)是34微米且另一側(cè)是38微米，則翹曲將可能不會產(chǎn)生，因為變化量(兩側(cè)之間的厚度差)較小。常規(guī)的襯底封裝組裝建議形成較薄的經(jīng)預浸潰復合材料層以減少翹曲。常規(guī)實踐進一步建議，如果通過減少層中的樹脂量來使經(jīng)預浸潰復合材料層變薄，那么CTE也將較低，因為玻璃與樹脂的比率較高，因此使得CTE較低。舉例來說，玻璃纖維具有5的CTE且環(huán)氧樹脂具有31的CTE。常規(guī)方法已建議，為了減少純樹脂的量，增加玻璃與樹脂的相對CTE比率將減小經(jīng)預浸潰復合材料的總體CTE。然而，圖4中說明的實施例與此概念相反，因為實施了較厚的經(jīng)預浸潰復合材料且導致翹曲發(fā)生的減少。特定來說，使用較厚的經(jīng)預浸潰復合材料層414導致較低量的截留殘余應力。添加較多樹脂以增加經(jīng)預浸潰復合材料層的厚度增加了經(jīng)預浸潰復合材料冷卻所花費的時間量，進而允許較接近于平衡的方法。換句話說，經(jīng)預浸潰復合材料層中的樹脂、填充物和玻璃纖維移動較長的時期且釋放殘余應力。在一個實施例中，通過添加較多樹脂318而不是通過增加玻璃纖維316的含量來使經(jīng)預浸潰復合材料較厚。在一個實施例中，樹脂含量為約74%樹脂和約26%玻璃纖維。此外，經(jīng)預浸潰復合材料還可包含除樹脂和玻璃之外的填充物。在另一實施例中，封裝襯底包含具有以負CTE纖維摻雜的樹脂的電介質(zhì)。參見圖5，展示封裝襯底330、530的放大橫截面圖。經(jīng)預浸潰復合材料層514包含玻璃纖維316、樹脂318和具有負CTE值的纖維519。當加熱纖維519時，纖維隨著溫度增加而收縮，這與標準玻璃和環(huán)氧樹脂相反。纖維519減少樹脂318的有效CTE且進而減少玻璃纖維316與銅材料320之間的截留殘余應力。在一個實施例中，纖維519是芳族聚酰胺纖維。通常，芳族聚酰胺纖維是一類耐熱且較強的合成纖維。任選地，在一個實施例中，經(jīng)預浸潰復合材料層包含Thermomu ，杜邦(DuPont)公司的非紡織芳族聚酰胺纖維。所屬領域的技術人員將了解，經(jīng)預浸潰復合材料層514可摻雜有具有負CTE值的其它材料。在一個實施例中，經(jīng)預浸潰復合材料層514繼續(xù)包含玻璃纖維，或與玻璃具有相同堅硬特性和低CTE值的任何其它材料。另外，在另一實施例中，經(jīng)預浸潰復合材料層514另外用額外的樹脂材料518加厚。圖6是展示其中可有利地采用本發(fā)明的實施例的示范性無線通信系統(tǒng)600的框圖。為了說明的目的，圖6展示三個遠程單元620、630和650，以及兩個基站640。將認識至IJ，所述無線通信系統(tǒng)可具有多得多的遠程單元和基站。遠程單元620、630和650包含IC裝置625A、625C和625B，其包含所揭示的經(jīng)修改電介質(zhì)層。將認識到，含有IC的任一裝置均也可包含本文揭示的經(jīng)修改電介質(zhì)層，包含基站、切換裝置和網(wǎng)絡設備。圖6展示從基站640到遠程單元620、630和650的前向鏈路信號680，和從遠程單元620、630和650到基站640的反向鏈路信號690。在圖6中，將遠程單元620展示為移動電話，將遠程單元630展示為便攜式計算機，且將遠程單元650展示為無線本地環(huán)路系統(tǒng)中的固定位置遠程單元。舉例來說，遠程單元可為移動電話、手持式個人通信系統(tǒng)(PCS)單元、例如個人數(shù)據(jù)助理等便攜式數(shù)據(jù)單元、具有GPS功能的裝置、導航裝置、機頂盒、音樂播放器、視頻播放器、娛樂單元、例如儀表讀取設備等固定位置數(shù)據(jù)單元，或存儲或檢索數(shù)據(jù)或計算機指令的任一其它裝置，或其任一組合。雖然圖6說明根據(jù)本發(fā)明的教示的遠程單元，但本發(fā)明不限于這些示范性所說明單元。本發(fā)明的實施例可合適地用于包含經(jīng)修改電介質(zhì)層的任一裝置中。圖7是說明用于包含如上文揭示的經(jīng)修改電介質(zhì)層的半導體組件的電路、布局和邏輯設計的設計工作站的框圖。設計工作站700包含硬盤701，硬盤701含有操作系統(tǒng)軟件、支持文件和例如Cadence或OrCAD等設計軟件。設計工作站700還包含用以促進電路設計710的顯示器，或例如具有經(jīng)修改電介質(zhì)層的經(jīng)封裝集成電路的半導體組件712。提供存儲媒體704用于有形地存儲電路設計710或半導體組件712。電路設計710或半導體組件712可以例如⑶SII或GERBER等文件格式存儲在存儲媒體704上。存儲媒體704可為⑶-R0M、DVD、硬盤、快閃存儲器或其它適當裝置。此外，設計工作站700包含驅(qū)動設備703，其用于接受來自存儲媒體704的輸入或?qū)⑤敵鰧懭氲酱鎯γ襟w704。記錄在存儲媒體704上的數(shù)據(jù)可指定邏輯電路配置、用于光刻掩模的圖案數(shù)據(jù)，或用于例如電子束光刻等串行寫入工具的掩模圖案數(shù)據(jù)。所述數(shù)據(jù)可進一步包含例如與邏輯仿真相關聯(lián)的時序圖或網(wǎng)狀電路等邏輯驗證數(shù)據(jù)。將數(shù)據(jù)提供于存儲媒體704上通過減小用于設計半導體晶片的過程的數(shù)目來協(xié)助電路設計710或半導體組件712的設計。對于固件和/或軟件實施方案，方法可以執(zhí)行本文描述的功能的模塊(例如，過程、函數(shù)等等)實施。有形地體現(xiàn)指令的任何機器可讀媒體均可用于實施本文描述的方法。舉例來說，軟件代碼可存儲在存儲器中且由處理器單元執(zhí)行。存儲器可實施于處理器單元內(nèi)或在處理器單元外部。如本文使用，術語“存儲器”指代任一類型的長期、短期、易失性、非易失性或其它存儲器，且不限于任一特定類型的存儲器或存儲器數(shù)目或存儲器存儲于其上的媒體的類型。雖然已詳細描述本發(fā)明和其優(yōu)點，但應理解，在不脫離如所附權利要求書所界定的本發(fā)明的技術的情況下，可在本文中作出各種改變、替代和變更。舉例來說，例如“上方”和“下方”等相對術語是相對于襯底或電子裝置來使用。當然，如果襯底或電子裝置反轉(zhuǎn)，那么上方變?yōu)橄路?，且反之亦然。另外，如果橫向地定向，那么上方和下方可指代襯底或電子裝置的側(cè)面。此外，本申請案的范圍既定不限制于說明書中所描述的過程、機器、制造、物質(zhì)組成、手段、方法及步驟的特定實施例。如所屬領域的技術人員將容易從本發(fā)明了解的，可根據(jù)本發(fā)明利用目前現(xiàn)有或稍后將開發(fā)的執(zhí)行與本文中所描述的對應實施例大體上相同的功能或?qū)崿F(xiàn)與其大體上相同的結(jié)果的過程、機器、制造、物質(zhì)組成、手段、方法或步驟。因此，所附權利要求書既定在其范圍內(nèi)包含此些過程、機器、制造、物質(zhì)組成、手段、方法或步驟。
權利要求
1.一種封裝襯底，其包括: 多個導電層；以及 電介質(zhì)，其插入在所述導電層之間，所述電介質(zhì)包含加強材料組分和以負熱膨脹系數(shù)CTE纖維摻雜的純樹脂。
2.根據(jù)權利要求1所述的封裝襯底，其中所述負CTE纖維包括芳族聚酰胺纖維。
3.根據(jù)權利要求1所述的封裝襯底，其中所述加強材料組分包括玻璃纖維。
4.根據(jù)權利要求1所述的封裝襯底，其中所述封裝襯底集成到以下各項中的至少一者中:移動電話、機頂盒、音樂播放器、視頻播放器、娛樂單元、導航裝置、計算機、手持式個人通信系統(tǒng)PCS單元、便攜式數(shù)據(jù)單元，和固定位置數(shù)據(jù)單元。
5.一種封裝襯底，其包括: 多個導電層；以及 電介質(zhì)，其插入在所述導電層之間，所述電介質(zhì)具有大約25 %或更少的玻璃纖維。
6.根據(jù)權利要求5所述的封裝襯底，其中所述封裝襯底集成到以下各項中的至少一者中:移動電話、機頂盒、音樂播放器、視頻播放器、娛樂單元、導航裝置、計算機、手持式個人通信系統(tǒng)PCS單元、便攜式數(shù)據(jù)單元，和固定位置數(shù)據(jù)單元。
7.一種方法，其包括: 形成包括多個導電層和插入在所述導電層之間的電介質(zhì)的封裝襯底，所述電介質(zhì)包括加強材料組分和純樹脂；以及 以負熱膨脹系數(shù)CTE纖維摻雜所述電介質(zhì)的所述純樹脂。
8.根據(jù)權利要求7所述的方法，其中所述負CTE纖維包括芳族聚酰胺纖維。
9.根據(jù)權利要求7所述的方法，其中所述加強材料組分包括玻璃纖維。
10.根據(jù)權利要求7所述的方法，其進一步包括將所述封裝襯底集成到以下各項中的至少一者中:移動電話、機頂盒、音樂播放器、視頻播放器、娛樂單元、導航裝置、計算機、手持式個人通信系統(tǒng)PCS單元、便攜式數(shù)據(jù)單元，和固定位置數(shù)據(jù)單元。
11.一種方法，其包括: 形成包括多個導電層的封裝襯底；以及 在所述導電層之間插入電介質(zhì)，所述電介質(zhì)具有大約25 %或更少的玻璃纖維。
12.根據(jù)權利要求11所述的方法，其進一步包括將所述封裝襯底集成到以下各項中的至少一者中:移動電話、機頂盒、音樂播放器、視頻播放器、娛樂單元、導航裝置、計算機、手持式個人通信系統(tǒng)PCS單元、便攜式數(shù)據(jù)單元，和固定位置數(shù)據(jù)單元。
13.一種方法，其包括以下步驟: 形成包括多個導電層和插入在所述導電層之間的電介質(zhì)的封裝襯底，所述電介質(zhì)包括加強材料組分和純樹脂；以及 以負熱膨脹系數(shù)CTE纖維摻雜所述電介質(zhì)的所述純樹脂。
14.根據(jù)權利要求13所述的方法，其進一步包括將所述封裝襯底集成到以下各項中的至少一者中的步驟:移動電話、機頂盒、音樂播放器、視頻播放器、娛樂單元、導航裝置、計算機、手持式個人通信系統(tǒng)PCS單元、便攜式數(shù)據(jù)單元，和固定位置數(shù)據(jù)單元。
15.一種方法，其包括以下步驟: 形成包括多個導電層的封裝襯底；以及在所述導電層之間插入電介質(zhì)，所述電介質(zhì)具有大約25 %或更少的玻璃纖維。
16.根據(jù)權利要求15所述的方法，其進一步包括將所述封裝襯底集成到以下各項中的至少一者中:移動電話、機頂盒、音樂播放器、視頻播放器、娛樂單元、導航裝置、計算機、手持式個人通信系統(tǒng)PCS單元、便攜式數(shù)據(jù)單元，和固定位置數(shù)據(jù)單元。
17.—種設備,其包括: 封裝襯底，其包括多個導電層和插入在所述導電層之間的電介質(zhì)，所述電介質(zhì)包括加強材料組分和純樹脂；以及 用于以負熱膨脹系數(shù)CTE纖維摻雜所述電介質(zhì)的所述純樹脂的裝置。
18.根據(jù)權利要求17所述的設備，其中所述負CTE纖維包括芳族聚酰胺纖維。
19.根據(jù)權利要求17所述的設備，其中所述加強材料組分包括玻璃纖維。
20.根據(jù)權利要求17所述的設備，其中所述設備集成到以下各項中的至少一者中:移動電話、機頂盒、音樂播放器、視頻播放器、娛樂單元、導航裝置、計算機、手持式個人通信系統(tǒng)PCS單元、便攜式數(shù)據(jù)單元，和固定位置數(shù)據(jù)單元。
21.—種設備,其包括: 多個導電層；以及 用于在所述導電層之間插入電介質(zhì)的裝置，所述電介質(zhì)具有大約25 %或更少的玻璃纖維。
22.根據(jù)權利要求21所述的設備，其中所述設備集成到以下各項中的至少一者中:移動電話、機頂盒、音樂播放器、視頻播放器、娛樂單元、導航裝置、計算機、手持式個人通信系統(tǒng)PCS單元、便攜式數(shù)據(jù)單元，和固定位置數(shù)據(jù)單元。
全文摘要
一種封裝襯底包含導電層以及插入在所述導電層之間的電介質(zhì)。所述電介質(zhì)包含加強材料組分和以負熱膨脹系數(shù)CTE纖維摻雜的純樹脂。
文檔編號H01L23/498GK103155145SQ201180049161
公開日2013年6月12日 申請日期2011年10月13日 優(yōu)先權日2010年10月13日
發(fā)明者奧馬爾·J·貝希爾, 米林德·P·沙阿, 薩斯達爾·莫瓦 申請人:高通股份有限公司