專利名稱：球柵極陣列插件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種球柵極陣列插件，特別涉及一種具有經(jīng)過(guò)改進(jìn)的球配置構(gòu)造的微型球柵極陣列插件。
隨著集成電路制造工藝的迅速發(fā)展，用于保護(hù)形成于單位芯片上的許多單位元件不受外部環(huán)境影響的插件技術(shù)，也同其他的制造技術(shù)一起得到了發(fā)展。在大部分電子裝置中，安裝有制成插件的半導(dǎo)體芯片，人們努力盡量減小裝設(shè)有這種半導(dǎo)體芯片的印刷電路板的面積，與這種努力相對(duì)應(yīng)，要求實(shí)現(xiàn)插件尺寸的小型化。作為使插件尺寸小型化的技術(shù)之一，人們提出了芯片尺寸插件(Chip Size PackageCSP)或芯片規(guī)模插件(Chip Scale PackageCSP)，這種插件的尺寸減小到與芯片尺寸相當(dāng)?shù)某潭?。在這種芯片規(guī)模插件中，球柵極陣列插件(Ball Grid Array PackageBGB Package)，不僅因?yàn)樗拿娣e小，而且，還因它的良好的性能及可靠性而引人注目。這種BGA插件有塑料球柵極陣列(Plastic Ball Grid ArrayPBGA)插件、多層陶瓷球柵極陣列(CeramicBall Grid ArrayCBGA)插件、條帶載體自動(dòng)化引線鍵合(TABTape AutomatedBonding)球柵極陣列插件及類似球柵極陣列(Ball Grid Array-like)插件。另外，還有Tessera公司開(kāi)發(fā)的微型球柵極陣列插件。
所述球柵極陣列插件，通過(guò)在其表面上形成的導(dǎo)電性球與外部電路進(jìn)行信號(hào)傳送。半導(dǎo)體芯片集成度的增加會(huì)使所述BGA插件上的球數(shù)量增加。球數(shù)增加會(huì)引起球之間的碰擊，而且還會(huì)使通過(guò)球輸出、輸入的數(shù)據(jù)產(chǎn)生誤差。為了解決這個(gè)問(wèn)題，必須減小球的直徑，但這種解決辦法受到工藝上的限制而不易實(shí)現(xiàn)。
此外，在包括所述BGA插件在內(nèi)的所有插件中，必須在不增加插件所占面積的條件下提高集成度。
因此，本發(fā)明的目的在于提供一種球柵極插件，隨著在一定面積內(nèi)增加安裝在單位芯片上的半導(dǎo)體芯片的集成度，可以相應(yīng)增加用于與外部電路傳遞信號(hào)的球數(shù)量。
本發(fā)明的另一目的是，提供一種不增加插件所占面積卻能提高集成度的球柵極陣列插件。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方案，本發(fā)明涉及的球柵極陣列插件包括襯底和設(shè)置在該襯底內(nèi)的半導(dǎo)體芯片之類的各種元件。該襯底具有第一表面和比所述第一表面高且形成于所述第一表面周圍的第二表面。半導(dǎo)體芯片配置在第一表面上，在其上部表面設(shè)有用于與外部電路進(jìn)行信號(hào)傳送的多個(gè)襯墊，設(shè)置在各層上的具有相同功能的襯墊之間相互電氣連接，并至少疊放一個(gè)。球柵極陣列插件包含設(shè)在所述襯底上、其一端與所述半導(dǎo)體芯片的一部分襯墊連接而另一端露出在所述第二表面上的多根引線。本發(fā)明的球柵極陣列插件還包含多個(gè)導(dǎo)電性焊錫球，形成于半導(dǎo)體芯片的表面和襯底的第二表面上，與半導(dǎo)體芯片的襯墊、以及露出在襯底的第二表面上的引線電氣連接。
根據(jù)另一個(gè)方案，本發(fā)明涉及的球柵極陣列插件包括襯底和設(shè)在該襯底內(nèi)的兩個(gè)疊放的半導(dǎo)體芯片之類的各種元件。襯底具有第一表面和比第一表面高且形成于第一表面周圍的第二表面。半導(dǎo)體芯片包括第一半導(dǎo)體芯片，配置在所述襯底的第一表面上，在其上端的表面上設(shè)有用于與外部電路進(jìn)行信號(hào)傳送的多個(gè)襯墊；第二半導(dǎo)體芯片，配置在所述第一半導(dǎo)體芯片的上部表面上，其尺寸小于所述第一半導(dǎo)體芯片，以便使所述第一半導(dǎo)體芯片的襯墊露出，且在其上部設(shè)有多個(gè)襯墊。此外，本發(fā)明的球柵極陣列插件包含設(shè)在襯底上、與線與第一半導(dǎo)體芯片的襯墊在電氣上相連通且露出在第二表面上的多根引線。而且，本發(fā)明球柵極陣列插件還包括許多導(dǎo)電性焊錫球，這些焊錫球形成在第二半導(dǎo)體芯片的表面和所述襯底的第二表面上，與第二半導(dǎo)體芯片的襯墊、以及露出在襯底的第二表面上的引線電氣連接。
附圖的簡(jiǎn)要說(shuō)明如下圖1是現(xiàn)有實(shí)施例的球柵極陣列插件的概略剖面圖；圖2是本發(fā)明實(shí)施例的球柵極陣列插件的概略剖面圖；圖3A～圖5B是表示圖2所示插件的制造過(guò)程的示意圖。
圖1是現(xiàn)有的芯片規(guī)模插件(Chip Scale Package)群中具代表性的微型球柵極陣列(μ-Ball Grid Arrayμ-BGA)的概略剖面圖。
參照?qǐng)D1，提供了半導(dǎo)體芯片2即印模(die)，它具有內(nèi)表面2a和外表面2b，在內(nèi)表面2a上形成有多個(gè)半導(dǎo)體元件，在內(nèi)表面2a的上部表面上形成有許多用于與外部電路傳遞信號(hào)的鍵合點(diǎn)(未圖示)。這些鍵合點(diǎn)形成于半導(dǎo)體芯片2的端部。在圖1中，半導(dǎo)體芯片2的內(nèi)表面2a朝向下部。在所述半導(dǎo)體芯片2的內(nèi)表面2a上依次層疊著彈性橡膠4和印刷有電路配線的柔軟的梁式引線薄膜6。下面，同附屬層(Compliant layer8)一起說(shuō)明彈性橡膠4和梁式引線薄膜6。梁式引線薄膜6的配線通過(guò)半導(dǎo)體芯片2的鍵合點(diǎn)和鍵合連線8而在電氣上相互連結(jié)。在所述梁式引線薄膜6的表面上，配置有許多導(dǎo)電性焊錫球10，用于在與半導(dǎo)體芯片2之間進(jìn)行信號(hào)的輸出輸入、以及與外部電路電氣連接。
具有上述結(jié)構(gòu)的球柵極陣列插件，通過(guò)將導(dǎo)電性的焊錫球10與形成于外部裝置的印刷電路板上的配線進(jìn)行錫焊、或?qū)⒑稿a球10連接到插座上，而形成電氣信號(hào)傳送體系。
具有上述結(jié)構(gòu)的球柵極陣列插件，為了與日益成為高集成化及小型化的半導(dǎo)體芯片尺寸相適應(yīng)地增加單位芯片面積上的焊錫球數(shù)量，需要減小球徑、提高梁式引線鍵合技術(shù)。在滿足不了這種要求的情況下，半導(dǎo)體芯片尺寸的減小受到限制。
下面，參照


本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例。
如圖2所示，本發(fā)明的球柵極陣列插件包括具有第一表面22a和第二表面22b的襯底22。此外，所述襯底22還包括將第一表面22a與第二表面22b的端部連接起來(lái)的內(nèi)側(cè)壁的表面22c。所述襯底22的第一表面22a的尺寸稍大于芯片尺寸，以便將半導(dǎo)體芯片26、32裝入在其上。襯底22的第一表面22a形成在襯底22的內(nèi)表面的中央上，第二表面22b比第一表面22a高規(guī)定高度，并沿著第一表面22a的端部配置。第二表面22b具有使襯底22的尺寸不超出半導(dǎo)體芯片26、32的尺寸范圍很多的寬度。
半導(dǎo)體芯片26、32包括第一半導(dǎo)體芯片26，其外表面通過(guò)第一粘接劑層24粘接在第一表面22a上；第二半導(dǎo)體芯片32，其外表面通過(guò)第一條帶(tape)28a和第二條帶28b、以及位于它們之間載體薄膜30(Carrier film)而粘附在第一半導(dǎo)體芯片的上部。在第一半導(dǎo)體芯片26和第二半導(dǎo)體芯片32的端部形成多個(gè)鍵合點(diǎn)(未圖示)。第一半導(dǎo)體芯片26的形成有鍵合點(diǎn)的端部，其寬度比第二半導(dǎo)體芯片32大規(guī)定尺寸，這是為了使第一半導(dǎo)體芯片26的鍵合點(diǎn)不被設(shè)置在其上方的第二半導(dǎo)體芯片32所覆蓋而露出。在第二半導(dǎo)體芯片32上裝入彈性橡膠34，該彈性橡膠具有可使第二半導(dǎo)體芯片32端部上的鍵合點(diǎn)露出的尺寸。在彈性橡膠34的上部和第二半導(dǎo)體芯片32端部的上面，覆蓋著柔軟的導(dǎo)電性梁式引線薄膜36。該梁式引線薄膜36包含從第二半導(dǎo)體芯片32的鍵合點(diǎn)所在端部一直延伸到彈性橡膠34的上表面的多根第一引線。該梁式引線薄膜36的第一引線的一端與第二半導(dǎo)體芯片32的鍵合點(diǎn)電氣連結(jié)著。其另一端與附著在其上的導(dǎo)電性的第一焊錫球38a相連接。
在襯底22上埋設(shè)著多根第二引線40，這些引線的兩側(cè)端部露出在第二表面22b和內(nèi)側(cè)壁的表面22c上。露在襯底22的內(nèi)側(cè)壁表面22c上的第二引線40的一端，通過(guò)連線42與第一半導(dǎo)體芯片26的相應(yīng)鍵合點(diǎn)進(jìn)行鍵合。露在襯底22的第二表面22b上的第二引線40的另一端，與形成于第二表面22b上的第二焊錫球38b連接。為了保護(hù)連線42和設(shè)在第二半導(dǎo)體芯片32的端部上的印刷電路板不受外部沖擊、并固定，在其上覆蓋一層密封劑44。
具有上述結(jié)構(gòu)的球柵極插件，通過(guò)將導(dǎo)電性的第一、第二焊錫球38a、38b與形成于印刷電路板上的配線進(jìn)行錫焊、或與插座連接，形成電信號(hào)傳送系統(tǒng)。
此外，根據(jù)設(shè)計(jì)規(guī)則(Design rule)，所述第一半導(dǎo)體芯片26的鍵合點(diǎn)，可全部與第二焊錫球38b進(jìn)行電氣連接、或只有一部分與第二焊錫球38b進(jìn)行電氣連接。在只有一部分與第二焊錫球38b連接的情況下，其余的鍵合點(diǎn)與梁式引線薄膜36的第一引線中的、不與第二半導(dǎo)體芯片32的鍵合點(diǎn)相連接的剩余的引線相連接，并與第一焊錫球38a相連接。
如上所述，通過(guò)改變鍵合點(diǎn)的連接方式，本實(shí)施例的構(gòu)造可適用于第一半導(dǎo)體芯片26與第二半導(dǎo)體芯片32具有相同功能的RAM(隨機(jī)存儲(chǔ)器)或ROM(只讀存儲(chǔ)器)中。此外，本實(shí)施例的構(gòu)造也適用于第一半導(dǎo)體芯片26與第二半導(dǎo)體芯片32具有不同功能的情況，即例如第一半導(dǎo)體芯片26是具有控制功能的微處理器、第二半導(dǎo)體芯片是具有存儲(chǔ)功能的RAM(隨機(jī)存儲(chǔ)器)或ROM(只讀存儲(chǔ)器)等存儲(chǔ)芯片的情況。
下面，參照?qǐng)D3A至圖5B說(shuō)明制造圖2中的球柵極陣列插件的方法。
圖3A表示在襯底22的第一表面上裝入第一半導(dǎo)體芯片26的狀態(tài)的平面圖，圖3B是沿圖3A中的3B-3B′線剖開(kāi)的斷面圖。
參照?qǐng)D3A和圖3B，可提供這樣的襯底22，即，例如具有正六面體形狀，并具有比其端部側(cè)的第二表面22b的高度低規(guī)定高度的第一表面22a，該高度差可使半導(dǎo)體芯片被裝入到襯底22的中央部。所述襯底22由絕緣材料制成，最好是用塑料化合物制成。所述襯底22側(cè)壁的內(nèi)表面22c具有規(guī)定的傾斜度，如圖3C的概略放大圖所示，在該傾斜面中埋設(shè)著多根具有導(dǎo)電性能的第二引線(或接線柱Stud)40，用于與第一半導(dǎo)體芯片26進(jìn)行信號(hào)的輸入出入。所述第二引線40最好是用金(Au)制成。如圖3C所示，襯底22的側(cè)壁內(nèi)表面22c形成階梯式的，以便使每3根引線配置在同一平面上，這樣可提高引線40的集成度。在所述襯底22的第一表面22a上，粘附著沿其端部具有許多襯墊電極(圖未示)的第一半導(dǎo)體芯片26，而且是在填充有粘接劑24的狀態(tài)下粘附的。粘附第一半導(dǎo)體芯片26之后，再實(shí)施把所述第二引線40與第一半導(dǎo)體芯片26的襯墊電極電氣連接的工序。如圖3C所示，在本實(shí)施例中，由于所述第一半導(dǎo)體芯片26與第二引線40保持相隔規(guī)定距離的狀態(tài)，因此，采用引線鍵合方法，用連線42把各第二引線40和與其對(duì)應(yīng)的各襯墊電極連接起來(lái)。但是，上述引線鍵合方法也可改變?yōu)槠渌椒ā?br> 參照?qǐng)D4A和圖4B，為了在第一半導(dǎo)體芯片26上疊放面積小于第一半導(dǎo)體芯片26的第二半導(dǎo)體芯片32，將第一條帶28a粘附在所述第一半導(dǎo)體芯片26上，然后在其上依次粘附載體薄膜30和第二條帶28b。在第二條帶28b上裝入第二半導(dǎo)體芯片32，在第二半導(dǎo)體芯片32上裝入彈性橡膠(elastomer)34，該彈性橡膠34的面積足以使沿第二半導(dǎo)體芯片32的端部形成的襯墊電極露出。把形成有配線圖的梁式引線薄膜36粘接在所述彈性橡膠34和第二半導(dǎo)體芯片32的端部上，然后進(jìn)行梁式引線鍵合，把形成于第二半導(dǎo)體芯片32端部的多個(gè)襯墊電極與梁式引線薄膜36的第一引線電氣連接。圖4A所示的平面圖表示上述過(guò)程結(jié)束的狀態(tài)。
配線工序結(jié)束后，進(jìn)行封裝(encapsulation)工序，用密封劑44把露出有配線的斜面區(qū)封起來(lái)。此時(shí)，用于密封的物質(zhì)是液態(tài)的密封樹(shù)脂。
接著，如圖5A及圖5B所示，為了分別與第一半導(dǎo)體芯片26和第二半導(dǎo)體芯片32進(jìn)行信號(hào)的輸入出入，進(jìn)行形成焊錫球的工序。露出在襯底22的第二表面上的引線40的端部與形成于其表面上的第二焊錫球38b連接，梁式引線薄膜36的各引線與形成于其上部表面的第一焊錫球38a連接，構(gòu)成與所述第一、第二半導(dǎo)體芯片26、32之間的信號(hào)傳送系統(tǒng)。
在上述實(shí)施例中，雖說(shuō)明了疊放一個(gè)半導(dǎo)體芯片的例子，但也可以通過(guò)減小傾斜面的斜度來(lái)增加接線柱(stud)的集成度的辦法，用2層或2層以上的芯片構(gòu)成插件。即，裝入在最上部的半導(dǎo)體芯片，用與上述實(shí)施例的第二半導(dǎo)體芯片同樣的方法進(jìn)行配線連接，其余半導(dǎo)體芯片用引線連接，這樣，能夠以固定面積制造具有更高容量的插件。
此外，所述球柵極陣列插件也適用于單層芯片的插件，這種插件存在著鍵合點(diǎn)數(shù)量過(guò)多且焊錫球之間易產(chǎn)生沖擊的問(wèn)題。在這種情況下，半導(dǎo)體芯片的一部分鍵合點(diǎn)與形成于襯底的第二表面上的第二焊錫球之間形成電信號(hào)傳送通路；半導(dǎo)體芯片的其余鍵合點(diǎn)與形成于梁式引線薄膜的上部的第一焊錫球之間形成電信號(hào)傳送通路。前面未說(shuō)明的結(jié)構(gòu)與前面說(shuō)明的實(shí)施列一樣，因此，這里不再重復(fù)。
如上所述，本發(fā)明的球柵極陣列插件是將半導(dǎo)體芯片進(jìn)行多層疊放而成的，因此，能夠以一樣的面積制造具有更高容量的插件。而且，本發(fā)明的插件，不僅在芯片上部、而且在襯底上部也可形成用于構(gòu)成與半導(dǎo)體芯片的鍵合點(diǎn)之間的信號(hào)傳送通路的焊錫球，因此，即使不發(fā)展用于減小球徑的技術(shù)，也可防止焊錫球之間的沖擊。又因不需要更高的引線鍵合技術(shù)，可利用現(xiàn)有技術(shù)水平的引線鍵合技術(shù)，所以，可防止制造費(fèi)用增加和收獲率降低的問(wèn)題。而且，制成的插件是降溫型插件(down type)，所以散熱效果好。
這里，雖然對(duì)本發(fā)明的特定實(shí)施例作了說(shuō)明，但同業(yè)者可對(duì)它進(jìn)行修改或改變其形式。因此，可理解為只要是屬于本發(fā)明的真正思想范疇內(nèi)的所有的修改和變形均包括在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1．一種球柵極陣列插件，其特征在于，包括襯底，具有第一表面和比所述第一表面高且形成于所述第一表面周圍的第二表面；至少一個(gè)半導(dǎo)體芯片，被疊放著，并配置在所述第一表面上，在其上部表面設(shè)有用于與外部電路進(jìn)行信號(hào)傳送的多個(gè)襯墊(pad)，設(shè)置在各層上的具有相同功能的襯墊之間相互電氣連接；多根引線，設(shè)在所述襯底上，其一端與所述半導(dǎo)體芯片的一部分襯墊連接，另一端露出在所述第二表面上；多個(gè)導(dǎo)電性焊錫球，形成于所述半導(dǎo)體芯片中的放置于最上層的半導(dǎo)體芯片的表面和所述襯底的第二表面上，與所述半導(dǎo)體芯片的襯墊、以及露出在所述襯底的第二表面上的引線電氣連接。
2．如權(quán)利要求1所述的球柵極陣列插件，其特征在于，還包括介于所述半導(dǎo)體芯片的襯墊與連接在所述半導(dǎo)體芯片的襯墊上的焊錫球之間的附屬(compliant)層，所述附屬層包括導(dǎo)電性的圖樣層，把所述半導(dǎo)體芯片的襯墊與所述半導(dǎo)體芯片的襯墊電氣連接；緩沖層，用于緩沖對(duì)所述半導(dǎo)體芯片的外部沖擊。
3．如權(quán)利要求2所述的球柵極陣列插件，其特征在于，所述緩沖層是彈性橡膠(elastomer)。
4．如權(quán)利要求1所述的球柵極陣列插件，其特征在于，與所述引線相連接的鍵合點(diǎn)，通過(guò)連線被鍵合。
5．如權(quán)利要求4所述的球柵極陣列插件，其特征在于，具有所述連線和通過(guò)所述連線被鍵合部分的部分，被硬化的液態(tài)樹(shù)脂封裝起來(lái)。
6．如權(quán)利要求1所述的球柵極陣列插件，其特征在于，所述半導(dǎo)體芯片中的最下方的半導(dǎo)體芯片粘附在所述襯底的第一表面上，在所述半導(dǎo)體與所述襯底的第一表面之間填有粘接劑。
7．如權(quán)利要求1所述的球柵極陣列插件，其特征在于，所述插件還包含按第一粘接層、具有導(dǎo)電性圖樣的載體薄膜、以及第二粘接層的順序介于所述半導(dǎo)體芯片之間的膜。
8．一種球柵極陣列插件，其特征在于，包括襯底，具有第一表面和比所述第一表面高且形成于所述第一表面周圍的第二表面；第一半導(dǎo)體芯片，配置在所述襯底的第一表面上，在其上端的表面上設(shè)有用于與外部電路進(jìn)行信號(hào)傳送的多個(gè)襯墊；第二半導(dǎo)體芯片，配置在所述第一半導(dǎo)體芯片的上部表面上，其尺寸小于所述第一半導(dǎo)體芯片，以便使所述第一半導(dǎo)體芯片的襯墊露出，且在其上部設(shè)有多個(gè)襯墊；多根引線，設(shè)置在所述襯底上，與所述第一半導(dǎo)體芯片的襯墊電氣連接，且露出在所述第二表面上；多個(gè)導(dǎo)電性的焊錫球，形成于所述第二半導(dǎo)體芯片的表面和所述襯底的第二表面上，并與所述第二半導(dǎo)體芯片的襯墊、以及露出在所述襯底的第二表面上的引線電氣連接。
9．如權(quán)利要求8所述的球柵極陣列插件，其特征在于，還包括介于所述半導(dǎo)體芯片的襯墊與連接在所述半導(dǎo)體芯片的襯墊上的焊錫球之間的附屬(compliant)層，所述附屬層包括導(dǎo)電性的圖樣層，把所述半導(dǎo)體芯片的襯墊與所述半導(dǎo)體芯片的襯墊電氣連接；緩沖層，用于緩沖對(duì)所述半導(dǎo)體芯片的外部沖擊。
10．如權(quán)利要求9所述的球柵極陣列插件，其特征在于，所述緩沖層是彈性橡膠(elastomer)。
11．如權(quán)利要求8所述的球柵極陣列插件，其特征在于，與所述引線相連接的鍵合點(diǎn)，通過(guò)連線被鍵合。
12．如權(quán)利要求8所述的球柵極陣列插件，其特征在于，具有所述連線和通過(guò)所述連線進(jìn)行鍵合的部分，被硬化的液態(tài)樹(shù)脂封裝起來(lái)。
13．如權(quán)利要求8所述的球柵極陣列插件，其特征在于，所述半導(dǎo)體芯片中的最下方的半導(dǎo)體芯片粘附在所述襯底的第一表面上，在所述半導(dǎo)體與所述襯底的第一表面之間填有粘接劑。
14．如權(quán)利要求8所述的球柵極陣列插件，其特征在于，所述插件還包含按第一粘接層、具有導(dǎo)電性圖樣的載體薄膜、以及第二粘接層的順序介于所述半導(dǎo)體芯片之間的膜。
全文摘要
一種改進(jìn)的球柵極陣列插件BGA,可防止焊錫球之間的沖擊且提高集成度,包括:襯底,具有第一表面和比第一表面高的第二表面;至少一個(gè)半導(dǎo)體芯片,被疊放著配置在第一表面上,在其上部表面設(shè)有多個(gè)襯墊;多根引線,設(shè)在襯底上,其一端與半導(dǎo)體芯片的一部分襯墊連接,另一端露出在該第二表面上;多個(gè)導(dǎo)電性焊錫球,形成于半導(dǎo)體芯片的表面和襯底的第二表面上,與半導(dǎo)體芯片的襯墊、以及露出在襯底的第二表面上的引線電氣連接。
文檔編號(hào)H01L25/18GK1206226SQ9811562
公開(kāi)日1999年1月27日 申請(qǐng)日期1998年6月30日 優(yōu)先權(quán)日1997年6月30日
發(fā)明者南澤煥 申請(qǐng)人:現(xiàn)代電子產(chǎn)業(yè)株式會(huì)社