专利名称：集成电路结构表面涂覆金属的方法
技术领域：
本发明涉及一种集成电路结构表面涂覆金属的方法，特别是涉及在一集成电路结构上以金属喷射方式，在该集成电路结构的部分表面形成一表面涂覆金属层，且该金属层厚度可依实务所需，调整金属喷射过程参数，达到所需的厚度及型态。
半导体芯片封装构成之一的形式，包含一或多个芯片连接至一基板上，通常将其构成及连接于一印刷电路卡(printed circuit card)或一印刷电路板(printed circuit board)，而芯片则可以多种方式连接一基板上。一般最常见如打金线方式(wire bonding)，其是通过芯片组件处到基板连接点的极细微金线作电性连接；另一种则是覆晶(flip chip)方式，其是以锡块(solder bump)作为芯片的实体接触及电性连接。最后为达到散热的目的，通常再外加一导热材质构成的散热片，以维持芯片的正常运作。
请参阅
图1A至已是公知打金线方式的集成电路封装构成的制作过程示意图。一集成电路结构1，其为一封装形式，其主要包含有一基板11以及安置于其上的芯片13。该基板11上下侧是布设有电路层(图中未示)，且可为单层或多层叠合的基板形式。而芯片13是利用金线14以打金线方式耦合于基板11上。又封胶15是覆于芯片33及其附近基板11之上，主要目的在集成电路结构1及芯片13。而最后该集成电路结构1是通过多个锡球12结合于电路板上。
然散热片17通常先将一金属片，如金属铜等散热材质，以冲切(punch)，压制(press)或模块(molding)等方式制作符合为集成电路结构1的散热片17，其型态必须与集成电路结构1完全能吻合，如图1B所示。而为了能使散热片17能与集成电路结构1接合完整，是先在封胶15及基板11上的部分区域涂上一粘着层16a、16b，最后再将散热片17压合上集成电路结构1，达到散热效果。
请再参阅图2A至C所示，是覆晶方式的集成电路封装构成过程示意图。如同前述，一集成电路结构2，其主要也包含有一基板21以及安置于其上的芯片23，不同的是，该芯片23是利用锡块24(solder bump)以覆晶方式耦合于基板21上，达到电性导通的目的。而最后该集成电路结构1是通过多个锡球22结合于电路板上。
然散热片27同样先将一金属片，如金属铜等散热较佳材质，以冲切(punch)、压制(press)或模块(molding)等方式制作符合为集成电路结构2的散热片27，其型态必须与集成电路结构2完全能吻合，如图2B所示。而为了能使散热片27能与集成电路结构2接合完整，是先在芯片23及基板21上的部分区域涂上一粘着层26a、26b，最后再将散热片27压合上集成电路结构2，达到散热效果，如图2C所示。
然而，上述种种习用的集成电路结构以表面涂覆金属作为散热片仍具有下列缺夫(1)该散热片需先将金属片以冲切(punch)、压制(press)或模块(molding)等繁杂方式制作符合为集成电路结构的散热片型态，且必须与集成电路结构完全能吻合，过程复杂，且耗费成本。
(2)制作过程需大量昂贵机台，浪费不必要的成本。
(3)遇到复杂型态的集成电路封装构成，其散热片制作困难，范围严重受限，且易出错。
(4)散热片压合上集成电路封装构成需另以复杂机台执行，且需粘着层辅助，也提高成本。
(5)生产量低，不易量产。
因此，集成电路结构的散热片的制作过程仍有极大的改善空间。业界也祈能在微小化的趋势下达到最佳运作效能。
本发明的次要目的在于提供一种集成电路结构的金属涂覆框架的制作过程，该金属涂覆框架可达到散热以及电磁波遮蔽的功效，且形成的金属涂覆框架可制成任意形式及大小，不需复杂机台，可轻易量产。
本发明的另一要目的在于提供一种应用金属喷射方式形成集成电路结构的方法，其以金属喷射方式直接在包含若干芯片的晶体背面覆上一金属层，使在进行封装制作过程时，所形成的集成电路结构内的各芯片背面覆着的金属层即作为现成散热片之用。
为达上述目的，本发明是提供一种集成电路结构表面涂覆金属的方法，通过舍去习用以冲切、压制或模块等方式制作集成电路结构的表面金属，而改以金属喷射方式形成金属涂覆层。其是先在一包含有一基板以及一个以上安置于其上的芯片的集成电路封装构成，而芯片是以打金线方式或覆晶方式耦合于基板上完成封装。以金属喷射方式在该封装构成的部分非导电区表面，喷射形成一涂覆在表面的金属喷射层，该金属喷射层为纯金属或合金所构成。其中，该金属喷射方式可以是电弧熔射，该金属喷射层的厚度可依所需轻易作控制改变，可达到良好的散热效果以及防电磁波的效果，维持集成电路芯片的正常运作。
本发明也可应用金属喷射方式于形成集成电路结构的制作过程，在一包含若干已完成半导体制作过程芯片的晶体背面，以金属喷射方式在该晶体的背面覆上一金属层，再分割该晶体使其若干芯片分开为单位个体芯片之后，对各该单位芯片进行封装制作过程，使背面覆着一金属层的芯片安置于基板上，成为一集成电路结构。由于各该芯片背面即已覆着一金属层，因此所形成的集成电路结构内的各芯片背面覆着的金属层即作为现成散热片之用，使芯片在运作时维持正常功效。
请参阅图3A至B是本发明的第一实施例。首先提供一集成电路结构3，该集成电路结构3为一般业界的封装态样，其主要包含有一基板31以及安置于其上的芯片33，而通常业界依所需可装设一个芯片以上，然图中仅以一个芯片33表示。所述基板31可为一陶瓷基板或塑料基板，陶瓷基板是以陶瓷材料作为绝缘层，而该塑料基板是以塑料基材作为绝缘层。而其材质为双顺丁稀二酸酰亚胺(bismaleimide，BMI)，双顺丁稀二酸酰亚胺/三氮阱复合树脂。bismaleimide triazine-based，BT)、环氧树脂(epoxy)FR-4或聚酰胺(polyimide)等材质。该基板31上下侧布设有电路层(图中未示)，且该基板31可为单层或多层叠合的基板形式。而芯片33是利用金线34以打金线方式(wlre-bonding)耦合于基板31上。又封胶35是至少覆于芯片33及其附近基板31之上，主要目的在保护BGA封装组件及芯片33。然而在基板31上另设有接地垫(ground pad)39，该接地垫39是设计位于封胶35未覆盖之处。而最后该集成电路结构3是通过多个锡球32结合于电路板上。
接下所述为本发明的重点之一，舍弃公知以冲切、压制或模块等方式制作散热表面涂覆金属层，而改以金属喷射方式(metal spray)在该构成3的部分非导电区表面，直接喷射形成一表面金属喷射层36，该金属喷射层36为纯金属如铜(Cu)、铝(Al)、锌(Zn)、其它金属或其合金所构成。而基板31上的接地垫39也被该金属喷射层36所覆盖，因而造成有加大接触面积，提高集成电路结构3电性的效果，如图3B所示。
其中，该金属喷射方式是指电弧熔射(Arc melting spray)，在本实施例所施以的电弧熔射为PEC PC-300电弧熔射，所喷射出的金属粒子粗糙度尺寸在1μm-10μm之间，较佳在4μm-6μm之间；该金属粒子附着力是在100kg/cm2-300kg/cm2之间；160kg/μm2-281kg/cm2之间，如铝160kg/cm2，锌281kg/cm2；线材送料方式为推/拉式(push/pull)，线材使用直径1.0mm至3.0mm之间，较佳为1.6mm至2.4mm之间；而该电弧熔射头端点的熔融温度是在4000℃-6000℃之间，喷出的金属粒于瞬间冷却覆着于涂覆物上，且于室温的环境下即可操作，且该金属喷射层36的厚度可依所需轻易作控制改变，可达到良好的散热效果以及防电磁波(electromagnetic interference，EMI)的效果，维持集成电路芯片33的正常运作。
但是，在施以金属喷射之前，可先在该构成3的部分非导电区表面进行一覆上保护膜(protective film)的步骤(图中未示)，如树脂(resin)等，再进行金属喷射。
当然，本发明也可以应用于覆晶方式(flip-chip)集成电路封装构成，如图4A至C所示，是本发明的第二实施例。同前一实施例，先提供一集成电路结构4，其主要也包含有一基板41以及安置于其上的芯片43，图标中也仅以一个芯片43表示。所述基板41可为一陶瓷基板或塑料基板，而其材质及设计也同前一实施例所述，在此不再赘述。不同的是，该芯片43是利用锡块(bump)44以覆晶方式(flip-chip)耦合于基板41上，再施以一封胶(未标示)保护的。而如同上一实施例，在基板41上另设有接地垫(ground pad)49，供电性接地之用。
接下在该构成4的部分非导电区表面进行一覆上保护膜(protectivefilm)45的步骤(图中未示)，如树脂(resin)等作保护层。需注意的是，此保护层45是避开接地垫49的位置，未覆盖之。
如同上述实施例，以金属喷射方式直接在该构成4的部分非导电区表面(保护膜45)，喷射形成一表面金属喷射层46，该金属喷射层46为纯金属如铜(Cu)、铝(Al)、锌(Zn)、其它金属或其合金所构成，而基板41上的接地垫49也被该金属喷射层46所覆盖，因而造成有加大接触面积，提高集成电路结构4电性的效果，如图4C所示。
其中，该金属喷射方式是指电弧熔射，在本实施例所施以的电弧熔射也为PEC PC-300电弧熔射，所喷射出的金属粒于尺寸是在1μm-10μm之间，较佳在4pm-6pm之间；该金属粒子附着力是在100kg/cm2-300kg/cm2之间，较佳160kg/cm2-281kg/cm2之间；如铝160kg/cm2，锌281kg/cm2；线材送料方式为推/拉式，线材使用直径1.0mm至3.0mm之间，较佳为1.6mm至2.4mm之间；室温下执行，而该电弧熔射头端点的熔融温度是在4000℃-6000℃之间，喷出的金属粒子瞬间冷却覆着于涂覆物上，且于室温的环境下即可操作。且该金属喷射层46的厚度可依所需轻易作控制改变，可达到良好的散热效果以及防电磁波(EMI)的效果，维持集成电路芯片43的正常运作。
当然，集成电路结构3除本发明制作金属喷射层46之外，也可装置有其它额外的如电容电阻等电子组件或其它集成电路组件(图中未示)等，由于此是属现有技术部份且非为本发明的特征故以下不再赘述。
然而，除了集成电路结构表面涂覆金属的方法外，本发明也可以单独制作各种不同形状厚度的散热片以及电磁波遮蔽(EMI shielding)，而应用于多种集成电路结构。请参阅图5A至5G，是本发明第三实施例，种集成电路结构的金属涂覆框架的制作过程，其步骤包括有(a)提供一涂覆框体51，该涂覆框体51是具有一容置空间，且以一般技术即可完成的框体；(b)以喷射方式在该涂覆框体51的容置空间表面覆上一离型膜(release film)52，该离型膜为环氧树脂(epoxy resin)等材质；(c)接着以喷射方式在该离型膜52的表面形成一金属层53填满该容置空间；(d)移除该金属涂覆框体51，使该金属层53形成一金属涂覆模体53a，该金属涂覆模体53a即作为制作金属涂覆框架的主膜体。
(e)同样以喷射方式依序在该金属涂覆模体53a的表面覆上一离型剂(release agent)54及一离型膜55，如环氧树脂等材质；
(f)以喷射方式在该离型膜55的表面形成一金属涂覆层56，为纯金属如铜(Cu)、铝(Al)、锌(Zn)或其合金所构成；(g)移除该金属涂覆模体53a，使该金属涂覆层56形成一金属涂覆框架(frame)56a。
其中，上述金属喷射方式是指电弧熔射(Arc melting spray)或其它高速金属喷射技术，所喷射出的金属粒子尺寸是在1μm-10μm之间，金属粒子附着力是在100kg/cm2-300kg/cm2之间，该电弧熔射头端点的熔融温度是在4000℃-6000℃之间，喷出的金属粒于瞬间冷却覆着于涂覆物上，且于室温的环境下即可操作。
然而，本实施例所制作的金属涂覆框架56a是可应用于各种集成电路结构，单独制作各种不同形状厚度的散热以及电磁波遮蔽(EMI shielding)的金属涂覆框架56a，只要依步骤(a)至(d)先作出金属涂覆模体53a，再以金属涂覆模体53a为主膜体，重复步骤(e)至(g)即可制作出多个数量的金属涂覆框架56a。再以如粘贴等方式结合于各集成电路封装构成，如应用在塑料针数组(plastic pin grid array，PPGA)。塑料球数组(plastic ball grid array，PBGA)或塑料圆柱数组(plastic columngrid array，PCGA)的封装方式，或应用于特殊需求的模块基板上，即可达到散热以及电磁波遮蔽的功效。
另外，本发明的技术精神也可以第四实施例阐述的，请参阅图6A至D为本发明第四实施例的应用金属喷射方式形成集成电路结构的方法，其步骤包含(a)提供一晶体60，该晶体60是包含若干已完成半导体制作过程的集成电路芯片(chip)61，各该芯片为一可独立运作的一般集成电路芯片，由于各集成电路芯片61的制作过程为业界所熟知，也非本发明独创的技术重点，在此不再赘述。
(b)以前述实施例的金属喷射方式(metal spray)在该晶体60的背面覆上一金属层62。
(c)以一般如机械切割等方式分割该晶体60，使其若干集成电路芯片61分开为单位个体集成电路芯片61a，接着对各该单位集成电路芯片61a进行封装制作过程，使所述背面覆着一金属层62的集成电路芯片61a，安置于一基板63上，成为一集成电路结构。集成电路芯片61a是利用金线64以打金线方式(wire-bonding)耦合于基板63上。又封胶65是至少覆于芯片集成电路芯片61a及其附近基板63之上。
(d)当然，本实施方式也可以应用于覆晶方式(flip-chip)集成电路封装构成，如图6D所示，该覆着一金属层62的集成电路芯片61a是利用锡块(bump)66以覆晶方式耦合于基板63上。
同样，本实施例可依所需而装设一个芯片以上，然图标中仅以一个集成电路芯片61a表示。所述基板63的材质、设计皆与上述实施例相同，不再赘述；而以金属喷射方式(metal spray)直接在包含若干已完成半导体制作过程的芯片(chip)61的晶体60背面覆上一金属层62，而在切割分开为单位个体集成电路芯片61a时，各该芯片背面即已覆着一金属层62。接着对各该单位集成电路芯片61a进行封装制作过程时，所形成的集成电路结构内的各集成电路芯片61a背面覆着的金属层62即作为现成散热片之用，使芯片61a在运作时维持正常功效。
该金属层62为纯金属如铜(Cu)、铝(Al)、锌(Zn)、其它金属或其合金所构成；其中，该金属喷射方式是指电弧熔射，为PEC PC-300电弧熔射，所喷射出的金属粒于粗糙度尺寸是在1μm-10μm之间，较佳在4μm-6μm之间；该金属粒于附着力是在100kg/cm2-300kg/cm2之间；较佳160kg/cm2-281kg/cm2之间，如铝160kg/cm2，锌281kg/cm2；线材送料方式为推/拉式(push/pull)，线材使用直径1.0mm至3.0mm之间，较佳为1.6mm至2.4mm之间；而该电弧熔射头端点的熔融温度是在4000℃-6000℃之间，喷出的金属粒子瞬间冷却覆着于涂覆物上，且于室温的环境下即可操作。且该金属层62的厚度可依所需轻易作控制改变，可达到良好的散热效果。
综上所述，本发明的集成电路结构表面涂覆金属的方法相对于习用技术至少具有下列优点(1)本发明利用金属喷射在集成电路结构表面形成金属的方法，可应用于各种不同形式及尺寸的集成电路封装构成，范围广泛不受限。
(2)在集成电路结构表面形成的金属可达到散热以及电磁波遮蔽的功效。
(3)在集成电路结构表面形成的金属厚度可依实务所需，调整金属喷射制作过程参数，达到所需的厚度。
(4)本发明也可应用如陶瓷基板或塑料基板等处，即使晶体或玻璃基板皆可。
(5)生产量高，制作过程简化，不需复杂机台，可轻易量产。
(6)形成的金属涂覆框架可制成任意形式及大小。
(7)制作过程室温下即可执行。
(8)直接利用金属喷射在芯片背面形成具散热作用的金属层，均匀度良好，散热性佳，且制作过程更为简易。
以上所述是利用较佳实施例详细说明本发明，而非限制本发明的范围。本领域普通技术人员适当而作些微的改变及调整，仍将不失本发明的要义所在，也不脱离本发明的精神和范围。
权利要求
1.一种集成电路结构表面涂覆金属的方法，其特征在于，所述方法步骤包括有(a)提供一集成电路结构，该集成电路结构包含有一基板以及至少一个安置于其上的芯片；(b)以金属喷射方式(metal spray)在该集成电路结构的部分表面形成一表面涂覆金属层。
2.如权利要求1所述的集成电路结构表面涂覆金属的方法，其特征在于在所述步骤(b)之前还可包括一步骤(b’)以喷射方式在该集成电路结构的部分表面覆上一保护膜(protective film)。
3.如权利要求1所述的集成电路结构表面涂覆金属的方法，其特征在于所述的表面涂覆金属层形成在该集成电路结构的非导电区表面。
4.如权利要求1所述的集成电路结构表面涂覆金属的方法，其特征在于所述的金属喷射方式可指电弧熔射(Arc melting spray)。
5.如权利要求1所述的集成电路结构表面涂覆金属的方法，其特征在于所述的在该基板上另设有接地垫(ground pad)。
6.一种集成电路结构的金属涂覆框架的制作过程，其特征在于，所述制作过程步骤包括有(a)提供一模体；(b)以喷射方式(spray)在该模体的表面覆上一离型膜(releasefilm)；(c)以喷射方式在该离型膜的表面形成一金属涂覆层；(d)移除该模体，使该金属涂覆层形成一金属涂覆框架(frame)。
7.如权利要求6所述的集成电路结构的金属涂覆框架的制作过程，其特征在于所述的步骤(a)所述模体以下列方法制造(a1)提供一框体，该框体具有一容置空间；(a2)以喷射方式在该框体的容置空间表面覆上一离型膜；(a3)以喷射方式在该离型膜的表面形成一金属层填满该容置空间；(a4)移除该枢体，使该金属层形成所述模体。
8.如权利要求7所述的集成电路结构的金属涂覆框架的制作过程，其特征在于，在所述步骤(a2)之前可包括一步骤(a2’)以喷射方式在该模体的表面覆上一离型剂(release agent)。
9.如权利要求7所述的集成电路结构的金属涂覆框架的制作过程，其特征在于所述的步骤(c)所述的金属喷射方式可指电弧熔射(Arcmelting spray)。
10.如权利要求9所述的集成电路结构的金属涂覆框架的制作过程，其特征在于所述的电弧熔射所喷射出的金属粒子粗糙度尺寸在1μm-10μm之间。
11.如权利要求9所述的集成电路结构的金属涂覆框架的制作过程，其特征在于所述的电弧熔射所喷射出的金属粒于附着力在100kg/cm2-300kg/cm2之间。
12.如权利要求9所述的集成电路结构的金属涂覆框架的制作过程，其特征在于所述的电弧熔射头端点的熔融温度在4000℃-6000℃之间。
13.一种应用金属喷射方式形成集成电路结构的方法，其特征在于，所述方法步骤包含(a)提供一晶体，该晶体包含若干已完成半导体制作过程的芯片(chip)(b)以金属喷射方式(metal spray)在该晶体的背面覆上一金属层；(c)切割该晶体，使其若干芯片分为单位个体芯片，对各该单位芯片进行封装，使一个以上的该芯片安置于一基板上，成为一集成电路结构。
14.如权利要求13所述的应用金属喷射方式形成集成电路结构的方法，其特征在于所述的金属喷射方式可指电弧熔射(Arc melting spray)。
15.如权利要求14所述的应用金属喷射方式形成集成电路结构的方法，其特征在于所述的电弧熔射所喷射出的金属粒子粗糙度尺寸在1μm-10μm之间。
16.如权利要求14所述的应用金属喷射方式形成集成电路结构的方法，其特征在于所述的电弧熔射所喷射出的金属粒于附着力在100kg/cm2-300kg/cm2之间。
17.如权利要求14所述的应用金属喷射方式形成集成电路结构的方法，其特征在于所述的电弧熔射头端点的熔融温度在4000℃-6000℃之间。
18.如权利要求13所述的应用金属喷射方式形成集成电路结构的方法，其特征在于所述的对各该单位芯片进行封装的方式为打金线或覆晶封装方式其中一种。
全文摘要
本发明涉及一种集成电路结构表面涂覆金属的方法，其是在一包含有一基板以及一个以上安置于其上的芯片的集成电路结构，而芯片是可以打金线或覆晶等多种方式耦合于基板上，以及一封胶是至少覆于芯片及其附近基板之上。以金属喷射方式在该集成电路结构的部分非导电区表面，喷射形成一涂覆在表面的金属喷射层，而在喷射金属层之前，可选择性加入一保护膜作保护，该金属喷射层的厚度可依所需轻易作控制改变，可达到良好的散热效果以及防电磁波的效果，维持集成电路芯片的正常运作。
文档编号H01L23/34GK1449004SQ02108760
公开日2003年10月15日 申请日期2002年4月2日 优先权日2002年4月2日
发明者宫振越 申请人:威盛电子股份有限公司