制造半导体的方法和设备的制作方法

专利名称：制造半导体的方法和设备的制作方法
技术领域：
本发明大体上涉及电子设备封装，更具体地涉及半导体
芯片封装，包括薄芯和无芯基片的封装。
背景技术：
半导体芯片封装的最显著的挑战之一是避免在封装过程 中基片翘曲或其他损伤。随着多个工业部分寻求更薄且更轻的半导体芯片，半导 体制造工业正朝着使用由一个或多个整体电路模片形成、安装在薄 芯或无芯基片上的半导体封装发展。然而，随着芯厚度和/或密度减小，或者随着单独的芯完 全消除，基片的封装和随后的处理变得更加困难。这主要是因为基 片的强度和刚性降j氐以及在装配和装配后工艺和加工期间导致的 易损性。 一个问题是在制造过程中(例如，当模片和其他部件附着 于该基片时)产生的基片翘曲，特别是对于薄芯和无芯基片封装。各种不同的制造步骤会引起该基片温度显著增加，这会 导致翘曲。基片的翘曲会使得模片破裂并且产生无效半导体芯片。 另一与基片翘曲有关的问题会是差的基片共面性，其使得该半导体 芯片封装更难以与其他装置互连。
通常使用加强环以支撑或者增加基片的刚性是已知的。 并且，使用固定在该基片上的散热器以在该集成电路封装操作期间 散热也是已知的。这些部件通常通过粘合或者焊接安装到该基片。 然而，在安装这些部件中会出现困难。在安装加强或者散热器部件 期间，翘曲或者其他损伤会发生于该基片。—个具体的工艺，其会引起该封装的基片和其他元件温 度显著增加，并会导致该基片特别易于翘曲，是覆晶模片的底部填 充(under-filling )。底部填充用来补偿才莫片和基片之间的热膨胀率 的差以及吸收在该封装使用期间受到的物理沖击应力。该底部填充 材泮+可以是工程环氧初于脂。该底部填充可以流进该才莫片和该基片之 间的间隙中所需要的位置。 一旦该底部填充固化，该芯片、底部填 充和基片作为一个整体一起变形，,人而大大限制该芯片和该基片之 间的相7于变形。然而，当施加该底部填充(其通常是环氧杉于脂)时，与 这个步骤相关的热量会导致在该基片中产生热应力，其容易翘曲该 基片。这至少部分是由于这样的因素导致的，即该模片的热膨胀系 数(CTE )远低于该基片的CTE。例如，该模片的CTE的是大约5ppm 以及该基片的CTE是大约16ppm。当施加该粘合环氧树脂以将该模 片和基片粘合在一起时，该基片和模片会在该模片贴附工艺和该底 部填充工艺期间膨月长。该才莫片贴附工艺和该底部填充工艺两者通常 在高温下对该模片和基片执行。 一旦基片和模片的组合与将该基片 和模片粘合在一起的环氧树脂一起冷却，会由于该基片和模片的 CTE差导致翘曲。在已知的制造半导体芯片封装的方法中，特别是在制造 由薄芯或无芯基片制成的封装时，加强环的贴附通常在该底部填充 工艺之后执行。这通常是为了避免在该加强环的贴附过程中压迫该 模片凸起和该模片和该基片之间的连接(即，该底部填充降低贴附该加强环时，该才莫片和该基片在该焊接凸起/板连接部的任何相对运 动)。然而，结果是在该底部填充工艺过程中，缺乏对该基片的完 全支撑以抵抗翘曲。通常，在半导体芯片封装制造中，使用基片面板，其可
为多个独立的半导体芯片形成基片。多个芯片的部件可同时添加到 较大的基片面4反。在部件安装后，该4交大的基片面4反和部件组合可
切割成形(singulate)(即分离)为多个单独的半导体芯片封装。然而，将用于多个半导体芯片的部件安装到单个基片面 4反^1夺增力口上面4是到的加工和处理问题。另外，在力口工和处理期间， 该基片面板的总体尺寸会增加应力，至少在该面4反的某些部分。因此，需要一种改进的半导体芯片封装工艺，特别是对 于那些具有薄芯或者无芯的基片的封装。

发明内容
根据本发明一个方面，提供一种封装多个半导体芯片的 方法，包括提供具有第一热膨胀系数(CTE)的基片面板；提供 具有第二CTE的托架，该第二CTE小于该第一CTE;分别加热该基 片面才反和该4乇架至第一和第二高温；将在大约该第一高温下的该基
架处于该第二高温；和将该4乇架和该基片面才反,人该第一和第二高温 冷却，由此在至少一个方向将该基片面^J长紧。按照本发明的另 一方面，提供一种封装多个半导体芯片 的方法，包括提供基片面板；利用基本上刚性的托架从该基片面 板下面支撑该基片面板；当该加强面板加热到第 一 高温以及该基片 面板加热到第二高温时，将加强面板贴附到该基片面板，从而该基片面才反i殳置在该^乇架和该加强面斧反之间；将多个才莫片安装并且电连 接到该基片面才反；和利用贴附到该基片面板的加强面板底部填充该 多个才莫片。按照本发明另 一方面，提供一种封装多个半导体芯片的 方法，包括提供具有第一热膨胀系数(CTE)的基片面板；提供 包括多个加强件的加强面板，该加强面板具有小于该第一CTE的第 二CTE;当该加强面斧反处于第一高温以及该基片面^反处于第二高温 时，将该加强面板贴附到该基片面板；分别将该基片面板和该加强 面板从该第二和第一高温冷却，以在至少一个方向将该基片面板张 紧；和将该基片面^反和该加强面板切割成形为多个半导体芯片封 装。在结合附图阅读下面本发明具体实施例的详细描述后， 本发明的这些和其他特征将对于本领域技术人员变得更加明显。


在附图中，仅作为示例描述本发明的实施例，图1是具有薄芯的半导体芯片封装的示例的俯视图，该封 装可使用本发明示范实施例的方法和设备制作；图2是图1的半导体芯片封装的仰视图；图3是图1中3-3处的剖视图；图4a是以本发明示范性实施例的方式制造具有薄芯或者 无芯基片的半导体芯片封装的工艺的流程图，；
图4b是以本发明示范性实施例的方式制造具有薄芯或者 无芯基片的半导体芯片封装的另 一工艺的流程图；图5是托架、基片面板和加强面板的俯一见图，仅示出部分 该力口强面板；图6a-d是图5中6位置的放大的俯一见示意图，详细说明托 架的销4丁与基片面4反中开口的互连；图7是该托架、基片面板、力口强面板和可选的散热器与图 8类似的分解剖^见示意图；图8是该托架的图5中8-8处的剖视图，基片面板和加强面 4反安装在该托架上；和图9是切割成形后的半导体芯片封装的俯视图，其包括模 片、基片和加强环。
具体实施例方式图1、 2和3，显示反哞争芯片J求形棚-才各阵列(FC-BGA)半 导体芯片封装IOO。半导体芯片封装100包括基片120，其具有上部 模片侧面120a和下部装置贴附表面120b。基片可具有薄芯121。薄 芯121可以由任何本领域技术人员已知的适合的材料制成，包括合 适的聚亚胺树脂、聚亚胺合金、非合金聚合物，如BT环氧树脂、金 属复合物、陶瓷、陶瓷或玻璃复合物，或者类似的复合物，或者其 他合适的材料或者材料组合。如图3,芯121的深度在大约700pm至大约900(im的范围。 芯121可以是薄芯基片。薄芯121的厚度为大约0.1至0.5mm,以及可 以在大约零至0.10mm的范围。然而，可以i人识到在某些基片中，该芯厚度将大于或者小于这个范围，而在别的基片，可以根本不提供 芯。芯121具有上侧面12la和下侧面12lb。芯121可以在表面 121a、 121b的一个或两个上粘合或以其4也方式贴附一个或多个导电 层123,其通常由多层材并牛制成。多层型层123可以由薄铜层制成， 并且还可包括额外的介电层，其可以形成或设在该铜层的顶部上。 在薄芯基片中，多层型层123具有总的厚度，在薄芯表面121的每个 表面上通常厚度在大约10jim至大约25^im范围。在无芯基片中，该多层型层(一组在该模片侧面，另一 组在焊球侧)总的组合厚度在大约130nm的量级。半导体才莫片170 (包括一个或多个有效半导体电i 各)可利 用本领域技术人员已知的技术固定在基片120的上部才莫片侧面上， 其具有颠倒的构造，即该焊接J求连接并贴附在该才莫片上，而对应的 4反在基片121的该才莫片侧面121a上。如图2进一步所示，基片120的下侧面120b上的焊接球115 栅格阵列在使用中将封装100以本领域技术人员公知的方式与其他 装置电气互连。为了提高该封装100的刚性，加强环lll可进一步固定于 基片120 ，如利用在配对表面之间的层中提供的适当的粘结剂直接 固定在该基片上。环11沿基片120的边缘延伸。环lll可以固定在该 基片120的一个侧面或者两个侧面；在图l、 2和3中所示的封装100, 加强环lll贴附在该基片120的模片侧面120a。
加强环111可以由本领域才支术人员7>知的4壬4可材料制成， 包4舌不锈钢、石岌素钢、FR5、 FR4、铜、铝等。还可4吏用各种不同 构造的加强环lll,如本领域技术人员所7^知的。除了主要用于提高封装IOO的刚性的加强环lll外，还可 以或者备选地提供单独的散热器135 (在图1和3中仅以虚线示出)。 例如，散热器135可形成为一片平的、刚性的、导热金属(如镀4臬 铜)，并且厚度为大约0.5mm至大约0.7mm。可以本领域技术人员公 知的方式通过使用导热粘结层将该散热器的表面粘附到加强环111 的配对表面，从而固定散热器135而变成封装100的一部分。散热器 135会增加整个封装100的厚度和/或重量。散热器135可以直接接触 该模片170的上表面，并因此乂人该才莫片170传导走热量。作为替代， 散热器可以整体地形成为该加强环111的 一部分或者与之结合，从而 一个结构或构^H是高刚性和散热。尽管在1、 2和3中，示出FC-BGA封装，但是本发明的方 法和设备可用于制造其他的半导体芯片封装，包括反转芯片针脚栅 格阵列封装、丝焊封装、其他具有或者不具有BGA球的阵列应用和 结合薄芯或者无芯基片的其他类型的封装。下文中7>开利用具有芯的基片以本发明示范性实施例的 方式封装半导体芯片的方法，包括封装具有薄芯或者无芯基片的芯 片的方法。具体地，在图7中示出基础部件，其可用于该示范性的方 法中以形成半导体去于装IOO。在图4a和4b中示出两个示范性方法的 步骤。如图7中所示，可用于该方法的部件包括托架300、基片面板 125、力口强面玲反IIO,以及可选地包括散热器面板151。
本文中术语"基片面板"指的是细长的相对平且薄的 材料片，该材料适于(一旦切割成形)为多个半导体芯片封装的每 个提供基片；术语"加强面板"指的是细长的材料片，其适于(一 旦切割成形)为多个半导体芯片封装的每个提供加强件；以及术语 "散热器面板"指的是细长材料片，其适于(一旦切割成形)为多 个半导体芯片封装的每个提供散热器。总的说来，形成半导体芯片封装(例如，封装100)的方 法在装配过程中可^f吏用4乇架300，可将基片面^反125安装在该4乇架
配置为分开的区域的阵列，这个阵列可以切割成形为多个用于多个 分开的封装的单个基片120，其每个具有封装100的形式。仅作为示 例，基片面板125宽度和长度尺寸在大约16cm至大约60cm的范围内选择。利用固定于并且由托架300支撑的基片面板125，以及在 切割成形之前，用于与封装100类似的封装的部件(图7中未示)可 以安装在该基片面板125上，减小危及封装100阵列的风险。基片面 板可以这样安装于^乇架300,即当在该托架上时，将该基片面板张 紧。并且，方法可^f吏用细长的加强面^反110，其将形成多个分 开的加强环lll,并因此可为多个封装(类似封装IOO)的每个提供 加强件lll (图1和3)。加强面板110可以安装至基片面板125以增强 其整体强度和刚性，并且抵抗翘曲以及保护由基片面板125形成的 单个基片120。同时，该基片面板125以及任何贴附在其上的部件的加热 和冷却可在该基片面板125支撑在托架300上时发生。
如下文将更详细描述的，通过选4奪具有合适热膨胀系数 (CTE)的材料，该基片面板125可以设为在相对加强面板110和/ 或托架300的纵向和^黄向之一或者两者张紧。另外，应当注意到具 体部件的CTE不是始终不变的，例如，如果该部件不是完全由同种 材料制得。然而，本文中，当关于一个部件谈论CTE时，可认为其 意思是指那个部件的平均CTE。利用这些方法制造得到的半导体芯片封装IOO因此具有 更大的结构强度。具体地，参照图4A和4B,在步骤200,可以贴附基片面 板125 (其可以是无芯或者薄芯基片面板)以支撑托架300。这个步 骤可以在高温下执行，例如在大约60至大约80纟聂氏度的范围，以及 可在大约60摄氏度。托架300和基片面板125两者的加热可以在自动 安装中使用热的安装块执行，以及基片面板125可以使用装载设备 i殳在该4乇架300的上表面上。基片面^反125和^乇架300可以加热至基 本上相同的温度或者至两个不同的温度，只要能在基片面板125上
施力口张力)o在步艰《210，其在图4a和4b两者的方法中，发生在安装才莫 片170或者加强面板110之前，无源部件(未示)(例如，表面安装 电容、线圈和电阻)可以安装到基片面才反125。这个步骤通常不会 在高温下进行，尽管一些部件的安装工艺会导致局部温度上升。然 而，这些工艺不会产生显著的热量而翘曲基片面^反125。在步骤220,其可发生在贴附才莫片170之间(图4B)或者 贴附模片170 (图4A)之后，加强面板110可以贴附到基片面板125
的上表面。如下面更详细描述的，步艰《220可涉及^f吏用环氧树脂或 其他热固塑料或粘结剂，并因此发生在一个或多个高温下，如大约 160摄氏度。
托架300、基片面板125和加强面板110的加热可以使用具 有加热块或热环境的自动装载设备进行，以及该加强面板110可使 用具有热环境或加热块的自动装载设备设置在该托架300的上表 面。这种可用来在结合在一起之前将环氧树脂施加到该加强面板 110和/或该基片面4反125的i殳备，包4舌具有热块和压力应用装置的i殳 备以在大约150°C的温度下固化胶水。可选地，在步驶《225,为多个基片120^是供散热器的散热 器面板150也可增加到基片面板125。步骤210、 220和225可按照顺
序发生、同时进行、部分重叠，或者以其他任何顺序进行。在步骤230，多个模片170可以贴附到基片面板125。通常， 通过利用回流熔炉增加热量而回流提供在才莫片170上的焊接，该熔 炉涉及大约240至大约250摄氏度的温度范围，并且可以是大约240 摄氏度。在步骤242 ，可以本领域技术人员公知的方式提供这里所 指的"底部填充"，其包括^t片底部填充、才莫具底部填充和类似的 密封工艺。传统上，加强面板110在步骤220的贴附可以按照图4A和 图4B两者中公开的方法，在该模片底部填充工艺242之前进行。托 架300可在该底部填充中，为基片面板125提供足够的刚性。尤其在 与图4A的方法类似的方法中，其中加强面板110在模片贴附过程(步 骤230)之后而在该底部填充工艺(步骤242)之前贴附到基片面^反 125。该托架300将为基片面板125提供足够的刚性，从而该模片170 和基片面板125之间的连接在该加强面板贴附期间不会过度受压和 偏转，即使还没进行底部填充。
在与图4A和4B的方法类似的方法中，当该底部填充发生 在步骤242时，基片面^反125夹在加强面才反110和^乇架300两者之间， 其两者会分别在基片面板125的上表面和下表面上施加张力。在步骤242的底部填充工艺中，托架300，基片面板125 和加强面一反IIO可以加热到大约100至大约1204聂氏度以允许该底部 填充材料(其可以是环氧树脂)移动到适当的位置，然后固化，将 该才莫片和该基片粘合在一起。在步骤242之后，基片面板125可以从托架300去除，这可 以在高温下扭j亍。这个温度可以与该基片面^反125在步骤200最初贴 附到托架300所处的温度相同。—旦从托架300去除，基片面板125的取向可以在步骤244 之前调转。然后，在步骤244,该焊接球115 (其为这些封装100的
每个形成焊接球栅格阵列)可以贴附到该基片面板125的焊接球侧。在步骤245，基片面板125在该基片面板的多个位置打有 烙印和/或以其4也方式标记，也是以本领域才支术人员/>知的方式。这 样，在切割成形/分开为单独的封装100后，每个封装100可具有单独 的烙印和/或标记。在一些示例性实施例中，步骤245在模片贴附之 后而在切割成形之前的任何方便的时候执行。最后，在步骤260,基片面一反125可以切割成形(即切分) 和分开为多个单独的封装IOO。这通过利用锯、激光切割装置或类 似的装置切割结合的基片面板125和加强面板110而实现。便宜地，托架300作为无源部件提供支撑，以及模片170 贴附到基片面^反125。
图5， 6和7进一步说明托架300的使用。托架300可以是连 续的片或者4反，由一个或多个具有在纵向和冲黄向截面都具有矩形实 心轮廓截面的材料制成(例如见图7中)。托架300可这样选择，即 其适于贯穿将该基片面板处理为多个与封装100类似的半导体芯片 的封装过程，在整个基片面板125的底部表面上提供支撑和刚性。用于托架300的示例性的合适材料包括玻璃纤维基或类 型产品，如FR4，和其他合适的材料或者这些材料的组合。托架300 可具有任何合适的厚度。由于托架300不变成封装100的一部分，其 可具有任意的但是合适的厚度。例如，由FR4制成的托架300的厚度 可在大约l-2cm范围。当然，托架300的厚度、宽度或长度可不一致。 托架300类似地可不具有一致的横截面，以及此外该横截面可不具 有矩形形状，或者实心截面轮廓。在一些可选实施例中，托架300可具有沿其长度隔开的有 限数目的孔(未示)。另夕卜，托架300不必是平的矩形板。其他的构 造是可能的，但是托架300应当在基片面板125的整个底部表面下方 提供足够的支撑。托架300的构造可与被支撑的基片的形状高度一 致，并且外周可延伸至该基片面才反125的外周，或者超出外周一,J、 段距离。
其上支撑基片面4反125的下表面125b。便宜地，托架300提供的支撑允许面板125移动通过半导 体封装生产线。托架300可以通过才几器人、传送带等的任意组合沿 一3各径移动。安装在基片面—反125的部件的加工可以由才几器人进4亍。4乇架300可以在一个或多个方位移动通过该封装装配工 序，如下面描述的。例如，4乇架300可以基本上水平定向而通过部分、基本上全部或者全部生产线路径。具体地，托架300可以由一 个或多个移动装置移动，乂人而该基片面一反125可以安装在其上。基 片125可以正确地定位，并且朝向以及相对*托架300的上表面移动， /人而基片面才反125的下表面125b可平》丈在4乇架300的上表面300a。在 其4也实施例中，^6架300也可以或可选冲奪地移向该基片面^反125。为了实现j乇架300和基片面^反125的正确定^f立，直立的定 位突出(其可以配置为托架300的销钉122)可以插入对应的槽(其 可以是形成在基片面一反125中的孑U24 )。 4吏用孔124和定位销122^f又 是该基片面^反125如<可可分开地固定于4乇架300以形成可分开的枳i 械连4妄的一个示例。仅作为示例，其他连接才几构包括夹钳。然而，出于下文中描述的理由，该连4妄才几构会为一定量 的该基片面板125的横向和/或径向收缩留出余地。便宜地，托架300可以由热膨胀系数(CTE)接近制作加 强面板110的材料的CTE的量级的材料制成。例如，托架300由FR4 制作，并且CTE的范围为大约14-16ppm,然而，加强面才反110由CTE 大约14ppm的石灰钢制成。托架300和力口强面板110的材冲+可以这才羊选4奪，即它们各 自的CTE使得该托架CTE与该加强面板CTE的比值("托架/加强件 CTE比，，)在大约1.0至大约1.1的范围。该材料可以选择为使得该托架/加强件CTE比基本上等于 1,并因此在运4亍温度下当经受温度改变时收缩和膨月长相同的量。基片面板125可以由这样的材料制成，其CTE选择为在大 约15ppm至大约17ppm的范围，明显大于托架300和/或加强面板IIO 的CTE。该基片CTE与该托架CTE的比值("基片/托架CTE比")在大约l至 大约l.l的范围。基片面板125可因此在步骤200在高温下(如大约60至大 约90才聂氏度的范围以及可以在大约604聂氏度)安装在托架300上。 当托架300和基片面板125的组合冷却，基片面板125将张紧并且保 持张紧。托架300和基片面板125的冷却可以只是因为将该组合放在 相对冷的室温/环境温度中而发生。这个张力是由于将托架300上的 4肖4丁122"i殳^l片面氺反125的孑L124中("i亥4肖4丁^孑匕124口齿H亥l片面 板125的内表面)，以及该基片面板125试图比托架300收缩更大量的 趋势所导致。耳又决于该孔124和销4丁122的构造，基片面斧反中产生的 张力可以在一个或多个方向(如冲黄向i也以及纟从向地)。参照图6A和6B,在图6B中示出销钉122a在基片面板中相 对基片面板125的安装位置。如图6B中可见，当基片面板125a和托 架300处于高温时，a夸通过该孑U24a容纳销1丁122a。当基片面氺反125a 和托架300冷却时，基片面板125a (希望其比托架300收缩更多)会 啮合孔124a的内部上的表面部分224a,如图6a所示。因此，施加在 基片面板125a上的力F会将该基片面板125a张紧。要注意，万一将 该托架300和基片面板125a加热到高于与图6B相关的温度，在销钉 122a口齿合才目只于的表面告卩分225a之前，基片面氺反125a^l夸具有才目只十小的 膨胀能力，其可将该基片面板125a压缩，这是不希望的并且会导致 基片面板125翘曲和/或挠曲。参照图6C和6D,示出可与销钉122a类似的销钉122b在基 片面板中相对基片面板125b的安装位置。如可见的，在该基片面板 125b和托架300力口^(其月间，可通过孑Ll24b容纟内it4肖4丁122a。孑Ll24b 可以不同于孔124a配置。当该基片面^反125b和4乇架300冷却时，该 基片面^反125 (希望其比该4乇架收缩更多)将在如图6C的孑U24b的内部上啮合表面部分224b。因此，施加在基片面4反125b的力F将该 基片面板张紧。要注意，万一将该托架300和基片面板125b加热到 超过与图6d有关的温度，基片面寺反125a在销4丁122a啮合相对的表面 部分225b之前将具有相对的膨胀空间，并由此避免将基片面板125a 压缩。突出和3L可有各种不同的构造以实J见图6c和6d中所示的 功能。再回到图4a和4b所示的方法，在基片面板125贴附到该托 架300之后，4乇架300可以与基片面才反125—起移动，乂人而各种部件 可贴附到该基片面4反125。这种额外的部件可以是表面安装部件， 其可以是无源器件，如电阻、电容或者电感。该部件还可包括有源 器件，如对于特殊应用所需要的分立式晶体管。在该加强面^反110、也许在单个散热器面^反110贴附之前 贴附表面安装部件是有利的。表面安装器件贴附可用的可用基片顶 部表面区域125a可以增加并且可提供增加的该加强环组件10设计 上的灵活性。该 <托架300可^是供足够的刚性以克月良该薄芯或者无芯 基片的缺陷并且允许在贴附该加强面板110之前贴附该表面安装或 者其他部件。部件可安装至基片面板125以为多个封装100提供部 件。本领域技术人员已知的技术和设备可用来执行这种部件安装。 例如，在通过在大约160才聂氏度固化环氧^j"脂的安装工艺期间和/或 在例如大约240-260纟聂氏度的焊接工艺期间会产生热量。在部件安装完成后，可移动4毛架300用以进一步处理。在图4b的方法中，加强面板110可在贴附模片170之前贴 附到基片面板125的上表面125a。在图4a的方法中，该加强面板IIO 可以在贴附该才莫片170之后贴附。
该加强面板110可以配置为提供多个加强环111，其可以 邻近该多个基片120的每个的周界。当采用其他加强构造时，加强 面板110可以不提供多个加强环。另外，不是采用复合加强面板， 多个单独的加强件可贴附到该基片面板125。加强面一反110可以凭借本领域冲支术人员7>知的方法和i殳 备直接贴附到基片面板125的上表面部分125a。例如，当环氧树脂 (如ABLESTIKtm8700K,来自National Starch和Chemical Company ) 施加在配对表面之间并且这些表面压到 一起时，力。强面才反110和基 片面板125会受热。在该加强面板110安装到基片面板125期间，托 架300可提供对加强面板110和基片面板125的支撑。如图5所示，加强面板110可以形成为具有孔118的片，通 过该孔可容纳模片170从而贴附到该基片，如下文所描述的。加强 面板110提供有纵向隔开的槽116a、横向槽116b和角槽116e。当基片 120和部件分为单独的封装100时，槽116a-116c允许加强面板110的 多个中间部分从加强面^反110的边缘框部分分开。因此，力口强面i反llO 的小的突耳部分152仍保持为贴附在分开的加强环111上，切割成形 后如图9所示的。如本领域技术人员将理解的，可在复合形式的加强面板 IIO中使用多种不同的加强环构造，取决于具体的应用。不管该加 强元件的具体设计则样，都需要使在切割成形期间必须切割和丟弃 的加强环组件的材并+最少。加强面々反110与托架300、特别是与基片面板125的定位， 可以凭借加强面板110的定位孔134与提供在托架300中的定位销 122来完成。定4立销122可因此构造为具有足够的长度以通过该基片 面4反125的孔124并且啮合该加强面^反110的孔134。
该加强面斧反110的孔134示为乂人该加强面^反110的 <壬意一 端稍向内凹以4吏可4吏用区i或最大。该加强面^反110的其他孔134沿该 加强面板的边缘提供，如图5所示。可使用孔作为加强面板110—部 分的备选的布置，只要该布置为具体的应用提供足够的机械连接。加强面板110可使用已知的设备安装于该基片面板125， 如自动胶水施加和布置机，其可以商业方式得到。合适的环氧树脂 或其他热固塑并+层可施加在两个表面(通常起初是该加强面斧反IIO 的配对表面)之间以实现该基片面^反125和该加强面斧反110之间的永 久粘合。加强面板110可以贴附到基片面板125的上表面125a，其
中两者均已加热到在大约150至170才聂氏度范围的温度，以及可以是 大约160摄氏度。该加强面板110和基片面板125可加热至大约同样 的高温或者两个不同的温度。然而，无i仑哪一种情况，当冷却加强 面板110和基片面板125,该加强面板(不希望其与该基片面板收缩 一样多)将施加张力，如果不是在纵向和横向两个方向，也是在至 少其中一个方向上施加该张力。 <托架300、基片面才反125和加强面^反 110的冷却可以^又是将该组合经受相对冷的室温/环境温度的结果。该加强面一反110和基片面板125的表面125a之间的粘合可
以利用工程化环氧初于脂、另 一种热固塑并+或者其他合适的粘结剂实 现。 一旦环氧树脂到达其活化温度(例如，160-200摄氏度)，其会 固化并且在该加强面才反110和基片面板125之间形成永久粘合。该环氧树脂材料的CTE可选择为与整个结构相容，但是 通常不管控。该基片材料和该加强材料通常控制该加强面板110和 基片面板125之间的相互作用，该环氧树脂材料产生小的影响或者 没有影响。
加强面^反110粘合到该基片面板125的组合，产生整体上 强度和刚性增强的组合，并且其本身能够更好地承受进一步的封装 处理步骤。在具有给定CTE的基片面板125夹在上面的加强面板110 和下面的托架300 (每个的CTE小于该基片面板的CTE )之间的组合 中可以实现更大的好处。这个效果包括当经受进一步的制造工艺， 具体包括该底部填充工艺时，刚性以及抗该基片面才反125翘曲的更 进一步增强。然而，还可以i人识到，该加强面^反110的CTE不应当比该 基片面板110的CTE小太多，以至于当该基片面板110受热(如在底 部填充期间)以及其试图膨胀时，该加强面板110施加的张力不能 完全消除，并且该基片面板不能够收缩足够程度，从而在该基片面 板110中将发生挠曲。另外，选择该托架300和加强面4反125的CTE,使得有可 能将该加强面板IIO (贴附到该基片面板125)从托架拆卸。在一些实施例中，加强面板110或者基片面板125还可具 有销钉，其容纳在另一加强面板110和基片面板125的配对的槽中。 因此，可以增强该加强面板110和该基片面板125之间的粘结连接。可选地，散热器面板150 (图7)可以贴附在该加强面板 IIO顶部。这个粘合也可以由合适的环氧初于脂、热固塑料、或者合 适的粘结剂实现。该散热器的材料可以选择为除了实现导电和散热 功能外，该CTE还可以非常接近该加强面板110的CTE的量级或者与 之相同。这样，该散热器面板150将不会干扰所需要的该加强面板 IIO和该基片面板125之间的相互作用。
在图4B所示的方法中， 一旦贴附力口强面^反110,多个集成 电路-模片170可贴附到基片面板125的上表面。在图4a的方法中，该 加强面板110在贴附模片170之后贴附。模片170可包括嵌入在该模片中的大规模集成电路。例 如，模片170可为专用集成电路，如微处理器、图形处理器等。模 片170可通过形成在该加强面板110中的多个隔开的中央孔118的每 个在大体上中间位置贴附到基片120。尽管在图5中仅示出四个加强 面板110中具体的孔118，但是冲莫片170可以通过任意数目的形成在该 加强面^反110上的孔118i殳在该基片面一反125上。才莫片170可以每个贴附到基片面斧反125的上表面125a，并
且电连4妄到表面125a的连4妻部分。该物理贴附和电连4妄可以本领i或 技术人员公知的任何方式执行。—旦贴附才莫片170,就可以着手进行各种已知的处理步 骤以确4呆该才莫片170和该基片面^反125之间足够的枳4成和电子互连。例如，如果模片170是倒装式芯片，其会需要在步骤242 经历才莫片底部i真充，如上面所述的。随后，具有加强面^反110和贴附在其上的无源部件的基 片面板125可从托架300移走，如在步骤246阐述的。因此，托架300 可以再用，而与传统方法中载条不是受损就是结合到该封装的装置 中形成对比。托架300能再次使用是有好处的并且可降低可变制造 成本。通过将该基片和该托架加热至大约60至90摄氏度，然后 4吏用特别设计的夹具或者自动才几器分开，乂人而可以物理方式拆卸托 架300。
—旦拆掉托架300,基片面板110等的组合可被进一步处 理，例如冲是供外部装置连接能力。例如，在图4A和4B,在步骤244， 可执行球安装和回流步骤以形成球冲册格阵列。另外各种烙印和/或标记可应用到该基片面板125、模片 170、加强面板110和/或其他安装部件，从而每个单个半导体芯片封 装将被打上标记和/或烙印，如商标、厂商名称、产品编号、序列号 等。可使用本领域技术人员公知的工艺和设备打上标记和/或烙印。具体的处理步骤可依赖于具体的芯片以及封装才支术和 应用而变4匕。—旦托架300从该基片面板125去除，将该复合结构移到 工作台1260，在这里将该基片面板125和所贴附的加强面板110切割成形。用于切割成形的工艺和设备是本领域技术人员公知的， 并且可容易由本领域的人员修改以将组合的基片面板125和加强面 板110分开为单独的封装的集成电路芯片。可用于切割成形的合适 设备的示例包括4吏用锯床和激光切割系统。在切割成形期间，将沿与槽116a-116c对准的线切割该基 片面板125和加强面板110,以便将这些带分成单独的集成电路芯片 封装。在图9中示出切割成形的封装100的俯视图，覆盖在基片 面板125的切割成形的部分上。才莫片170在该力。强面+反110的孑Ul8中 贴附到该基片部分125a。在优选实施例中，为提供相对均匀的热分 布曲线以及其他原因，将该才莫片170位于该切割成形的基片部分 125a中间。
加强面板110的设计可有效地使用该基片面板125以最 小化成本并且最大化所生产的封装器件100的数量。如图9所示，只 有该加强面才反110的切割成形部分的突耳15 2延伸至该切割成形的 基片部分125a的边缘。这会减少浪费的基片材料，并且会降低制造 成本。在一些备选实施例中，当该基片面板125贴附到托架300 时进4于切割成形。二托架300的存在通过纟是供基底而有助于切割成形 工艺，在该基底上切割具有贴附部件的该组合的基片面^反、加强面 板。然而，通常该基片面4反125的底部表面需要处理，因此该托架 必须拆4卓以扭j亍该处理。所以，该基片^1夸必须重#斤贴附该4乇架以#1 行切割成形，这一点可能不太理想。通常，对于纟合定的应用，可选 择合适的顺序。如这里所使用的，该术语"包括"意思是"包括但不限 于"，且不构成对任何概括性语句的限制，这种语句跟随紧接着的 具体的或类似的条目或物品。可以进一步理解的是本发明不限于这里描述和所示的 实施例，其认为是仅仅对执行本发明最佳模式的说明，以及操作的 部件和细节的形式、大小和布置均可修改。本发明意图是包含在由 权利要求限定的主旨和范围内的所有这样的修改。当然，上面描述的实施例^又是为了示例而绝不是限制。 所描述的执行本发明的实施例容易受到部件的形状、布置或才喿作的 细节和顺序的任何修改的影响。本发明意图是包含在如权利要求定 义的范围内的所有这冲羊的》务改。
权利要求
1.一种封装多个半导体芯片的方法，包括a)提供具有第一热膨胀系数(CTE)的基片面板，；b)提供具有第二CTE的托架，该第二CTE小于所述第一CTE；c)分别将所述基片面板和所述托架加热至第一和第二高温；d)将在大约所述第一高温的所述基片面板安装到所述托架以提供所述托架和所述基片面板之间的连接，所述托架处于大约所述第二高温；e)将所述托架和所述基片面板从所述第一和第二高温冷却，由此在至少一个方向将所述基片面板张紧。
2. 根据权利要求1所述的方法，其中所述第一和第二高温基本相 同。
3. 根据权利要求1所述的方法，其中所述托架和所述基片面板之 间的连接是机械连接，从而当所述托架和所述基片面板冷却 时，该^乇架将在鈔人向和4黄向的至少 一个方向上向所述基片面才反 施力口张力。
4. 根据权利要求3所述的方法，其中所述机械连接包括所述托 架和所述基片面板之一包括多个突出，其适于容纳在所述托架 和所述基片面^反的另 一个中对应的多个槽中，,人而所述基片面 4反在纟从向和一黄向的至少一个方向上由容纳在所述基片面;fel的 所述槽中的所述突出施加的力张紧。
5. 才艮据权利要求4所述的方法，其中所述突出在所述托架上，所 述槽在所述基片面板中。
6. 根据权利要求4所述的方法，其中所述突出和所述槽配置为当 所述托架是当所述托架面板加热超过所述第一高温以及所述 基片面板加热超过所述第二高温时，允许所述基片面板膨胀而 所述突出不会将所述基片面板压缩。
7. 才艮据权利要求1所述的方法，其中所述连4妄是可才喿作的以当所 述托架加热超过所述第一高温和所述基片面板加热超过所述 第二高温时，允许所述基片面板膨胀而所述托架不会将所述基 片面寺反压纟宿。
8. 根据权利要求1所述的方法，进一步包括在(c)之后，f)将多个模片安装并电连接到所述基片面板。
9. 根据权利要求8所述的方法，其中所述安装和电连接包括回流 多个焊接凸起。
10. 根据权利要求8所述的方法，进一步包括，在(d)、 (e)后底 部填充所述多个模片。
11. 根据权利要求10所述的方法，进一步包括在(d )之后但在(e )、(f)之前将加强面板贴附到所述基片面板从而所述基片面板 设在所述托架和所述加强面板之间。
12. 根据权利要求10所述的方法，，进一步包括在(e )、 ( g )之后 将所述基片面板、所述多个模片和所述加强面板分割成形为多 个半导体芯片封装，每个具有所述多个模片的至少一个。
13. 根据权利要求11所述的方法，，进一步包括在(f)、 (g)之后 将所述基片面板、所述多个模片和所述加强面板分割成形为多 个半导体芯片封装，每个具有所述多个模片的至少一个。
14. 根据权利要求13所述的方法，进一步包括在(g)、 (h)之前 将所述托架乂人所述基片面板拆掉。
15. 根据权利要求1所述的方法，其中所述基片面板具有薄芯。
16. 根据权利要求1所述的方法，其中所述基片面板无芯。
17. 根据权利要求7所述的方法，其中所述基片面板具有薄芯或者 无芯。
18. 根据权利要求14所述的方法，其中所述基片面板具有薄芯或 者无芯。
19. 一种封装多个半导体芯片的方法，包括a) 提供基片面板；b) 利用基本上刚性的托架在所述基片面板下面支撑所述 基片面4反；c )当所述加强面板加热至第 一 高温和所述基片面板加热 至第二高温时，将加强面板贴附到所述基片面板，从而所述基 片面板设在所述托架和所述加强面板之间；d) 将多个模片安装并且电连接至所述基片面板；以及e) 利用贴附到所述基片面板的所述加强面板底部填充所 述多个模片。
20. 根据权利要求19所述的方法，其中(c)在(d)之后进行。
21. 根据权利要求19所述的方法，其中(c)在(d)之前进行。
22. 根据权利要求19所述的方法，，进一步包括在(e )、 ( f)之后 将所述基片面板、所述多个模片和所述加强面板分割成形为多 个半导体芯片封装，每个具有所述多个模片的至少一个。
23. 根据权利要求22所述的方法，进一步包括在(f)、 (h)之前 将所述托架从所述基片面板拆掉。
24. —种封装多个半导体芯片的方法，包括a) 提供具有第一热膨胀系数(CTE)的基片面板，；b) ^是供包4舌多个加强件的加强面^反，所述加强面^反具有 小于所述第一 CTE的第二 CTE;c) 当所述加强面板在第一高温和所述基片面板在第二高 温时，将所述加强面板贴附到所述基片面板；d) 分别将所述基片面板和所述加强面板从所述第二和第 一高温冷却，以在至少一个方向将所述基片面寺反张紧；和e) 将所述基片面板和所述加强面^反分割成形为多个半导 体芯片封装。
25. 根据权利要求24所述的方法，其中所述第一高温与所述第二 高温基本上相同。
26. 根据权利要求24所述的方法，进一步包括，在(c)、 (e)之前，利用基本上刚性的托架从所述基片面 板下面支撑所述基片面板，从而所述基片面板设在所述托架和 所述加强面板之间。
27. 根据权利要求26所述的方法，其中所述托架具有小于所述第 一 CTE的第三CTE。
28. 根据权利要求27所述的方法，其中所述第二 CTE基本上等于 所述第三CTE。
29. 根据权利要求28所述的方法，其中利用所述托架和所述基片 面板被加热至大约共同的第三高温而将所述托架机械连接到 所述基片面板，从而当所述托架和所述基片面板冷却时，该托 架将在纵向和4黄向的至少一个方向施加张力至所述基片面斗反。
30. 根据权利要求29所述的方法，其中所述托架和所述加强面板 施加张力在所述基片的相对表面上，倾向于降低所述基片面板 翘曲的可能性。
31. 根据权利要求24所述的方法，其中利用具有活化温度的热固 性粘结剂将所述加强面板贴附到所述基片面板，和其中所述热 固性粘结剂被加热到所述活化温度以便在所述基片面板和所 述加强面才反之间产生耐热粘合。
32. 才艮据权利要求24所述的方法，进一步包括在(c)之前，g)将多个模片安装和电连接至所述基片面板。
33. 根据权利要求32所述的方法，其中所述安装和电连接包括回 流多个焊接凸起。
34. 根据权利要求32所述的方法，，进一步包括，在(c)、 (f)后 底部填充所述多个模片。
35. 根据权利要求34所述的方法，进一步包括在(f)、 (g)之后 将所述4乇架乂人所述基片面4反拆掉。
36. 才艮据一又利要求27所述的方法，其中所述第一CTE、所述第二 CTE、所述第三CTE是相互关联的，从而当所述托架、所述 基片面板和所述加强面板处于室温时，所述托架和所述加强面 才反施加张力至所述基片面^反。
37. 根据权利要求24所述的方法，其中所述基片面板具有薄芯。
38. 根据权利要求24所述的方法，其中所述基片面板无芯。
39. 根据权利要求29所述的方法，其中所述基片面板具有薄芯或 者无芯。
40. 根据权利要求35所述的方法，其中所述基片面板具有薄芯或 者无芯。
全文摘要
一种封装多个半导体芯片的方法包括提供具有第一热膨胀系数(CTE)的基片面板；提供具有第二CTE的托架，该第二CTE小于该第一CTE；分别将该基片面板和该托架加热到第一和第二高温；将在大约该第一高温的该基片面板安装到托架以提供该托架和该基片面板之间的连接，该托架处于所述第二高温；以及将该托架和该基片面板从该第一和第二高温冷却，由此在至少一个方向将该基片面板张紧。加强面板可以贴附到该基片面板，并且加热至一个高温，而该基片面板加热到一个高温。多个模片可以安装并且电连接至该基片面板。该多个模片的底部填充可利用贴附到该基片面板的加强面板进行。
文档编号H01L21/56GK101542703SQ200780032294
公开日2009年9月23日 申请日期2007年8月29日 优先权日2006年8月31日
发明者尼尔·麦克莱伦, 文森特·陈, 罗登·托帕西欧 申请人:Ati科技无限责任公司