包括具有热指示器的衬底的电子部件的制作方法

文档序号:19792728发布日期:2020-01-24 14:39阅读:181来源:国知局
包括具有热指示器的衬底的电子部件的制作方法

本公开总体上涉及半导体技术领域。更具体而言,本公开涉及包括具有热指示器的衬底的电子部件,所述热指示器沿所述衬底的周界设置,以用于监测衬底的累积热暴露。



背景技术:

本领域已知,封装衬底是半导体封装制造中的重要部件。封装衬底起着安装于其上的芯片或管芯的载体的作用,并且在芯片和系统板之间提供电信号连接。此外,封装衬底还还在操作期间为芯片提供散热。

典型地,封装衬底可以包括增强聚合物层合材料,诸如双马来酰亚胺三嗪(bt)或聚酰亚胺树脂。封装衬底可以包括平面管芯附接表面。在制作工艺的管芯附接步骤中,集成电路(ic)管芯使用粘合剂层粘附接合至管芯附接表面。在封装衬底的正面,提供镀金指部。这些镀金指部用于在管芯和衬底之间提供电信号连接。在封装衬底的背面,提供镀铜焊球焊盘,以形成与焊球的良好连接。为了确保可靠的信号连接,正面的指部和背面的球焊盘必须在封装工艺期间保持良好状态。

为了确保球焊盘上的铜不会在封装工艺期间受到氧化,通常在球焊盘的表面上施加有机可焊性保护(osp)层,其为球焊盘的表面铜层提供隔离。在管芯附接(da)工艺期间,封装衬底必须受到加热,并且用于接合ic管芯的管芯附接膜(daf)必须在多级加热工艺中受到固化,以确保管芯到衬底的可靠接合以及管芯间的良好粘附。图6示出了示例性堆叠管芯封装6,其包括以一个在另一个上的方式堆叠在衬底600上并且与daf膜610接合在一起的多个管芯601。然而,daf膜610具有有限的热预算,诸如150℃-6小时或175℃-3小时。超过该极限或阈值将导致不良接合并且引起可靠性缺陷。

封装衬底在da步骤、引线接合步骤和模制步骤中受到加热,并且加热可能导致osp层挥发。在不正常的情况下(诸如机器故障、材料异常、操作疏忽等),衬底将随着时间的推移而被过度加热,这导致衬底的颜色变化、osp的完全挥发、接合指部的氧化褪色和daf过度固化,这可能引起一系列的可靠性问题和质量问题。当前,热预算控制依赖于在不同站点中采取不同指示器的生产线统计工艺控制(spc)系统。由于涉及到很多人为因素,并且因此没有直观的指示器,因而易于造成误判。



技术实现要素:

本公开的一个目的在于提供一种改进的电子部件,其包括具有热指示器的衬底,热指示器沿衬底的周界设置以用于监测衬底的累积热暴露,从而使生产线操作者可以直接判断衬底是否经历了可能诱发管芯附接膜(daf)质量问题或osp蒸发的过多热预算。

根据本公开的一个方面,一种电子部件包括:衬底,其包括处于所述衬底的正面上的管芯附接区域和周界区域;以及设置在所述周界区域内的用于监测所述衬底的累积热暴露的至少一个热指示器。

根据一些实施例,所述衬底包括封装衬底、布线板或印刷电路板。

根据一些实施例,所述衬底包括增强聚合物层合材料或聚酰亚胺树脂。

根据一些实施例,所述管芯附接区域还包括子区域的阵列。

根据一些实施例,集成电路(ic)管芯使用管芯附接膜粘附接合在所述子区域中的每者中。

根据一些实施例,沿所述子区域中的每者中的ic管芯的边缘提供镀金指部。

根据一些实施例,在所述衬底的背面上提供镀铜焊球焊盘。

根据一些实施例,有机可焊性保护(osp)层设置在镀铜焊球焊盘中的每者的表面上。

根据一些实施例,在达到与所述osp层的状态衰退或者管芯附接膜的劣化相关的预定热预算极限时,所述热指示器发出信号。

根据一些实施例,所述衬底还包括用于定位目的的多个针孔,所述针孔设置在所述周界区域中。

根据一些实施例,所述热指示器被设置到在所述周界区域内凹陷到所述衬底的正面中的沟槽中。

根据一些实施例,所述热指示器包括基础材料和热感测剂。

根据一些实施例,所述基础材料被固定到所述沟槽的内表面,并且随着时间的推移在热循环期间不被去除。

根据一些实施例,所述基础材料具有孔隙结构。

根据一些实施例,所述热感测剂由所述沟槽中的基础材料支撑,并且利用接合机制耦合至所述基础材料。

根据一些实施例,所述热感测剂包括联乙炔化合物和溶剂。

根据一些实施例,所述热感测剂还包括染料碎片、颜料或着色剂。

根据一些实施例,所述热感测剂包括唑类化合物,诸如咪唑、苯并咪唑及其衍生物。

根据一些实施例,所述热感测剂还可以包括粘结剂。

根据一些实施例,所述热感测剂具有大约等于所述osp层的蒸发温度的蒸发温度。

对于本领域普通技术人员而言,在阅读了在各附图中所例示的优选实施例的以下详细描述之后,本发明的这些和其他目标无疑将变得显而易见。

附图说明

被并入本文并形成说明书的部分的附图例示了本公开的实施例并与说明书一起进一步用以解释本公开的原理,并使相关领域的技术人员能够做出和使用本公开。

图1是示出了根据本公开的一个实施例的具有沿其周界设置的热指示器的示例性衬底的示意图;

图2是示出了根据本公开的另一实施例的具有沿其周界设置的多个热指示器的示例性衬底的示意图;

图3到图5是示出了根据本公开的一些实施例的图1中的热指示器的示例性结构的示意性截面图;并且

图6示出了具有与daf膜接合到一起的多个管芯的示例性堆叠管芯封装。

将参考附图描述本公开的实施例。

具体实施方式

现在将详细参考本发明的示例性实施例,在附图中对其给出了例示,以便于理解和实施本公开,并实现技术效果。应当理解,下文的描述只是以举例方式做出的,而不对本公开构成限制。本公开的各种实施例和实施例中的各种特征只要不相互矛盾就可以通过各种方式进行组合和重新安排。在不脱离本公开的实质和范围的情况下,针对本公开的修改、等价方案或改进都是本领域技术人员可理解的,并且旨在被包含在本公开的范围内。

要指出的是,在说明书中提到“一个实施例”、“实施例”、“示例性实施例”、“一些实施例”等指示所述的实施例可以包括特定特征、结构或特性,但未必每个实施例都包括该特定特征、结构或特性。此外,这种短语未必是指同一个实施例。

另外,在结合实施例描述特定特征、结构或特性时,结合其它实施例(无论是否明确描述)实现这种特征、结构或特性应在相关领域技术人员的知识范围内。

通常,可以至少部分从上下文中的使用来理解术语。例如,至少部分取决于上下文,本文中使用的术语“一个或多个”可以用于描述单数意义的任何特征、结构或特性,或者可以用于描述复数意义的特征、结构或特性的组合。类似地,至少部分取决于上下文,诸如“一”或“所述”的术语同样可以被理解为传达单数使用或传达复数使用。

应当容易理解,本公开中的“在…上”、“在…上方”和“在…之上”的含义应当以最宽方式被解读,以使得“在…上”不仅表示“直接在”某物“上”而且还包括在某物“上”且其间有居间特征或层的含义,并且“在…上方”或“在…之上”不仅表示“在”某物“上方”或“之上”,而且还可以包括其“在”某物“上方”或“之上”且其间没有居间特征或层(即,直接在某物上)的含义。

此外,诸如“在…下”、“在…下方”、“下部”、“在…上方”、“上部”等空间相对术语在本文中为了描述方便可以用于描述一个元件或特征与另一个或多个元件或特征的如图中所示的关系。空间相对术语旨在涵盖除了在附图中所描绘的取向之外的在设备使用或操作中的不同取向。设备可以以另外的方式被定向(旋转90度或在其它取向),并且本文中使用的空间相对描述词可以类似地被相应解释。术语“竖直”是指垂直于半导体衬底的表面的方向,并且术语“水平”是指平行于该半导体衬底的表面的任何方向。

很多问题影响高密度微电子封装的性能。这些问题中的很多涉及管芯附接技术。如先前所提及的,封装衬底在管芯附接(da)步骤、引线接合步骤和模制步骤中受到加热,并且加热可能引起处于衬底背面上的有机可焊性保护(osp)层挥发。在不正常的情况下(诸如机器故障、材料异常、操作疏忽等),衬底将随着时间的推移而被过度加热,这导致衬底的颜色变化、osp的完全挥发、接合指部的氧化褪色和daf过度固化,这可能引起一系列的可靠性问题和质量问题。

本公开解决了该问题。本公开提供了一种衬底,诸如封装衬底或布线板,其具有位于其上的热指示器,以使生产线人员或操作者能够直观地判断衬底是否被过度加热。

图1是示出了根据本公开的一个实施例的具有沿其周界设置的热指示器的示例性衬底的示意图。如图1所示,衬底1可以是封装衬底、布线板或者印刷电路板。根据一个实施例,例如,衬底1可以是面板规模的封装衬底,并且可以包括增强聚合物层合物100,诸如双马来酰亚胺三嗪(bt)或聚酰亚胺树脂。衬底1可以包括处于其正面上的平面管芯附接区域10,其由虚线指示。

管芯附接区域10还可以包括子区域101的阵列。出于例示的目的,在图1的左手边圆圈区域中示出了子区域101中的每者的放大顶视图。在制作工艺的管芯附接步骤期间,使用粘合剂层或管芯附接膜(未示出)将集成电路(ic)管芯a粘合接合到管芯附接区域10上。在每一子区域101中沿ic管芯a的边缘提供镀金指部(或“指部”)110。这些指部110用于在ic管芯a和衬底1之间提供电信号连接。

在衬底1的背面,提供镀铜焊球焊盘,以形成与焊球的良好连接。出于例示的目的,在图1的右手边圆圈区域中示出了球焊盘120的翻转放大截面图。球焊盘120可以是铜焊盘,并且球焊盘120的周界区域可以被焊料掩模130覆盖。为了确保球焊盘120上的铜不会在封装工艺期间受到氧化,通常在球焊盘120的暴露表面上施加osp层140,其为球焊盘120的表面铜层提供隔离。为了确保可靠的信号连接,衬底1的正面的指部110和衬底1的背面的球焊盘120必须在封装工艺期间保持良好状态。

根据一个实施例,由于受到涂覆的焊盘的优良的表面共平面性的原因,osp层140被视为低成本smt兼容的非金属表面整理剂。根据一个实施例,osp层140主要基于唑类化合物,诸如咪唑、苯并咪唑及其衍生物。一般而言,osp涂层厚度可以为80-500nm。较薄涂层倾向于减低对抗铜表面的氧化的保护性,而较厚涂层倾向于导致可焊性的劣化。

根据一个实施例,例如,衬底1还包括用于定位目的的多个针孔201,它们设置在衬底1的周界区域20中。根据一个实施例,至少一个热指示器200设置在衬底1的周界区域20内。热指示器200可以是条状的,但不限于此。应当理解,热指示器200可以设置在衬底1的正面上或背面上。在一些实施例中,热指示器200设置在衬底1的背面上,并且可以使用相机来监测热指示器200的信号。

在一些实施例中,可以有多个热指示器200a、200b和200c设置在衬底1的周界区域20内,其对应于多个管芯附接区域10a、10b和10c,如图2所示。图2是示出了根据本公开的另一实施例的具有沿其周界设置的多个热指示器的示例性衬底的示意图。应当理解,热指示器200、200a、200b和200c的数量、形状和尺寸仅用于举例说明目的。根据一个实施例,热指示器200、200a、200b和200c可以用于监测衬底1的累积热暴露,并且可以提供信号,例如颜色变化,例如指示器区域的变暗,所述信号可以是通过诸如联乙炔化合物等的热感测剂生成的。

当达到与osp层140的状态衰退或管芯附接膜的粘附劣化相关的预定热预算极限时,热指示器200、200a、200b和200c发出信号。例如,可以对热指示器200、200a、200b和200c的颜色变化进行视觉检查,并且生产线的操作可以由于技术团队和质量团队的安排而暂停。

图3到图5是示出了根据本公开的一些实施例的图1中的热指示器200的示例性结构的示意性截面图。如图3所示,热指示器200可以形成到在周界区域20内凹陷到衬底1的正表面中的沟槽(或凹坑)210中。例如,沟槽210的深度可以处于几微米到几毫米的范围内,具体取决于所使用的化学材料的量。根据本公开的一个实施例,热指示器200可以包括两个主要部分:基础(或基质)材料220和热感测剂230。根据本公开的一个实施例,例如,基础材料220可以浸有热感测剂230。在一些实施例中,热指示器200还可以包括添加剂和/或溶剂。

例如,在一些实施例中,基础材料220可以被固定至沟槽210的内表面,并且随着时间的推移在热循环期间不被去除。例如,基础材料220可以具有孔隙结构,但不限于此。热感测剂230可以受到沟槽210中的基础材料220的支撑并且可以利用适当的接合机制而耦合至基础材料220,例如,所述接合机制可以是氢键合或范德华力,但不限于此。根据一个实施例,例如,热感测剂230可以包括联乙炔化合物和溶剂。根据一个实施例,例如,热感测剂230还可以包括染料碎片、颜料或着色剂。根据一些实施例,例如,热感测剂230可以包括唑类化合物,诸如咪唑、苯并咪唑及其衍生物。根据一个实施例,例如,热感测剂230还可以包括粘结剂。

如图4所示,其示出了热指示器在封装工艺期间在经历了累积热暴露之后,随着热感测剂230中的一些的蒸发而逐渐改变其颜色(或不透明外观)。根据本公开的一个实施例,优选地,热感测剂230具有大约等于osp层140的蒸发温度的蒸发温度。

如图5所示,在达到与osp层140的状态衰退或者管芯附接膜的粘附劣化相关的预定热预算极限(例如,150℃-6小时或175℃-3小时)时,热感测剂230完全蒸发并从沟槽210逸出,从而在沟槽210中仅留下基础材料220。所蒸发的热感测剂230和溶剂可以是通过排气管道系统蒸发的,以防止对衬底和管芯造成污染。

在热感测剂230完全蒸发之后,热指示器200呈现出原始颜色,例如,在此时能够观测到基础材料220的颜色和具有高对比度的信号。应当理解,可以采用当在封装工艺期间经历热循环时呈现颜色变化的其他材料。例如,联乙炔化合物可以聚合,以提供颜色变化或者另一种光学可读指示。可以对热指示器200的颜色变化进行视觉检查,并且生产线的操作可以由于技术团队和质量团队的安排而暂停。

本领域的技术人员将容易地发现在遵循本发明的教导的同时可以对所述器件和方法做出很多修改和变更。相应地,应当将上文的公开内容视为仅由所附权利要求的划定范围来限定。

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