专利名称：具有端面对分通孔和内区通孔的半导体器件组件的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种半导体器件，更具体地说，是涉及一种由安装在有多个外部电极的电路衬底上的半导体器件芯片构成的半导体器件组件。
参考
图1，其为一种现有技术的半导体器件组件例子的剖面图。图示的现有技术例子包括安装在电路衬底31上并用树脂30封装的一半导体器件芯片37。在一个固体圆柱的中心轴处对该固体圆柱轴向对分得到的多个端面通孔电极33形成于矩形衬底33的每一个端面上。这种类型的半导体器件组件被称为LCC或LLCC(无引线芯片载体)型组件。这种LCC组件由例如日本专利申请初审后的第JP-A-05-327157(其整个内容作为本申请的参考文献，且JP-A-05-327157的英文摘要可从日本专利局得到，JP-A-05-327157的英文摘要也全部作为本申请的参考文献)。在此例子中，端面电极通过将陶瓷多层互连衬底的端面通孔对分而形成。在将此类组件安装于电路板上时，用主要成份为铅锡(Pb-Sn)合金的焊锡从端面对分通孔的内表面延伸到组件背面电极形成一焊锡浸润的表面，以实现安装与电连接。在另一个例子中，衬底用的是印刷电路板。
参考图2，其为现有半导体器件组件的另一个例子的剖面图。半导体器件芯片47安装于电路衬底41上，并由树脂40所封装。在衬底41上表面形成的并与半导体器件芯片47通过键合线48连接的布线导体42与在衬底41下表面形成的导体45之间由穿透衬底41的通孔11a实现电连接。阻焊剂44部分地涂覆于下表面导体45以限定一个阻焊区，另一方面，在每个下表面导体45的内端覆盖了一层焊锡，以形成一焊锡凸起电极46作为每个下表面导体45的内端的外部电极。当焊锡凸起电极46形成时，由于使用了焊锡球，该组件现在被称为BGA(栅格焊球阵列，ball grid array)组件。
在图1所示的现有技术的半导体器件组件中，因为衬底端面电极仅在衬底的周边形成，在该组件中所提供的电极数就容易短缺。在要增加电极数目时，端面电极的间距将变窄。但是由于端面电极要加上焊锡，所以必须保证相邻的端面电极之间有足够空隙，因此使端面电极的间距变窄是比较困难的。此外，如果相邻的端面电极间距变窄，由于端面电极要加上焊锡，所以封装也变得困难了。
另一方面，在图2所示的BAG类型的半导体器件组件中，当外部电极由焊锡球形成且组件是安装于印刷电路板上时，需要保证一个最少的电极间距。因此，在要增加电极数目时，使封装最小化就变得困难了。
因此，本发明的一个目的是提供一种半导体器件组件，其克服了现有技术中的上述问题。
本发明的第二个目的是提供一种半导体器件组件，其封装尺寸比有端面电极的半导体器件组件和BGA类型的半导体器件组件小。
本发明的第三个目的是提供一种半导体器件组件，其可形成的通孔数目比有端面电极的半导体器件组件和BGA类型的半导体器件组件要多。
本发明的第四个目的是提供一种半导体器件组件，其内部互连布线有很高的自由度，并能容易地设计出在单个组件上安装多个半导体器件芯片的多芯片组件。
本发明的第五个目的是提供一种半导体器件组件，其能够保护支撑半导体器件芯片的电路衬底。
本发明的上述目的和其他目的由根据本发明的如下所述的半导体器件组件实现，其包括一电路衬底；安装于电路衬底上的至少一个电子元件(包括一个半导体器件芯片)；在电路衬底的一个端面上形成的按沿通孔中心轴对分的方法得到的多个端面对分通孔，其内表面涂覆有导体膜；在电路衬底的一面上形成并与端面对分通孔连接的多个布线导体；在电路衬底的另一面形成并与端面对分通孔连接的多个外部电极；和一个导线保护层，其覆盖外部电极内端和端面对分通孔之间的区域，用于将外部电极内端与端面对分通孔分开。
根据上述设计，因为涂覆有导体膜的端面对分通孔的内表面并不用作电连接接触面，且因为外部电极形成于电路衬底的另一面上，并与端面对分通孔连接，而且，因为在端面对分通孔外侧的电路衬底被截除或去掉，所以组件也可以做得更小了。
此外，因为在此说明书中称为内区通孔的常规通孔需要一个完全围住通孔的台阶，内区通孔之间必须有足够的间隔。但是，对于端面通孔，因为台阶宽度可以限制到伸向电路衬底内区的布线导体的宽度，从而所需的台阶面积就可以减少。因此，采用端面对分通孔，每个通孔的占用面积就减小了。而且，因为通孔以端面对分通孔形式形成且集中于衬底的端面，在电路衬底的内区域设计导电图形布局的自由度也增加了。
此外，因为端面对分通孔可以设计为其间距小于内区通孔的间距，通孔的数目因而可以增加。而且，因为导体保护层将外部电极的端部与端面对分通孔或内区通孔分开，当组件用焊接方法安装于印刷电路板或另一电路板上时，就防止了焊锡流到通孔内表面上。因此，端面对分通孔可以设计为其间距比现有技术的端面电极可浸润焊锡的半导体器件组件的间距小。这意味着端面对分通孔的数目与现有技术的端面电极可浸润焊锡的半导体器件组件相比可以增加。因此，导体保护层优选由阻焊材料(典型地是用环氧树脂)构成。以这种连接方式，每个外部电极的端子是以焊盘的形状来形成的，而焊锡凸起电极在每个外部电极的端子上形成。
在一种优选的实施例中，半导体器件组件还包括多个内区通孔，其形成于电路衬底中除端面区域以外的区域；多个附加的外部电极，其形成于电路衬底的另一面并与内区通孔相连；以及一个附加的导体保护层，用于覆盖外部电极内端和内区通孔之间的区域，以将外部电极内端与内区通孔分开。
在此优选实施例中，因为在电路衬底的端面上不仅有可设计为间距比内区通孔间距小的端面对分通孔，而且在电路衬底的内区中还有内区通孔，所以通孔的数目就显著增加了。
换言之，这意味着因为沿矩形电路衬底的四个侧面可提供许多端面对分通孔，所以在电路衬底内区提供的内区通孔数目可以减少至必要的和足够的数目。因此，在内区通孔造成难于提供连接组件内的电气部分或元件的电极时和/或难于在电路衬底的内区中布置布线导体时，上述特点就非常有效果了。特别是，在多层互连衬底和在单个组件上安装有多个半导体器件芯片的多芯片组件中其优点更为突出，因为内区通孔或在电路衬底内区的通孔数目可减至最少。特别是，当在单个组件上安装有多个半导体器件芯片时，就难于在电路衬底的内区域形成许多通孔，这是因为不愿意在安装每个芯片的区域中形成通孔，而且因为布置芯片间和每个芯片与外部电极间的布线导体连接电变得复杂了。另一方面，安装于单个组件上的半导体器件芯片的数目越大，所需的外部电极数目也就越大。因此，本发明的优点可在多芯片组件中有效地和突出地发挥出来。
在一个较优选的实施例中，涂覆于端面对分通孔附近的导体保护层延伸至覆盖每个端面对分通孔的部分或全部内表面。当通孔被机械切割工具对分以形成端面对分通孔时，如果切割工具没有一个令人满意的切割质量，则覆盖在通孔内表面的导体膜就受到过强的应力，经常会发生部分的剥落。但是，如果端面对分通孔也就是覆盖通孔内表面的导体膜先涂覆上导体保护层时，即使切割工具质量不高，覆盖通孔内表面的导体膜就用导体保护层来保护，以避免覆盖在通孔内表面的导体膜发生剥落。
由上述可见，上述端面对分通孔可发挥常规通孔的作用，即在分别形成于电路衬底上表面和下表面的导体层之间、或是在不同层的导体层之间进行电连接的功能，而且还可使在电路衬底内部的互连图形的布局有效和自由。这对于使组件最小化是行之有效的。
本发明的上述及其目的、特征和优点通过下面参照附图对本发明优选实施例所作的说明将更为显而易见。
图1是现有技术半导体器件组件的一个例子的剖面图；图2是现有技术半导体器件组件的另一个例子的剖面图；图3是根据本发明的半导体器件组件的第一优选实施例的剖面图；图4是根据本发明的半导体器件组件的第二优选实施例的剖面图；图5A和图5B是根据本发明的半导体器件组件的端面对分通孔的部分剖面图；图6是根据本发明的半导体器件组件的第三优选实施例的剖面图。
参考图3，其为根据本发明的半导体器件组件的第一优选实施例的剖面图。
在矩形电路衬底1的上表面的中心区用粘合剂9安装了一个半导体器件芯片7。在电路衬底1的上表面的周边区域形成了多个布线导体2，并与半导体器件芯片7通过焊线8电连接。为了实现小型化和薄封装，容纳半导体器件芯片7的腔1A可优选地在电路衬底1的上表面的中心区形成，如图3所示。安装在电路衬底1上的半导体器件芯片7用封装树脂10封装，封装树脂常规是用环氧树脂、酚醛树脂或硅酮树脂。为了实现高密度，电路衬底1由一个有机物布线衬底材料如玻璃环氧树脂、改性聚酰亚胺形成，但可以用陶瓷衬底有效地形成。
由沿一通孔中心轴线对分而得到的端面对分通孔3以预定的恒定间距在矩形电路衬底1的四个端面的每一个上形成。端面对分通孔3的内表面涂覆了导体膜3A，导体膜3A从端面对分通孔3的上端延伸至下端。导体膜3A在端面对分通孔3的上端与在电路衬底1的上表面形成的布线导体2中相应的一条连接，在端面对分通孔3的下端与在电路衬底1的下表面形成的外部电极5中相应的一个连接。在端面对分通孔3的下端和外部电极5的内端之间的外部电极5上覆盖一层阻焊层4，以将端面对分通孔3的下端与外部电极5分开，由此防止焊锡加到外部电极的内端，和防止例如当在印刷电路板上安装组件时印刷电路板上的焊锡流到端面对分通孔3的内表面上。
如上所述，当在印刷电路板上安装上述半导体器件组件时，在很多情况下外部电极5是通过焊锡与印刷电路板连接的。出于这一目的，凸起形状的焊锡凸起电极6可在外部电极5的内表面形成。在这种情况下，外部电极5的内端优选为焊盘的形式。
用于分开端面对分通孔3的下端和外部电极5内端或焊锡凸起电极的阻焊层4优选以热凝或紫外线处理环氧树脂。但是，任何有焊锡掩模或阻焊效果的树脂材料都可以使用。
下面，半导体器件组件的第一实施例的结构将予以更详细的说明。
在图3所示的实施例中，如果电路衬底1由厚度为0.4mm-0.8mm数量级的玻璃一环氧树脂衬底形成，在衬底的每个端面上形成的端面对分通孔3的通孔直径为0.2mm-0.4mm数量级。在这种情况下，从通孔下端延伸至外部电极5导体的宽度变为0.3mm-0.5mm数量级，因为从通孔延伸的导体要求宽度要大于通孔的直径，以在通孔被机械切割工具对分时保护涂覆于通孔内表面上的导体膜。因此，在衬底的每个端面上形成的端面对分通孔3的通孔直径为0.4mm-0.8mm数量级。用模具沿通孔中心线切割衬底材料和填充通孔的导体，就可以得到有端面对分通孔3的电路衬底1。即使衬底厚度很大，电路衬底也可以根据模具的精度来切割。
出于将形成在电路衬底1上表面和下表面的导体之间电连接的目的而提供了端面对分通孔3，因此，在通孔内表面设置的导体层不希望在操作电路衬底和装配组件时断开。为避免这种不方便，优选先用阻焊剂涂覆通孔导体膜的部分或整个表面。在现有技术的LCC型组件中，因为端面通孔电极被用作外部电极，需要保证端面通孔电极可被焊锡浸润。但是，在本发明中，不再需要保证端面通孔电极可被焊锡浸润，这是因为端面通孔电极不再用作外部电极，因此，通孔导体膜的内表面可以用树脂加以保护，以防止通孔导体膜断裂。
参考图4，其为根据本发明的半导体器件组件的第二优选实施例的剖面图。
由图3与图4的比较可见，第二实施例的特征在于电路衬底1a还包括在电路衬底1a中在电路衬底的端面区域以外形成的多个内区通孔11，在电路衬底1a的上表面形成的且与内区通孔11的上端和半导体器件芯片7通过键合线88相连的多个附加的布线导体22，在电路衬底1a的下表面形成的且与内区通孔11的下端相连的多个附加的外部电极55，和覆盖附加的在内区通孔11的下端和附加的外部电极55内端之间的外部电极55以将内区通孔11下端和附加的外部电极55内端分开的阻焊剂44。以此连接方式，凸起形式的焊锡凸起电极66可在外部电极55的内端形成。
在第二实施例中，当用0.6mm厚的玻璃环氧树脂衬底形成电路衬底1a时，在电路衬底1a的每个端面上形成的端面对分通孔3的间距可以做到0.5mm。因此，对于一个20mm见方的组件，可以形成140个端面对分通孔3。此外，假定内区通孔11的间距为1.27mm，构成一个12×12的矩阵，则可以形成144个内区通孔11。因此，总共可形成280个或更多的通孔。这里，要求有1.27mm的间距以保证至少有一个导体在相邻的内区通孔11之间通过，从而在电路衬底上或电路衬底内构成一条线路。
这里，考虑通孔仅由内区通孔11构成，即使内区通孔11以1.27mm的间距构成14×14的矩阵，只能形成196个通孔用于分别在电路衬底上表面和下表面形成的导体之间的互连。因此，利用端面对分通孔3和内区通孔11，可形成的通孔数目能显著地增加，设计的自由度也能增加。此外，通过对分端面通孔，就可以在端面对分通孔的外侧去掉或切割电路板，因此，组件的尺寸可减至最小。特别是在小尺寸组件中，这一优点尤其突出。如果内区通孔1的间距做成0.5mm，由于在相邻内区通孔11之间的间距太窄，所以就不可能使导体在相邻内区通孔11之间通过。因此，在间距为0.5mm的端面对分通孔3外侧的电路衬底部分就不能有效地被利用，也就是说，成了无用的空间。因此，即使端面对分通孔3外侧的电路衬底部分被切掉，也不会出现功能上的问题。
为了对分端面通孔，可以用高精度的模具来切割电路衬底。当电路衬底由陶瓷制成时，如果先用V字型凹槽做成断开线，则切割电路衬底就容易得多。
参考图5A和5B，它们是根据本发明的半导体器件组件的端面对分通孔的部分剖面图。图5A所示是下半部分被阻焊剂所涂覆的端面对分通孔3，图5B是整个表面被阻焊剂所涂覆的端面对分通孔3。
提供阻焊剂4的基本目的是要将外部电极5和形成于端面对分通孔3的内表面上的导体膜3A用阻焊剂4分开，以防止外部电极5和端面对分通孔导体膜3A同时被焊锡所浸润。因此，如果端面对分通孔导体膜3A的下表面涂覆上阻焊剂4a，如图5A所示，就足够了。但是，端面对分通孔导体膜3A的整个表面更优选地可以如图5B那样用一层阻焊剂覆盖层4b完全覆盖。如果端面对分通孔导体膜3A的部分或整个表面涂覆上阻焊剂4，则沿端面对分通孔3的通孔切割衬底就容易了，同时，还可以保护暴露于组件端面的导体膜。在制造电路衬底的过程中，可以用掩模图形用阻焊剂涂覆通孔的方法来涂覆阻焊剂。
现在，将结合图6说明根据本发明的半导体器件组件的第三实施例。图6是第三实施例的剖面图。
根据本发明的半导体器件组件的第三实施例使用了一个多层陶瓷衬底1b，在其内部包括在衬底内侧的内部导体2b，并有布线导体2d，外部电极5b和端面对分通孔3(在衬底的外表面上)。在衬底1b的上表面的中心区域形成的腔体中安装一半导体器件芯片7b，其通过键合线8b与布线导体2d电连接，并且也由树脂10b封装。
在一般的实际应用中，多层陶瓷衬底1b由主要是铝(氧化铝)或氮化铝构成的衬底材料所形成，内部导体则由折射材料如钨或钼制成。但是，可以使用在铝中加入玻璃所形成的玻璃陶瓷。
如图6所示，形成了一阻焊挡圈4c以将端面对分通孔3与外部电极5b的内端分开。阻焊挡圈4c可以通过提供与陶瓷衬底类似的材料然后将该材料烧结、或印上有图形的环氧树脂然后处理该有图形的(patterned)环氧树脂来得到半导体器件组件。这样的半导体器件组件可安装于例如印刷电路板上同时保持外部导体5b为扁平导体形状。但是，半导体器件可以在先于外部导体5b上形成凸起形式的焊锡凸起电极6b之后再安装。
由上述可见，在根据本发明的半导体器件组件中，因为端面对分通孔的侧面不用作电连接外部接触面，且因为外部电极形成于电路衬底的另一面上并与端面对分通孔连接，而且，因为在端面对分通孔外侧的电路衬底被切除或去掉，组件也可以做小。此外，因为通孔集中在衬底的端面，每个通孔占用的面积变小，其结果是在同样的电路衬底内用于导体布线的空间变大了，因此，增加了设计导体图形布局的自由度。
此外，如果在电路衬底的端面提供了端面对分通孔，在电路衬底的内侧区提供了内区通孔，则可以显著增加通孔的数目。
因为导体保护层(阻焊剂)将外部电极的端子与端面对分通孔或内区通孔分开，所以防止了焊锡的爬升(crawling up)。当端面通孔被对分时，如果端面对分通孔涂覆有导体保护层，对分操作就很好，从而保护了端面。
本发明参考具体实施例而作了说明。但是，应当说明本发明决不限于所说明的结构细节，在所附的权利要求的范围内可以对本发明作各种修改或变化。
权利要求
1.一种半导体器件组件，其特征在于包括一电路衬底，安装于所述电路衬底上的至少一个电子元件，在所述电路衬底的一个端面上形成的按沿通孔中心轴对分的方法得到的多个端面对分通孔，其一个侧面涂覆有导体膜，在所述电路衬底的一面上形成并与所述端面对分通孔连接的多个布线导体，在所述电路衬底的另一面形成并与所述端面对分通孔连接的多个外部电极，和一个导线保护层，其覆盖所述外部电极内端和所述端面对分通孔之间的区域，用于将所述外部电极内端与所述端面对分通孔分开。
2.根据权利要求1的一种半导体器件组件，其特征在于还包括多个内区通孔，其形成于所述电路衬底中除所述电路衬底端面区域以外的区域，多个附加的外部电极，其形成于电路衬底的另一面并与所述内区通孔相连；以及一个附加的导体保护层，用于覆盖所述外部电极一端和所述内区通孔之间的区域，以将外部电极所述端与所述内区通孔分开。
3.根据权利要求2的一种半导体器件组件，其特征在于所述导体保护层延伸至覆盖每个所述端面对分通孔的至少一部分。
4.根据权利要求2的一种半导体器件组件，其特征在于所述导体保护层延伸至覆盖每个所述端面对分通孔的整个表面。
5.根据权利要求2的一种半导体器件组件，其特征在于凸起焊锡电极形成于每一个所述外部电极的所述端。
6.根据权利要求2的一种半导体器件组件，其特征在于所述导体保护层由环氧树脂构成。
7.根据权利要求1的一种半导体器件组件，其特征在于所述导体保护层延伸至覆盖每个所述端面对分通孔的至少一部分。
8.根据权利要求1的一种半导体器件组件，其特征在于所述导体保护层延伸至覆盖每个所述端面对分通孔的整个表面。
9.根据权利要求1的一种半导体器件组件，其特征在于凸起焊锡电极形成于每一个所述外部电极的所述端。
10.根据权利要求1的一种半导体器件组件，其特征在于所述导体保护层由环氧树脂构成。
全文摘要
一种半导体器件组件,包括一电路衬底,安装于电路衬底上的半导体器件芯片,在电路衬底的一个端面上形成的按沿通孔中心轴对分的方法得到的多个端面对分通孔,其一个内侧面涂覆有导体膜,在电路衬底的一面上形成并与所述端面对分通孔连接的多个布线导体,在电路衬底的另一面形成并与所述端面对分通孔连接的多个外部电极,和用于部分覆盖所述外部电极以将外部电极导体一端与端面对分通孔分开。
文档编号H01L23/31GK1198009SQ98100988
公开日1998年11月4日 申请日期1998年3月31日 优先权日1997年3月31日
发明者森山好文 申请人:日本电气株式会社