专利名称：球门阵列封装及其封装方法
技术领域：
本发明是有关于一种球门阵列封装及其封装方法，特别是有关于一种超级球门阵列封装及其封装方法。
背景技术：
由于考虑有关热效应、高输入-输出量和高速度的缘故，部分具有高能量消耗的产品会选择使用超级球门阵列(SBGA)的封装。超级球门阵列为向下凹陷型的热辅助球门阵列，它也被称做「激光薄层球门阵列」(L2BGA)、辅助球门阵列(EBGA)及载带球门阵列等等。
位于超级球门阵列上的低介电常数(LK)晶粒会被黏附在一膨胀系数较硅为大的散热片(heat spreader)上，硅例如是硅半导体芯片。如果使用的散热片的膨胀系数与硅芯片的膨胀系数间不匹配，可能会导致TC/TS测试的失败。LK是介电常数约低于3.9的介电材料，例如是二氧化硅，通常是被使用来隔离微小装置里相近的金属线的内层介电层。低介电材料可降低金属线间的电容耦合现象。LK晶粒是具有金属间介电层(IMD)的晶粒，例如是使用LK介电材料来作为IMD层。
TC(Temperature Cycling)是温度循环，温度循环的测试是用来决定一组件可抵抗的最高温和最低温并且使其轮流暴露在这些极值下。TS(TS shock)是热影响，热影响的目的为使用热应力来定义固态装置暴露于极端的温度变化下其抵挡的能力。热影响的影响包括基底或芯片的断裂和分层、接脚封装或容器的裂缝以及电性的改变。如果测试超过30个循环，则此测试将被视为有破坏性。
美国专利第5,977,633号，Suzuki et al.是揭露一种具有中空基底层的半导体装置。
美国专利第5,223,741号中，Bechtel et al.是揭露一种集成电路结构的封装。
美国专利第5,585,671号中，Nagesh et al.是揭露一种用于高功率覆晶ICS的低热阻抗封装。
美国专利第6,462,410 B1号中，Novotny et al.是揭露一种集成电路的降低温度梯度组件。
美国专利第4,748,495号中，Kucharek et al.是揭露一种高密度的复合芯片内联机和冷却封装。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种改善超级球门阵列的设计及其封装。
本发明的另一目的在于将此发明的概念应用在传统散热片球状数组(HSBGA)(具有散热片的塑料球门阵列(PBGA))及散热片球闸覆晶数组(HSFCBGA)。
根据上述目的，本发明提供以下方法提供一半导体芯片/晶粒；一球闸基底具有一散热片，其中具有狭缝图案；以及一列系列的球状接点。半导体芯片/晶粒会被固定在球闸基底。
另外，本发明亦提供了一种球门阵列封装，包括一半导体芯片/晶粒固定在一球闸基底上，该球闸基底具有一系列的球状接点；及一散热片以对应于所述的球状接点地设置在该半导体芯片/晶粒及该球闸基底上，且该散热片具有一狭缝图案。
图1及图2是显示本发明的实施例，图2为图1中沿着2-2切线的切面图。
图3A到图3G是分别以图式说明其它可使用的狭缝图案。
符号说明10、10’～半导体芯片/晶粒；12～超级球门阵列芯片；14～基底；15～上层；16～导线结构；17～下层；18～球闸；26～金属/散热片；28～狭缝；29～厚度；30～超级球门阵列封装；40～封装材。
具体实施例方式
为使本发明的上述和其它目的、特征、和优点能更明显易懂，下文特举一较佳实施例，并配合所附图式，作详细说明如下俯视图-图1图1是显示本发明一实施例的超级球门阵列封装30的俯视图，其显示在散热片/基底26内构成的狭缝28集中在半导体芯片/晶粒10以10’表示的区域上，其中狭缝并不会完全穿透散热片，如此可防止超级球门阵列芯片12下方等下层受到如湿气等有害的影响。半导体芯片/晶粒10较佳者可包含硅或锗，后续说明则以使用硅为佳。
必须注意的是，不只是图式所示的超级球门阵列芯片，本发明的概念也可应用于传统的具有散热片的球门阵列(HSBGA)和散热片球闸覆晶数组(HSFCBGA)芯片上。
散热片26是由铜、铝、铬等材质电镀在铜或铝上，或镍电镀在铜或铝上所组成，较佳者为镍电镀在铜上。散热片26的热膨胀系数26依据材料的不同大约会是在10到25之间，对铜而言，较佳者为17。
狭缝28的图案如图1所示，环绕但不会在硅半导体芯片/晶粒10(在图1中的区域10’)的范围，狭缝的数量或密度借着仿真分析以平衡应力降低、热量释放和机械强度的性能，并依据晶粒尺寸及其产生的热能和环境的情形而决定。
狭缝图案28可如图1所示，如平行/垂直列，或者更进一步举例如第3A至3G图所示，像环状、辐射状、方形、同心圆、同心方、同心八角形等等。
单一的狭缝可如图1、图2所显示为矩形、正方形、三角形、圆形、多边形等等，其中以矩形为佳。
如图1所示的面对区域10’的狭缝图案28，狭缝图案28列与列彼此间的间距为0.5到2.5mm左右时，较佳者为0.7到1.5mm；若列跟列彼此的间距为1.0到5.0mm间时，较佳者为1.5到2.5mm。
切面图-图2图2是显示图1中沿着2-2切线的切面图，显示散热片26顺着硅半导体芯片/晶粒10外侧的狭缝28设置在超级球门阵列芯片上12。
散热片26在狭缝上28剩余的厚度29，约为散热片26厚度的15到75％，较佳者为散热片26厚度的25到50％，因此狭缝穿过散热片上的范围约为85到25％或是超过75到50％。狭缝28可设置在于晶粒区。
超级球门阵列芯片12是由一硅半导体芯片10设置在一基底14所组成，且藉由导线结构16与基底14电性连接。
基底14具有一上层15及一下层17，上层15厚度约为0.3到1.75mm，且最好为1.0到1.5mm厚，其组成为一铜环(为2层层压结构经常使用之)，或是聚醯亚胺、聚合物、铜(金属线)、树脂等等，最佳材料为铜环(2薄层结构)；下层17厚度约为0.2到1.5mm，最佳厚度为0.3到1.0mm，其组成为聚醯亚胺、聚合物、铜(金属线)、树脂、焊锡等等。
基底14的表面上具有与散热片26对应的球闸18，球闸18的组成为63Sn37Pb(63％的锡加37％的铅-可能会因环境保护而被禁用)、96.5Sn3.5Ag(96.5％的锡加3.5％的银-无铅，因此在未来亦会因环境保护的因素而使用)、95.5Sn3.8Ag0.7Cu(95.5％的锡加3.8％的银及0.7％的铜-不含铅)或是96.2Sn2.5Ag0.8Cu0.5Sb(96.2％的锡加2.5％的银加0.8％的铜及0.5％的-不含铅)，目前最佳的使用材料为63Sn37Pb，若未来63Sn37Pb被禁止，则可使用96.5Sn3.5Ag。
将暴露出的硅半导体芯片/晶粒10和导线结构16封装入封装材40中，以防止其遭受到湿气、化学及物理伤害。封装材40的组成为环氧树脂、填充料、固化剂(curing agent)等。
半导体芯片/晶粒10一般具有一约2.5到3.5之间的热膨胀系数，最佳的膨胀系数为2.8；当成分为锗时，其膨胀系数为5.5到6.5之间，最佳系数为6.1；散热片26一般的膨胀系数依据材料的不同约为10到25，对铜而言，其膨胀系数较佳者为17。这些具有不同膨胀系数的材料的并列，可借着在散热片26中制作狭缝28以释放热扩张应力并减轻位于下方的硅半导体芯片/晶粒10及超级球门阵列12上的影响。具有三维状态的狭缝28可改善散热片26的热效应，以使LK半导体芯片/晶粒10上的应力影响降低。
本发明在金属基底/散热片26上所设置的狭缝28可减低位于LK晶粒/半导体芯片10上的金属基底/散热片26的膨胀应力影响。并如前面所述，不同的狭缝型式和狭缝图案/分布都可以被使用。本发明构思不只可应用于超级球门阵列上，也可被应用于其它例如是不易聚集在LK晶粒的HSFCBGA和HSBGA等散热片的封装上。
本发明的优点在本发明所示的实施例中，包括下列优点
1.实现在LK晶粒上使用超级球状数组封装的方式；2.增加热释放的能力；3.不需要额外装配的程序或工具；以及4.相同的狭缝概念可被应用于其它散热片封装上。
虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明，任何熟习此技艺者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的更动与润饰，因此本发明的保护范围当视所附的权利要求范围所界定者为准。
权利要求
1.一种球门阵列的封装方法，包括下列步骤提供一个半导体芯片/晶粒；提供一球闸基底，该球闸基底具有一具有狭缝图案的散热片；及一系列与该散热片背向设置的球状接点；及将该半导体芯片/晶粒固定在该球闸基底上。
2.根据权利要求1所述的球门阵列的封装方法，其中所述的球状接点的组成为63Sn37Pb、96.5Sn3.5Ag、95.5Sn3.8Ag0.7Cu或96.2Sn2.5Ag0.8Cu0.5Sb；该散热片的组成为铜、铝、铬电镀在铜材料上，或是铬电镀在铝材料上，或为镍电镀在铜材料上。
3.根据权利要求1所述的球门阵列的封装方法，其中该半导体芯片/晶粒为一个硅半导体芯片/晶粒，热膨胀系数为2.5到3.5；该散热片的热膨胀系数为10到25。
4.根据权利要求1所述的球门阵列的封装方法，其中该半导体芯片/晶粒为一锗半导体芯片/晶粒，热膨胀系数为5.5到6.5；该散热片的热膨胀系数为10到25。
5.根据权利要求1所述的球门阵列的封装方法，其中该散热片上的狭缝深度占该散热片厚度的25％到85％。
6.根据权利要求1所述的球门阵列的封装方法，其中该狭缝的行列具有1.0到5.0mm的间距，每一狭缝间彼此的间距为0.5到2.5mm。
7.根据权利要求1所述的球门阵列的封装方法，其中该狭缝的形态排列为平行/垂直排列、圆型、放射状、矩形、正方形、同心圆、同心正方或同心八角形。
8.根据权利要求1所述的球门阵列的封装方法，其中球门阵列封装为一超级球门阵列封装、一散热片球门阵列封装或一散热片球闸覆晶数组封装。
9.一种球门阵列封装，包括一半导体芯片/晶粒固定在一球闸基底上，该球闸基底具有一系列的球状接点；及一散热片以对应于所述的球状接点地设置在该半导体芯片/晶粒及该球闸基底上，且该散热片具有一狭缝图案。
10.根据权利要求9所述的球门阵列封装，其中该球状接点的组成为63Sn37Pb、96.5Sn3.5Ag、95.5Sn3.8Ag0.7Cu或96.2Sn2.5Ag0.8Cu0.5Sb；该散热片的组成为铜、铝、铬电镀在铜材料上，或是铬电镀在铝材料上，或为镍电镀在铜材料上。
11.根据权利要求9所述的球门阵列封装，其中该半导体芯片/晶粒为一硅半导体芯片/晶粒，热膨胀系数为2.5到3.5；该散热片的热膨胀系数为10到25。
12.根据权利要求9所述的球门阵列封装，其中该半导体芯片/晶粒为一锗半导体芯片/晶粒，热膨胀系数为5.5到6.5；该散热片的热膨胀系数为10到25。
13.根据权利要求9所述的球门阵列封装，其中该散热片上的该狭缝深度占该散热片厚度的25％到85％。
14.根据权利要求9所述的球门阵列封装，其中该狭缝的行列具有1.0到5.0mm的间距，每一狭缝间彼此的间距为0.5到2.5mm。
15.根据权利要求9所述的球门阵列封装，其中该狭缝的形态排列为平行/垂直排列、圆型、放射状、矩形、正方形、同心圆、同心正方或同心八角形。
16.根据权利要求9所述的球门阵列封装，其中该球门阵列封装为一超级球门阵列封装、一散热片球门阵列封装或一散热片球闸覆晶封装。
全文摘要
本发明提供一种球门阵列的封装方法及球门阵列封装，其封装方法包括下列步骤提供一半导体芯片/晶粒；一球闸基底，具有一具有狭缝图案的散热片，及一系列的球状接点。半导体芯片/晶粒是固定在球闸基底上。
文档编号H01L23/367GK1591806SQ20041004968
公开日2005年3月9日 申请日期2004年6月23日 优先权日2003年9月5日
发明者黄永盛, 郭彦良, 林裕庭 申请人:台湾积体电路制造股份有限公司