专利名称：电子器件及其制造方法
技术领域：
本发明涉及一种制造电子器件的方法，该电子器件设有电子元件和具有第一侧面和相对的第二侧面的载体，该方法包括以下步骤提供载体，该载体包含构图的连接层、中间层和连续载体层，该连接层位于载体的第一侧面，所述中间层包括导电材料并具有与连接层的图案基本相应的图案；将电子元件安装到载体上；施加电绝缘材料，该电绝缘材料延伸到中间层的表面；并且至少部分除去载体层并且制造用于外部接触的接触焊盘，该接触焊盘通过中间层的互连连接到相应的键合焊盘。
本发明还涉及一种电子器件，该电子器件设有电子元件和由电绝缘材料制成的封装(encapsulation)、以及具有面对元件的第一侧面和相对的第二侧面的载体，所述载体包括构图的连接层，用于与外部载体或元件耦合的接触焊盘，以及由导电材料制成的中间层，将其构图成在互连层与接触焊盘之间产生互连，互连通过隔离区相互隔离，封装延伸到隔离区中。
从US-A2001/0049156中获知这种方法和这种器件。所知的器件包含具有例如由铜制成的中间层的载体。这里的键合焊盘是由镍和金构成的双层。载体层例如为聚酰亚胺或聚酯载带，利用硅树脂粘合剂层将其附着到中间层。利用蚀刻方法来对中间层进行构图，其中键合焊盘用作蚀刻掩模。如此进行蚀刻使得在中间层中产生的侧面具有凹形轮廓。这提高了中间层与随后设置的用来形成封装的电绝缘材料之间的粘合性。在蚀刻之后，将电子元件安装到载体上。在这种情况下，该元件是随后密封在封装中的半导体器件。在提供封装之后，完全除去载体层。然后在保护覆盖处理(protective flash treatment)中设置接触焊盘。该处理导致中间层在构图之后保留下来的部分设有由镍和金构成的双层。
本发明的器件的缺点是，接触焊盘正对于键合焊盘。这非常不利，因为通常必须在载体中进行一些重布线(reroute)以便使键合焊盘的节距与接触焊盘将要连接到的外部电路板的节距相匹配。可以借助于光刻胶掩模提供不同的图案，在除去载体层之后施加该光刻胶掩模。然而，在组装厂中不希望进行光刻步骤。
因此本发明的第一个目的是提供一种在开篇段落中所述的方法，其产生的器件允许在载体中重布线或互连并且载体与封装具有良好的粘合性，而在任何其他焊接步骤期间不存在分层的危险。
实现该目的是通过采用具有由导电材料制成的载体层的载体作为载体；部分除去载体层，以便从载体的第二侧面对其进行构图，以此制造用于外部接触的接触焊盘，该接触焊盘通过中间层中的互连连接到连接层中的相应图案，并且将保护层设置在载体的第二侧面，该保护层覆盖中间层与接触焊盘之间的界面。
在本发明的方法中，使用特定的载体，其包括与中间层相对的金属层。这些层中的一层用作载体层，并且在提供电绝缘材料之后被构图。在未预先公开的申请WO-IB03/01421(PHNL020327)中描述了这种载体的使用。其主要优点是可以将连接层的图案机械固定在电绝缘材料中，因为它们相对于中间层横向延伸。另一个优点是连接层中的图案不必与设置在载体层中的图案相同。
然而，已经发现，在中间层与接触焊盘之间会发生分层问题。这种问题证明是在工艺的另一阶段当将器件焊接到外部电路板时发生的。现在利用覆盖中间层与接触焊盘之间的界面的保护层来解决该问题。
在优选实施例中，载体包括处于其第二侧面的构图掩模层。该掩模层将首先用作用于对载体层进行构图的蚀刻掩模。随后，其用作到连接到外部电路板所需的焊料的粘合层。适当的材料包括NiPd或NiAu的双层或者甚至NiPdAu。通过在载体中包含蚀刻掩模，不需要在组装过程期间使用额外的光掩模。在未预先公开的申请WOIB03/01299(PHNL021100)中描述了具有这种蚀刻掩模的载体及其使用。
保护层的组成和施加方法可以根据器件的其他要求和组装工厂的任何技术可能性按照所希望的情况来进行改变。诸如喷涂、浸渍、涂敷和甚至汽相淀积的技术都是可利用的。这是特别正确，因为在将组件分离成多个单独的器件之前施加保护层。主要的要求当然是不应该损坏接触焊盘以至于到外部电路板的耦合变得不可能。
保护层可以为导电的和电绝缘的。在器件打算与无铅焊料一起使用的情况下，需要该类型焊料的温度稳定性，当前大约为260℃。适当的与包括用于接触焊盘的Cu和用于中间层的Al或Al合金的载体结合使用的导电层例如是Sn。由于这不能很好地附着到Al，所以Al的暴露表面变得不可焊接。一种选择可以是使用Ni，但是然后需要采取措施来防止中间层的横向延伸的表面变得可焊接。
在保护层为电绝缘层的情况下。非常优选的是按照构图内容来提供保护层。这可以通过不同的方法来实现。
在第一实施例中，利用在接触焊盘、特别是其上的任何粘接层与其他材料之间的表面特性上的差异。例如这是通过在适当的溶剂中选择适当的材料来实现的。
该第一实施例的可选实现方式是两步骤的方法。在第一步骤中，提供选择性地附着到接触焊盘的第一材料。其结果是将接触焊盘的表面改变成所期望的表面特性。然后在第二步骤中，提供保护层，其不会附着到接触焊盘处的材料。此后可以除去第一材料层。然而，如果该层足够的薄并且不妨碍焊接，则这是不需要的。其适当的实现方法，特别是结合例如由金制成的粘接层，是具有改性端基(end group)的硫醇。这种硫醇将在金表面上形成单层(monolayer)。可以使单层的被暴露的后侧具有任何所期望的表面特性。
在第二实施例中，利用在加热时在一定程度上变成流体的材料。于是在回流工艺期间焊料球附着到外部电路板的压力足以局部除去保护层。这种材料的例子包括丙烯酸脂和脂肪酸，例如硬脂酸。
众所周知，脂肪酸用于被称为焊剂(solder flux)材料的材料中。优选地，在应用这些焊剂时，利用有机溶剂，例如酒精。这旨在提供保护而不受在将器件设置在外部电路板上之前通常使用的任何清洁液体的影响。
丙烯酸脂在平稳加热例如加热到100℃时会熔化，并且随后被固化。在未预先公开的申请WO IB03/02292(PHNL020471)中描述了这些类型的材料在组装过程中的使用，将其引入本文作为参考。加热将使器件向下移动，以此在任何的焊锡球与接触焊盘之间建立连接。例如在回流工艺期间或单独地，随后将温度上升到更高的温度将交联丙烯酸脂以使其成为在温度上稳定的层。
在第三实施例中，利用载体的第二侧面的空腔状结构。然后使用在位于空腔中时被硬化或固化而在作为薄膜位于接触焊盘处时不被硬化或固化的材料。其特殊的例子为可以无氧固化的材料。例如，这是在特定选择的溶剂中的丙烯酸酯，例如在氢过氧化物中的丙烯酸酯。适当的例子为在氢过氧化异丙苯中的二甲基丙烯酸酯。或者，提供填充材料，以便填充空腔状结构，随后进行清洗或抛光步骤以在表面处再次产生接触焊盘。
在第四且优选的实施例中，载体在其第二侧面处设有掩模层，通过该掩模层，首先将载体层构图成接触焊盘，作为构图工艺的结果，掩模层具有比相应的接触焊盘更大的表面面积，随后在载体的第二侧面施加正性感光组成物，随后在利用掩模层作为掩模的光刻处理中将其构图成被照射和未被照射的区域，将被照射的区域冲洗掉。在该实施例中，使用在未预先的公开申请WO IB03/01299(PHNL021100)中所述的载体。因为载体层的蚀刻导致掩模层横向延伸到载体层，所以可以在随后的步骤中再次使用该掩模层。正性感光组成物作为正性光刻胶本身是已知的。或者，可以通过向适当的组成物中添加适当的光化学引发剂来制备它们。这种组成物可以包括任何所期望的材料，可以将所述材料设计成与接触焊盘的材料和中间层的材料都具有良好的粘合性。所述材料甚至可以是导电聚合物。
优选将电子元件密封在电绝缘材料中。然而，本质上这不是必需的。可以将元件设置在载体的第一侧面处的任何空腔中。还可以在工艺结束时将元件安装在载体的第二侧面。在这种情况下，连接层用作平行于载体的第一侧面的互连层。如果密封，封装可以仅存在于元件的侧面。于是背对载体的表面可用于提供任何散热层。如果元件是集成电路或功率器件，则这特别合适。
在另一种方法中，采用通过浸渍或沉浸到溶液、特别是水溶液中而可应用的材料。适当的材料是那些与中间层12和/或第二金属层13化学键合的材料。其实例为无机材料，例如CrO2、TiO2、ZrO2、CeO2。此外，还可以使用热膨胀系数与铜相似的有机涂层。适当的涂层例如是硅树脂、环氧化物和氨基化合物。
电子元件最好为半导体器件，因为载体的分辨率对于采用引线键合和采用倒装片的耦合都是足够的。在预见在倒装片的取向上安装电子元件的情况下，与中间层和连接层相比，载体层的厚度被增加。这允许提高限定在连接层中并由此限定在中间层中的图案的分辨率，而不损失机械稳定性。
本发明的第二目的是提供一种在开篇段落中所述的电子器件，其允许在载体中重布线和/或互连，并且载体与封装具有良好的粘合性，而在对器件进行任何焊接步骤期间不存在分层的危险。
实现该目的在于保护层存在于载体的第二侧面从而保护中间层与接触焊盘之间的界面。如参考本发明的方法所示，保护层解决了分层问题，并且允许使用其中将互连层机械固定在封装中的载体。
优选地，用铜来实施连接层和接触焊盘，并且不同的材料用于中间层。铜是公知的具有良好导电率的材料。此外，在提供粘合层或双层之后，如果需要，可以将其与各种由不同组成物构成的凸起一起使用。用于中间层的适当材料包括Fe-Ni、Fe-Cr-Ni、Al、Al、Ni、Cr的合金，例如AlxSi1-x、AlxCu1-x和AlxGe1-x，优选0.5≤x≤0.99，以及其他材料。
在优选实施例中，至少将一定数量的接触焊盘相对于连接层中的相应图案横向移位。本发明特别适用于该实施例，因为在这里在载体的第二侧面处将接触焊盘与中间层之间的界面完全暴露出来。在现有技术中所公知的器件中，不是这种情况，因为NiAu会完全覆盖中间层。同样，其中中间层包括Cu。然而将Cu附着到Ni不像例如将Cu附着到Al那样有问题。
这里，有利的是，接触焊盘具有足够的厚度。由此，根据本发明的方法，接触焊盘层可以用作载体层。此外，接触焊盘具有延伸超出中间层表面的表面。因此中间层可以由向其横向延伸的保护层覆盖。
在另一修改中，保护层填充接触焊盘之间的任何空腔状结构。其结果是，器件在载体的第二侧面处具有基本平坦的表面。对载体第二侧面的恰当观察显示接触焊盘形成为中间层表面上的突起。于是空腔状结构是指接触焊盘之间的间隔，在穿过接触焊盘的横截面图中，其具有空腔形状。
在优选实施例中，接触焊盘包括主层和掩模层，所述掩模层位于载体的第二侧面处并且具有比主层更大的表面面积。然后，使保护层基本上位于掩模层与中间层之间，从而在保护层在掩模层上的垂直投影上，存在很大的重叠。该结构是本发明的方法的第四实施例的结果。它是适当的实施方式，该实施方式在组装中不需要任何光刻掩模。对光源的暴光充足。此外，该实施的优点是，接触焊盘之间的间隔不用被完全填充。这允许更加容易地应对不同层之间的热膨胀系数的差异。
该元件优选为至少部分密封在封装中的半导体器件。
将参考附图进一步说明本发明的这些和其他方案，其中
图1是电子器件的第一实施例的示意性截面图；图2是第一实施例的示意性平面图；图3是图1所示的截面图的放大图。
附图不是按比例绘制的。相同的参考标记表示相同的部件。在附属权利要求的保护范围内，可选实施例是可能的。
图1是电子器件10的第一实施例的示意性截面图。在这种情况下，所述电子器件是具有五个接触的半分立的半导体器件。然而这决不是必须的。图2是第一实施例的示意性平面图，其中线A-A表示图1的横截面。半导体器件包括具有第一金属层11、中间层12和第二金属层13的载体30。在该例子中，第一和第二金属层11、13包括铜，而中间层包括Al.99Si.01。此外，载体30包括第一蚀刻掩模14和第二蚀刻掩模17。第一和第二蚀刻掩模14、17各自包括NiAu的粘合层。通过第一蚀刻掩模14从第一侧面对载体30进行构图，由此形成孔15和连接导体31-35。为了该目的，使用其中首先蚀刻第一金属层11并且随后蚀刻中间层12的蚀刻工艺，由此在连接导体31-35的侧表面中形成凹陷16。随后，通过连接装置22将具有连接区21的半导体元件20连接到连接导体31-35，在这种情况下，为Au的凸起。为了该目的，使用倒装片技术。随后，提供外壳40，导致形成机械固定，因为外壳40延伸到载体的凹陷16中。可以利用任何方法来实现机械固定，其中由外壳40所覆盖的层中的一个横向延伸，并且这至少是部分的。这些层包括第一蚀刻掩模14、第一金属层11和中间层12。特别地，如果第一金属层11具有足够的厚度，在10μm或以上的数量级上，优选至少为20μm，则该第一金属层11的蚀刻将产生轮廓。因此，第一蚀刻掩模14将横向延伸超出第一金属层11，并且这对于固定是足够的。可以连同其选择中间层12，以具有任何所期望的厚度并且由任何所期望的材料构成。随后，通过第二蚀刻掩模17来对第二金属层13进行构图。这是通过将器件放置在蚀刻槽中来实现的，该蚀刻槽相对于中间层以及相对于第二蚀刻掩模17选择性地除去第二金属层13。蚀刻材料本身是公知的，并且可以在申请WO IB03/01299中找到。随后还可以使用孔15来分离半导体器件10。这具有额外的优点机械固定基本密封连接导体31-35，即不仅在半导体元件20的位置而且还在所述元件之外。半导体器件10的尺寸，例如大约为1乘1mm。孔15具有例如40-100μm的宽度。将第一金属层11、中间层12和第二金属层13的厚度分别选择为30μm、40μm和30μm。然而，可以根据应用的需要来选择。第一金属层11和中间层12各自可以具有大约20μm的厚度，而第三金属层具有60μm的厚度。根据本发明，随后施加保护层19。在该实施例中这是通过在氢过氧化异丙苯中提供二甲基丙烯酸酯的组成物来完成的。该组成物将在接触焊盘31、32之间的间隔中硬化，但不会在表面硬化。结果，表面层17没有保护层19。虽然附图示出保护层导致大体平坦的表面，但这不是必须的。
图3示出图1的细节，其中更加精确地描绘，如在本发明的实施例中所获得的层的形状。示出中间层12在与第一金属层11的界面处的直径小于在相对侧面处的直径，导致机械固定到中间层中。此外，清楚地看出，蚀刻掩模17横向延伸超出第三金属层13。优选地，在受控方式下使蚀刻掩模变形。例如这是通过在蚀刻掩模17的表面提供例如为橡胶的块来实现的。通过挤压蚀刻掩模17上的略微可变形的块，其将蚀刻掩模17的边缘推向中间层12。这防止随后对这些蚀刻掩模的损害。
权利要求
1.一种制造电子器件的方法，该电子器件设有电子元件和具有第一侧面和相对的第二侧面的载体，该方法包括以下步骤提供所述载体，该载体包括构图的连接层、中间层和由导电材料构成的连续载体层，该连接层位于所述载体的所述第一侧面上，所述中间层包括导电材料并且具有与所述连接层的图案基本相应的图案；将所述电子元件安装到所述载体上；施加电绝缘材料，所述电绝缘材料延伸到所述中间层的表面；从所述载体的所述第二侧面对所述载体层进行构图，由此产生用于外部接触的接触焊盘，所述接触焊盘通过所述中间层中的互连连接到所述连接层中的相应图案；并且在所述载体的所述第二侧面提供保护层，其覆盖所述中间层与所述接触焊盘之间的界面。
2.如权利要求1所述的方法，其中所述保护层包括电绝缘材料并使所述接触焊盘暴露。
3.如权利要求1或2所述的方法，其中所述载体在其第二侧面设有掩模层，通过该掩模层首先将所述载体层构图成接触焊盘，作为该构图工艺的结果，所述掩模层的表面面积大于相应的接触焊盘，其后，在所述载体的所述第二侧面施加正性感光组成物，随后在光刻处理中将其构图成被照射和未被照射的区域，在该光刻处理中，使用所述掩模层作为掩模，冲洗掉所述被照射的区域。
4.如权利要求1所述的方法，其中所述载体的所述连接层包括键合焊盘，并且将所述电子元件安装在所述载体的所述第一侧面，将所述元件的键合焊盘耦合到所述连接层中的相应键合焊盘。
5.一种电子器件，其设有电子元件和由电绝缘材料构成的封装、以及具有面对所述元件的第一侧面和相对的第二侧面的载体，所述载体包括构图的连接层，用于与外部载体或元件耦合的接触焊盘，以及由导电材料构成的中间层，对其进行构图从而在所述互连层与所述接触焊盘之间产生互连，互连通过隔离区域相互隔离，所述封装延伸到所述隔离区域中，其中保护层存在于所述载体的所述第二侧面从而保护所述中间层与所述接触焊盘之间的界面。
6.如权利要求5所述的电子器件，其中将所述键合焊盘和所述载体的所述第一侧面处的任何其他导电元件机械固定在所述封装中。
7.如权利要求5-6所述的电子器件，其中至少一定数量的接触焊盘相对于相应的键合焊盘横向移位。
8.如权利要求5所述的电子器件，其中所述保护层横向延伸从而覆盖所述中间层。
9.如权利要求5所述的电子器件，其中所述接触焊盘包括主层和掩模层，所述掩模层位于所述载体的所述第二侧面并且其表面面积大于所述主层的表面面积，并且所述保护层基本上位于所述掩模层与所述中间层之间，从而在所述保护层在所述掩模层上的垂直投影上存在很大的重叠。
10.如权利要求5所述的电子器件，其中所述电子元件为至少部分被密封在所述封装中的半导体器件。
全文摘要
器件具有载体和电子元件。载体具有第一和相对的第二侧面，并且设有连接层、中间层和接触焊盘。该元件位于第一侧面并且耦合到连接层。通过延伸到中间层的图案之间的隔离区域中的封装来将其至少部分地密封。保护层位于载体的第二侧面，其覆盖接触焊盘与中间层之间的界面。
文档编号H01L23/31GK1868052SQ200480030349
公开日2006年11月22日 申请日期2004年10月12日 优先权日2003年10月15日
发明者科内利斯·G·施里克斯, 保罗·戴克斯特拉, 彼得·W·M·范德沃特, 罗尔夫·A·J·格伦胡斯, 约翰努斯·W·威坎普 申请人:皇家飞利浦电子股份有限公司