具有支座的挠性电路电子封装的制作方法

专利名称：具有支座的挠性电路电子封装的制作方法
技术领域：
本发明涉及电子封装，且特定来说涉及那种包含一个或多个挠性电路部件作为其 部分的封装。
背景技术：
挠性(或"挠曲(flex)")电路电子封装通常包含一个或多个挠曲电路部件， 每一挠性电路部件包含至少一个薄介电层(例如聚酰亚胺)，其中导体图案(例如， 铜焊盘)定位在其表面上，所述表面经设计以在其上容纳半导体芯片(本文中还可简 称为芯片)，所述半导体芯片电连接到所述导体(例如，使用焊料球)且因此连接到 同样耦合到所述导体的挠曲电路的其它电路。这个挠曲电路又设计用于通常以多层印 刷电路板(本文中还简称为PCB)的形式帖装在另一电路化衬底上。所述印刷电路板 通常又包含电介质衬底(例如由纤维加强的有机树脂材料，在PCB行业中还称作 "FR-4"材料)及多个导电电路迹线层以及接地层和电力层。许多挠曲电路电子封装 利用焊料球也将所述挠曲电路耦合到主PCB的相应导体。当使用焊料球将芯片定位并电耦合到挠曲电路时，将发生一定量的挠曲电路扭 曲，这从制造和生产功能的观点来看都是不合需要的。这种扭曲的发生是由于挠曲电 路由极薄(例如，有时具有仅约8密耳(一密耳为一英寸的千分之一)到25密耳的总 厚度)的聚合物介电材料制成，且因此极易受到在形成芯片-挠曲电路接合所需要的悍 料回流过程期间所产生的热量所致的弯曲的影响。已经做出各种尝试来防止这种扭曲， 下文中对某些尝试做出了更详细界定。这种尝试的一个特定实例是使用称作"加劲板 (stiffener)"或"盖(lid)"的元件，其通常为刚性金属结构且常常固定在挠性电路 的某个位置处(例如，在外部周边附近)。将这些部件添加到这类封装还经常需要使 用额外的处理固定装置，由此增加了最终封装的成本。随着挠性电路变得更薄且因此 具有更多挠性(由于当今使用这些封装的产品中对小型化的需求增大)，在不需要此 类添加的部件及处理的情况下增大挠性电路的平面性是合乎需要的。从下文中可了解，本发明表现对确保挠曲电路相对于所耦合芯片且因此也相对于 其将耦合到的主PCB的有效平面性的方法的令人信服的显著改善。当正使用焊料球连 接时，尤其当利用此类导体的高度密集图案时，这种平面性对于确保所述挠曲电路的 许多导体与下伏主PCB的导体之间的牢固连接是重要的。例如，在某些当今的图案中， 挠曲电路的导体和容纳PCB的导体可紧密地间隔开，以使此类导体之间的中心到中心间距仅在从约12密耳到50密耳之间。如本文中所界定，本发明能够在不需要许多现有技术产品中所需的"加劲板"或"盖"的情况下提供这种平面性。下文的美国专利描述各种在电子封装和类似结构之间提供合乎需要的间距的方 法。引用这些专利并不是承认任何一种方法是本发明的现有技术。在美国专利第5,045,921号中，描述用于帖装在印刷电路板或挠曲电路衬底上的 电子焊盘阵列载体装置，所述装置具有薄的挠性"条带"衬底，所述衬底具有多个迹 线。所述衬底可以是聚酰亚胺或其它可以经受住相对大的横向机械位移的材料。将集 成电路小片帖装在衬底附近或衬底上，且通过任何常规手段实现所述集成电路芯片和 所述迹线之间的电连接。所述衬底迹线在其外端处具有焊料球或焊盘，用于实现对PCB的连接。封装主体覆盖所述电路小片，所述主体可视情况用于使封装以固定的距离远 离PCB，以便焊料球将形成适当的凹面结构。或者，可在衬底的周边附近提供载体结 构以在处理、测试和帖装期间增加刚性，但这样也可提供支座功能。所述薄的挠性衬 底可吸收跨越相当大的封装区域的相对较大的横向或甚至垂直的机械位移。所述衬底 视情况可以是透明的或半透明的，以准许在将接合帖装到PCB后对所述接合进行检 査。出于检査接合的目的，所述PCB或挠曲电路也可以是透明的或半透明的。焊盘或 焊珠可连接到穿过至少部分地填充有导电材料的衬底的通孔，来准许在将封装帖装到 PCB之前或之后对载体进行背面测试。另外，可将散热片结构直接地接合到焊盘阵列 载体IC装置中的电路小片。在美国专利第5,170,931号中，描述用于将挠性薄膜半导体芯片载体帖装在第二 级电子封装上的方法和设备。所得的电子封装结构包含导电间隔物，例如焊料球或涂 有焊料的铜球，其将挠性薄膜半导体芯片载体上的外部引线接合焊盘和第二级电子封 装上的对应接合焊盘相互电连接，且其将半导体芯片载体的挠性薄膜物理地支撑在大 致在第二级电子封装表面上方的平面内。使用包括底板、具有弹性部件的压力衬垫及 顶板的特定组件固定装置来做出这种电子封装结构。其上附装有间隔物的挠性薄膜半 导体芯片载体放置在压力衬垫的弹性部件上方，所述压力衬垫和第二级电子封装一起 夹持在顶板与底板之间。然后，这一组件经加热来对间隔物的焊料进行回流，且所述 组件固定装置经分解而使得将挠性薄膜半导体芯片载体帖装在第二级电子封装上，其 中所述载体的挠性薄膜根据需要具有平面的几何形状。可使用特定模板来将间隔物附 装到挠性薄膜半导体芯片载体，所述特定模板具有对应于挠性薄膜半导体芯片载体上 的外部引线接合焊盘的图案的开口图案。在美国专利第5,562,517号中，描述用于场发射装置中的间隔物，所述场发射装 置包括具有多个连接到支撑部件的拉长细丝的梳状结构。所述细丝可以是玻璃，其纵向定位在位于阳极结构和电子发射结构的相对表面之间的单层中。支撑部件完全地定 位在阳极结构和发射结构的有源区域外部。间隔物在阳极和阴极结构之间提供电压隔 离，且还可抵销所述组件内真空的机械力。在美国专利第5,673,479号中且在美国专利第5,896,651号(美国专利第5,673,479号的分案)中，描述包含支撑金属引线框的弹性聚酰亚胺层的带状自动接合(TAB)封装。微电子电路小片帖装在聚酰亚胺层的孔中，且与所述引线框的内部引线相互连接。所述TAB封装粘附到具有间隔物的支撑部件，所述间隔物紧靠其上将要帖装所述 封装的印刷电路板的表面且在引线框和所述表面之间提供预定的间距。从引线框突出 的外部引线弯曲成以其自由状态向至少远到间隔物的表面延伸的形状。封装和支撑部 件组件放置在PCB表面上，且组件重量、引线弹性及事先设定的支座高度结合起来使 得引线能够弹性地变形，从而使间隔物紧靠表面且引线顺应地和表面啮合，以焊接或 其它欧姆连接到表面上的共轭接合焊盘。支撑部件可借助引线保持器来形成，引线在 所述引线保持器周围延伸以当组件降到表面上时形成弹性地且顺应地和表面啮合的线 圈。支撑部件维持共面性，增加封装的重量，事先设定支座以在表面帖装期间保护已 形成的外部引线，且使封装能够在没有单独载体的情况下被载运。在美国专利第5,796,590号中，且在美国专利第5,930,889号(美国专利第5,796,590 号的分案)中，描述用于将球栅阵列集成电路(IC)装置表面帖装到印刷电路板的设 备及方法。在焊接处理之前，将待帖装的单层或多层非导电性材料薄片(其具有多个 对应于IC装置的引线的孔)置于焊珠栅阵列和电路板之间以促进焊料应用、装置对准， 及焊料保持。组件导轨位于辅助设备的顶部表面，以协助IC电路在装配期间的取向和 布局。在又一方面中，所揭示的组件辅助设备帮助补偿IC装置阵列或电路板中的非平 面性，并维持IC封装和电路板之间的最小支座距离以排除不适当的焊点变形。所述组 件辅助设备还允许通过在无需掩膜或其它额外处理步骤的情况下进行回流处理之前促 进焊料的定位布局来对表面帖装进行重新加工。在美国专利第5，805，427号中，描述用于囊封一个或多个半导体装置的表面帖装 封装，所述封装具有维持将封装接合到外部电路的焊料柱的厚度的支座。所述支座遍 布封装基座的中心部分，或者限制中心部分的范围。为增强支座的热性能，用可焊接 层来增强支座到外部电路的焊接。在替代实施例中，支座含有具有多个孔的凸缘，所 述孔可用于机械地锁定粘合剂，或用于使光源能够辐射到粘合剂。所述支座可含有用 于对准、强度或电路选路的突出部分。在美国专利第6,152,756号中，描述用于使电子封装与电路板相互连接的插座， 所述插座包括底座、可滑动地附装到所述底座的盖子、及从底座向下延伸的支撑构件。 所述底座包括一对从所述底座对角地延伸的延长板。呈一对支座形式的支撑构件形成 于相应的延长板上。由于每一支座具有比形成于底座下表面上的焊料球的高度略小的 高度，所以在将插座焊接到电路板后所述支座搁置在电路板上。通过这样的设计，将 所采用的用来驱动盖子沿底座滑动的外力从底座传送到支座。因此，避免了底座的变 形和对焊点的破坏，以确保PGA封装和电路板之间的可靠连接。在美国专利第6,411,513号中，描述用于在可容纳一定范围的间隙距离和角度错 位(倾斜)的两个表面(例如组件和散热片表面)之间的适应性导热接口装置。所述 装置由多个以密集堆积、嵌套的方式堆叠的箔组成。所述箔可在所述表面之间延伸。所述专利描述使用平坦、二维弯曲、三维弯曲及圆柱形表面(例如热管)的实施例。 优选地，所述箔以对应于其完全压縮形状的形状预先形成于装置中，并直接彼此堆叠。 在将多个相邻箔的近侧边缘接合到一起且将所述多个相邻箔的远侧边缘接合到一起 后，延长所述组件来在相邻箔的挠曲部分之间产生用于容纳将来的挠曲的空隙分隔距 离及用于容纳将来的压縮和倾斜的高度。在美国专利第6,414,849号中，描述低应力小型空腔朝下的线接合或倒装芯片 BGA封装，所述封装通过液晶塑料(LCP)的注射成型或热成形以形成电路小片载体 来形成，所述电路小片载体包含在电路小片载体成型期间形成的支座支柱的聚合物焊 料栅极阵列(PSGA)。在对电路小片载体进行电镀期间用铜涂布所述支座支柱，在所 述电路小片载体的表面上蚀刻有从所述支座支柱到电路小片空腔中的导电迹线，且包 含所述电路小片空腔的侧壁上到空腔底部处的线接合点或小的可焊接区域。在将线接 合或倒装芯片集成电路小片帖装到电路小片载体的电路小片空腔内后，利用导电胶将 己封装的集成电路帖装在主印刷电路板衬底上，来将支座支柱电连接到主PCB衬底上 的导电性可焊接区域。电镀支座支柱的高纵横比及/或大高度减少了对焊料接合点的应 力，且和LCP电路小片载体的灵活性相结合以在回流后和操作期间改善焊点的可靠 性。在美国专利第6,444,563号中，描述通过首先识别IC中最不可靠的焊料球接合点 来制造的球栅阵列或芯片级封装集成电路。这些最差接合点或最差接合点附近的接合 点在焊盘尺寸上发生改变，且与所述IC中其它较稳固的接合点相比暴露给更多焊珠/ 凸点导电材料，以在较大的焊盘上形成比正常大小的焊珠更大的焊珠。所述较大焊珠 是通过在回流操作期间将多个较小的焊珠一起放置在单个焊盘上以形成一个较大焊珠 来形成的。所述较大焊珠通过改善IC设计中最弱接合点的可靠性来改善总的IC可靠 性。另外，较大焊珠和较小焊珠两者的支座被设计为大致相等。在美国专利第6,560,122号中，描述集成电路芯片封装，其包含通过回流过程且 通过多个焊料凸点帖装在衬底上的集成电路芯片。将至少一个支座定位于电路芯片和 衬底之间，以在回流过程期间维持电路芯片和衬底之间的距离。使用模制化合物来用 于对芯片和衬底之间的空气间隙进行底部填充。所述集成电路芯片封装是通过将芯片 和衬底放置在模制空腔内并将传送模制化合物挤压到所述模制空腔中来形成的。在将 模制化合物挤压到集成电路芯片、支座和衬底之间时，由模制化合物对集成电路芯片 和衬底之间的空气间隔进行底部填充。在进行底部填充期间，允许空气通过穿过衬底 延伸的出口从芯片和衬底之间溢出。所述底部填充材料也可在执行底部填充的同时用 于囊封所述芯片。在美国专利第6，631，078号中，描述机械地夹持在电子模块和衬底(例如，PCB) 之间的散热挠性或弹性支座。所述夹持结构包括以机械联接方式将所述电子模块上表 面上方的导热挠性接口焊盘压縮到PCB的散热片。散热挠性支座提供与压縮力相对的 力来由此减少对电子模块和PCB之间的焊料球连接的应力。呈弹簧结构形式的导热挠性支座(例如金属丝网)通过热传导和热对流二者提供散热来起作用。导热挠性聚合 物垫和多孔渗水金属泡沫层也可充当导热支座。在美国专利第6,986,454号中，描述包含具有衬底和电路的电路板及具有接触终 端的表面帖装装置的电子封装。在所述电路板上形成帖装焊盘。所述电子封装还包含 将表面帖装装置的接触终端连接到电路板上的帖装焊盘的焊点。所述焊点包含可回流 焊料及多个支座部件。所述支座部件在电路板和表面帖装装置之间提供约0.01 mm到 0.10mm范围内的分隔距离(H)。在美国专利第7,118,940号中，描述在表面帖装装置和电路板之间具有受控支座 高度的电子封装。所述电子封装包含具有衬底和包含帖装焊盘的电路的电路板，及具 有电路和接触终端的表面帖装装置。焊点将表面帖装装置的接触终端连接到电路板上 的帖装焊盘。将介电底部填充结构安置在电路板和表面帖装装置之间，且多个支座部 件安置在所述底部填充材料中，以在电路板和表面帖装装置之间提供分隔距离。如本文中所界定，本发明能够确保挠曲电路相对于接合到其上(且在必要时接合 到封装的其它组件上)的芯片的平面度。本发明能够在不使用迄今为止在许多电子封 装中很重要的加劲板或类似部件的情况下实现此目的，其中这种加劲板直接地接合到 挠曲电路(例如，沿外部周边的大部分)。此外，本发明能够在不使用复杂且昂贵的 元件及/或处理设备的情况下实现此目的，因此允许本发明的制造商将成本节省传递给 封装消费者。人们相信，这种封装将代表所属技术领域中的显著进步。发明内容本发明的主要目标是增强挠性电路电子封装技术。本发明的另一目标是提供增强的挠性电路电子封装，所述电子封装能够以容易的 且相对不昂贵的方式且在极大程度上使用常规设备来生产。 本发明的又一目标是提供制作这种电子封装的方法。根据本发明的一个方面，提供一种电子封装，其包括散热片；挠性电路，其上包含多个导体；半导体芯片，其定位在所述挠性电路上且电耦合到所述导体的所选者； 大量经热收縮粘合剂，其定位在所述挠性电路上且将挠性电路接合到散热片以使其上 定位有所述半导体芯片的挠性电路大致为平面；及多个支座，其定位在散热片和挠性 电路之间以将挠性电路的至少部分维持在离散热片一定的间隔距离处。根据本发明另一方面，提供制作电子封装的方法，所述方法包括提供散热片； 提供挠性电路，所述挠性电路上包含多个导体；将半导体芯片定位在所述挠性电路上 且将所述芯片电耦合到所述导体的所选者中；将大量可热收縮粘合剂以液态形式定位 在挠性电路和散热片之间且与挠性电路和散热片二者接触；充分地固化所述可热收縮 粘合剂以使得其从其液态形式的体积收縮到较小的体积，从而将挠性电路接合到散热 片以使其上定位有所述半导体芯片的挠性电路大致为平面；及将多个支座大致定位在散热片和挠性电路之间，以在挠性电路大致为平面时将挠性电路的至少部分维持在离 散热片一定的间隔距离处。


图1-3是图解说明各种用于将挠性电路耦合到半导体芯片的现有技术构件的侧视图(图2和图3还是局部剖视图)；图4和图5是根据本发明一个实施例的挠性电路电子封装的局部剖视侧视图；及图6-8是图解说明根据本发明替代实施例的挠性电路电子封装的局部剖视侧视图。
具体实施方式
为了更好地理解本发明以及本发明的其它和进一步的目的、优点和能力，本文结 合上述附图参照以下揭示内容和随附权利要求。应了解，在各个图中将使用相同的编 号表示相同元件。本文中所使用术语"电组件"是指至少一个电子封装和至少一个印刷电路板(或 PCB)的组，所述封装定位在所述印刷电路板上且电耦合到所述印刷电路板。本文中所使用术语"电子封装"是指至少一个其上具有至少一个半导体芯片的挠 性(或"挠曲")电路及至少一个散热片，所述芯片热耦合到所述散热片。本文中所使用术语"挠性电路"或"挠曲电路"是指至少一个具有电路作为其部 分的薄介电材料层。术语"薄"是指具有总厚度从约1密耳到约8密耳的个别介电层， 其作为具有总厚度从约1.2密耳到约30密耳(取决于层内容)的挠曲电路的一部分。 所述电路将包含通常呈焊盘形式的导体图案，所述焊盘通常形成于介电层表面上，在 这种情况下所述导体将具有从仅约0.2密耳到约1密耳的厚度。这种电路通常为金属 的，例如由铜或铜合金制成。本文中所使用术语"可热收缩粘合剂"是指可能以大致液态的形式应用且然后经 固化以使所述材料接着从其所述液态形式的原始体积收缩到较小体积的粘合剂材料。 本文所使用术语"经热收缩粘合剂"是指已经如此固化且已经从其液态体积收縮到所 述较小体积的可热收縮材料。本文中所使用术语"印刷电路板"或"PCB"是指由以交替方式定向的两个或更 多个介电层及两个或更多个导体层组成的多层结构。所述导体层通常由金属制成，常 见的金属为铜或铜合金。这种结构通常包含比介电层和导体层两者更多的层，且通常 在其顶部表面上还包含导体层。这个上部导体层又可以包含经设计以在其上接受芯片的导体图案。标识为"现有技术"的图1-3表示所属技术领域中已知的挠性电路电子封装的三 个实例。图1图解说明最简单的形式，这种形式为单个挠性电路11和定位在其上且耦合到其的芯片13。也就是说，所述挠曲电路包含多个导体焊盘15,导体焊盘15又电 连接到形成封装电路的部分的其它电路线(未显示)。这种电路还可以包含内部导体 层17 (图l中只显示一个)，每一导体层可包含多个信号线。在剖面中，可看出单个 层17包含数个间隔开的部分(如图1所示)，这些部分又以所属技术领域中已知的各 种图案彼此耦合。如上文提及，所述烧曲电路还包括至少一个介电层16 (图1中显示 两个，层17的每一侧有一个)，在本发明一个实施例中，所述层由常规的聚酰亚胺材 料制成。可用于这一挠性电路(及本文中界定的其它挠性电路)的介电材料的其它实 例包含玻璃纤维加强的环氧树脂(有些环氧树脂由于相同的阻燃剂等级在所属技术 领域中称作"FR4"介电材料)、聚四氟乙烯(例如特氟纶)、聚酰胺、氰酸酯树脂、 可光成像材料，及其它类似材料。可用于此类电路(其中包含本发明的电路)的电路 中的导体材料的实例包含铜或铜合金，但可包含额外的金属(例如，镍、铝、金等) 或其合金。在许多实施例中(包含本发明的实施例)，使用可由常规焊料成分制成的 焊料球19将芯片接合到相应的导体15。在一个实例中，可使用由63%的锡和37%的 铅构成的焊料成分。最后，将芯片(或当将一个以上的芯片耦合到挠曲电路时的多个 芯片)大致封闭(除其上表面之外)在适当的囊封材料21中，其中的数个材料也是所 属技术领域中已知的。在图1中可看出，仅将挠曲电路11接合到芯片13即可导致薄的挠性电路扭曲到 不再是平面的程度。出于图解说明的目的，这种扭曲在图1中被充分放大。为了克服 这种不合需要的取向，已采用的一种方法是利用上文提到的加劲板23 (或盖)，其通 常由金属材料(例如铝)制成且接合(也就是使用大量熟知的粘合剂25)到挠曲电路 11。所述加劲板可以是如图所示的相框配置，其中的开口 27经设计以容纳芯片。虽然 使用这种结构时挠曲电路平面性是可能的，但是可以看出，所述加劲板占据电路上表 面的相对较大部分，这可以另外地用于包含将更多芯片定位的额外功能。同样如上所 述，对这个部件进行定位使额外处理固定装置的使用成为必要，从而为最终产品增加 了更多成本。此外，图2 (及图1)中显示的这种封装通常将需要另外添加的部件一散 热片29 (在图2中以虚线显示)，芯片热耦合于其上以用于增强芯片的热量逃逸(及 寿命的延长)。散热片29可以具有任何熟知配置，且不限于图2中所显示的配置。此 类部件通常还包含很多直立的鳍状物或类似物，其中图2中的代表性实例中仅显示其 中的少数。图2中的芯片使用大量熟知的热粘合剂(未显示)热接合到这个散热片来 由此提供用于热量从芯片传送到散热片(且然后到外部环境)的直接路径。图3的现有技术实施例将图2结构的替代版本表示为利用结合的散热加劲板31 并将其接合到挠曲电路，如图所示。对于图2中的散热片和单独的加劲板的结合，其 结果是相对大的封装结构，其中占据挠曲电路上表面的很大部分。使用常规的热粘合 剂33将芯片13热接合到散热加劲板31的空腔部分的下表面。图3的实施例包含其它 类似于图2实施例的元件。上述现有技术实施例打算仅为代表性，且不打算穷举用来获得最终结构中的挠曲电路平面化的许多不同方法。在图4中，显示根据本发明一个实施例的电子封装51。封装51包含散热片53;挠性电路55，其上包含多个导体57;半导体芯片59，其定位在挠性电路55上且电耦 合到导体57的所选者(所述芯片包含常规的接触点(未显示)，所述接触点又通过多 个由常规焊料成分制成的焊料球61耦合到导体57的相应一者)；大量可热收缩粘合 剂63，其定位在挠性电路55上用于将挠性电路接合到散热片53;及多个支座65，其 定位在散热片53和挠性电路55之间。在一个实施例中，芯片59通过大量导热胶60 热接合到散热片53，其中的数个不同类型的导热胶是所属技术领域中所熟知的。在一 个实施例中，可使用可从在Arizona的Phoenix办公的Shin-Etsu MicroSi有限公司购得 且以热接口材料(Thermal Interface Material) X23-7783D为产品名称售出的导热胶。 这种特定的胶具有粘性(单位是帕斯卡秒)为200、比重为2.6及导热等级(单位是 W/m开尔文度)为6.0。可使用适当的配料机喷嘴66以液态形式将可热收縮粘合剂63 分配到其所示位置，所述粘合剂适于使用这样的装置来如此分配。可用于本发明的可 热收縮粘合剂的一个实例是以"TSE3281-G"为产品名称售出的可以从在Ohio的Nda Park办公的General Electric公司购得的导热可热处理硅树脂粘合剂。这种粘合剂具有 粘性(单位是帕斯卡秒)为60、比重为2.70及导热等级(单位是W/m开尔文度)为 1.68。其还具有50%的伸长值。这种粘合剂的典型固化时间在加热到150摄氏度的情 况下为一个小时，在加热到125摄氏度的情况下为两个小时，且在加热到100摄氏度 的情况下为四个小时。其它可适用于本发明的粘合剂包含由在South Saginaw Road, Midland, Michigan 48686办公的Dow-Corning公司售出的导热粘合剂1-4173，及同样 由Dow-Corning售出的导热粘合剂l-4174和导热粘合剂SE4486CV。导热粘合剂1-4174 包含直径为0.007的玻璃间隔珠。这个列举并不打算为穷举性，因为其它粘合剂也是 可能的。可还能使用本文教示来使用可热收縮粘合剂(包含使用与用于粘合剂63相同 的粘合剂)而不是上文提到的胶60将芯片59接合到散热片53。使用类似的粘合剂将 芯片接合到散热片及挠曲电路和散热片之间(其中这些粘合剂具有不同厚度)允许图 4结构(以及下文中其它结构)的这些部分成比例收縮。例如，代替胶60使用具有厚 度约2密耳到约6密耳的用于接合芯片的粘合剂及具有厚度约20密耳到约50密耳的 粘合剂63将在确保挠曲电路的所需平面性的情况下允许成比例收縮(收縮大于其对应 物的粘合剂越厚，芯片粘合剂越薄)。这种成比例收縮的能力被视为是本发明的显著 特征。明显地，图4中挠性电路55的取向代表所述电路相对于散热片53的初始取向， 挠性电路55先前已经作为焊料回流过程的结果而被固定到芯片59，在所述过程中， 将焊料球61加热到其熔点且然后将其冷却以凝固。在一个实施例中，这种加热应达到 至少约为183摄氏度的温度。然后，将可热收縮粘合剂63分配到挠性电路的外部周边 附近，在此期间所述粘合剂还接触散热片53的下表面。此时，将支座65 (其在一个 实施例中为玻璃球)沿挠曲电路周边附近的间隔取向定位在可收縮粘合剂中。在一个实例中，矩形的挠曲电路包含定位在所述电路周边附近的十六个支座65。在所述实施例中，每一支座均可包含约为30密耳的直径，可理解地将所述直径用作散热片53和 挠性电路之间的最终间距，这个最终取向显示于图5中。可使用各种定位机构(未图 示)来完成粘合剂中的支座定位，所述定位机构包含钳型固定器、自动机械夹钳等。 在前述的紧接前一实施例中，可使用总量为0.7克的粘合剂63，且可使用量为200微 克的粘合剂60。在显示于图4中的这个初始定位位置处，散热片53和电路55之间的 间距平均大约为35密耳，这比球形支座的对应直径大5密耳。在所描述的图4实施例 中，散热片53可以是铜、铝、氧化铝-二氧化硅-碳化物、不锈钢或其它优良的导热材 料。如果起初打算将其用作用于确保封装相对于其芯片和电路部件的平面性的部件， 则其可以由陶、玻璃、碳化硅、玻璃、石英或其组合制成。在这个实施例中，其可以 具有约20密耳的厚度，且还可以包含鳍状物(未显示)或类似物，其中的数个类型都 是所属技术领域中熟知的。挠性电路55是由关于图1-3的现有技术实施例而提到的材料的一者或多者制成 的。其还可包含一个或多个内部导电层，为易于图解说明，图4中没有显示这些导电 层。在图4中，显示将封装51的挠性电路55定位在平坦表面71上，例如，桌子73 或其它支撑部件的平坦表面。同样，由于挠性电路在附装到芯片59后的初始取向，挠 性电路沿相对于散热片53的凸起取向向上弯曲。也就是说，电路中固定有芯片59的 部分距离散热片最近，而电路的外部周边部分距离散热片较远。出于图解说明的目的， 以明显放大的方式显示这个弯曲(或屈曲)，且并非打算图解说明挠曲电路可采用的 唯一的非线性取向。其它的取向包含小波形取向，或甚至其中一侧比另一侧更接近散 热片(例如，倾斜)也是可能的。在图5中，显示封装51遵循其中已允许"固化"粘合剂63的预定周期。在上文 引用的"SE4486CV"导热粘合剂的情况下，且其中已经分配了 0.8克的量，这个时间 周期约为120个小时。通过在没有提供过高或过低湿度的情况下将封装51暴露在室温 环境中，这种固化是可能的。然而，为了更快地处理，可优选地将图4的结构加热到 从约140摄氏度到约160摄氏度的温度，且在一个使用TSE3281-G的特定实施例中， 将150摄氏度的温度作为加速固化过程的手段。在这种温度下，且通过使用其中放置 有所述结构的对流炉，可在从约30分钟到约120分钟的时间周期内完成所述固化。在 150摄氏度的特定实例中，可在约60分钟处获得完全固化。令人惊讶的是，在不伤害 到薄的挠曲电路自身的情况下，可能将所述结构加热到用于将芯片接合到挠曲电路的 悍料的熔点温度的约80%到85%。通过使用具有比所述焊料的熔点高的挠曲电路材料 (这里指聚酰亚胺)，这种加热(且因此，粘合剂的加速固化)是可能的。可用于本 发明中的聚酰亚胺可拥有高达300摄氏度的熔点。更重要的是，作为这种"固化"的 结果，粘合剂收縮(在一个实例中，从其原始体积收縮约10%到约30%)，从而牵引 挠性电路55靠近散热片直到由经战略性定位的支座65阻挡。因此，本发明能够在不使用如上所述必须直接地固定到挠曲电路的加劲板或类似金属部件的情况下获得挠性电路55的平面性。沿图5的大致固化取向，挠曲电路55与同样为平面的散热片以30密耳(约为散 热片(及挠曲电路)的总宽度)的距离均匀间隔。因此，散热片和挠曲电路二者是共 面的，由此来确保相对精巧的焊料球连接到对应的导体57和芯片59的相关联接触点 的大致相等间距。在图6中，显示本发明的另一实施例。封装51'包含类似于图5中的封装51的元 件，但支座65'中的所选者是定位在经热收縮粘合剂63'的外部(而有些支座，也就是 由图6中左边的一个支座来代表的支座)则定位在粘合剂内。可类似于图5中的支座 65来(例如)使用临时粘合剂(未显示)定位粘合剂内的支座65'，其中在分配粘合 剂前定位显示为在粘合剂内部的支座。在粘合剂分配之后同样可能使用临时粘合剂定 位沿粘合剂外部部分的支座，来将这些支座维持在适当位置。然后发生粘合剂63'的固 化，在固化期间粘合剂将收縮，且挠曲电路55将像图5中的电路55那样收紧。可利 用与图5中类似的量的粘合剂以及由类似材料制成且具有类似尺寸的元件。还更详细地提供图6实施例来图解说明挠曲电路55和下伏印刷电路板81之间的 可能耦合(电耦合)。可使用图6中隐藏显示的通孔及/或内部电路来实现这种耦合， 以使用相应连接位置处的焊料球87将导体57耦合(再次使用焊料球61将芯片耦合到 挠曲电路)到对应的导体85。这些焊料球87可由与焊料球61相同的或不同的焊料成 份制成。更重要的是，支座65'可由金属(例如，不锈钢、铜或铝球部件，以及比焊料 球61和87的熔点温度更高的焊料球)制成且电连接到挠曲电路上表面上的对应导体 89。由于由金属或其它导电材料(例如，其中具有金属(例如，银)微粒的固化环氧 树脂球部件)制成，因此所述支座可提供对散热片的电连接(例如，提供接地)以及 热连接(例如，以增强热量从封装的封闭内部部分中逃逸)。应了解，所述支座也可 以由非导电性材料制成，其中包含由用于上述支座65的玻璃材料(或者另一选择为， 陶瓷)制成，且不必提供导电路径。简要地说，本发明的支座可由有机或无机材料以 及下文中界定的其它结构制成。因此，在实践中，可利用任何材料或结构，只要其能 够作为粘合剂63或63'收缩的结果而维持其总厚度。图7和图8代表本发明的再一实施例。在图7中，散热片53'包含具有预定长度 的延长部分91，其中粘合剂63分配于其内部。粘合剂如上文所述进行收縮，向上且 背向这些延长部分牵引挠性电路，直到其呈现出如图显示的平面形状。作为可能的替 代方案(或与部分91结合)，可使用单独的延长部分91'。这些延长部分可以呈单独 金属部件的形式，例如，圆柱形或盒状，其战略性地定向于突出延长部分91 (如果使 用)相对于芯片59的内部及/或外部，或用作单独的独立部件。部分91和91'可接触 粘合剂63'或与其间隔开。在图8实施例中，可将呈半导体芯片101形式的电子组件用作本发明的支座。可 使用焊料球103将芯片101固定到挠曲电路55的上表面，所述上表面又可以耦合到挠曲电路上的上部导体105 (图8中仅显示左边的导体)。重要的是，芯片101在这种 结构中也完全起作用以提供具有多种芯片能力的封装51'〃。所显示的这些芯片和相关 联的焊料连接在不会相反地影响(破坏)芯片或其连接的情况下能够在粘合剂收縮期 间维持其形状(及厚度)。因此，本发明能够在散热片和挠曲电路之间提供精确的间距，且同时还提供一个 以上的芯片用作封装的功能部件。芯片101可定位在粘合剂内部或其外部，如图8中 所表示。因此，已参照电子封装的至少大部分来显示及界定所述电子封装，其中挠曲电路 维持在距散热片精确间隔的距离处。通过允许可热收縮粘合剂收縮且因此将先前为非 平面的挠曲电路牵引为平面配置，以新颖且独特的方式获得了这一间距。可使用各种 支座部件，且所述支座部件由各种不同的材料制成且具有各种不同的形状。所界定的 本发明相对易于生产，且因此适于大规模生产。元件使用在极大程度上也由相对不昂 贵的材料(例如，金属及玻璃)制成，但出于这个目的，利用例如上文所示半导体芯 片等额外电子组件也是可能的。虽然本文已显示和阐述了本发明当前的优选实施例，但所属技术领域的技术人员 可明显看出，可在不背离由随附权利要求所界定的本发明范围的前提下对本发明做各 种改变和修改。
权利要求
1、一种电子封装，其包括散热片；挠性电路，其上包含多个导体；半导体芯片，其定位在所述挠性电路上且电耦合到所述导体的所选者；大量经热收缩粘合剂，其定位在所述挠性电路上且将所述挠性电路接合到所述散热片，以使其上定位有所述半导体芯片的所述挠性电路大致为平面；及多个支座，其定位在所述散热片与所述挠性电路之间，以将所述挠性电路的至少部分维持在离所述散热片一间隔距离处。
2、 如权利要求1所述的电子封装，其中所述支座定位在所述大量经热收縮粘合 剂中。
3、 如权利要求2所述的电子封装，其中所述支座由无机材料构成。
4、 如权利要求3所述的电子封装，其中所述支座由玻璃构成。
5、 如权利要求2所述的电子封装，其中所述支座由金属构成。
6、 如权利要求5所述的电子封装，其中所述支座为焊料元件。
7、 如权利要求2所述的电子封装，其中所述支座为电子组件。
8、 如权利要求7所述的电子封装，其中所述支座为半导体芯片及焊料球组件。
9、 如权利要求1所述的电子封装，其中所述支座定位在间隔的位置或邻接所述 大量经热收縮粘合剂。
10、 如权利要求9所述的电子封装，其中所述支座由无机材料构成。
11、 如权利要求IO所述的电子封装，其中所述支座由玻璃构成。
12、 如权利要求l所述的电子封装，其进一步包含印刷电路板，所述电子封装的 所述挠性电路电耦合到所述印刷电路板以形成电组件。
13、 一种制作电子封装的方法，其包括 提供散热片；提供其上包含多个导体的挠性电路；将半导体芯片定位在所述挠性电路上，且将所述半导体芯片电耦合到所述导体的 所选者；将大量液态形式的可热收縮粘合剂定位在所述挠性电路与所述散热片之间与所 述挠性电路和所述散热片两者接触处；大致固化所述可热收縮粘合剂，以使得所述可热收縮粘合剂从其液态形式的体积 收縮到较小的体积，从而将所述挠性电路接合到所述散热片，以使其上定位有所述半 导体芯片的所述挠性电路大致为平面；及将多个支座大致定位在所述散热片与所述挠性电路之间，以在所述挠性电路大致 为平面时将所述挠性电路的至少部分维持在离所述散热片一间隔距离处。
14、 如权利要求13所述的方法，其中所述将所述半导体芯片定位在所述挠性电 路上及将所述半导体芯片电耦合到所述导体的所选者是使用焊料球完成的。
15、 如权利要求13所述的方法，其中所述将所述大量可热收縮粘合剂以液态形 式定位在所述挠性电路与所述散热片之间与所述挠性电路和所述散热片两者接触处是 使用配料机喷嘴完成的。
16、 如权利要求13所述的方法，其中所述大致固化所述可热收縮粘合剂以使得 所述可热收縮粘合剂从其液态形式的所述体积收縮到较小的体积从而将所述挠性电路 接合到所述散热片以便其上定位有所述半导体芯片的所述挠性电路大致为平面是通过 将所述可热收縮粘合剂在室温下暴露于空气一预定时期来完成的。
17、 如权利要求13所述的方法，其中所述大致固化所述可热收縮粘合剂以使得 所述可热收缩粘合剂从其液态形式的所述体积收縮到较小的体积从而将所述挠性电路 接合到所述散热片以便其上定位有所述半导体芯片的所述挠性电路大致为平面是通过 暴露所述可热收縮粘合剂以在既定温度下加热预定时期来完成的。
18、 如权利要求17所述的方法，其中所述既定温度在从约140摄氏度到约160 摄氏度的范围内，且所述预定时期为从约30分钟到约120分钟。
19、 如权利要求13所述的方法，其中所述当所述挠性电路大致为平面时将所述 多个支座大致定位在所述散热片与所述挠性电路之间来将所述挠性电路的至少部分维 持在离所述散热片一间隔距离包含将所述支座定位在所述可热收縮粘合剂中。
20、 如权利要求13所述的方法，其中所述在所述挠性电路大致为平面时将所述 多个支座大致定位在所述散热片与所述挠性电路之间来将所述挠性电路的至少部分维 持在离所述散热片一间隔距离包含将所述支座定位在所述可热收縮粘合剂外部或与其 邻接。
全文摘要
一种挠性电路电子封装，其包含散热片；挠性电路，其上定位有半导体芯片且所述半导体芯片电耦合到所述挠性电路；及大量经热收缩粘合剂，其将所述挠性电路固定到所述散热片以使得所述挠性电路为平面。然后所述封装适于定位在电路化衬底(例如，印刷电路板)上且电耦合到所述电路化衬底。本发明还提供一种制作所述封装的方法。
文档编号H01L21/50GK101276794SQ200810089718
公开日2008年10月1日 申请日期2008年3月26日 优先权日2007年3月26日
发明者戴维·J·阿尔科, 瓦拉普拉萨德·V·卡尔米迪 申请人:安迪克连接科技公司