专利名称：表面安装型硅芯片的制作方法
技术领域：
本发明涉及集成电路领域，更具体地涉及半导体芯片防振保护领域。本发明更具体地涉及表面安装型半导体芯片，也就是这样的半导体芯片它们的 支撑导电突起的连接垫片想要直接相对于诸如印刷电路板之类的支撑体的金属区设置，这 种类型的安装一般称作倒装法(flip-chip)安装。相关技术讨论在倒装法安装中，为了减少体积，使用了这样的裸芯片它们的表面仅涂覆诸如氧 化硅层之类的薄绝缘层。也使用了那时体积巨大的封装芯片。图IA示出了安装在印刷电路3上的表面安装型芯片1，该安装一方面，通过球5附 着到芯片的接触垫片上，另一方面通过球5附着到印刷电路板的走线上而实现。该芯片是 在其前表面侧(支撑连接球的那侧)上仅包括薄层绝缘体7的裸芯片。图IB是芯片1的前表面在某个实施例中的视图，在该实施例中，连接球5均勻分 布在整个芯片表面的矩阵中。本发明典型地涉及基本为正方形或者矩形的大小范围在0.4mm和3cm之间的芯片。这种类型的安装已经进行了广泛研究，但是实践表明其在成为缺陷品上具有很高 的风险。特别是，值得注意的是，当包含印刷电路的设备经历振动时(例如，当芯片安装在 蜂窝式便携无线电话印刷电路并且用户将他的电话落到坚硬表面上时)，球在它们安装到 印刷电路上时或者在安装到印刷电路上之后破裂。这种球的破裂导致电路的不连接以及立 即损坏，或者在使用一段时间后逐步损坏。
发明内容
本发明实施方式的目的在于保护表面安装型芯片承受振动后果，并且更具体地防 止连接球将芯片垫片连接到印刷电路布线上的缺陷。申请人:进行了许多实验并且发现一个方案，其包括将芯片的前后表面涂覆有选择 性合成物的加载(loaded)热硬性环氧树脂，这些层的厚度在精确范围内进行选择。更具体的是，本发明的实施方式提供了一种通过球附着到其前表面而安装的硅芯 片表面，其中，该芯片的前后表面覆盖有具有下述特性的热硬性环氧树脂-该树脂包含了由碳纤维颗粒形成的负载重量的45到60%的比例范围，其中碳纤 维颗粒的最大尺寸为20 μ m,其最大部分的直径范围在2和8 μ m之间。-在前表面侧，所加载的树脂从球高度的45%覆盖到60%。-在后表面侧，所加载的树脂厚度范围在80到150μπι之间。根据本发明的一个实施方式，该树脂在形成之后的杨氏模量范围在1到7Gpa之间。根据本发明的一个实施方式，球的直径范围在200到300μπι之间。根据本发明的一个实施方式，球包括锡-银-铜型焊接合金，银和铜的重量比例小 于10 %，例如1 %的银和0. 5 %的铜。根据本发明的一个实施方式，树脂用压模法得到。本发明的上述目的，特征和优点将在下面结合附图的特定实施方式的非限定说明 中详细讨论。
图IA是安装到印刷电路板上的表面安装型芯片的侧视图；图IB是表面安装型芯片前表面的一个实施例的顶视图；图2示出了根据本发明一个实施方式的表面安装型芯片；以及图3Α到3C示出根据本发明一个实施方式的用于在表面安装型芯片上形成树脂层 的方法的连续步骤。
具体实施例方式在微电子元件的表述中照常，各个附图并不是按比例的，并且仅旨在帮助理解本 发明。图2示出了表面安装型芯片1的实施例。裸芯片的厚度范围在100到500μπι之 间。裸芯片是一片硅晶片，其包括不同平面(level)以及掺杂类型以形成选择性部件的区 域。这种裸芯片还包括不同的金属化平面，以确保了各部件之间以及和输出垫片的连接。裸 芯片通常涂覆绝缘薄层，例如，氧化硅，其厚度小于10 μ m，目前为1到3μπι。目前球5附着 到该裸芯片上，其中球5的直径为200到300 μ m，其目前由锡-银-铜型的焊接合金制成， 目前用SAC表示Sn，Ag，Cu。球主要由锡形成，银和铜的重量比小于10%，例如的银和 0.5%的铜。将球焊接到芯片连接垫片上。因此，如果球的初始直径为300 μ m，它们然后将 从芯片表面突起的高度大约在200 μ m到250 μ m的范围内。垫片可以如图IB的正视图所示那样均勻分布，或者可以以其他方式设置，例如， 沿着两条并列线路，或者通过形成围绕芯片的框架再次设置，而不采用中心球。热硬性树脂层11沉积在芯片的前表面侧，以使得每个球5的突起凸露。热硬性树 脂层13沉积到芯片1的后表面侧上。两个热硬性树脂层是加载碳纤维块的环氧树脂层。碳纤维块的长度小于20 μ m，大 多数直径范围在2禾口 8 μ m之间。形成在芯片前表面上的被加载的环氧树脂层11的厚度(e2)能从附着到芯片的球 的高度的45%到60%，优选的是从50到55%。因此，对于300 μ m的球，其在附着后相对于 芯片的高度为250 μ m等级，树脂层的厚度在125 μ m等级。设置在芯片后表面上的被加载 的环氧树脂层13优选地由同样的树脂形成，以与沉积到芯片前表面上的树脂层11相同的 方式加载。如下文所见，在晶片切割之前，树脂层11和13在它们仍然组装到单晶片的同时 沉积到芯片上。树脂层13主要用于平衡例如在树脂退火操作之后可能施加到晶片上的张 应力，其中张应力旨在使晶片扭曲，因此不利地影响了随后的切割操作。因此，后表面层13的厚度(e3)与前表面11的数量级相同。层13的厚度大于50 μ m，小于200 μ m，优选的范 围在80和150 μ m之间。此外，所加载的热硬性环氧树脂的本性进行选择，这样，一旦如上所示那样加载， 并且在硬化之后，其杨氏模量范围在1和7GPa之间。假设给出树脂的特性，明显的是采用常规的注入式铸模技术难于形成树脂层。申 请人进行了测试并且成功地尝试出执行压模工艺。图3A到3C示出了被推荐的压模法的连续步骤。在图3A中，所加载的一定量的环氧树脂20沉积在包括部件并且具有连接球5的 硅晶片1的前表面上。尽管仅示出了少量的球5，图3A象征出硅晶片包括大量的芯片，每个 芯片支撑大量的球。因此，为了进行实际度量，应该示出更大的晶片尺寸。在图3B中，晶片1放置在模子的涂有减振膜22的下部21上。该模子涂有减振膜 24的上部23也单独示出。膜24的厚度和柔韧性进行选择，以便在上部压缩到下部上的过 程中，这个膜接下来进行由球5的上表面形成的图案。膜24然后密封了球的上部。图3C示出了在闭合和压缩状态的模子。可能组装在弹簧26上的邻接装置25设 置成优化和限制压缩。在图3C所示的步骤中，可以看见膜24围绕并保护球的未用树脂覆 盖的上部。在该压模过程中，对施加在图3A所示的步骤上的树脂量20(reSin dose)进行精 确调节，这样在图3C的步骤上，树脂被令人满意地展开。该压缩工艺的优点在于没有负载(碳纤维块)隔离，其能规则地分布在展开的树 脂中。通过压缩工艺同样可实现树脂施加到晶片的后表面上。申请人:已经进行了球与上文所述形成的芯片以及与其中保护层厚度小于球厚度 一半、或者保护层厚度在球厚度一半的等级上但是具有未加载的树脂的芯片的碰撞测试。那么，已经知道，在大量的现有设备在振动次数小于10之后能展现出球的缺陷的 同时，诸如本文中所披露的设备仅在振动次数大于30之后才展现出球的缺陷。
权利要求
一种通过球(5)附着到前表面而表面安装的硅芯片，其中芯片的前后表面涂覆有具有如下特性的热硬性环氧树脂 该树脂包含了重量在45到60％的比例范围的由碳纤维颗粒形成的负载，其中碳纤维颗粒的最大尺寸为20μm，最大部分的直径范围在2和8μm之间。 在前表面侧，所加载的树脂(11)覆盖了球高度的45％到60％。 在后表面侧，所加载的树脂(13)厚度范围在80到150μm之间。
2.权利要求1的硅芯片，其中在硬化之后，树脂的杨氏模量范围在1和7GPa。
3.权利要求1的硅芯片，其中球(5)的直径范围在200到300μ m之间。
4.权利要求1的硅芯片，其中球(5)包括锡-银-铜型的焊接合金，银和铜的重量比小 于10 %，例如，1 %的银和0. 5 %的铜。
5.权利要求1的硅芯片，其中树脂用压模法获得。
全文摘要
一种通过球附着到其前表面而表面安装的硅芯片，其中该芯片的前后表面覆盖有具有如下特性的热硬性环氧树脂该树脂包含重量在45到60％的比例范围的由碳纤维颗粒形成的负载，其中碳纤维颗粒的最大尺寸为20μm，其最大部分的直径范围在2和8μm之间，在前表面侧，所加载的树脂覆盖了球高度的45％到60％，在后表面侧，所加载的树脂厚度范围在80到150μm之间。
文档编号H01L21/56GK101950736SQ201010225359
公开日2011年1月19日 申请日期2010年7月12日 优先权日2009年7月10日
发明者克里斯托夫·赛里, 劳伦特·巴罗, 帕特里克·乌格龙, 文森特·贾里 申请人:意法半导体(图尔)公司