专利名称：将芯片焊接至电子电路的制作方法
技术领域：
本专利涉及与将芯片焊接至外部电路的方法，并与包含至少一个芯片和外部电路的电子设备相关。
背景技术：
原则上，有两种通常的方式将芯片连接至载体(如印制电路板)，即金属丝或金属带(ribbon)焊接以及倒装焊接。在金属丝或金属带焊接中，小型金属丝或金属带形式的互联介质在边缘通过热电压缩，分别焊接至芯片以及电路板上的电路的导线上。在倒装焊接中，引入了小型焊锡“凸块”(bump)作为芯片与电路的导线之间的连接介质。这样，根据现有技术，在载体(carrier)上将芯片和电路互联的一般方法包括添加金属丝、金属带或焊锡凸块等互联材料。在金属丝或金属带焊接中，金属丝或金属带的焊丝盘被附加至金属丝或金属带焊接器。由于焊接技术，互联的金属丝或金属带会成波浪形状，具有多个向上或向下的曲线 (如图1中所示)。图1显示了载体2 (如印制电路板)和安装在接地板6上的芯片4。在图形中上侧，载体2和芯片4分别附带了导线8和10，它们分别互连至展示向上或向下曲线的金属丝或金属带(如上所述)。由于金属丝或金属带12不会扩展到导线的边缘，传播的微波将会围绕导线的边缘传递以到达金属丝或金属带12。这种用于互连处的微波信号的延长方法通常会导致信号缺少适应性，并会增加损失。金属丝或金属带12的形状通常大体上与载体2上的导线8和芯片导线10相同， 虽然应首选使用调整过的形状。本发明的目的为解决现有技术中存在的上述问题。
发明内容
根据在说明部分中所定义的分别具有权利要求1和权利要求7中描述的特征功能的方法和电子设备，可以获取本发明的意图。因此，通过形成用于将芯片连接至物理延长线并直接将芯片焊接至这些延长线的外部电子电路的导线，可以获取一种信号通路，它可尽可能沿直线通过电路和芯片之间的互连接。本发明的目的还可以通过包含芯片和外部电路的电子设备来模拟获取，其中，芯片直接焊接到外部电路的导线的物理延长线上。所以，焊接元素是外部电路的导线的完整部分。因此，使用本发明，可以意识到，外部电路的导线直接焊接至芯片。因为连接具有更简单的电子结构，所以使用这种方法可以在外部电路和芯片之间获取更好的电子连接。这种改进对于GHz频率范围内的信号尤其重要。使用这种方法，对于120GHz以内的频率，可以获取良好的信号性能，即减少损失。根据本发明的方法的优选实施例，其中，外部电路蚀刻到载体上，载体的预先确定区域中的载体材料被剔除以形成一个空腔(cavity)，使得导线延长线延伸至空腔内，并且， 在空腔内定位好之后，芯片直接焊接至这些导线延长线上。为了腾出空腔的间隙以将芯片定位到空腔中，要将导线延长线向与载体表面相反的方向弯曲，所以，在将芯片定位在空腔中之后，再将导线延长线朝着芯片表面弯曲并焊接到弯曲芯片上。根据本发明的方法的其他优选实施例，间隙(opening)是在与具有外部电路(位于对应于导线延长线的位置处)的表面相反的载体表面的接地板中形成的，由延长线覆盖的载体材料通过这些间隙被切割以除去。接地板中的间隙最好通过蚀刻(etching)或钻孔 (drilling)来形成。根据本发明的方法的另一个优选实施例，接地板中的间隙要小于由导线延长线所覆盖的载体区域，并且没有聚焦的激光束用于由导线延长线所覆盖的剩余载体材料的激光切割(laser cutting)。通过使用没有聚焦的激光束，可以到达由用于材料切割的激光束所到达的相关间隙。根据本发明的电子设备的优选实施例，其中，外部电路被蚀刻到具有安装了芯片的空腔的载体上，空腔的尺寸超过芯片的尺寸，以便在空腔壁(cavity wall)和芯片边缘之间获取预先确定尺寸的空隙。互连接导线延长线所在的这些侧面处的空隙很小，而其他空腔壁和芯片边缘处的空隙较大。根据本发明的设备的另一个优选实施例，导线延长线被镀上了 AgAu。AgAu形成了韧性镀层，使得能够在弯曲时不会损坏导线。最普通的镀层MAu并不适用于此应用中，因为它脆性非常大，会在焊接操作中当弯曲导线延长线时，折断导线。根据本发明的设备的另一个优选实施例，导线延长线用于电子信号适配，导线延长线的宽度最好小于导线的宽度。导线延长线的后一个设计还便于弯曲与空腔中的芯片固定相连的导线延长线。根据本发明的设备的另一个优选实施例，外部电路的导线在与其延长线的过渡处带有弯曲指示，可使得延长线的弯曲更加容易。
为了进一步说明本发明的示例实施例，下面将参考附图中的图形2-8进行详尽的说明。图1以示意图的方式说明了根据现有技术使用金属丝或金属带将芯片焊接至电路板。图2显示了具有延伸至电路板边缘、用于焊接至芯片具有导线延长线的电路板或载体。图3以示意图的方式显示了接地板上的载体和芯片，其通过载体表面上的导线互联，具有与芯片表面接触的物理延长线。图4显示了将导线延长线焊接至芯片的更详细的信息。图5显示了来自电路承载侧的载体。图6显示了接地板，图7显示了在芯片的空腔的相对的两侧具有物理导线延长线的载体，在图形中， 其从载体表面向上弯曲，以腾出空腔的间隙用于插入芯片。图8以较大比例显示了导线延长线的弯曲。
具体实施例方式图2显示了载体(例如印制电路板)，与母版类似，放置在接地板22中，在图形的上表面提供，其导电模式形成了具有导线M的电子电路，导线M具有物理延长线沈，延伸至空腔观(在载体20中形成用于容纳芯片)的壁上。延长线沈以此在芯片空腔中形成了某种形式的“凸缘”。延长线26的长度或者“凸缘”的“外伸部”通常为200-300微米。图3的示意图中显示了接地板34上的载体30和芯片32。接地板34通过导线36 互联到载体表面上，通过物理导线延长线37与芯片32的表面接触，S卩，从物理上讲，相同的微波传输带导线直接焊接到芯片上。在图中还标记了芯片32处的焊点38，用于焊盘上的热压缩焊接。图3中圈起来的区域39以较大的比例更详细地在图4中进行了显示。用于将导线延长线焊接至芯片32上的导线44上的热压缩焊点在图4中的40处表示。微波信号的通路为从芯片导线44经过导线延长线37至位于芯片外部的电路的载体导线36(如图42中的虚线所示)。由于微波将会按照离接地板尽可能近的通路行进，它将会在同一个导线的下侧传播直至达到芯片32处的焊板上，信号通路在通过载体30和芯片 32之间的互连接时将会尽可能走直线而不绕弯(如图中所示)。使用这个解决方案，还可以在无需切断焊接元素时具有满意的焊接。图5显示了承载位于芯片外部的电路的侧面的载体50。假定的芯片空腔区域由虚线52进行标记。在载体表面上有两个位置相对的导线M，其末端56插入到假定的芯片空腔的区域。导线延长线56的宽度小于导线M自身的宽度。显示的导线延长线主要设计用于频率在80GHz以内的微波信号，特别是频率范围在72-SOGHz的微波信号。对于微波信号应用而言，通常有两个信号导线连接至芯片，一个是“内连接器”，一个为“外连接器”。此外，可以有用于若干其他用途的连接至芯片的其他导线(如电源线等)。导线延长线可以有不同的形状。直接焊接至芯片的导线延长线可以轻松合适地适配到不同种类的配合中。除了文本中描述和显示的延长线形状外，延长线还可以是环形的。在图5中显示的示例中，导线延长线的长度标记为200 μ m。芯片边缘和空腔之间的间隙通常为50 μ m，芯片边缘至焊板边缘的距离通常为50 μ m，焊板边缘至焊板之间的距离通常达到50 μ m。这样将保留50 μ m的余量。通常会规定芯片空腔的尺寸，以便芯片边缘尽可能紧地贴近到导线延长线焊接至芯片所在的两侧的空腔的壁上，而其他芯片边缘和空腔壁之间的空隙将较大。为了形成芯片空腔，芯片空腔区域内的载体材料将被激光切割和烧掉(参照图 5)。在接地板60中，在载体50的“背面”，与具有外部电路的载体侧相反的方向一侧，间隙 62在与那些导线延长线56对应的位置形成(参考图6)。通过这些间隙62，由导线延长线 56覆盖的载体材料将到达并通过激光束进行删除。间隙62被蚀刻和钻孔，在制造时可以在一定程度上小于导线延长线所覆盖的区域。通过为激光切割使用没有聚焦的激光束，可以到达比间隙62大的表面。必须能够接触到典型区域ΙΟΟΧΙΟΟμπι或200Χ200μπι内的材料以用于激光切割。载体上导电性薄片的厚度可达5-40 μ m，首选值为18 μ m。导电性薄片由铜构成， 导线延长线使用可焊的金属(如AgAu)进行电镀。AgAu电镀是一种韧性电镀，允许导线延长线发生弯曲(参照图7)。最常用的NiAu电镀非常易脆，会折断细铜导线。在将芯片安装到载体中的芯片空腔中之前，延长线70的“凸缘” 72将会背向载体表面向上弯曲(如图7中所示)，以释放空腔的间隙，以便可以将芯片安装到空腔中。这种弯曲可以手动进行，也可以通过机器进行。图8中以较大的比例显示了弯曲导线延长线72。如图8中所示，必须要使完全在空腔边缘后面进行。要连接芯片，需要使用加银环氧树脂胶水。胶水的量必须非常稀薄，以确保几乎没有胶水从间隙接地板60的62中被挤压出来(如图6中所示)。胶水必须非常精确地放置在空腔中。通过使用空腔外部的十字准线以及自动Delvotec固晶机，可以获得最高士5 μ m 的精度，该精度实际上会比需要的更好。为了将芯片弯向电路板上所需的导线，可以使用标准金属带焊接机(而不是金属带)。在焊接操作过程中，焊接工具还要按下导线和导线延长线，像通常的焊接进程一样。在本发明的备选实施例中，首次将芯片放在表面上。然后，外部电路的带有蚀刻导线的层压材料，将安装到芯片中，芯片再焊接到用于连接至芯片的电路的导线的物理延长线上。然后，接地板将应用和焊接到层压材料和芯片中。在这样的实施例中，它无需在接地板中具有间隙以便去除载体材料，也不需要弯曲导线延长线，以将芯片定位到载体中的空腔中。在上述实施例中，根据本发明的焊接技术，主要针对频率独立信号的连接来进行说明。但显然的是，根据本发明的所述焊接技术也用于另一种芯片连接中(如电源的连接和传输控制信号的连接)。应该理解，本发明并不仅限于上述内容，并且对其实施例进行了举例证明，并且可以在本发明的范围内对实施例进行修改(如随附的权利声明中所示)。
权利要求
1.一种用于将芯片焊接至外部电路的方法，其特征在于用于连接芯片的外部电路的导线是使用物理延长线形成的，其中，芯片直接焊接至这些延长线中。
2.如权利要求1所述的方法，其中，外部电路蚀刻到载体上，其特征在于载体的材料从载体的预先确定区域中剔除，以形成一个空腔，使得导线延长线延伸至空腔内，并且，在空腔内定位好之后，芯片直接焊接至这些导线延长线上。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于为了释放空腔的间隙以将芯片安装到空腔中，导线延长线从载体表面被弯离，从而在将芯片定位在空腔中之后，再将导线延长线弯朝着芯片表面弯曲并焊接到芯片上。
4.如权利要求2或3所示的方法，其特征在于在位于载体表面的接地板中，表面的对立方向具有电路，间隙在相对于那些导线延长线的位置形成，由延长线所覆盖的载体材料从这些激光开口处被切割以除去。
5.如权利要求4所述的方法，其特征在于接地板中的开口通过蚀刻或钻孔而形成。
6.如权利要求4或5所述的方法，其特征在于接地板中的开口在制造时要小于由导线延长线所覆盖的载体的区域，并且没有聚焦的激光束用于由导线延长线所覆盖的剩余载体材料的激光切割。
7.外部设备包含至少一个芯片和一个外部电路，其特征在于芯片直接焊接至外部电路的导线的物理延长线上。
8.根据权利要求7所述的设备，其中，外部电路被蚀刻到具有安装了空腔的芯片的载体上，其特征在于空腔的尺寸超过芯片的尺寸，以便能够在空腔壁和芯片边缘之间获取预先确定尺寸的空隙。
9.如权利要求7或8所述的设备，其特征在于导线延长线使用AgAu进行电镀。
10.如权利要求7至9所述的方法，其特征在于导线延长线设计用于信号的适配。
11.如权利要求10所述的设备，其特征在于导线延长线的宽度小于导线的宽度。
12.如权利要求7至11所述的方法，其特征在于电路中的导线会在其延长线的过渡处提供弯曲指示。
全文摘要
本发明与将芯片(32)焊接至外部电路的方法相关。外部电路的导线(36)用于连接至芯片，并和导线延长线(37)一起成型，该芯片直接焊接至这些延长线上。本发明还与包含至少一个芯片(32)和外部电路的电子设备相关。该芯片直接焊接至外部电路的导线(36)的物理延长线(37)上。
文档编号H01L21/60GK102449750SQ201080017350
公开日2012年5月9日 申请日期2010年9月25日 优先权日2010年9月25日
发明者雷夫·贝里斯泰特 申请人:华为技术有限公司