专利名称：表面安装电子元件的制作方法
技术领域：
本发明涉及表面安装电子元件，即，其接触焊盘支撑导电突出物的元件，所述导电突出物意欲直接粘结到支撑物(诸如印刷电路板)的焊盘。本发明更加具体地涉及一种能够经得起撞击和/或温度变化的表面安装元件。
背景技术：
在表面安装件中，为了最小化体积，通常使用表面仅覆盖有薄绝缘层的裸芯片 (无封装)，该薄绝缘层例如由氧化硅构成。图IA是示意性地示出能够直接安装到印刷电路板3的表面的可表面安装芯片1 的横截面图。芯片1在其前表面上包括粘接到该芯片的接触焊盘(在该图中未示出)的金属球5。芯片1是在其前表面上仅覆盖有薄绝缘层7的叠层的裸芯片(在所述球经由导电通道连接至该芯片的情况下，该前表面也可以覆盖有若干绝缘层和导电层的叠层)。印刷电路板3在其前表面上包括焊盘9。安装时，芯片的球5抵靠印刷电路板的焊盘9。然后球5 粘接到焊盘9。该粘接例如可以通过焊接或者任意其它已知的粘接技术来实现。在一个示例中，芯片1包括在整个芯片表面上以正方形矩阵形式均勻分布的16个接触球。图IB是该芯片的前表面图。在表面安装件中，球的尺寸限制了可以在芯片与印刷电路之间形成的电连接的数量。例如，在具有4mm边长的正方形芯片上，通常设置具有至多8X8个球的矩阵，其中，球的直径在0. 25mm到0. 35mm之间，且相邻两球之间(中心到中心)的间距在0. 4mm到0. 5mm 之间。为了增加可能的连接的数量，已经提出在半导体芯片的周围形成厚度与芯片厚度基本相同的周边树脂延展物，该延展物能够支撑额外的接触球。该树脂延展物在其表面包括接触焊盘和导电通道，以将额外的球连接到待接触的芯片的区域。图2A至图2C是非常示意性地示出形成具有周边树脂延展物的薄的半导体芯片的步骤的横截面图。图2A示出将按照通常的方法预先制造并切成块的半导体芯片21置于支撑板23 上的步骤。应注意，在将芯片21切成块之前，预先按照通常的方法直接在硅片上对该芯片 21进行检测，例如探头检测。因此，只有有效的芯片21被置于板23上，这样使得具有周边树脂延展物的元件具有良好的制造产量。芯片21在板23上被布置成，使得芯片21的后表面仍然是不连接的。芯片21的前表面例如通过双面胶粘接到支撑板23。此外，在相邻的芯片21之间具有自由空间25。图2B示出在板23上进行树脂沉积的步骤，使得树脂27填充到芯片21之间的自由空间25(图2A)。在实践中，开始时形成的树脂层27的厚度大于芯片21的厚度。在随后的步骤中，树脂层27被减薄到具有与芯片21的厚度相同的厚度。从而，在顶视图中(未示出)，每个芯片21被与该芯片紧密相连的树脂框架27环绕，树脂27的厚度与芯片21的厚度基本一致，例如大约在250 μ m到450 μ m。
图2C示出将接触球四安置在芯片21和相应的树脂延展物27上。在未示出的中间步骤中，由芯片21和树脂延展物27形成的晶片与支撑板23分离并且可以被翻转。在安置/粘接球四之前，将能够在表面上形成连接件和焊盘的绝缘层和导电层的叠层沉积在芯片和树脂延展物上，所述连接件将所述焊盘连接至芯片上的接触件。
在最终的步骤中，将延展后的元件切成块。图3是以更加详细的形式示出根据所描述的与图2A至图2C有关的方法所形成的元件31的横截面图。作为示例，基础半导体芯片21是边长为4mm的正方形芯片，在芯片 21周围，周边树脂延展物形成具有正方边的框架，所述正方边具有2mm的宽度。这样，芯片 21和树脂延展物27共同形成边长为8mm的正方形，在该正方形上可以设置16X 16个球的矩阵，其中，球的直径在0. 25mm到0. 35mm之间，且相邻两球之间(中心到中心)的间距在 0. 4mm 到 0. 5mm 之间。在表面安装件中经常遇到的问题是接触球的脆性。如果发生撞击，球可能破裂，从而导致安装故障。为克服这一缺陷，已经提出将球部分地埋藏在保护树脂层中，该保护树脂层形成在芯片的前表面并且具有的厚度介于球高度的40%到70%之间。应注意，在被焊接到连接焊盘时，球四被轻微地压扁。因此，(水平的)直径大约在0.25mm到0.35mm之间的球具有的最终高度通常在大约0. 2mm到0. 25mm之间。图4是示出包括图3所示的元件31的部件以及进一步包括用于保护球四的树脂层43的元件41的横截面图。层43例如通过在芯片前表面上注入和/或压缩树脂而形成， 并且延伸到大约球高度的60%。在形成层43时，通常使用能够避免在球的顶盖上沉积任何树脂的模具，以使得之后能够在这些盖上形成电接触件。应注意，通常使用的保护树脂在元件的正常操作温度下是坚固且坚硬的。为了形成层43，树脂被加热成，使得变成临时可塑的。树脂层43能够改善接触球的抗撞击性。然而，球仍然可能破裂。特别地，在温度变化期间施加到表面安装件上的机械应力使得球四变脆。实际上，这样的安装件包括具有不同热膨胀系数的不同材料(芯片延展物的树脂27，层43的树脂，芯片21的硅，球四的金属，印刷电路板支撑材料等)。因此，在温度变化时，球会受到显著的机械应力。此外，由于芯片21的衬底和保护树脂层43之间的热膨胀系数不同，表面安装元件有可能发生翘曲。实际上，当出现温度变化时，芯片21的衬底和树脂层43会膨胀或收缩不同量。树脂43和芯片21的衬底为几乎没有弹性和压缩性的坚硬材料，因此会导致叠置处变翘曲。为了最小化这种翘曲，已经提出在芯片的后表面上形成与形成在前表面上的保护层43基本相同的树脂层。这样，在温度变化时，由层43施加到芯片上的应力被由后表面树脂层施加的基本相反的应力补偿。然而，这样的方案需要形成额外的树脂层，使得元件的制
造复杂化。
发明内容
因此，本发明的一个实施方式的特征是提供一种表面安装电子元件，该表面安装电子元件至少部分地克服现有方案的缺陷中的一些缺陷。本发明的一个实施方式的另一个特征是提供这样一种元件，该元件具有比现有方案更好的抗撞击性和/或抗温度变化性。本发明的一个实施方式的又一个特征是提供这样一种元件，该元件易于制造。因此，本发明的一个实施方式提供一种表面安装电子元件，包括粘接到该表面安装电子元件的前表面的球，以及在该前表面上的硬的保护树脂层，该保护树脂层具有的厚度小于所述球的高度，其中，沟槽延伸在芯片的所述球之间的所述树脂层中。根据本发明的一个实施方式的一方面，所述沟槽延伸穿过所述树脂层的整个区域。根据本发明的一个实施方式的另一方面，并置的球组被所述沟槽环绕。根据本发明的一个实施方式的另一方面，每个球组包括单个球。根据本发明的一个实施方式的另一方面，所述树脂层具有的厚度介于所述球的高度的40%到70%之间。根据本发明的一个实施方式的又一方面，所述球具有的直径介于0. 25mm到 0. 35mm之间，且被介于0. 4mm到0. 5mm之间的间距间隔开，所述沟槽具有的宽度介于20 μ m 至Ij 70 μ m之间。根据本发明的一个实施方式的另一方面，所述元件还包括在所述树脂层与所述前表面之间的切割阻挡层。根据本发明的一个实施方式的另一方面，所述元件还包括基础半导体芯片和周边树脂延展物。本发明的另一个实施方式提供一种用于制造表面安装电子元件的方法，包括将球粘接到所述元件的前表面；在所述元件的前表面形成硬的保护树脂层，该保护树脂层具有的厚度小于所述球的高度；以及在芯片的所述球之间、在所述树脂层中形成沟槽。根据本发明的一个实施方式，采用锯或者采用锯和激光形成所述沟槽。在下面结合附图的具体实施方式
的非限制性描述中，将更加详细地论述本发明的前述概要、方面和特征。
前面描述的图IA是横截面图，该图示意性地示出表面可安装的芯片和能够容纳该芯片的印刷电路；前面描述的图IB是图IA所示的芯片的前表面的图；前面描述的图2A到图2C是横截面图，所述图非常示意性地示出形成具有周边树脂延展物的表面安装芯片的步骤；前面描述的图3是横截面图，该图更加详细地示出根据所描述的与图2A到图2C 相关的方法所形成的延展后的芯片；前面描述的图4是横截面图，该图示出所描述的与图3有关的类型的芯片、并进一步包括用于保护芯片接触球的树脂层；图5A是横截面图，该图示意性地示出具有改善的抗撞击性和/或抗温度变化性的表面可安装芯片的一个实施方式；图5B是横截面图，该图更加详细地示出图5A所示的芯片的一部分；以及图5C是图5B所示的芯片部分的前表面的图。
具体实施例方式为清楚起见，在不同的附图中用相同的标号指代相同的部件，此外，照例在表征电子元件时，不同的附图不按比例绘制。图5A是示意性地示出具有改善的抗撞击性和/或抗温度变化性的表面可安装芯片51的一个示例实施方式的横截面图。图5B是图5A所示的横截面图的一部分的放大图。 图5C是图5B所示的芯片51的部分的前表面的图。下文中对这三幅图一起进行参考。与图4所示的芯片41类似，芯片51是具有周边树脂延展物的、根据所描述的与图 2A到图2C相关的类型的方法所形成的芯片。芯片51由基础半导体芯片21形成，基础半导体芯片例如具有大约250 μ m到450 μ m的厚度，并包括厚度基本相同的周边树脂延展物27。 接触球四被粘结到形成在芯片21和树脂延展物27上的接触焊盘。金属化连接件(未示出)将这些焊盘连接到待接触的芯片的区域。球四部分地埋藏在保护树脂层43中，该保护树脂层形成在芯片的前表面，并且延伸到基本均勻的、小于球的高度的厚度。树脂43是硬的树脂，为在半导体器件领域通常被用作保护层或者封装层的类型的树脂。根据一个优选的实施方式，层43的厚度介于球的高度的40%到70%之间。例如，球的高度大约在0. 2mm到0. 25mm，而树脂层43的厚度大约在 0. Imm 至Ij 0. 2mm。沟槽53在球四之间的树脂层43上形成界定树脂岛55的矩阵的栅格，每个岛55 包含一个球四。在实践中，每个岛占据基本为立方体的体积，并且包含球四，球在岛的上侧形成突出物。根据图5A到图5C所示的一个优选的实施方式，沟槽53在深度上一直延伸到形成在芯片的前表面的绝缘层7。然而，本发明并不限制于这种特定的情况，沟槽也可能稍微在绝缘层7之前停止延伸。沟槽53通过任意合适的方法形成。优选使用通常的半导体芯片切割工具，例如锯或激光。也可以选择用锯形成预刻痕，再通过激光最终形成沟槽。可替选地，可以在树脂层 43与绝缘层7之间设置激光阻挡层。作为示例，根据上述示出的球的尺寸，沟槽的宽度介于 20 μ m 至Ij 70 μ m 之间。该提供的结构的优点是沟槽的设置能够使得施加到该结构上的机械应力降低，特别是使得表面安装中与不同材料之间的热膨胀系数的不同相关联的应力降低。实际上，沟槽的设置使得能够给球留出运动自由度。特别地，沟槽的设置使得能够避免由于层43的树脂与芯片衬底(例如硅)之间的热膨胀系数的不同而引起的表面安装元件的翘曲现象。因此，不再有必要在芯片的后表面侧上设置额外的树脂层以补偿这种翘曲现象。该提供的结构的另一优点是沟槽53容易形成，特别是通过使用常用的切割工具。已经描述了本发明的具体实施方式
。本领域技术人员能够想到各种改动、变型和改进。特别地，本发明并不限制于所描述的与图5A到图5C相关的特定情形，在该特定情形中，表面安装元件是包括周边树脂延展物的延展后的芯片。本领域技术人员尤其有能力在这样的情形下实施所期望的操作，在该情形下，表面安装元件是不包括树脂延展物的传统的半导体芯片。
此外，在本发明中所提及的尺寸仅是作为示例给出。本发明并不限制于这些具体的示例。此外，上文已经提及芯片的每个球均被沟槽53环绕的一个实施方式。本发明并不限制于这一特定实施方式。可以提供环绕着并置的球组形成沟槽，例如，多个球被布置成正方形或矩形。
权利要求
1.一种适用于安装在印刷电路板的表面、并具有前表面的电子元件(51)，所述电子元件包括粘接到所述前表面的球( )，以及在所述前表面上的硬的保护树脂层(43)，该保护树脂层的厚度小于所述球的高度，其中，沟槽(5 在所述球之间在所述树脂层中延伸。
2.根据权利要求1所述的元件，其中，所述沟槽在所述树脂层的整个区域延伸。
3.根据权利要求1所述的元件，其中，并置的球的组被沟槽(5 环绕。
4.根据权利要求3所述的元件，其中，每个所述并置的球的组包括单个球。
5.根据权利要求1所述的元件，其中，所述保护树脂层G3)的厚度介于所述球的高度的40%到70%之间。
6.根据权利要求1所述的元件，其中，所述球的直径介于0.25mm到0. 35mm之间，且所述球被介于0. 4mm到0. 5mm之间的间距间隔开，所述沟槽的宽度介于20 μ m到70 μ m之间。
7.根据权利要求1所述的元件，还包括在所述树脂层和所述前表面之间的切割阻挡层。
8.根据权利要求1所述的元件，还包括基础半导体芯片和周边树脂延展物07)。
9.一种用于制造表面安装电子元件(51)的方法，包括 将球0 粘接到所述元件的前表面；在所述元件的前表面形成硬的保护树脂层(43)，该保护树脂层的厚度小于所述球的高度；在所述球之间、在所述树脂层中形成沟槽(53)。
10.根据权利要求9所述的方法，其中，采用锯或者采用锯和激光形成所述沟槽(53)。
全文摘要
表面安装电子元件，包括粘接到该表面安装电子元件的前表面的球，以及在所述前表面上的保护树脂层，该保护树脂层具有的厚度小于所述球的高度，其中，沟槽延伸进芯片的所述球之间的所述树脂层。
文档编号H01L23/31GK102194772SQ201110063470
公开日2011年9月21日 申请日期2011年3月16日 优先权日2010年3月16日
发明者罗曼·科菲 申请人:意法半导体(格勒诺布尔)公司