专利名称：倒装片封装、其电路板以及其封装方法
技术领域：
本发明涉及一种倒装片封装、其电路板以及其封装方法，特别针对一种具有适用于倒装片封装、其电路板以及其封装方法的电极结构的倒装片封装。
背景技术：
近来，电路在密度方面的集成度越来越高，并且对于封装装置，较小面积和连接电阻的需求也不断增强。一种高密度封装的方法是倒装片封装法。有几种封装方法可以用于倒装片封装，并且处于容易维修和无铅化的考虑，无铅化在这些年引起人们的注意，SBB方法(柱凸起接合)就是一种符合人们需要的技术。SBB方法是一种用于通过引线接合法在半导体元件上形成突出电极，这些电极由例如Au的材料制成，并用于通过导电树脂连接突出电极和电路板上的电极的技术。
参照图3，通过例如丝网印刷的方法首先在电路板11上印制胶状电极材料，并且电路板11以使电极材料烧结的温度进行烘烤。这样，就在电路板11上形成了电路电极12。另一方面，通过例如引线接合的方法在半导体元件13上形成突出电极14，并且通过转移等方法在突出电极14上形成导电树脂15。然后，电路板11和半导体元件13进行高精度定位，并给其施加合适的加载。因此，半导体元件13就封装在了电路板11上。
然而，上述传统的封装方法存在下述缺陷。首先，因为近年来，半导体元件13不断减小电极间距(electrode pitch)，因而在电路板11上的电极间距需要相应更小。然而，根据传统的丝网印刷方法，间距限制为等于300μm，并且用低于该限制的间距进行印刷是很困难的，就会引起频繁的短路和断线。因此，成品率就较低。
其次，当半导体元件13在电极间距较小时，就很难对转移到半导体元件13的突出电极14上的导电树脂15的数量进行控制。特别是很可能发生短路。为了防止短路，导电树脂15的数量设定为少于传统技术的用量。然而，因为电极材料的横向延伸，当电极间距为100μm时，电路电极12就在横截面中都成为半圆形。当在电路电极12上进行倒装片封装的情况下，导电树脂15如图3所示挤到电路电极12之外。因而，从邻近电路电极12挤出的导电树脂15就可能短路。
发明内容
本发明的目的是即使当半导体元件具有较小的电极间距时，也与电路板具有稳定的连接。
为了解决上述问题，当形成在半导体元件上的突出电极通过导电树脂与电路板上的电路电极相连时，本发明包括下述步骤(a)通过使用含有光化聚合材料的胶状电极材料形成具有规定干膜厚度的电极材料模；(b)使电极材料膜曝光并显影；(c)烘烤所显影的电极材料膜；和(d)将半导体元件倒装片封装在上述步骤中所形成的电路电极上。
在上述步骤中，具有反卷边缘的凹形电路电极在电路板上形成。因为电路电极的凹面用作为托垫，因此，就可能在没有挤出任何导电树脂的情况下，对半导体元件进行倒装片封装。因而，就可能消除短路的发生，实现对半导体元件的可靠封装。
陶瓷可应用作为电路板。电路板不仅能配置具有包括有用于安置上述半导体元件的电路电极的电路，也可以配置具有用于安置除半导体元件外的部件的电路和用于与另一板相连的电路。
所使用的这种电极材料至少含有金属材料例如Au、Ag或Cu和玻璃作为无机成分，以及单基物和聚合物，它也作为聚合材料，以及作为有机成分的光引发剂。可以在所形成的电路电极表面上施加Ni或Au电镀。
所使用的半导体元件形成有由金属材料例如Au、Al、Cu以及焊料制成的突出电极。任何包括引线接合和电镀的方法可以用于形成突出电极。
只要树脂含有导电成分例如Au、Ag和Cu就可将导电树脂应用于连接半导体元件上的突出电极和电路板上的电路电极。无论树脂类型是热固性还是热塑性，它们都可以使用。
在上述步骤(a)，通过在电路板上印刷胶状电极材料形成了膜。电极材料仅需要在用于封装半导体元件的封装区域进行印刷。其他区域可以根据上述传统方法提前形成电路图案。另外，依据不打算形成电路图案的印刷，印刷可以在封装区域的整个表面上进行。这样，就可以充分应用粗印刷例如传统的丝网印刷。在合适的温度对电极材料进行烘干，以防止印刷之后材料的流动。然而，印刷板和印刷条件需要进行设定，以便确保规定的膜厚度，该厚度最好是10到20(μm)。
在步骤(b)中，玻璃掩模等等配置在电极材料印制和烘干的电路板上。玻璃掩模的形成使得仅在具有半导体元件的电极区域能传送光。具有波长在320到370nm的紫外线以300到500mJ辐照。因而，在传送紫外线的电极区域上的聚合材料由光引发剂引起反应和聚合。在一段适宜的时间之后，依靠将没有反应的聚合材料进行溶解的溶液，电路板就能完全显影。这样，膜就从除电极区域外的其他部位上去除，而在电极区域上仍然保留。这时，通过调整膜的厚度，留下接收较少光线的聚合材料以保留对板的不充分聚合。显影后从已经去除膜的非电极区域开始进行腐蚀，并进一步向板更宽区域延伸。因此，膜在电极区域上具有梯形的横截面。当膜厚度很小时，所有的聚合材料都已聚合，并且就不可能获得具有梯形横截面的膜。因此，就需要有上述膜的厚度。
在步骤(c)中，通过曝光和显影完成的电路板以使电极材料烧结的温度进行烘烤，并且将电路电极烧烘烤在电路板上。这时，会引起电极材料的轻微收缩，因而，已形成的电路电极两端都有轻微起卷(这种起卷的部位称为卷边)，并且电路电极的横截面成为弧形。为了在烘烤后保护电极表面，可以施加Ni、Au等等电镀。
在步骤(d)中，具有形成在其上的突出电极的半导体元件通过使用导电树脂倒装封装在电路板上。这时，电路电极的卷边就作为壁，因而防止了导电树脂的挤出。
图1是解释根据本发明实施例1对半导体元件进行倒装片封装的方法的过程截面图；图2是解释根据本发明实施例2对半导体元件进行倒装片封装的方法的过程截面图；图3是解释传统的半导体元件进行倒装片封装的方法的过程截面图；具体实施方式
本发明的特征在于当半导体元件通过使用导电树脂倒装封装在电路板上时，该元件具有形成在其上的突出电极，含有光化聚合材料的电极材料印制在电路板上的半导体元件封装区域上，这样，就形成具有预定厚度的膜，在执行曝光和显影处理之后，通过烘烤电极材料膜形成凹面电路电极，因而，使得电极材料膜仅保留在预定的电极区域上，凹面电路电极具有在离开板表面的方向上起卷的边，使在半导体元件上形成的突出电极与凹面电路电极的凹侧接触，并且突出电极和电路电极通过导电树脂彼此相互连接。
而且，本发明的特征在于通过使用倒装片封装方法形成具有10到20微米厚度干膜的电极材料膜。
而且，本发明的特征在于在显影后保留的电极材料膜在横截面上为离开电路板越远越宽的梯形。
本发明的特征还在于根据倒装片封装方法，电路电极在横截面中成弧形。
此外，根据本发明，一种倒装片封装，在其中具有形成在其上突出电极的半导体元件通过使用导电树脂封装在电路板上，特征在于电路板包括凹面电路电极，每个电极都具有在离开板表面的方向上起卷的边，对该半导体元件进行配置，以便突出电极的端点与凹面电路电极的凹面接触，并且突出电极和电路电极通过导电树脂彼此相连。
而且，根据本发明，通过使用导电树脂用于倒装封装半导体元件的电路板，它具有形成在其上的突出电极，其特征在于包括凹面电路电极，每个电极都具有在离开板表面的方向上起卷的边。
参照图例，将以具体形式对本发明进行讨论。
图1是解释根据本发明实施例1对半导体元件进行封装的方法的过程截面图。
如图1(a)所示，含有光化聚合材料的胶状电极材料2印刷在电路板1上用于放置半导体元件的区域。在印刷之后，电极材料2以不能流动的适宜温度烘干。这时，印制电极材料2，而其印制类型和条件是为了在烘干后具有10到20μm厚度的膜而确定。
随后，如图1(b)所示，玻璃掩模3放置在定位于电路板1上的电极材料2的膜上。在玻璃掩模3上形成开口3a以传送光线通过需要的电路图案。为了具体说明，用100μm间距形成对应于电极区域的50μm宽度开口3a。随后，具有320到370nm波长的UV(紫外线)以300到500mJ从上述玻璃掩模3辐照。
如图1(c)所示，由于穿过开口3a的UV，在电极区域2a上的电极材料2的光化聚合材料，即光引发剂、单基物和聚合物，彼此起反应，从而进行了聚合作用。相反，对于非电极区域2b上的电极材料2的光化聚合材料，并没有发生聚合作用。因为UV不可能进入电路板1的邻近区域，因而，电极材料2不可能在这些区域上进行聚合。
因此，通过使用碱性溶液等等将电极材料2显影。这样，就可能溶解并去除具有未聚合或不充分聚合的非电极区域2b上的电极材料2。如图1(d)所示，这个操作去除了非电极区域2b上的电极材料2。在电极区域2a上的电极材料2表面附近区域中，就完全进行了聚合。因此，不经过任何腐蚀，保留电极材料2，以便在形状上对应于玻璃掩模3的开口3a。此时，对于电路板1周围的电极材料2，在与表面邻近区域相比聚合并没有在较宽区域中完成，因而，腐蚀大于开口3a。因此，电极区域2a上的电路材料2在横截面上成梯形。
此后，因为电路板1以使电极材料2烧结的温度进行烘烤，如图1(e)所示，电路板1上的电极材料2烘烤为电路电极4。根据图1(e)，因为电极材料2由于烘烤收缩，因而，电路电极4的边缘在离开电路板1方向上起卷(卷边)，并且电路电极4在横截面上成弧形凹陷。
最终，如图1(f)所示，半导体元件7，在其上导电树脂6转移到突出电极5，精确地配置在了电路基片1上，因此，突出电极5和电路电极4彼此相对。给半导体元件7施加了适合的载荷，使突出电极5和电路电极4彼此接触，并且使导电树脂6固化。因此，半导体元件的倒装片封装完成。
在以上述形式制造的倒装片封装中，卷边电路电极4防止导电树脂6从电路电极4中挤出。因而，在封装具有100μm电极间距半导体元件7时，横向延伸的导电树脂6不会引起邻近电极之间的短路。
现在，将进一步讨论电路电极4。
如图1(e)所示，从电路板1的表面到卷边电路电极4的最大距离定义为卷边量L(参照图1(e))。卷边量L相当大地依赖于如图1(a)所示的电极材料2的干膜厚度。当干膜厚度在10到20μm时，卷边量L为2到10μm。这样，电路电极4就可以作为托垫。
此时，当干膜厚度大于20μm时，在电路板1上未聚合的部分在厚度上就较大，并且保留了电路板1上要显影并去除的电极材料2，导致了短路。相反，当干膜厚度为10μm或更小时，卷边量L为2μm或更小，并且电路电极4不能胜任作为托垫。
图2是解释根据本发明实施例2对半导体元件进行封装的方法的过程截面图。
如图2(a)所示，如同实施例1，卷边电路电极4在电路基片1上形成。并且随后，具有对应于电路电极4的开口的掩模(未示出)安置在电路电极4上，并且如图2(b)所示通过使用印制方法等将导电树脂施加到电路电极4。此后，如图2(c)所示，具有形成在其上的突出电极5的半导体元件7安置在电路板1上，并且给半导体元件7施加合适的载荷。因此，半导体元件7的倒装片封装完成。
根据这种方法，如同实施例1，卷边电路电极4作为托垫，从而防止导电树脂6的挤出，因而，消除了短路的发生。
(实验实例)根据上述制造步骤对半导体元件进行封装，并估计其性能。所使用的部件和材料为电路板低温经烘烤陶瓷多层板(测试图)板尺寸30×30×0.65(mm)电极间距100(μm)电极数360针电极材料2含有Ag作为金属成分，具有约15μm干膜厚度。并且随后，使用消除在其上的具有开口的玻璃掩模使电极材料膜曝光和显影。每个开口在宽度上大约为50μm。将具有未或不充分聚合的非电极区域2b上的电极材料2溶解并去除。电路板1，在其上对非电极区域2b上的电极材料2进行溶解并去除，以约800到1000℃进行烘烤。因此，电路板1上的电极材料2烘烤作为电路电极4。此时，卷边量L为4μm。施加Ni和Au电镀以保护表面。
IC标准样件IC(dummy IC)IC尺寸10×10×0.5(mm)IC电极垫间距100(mm)针数360针通过使用金属线在上述IC电极上形成突出电极5，并且导电树脂6转移到所形成的突出电极5上。导电树脂6含有Ag作为金属成分以及环氧树脂作为树脂成分。包括有导电树脂6的IC安置在电路板1上，并且给每个突出电极施加几克重力以完成封装。并且随后，在通过加热使导电树脂6固化之后，对短路/开路进行估计。表1示出结果。
表1
从表1可以看出，本发明的方法根本不会引起任何开路或短路。同时，传统方法引起4/5封装的短路。这样，就能验证本发明的有效性。
如上所述，根据本发明，卷边电路电极在电路板上形成，并且半导体元件的突出电极通过使用导电树脂与电路电极相连。因此，当电路电极作为托垫时，就可能防止导电树脂的挤出，达到对半导体元件的可靠封装，而不会有任何短路发生。
权利要求
1.一种倒装片封装方法，其特征在于，在通过使用导电树脂在电路板上倒装片封装半导体元件中，所述元件具有形成在其上的突出电极，该方法包括在所述电路板的半导体元件封装区域上印制含有光化聚合材料的电极材料，使形成具有预定厚度的膜，并且在执行所述电极材料膜的曝光和显影之后通过烘烤所述电极材料膜，形成凹面电路电极，从而使得所述电极材料膜仅保留在预定电极区域上，因而形成具有在离开电路板方向上起卷的边缘的凹面电路电极；并且使形成在所述半导体元件上的所述突出电极与所述凹面电路电极的凹面邻接，并且通过导电树脂将所述突出电极和所述电路电极彼此相连。
2.如权利要求1所述的倒装片封装方法，其特征在于，所述电极材料膜形成具有10到20微米的干膜厚度。
3.如权利要求1或2所述的倒装片封装方法，其特征在于，在显影后保留的所述电极材料膜在横截面上成梯形，它在离开所述电路板越远处越宽。
4.如权利要求1或2所述的倒装片封装方法，其特征在于，所述电路电极在横截面上成弧形。
5.一种倒装片封装，其中在其上所形成的具有突出电极的半导体元件通过使用导电树脂封装在电路板上，其特征在于，所述电路板包括凹面电路电极，每个电极都具有在离开电路板表面方向上起卷的边缘，配置所述半导体元件，以便所述突出电极端点与所述凹面电路电极的凹面邻接，以及所述突出电极和所述电路电极通过导电树脂彼此相连。
6.一种用于通过使用导电树脂对半导体元件进行倒装片封装的电路板，所述元件具有形成在其上的突出电极，其特征在于，包括凹面电路电极，每个电极都具有在离开电路板表面方向上起卷的边缘。
全文摘要
根据本发明,当具有形成在其上的突出电极的半导体元件与电路板通过导电树脂相连时,即使当在半导体元件上电极间距很小时,也可以达到稳定的连接。在电路板的半导体元件封装区域,印制含有光化聚合材料的胶状电极材料以形成具有预定厚度的膜,并且在对其进行曝光和显影之后,将该电极材料膜进行烘烤,从而获得具有在离开电路板表面方向上起卷的边缘的凹面电路电极。随后,使突出电极与电路电极的凹面彼此邻接,并且通过导电树脂使它们相连,该导电树脂环绕各个电极之间的邻接,并保留在电路电极的凹面上。通过这种配置,电路电极的凹面就能作为托垫,并防止导电树脂的挤出,因而,消除了可能发生的短路。
文档编号H05K1/11GK1386394SQ01802108
公开日2002年12月18日 申请日期2001年7月18日 优先权日2000年7月21日
发明者森本谦治, 越智博 申请人:松下电器产业株式会社