[发明专利]倒装附接和底填充半导体装置和方法

说明书

技术领域

本发明一般而言涉及半导体装置和制作方法，且更具体而言，涉及倒装组装的和底填充的半导体装置和用于制作所述半导体装置的方法。

背景技术

当通过焊料凸块连接将集成电路(IC)芯片组装到具有导电线的印刷电路板或其它绝缘衬底上时，芯片应与板或其它衬底间隔开某一间隙。焊料凸块互连延伸跨越所述间隙。IC芯片通常由半导体(例如，硅、硅锗或砷化镓)所构成，而板或衬底通常由基于陶瓷或聚合物的材料制成，例如，FR-4。因此，芯片与衬底的热膨胀系数(CTE)之间存在明显差异。举例而言，用作半导体材料的硅的CTE(约为2.5 ppm/℃)与用作衬底材料的塑料FR-4的CTE(约为25 ppm/℃)之间存在10x的量值。这种CTE差异的结果是，当组合件在装置使用或可靠性测试期间经受温度循环时，在焊料互连上(尤其是在接头区域中)产生热机械应力。这些应力往往会使接头和凸块疲劳，从而导致组合件断裂并最终出现故障。

为在不影响电连接的情况下分散热应力且加强焊料接头，通常使用聚合物材料来填充半导体芯片与衬底之间的间隙，以囊封凸块并填充所述间隙中的任何空间。例如，在国际商用机器公司(International Business Machines Corporation)开发的众所周知的“C-4”工艺中，即使用聚合物材料来填充硅芯片与陶瓷衬底之间的间隙中的任何空间。

通常在焊料凸块已经历回流工艺且已为IC芯片与衬底之间的电接触形成金属接头后施加封装剂。将粘性聚合物热固性前体(有时称作“底胶”)滴涂于邻近于芯片的衬底上并在毛细管力的作用下将其牵引到所述间隙中。然后对所述前体进行加热、聚合及“固化”以形成封装剂。在固化工艺后，封装剂变硬且无法再软化。

业内众所周知，底填充固化工艺所需的温度循环可在其自身上产生热机械应力，而这可对芯片及/或焊料互连造成有害影响。当组合件从回流温度冷却到环境温度时，会产生额外的应力。这些工艺步骤所产生的应力可将焊料接头分层、使芯片的钝化物断裂，或将破裂传播到电路结构中。一般而言，集成电路的分层结构对断裂的敏感度会随着降低各种层的厚度和增加低电介常数绝缘体的机械弱点而急剧增加。

在Steven J.Adamson的“Review of CSP and Flip Chip Underfill Processes and Whento Use the Right Dispensing Tools for Efficient Manufacturing”全球TRONICS技术会议的会议文件，新加坡，2002年9月3-6日，中给出了额外的背景。

发明内容

因此，需要一种组装方法，其中可在不对底填充工艺造成有害副作用的情况下获得满意的底填充材料的应力分布益处，从而导致增强的装置可靠性。如果所述方法可为装置的修理或再加工提供机会，则此为一种技术优点。所述方法可为相干的、低成本的和足够的灵活性以便应用于不同的半导体产品家族及各种各样的设计和工艺变型。如果能够实现这些革新同时缩短生产循环时间并增加产量，则此为另一技术优点。

本发明的一个实施例提供卷带作为载体。所述卷带包括聚合物(优选地为热塑性)材料的基片，所述基片具有第一和第二表面。第一聚合物粘合剂膜和不同材料的第一箔片在第一和第二表面侧上附接到所述基片。因此，所述第一聚合物粘合剂膜和第一箔片给卷带提供部分厚度。此外，第二聚合物粘合剂膜和不同材料的第二箔片在第二表面侧上附接到所述第一箔片。多个孔经形成穿过所述卷带的所述部分厚度；而回流金属元件被置于所述孔的每一者中。所述回流金属元件附着到第二粘合剂膜，且具有优选地约等于所述部分厚度的直径。

本发明的另一实施例提供一种半导体装置，所述半导体装置包括具有外形和多个接触垫的工件且进一步包括具有多个端子垫的外部部件。这个部件与工件间隔开，而所述端子垫分别与工件接触垫对齐。回流元件将接触垫的每一者与其相应的端子垫互连。热塑性材料填充所述工件和所述部件之间的空间。所述热塑性材料附着到所述工件、所述部件和所述回流元件。此外，所述材料具有与所述工件的外形大致一致的外形，且大致无空隙地填充所述空间。

当工件为半导体芯片时，外部部件为适合于倒装组装所述芯片的衬底。当工件为囊封经组装的半导体芯片的半导体封装时，外部部件为适合于倒装附接所述封装的板。由于填充材料的热塑性特性，因此在达到使回流元件回流的温度范围时，可对所述制成的装置进行再加工。