專利名稱：填充有不流動的底層填料的電子組件及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總體上涉及電子插件，尤其涉及包括例如為集成電路(IC)的部件插件的電子組件，該電子組件包括填充有不流動的底層填料，以增加屈服和可靠性，本發(fā)明還涉及該電子組件的制造方法。
背景技術(shù)：
例如集成電路(IC)的電子部件通常組裝到部件插件中，這是通過將電子部件物理連接和電氣連接到由有機(jī)或陶瓷材料制成的襯底上而實現(xiàn)的。一個或多個部件插件例如集成電路插件可物理連接和電氣連接到印刷電路板(PCB)中，以形成“電子組件”。該“電子組件”是“電子系統(tǒng)”的一部分。“電子系統(tǒng)”在本文中廣義地限定為包括“電子組件”的任何產(chǎn)品。電子系統(tǒng)的示例包括計算機(jī)(例如臺式計算機(jī)、便攜式計算機(jī)、手持式計算機(jī)、服務(wù)器等)、無線通信裝置(例如手機(jī)、無繩電話、尋呼機(jī)等)、計算機(jī)相關(guān)的外圍設(shè)備(例如打印機(jī)、掃描儀、監(jiān)視器等)、娛樂裝置(例如電視機(jī)、收音機(jī)、立體聲磁帶播放機(jī)、CD-VCD播放機(jī)、MP3(Motion Picture Experts Group，Audio Layer 3)播放器等)。
在電子系統(tǒng)的領(lǐng)域內(nèi)，在制造商之間存在不斷增加的競爭壓力以促使它們提高設(shè)備性能并同時降低制造成本。對于集成電路的封裝，尤其如此，新一代的集成電路封裝均可提供性能的提高，同時保持高屈服和可靠性。
高性能的集成電路通常具有相對大量的輸入/輸出端、較高的功率和大量的接地端(在此也稱為“突起”)。集成電路封裝襯底具有多個金屬層，其選擇性地形成圖案以便提供金屬互連線(在此也稱為“跡線”)，并且提供相對大量的端子(在此也稱為“墊”)，集成電路的端子例如通過焊接適當(dāng)?shù)剡B接到其上。
為了增強(qiáng)集成電路的突起與集成電路襯底墊的焊接點連接的可靠性，以機(jī)械的方式使用底層填料密封劑，并在物理方面增強(qiáng)連接。在底層填料密封的已知方法中，低粘度的環(huán)氧樹脂材料沿組裝插件的一個或兩個間隙配送，使得底層填料通過毛細(xì)作用被吸入到集成電路與襯底之間的間隙中，并且該底層填料隨后被加熱以便固化。然而，這種方法需要分步操作以實現(xiàn)焊料回流、配送底層填料、清理任何多余的底層填料、有助于底層填料毛細(xì)流動、并且實現(xiàn)底層填料固化，因此這增加了制造的總成本。另外，通過使用電路小片突起間距以及突起高度降低和端子數(shù)量增加，使得僅僅通過毛細(xì)力來獲得足夠的底層填料分散是非常困難的。
高性能的集成電路產(chǎn)生足夠的熱，并且如果底層填料的熱膨脹系數(shù)(CTE)比硅和/或集成電路襯底材料(例如F4-4)的熱膨脹系數(shù)足夠地高，則集成電路暴露于足夠高的周圍熱量下時可導(dǎo)致可靠性問題，其形式為突起與墊之間連接的開裂。已知的是，將例如硅石顆粒的特定材料加入到底層填料中可降低其熱膨脹系數(shù)，并且使其變硬。然而，加入顆粒會增加底層填料的粘度，這使得難以通過毛細(xì)力來施加。
已知的是，使用不流動的底層填料，以不使用毛細(xì)力的方式施加到集成電路的安裝區(qū)域，該底層填料隨后固化，同時焊料回流，例如在美國專利6180696所述。然而，如果足夠的顆粒加入到底層填料中以降低其熱膨脹系數(shù)，則該顆粒往往會導(dǎo)致明顯的互連屈服問題，這是因為它們置于集成電路突起與襯底墊之間并阻止形成良好的焊接點。
由于以上原因和以下所述的原因，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員通過閱讀本發(fā)明并理解本發(fā)明可清晰的明白，在現(xiàn)有技術(shù)中存在著提供用于將底層填料施加到例如集成電路插件的部件插件上以便使屈服和可靠性問題最小化的方法的需要。


圖1是結(jié)合至少一個電子組件的電子系統(tǒng)的框圖，依據(jù)本發(fā)明，該電子組件包括填充有不流動的底層填料的部件插件；圖2A、2B、2C共同示出了現(xiàn)有技術(shù)的不流動的底層填充操作的順序；圖3是現(xiàn)有技術(shù)的不流動的底層填充的集成電路插件的截面圖，由于底層填料與其它插件組份之間的熱膨脹系數(shù)不匹配，該插件展示出可靠性問題；圖4是現(xiàn)有技術(shù)的不流動的底層填充的集成電路插件的截面圖，由于集成電路突起與插件墊之間的存在顆粒，該插件展示出屈服問題；圖5是包括插件襯底的部件插件的一部分的截面圖，該插件襯底具有依據(jù)本發(fā)明的一個實施例的不流動的底層填料施加到其上的部件安裝區(qū)域；圖6是包括插件襯底的部件插件的截面圖，該插件襯底具有依據(jù)本發(fā)明的一個實施例的部件通過壓力施加到其上的部件安裝區(qū)域；圖7是依據(jù)本發(fā)明的一個實施例的填充有不流動的底層填料部件插件的完整截面圖；以及圖8A和8B共同示出了依據(jù)本發(fā)明的一個實施例的制造部件插件的方法的流程圖。
具體實施例方式
在本發(fā)明的實施例的詳細(xì)描述中，可參照作為本發(fā)明的一部分的附圖，其中以舉例方式示出了本發(fā)明實施的優(yōu)選實施例。這些詳細(xì)描述的實施例足以使得本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員實施本發(fā)明，并且應(yīng)當(dāng)理解在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的情況下可采用其它實施例，并且可做出結(jié)構(gòu)、機(jī)械、成分、過程、和電氣方面的變型。因此，以下的詳細(xì)描述不能理解為限定性的，并且本發(fā)明的范圍僅由后附的權(quán)利要求來限定。
本發(fā)明提供了對于現(xiàn)有技術(shù)涉及的用于高性能的部件插件例如集成電路插件的不流動的底層填料相關(guān)的屈服和可靠性問題的解決方案，其中通過采用填充的不流動的底層填料，并且通過使用壓力迫使部件突起抵靠插件墊以便使大致所有的顆粒從該部件突起與該插件墊之間移出從而提供良好的電接觸。在本文中示出了并且描述了各種實施例。
在一個實施例中，不流動的底層填料沉積在插件襯底的部件安裝區(qū)域中。該底層填料包括填充顆粒，例如硅石，以便降低固化后的底層填料的熱膨脹系數(shù)。底層填料還包括助熔劑、硬化劑、固化加速劑、表面活性劑、和/或粘度控制劑。包含多個端子或突起的部件表面與在該部件安裝區(qū)域中對應(yīng)的多個端子或墊對準(zhǔn)。隨后施加適當(dāng)?shù)膲毫?，以使該部件突起與該襯底墊實體接觸?？赏ㄟ^任何適當(dāng)?shù)臋C(jī)構(gòu)來施加壓力，該機(jī)構(gòu)包括熱壓接合機(jī)、超聲接合機(jī)、電路小片置放工具等。隨后施加適當(dāng)?shù)臒崃浚员阍谕黄鹋c墊的接觸點處使焊料回流，并且同時使底層填料固化。如果需要，可在回流之后施加額外的熱量以使底層填料完全固化。所披露的一種或多種方法應(yīng)用于部件插件、電子組件、和電子系統(tǒng)。
在此使用的術(shù)語“部件安裝區(qū)域”意味著在包含安裝端子或墊的襯底表面上的區(qū)域。
在此使用的術(shù)語“填料”相對于底層填料而言意味著底層填料的添加劑。
在此使用的術(shù)語“不流動的”相對于底層填料而言意味著在部件置于插件襯底上之前適于使底層填料沉積到插件襯底的部件安裝區(qū)域中的粘度。
在此使用的術(shù)語“適當(dāng)”意味著足以產(chǎn)生所希望的效果的量。本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員僅通過常規(guī)實驗即可確定所需目的的適當(dāng)程度。
圖1是結(jié)合至少一個電子組件的電子系統(tǒng)的框圖，依據(jù)本發(fā)明，該電子組件包括填充有不流動的底層填料的部件插件。電子系統(tǒng)1僅僅是本發(fā)明使用的電子系統(tǒng)的一個示例。在該示例中，電子系統(tǒng)1包括數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，其包括系統(tǒng)總線2，以便連接系統(tǒng)的各個部件。系統(tǒng)總線2提供電子系統(tǒng)1的各個部件之間的通信鏈接并且可作為單總線、總線組合、或以任何其它適當(dāng)方式來實施。
電子組件4連接到系統(tǒng)總線2上。電子組件4可包括任何部件插件或部件插件的組合。在一個實施例中，電子組件4包括一包含任何形式的處理器6的部件插件。在此使用的術(shù)語“處理器”意味著任何形式的計算電路，例如但不限于微處理器、微控制器、復(fù)雜指令集計算(CISC)微處理器、精簡指令集計算(RISC)微處理器、超長指令字(VLIW)微處理器、圖形處理器、數(shù)字信號處理器(DSP)、或任何其它形式的處理器或處理器電路。
包含在電子組件4內(nèi)的其它形式的部件插件可含有一個或多個電路或電路組合。這些電路可包括例如定制電路、專用集成電路(ASIC)、其它電路，例如一個或多個電路(例如為通信電路7)以便用于無線裝置，其例如為手機(jī)、尋呼機(jī)、便攜式計算機(jī)、雙向無線電通信裝置、和類似電子系統(tǒng)。該部件或集成電路可實現(xiàn)任何其它形式的功能。
電子系統(tǒng)1還可包括外存儲器10，其又可包括一個或多個適于特定應(yīng)用的存儲器元件，例如形式為隨機(jī)存取存儲器(RAM)的主存儲器12、一個或多個硬盤驅(qū)動器14、和/或一個或多個可操作可拆卸介質(zhì)16的驅(qū)動器，該介質(zhì)例如光盤(CD)、數(shù)字化視頻光盤(DVD)等。
電子系統(tǒng)1還包括顯示裝置8、一個或多個揚(yáng)聲器9、和鍵盤和/或控制器20，其可包括鼠標(biāo)、光標(biāo)運(yùn)動球、游戲控制器、聲音識別裝置、或任何其它的可允許系統(tǒng)使用者將信息裝置輸入到電子系統(tǒng)1或從其接收信息的裝置。
圖2A-2C共同示出了現(xiàn)有技術(shù)的不流動的底層填充操作的順序。在圖2A中，插件襯底30在集成電路安裝區(qū)域中在上表面上具有多個端子或墊32。配送器42將不流動的底層填料36配送到墊32上。底層填料36不包含任何填料以控制熱膨脹系數(shù)。底層填料36具有相對低的粘度。
接著在圖2B中，具有多個端子或突起34的集成電路38與襯底30的集成電路安裝區(qū)域?qū)?zhǔn)并設(shè)定就位。由于底層填料的低粘度，集成電路38的突起34容易排出底層填料36并與對應(yīng)的墊32實體接觸。突起34和/或墊32已經(jīng)使用焊料膏來預(yù)涂敷。
接著在圖2C中，該插件適當(dāng)?shù)乇患訜嵋员闶沟煤噶匣亓?、使得焊料膏在突?4和/或墊32上熔化、并且使得突起34和墊32形成良好的機(jī)械接觸和電接觸。如果底層填料36沒有完全硬化，熱量還適當(dāng)?shù)赜|發(fā)其硬化。在焊料回流之后，如果需要，可施加額外的熱量以使底層填料36完全地固化。
圖3是現(xiàn)有技術(shù)的不流動的底層填充的集成電路插件45的截面圖，由于底層填料與其它插件組份之間的熱膨脹系數(shù)不匹配，該插件展示出可靠性問題。集成電路插件45可與圖2A-2C中制成的插件大致相同。集成電路插件45經(jīng)過熱循環(huán)處理，例如燒進(jìn)循環(huán)和/或在通常使用環(huán)境中的周圍環(huán)境加熱，可使得焊接點40部分地或整體地破裂，這導(dǎo)致集成電路插件45出現(xiàn)故障或突然失效。這代表顯著的可靠性缺陷。
圖4是現(xiàn)有技術(shù)的不流動的底層填充的集成電路插件55的截面圖，由于集成電路突起54與插件墊52之間的存在顆粒62，該插件展示出互連屈服問題。集成電路插件55包括插件襯底50，其具有在集成電路安裝區(qū)域位于上表面上的多個墊52。集成電路58包括多個與對應(yīng)墊52對準(zhǔn)的突起54。
在將集成電路58置于插件襯底50上之前，底層填料56沉積在集成電路安裝區(qū)域上。在該示例中，底層填料56包含控制熱膨脹系數(shù)的填料。該填料包括各種顆粒60和62。
顆粒62位于集成電路突起54與襯底墊52之間，并在焊料回流之前或之后阻止集成電路突起54與襯底墊52之間形成適合的實體接觸和電接觸。例如，存在于集成電路突起54與襯底墊52之間的顆粒62可在焊料回流過程中抑制或完全阻止適當(dāng)?shù)暮噶辖?，因此在集成電路突?4與襯底墊52之間沒有形成金相連接或僅形成質(zhì)量較差的金相連接。這代表了顯著的屈服缺陷。
圖5是包括插件襯底110的部件插件100的一部分的截面圖，該插件襯底具有依據(jù)本發(fā)明的一個實施例的填充有不流動的底層填料116施加到其上的部件安裝區(qū)域101。插件襯底110具有多個安裝端子或墊112。墊112可選擇性地使用焊料來預(yù)涂敷。插件襯底110可以是一層襯底或多層襯底，并且其在其下表面上可包括額外的端子(未示出)，以便裝配額外的插件結(jié)構(gòu)(未示出)，例如印刷電路板(PCB)或電路卡。
盡管在圖5中所示的底層填料116沉積在多個墊112的一部分墊上，應(yīng)當(dāng)理解底層填料116可沉積在或多或少的墊112上，這取決于底層填料116的粘度、插件襯底110的幾何形狀、和本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員已知的因素。
底層填料116包括具有多個顆粒116的填料。在一個實施例中，該填料包括降低CTE(熱膨脹系數(shù))的試劑。該填料從包括硅石、氧化硅、二氧化硅、氮化硅、氧化鋁、和氮化鋁的一組材料中選擇。該填料還可從包括任何陶瓷氧化物和任何陶瓷氮化物的材料組中選擇。
該填料可以在底層填料的0-80％重量百分比的范圍內(nèi)，這取決于所選擇的樹脂系統(tǒng)。
在一個實施例中，通過加入適當(dāng)量的填料，該固化后的底層填料的熱膨脹系數(shù)從大約百萬分之八十(80PPM)/攝氏度降低到大約百萬分之23(23PPM)/攝氏度。(在部件是集成電路的實施例中)硅具有大約2.5PPM/攝氏度的熱膨脹系數(shù)，并且FR-4襯底材料具有18-25PPM/攝氏度的熱膨脹系數(shù)。因此，固化后的底層填料的熱膨脹系數(shù)數(shù)值降低到大約23PPM/攝氏度，該底層填料與硅芯片和FR-4插件襯底具有相對更接近的熱膨脹系數(shù)的匹配，這使得插件結(jié)構(gòu)具有更高的可靠性。
填料顆粒116可具有從0.05-40微米范圍內(nèi)的尺寸。
在一個實施例中，顆粒116是大致球狀的，而在其它實施例中，顆粒116不是球狀的，并且向供應(yīng)商購買時應(yīng)當(dāng)更便宜。
除了為了降低固化后的底層填料的熱膨脹系數(shù)而加入填料之外，填料還用于增加固化后的底層填料的剛性(彈性模量)。填料量的成分可由本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員適當(dāng)?shù)剡x擇，以便增加固化后的底層填料的剛性。
該填料還可用于改變未固化的底層填料的粘度。通常，加入到未固化的底層填料中的填料越多，則未固化的底層填料的粘度增加得越大。
在一個實施例中，底層填料116至少包括樹脂和助熔劑。該樹脂可從包括環(huán)氧樹脂、硅環(huán)氧乙烷(siloxirane)樹脂、超環(huán)氧乙烷樹脂、聚苯并惡嗪樹脂、苯并環(huán)丁烷樹脂、及其混合物的一組材料中選擇。
該助熔劑可從包括有機(jī)羧酸、具有一種或多種羧酸基的聚合物助熔劑、包含一種或多種羥基的有機(jī)化合物、及其混合物的一組材料中選擇。通常，需要該助熔劑以便從部件突起和襯底墊中除去金屬氧化物，并防止在例如焊料回流的高溫操作過程中的再氧化。
本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，底層填料還包含其它的提供所需特征的添加劑。例如，添加劑可包括硬化劑和/或固化加速劑，其選擇取決于所使用的樹脂的成分。一些材料系統(tǒng)不需要硬化劑和/或固化加速劑，并且它們僅需要熱固化。表面活性劑可選擇性地用于降低表面張力并改善附著性。除了控制熱膨脹系數(shù)的目的之外，還可加入填料以實現(xiàn)其它目的，其包括控制例如粘度、導(dǎo)熱性、導(dǎo)電性等的特征。本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員可適當(dāng)?shù)剡x擇合適的比例的填料，以便提供這些特征。
圖6是包括插件襯底110的部件插件100的截面圖，該插件襯底具有依據(jù)本發(fā)明的一個實施例的部件130通過壓力施加到其上的部件安裝區(qū)域101。部件130可以是任何形式的。在一個實施例，部件130是集成電路，例如高性能的處理器芯片、芯片組中的高性能芯片、或其它形式的高性能的芯片。
在一個實施例，部件130包括多個端子或突起132，其以倒裝芯片的取向安裝到對應(yīng)的插件襯底墊112上。突起132可由任何材料例如鉛或銅制成。當(dāng)部件130與插件襯底110的部件安裝區(qū)域101對準(zhǔn)時，突起132與對應(yīng)的墊112對準(zhǔn)。
同時或隨后，適當(dāng)?shù)膲毫κ┘拥讲考?30、插件襯底110、或施加到部件130和插件襯底110兩者上，以使突起132將任何可能置于突起132與墊112之間的顆粒122擠出，從而使得顆粒122不滯留在突起132與墊112之間。例如，所示的顆粒從突起132與墊112之間的接合部分處沿箭頭123所示的方向被擠出。
擠出所有的顆粒122不是必需的，這取決于顆粒122的尺寸和形狀。一個或多個顆粒122可能嵌入到突起132和/或其對應(yīng)墊112中的一個中，這并沒有在焊料連接之后不適當(dāng)?shù)刈柚箤嶓w接觸和電接觸的充分形成。然而，施加適當(dāng)?shù)膲毫κ沟猛黄?32與墊112實體接觸，以便在隨后的焊料回流操作過程中突起132和墊112形成充分的電接觸。
盡管在圖6中所示的墊112部分地熔化并且通過表面張力被吸引到對應(yīng)突起132上的上部分稍有變形，但是應(yīng)當(dāng)理解，如本文其它部分所述，在施加壓力的同時施加熱量不是必需的。
圖7是依據(jù)本發(fā)明的一個實施例的填充有不流動的底層填料的部件插件100的完整截面圖。圖7所示的部件插件100經(jīng)過適當(dāng)熱處理，以便產(chǎn)生焊料回流、在突起132和/或墊112上使焊料熔化、并使得突起132與墊112形成良好的機(jī)械接觸和電接觸。如果底層填料116沒有完全硬化，該熱量還可適當(dāng)?shù)赜|發(fā)底層填料的硬化。在焊料回流之后，如果需要，可施加額外的熱量，以使底層填料116完全固化。
圖8A和8B共同示出了依據(jù)本發(fā)明的一個實施例的制造部件插件的方法的流程圖。
該方法從圖8A所示的200處開始。在201中，制造或制成一部件(例如為集成電路，但不限于此)。該部件具有多個端子或突起。盡管該端子或突起通常僅在部件的一個表面上，但是它們可位于該部件的多個表面上。該突起可使用適當(dāng)?shù)碾娬辰觿├绾噶蟻磉M(jìn)行預(yù)涂敷，這作為可選的操作。
在203中，制造或制成一襯底(例如為集成電路插件，但不限于此)。該襯底具有在其上的部件安裝區(qū)域。該部件安裝區(qū)域具有多個端子或墊。盡管該端子或墊通常僅在襯底的一個表面上，但是它們可位于該部件的多個表面上。該墊可使用適當(dāng)?shù)碾娬辰觿├绾噶蟻磉M(jìn)行預(yù)涂敷，這作為可選的操作。
在205中，不流動的底層填料沉積在襯底的該部件安裝區(qū)域內(nèi)。該底層填料可使用任何適當(dāng)?shù)臋C(jī)構(gòu)來沉積。如果需要，襯底可預(yù)加熱。該底層填料沉積在墊上，因此其大致覆蓋所有的墊或一部分的墊。該底層填料可包括樹脂、硬化劑、固化加速劑、降低熱膨脹系數(shù)的試劑、助熔劑、粘度控制劑、和/或填料。在一個實施例中，底層填料至少包括樹脂、助熔劑、和降低熱膨脹系數(shù)的填料。
在207中，該部件置于該部件安裝區(qū)域上，以便該部件端子與部件安裝區(qū)域的對應(yīng)墊對準(zhǔn)，并且使得部件端子大致封裝在該底層填料內(nèi)。在突然承載(pick up)之前，該部件被加熱到例如均熱溫度，即該溫度適于使得假設(shè)在底層填料中使用的助熔劑將金屬氧化物從待由焊料連接的金屬表面上除去。該均熱溫度在130-180的攝氏度范圍內(nèi)。或者，當(dāng)在211過程中施加熱量時，該部件被加熱到均熱溫度。
在209中，施加適當(dāng)?shù)膲毫?，以使該部件端子與襯底墊實體接觸。可通過適當(dāng)?shù)臋C(jī)構(gòu)來施加適當(dāng)?shù)膲毫?。在一個實施例中，采用熱壓接合機(jī)。在另一實施例中，采用超聲接合機(jī)或熱波接合機(jī)。在又一實施例中，采用部件置放工具以使部件與部件安裝區(qū)域?qū)?zhǔn)，并且抵靠襯底墊對部件的突起施壓。部件可抵靠該襯底保持預(yù)定時間，例如保持均熱時間，(即該時間適于使得假設(shè)在底層填料中使用的助熔劑將金屬氧化物從待由焊料連接的金屬表面上除去)。
在211中，施加熱量。依據(jù)用于制造部件插件的方法的各種不同的實施例，熱量可通過不同形式的設(shè)備并以不同的量來施加。
例如，在一個實施例中，在211中通過熱壓接合機(jī)或超聲接合機(jī)提供適當(dāng)?shù)臒崃浚阋允沟煤噶匣亓?，以在部件突起與對應(yīng)的襯底墊之間形成高質(zhì)量的焊料連接。適當(dāng)?shù)臒崃窟€可由熱壓接合機(jī)或超聲接合機(jī)提供，以便同時使得底層填料(完全或部分地)固化，和/或使得底層填料在隨后的加熱操作中(例如在219中)固化，(即完全固化或最終固化)。
在另一實施例中，在211中由熱壓接合機(jī)或超聲接合機(jī)提供適當(dāng)?shù)臒崃?，足以使得焊料回流，以便僅使得部件突起與對應(yīng)的襯底墊預(yù)接附，(即形成部分的接附，足以使得突起保持與墊接附，直到該組件經(jīng)過整個焊料回流操作)。適當(dāng)?shù)臒崃靠稍?11過程中和/或焊料回流過程(例如215)中提供，以便同時使得底層填料(完全或部分地)固化，和/或使得底層填料在隨后的加熱操作中(例如在215或219中)固化，(即完全固化或最終固化)。
在又一實施例中，由焊料回流操作來提供適當(dāng)?shù)臒崃?，以便在部件突起與對應(yīng)的襯底墊之間形成高質(zhì)量的焊料連接。適當(dāng)?shù)臒崃靠稍诤噶匣亓鬟^程中提供，以便同時使得底層填料(完全或部分地)固化，和/或使得底層填料在隨后的加熱操作中(例如在219中)固化，(即完全固化或最終固化)。
在另一實施例中，由部件置放工具來提供適當(dāng)?shù)臒崃?，加熱元件或加熱級加到該工具上。在該實施例中，熱量可部分地或完全地使得形成部件突起與對應(yīng)的襯底墊之間焊料連接。如上所述，(如果需要)可執(zhí)行隨后的操作，以便完全形成該焊料連接。底層填料可同時(完全或部分地)固化，和/或底層填料在隨后的加熱操作中(例如在219中)固化，(即完全固化或最終固化)。
在213中，該方法的實施例是這樣的，即在211中，如果部件端子完全地接附到襯底墊上，隨后該方法跳轉(zhuǎn)到217。否則，在215中，施加一定量的額外熱量，其適于使部件端子完全地接附到襯底墊上。
在217中，該方法的實施例是這樣的，即在211中，如果底層填料完全硬化，并且該方法隨后在221結(jié)束。否則，在219中，施加一定量的額外熱量，其適于使底層填料完全地硬化，并且該方法隨后在221結(jié)束。
以上結(jié)合圖8A和8B來描述的操作可按照與在此描述的不同順序來實施。
材料、形狀、操作順序、施壓設(shè)備、施加熱量的設(shè)備、和部件尺寸的以上選擇可由本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來改變，以便依據(jù)本發(fā)明來優(yōu)化制造部件插件。
部件插件的各種實施例包括集成電路插件、電子組件、和電子系統(tǒng)，其中包括計算機(jī)系統(tǒng)，這些實施例可通過各種形式的部件、插件襯底、底層填料、各種形式的制造設(shè)備、各種制造工序來實施，以便實現(xiàn)本發(fā)明的優(yōu)點。
圖1-7僅僅是示例性的并沒有按比例來制圖。特定的比例被夸張，而其它比例可能被最小化。圖5-8B意在描述各種實施形式，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員可理解這些實施形式并可適當(dāng)?shù)貙嵤?br> 結(jié)論本發(fā)明提供了制造高屈服、高可靠性的部件插件的方法，該部件插件例如為填充有不流動的底層填料的倒裝芯片的集成電路插件。借助適當(dāng)?shù)墓ぞ邅硎┘訅毫?，該工具例如為熱壓接合機(jī)、超聲接合機(jī)、芯片置放工具、即插芯片連接工具等，以便迫使部件的對應(yīng)端子與插件襯底形成緊密的實體接觸，并且大致將所有的填料顆粒從部件端子與襯底端子之間移出，以提供良好的電接觸和實體接觸。
底層填料包括填料或熱膨脹系數(shù)低的材料，以便降低固化后的底層填料的熱膨脹系數(shù)并增加其彈性模量。該底層填料還可包括其它添加劑，其包括助熔劑和/或粘度控制劑。
在一個方法實施例中，熱壓接合機(jī)或超聲接合機(jī)用于同時使得焊料突起回流并使得底層填料固化。在另一方法實施例中，盡管部件置放工具施加足夠的壓力以便使得填料顆粒從部件突起與襯底墊之間移出，但是該部件置放工具同時施加足夠的熱量，以使部件突起與襯底墊預(yù)接附，并且該部件插件隨后由適當(dāng)?shù)臒嵩催M(jìn)行處理，以便在突起與墊接觸點處使焊料回流并同時使底層填料固化。
各種方法可應(yīng)用于部件插件、電子組件、和電子系統(tǒng)。結(jié)合有一個或多個采用本發(fā)明的電子組件的電子系統(tǒng)和/或數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)可在更短的時間內(nèi)并以更低的成本制成，同時保持高屈服和高可靠性，并且這種系統(tǒng)因此更具商業(yè)吸引力。
對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說其它的實施例是顯而易見的。操作的元件、材料、形狀、尺寸和順序可依據(jù)特定的插件需要來改變。
盡管相對于“上”和“下”表面來描述特定的操作，但是應(yīng)當(dāng)理解，如果部件插件倒置，則這些表面可反轉(zhuǎn)。因此，這些術(shù)語不是限定性的。
本發(fā)明不應(yīng)理解為限定于使用球格柵陣列插件、C4(受控的破裂的部件連接)、或任何其它形式的部件插件，并且可使用其中具有本發(fā)明的所述特征的任何形式的部件插件，以便提供本發(fā)明的優(yōu)點。
盡管本發(fā)明參照集成電路安裝在集成電路襯底上來進(jìn)行描述，但是本發(fā)明不限于這種應(yīng)用。并且本發(fā)明還可用于任何其它形式的電子插件和其它形式的部件，例如無源部件，混合式模塊、印刷電路板、夾層板，并可用于任何其它形式的需要底層填料的電氣結(jié)構(gòu)。
盡管圖5-7參照單個部件來進(jìn)行描述，但是本發(fā)明不限于單個插件部件，并且本發(fā)明可用于多個插件部件，例如多個芯片集成電路插件或多個芯片模塊。
盡管在以上的詳細(xì)描述中參照優(yōu)選實施例描述了本發(fā)明，但是本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，本發(fā)明不限于所示的實施例，并且在不脫離由后附的權(quán)利要求限定的本發(fā)明的范圍內(nèi)的情況下，可進(jìn)行許多附加和變型。因此，本發(fā)明僅由后附的權(quán)利要求及其等效形式來限定。
權(quán)利要求
1.一種方法，其包括在襯底的部件安裝區(qū)域中沉積不流動的底層填料，該部件安裝區(qū)域包括多個墊；將部件放置在該部件安裝區(qū)域上，以便該部件的端子與對應(yīng)的墊對準(zhǔn)并且大致封裝在該底層填料中；施加適當(dāng)?shù)膲毫?，以使該端子與該墊實體接觸；以及施加適當(dāng)?shù)臒崃?，以使該底層填料硬化?br> 2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，在沉積中，該底層填料沉積在該墊上。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，在沉積中，該底層填料包括填料，以便降低熱膨脹系數(shù)。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，在沉積中，該底層填料包括填料，以便增加彈性模量。
5.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，在沉積中，該底層填料包括填料，以便增加粘度。
6.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，在沉積中，該底層填料包括填料，該填料可從包括硅石、氧化硅、二氧化硅、氮化硅、氧化鋁、和氮化鋁的一組材料中選擇。
7.如權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，在沉積中，該填料為該底層填料的以重量計的0-80％范圍內(nèi)。
8.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，在沉積中，該底層填料包括填料顆粒，其具有范圍從0.05微米到40微米的尺寸。
9.如權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，在沉積中，該填料顆粒大致為球狀。
10.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，在沉積中，該底層填料包括樹脂，該樹脂可從包括環(huán)氧樹脂、硅環(huán)氧乙烷樹脂、超環(huán)氧乙烷樹脂、聚苯并惡嗪樹脂、苯并環(huán)丁烷樹脂、及其混合物的一組材料中選擇。
11.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，在沉積中，該底層填料包括助熔劑。
12.如權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于，在沉積中，該助熔劑包括樹脂，該樹脂可從包括有機(jī)羧酸、具有一種或多種羧酸基的聚合物助熔劑、包含一種或多種羥基的有機(jī)化合物、及其混合物的一組材料中選擇。
13.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，該墊使用焊料進(jìn)行預(yù)涂敷，并且在施加適當(dāng)熱量中，該端子通過該焊料接附到該墊上。
14.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，該端子使用焊料進(jìn)行預(yù)涂敷，并且在施加適當(dāng)熱量中，該端子通過該焊料接附到該墊上。
15.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，該端子和該墊使用焊料進(jìn)行預(yù)涂敷，并且在施加適當(dāng)熱量中，該端子通過該焊料接附到該墊上。
16.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，施加適當(dāng)壓力和施加適當(dāng)熱量的操作大致同時實施。
17.如權(quán)利要求16所述的方法，其特征在于，施加適當(dāng)壓力和施加適當(dāng)熱量的該操作由從包括熱壓接合機(jī)和超聲接合機(jī)的中的設(shè)備來實施。
18.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，施加適當(dāng)?shù)膲毫Φ牟僮饔呻娐沸∑梅殴ぞ邅韺嵤?br> 19.如權(quán)利要求18所述的方法，其特征在于，該墊使用焊料來進(jìn)行預(yù)涂敷，并且該方法還包括通過施加適當(dāng)?shù)膲毫η彝ㄟ^使用該電路小片置放工具來將該端子預(yù)接附到該墊上。
20.如權(quán)利要求18所述的方法，其特征在于，該端子使用焊料來進(jìn)行預(yù)涂敷，并且該方法還包括通過施加適當(dāng)?shù)膲毫η彝ㄟ^使用該電路小片置放工具來將該端子預(yù)接附到該墊上。
21.如權(quán)利要求18所述的方法，其特征在于，施加適當(dāng)?shù)臒崃康牟僮饔珊噶匣亓髟O(shè)備來實施。
22.一種部件插件，其如此制造在襯底的部件安裝區(qū)域中沉積不流動的底層填料，該部件安裝區(qū)域包括多個墊；將部件放置在該部件安裝區(qū)域上，以便該部件的端子與對應(yīng)的墊對準(zhǔn)并且大致封裝在該底層填料中；施加適當(dāng)?shù)膲毫Γ允乖摱俗优c該墊實體接觸；以及施加適當(dāng)?shù)臒崃浚允乖摰讓犹盍嫌不?br> 23.如權(quán)利要求22所述的部件插件，其特征在于，其如此制造，施加適當(dāng)壓力和適當(dāng)熱量的操作通過從包括熱壓接合機(jī)、超聲接合機(jī)、和部件置放工具的一組中選擇的設(shè)備來大致同時實施。
24.如權(quán)利要求22所述的部件插件，其特征在于，其如此制造，該墊使用焊料進(jìn)行預(yù)涂敷，并且在施加適當(dāng)熱量中，該端子通過該焊料接附到該墊上。
25.如權(quán)利要求22所述的部件插件，其特征在于，其如此制造，該端子使用焊料進(jìn)行預(yù)涂敷，并且在施加適當(dāng)熱量中，該端子通過該焊料接附到該墊上。
26.如權(quán)利要求22所述的部件插件，其特征在于，該底層填料包括填料，該填料可從包括硅石、氧化硅、二氧化硅、氮化硅、氧化鋁、和氮化鋁的一組材料中選擇。
27.一種包括至少一個集成電路插件的電子組件，其如此制造在襯底的集成電路安裝區(qū)域中沉積不流動的底層填料，該集成電路安裝區(qū)域包括多個墊；將集成電路放置在該集成電路安裝區(qū)域上，以便該集成電路的端子與對應(yīng)的墊對準(zhǔn)并且大致封裝在該底層填料中；施加適當(dāng)?shù)膲毫?，以使該端子與該墊實體接觸；以及施加適當(dāng)?shù)臒崃?，以使該底層填料硬化?br> 28.如權(quán)利要求27所述的電子組件，其特征在于，其如此制造，施加適當(dāng)壓力和適當(dāng)熱量的操作通過從包括熱壓接合機(jī)、超聲接合機(jī)、和部件置放工具的一組中選擇的設(shè)備來大致同時實施。
29.如權(quán)利要求27所述的電子組件，其特征在于，該底層填料包括填料，該填料可從包括硅石、氧化硅、二氧化硅、氮化硅、氧化鋁、和氮化鋁的一組材料中選擇。
30.一種電子系統(tǒng)，其包括在該電子系統(tǒng)中的總線連接部件；與該總線連接的顯示器；與該總線連接的外存儲器；以及與該總線連接的并具有電子組件的處理器，該電子組件包括至少一個如下制造的集成電路插件在襯底的集成電路安裝區(qū)域中沉積不流動的底層填料，該集成電路安裝區(qū)域包括多個墊；將集成電路放置在該集成電路安裝區(qū)域上，以便該集成電路的端子與對應(yīng)的墊對準(zhǔn)并且大致封裝在該底層填料中；施加適當(dāng)?shù)膲毫Γ允乖摱俗优c該墊實體接觸；以及施加適當(dāng)?shù)臒崃?，以使該底層填料硬化?br> 31.如權(quán)利要求30所述的電子系統(tǒng)，其特征在于，其如此制造，施加適當(dāng)壓力和適當(dāng)熱量的操作通過從包括熱壓接合機(jī)、超聲接合機(jī)、和部件置放工具的一組中選擇的設(shè)備來大致同時實施。
32.如權(quán)利要求30所述的電子系統(tǒng)，其特征在于，該底層填料包括填料，該填料可從包括硅石、氧化硅、二氧化硅、氮化硅、氧化鋁、和氮化鋁的一組材料中選擇。
全文摘要
通過組合使用熱量和壓力以接合倒裝芯片的電路小片并使不流動的底層填料固化，可實現(xiàn)高屈服、高可靠性的倒裝芯片的集成電路插件。該底層填料包括填料或低熱膨脹系數(shù)的材料，以便降低固化后的底層填料的熱膨脹系數(shù)。該底層填料包括填料，該填料可從包括硅石、氧化硅、二氧化硅、氮化硅、氧化鋁、和氮化鋁的一組材料中選擇。該填料還可增加固化后的底層填料的粘度和/或增加其彈性模量。在方法實施例中，采用熱壓接合機(jī)以同時提供焊料突起回流和底層填料固化。各種方法可應(yīng)用于部件插件、電子組件、和電子系統(tǒng)。
文檔編號H01L21/56GK1575519SQ02821250
公開日2005年2月2日 申請日期2002年10月28日 優(yōu)先權(quán)日2001年10月26日
發(fā)明者C·貢扎萊茲, S·施, M·朱基克 申請人:英特爾公司