專利名稱：用于改良熱性能的具有焊接蓋的集成電路封裝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及集成電路的設(shè)計和制造，更具體，但不局限于此，本發(fā)明涉及一種集成電路封裝。
背景技術(shù)：
在以往的用于封裝倒裝芯片集成電路管芯的構(gòu)造技術(shù)中，蓋子通過管芯和蓋子之間的導(dǎo)熱粘合劑固定至管芯的背面。當(dāng)集成電路管芯技術(shù)減小硅尺寸，利用更高密度和更小的管芯實現(xiàn)更快的性能。更快的性能導(dǎo)致增加功率，并需要從更小的芯片區(qū)和封裝中加快散熱。

發(fā)明內(nèi)容
在一個實施例中， 一種集成電路管芯，其包括線路面和與該線路面相對的背面；在所述背面形成的凸點下金屬化層；在所述凸點下金屬化層上形成的一層焊料。
在另一實施例中， 一種制造集成電路管芯的方法，其包括在管芯基底上形成線路面和與該線路面相對的背面；在所述背面形成凸點下金屬化層；在所述凸點下金屬化層上形成一層焊料。


本發(fā)明通過實例和不局限于所附圖進(jìn)行說明，其中，在幾個附圖中用相同的標(biāo)號表明類似元件。
圖1示出具有導(dǎo)熱粘合劑的在先技術(shù)領(lǐng)域中的倒裝芯片集成電路封裝的側(cè)視
圖2示出圖1中倒裝芯片集成電路封裝不含蓋子的側(cè)視圖；圖3示出具有在管芯背面形成的附加凸點下金屬化層的集成電路管芯的放大側(cè)視圖4示出圖3中的集成電路管芯在光阻和蝕刻之后的放大側(cè)視圖；圖5示出圖4中的集成電路管芯在線路面形成焊料凸點以及在背面凸點下金屬化層上形成連續(xù)焊料層之后的放大側(cè)視4圖6示出具有焊接至圖5中的集成電路管芯背面的金屬蓋的集成封裝側(cè)視圖； 圖7示出圖4中的集成電路管芯在線路面形成焊料凸點以及在背面凸點下金
屬化層結(jié)構(gòu)上形成多個焊料凸點之后的放大側(cè)視圖8示出具有焊接至圖7中集成電路管芯背部的散熱片結(jié)構(gòu)的集成封裝的側(cè)
視圖9示出制造圖6或圖8中的集成電路封裝的流程圖；以及
圖10示出圖6中集成電路封裝具有接地蓋子的側(cè)視圖。
為了簡單清楚，附圖中的元件被示出，但沒有必要按照規(guī)定比例繪制。例如， 在圖中某些元件的尺寸相對于其他元件可能被放大，從而指出了本發(fā)明中描述的 實施例中的顯著特征。 具體實施方案
圖1示出具有導(dǎo)熱粘合劑的在先技術(shù)領(lǐng)域中的倒裝芯片集成電路封裝的側(cè)視 圖100。圖1中示出了集成電路管芯102、熱粘合劑化合物104、蓋子106、底部 填充環(huán)氧樹脂108、蓋密封環(huán)氧樹脂IIO、焊料凸點112、基底114、和焊球116。
在倒裝芯片封裝100中使用導(dǎo)熱粘合劑104的缺點是，導(dǎo)熱粘合劑104具有 通常約1至3W/mK (瓦特/米開爾文)的堆積(整體)導(dǎo)熱率。另夕卜，熱粘合劑的 接觸電阻減少了導(dǎo)熱粘合劑104大約百分之五十的熱消散能力。其結(jié)果是，當(dāng)在 電力規(guī)格內(nèi)運行所述集成電路管芯102時，集成電路管芯102和蓋子106之間的 導(dǎo)熱性不足以滿足散熱要求。為具有增加的功率、更高導(dǎo)熱性和更低接觸電阻的 更小的管芯和封裝提供增加的散熱是必要的。
一種在在先技術(shù)中揭露的提高導(dǎo)熱性的方法是提高所述導(dǎo)熱粘合劑104的填 料含量。然而，提高填料含量明顯降低了熱粘合劑化合物104的流動和分散特性。 并且，較高的填料含量增加了熱粘合劑化合物104從蓋子或從集成電路管芯分層 的可能性。另外，增加填料含量沒有改良熱粘合劑化合物104的接觸電阻，接觸 電阻減少管芯和蓋子之間的有效導(dǎo)熱性。增加填料含量的另一問題是，熱粘合劑 化合物104的厚度不可能減小到少于約50微米。為了避免所述熱粘合劑化合物104 遇到該問題，所述蓋子可以從集成電路封裝中省略。
圖2示出了圖1中倒裝芯片集成電路封裝不含蓋子的側(cè)視圖200。圖2示出了 集成電路管芯102、底部填充環(huán)氧樹脂108、焊料凸點112、基底114和焊球116.在圖2中，蓋子106和蓋密封環(huán)氧樹脂110從圖1的封裝中省略，以改良集 成電路管芯102的散熱性能。然而，如果沒有蓋子附著，所述集成電路管芯102 易于受到來自板級組裝和測試過程期間的操作的損害以及來自終端用戶意外損 害。并且，由于倒裝芯片封裝結(jié)構(gòu)，集成電路管芯102上具有張應(yīng)力。由于集成 電路管芯102—般都易碎，小的外力/壓力可能導(dǎo)致集成電路管芯102的破損。此 外，通常制造在集成電路管芯102背面的識別標(biāo)記可能造成應(yīng)力集中點，從而增 加了管芯被折斷的風(fēng)險。
下面描述一種克服在先技術(shù)的缺點的優(yōu)選的方法，通過利用同樣的用于制造 倒裝芯片集成電路封裝的技術(shù)。此外，下述方法也可以被用來改良在從所附權(quán)利 要求范圍內(nèi)的其他類型的集成電路封裝的導(dǎo)熱性。
圖3示出具有在管芯背面形成的附加凸點下金屬化層的集成電路管芯的放大 側(cè)視圖300。圖3示出了集成電路管芯102和凸點下金屬化層(UBM)基底302 和304。
每個凸點下金屬化層基底302和304是多層堆積或堆疊的諸如鈦、銅和鎳的 薄膜界面金屬。在在先技術(shù)領(lǐng)域的典型倒裝芯片封裝中，所述凸點下金屬化層 (UBM)基底302在先集成電路管芯102的線路面。凸點基底金屬(UBM)基底 302之后被蝕刻以形成焊料凸點，使得所述集成電路管芯102和集成電路封裝電接 觸，如圖l所示。
在一個實施例中，除堆積在集成電路管芯的線路面的凸點下金屬化層(UBM) 基底302之外，凸點下金屬化層(UBM， Under bump Metallurgy)基底304堆積 在所述集成電路管芯102的與所述線路面相對的背面。集成電路管芯102的背面 的凸點下金屬化層(UBM)基底304可以根據(jù)如同樣用于形成所述凸點下金屬化 層(UBM)基底302的技術(shù)形成。與線路面相反，集成電路管芯102的背面通常 不是電連接至集成電路管芯內(nèi)的電路。然而，在某些實施例中，可以利用到所述 背面的電連接，例如，作為接地或電磁干擾(EMI )屏蔽。
圖4示出圖3中的集成電路管芯在光阻和蝕刻之后的放大側(cè)視圖400。圖4示 出了集成電路管芯102、凸點下金屬化層(UBM)基底302和304、光阻層402、 以及孔404。
在圖4中，所述光阻層402形成在凸點下金屬化層基底302上并被蝕刻在集
6點下金屬化層基底 304上不需要光阻層；然而，可以在凸點下金屬化層基底304上形成光阻層，以實 現(xiàn)在所附權(quán)利要求范圍內(nèi)的其他實施例。
圖5示出圖4中的集成電路管芯在線路面形成焊料凸點以及在背面凸點下金 屬化層上形成連續(xù)焊料層之后的放大側(cè)視圖500。圖5示出了集成電路管芯102、 凸點下金屬化層(UBM)基底302和304、光阻層402、焊料凸點502、以及焊料 層504。
在圖5中，所述焊料凸點502例如通過凸塊制程被穿過光阻層中的孔鍍在凸 點下金屬化層(UBM)基底302上，使得集成電路管芯102和集成電路封裝基片 之間電接觸。同樣的方法可以被用來將連續(xù)焊料層504鍍在無光阻層的凸點下金 屬化層(UBM)基底上。凸塊制程后，所述光阻層402如通過蝕刻過程被除去。
封裝組件期間，圖1中的蓋子106被焊接到具有焊料504的集成電路管芯102 的背部，例如，通過同一個附著于封裝組件過程中用的回流過程的焊球。所述蓋 子106可以用例如厚度小于5微米的焊料層焊接到集成電路管芯102的背面。所 述焊料504具有大約50-60W/mK導(dǎo)熱率和低接觸熱阻。結(jié)果，圖1中的倒裝芯片 封裝的散熱性能改良一個數(shù)量級或以上。
在一個實施例中，集成電路封裝包括具有線路面和與該線路面相對的背面 的集成電路管芯；在背面形成的凸點下金屬化層；在凸點下金屬化層上形成的一 層焊料。
圖6示示出具有焊接至圖5中的集成電路管芯背面的金屬蓋的集成封裝側(cè)視 圖600;圖6示出了集成電路管芯102、金屬蓋106、底部填充粘合劑108、蓋密 封IIO、基底114、焊球116、焊料凸點502、以及焊料層504。
在圖6中，圖5中的管芯102被倒置使得線路面朝下，因此稱為"倒裝芯片"。 圖1中的熱化合物被焊料層504取代，有利地增加導(dǎo)熱率同時降低接觸電阻。結(jié) 果，圖6中的集成電路封裝與圖1相比具有較好的散熱性能。在一個實施例中， 所述焊料層是連續(xù)焊料層，如圖5中焊料層504的例子。在其他的實施例中，焊 料層可以不連續(xù)，如圖7中的單個焊料凸點。
圖7示出圖4中的集成電路管芯在線路面形成焊料凸點以及在背面凸點下金 屬化層結(jié)構(gòu)上形成多個焊料凸點之后的放大側(cè)視圖。圖7示出了集成電路管芯102、凸點下金屬化層(UBM)基底302和304、光阻層402和702、以及單個焊料凸點 502和704。
圖7的實施例中，焊料層由多個焊料凸點704組成。所述焊料凸點704被鍍 在集成電路管芯102背面的凸點下金屬化層(UBM)基底304上，例如，以與在 凸點下金屬化層(UBM)基底302上的焊料凸點502同樣的方式。凸塊制程后， 光阻層402和704被除去，例如通過蝕刻過程。封裝組件期間，圖1中的蓋子106 焊接至集成電路管芯102背部，例如，通過同樣的附加于使用在封裝組件過程中 的回流過程的焊球。
圖8示出了具有焊接至圖7中集成電路管芯背部的散熱片結(jié)構(gòu)的集成封裝的 側(cè)視圖800。圖8示出了集成電路管芯102、底部填充粘合劑108、蓋密封110、 基底114、焊球116、焊料凸點502和704以及散熱片結(jié)構(gòu)802。
在圖8中，圖7中的集成電路管芯102被倒置使線路面朝下。在這個實施例 中，覆蓋在集成電路管芯102上的蓋子是散熱片結(jié)構(gòu)802。所述散熱片結(jié)構(gòu)802與 圖1中的蓋子106相比具有更大面積用以消散來自集成電路管芯102熱量。散熱 片結(jié)構(gòu)802通過單個的焊料凸點704焊接至集成電路管芯102的背部。在另一實 施例中，與圖1中使用的相同熱化合物被添加在焊料凸點704之間以改良導(dǎo)熱性。 由于這些改進(jìn)，圖8中的集成電路封裝與圖1和2相比具有較好的散熱性能。散 熱片結(jié)構(gòu)802可以是例如由銅或銅合金制成的有翅散熱片。在這個實施例中，在 集成電路管芯102背面形成的焊料層由在圖7中的凸點下金屬化層(UBM)基底 304上形成的多個焊料凸點704組成。
在另一實施例中， 一種制造集成電路封裝的方法，包括以下步驟提供一集 成電路管芯，其具有線路面和與該線路面相對的背面；在所述背面形成凸點下金 屬化層；在所述凸點下金屬化層上形成一層焊料。
圖9示出了制造圖6或圖8中的集成電路封裝的流程圖卯0。
步驟902是流程圖900的入口點。
在步驟904中，凸點下金屬化層304形成在集成電路管芯上與線路面相對的 背面，例如，通過使用在圖1中倒裝芯片封裝中線路面上形成凸點下金屬化層的 相同過程。
在步驟906中，焊料層形成在凸點下金屬化層304上，例如，通過電鍍過程。焊料層可以是例如圖5中的連續(xù)焊料層或圖7中的多個焊料凸點704 步驟卯8是流程圖900的出口點。
圖10示出了圖6中集成電路封裝具有接地蓋子的側(cè)視圖。圖10示出了集成 電路管芯102、金屬蓋子106、底部填充粘合劑108、封裝基底114、焊球116、焊 料凸點502、焊料層1002、非傳導(dǎo)性粘合劑1004、以及電連接1006。
在圖10中，焊料層1002是圖5中的連續(xù)的焊料層。在其他實施例中，焊料 層1002可以是圖7中的多個焊料凸點704。金屬蓋子106利用非傳導(dǎo)性粘合劑1004 連接至封裝基底。導(dǎo)電材料1006連接金屬蓋子106至電連接、接地或封裝基底114 的頂端金屬層內(nèi)的其他電路連接。可選擇地，附著有環(huán)氧樹脂或其他導(dǎo)電材料的 導(dǎo)電蓋子可以用在封裝基底114的特定區(qū)域，以電連接金屬蓋106至接地平面， 或至封裝基底114內(nèi)部不是或除電連接1006之外的連接。
通過使用集成電路管芯102和金屬蓋106之間的焊料層1002，接地的金屬蓋 可以作為集成電路管芯106背側(cè)的接地平面使用。
在另外的實施例中，集成電路管芯包括線路面和與線路面相對的背面，例如， 如圖3所示。凸點下金屬化層形成在背面上，且一層焊料形成在凸點下金屬化層 上。所述焊料層可以用作例如用于集成電路管芯以及用于將管芯并入各種封裝方 案的接地平面。
在其他實施例中，制造集成電路管芯的方法包括在管芯上形成線路面以及 與該線路面相對的背面，例如，如圖3所示。在所述背面形成凸點下金屬化層， 以及在凸點下金屬化層上形成一層焊料。
雖然上述流程圖所描述的方法被描述以及顯示為關(guān)于執(zhí)行在具體命令中的具 體步驟，但在沒有脫離權(quán)利要求的范圍時這些步驟可以被合并、細(xì)分或重新安排。 除非特別說明外，步驟的順序和分組不限制本發(fā)明。
雖然在此公開的本發(fā)明己經(jīng)通過具體實施例及其應(yīng)用被描述，在沒有偏離本 發(fā)明所載明的下列權(quán)利要求的范圍時，熟知該領(lǐng)域的技術(shù)人員可能對之作出許多 修改和變化。
上述的具體實施例及其應(yīng)用僅用于說明的目的，不排除修改和變化，可在以 下權(quán)利要求范圍內(nèi)進(jìn)行。
權(quán)利要求
1、一種集成電路封裝，包括一集成電路管芯，其具有一線路面和一與所述線路面相對的背面；一在所述背面上形成的凸點下金屬化層；及一層在所述凸點下金屬化層上形成的焊料。
2、 如權(quán)利要求l所述的集成電路封裝，還包括焊接至具有所述焊料層的所述 凸點下金屬化層的一金屬蓋。
3、 如權(quán)利要求2所述的集成電路封裝，還包括固定至所述金屬蓋的一封裝基底。
4、 如權(quán)利要求3所述的集成電路封裝，還包括在所述金屬蓋與所述封裝基底 之間形成的一電連接。
5、 如權(quán)利要求3所述的集成電路封裝，還包括在所述金屬蓋與一集成電路管 芯的一背側(cè)之間形成的一電連接。
6、 如權(quán)利要求3所述的集成電路封裝，還包括一粘合劑，其用于將所述封裝 基底固定至所述金屬蓋。
7、 如權(quán)利要求1所述的集成電路封裝，所述焊料層包括一連續(xù)的焊料層。
8、 如權(quán)利要求l所述的集成電路封裝，所述焊料層包括多個焊料凸點。
9、 如權(quán)利要求8所述的集成電路封裝，還包括在所述焊料凸點之間的一熱化 合物。
10、 如權(quán)利要求1所述的集成電路封裝，還包括散熱片結(jié)構(gòu)，其焊接至在所 述集成電路管芯的所述背面形成的所述凸點下金屬化層。
11、 一種制造集成電路封裝的方法，包括以下步驟 提供一具有一線路面和一與所述線路面相對的背面的集成電路管芯；在所述背面形成一凸點下金屬化層；及 在所述凸點下金屬化層上形成一層焊料。
12、 如權(quán)利要求ll所述的方法，還包括一步驟焊接一金屬蓋至具有所述焊 料層的所述凸點下金屬化層。
13、 如權(quán)利要求12所述的方法，還包括一步驟固定一封裝基底至所述金屬蓋。
14、 如權(quán)利要求13所述的方法，還包括一步驟在所述金屬蓋與所述封裝基 底之間形成一電連接。
15、 如權(quán)利要求13所述的方法，還包括一步驟在所述金屬蓋與一集成電路 管芯的背部之間形成一電連接。
16、 如權(quán)利要求13所述的方法，還包括一步驟通過導(dǎo)電粘合劑將所述封裝 基底固定至所述金屬蓋。
17、 如權(quán)利要求ll所述的方法，還包括一步驟將所述焊料層形成為一連續(xù) 的焊料層。
18、 如權(quán)利要求ll所述的方法，還包括一步驟將所述焊料層形成為多個焊 料凸點。
19、 如權(quán)利要求ll所述的方法，還包括一步驟在所述焊料凸點之間形成一 熱化合物。
20、 如權(quán)利要求ll所述的方法，還包括一步驟焊接一散熱片結(jié)構(gòu)至在所述 集成電路管芯的所述背面形成的所述凸點下金屬化層。
21、 一種集成電路管芯，包括 一線路面和一與所述線路面相對的背面； 一在所述背面形成的凸點下金屬化層；及 一層在所述凸點下金屬化層上形成的焊料。
22、 一種制造集成電路管芯的方法，包括在一管芯基底上形成一線路面和一與所述線路面相對的背面； 在所述背面形成一凸點下金屬化層；及 在所述凸點下金屬化層上形成一層焊料。
全文摘要
集成電路管芯，包括線路面和與所述線路面相對的背面。在所述背面形成一凸點下金屬化層。在所述凸點下金屬化層上形成一層焊料。
文檔編號H01L23/043GK101652856SQ200780052037
公開日2010年2月17日 申請日期2007年9月28日 優(yōu)先權(quán)日2007年5月25日
發(fā)明者扎夫·S·庫特路 申請人:Lsi公司