專利名稱：一種裝配半導(dǎo)體元件到襯底上的構(gòu)件及其裝配方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及裝配半導(dǎo)體元件到襯底上的構(gòu)件及其裝配方法，特別涉及裝配下述半導(dǎo)體元件到襯底上的構(gòu)件及其裝配方法，其中，把有凸起(bump)的半導(dǎo)體元件(芯片)裝配到柔韌襯底等的導(dǎo)電部分上。
參考

圖1A到圖1D，敘述現(xiàn)有技術(shù)。圖1A到圖1D表示常規(guī)例子中裝配半導(dǎo)體元件方法的工序圖。
如圖1A所示，裝配具有由金構(gòu)成的凸起102的半導(dǎo)體芯片103到柔韌襯底101上，該襯底具有作為導(dǎo)電部分的導(dǎo)體圖形100。此處，用錫鍍覆導(dǎo)體圖形100的表面。至于這些凸起的數(shù)目，如果半導(dǎo)體芯片用作IC(集成電路)，其數(shù)目對應(yīng)于端子的數(shù)目，通常，該芯片具有幾十到幾百個(gè)凸起。
如圖1B所示，如此設(shè)置襯底和芯片，使凸起102和導(dǎo)體圖形100相互接觸，然后把它們相互熱壓。在280℃到600℃下進(jìn)行該工藝，每個(gè)凸起大約為100μm的方塊，對其以10到60gf的負(fù)載加壓。結(jié)果，凸起102和鍍在導(dǎo)體圖形表面的錫，形成金錫合金層104。因此，半導(dǎo)體芯片103被固定并電連接到柔韌的襯底101上。
如圖1C所示，接著把流體的樹脂105施加到半導(dǎo)體芯片103和柔韌的襯底101之間，并填充到芯片的側(cè)面，最后形成如圖1D所示的半導(dǎo)體芯片的裝配構(gòu)件。
圖2表示另一個(gè)傳統(tǒng)例子的半導(dǎo)體元件的裝配構(gòu)件剖面圖。和圖1A到圖1D所示的元件具有相同功能的元件，用相同的標(biāo)號表示。在該例中，把具有分散在其中的導(dǎo)電顆粒106的各向異性導(dǎo)電膜107設(shè)在柔韌襯底101上，襯底101在其上形成導(dǎo)電圖形100。同時(shí)通過加熱，把具有凸起102的半導(dǎo)體芯片103壓在各向異性的導(dǎo)電膜107上面。利用各向異性導(dǎo)電膜107中的導(dǎo)電顆粒106來電連接柔韌襯底101上的凸起102和導(dǎo)體圖形100。利用由加熱固化的各向異性導(dǎo)電膜107連接半導(dǎo)體芯片103和柔韌襯底101。
在此情況下，所加的壓力和圖1A到1D的情況相似，而不需要圖1A到圖1D所示形成合金層的溫度，只需要固化各向異性導(dǎo)電膜107；這意味著設(shè)定溫度大約200℃。
在圖1A到圖1D所示的傳統(tǒng)例子中，在制成如圖1D所示的產(chǎn)品時(shí)，要進(jìn)行電測試等工序。即在凸起102和柔韌襯底101的導(dǎo)體圖形100之間形成合金層104后，進(jìn)行檢驗(yàn)該產(chǎn)品，然后涂覆樹脂105作為填料。然而，在此情況下，通過合金層104已經(jīng)把半導(dǎo)體芯片103牢固地固定在柔韌襯底101上。
因此，在制成產(chǎn)品后通過電測試等，如發(fā)現(xiàn)半導(dǎo)體芯片103有缺陷，則需要?jiǎng)兊羧犴g襯底101上面的導(dǎo)體圖形100，以便除去有缺陷的半導(dǎo)體芯片103。這意味著著不能重復(fù)利用柔韌襯底101，導(dǎo)致浪費(fèi)。
而且，在圖1B所示的加熱步驟，形成合金層104，在柔韌襯底101導(dǎo)體圖形100表面上的錫，容易和凸起102相結(jié)合。結(jié)果，出現(xiàn)這種情況，合金層104大大地伸出半導(dǎo)體芯片103的凸起102和導(dǎo)體圖100之間的連接處。如此形成的合金層104直接地和相鄰?fù)蛊鸹蛘咂渌鼘?dǎo)體圖形相互接觸，引起邊緣漏電。
還有，由于該襯底是柔韌的襯底，如果襯底在圖3所示的圓圈部分A彎曲，過大的合金層104容易和半導(dǎo)芯片103端面相互接觸。
在如圖2所示的裝配構(gòu)件和裝配方法中，采用各向異性導(dǎo)電膜107。然而，導(dǎo)電顆粒106在膜中不總是均勻地分散。在某些區(qū)域?qū)щ婎w粒106以相對大的密度存在。大顆粒密度的這些位置可能使作為半導(dǎo)體芯片103的連接區(qū)的電路受到損傷。
此外，導(dǎo)電顆粒106在凸起102和柔韌襯底101之間起電連接的作用，但導(dǎo)電顆粒106的不均勻性增大連接電阻，或者增大不可靠的連接，在最壞情況下，引起斷路。
本發(fā)明的目的是提供半導(dǎo)體元件的裝配構(gòu)件及其制造方法，其中如果在制成產(chǎn)品后，半導(dǎo)體芯片出現(xiàn)缺陷，則可能替換有缺陷的芯片，以便重復(fù)利用襯底，而且還可能建立一個(gè)穩(wěn)定的通路而不引起通常產(chǎn)生的任何邊緣漏電問題。
為了獲得上述目的和實(shí)現(xiàn)本發(fā)明，本發(fā)明的要點(diǎn)如下按照本發(fā)明的第一方面，一種通過凸起裝配具有凸起的半導(dǎo)體元件到襯底的導(dǎo)電部分的半導(dǎo)體元件/襯底裝配構(gòu)件，其特征是，這些凸起被熔成合金(alloyed)，以便與襯底的導(dǎo)電部分連接在一起，形成的合金部分穿透樹脂膜，該樹脂膜覆蓋包含有導(dǎo)電部分的襯底。
按照本發(fā)明的第二方面，具有上述第一特征的半導(dǎo)體元件/襯底裝配構(gòu)件，其特征在于襯底是柔韌型的襯底。
按照本發(fā)明的第三方面，具有上述第一特征的半導(dǎo)體元件/襯底裝配構(gòu)件，其特征在于，該樹脂膜具有在一定溫度范圍內(nèi)引起交鏈的特性，在該溫度范圍內(nèi)，襯底上的凸起和導(dǎo)電部分變成合金。
按照本發(fā)明的第四方面，用于裝配有凸起的半導(dǎo)體元件使各凸起連到襯底導(dǎo)體部分的半導(dǎo)體元件裝配方法，包括下列步驟第1步驟，把樹脂膜覆蓋在具有導(dǎo)電部分的襯底上，第2步驟，進(jìn)行熱壓使凸起穿透樹脂膜和導(dǎo)電部分相互接觸，第3步驟，進(jìn)行熱壓使凸起和導(dǎo)電部分在半導(dǎo)體元件和襯底之間形成合金。
按照本發(fā)明的第五方面，有上述第四特征的半導(dǎo)體元件裝配方法，其特征是，該襯底是柔韌型的襯底。
按照本發(fā)明第六方面，具有上述第四特征的半導(dǎo)體元件的裝配方法，其特征是，該樹脂膜具有這樣的特性，即在第2步驟期間不發(fā)生交鏈反應(yīng)，在第3步驟期間發(fā)生交鏈反應(yīng)以固化樹脂膜。
按照上述方案在把半導(dǎo)體元件凸起和導(dǎo)電部分形成合金之前，已經(jīng)進(jìn)行適當(dāng)?shù)碾姕y試。因此，當(dāng)通過測試判斷出半導(dǎo)體芯片有缺陷時(shí)，能容易替換有缺陷的半導(dǎo)體芯片，使襯底本身重復(fù)使用。因此，和傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)相比較，可以減少浪費(fèi)，于是提高成本的效益。
此外，由于當(dāng)通過熱壓形成合金層時(shí)，由樹脂膜包圍每個(gè)凸起，所以不會出現(xiàn)使鍍在導(dǎo)體圖形表面上的錫朝向凸起聚集，并形成從半導(dǎo)體芯片端面延的合金層的現(xiàn)象，即不發(fā)生上述的現(xiàn)有技術(shù)的問題。結(jié)果，可以解決傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)發(fā)生的邊緣漏電的問題。
尤其對于具有柔韌性的柔韌襯底，上述效果更有效。
圖1A到圖1D是表示按照已有技術(shù)例子把半導(dǎo)體元件裝配到襯底的工藝步驟圖；圖2是表示按照已有技術(shù)另一例子把半導(dǎo)體元件裝配到襯底的方法的剖面圖3是表示如圖1A到圖1D所示已有技術(shù)例子中存在的問題的剖面圖；圖4A到圖4D是表示按照本發(fā)明實(shí)施例把半導(dǎo)體元件裝配到襯底上的工藝步驟圖。
下面參考圖4A到圖4D敘述本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例。圖4A到圖4D是表示按照本發(fā)明半導(dǎo)體元件裝配方法的工藝步驟圖。和圖1A到圖1D所示已有實(shí)施例的元件有相同功能的元件，用相同的標(biāo)號表示。
如圖4A所示，在本實(shí)施例中，具有由金構(gòu)成的凸起102的半導(dǎo)體芯片103裝配到其上形成有導(dǎo)體圖形100的柔韌的襯底101上。柔韌襯底101中的絕緣材料是由聚酰亞胺或聚脂制成，導(dǎo)體圖形100由銅制成，銅的表面鍍錫。
其中，導(dǎo)體圖形100的鍍錫厚度為0.1-5μm，凸起的高度是5-50μm。
如圖4B所示，首先，把樹脂膜1涂覆在導(dǎo)體圖形100和柔韌襯底101的表面上，樹脂材料膜1可以采用環(huán)氧樹脂，聚脂、氟樹脂，和上述樹脂的任意合成樹脂。更具體地說明，例如，能用圖2所示傳統(tǒng)例子中利用的除掉導(dǎo)電顆粒106的各向異性導(dǎo)電膜107。該厚度至少為10μm，并且大于凸起102的高度。
接著，如圖4C所示，在加熱的同時(shí)，將半導(dǎo)體芯片103的凸起102對著柔韌襯底101上面的導(dǎo)體圖形100壓上去，它們之間夾有樹脂膜1。設(shè)定這樣的溫度范圍，使樹脂膜1變軟但是不固化。設(shè)定加熱溫度大約為100℃。
因?yàn)殡婂兤陂g晶體生長，使得凸起102表面和導(dǎo)體圖形100的鍍錫表面變得粗糙，則在上述熱壓工藝期間，凸起102和導(dǎo)體圖形100，彼此穿過樹脂膜1相互接觸。
在半導(dǎo)體芯片103和柔韌襯底101電連接時(shí)，要進(jìn)行必要的電測試。在這階段，遠(yuǎn)沒完成最后產(chǎn)品裝配，通過暫時(shí)電連接進(jìn)行測試。在此情況，一旦凸起102和導(dǎo)體圖形100相互接觸，則即使半導(dǎo)體芯片103不壓向柔韌的襯底101，該連接狀態(tài)也繼續(xù)下去。還有，最好輕微加壓，以便保證電連接。由這些測試結(jié)果可知，如果半導(dǎo)體芯片103出現(xiàn)缺陷，則從柔韌襯底101上除掉半導(dǎo)體芯片103。
在傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)中，由于不可避免的是在凸起102和導(dǎo)體圖形100之間形成合金層104后除掉有缺陷芯片時(shí)，在用力除掉有缺陷的芯片時(shí)，則同時(shí)也要整個(gè)剝掉導(dǎo)體圖形100，這樣就不可能重新利用襯底。相反，按照本實(shí)施例，只是使凸起102和導(dǎo)體圖形100觸接，而不是相互連接，則可以容易除掉有缺陷芯片，而不會在柔韌襯底的導(dǎo)體圖形100中引起高應(yīng)力。
電測試結(jié)果，如果沒發(fā)現(xiàn)問題，則把半導(dǎo)體芯片103和柔韌襯底101熱壓在一起，使凸起102和導(dǎo)體圖形100形成合金層104，于是完成可靠的芯片和襯底的連接，如圖4D所示。其中，熱壓條件和圖1A-圖1D所示的情況相同。具體地說，在280℃到600℃的溫度下進(jìn)行該工藝，每個(gè)凸起是大約100μm的方塊，加壓為10到60gf。
當(dāng)形成上述合金層104時(shí)，樹脂膜1也變成固化。采用這種方式，必須由于樹脂膜1在高溫范圍下交鏈實(shí)現(xiàn)固化或硬化，在此高溫范圍能形成合金層。因此本實(shí)施例采用具有高溫固化特性的樹脂膜。
如前所述，在本實(shí)施例，由于在如圖4C所述前步驟之前，即在由半導(dǎo)體芯片103的凸起102和柔韌襯底101的導(dǎo)電圖形100形成合金層104前，進(jìn)行電檢測，如果發(fā)現(xiàn)有缺陷的半導(dǎo)體芯片103，能容易替換有缺陷的半導(dǎo)體芯片103，這樣能重復(fù)地利用柔韌襯底101。這和傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)相比能提高成本的效益減少浪費(fèi)。
還有，因?yàn)樵谌鐖D4C所示的步驟，凸起102穿透樹脂膜1，如圖4D所示，為了形成合金層，通過熱壓工藝由樹脂膜1已經(jīng)覆蓋各凸起102。因此，下述現(xiàn)象沒有發(fā)生，即在導(dǎo)體圖形100表面上的鍍錫聚向凸起102，并由此形成從半導(dǎo)體芯片端面向外延伸的合金層。也就是已有技術(shù)中存在的問題不再出現(xiàn)。結(jié)果，可以解決傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)中產(chǎn)生的邊緣漏電問題。
當(dāng)把具有柔韌特性的柔韌襯底用作本實(shí)施例的襯底時(shí)，在生產(chǎn)或者用于圖3所示的情況時(shí)，可使襯底彎曲。這在傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)中引起漏電。但是按照本實(shí)施例，可以解決該問題，這樣使這種結(jié)構(gòu)特別適合于具有柔韌特性的柔韌襯底。
在本實(shí)施例，取代采用圖2所述各向異性導(dǎo)電膜，通過由合金層104構(gòu)成半導(dǎo)體芯片103和柔襯底101之間的電連接，使得可以產(chǎn)生可靠的電連接。
雖然，在上述實(shí)施例中，利用金作為凸起102的材料和利用錫電鍍導(dǎo)體圖形100的表面，在其它實(shí)施例中，也可以利用焊錫作為凸起102的材料，和利用金涂鍍導(dǎo)體圖形100。在此情況，凸起102的高度為5-100μm，鍍在導(dǎo)體圖形100上的金厚度優(yōu)選為0.05μm或以上。至于相應(yīng)于圖4D步驟中所用溫度200-350℃是合適的。所用壓力設(shè)為與上述實(shí)施例相同。
雖然，在上述實(shí)施例中，是使用由其上具有導(dǎo)體圖形100的絕緣材料構(gòu)成的柔韌襯底101作為襯底，但也可以使用在襯底和圖形之間提供粘合層的結(jié)構(gòu)。襯底的材料不限于其柔韌性，也可以使用由有機(jī)材料構(gòu)成的硬襯底或陶瓷襯底。作為硬襯底可能使用的材料包括環(huán)氧樹脂、玻璃環(huán)氧樹脂、聚四氟乙烯、酚醛樹脂。作為陶瓷襯底的材料包括氧化鋁、氧化鋯，氮化硅和碳化硅陶瓷。
如前所述，按照本發(fā)明，當(dāng)從電測試等判定出半導(dǎo)體芯片為有缺陷的半導(dǎo)體芯片時(shí)，能容易地只換掉有缺陷的半導(dǎo)體芯片，使得能重復(fù)地利用要裝配半導(dǎo)體芯片的襯底。因此和傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)比較可能減少浪費(fèi)，提高成本的效益。
此外，利用半導(dǎo)體芯片的凸起和襯底的導(dǎo)體圖形形成合金層不會從半導(dǎo)體芯片的端面延伸出，使得可以消除由于合金層和圖形等的其它區(qū)域接觸或者和半導(dǎo)體芯片本身的端面接觸而產(chǎn)生的傳統(tǒng)的漏電問題。
本發(fā)明不使用各向異性導(dǎo)電膜，而利用合金層在半導(dǎo)體芯片和襯底之間形成電連接，所以可能產(chǎn)生可靠的電連接。
權(quán)利要求
1.一種半導(dǎo)體元件/襯底裝配構(gòu)件，利用各凸起把具有凸起的半導(dǎo)體元件裝配到襯底的導(dǎo)體部分上，其特征在于，將所述凸起形成合金，以便和襯底上的導(dǎo)體部分連在一起，該合金部分穿過一樹脂膜而形成，該樹脂膜設(shè)置為覆蓋包含導(dǎo)體部分的襯底。
2.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體元件/襯底裝配構(gòu)件，其特征在于，所述襯底是柔韌型的襯底。
3.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體元件/襯底裝配構(gòu)件，其特征在于，所述樹脂膜在使所述各凸起和所述襯底上的導(dǎo)電部分形成合金的溫度范圍內(nèi)，具有交鏈的特性。
4.一種半導(dǎo)體元件的裝配方法，用于裝配具有凸起的半導(dǎo)體元件，使各凸起和襯底的導(dǎo)電部分相連，其包括下列步驟第1步驟，在具有所述導(dǎo)電部分的所述襯底上覆蓋一樹脂膜；第2步驟，進(jìn)行熱壓使所述凸起穿透該所述樹脂膜和所述導(dǎo)電部分接觸；以及第3步驟，進(jìn)行熱壓使所述各凸起和所述導(dǎo)電部分在所述半導(dǎo)體元件和襯底之間形成合金。
5.如權(quán)利要求4所述的半導(dǎo)體元件裝配方法，其特征在于，所述襯底是柔韌型的襯底。
6.如權(quán)利要求4所述的半導(dǎo)體元件裝配方法，其特征在于，所述樹脂膜具有下述特性，在第2步驟期間沒有交鏈反應(yīng)發(fā)生，但在第3步驟期間交鏈反應(yīng)發(fā)生，以便固化該樹脂膜。
全文摘要
一種半導(dǎo)體元件/襯底裝配構(gòu)件,通過下列步驟形成:在第1步驟,在具有導(dǎo)電部分的襯底上覆蓋樹脂膜;在第2步驟,進(jìn)行熱壓,使凸起穿過樹脂膜和導(dǎo)電部分接觸;在第3步驟,進(jìn)行熱壓,使凸起和導(dǎo)電部分在半導(dǎo)體元件和襯底之間形成合金。
文檔編號H01L21/56GK1175089SQ97115428
公開日1998年3月4日 申請日期1997年7月23日 優(yōu)先權(quán)日1996年7月25日
發(fā)明者山本誠一 申請人:夏普公司