FR2848024A1

FR2848024A1 - Encapsulage de circuit integre permettant d'ameliorer la surface de montage de puces

Info

Publication number: FR2848024A1
Application number: FR0313942A
Authority: FR
Inventors: Hung Lin Chung; Liang Chung Cho; M L Huang; Jesse Huang
Original assignee: Chipmos Technologies Bermuda Ltd; Chipmos Technologies Inc
Current assignee: Chipmos Technologies Inc
Priority date: 2002-11-29
Filing date: 2003-11-27
Publication date: 2004-06-04
Anticipated expiration: 2023-11-27
Also published as: GB0327510D0; GB2396964A; TW200409252A; FR2848024B1; GB2396964B; DE10355068A1; US20040106233A1; DE10355068B4; TW582078B; US6960491B2

Abstract

Un procédé d'encapsulage permettant d'améliorer la surface efficace de la puce est divulgué dans la présente invention. Une pâte liquide à l'état A se forme sur un substrat et polymérise partiellement pour se transformer en un film à l'état B. Le film à l'état B est maintenu sans polymériser complètement lors d'une étape de fixation de la puce et une étape de connexion électrique. Durant l'étape de moulage, la pression de garnissage pour le composé de moulage (1000 psi - 1500 psi) est supérieure à la pression de fixation de la puce pour permettre la forte compression du film à l'état B afin d'améliorer la surface efficace de montage de la puce. Le film à l'état B et le composé de moulage polymérisent simultanément pendant l'étape de moulage.

Description

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ENCAPSULAGE DE CIRCUIT INT GR PERMETTANT D'AM LIORER LA

SURFACE EFFICACE DE MONTAGE DE PUCES

CHAMP D'APPLICATION DE L'INVENTION La présente invention se rapporte à un procédé permettant de réaliser un boîtier de circuit intégré, en particulier à un procédé permettant de réaliser un boîtier de circuit intégré en vue d'améliorer la surface efficace de montage de puces à l'aide d'un film à l'état B constituant le matériau de 10 montage d'une puce.

BASE DE L'INVENTION La technique conventionnelle consiste à utiliser un mélange 15 composé devant constituer le matériau de fixation des puces, telle que décrit dans le Brevet de Taiwan R.O.C. n0 455 970 intitulé " boîtiers multipuces superposés ". Le composé à l'état B sert à l'adhérence de deux puces, il n'exerce aucune tension entre les deux puces du fait que les deux puces ont le même coefficient thermique. Le composé à l'état B est ainsi hermétiquement 20 scellé dans le composé de moulage de telle sorte que l'adhérence du composé à l'état B n'est pas absolument nécessaire.

Lorsqu'un composé à l'état B est directement configuré pour faire adhérer une puce à un substrat dans un boîtier de circuit intégré, comme indiqué sur la Fig. 1, un composé à l'état B 13 est tout d'abord appliqué sur la 25 surface de montage 11 de la puce du substrat 10. La surface arrière 23 de la puce 20 est ensuite compressée sur la surface de montage 11 de la puce du substrat 10. Le composé à l'état B 13 est chauffé lors de la compression pour devenir un film complètement polymérisé à l'état C 13 qui assure l'adhérence de la puce 20 au substrat 10 au cours de l'étape de fixation de la puce. Le film 30 à l'état C 13 ne sera pas modifiée au cours de l'étape physique et ne subira aucune réaction chimique aux cours des opérations suivantes, notamment l'étape de moulage. Les fils de connexion 30 qui sont constitués selon la technique de microsoudage des fils relient les plots de connexion 21 sur la surface active 22 de la puce 20 aux plots 12 du substrat 10, une phase de 35 moulage intervient ensuite. Le composé à l'état B 13 est toutefois formé par impression ou par une autre méthode de dispersion du liquide permettant d'éviter une surface de fixation qui ne soit pas totalement plate, et ne puisse assurer la forte adhérence de la puce 20 et du substrat 10 par pression de la puce 20.

Un effet de grenaille peut se produire lors de l'exécution d'un test 5 de fiabilité tel qu'un test d'humidité ou de déverminage après encapsulage. Par conséquent, lorsque la puce 20 est séparée du substrat 10 avant moulage dans un test, il est évident que le film à l'état C 13 sur le substrat 10 comporte une faible surface efficace de montage de puce, seulement 50% par rapport à la surface complète de montage de puce sur le substrat 10, voire inférieure à 10 30% (comme indiqué sur la Fig. 2). Pour cette raison, le film à l'état C 13 formé lors de l'étape de fixation de la puce du procédé conventionnel n'est pas suffisant pour l'adhérence de la puce 20 et du substrat 10, et il existe également des vides ou des trous entre la puce 20 et le substrat 10.

R SUM L'objet premier de cette invention est d'offrir un procédé pour boîtier de circuit intégré permettant d'améliorer la surface efficace de montage de la puce. Lors d'une phase de fixation de la puce et d'une phase de 20 connexion électrique, un matériau de montage de la puce sur un substrat est maintenu comme film à l'état B pour le montage d'une puce. Un composé de moulage se forme ensuite sur le substrat. Du fait que la pression d'encapsulage pour le composé de moulage est supérieure à la pression de fixation de la puce, le film à l'état B peut ensuite assurer une re-fixation plus 25 forte de la puce pour améliorer la surface efficace de montage de la puce pendant l'étape de moulage.

Le deuxième objet de cette invention est d'offrir un procédé d'encapsulage en utilisant un film à l'état B comme matériau de montage de la puce. Le film à l'état B assure la fixation parfaite de la puce et du substrat. Du 30 fait que la température de transition vitreuse (Tg) du film à l'état B est inférieure à la température de fixation de la puce et que la température de thermodurcissage du film est inférieure à la température de thermodurcissage du composé de moulage, le film à l'état B peut être fortement compressé entre la puce et le substrat pour éliminer les vides ou les trous qui se forment durant 35 l'étape de moulage.

Selon cette invention, un procédé d'encapsulage pour améliorer la surface efficace de montage de la puce comprend un grand nombre d'étapes, comme indiqué ci-après. La première étape consiste à apporter un substrat comportant une surface de fixation de la puce. Une pâte liquide à l'état A 5 comportant un matériau thermodurcissable et un solvant est ensuite appliquée à la surface de fixation de la puce du substrat. Le substrat est ensuite chauffé afin d'éliminer le solvant de la pâte liquide à l'état A, la pâte liquide à l'état A se transformant ainsi en un film sec à l'état B sans complètement polymériser.

Une puce est fixée à la surface de fixation de la puce du substrat par 10 adhérence du film à l'état B, mais le film à l'état B ne polymérise pas complètement durant l'étape de fixation de la puce. La puce est ensuite connectée électriquement au substrat auquel adhère le film à l'état B lors de l'étape suivante. Enfin, un composé de moulage se forme lors de l'étape de moulage. Le film à l'état B est actif pendant l'étape de moulage. La pression 15 d'encapsulage pour le composé de moulage est d'environ 1000 psi-1500 psi supérieure à la pression de fixation de la puce, de sorte que le film à l'état B peut être fortement compressé pour re-fixer la puce afin d'améliorer la surface efficace de montage de la puce. De préférence, la température de chauffage pendant l'étape de moulage est d'environ 150'C - 200 C supérieure à la 20 température de polymérisation complète du film à l'état B de façon à polymériser simultanément le film à l'état B et le composé de moulage.

DESCRIPTION DES DESSINS

La Fig. 1 est une vue en coupe d'un substrat avec une puce fixée dans un boîtier de circuit intégré conventionnel.

La Fig. 2 est une photo présentant la surface efficace de montage de puce sur le substrat dans un boîtier de circuit intégré conventionnel.

La Fig. 3 est le schéma fonctionnel de l'encapsulage permettant 30 d'améliorer la surface efficace de montage de la puce selon une présentation de la présente invention.

Les Fig. 4A à 4F sont des vues en coupe du substrat dans le procédé d'encapsulage selon la présentation de la présente invention.

La Fig. 5 est une vue en coupe d'un boîtier de circuit intégré réalisé 35 selon le procédé d'encapsulage conformément à la présentation de la présente invention. La Fig. 6 est une vue en coupe d'un substrat avec une puce fixée dans un moule selon une autre présentation de la présente invention.

DESCRIPTION D TAILL E DE LA PR SENTE INVENTION En regard des dessins annexés, la présente invention sera décrite au moyen des présentations cidessous.

Conformément à une présentation de la présente invention, le procédé d'encapsulage permettant d'améliorer la surface efficace de montage 10 de la puce comprend les étapes telles qu'indiquées dans la Fig. 3.

Comme indiqué dans la Fig. 3 et la Fig. 4A, la première étape 101 consiste en l'apport d'un substrat 110, le substrat 110 est un substrat de fils microsoudés à haute densité pour un boîtier de circuit intégré, tel qu'une carte à circuits imprimés BT, un bloc de connexions à film mince ou un film de 15 montage des circuits. Le substrat 110 comporte une surface de fixation de puce 111, et un grand nombre de plots (ou pattes) de connexion 112 sont formés à la surface de montage de la puce 111 pour la connexion électrique avec la puce 130. Mais l'emplacement des plots de connexion 112 n'est pas limité, les plots de connexion 112 peuvent être formés sur l'autre surface du 20 substrat 110 dans un autre cas. De préférence, l'autre surface du substrat 110 correspondant à la surface de fixation de la puce 111 est une surface de fixation 113 qui est connectée électriquement à la surface de fixation de la puce 111 par des circuits de transit.

Une phase d'application 102 est ensuite exécutée, comme indiqué 25 dans la Fig. 3 et la Fig. 4B. Une pâte liquide à l'état A 121 se forme à la surface de fixation 111 de la puce du substrat 110 qui doit servir de matériau de fixation de la puce. La pâte liquide à l'état A 121 peut être constituée par revêtement liquide, tel qu'impression, sérigraphie, revêtement par centrifugation, projection, revêtement ou immersion. Dans cette présentation, la pâte liquide à l'état A 30 121 est constituée par sérigraphie sans recouvrir les plots de connexion 112.

La pâte liquide à l'état A 121 est constituée de résines thermodurcissables multicouches comme les polyamides, la polyquinoline ou le benzocyclobutène et d'un solvant capable de dissoudre les résines thermodurcissables susmentionnées, comme le solvant mixte de butyrolactone et cyclopentane ou 35 le mésitylène 1, 3, 5. La température de transition vitreuse (Tg) de la pâte liquide à l'état A 121 doit se situer entre -400C et +100C.

L'étape de chauffage 103 suit, comme indiqué dans la Fig. 3 et la Fig. 4C. Le substrat 110 est chauffé jusqu'à pré-polymérisation de la pâte liquide à l'état A 121. Le solvant de la pâte liquide à l'état A 121 est éliminé par chauffage, séchage sous vide ou polymérisation aux rayons ultraviolets de telle 5 sorte que la pâte liquide à l'état A 121 se transforme en un film adhésif et sec à l'état B 122. Le film à l'état B 122 a des qualités thermostatiques et thermodurcissables et est généralement dénommée "prepreg". Le film à l'état B 122 a une température de transition vitreuse (Tg) et une température de polymérisation complète. Le film à l'état B 122 est actif pour présenter une 10 adhérence variable selon les températures. La température de transition vitreuse (Tg) du film à l'état B 122 se situe approximativement entre -100C et + 100'C, de préférence entre 350C-70'C. Lorsque le film à l'état B 122 est à une température supérieure à la température de la transition vitreuse (Tg) du film à l'état B 122, mais inférieure à la température de polymérisation complète, 15 le film à l'état B 122 va devenir visqueux et adhésif pour le montage d'une puce. Lorsque le film à l'état B 122 sur le substrat 110 est à une température (environ <350C) inférieure à la température de transition vitreuse du film à l'état B 122, par exemple à la température ambiante, le film à l'état B 122 va se transformer en un film sec sans pouvoir adhésif pour transférer et stocker le 20 substrat 110. La température de polymérisation complète du film à l'état B 122 est ainsi de l'ordre de 1750C, proche de la température de moulage durant l'étape de moulage 106.

L'étape de fixation de la puce 104 suit, comme indiqué dans la Fig. 3 et la Fig. 4D. Une puce 130 est fixée à la surface de fixation de la 25 puce 111 du substrat 110 à une température et une pression élevées, phase pendant laquelle la température de fixation de la puce 130 doit être supérieure à la température de transition vitreuse du film à l'état B 122. Le film à l'état B 122 devient adhésif pour fixer la puce 130 au substrat 110. Dans cette présentation, la surface arrière 133 de la puce 130 est fixée sur la surface de 30 fixation de la puce 111 du substrat 110 par le film à l'état B 122 suivant différents boîtiers correspondants. Il existe un grand nombre de plots de connexion 131 formées sur la surface active 132 de la puce 130. Il est important que le film à l'état B 122 soit maintenu dans un état de polymérisation partielle sans polymérisation complète du film à l'état B 122 35 pendant l'étape de fixation de la puce 104 et l'étape de connexion électrique 105.

L'étape de connexion électrique 105 est ensuite exécutée, comme indiqué dans la Fig. 3 et la Fig. 4E. Les plots de connexion 131 de la puce 130 sont connectés électriquement aux pattes de connexion 112 du substrat 110 par l'intermédiaire des fils métalliques 140 réalisés par microsoudage. Le film à 5 l'état B 122 est alors maintenu sans polymériser complètement. Il est d'autre part possible d'utiliser le montage des circuits sur film (Tape Automated Bonding - TAB) ou d'autres techniques conventionnelles.

Enfin, l'étape de moulage 106 est exécutée, comme indiqué dans la Fig. 3 et la Fig. 4F. L'étape de moulage 106 comporte une sous-étape 10 d'injection et une sous-étape de garnissage pour la formation d'un composé de moulage 150 sur le substrat par les moules 151, 152. Lors de la sous-étape d'injection, le substrat 110 avec la puce fixée 130 et le film à l'état B 122 est placé à l'intérieur de l'empreinte formé par un moule supérieur 151 et un moule inférieur 152. Un composé de moulage 150 est injecté dans l'empreinte sous 15 une certaine pression jusqu'à remplissage de 80% du volume de l'empreinte.

Le composé de moulage 150 comprend une résine thermodurcissable, un agent polymérisant, un agent de remplissage au silicate, de la cire de démoulage et une faible quantité d'agent colorant. Au cours de la sous- étape de garnissage, la pression de garnissage, supérieure à la pression d'injection, 20 est appliquée sur le composé de moulage 150 à l'intérieur de l'empreinte afin d'éliminer les vides dans le composé de moulage 150 et les vides du film à l'état B 122. La pression de garnissage d'environ 1000 psi-1500psi supérieure à la pression de fixation de la puce mentionnée dans l'étape de fixation de la puce 104. Une fois terminées l'étape de fixation de la puce 104 et l'étape de 25 connexion électrique 105, le film à l'état B 122 est toujours en phase partielle de polymérisation et peut se déformer comme il convient. Le film à l'état B 122 est fortement compressé à la pression de garnissage maximale pour le composé de moulage 150, de telle sorte que les vides et les trous à l'intérieur du film à l'état B 122 seront éliminés pour améliorer la surface efficace de 30 montage de la puce située entre la puce 130 et le substrat 110. De préférence, la température de chauffage lors de l'étape de moulage 106 pour la polymérisation du composé de moulage 150 se situe à environ 1500C-2000C, ce qui correspond à la température de polymérisation complète du composé de moulage 150, de telle sorte que le film à l'état B 122 et le composé de 35 moulage 150 polymérisent simultanément. Une fois l'étape de moulage 106 exécutée, le film à l'état B 122 est transformée en pellicule à l'état C 123 (comme indiqué dans la Fig. 5) pour devenir un film fixe stable. Dans cette présentation, une étape succède à l'étape de moulage 106 pour l'implantation d'un certain nombre de billes de soudure 160 sur la surface de fixation 113 du substrat 110, puis le substrat 110 est coupé en cubes et séparé pour constituer 5 un réseau en grilles (Ball Grid Array - BAG) d'une excellent fiabilité. Le procédé d'encapsulage permettant l'amélioration de la surface efficace de montage de la puce de la présente invention convient à différents boîtiers, notamment aux boîtiers-puces (CSP). Le film à l'état B 122 ne contaminera pas les pattes de connexion 112 du substrat 110, de telle sorte que les pattes de connexion 112 10 puissent être disposées de façon très rapprochée de la puce 130. De préférence, après le découpage en dés du substrat 110 pour constituer un boîtier de circuit intégré indépendant, la surface de fixation de la puce 111 du substrat 110 ne sera pas plus de 1,5 fois supérieure à la surface active 132 de la puce 130 de façon à former un boîtier-puce (CSP).

D'autre part, le procédé d'encapsulage pour l'amélioration de la surface efficace de montage de la puce de la présente invention pourra être utilisé pour d'autres boîtiers différents. Comme indiqué dans la Fig. 6, un substrat 210 comporte une ouverture 214, un film à l'état B 222 est imprimé sur une surface de fixation de puce 211 du substrat 210 pour fixation de la surface 20 active 232 de la puce 230. Le film à l'état B 222 comporte une surface de revêtement plus importante que la surface active 232 de la puce 230. Les plots de connexion 231 sont réalisés sur la surface active 232 de la puce 230, la surface active 232 de la puce 230 est fixée sur la surface de fixation de la puce 211 du substrat 210 correspondant à l'ouverture 214 pour se dégager 25 des plots de connexion 231. Les plots de connexion 231 de la puce 230 sont raccordés électriquement aux pattes de connexion 212 du substrat 210 par l'intermédiaire des fils de connexion 240. Le film à l'état B 222 ne polymérise pas complètement lors de l'étape de fixation de la puce 104 et l'étape de connexion électrique 105. Lorsque le substrat 210 est isolé par un moule 30 supérieur 251 et un moule inférieur 252, la pression de garnissage pour le composé de moulage 250 assure également la forte compression du film à l'état B 222 de façon à améliorer la surface efficace de montage de la puce.

La description ci-dessus des opérations de cette invention devant être illustrée n'est pas limitative. D'autres opérations de cette invention seront 35 évidentes pour les personnes rompues à cette technique au vu de la

description ci-dessus.

Claims

REVENDICATIONS

1. Un procédé pour la fabrication d'un boîtier de circuit intégré comprenant: - l'apport d'un substrat comportant une surface de fixation de la puce; - l'application d'une pâte liquide à l'état A sur la surface de fixation de la puce du substrat, la pâte liquide à l'état A comportant un matériau thermodurcissable et un solvant; - le chauffage du substrat permettant d'éliminer le solvant de la pâte liquide à l'état A de façon que la pâte liquide à l'état A se transforme en un film à l'état B; - la fixation d'une puce sur une surface de montage de puce du substrat par le film à l'état B, le film à l'état B étant actif sans complètement 15 polymériser; - la connexion électrique de la puce au substrat comportant le film à l'état B; et la formation d'un composé de moulage sur la surface de fixation de la puce du substrat, la pression de garnissage pour le composé de moulage étant supérieure à la pression de fixation de la puce de façon que le film à l'état 20 B re-fixe la puce pour améliorer la surface efficace de montage de la puce.

2. Le procédé selon la revendication 1, suivant lequel la pression de garnissage se situe à 1000 psi-1500 psi durant l'étape de formation du composé de moulage.

3. Le procédé selon la revendication 1, suivant lequel une 25 température comprise entre 1500C et 200'C est maintenue durant l'étape de formation du composé de moulage pour transformer le film à l'état B en un film à l'état C.

4. Le procédé selon la revendication 3, suivant lequel la température au cours de l'étape de formation du composé de moulage est 30 supérieure à la température de l'étape de chauffage.du substrat.

5. Le procédé selon la revendication 1, suivant lequel la température de transition vitreuse (Tg) du film à l'état B est supérieure à -100C.

6. Le procédé selon la revendication 5, suivant lequel la température de fixation de la puce est supérieure à la température de transition 35 vitreuse (Tg) du film à l'état B.

7. Le procédé selon la revendication 1, suivant lequel la pâte liquide à l'état A se forme par impression, sérigraphie, pulvérisation, revêtement par centrifugation ou immersion.

8. Le procédé selon la revendication 1, suivant lequel le film à l'état B est fixé à la surface arrière de la puce.

9. Le procédé selon la revendication 1, suivant lequel le film à l'état B est fixé à la surface active de la puce.

10. Le procédé selon la revendication 1, suivant lequel le film à l'état B et le composé de moulage sont polymérisés simultanément durant 10 l'étape de formation du composé de moulage.

11. Un procédé pour la fabrication d'un boîtier de circuit intégré comprenant: - l'apport d'un substrat comportant une surface de fixation de la puce; - l'application d'une pâte liquide à l'état A sur la surface de fixation de la puce du substrat; - le chauffage du substrat pour transformer la pâte liquide à l'état A en un film à l'état B, le film à l'état B ayant une température de transition vitreuse (Tg); - la fixation d'une puce sur la surface de fixation de la puce du substrat, le substrat chauffé étant à une température supérieure à la température de transition vitreuse (Tg) du film à l'état B pour faire adhérer le film à l'état B au substrat et à la puce, et le film à l'état B étant actif sans polymériser complètement; - la connexion électrique de la puce au substrat comportant le film à l'état B; et la formation d'un composé de moulage sur la surface de fixation de la puce du substrat, la pression de garnissage pour le composé de moulage étant supérieure à la pression de fixation de la puce de telle sorte que le film à l'état B re-fixe la puce pour améliorer la surface efficace de montage de la 30 puce.

12. Le procédé selon la revendication 11, suivant lequel la pression de garnissage se situe entre 1000-1500 psi durant l'étape de formation du composé de moulage.

13. Le procédé selon la revendication 11, suivant lequel le film à 35 l'état B et le composé de moulage polymérisent simultanément durant l'étape de formation du composé de moulage.

14. Le procédé selon la revendication 13, suivant lequel une température comprise en 150'C et 200'C est maintenue durant l'étape de formation du composé de moulage pour transformer le film à l'état B en un film à l'état C.

15. Le procédé selon la revendication 11, suivant lequel la température de transition vitreuse (Tg) du film à l'état B est supérieure à -1 OOC.

16. Le procédé selon la revendication 11, suivant lequel la surface de fixation de la puce du substrat est plus de 1,5 fois inférieure à la surface active de la puce.

17. Un procédé pour la fabrication d'un boîtier de circuit intégré comprenant: - l'apport d'un substrat comportant une surface de fixation de la puce; - l'impression d'un matériau de fixation de puce sur la surface de 15 fixation de la puce du substrat; - la polymérisation partielle du matériau de fixation de la puce sur le substrat pour passer à l'état B; la fixation d'une puce sur la surface de fixation de la puce du substrat par le matériau de fixation de la puce; - la connexion électrique de la puce et du substrat comportant le matériau de fixation de la puce à l'état B; et la formation d'un composé de moulage et la polymérisation complète du matériau de fixation de la puce sur le substrat pour passer à l'état C;

18. Le procédé selon la revendication 17, suivant lequel le matériau 25 de fixation de la puce à l'état B est à une température de transition vitreuse (Tg) supérieure à -100C.