TW513794B - Intermediate base for a semiconductor module, a semiconductor module produced using such an intermediate base, and a method for producing such an intermediate base - Google Patents

Description

513794 五、發明説明（1 ) 本發明係關於一種至少具有一個半導體組件之模組的中 間基底，其包含之平的基底本體，該平的基底本體具有： -上表面，在其上可形成內部接點，用以連接半導體組件 之組件連接元件， -下表面，其具有外部接點，使與電路基底接觸，及 -位在上表面和下表面間之貫穿孔，其牆壁至少要有一部 分被金屬化，而且每一個都要在上表面上的內部接點和 下表面上的對應外部接點之間，製作導電連接。 本發明還關於一種使用這種中間基底而製造之半導體模 組’及關於用以製造追種中間基底之方法。 積體電路的愈來愈小型化，已導致在實際的半導體和電 路基底，也就是說在印刷電路板之間真正的限制空間，必 需要容納最大量的電性組件之問題。但是，半導體晶片之 結構和連接導體之結構愈小，則它們在相關材料因不同膨 脹程度之風險的程度愈大，尤其一面是半導體‘本體，而另 一面則是由塑膠所構成之印刷電路板。 中間基底或插入物在與半導體晶片接觸的製造方面，扮 演一個主要的角色，其允許連接一個或更多的晶片，而此 之後，在電路基底上製作接點以形成模組。 在一種被稱爲BGA(球柵陣歹[〇技術之案例中，中間基底 提供在具有接合柱栓之下表面的區域上，其中該區域允許 表面可放置在印刷電路板上。在此情形下，接合柱栓先被 使用以當作電性接點，其次用以當作間隔物，以補償不同 材料之間的膨脹，也就是中間基底和印刷電路板之間之膨脹。 513794 五、發明説明（2 ) 半導體晶片可放置在中間基底的上表面上，而且，例如， 可以藉由接合線（bonding wires)，使其與之接觸。覆晶固 定也已爲人所熟知，其中尙未安置的半導體之連接係直接 連接到在中間基底的上表面之導體軌道。在此情形下，爲 了能在半導體本體和中間基底之間提供膨脹補償，半導體 通常需要不完全塡滿，其中其包含額外的，複雜的和昂貴 的製程步驟之必需性，且也不再允許後續之修補。 在一種被稱爲PSGA(聚合物柱栓柵陣歹[J)技術之案例中 ’使用由電性絕緣聚合物所構成之射出成型的三維基板當 作中間基底，在中間基底的下表面上，有聚合物柱栓排列 在表面上，其係在射出成型製程期間中一體成形（ΕΡ 0 782 765 Β1)。這些聚合物柱栓係具有可以焊接之終端表 面’因此對於排列在基板上之半導體組件，可以形成經由 積體導體連接行進到內部接點之外部接點。對於由印刷電 路板形成之模組，聚合物柱栓係當作間隔物使用，因此能 夠補償在印刷電路板和中間基底之間不同的膨脹程度。在 中間基底的上表面之上，與半導體組件之接觸可經由接合 線而完成；但是接觸製造之形式，只要經由在中間基底的 上表面之上之聚合物柱栓，以類比方式補償熱膨脹係數差 就可以了。 此外，單晶片模組可由WO 89/00346 Α1瞭解，其中由 電性絕緣聚合物所構成之射出成型的三維基板，在其下表 面之上具有一體成形的聚合物柱栓，其係沿著基板周圍排 成一列或排成數列。晶片係被設置在基板的上表面之上， -4- 513794 五、發明説明（3 ) 與其之接觸可經由細的接合線和導體軌道而完成，之後它 們會經由電鍍的貫穿孔連接到形成在下表面柱栓上之外部 接點。在本實施例中，中間基底具有相當大的範圍。 本發明之目的係要提供用於該種上述的半導體模組之中 間基底，及此中間基底和模組之製造方法，其中與半導體 組件之接觸係直接完成，而在中間基底之上根本不需要任 何不完全的塡滿，及與中間基底之接觸係製作在電路基底 上，而不需要任何額外的量測，而且其中所使用之材料的 膨脹係數差並沒有任何明顯不好的影響。在此情形下，與 中間基底在一起之半導體組件打算製造具有非常緊密的物 質形式之模組。 根據本發明，目的的第一部分可以藉由用於至少具有一 個半導體組件之模組的中間基底而完成，其包含之平坦基 底本體，該平坦基底本體具有： -上表面，在其上可形成內部接點，用以連接半導體組件 之組件連接元件， -下表面，其具有外部接點，使與電路基底接觸，及 -位在上表面和下表面間之貫穿孔，其牆壁至少要有一部 分被金屬化，而且每一個都要在上表面上的接觸點和下 表面上的對應外部接點之間，製作導電連接，其中 -藉由環狀凹痕（其係結合鄰近它們周邊），貫穿孔壁至少 含有一部分曝露在基底本體的下表面區域之中，而且會 形成當作外部接點之自立的柱栓（freestanding studs)。 根據本發明，藉由在中間基底的下表面上之凹痕來製造出 513794 五、發明説明（4 ) 柱栓，會致使它們凹陷在下表面的表面之中排列，而不會 突出來，或是只有它們的金屬化層突出在該表面之上。雖 然如此，它們能夠吸附且補償溫度相依之一方面是中間基 底，而另一方面是電路基底之膨脹程度的不同。接觸係藉 由短路程透過己金屬化的孔（其係貫穿行進在聚合物柱栓 中而到達中間基底的上表面）而完成，其中中間基底的上 表面設置有半導體組件，或是一些半導體組件，而且藉由 內部接點來完成接觸。 貫穿孔最好是同心地形成在柱栓之中，使得後者會具有 管狀的或類似煙囱狀之結構。但是，在貫穿孔和柱栓間之 偏心排列也是可行的，使得後者大約具有管狀片段 (tubular segment)之形式。 若根據本發明之中間基底是藉由塑膠材料[其膨脹係數 是大約與半導體組件（一般爲矽）的膨脹係數相同]所構成的 膜而形成時，則可以完成特別緊密的結構。在此情形下， 半導體組件可以與其組件連接元件直接地放在位於貫穿孔 的上表面端之上的內部接點上，而且可以使與其接觸，其 中意味著在中間基底的上表面，一點也不需要以接合線或 導體軌道形成之連接導體。然後基本上只需要補償中間基 底和電路基底間之熱膨脹係數差，而且該補償可經由根據 本發明提供在中間基底的下表面區域之聚合物柱栓提供。 由LCP(液晶聚合物）或具有類似熱膨脹係數特性之材料 所構成的膜，特別適合當作中間基底之材料。例如，在 1998 年 7 月 18 日號之 Advancing Microelectronics 期刊第 -6- 513794 五、發明説明（5 ) 1 5至1 8頁中所說明的該種材料。 在一較優修正例中，內部接點元件係藉由在柱栓外緣上 之金屬層而形成，其中該柱栓係在貫穿孔中之金屬化的延 續之形式。此可以提供額外的接合物層；在柱栓內部之貫 芽孔也可以用接合材料塡滿。 在本發明的一特優修正例中，內部接點各自只是在貫穿 孔內壁上之金屬化的延續（覆蓋住個別的貫穿孔之上表面 開口）之形式。在此情形下，形成內部接點之該金屬化層 ，可以透過貫穿孔（其係從中間基底的下表面），而直接應 用到已接合的半導體組件之組件連接元件。 根據本發明，用於至少一個半導體組件之中間基底的製 造方法，包含有下列步驟： -將半導體組件的連接側固定在平坦基底本體的上表面之 上，使其組件接點會緊靠著基底本體的上表面上； -貫穿孔是從下表面鑽孔且穿過基底本體，直到上表面爲 止，以曝露半導體組件的組件連接元件； -貫穿孔的內壁和半導體組件的曝露接觸表面同時用金屬 層塗佈以做爲至少基底本體部份的下表面，以及 -藉由周圍凹痕，至少曝露部分在基底本體的上表面上之 貫穿孔的邊緣。 藉由雷射製程，宜以和貫穿孔之孔洞的相同方式，製造 出用於曝露孔緣之環形凹痕。在此情形下，可以在基底本 體的下表面之上，同時完成用於導體軌道結構之另一雷射 建構。在此製程步驟期間，移除那些不需要的金屬表面， -7- 513794 五、發明説明（6 ) 而保留下來的金屬表面具有額外的金屬層。爲了製造較厚 的厚度，可以將額外的接合物層（使用錫-鉛）應用到這些用 於接合之金屬結構，使得不需要用於糊狀物印刷之製程。 但是，有些不同的方法順序也是可行的，其中即使在連 接到半導體組件之前，也可以製造出在基底本體下表面上 之柱栓。在此情形下，柱栓可以藉由雷射建構和藉由印貼 在基底本體下表面上而製造。在此情形下，半導體組件被 安置在具有柱栓的基底本體之上，然後從下表面貫穿已預 形成的柱栓，到達基底本體的上表面，完成貫穿孔的穿孔 ，之後再金屬化。 圖式簡單說明 在下面的文章中，將使用實施例並參考圖式而更詳細的 說明本發明，其中： 第1圖到第4圖圖示根據本發明而與半導體組件相關之 中間基底的各製造階段， 第5圖爲對應第4圖之斜切中間基底下表面的立體圖， 及 第6圖圖示根據本發明而放置在印刷電路板上之半導體 模組。 較佳實施例說明 第1圖到第4圖圖示根據本發明之中間基底的製造，其 中在其製造和製程期間，該中間基底已連接到半導體組件 ，並使與其接觸。中間基底1具有一基底本體1 0，其係由 具有半導體組件同樣低之膨脹係數的LCP膜所形成。眾所 513794 五、發明説明（7 ) 周知，LCP的熱膨脹係數和矽的熱膨脹係數相類似’使得 當受到熱負載的影響時，則基底本體可以直接連接到半導 體，而沒有任何膨脹差的風險。如第1圖所示，基底本體 1 0經由中間黏著層3而連接到半導體晶片2，半導體晶片 2的組件連接元件（以金屬墊2 1之形式）會面對基底本體1 〇 。該黏著層3可具有，例如，25到5 0 // m之厚度’而形 成基底本體1〇之LCP膜可具有例如，1〇〇到200 // m之厚 度。在層之間也可以提供導體軌道結構之情形下’也可以 使用多層膜。 如第2圖所示，在另一製程步驟中，從基底本體的下表 面1 〇a到基底本體1 0的上表面準確地鑽穿貫穿孔Π，使 得它們各自會遇到平伸的組件連接元件21的其中之一。 因此這些連接元件會被曝露出來。鑽孔製程係使用具有雷 射束（其係被設定），使得組件連接元件2 1不會被移除之雷 射鑽孔法所完成的。 在下一製程步驟中，貫穿孔1 1的內壁全部或至少部分 被提供金屬層1 2，而沒有任何中斷，其中此金屬層也會沈 積在曝露的組件連接元件21之上。因此使得半導體晶片2 可以直接與中間基底接觸。金屬化12的應用也允許基底 本體1 0的下表面1 〇a之其他區域，全部或部分被金屬層 覆蓋。 再如第4圖所示，在各個製造凹陷排列在基底本體1 0 中之類似煙囱狀柱栓1 5的情形下，環形凹痕1 4現在環繞 加入各個貫穿孔11，使得它們不會突出超出下表面l〇a。 -9- 513794 五、發明説明（8 ) 前面金屬化製程的結果，使柱栓的邊緣已被金屬層1 2覆 蓋，因此可以直接使用當作外部接點，用以在印刷電路板 上造成接觸。要是具有，第一，位在其上之半導體晶片2 和，第二，印刷電路板之中間基底1的熱膨脹差，有產生 負載，因爲這些柱栓1 5現在可以吸收和補償，所以凹痕 1 4的深度可以由需要的熱負載容量支配。

理想上，凹痕1 4係相對於貫穿孔1 1而同心地排列，使 得柱栓具有對稱的管形。但是，基於特殊理由或尺寸差異 的結果，相關於對應貫穿孔Π之偏心設置的凹痕16(第4 圖）也是可行的，因此會造成以環形片段形式而在一邊上 被切斷之柱栓1 7。

在加入凹痕1 4的同時，在相同的製程步驟期間，也可 以藉由雷射製程，在基底本體1 〇的下表面上，製造出想 要的導電結構。在此情形下，可以下移除那些不需要的金 屬表面，而保留下來的金屬表面可以具有額外购金屬塗佈 。尤其，爲了要達成較厚的金屬厚度，可以將接合物材料 應用到柱栓的邊緣，用以當作外部接點1 8。 第6圖圖示根據本發明之模組，如何以個別藉由由錫_ 鉛所構成的接合物層1 9補強之外部接點1 8，使中間基底 1和半導體晶片2接觸在印刷電路板4之上。第6圖也圖 示錫-鉛合金1 9也有塡滿貫穿孔1 1的其中之一。 符號之說明 中間基底 半導體晶片 -10- 2 513794 五、發明説明（9 ) 3 中間黏著層 10 基底本體 10a 下表面 Π 貫穿孔 12 金屬層 14 凹痕 15 柱栓 16 凹痕 17 柱栓 18 外部接點 19 接合物層/接合物材料 21 組件連接元件 22 內部接點 -11-

Claims (1)

1. 513794 燦請委眞_示，本盘修正後是否變更原實質内容 i>a 月7曰5 i ___六、申請專利範圍 第901 27735號「半導體模組之中間基底，利用此一中間基底 所製is之半導體模組’及此一中間基底之製造方法」專利案 (91年3月修正） 六、申請專利範圍 1· 一種至少具有一個半導體組件（2)之模組的中間基底，其 包括有平坦基底本體（10)，該平坦基底本體（1〇)具有： -上表面，在其上可形成內部接點（22)，用以連接半導體 組件（2)之組件連接元件（21)， -下表面（10a)，其具有外部接點（18)，使與電路基底（4) 接觸，及 -位在上表面和下表面間之貫穿孔（11 )，其牆壁（1 2)至少 要有一部分被金屬化，而且每一個都要在上表面上的 內部接點（22)和下表面上的對應外部接點（1 8)之間，製 作出導電連接， 其中藉由結合鄰近它們的周邊之環形凹痕（14; 16)， 貫穿孔（11)的牆壁至少會有一部分曝露在基底本體（1〇) 的下表面（10 a)區域之中，而且會形成自立的柱栓（15;17) 以當作外部接點（18)。 2. 如申請專利範圍第1項之中間基底，其中柱栓（1 5)係藉由 同心的環形凹痕（14)而被設計成管狀。 3. 如申請專利範圍第1項之中間基底，其中柱栓（1 7)係藉由 偏心的，大致上爲環形的凹痕（16)，而被設計成大致上爲 管狀片段的形式。 4. 如申請專利範圍第1項之中間基底，其中由塑膠材料所 513794 六、申請專利範圍 構成之膜是當作基底本體，而且該塑膠材料的膨脹係數 大致上與半導體組件（2)的膨脹係數相同。 5.如申請專利範圍第2項之中間基底，其中由塑膠材料所 構成之膜是當作基底本體，而且該塑膠材料的膨脹係數 大致上與半導體組件（2)的膨脹係數相同。 6·如申請專利範圍第3項之中間基底，其中由塑膠材料所 構成之膜是當作基底本體，而且該塑膠材料的膨脹係數 大致上與半導體組件（2)的膨脹係數相同。 7.如申請專利範圍第4項之中間基底，其中使用LCP(液晶 聚合物）所構成之膜以當作基底本體（10)。 δ·如申請專利範圍第5項之中間基底，其中使用LCP(液晶 聚合物）所構成之膜以當作基底本體（10)。 9·如申請專利範圍第6項之中間基底，其中使用LCP(液晶 聚合物）所構成之膜以當作基底本體（10)。 10·如申請專利範圍第1項之中間基底，其中外部接點（1 8)係 以金屬層之形式而是在柱栓（15;1 7)的外緣之上。 U·如申請專利範圍第10項之中間基底，其中外部連接元件 具有額外的接合物層（19)。 如申請專利範圍第10項之中間基底，其中貫穿孔（11)至 少有一部分會被接合物材料（1 9)所塡滿。 迟如申請專利範圍第1丨項之中間基底，其中貫穿孔（1丨）至 少有一部分會被接合物材料（19)所塡滿。 地如申請專利範圍第1項至第13項中任一項之中間基底， 其中在基底本體（10)的上表面上之內部接點（22)，係藉由 513794 六、申請專利範圍 在連接到此表面之半導體組件的組件連接元件（21)上之金 屬層（12)所形成的，其中該金屬層（12)係連續覆蓋貫穿孔 的內壁，和面對貫穿孔之組件連接元件（21)的接觸表面。 15. —種半導體模組，其係藉由連接到申請專利範圍第1項 至第14項中任一項之中間基底之半導體晶片所形成的。 16. —種用於至少一個半導體組件之如申請專利範圍第1項 至第14項中任一項之中間基底之製造方法，包含下列步 驟： 將半導體組件（2)的連接側固定在平坦基底本體（10)的 上表面之上，使其連接接點元件放在基底本體（10)的上表 面之上； 貫穿孔（11)從下表面（l〇a)鑽孔穿過基底本體（10)，直到 上表面爲止，以曝露半導體組件（2)的組件連接元件（21); 用金屬層（12)塗佈貫穿孔（11)的內壁和組件連接元件 (21)所曝露的表面；及 藉由周圍凹痕（14;1 6)，在各種情形下，都要曝露在基 底本體（10)的上表面上之貫穿孔（11)的邊緣。 17·如申請專利範圍第16項之方法，其中用以曝露孔洞邊緣 之凹痕（14; 16)係藉由雷射製程而製造。 18.如申請專利範圍第16項之方法，其中藉由戳印基底本體 (10) 的下表面，以製造凹痕，然後將半導體組件（2)放在 基底本體（10)的上表面上，之後從下表面鑽穿貫穿孔 (11) ，最後，使用金屬層（12)塗佈貫穿孔的內壁和半導體 組件所曝露的組件連接元件。 513794 六、申請專利範圍 19. 如申請專利範圍第1 6項至第1 8項中任一項之方法，其 中應用到基底本體（10)的下表面之金屬層（12)可以藉由雷 射製程移除一部分，以製造導體軌道結構。 20. 如申請專利範圍第1 6項至第1 8項中任一項之方法，其 中至少柱栓（15)的邊緣具有接合物金屬化。 21. 如申請專利範圍第19項之方法，其中至少柱栓（15)的邊 緣具有接合物金屬化。

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