TWI304253B - Flip chip bga process and package with stiffener ring - Google Patents
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Description
1304253 九、發明說明: 【發明所屬之技術領域】 本發明係有關於-種半導體封裝體,特別是有關於—球閘陣列封裳 【先前技術】 先前技術已知有關於覆晶球閘陣列(flipehipballgrid啊,咖以, 以下簡稱FCBGA)之構造及其製造方法。第1A至1E隱'顯示第一種製 造FCBGA封裝體之傳統製程。 第1A圖係顯示-封裝基底撤,在封裝之前先烘烤該基底舰。在此 例中,基底1〇2係-有機基底,如玻璃/環氧樹底;該基底可具有多層, 以互連介層窗(interc〇腦tvia)(未圖示)連結層與層之間電路。曰 曰第m圖係顯示第1A圖之基底脱,其上覆晶接合—半導體積體電路 曰曰片刚’晶片綱在主動表面上具有一接合塾之陣列,用以連結個別焊接 ,觸’覆晶接合此晶片则以使其主動表面朝向基底规;基底舰具有 點,其置於與晶片辦主動表面上焊接球廳相對應之位置 (flippedp〇sition) ; (refl〇w) i〇6 ^ 片104與基底1〇2間進行電性及機械連結。 =ic Μ顯示沖洗晶片綱絲表面及基底搬之卩侧之步驟。可 ’例如水,以㈣各式助銲劑(驗 可 合適之溶劑108 〇 17 ^第1D圖係顯示將底部填充材料no導入介於晶片辦與基底搬之間 空間之步驟。底部填充姑钮 、 ^ ’ 接戏舰、 17以使用環氧樹脂或其他適合用以保護焊 接球Γ免於熱循環過程中之顧應力的底部填充材料。 接琥=1Ε Γ_個形献基底102之電極接墊(論-蜘)上之焊 完成雜體⑽,而藉由熱回銲(W)焊接球112,可以
0503-A30486TWF 5 Γ3 04253 形成該封裝100與印刷電路板間之機械與電性之連結。 弟2A至2F圖係顯示另-種傳統封裝之方法。第2A至2C圖之制造+ 驟與第U至1C圖相同,對應之結構係包含:基底搬、晶片綱^接二 寫及溶劑2〇8,其描述與1〇2、1〇4、1〇6及鹰相同不再重複。 ,第2D圖中,加入底部填充材料21〇後,將一單片散熱器仏細 preader) 211與封裝體結合;單錄熱器211具有-金屬板部分及盘
缺分連接之側壁;金屬板部分被黏合於晶片删之非主動表面,側辟之 底频基底202接觸;金屬板部分以熱介面材料,如軸劑或導電^如 ’艮膠、錫、熱脂(thermal g職e)或相變材料)貼合至晶> 綱之非主 面。側壁可使用熱介面材料黏合於基底202。 第2E圖係顯示多個形成於基底2〇2之電極接塾(論上 接球212,用以完成封裝體2〇〇。 第2F圖係顾不一印刷電路板(_t咖她匕⑽^,pCB) 214,置上與 =封裝體歉藉由熱回銲(refk)W)焊接球犯,可以達成該難體細 2刷電路板2H間之機械與電性之連結;另可將一散熱裝置216至 散熱器211。 曰在弟2F圖中出現的問題是,將封裝體2⑻黏合於印刷電路板加夺, ^干之夕個焊接球212間可能發生短路;當施加重壓於封裝體勘上時, 、了球212可能崩潰;例如,在施行表面霉占合技術㈤咖醜^ technology,SMT)過程中可能發生上述之情形。 卜^著^⑯裝置之封裝體尺寸變大,將有另-問題,烘烤步驟 ^及A圖)中’基底1〇2、2〇2容易輕曲,若實質上發生輕曲,晶 及基底1〇2、202間之數個焊接連結可能錯置或產生劣等品質 ^失效。日對於具有單片散熱器加之大尺寸封裝(如術4〇咖或更大), 、、充覆曰曰球閘陣列赢热法提供基板1〇2、2〇2之良好麵曲管控 。例如在27 X 27麵封裝中,趣曲小於6密。在37·5 x 37.5讓封裝中,
0503-A30486TWF 1304253 -便難以維馳曲小於10密爾(〇.25醜),且半數或更多之基底無法達到此 一標準。 第3A至3E嶋顯示使用二錄熱_、311,以處理基聽曲問題 之傳統方法,相關結構魏含:基底搬、晶片删、焊接球规及溶劑姻, 其描述與102、104、106及108相同,不再重複。 在第3A圖中,烘烤基底302之前,使用一種熱傳導介面材料將一加強 環3〇3黏合於基底3〇2;此加強環303係實質上減少基底3〇2在洪烤過程中 • 所造成之翹曲;然後藉由焊接球3〇6將晶片304黏合於基底3〇2(第3B圖); 以溶劑308沖洗晶片304线表面及基底逝之間空間(第冗圖),·將散 熱器之金屬板部分311黏合於晶片3〇4之非主動表面及加強環3〇3,以形成 -完整散熱器(第3DH);然後將焊接球312黏合於基底3〇2。 雖然第3A至3E圖之方法減少基底302之翹曲,但產生另一問題;加 強% 303妨礙溶劑308之流動,使得第3C圖之助録劑沖洗步驟具有較差之 沖洗效率;、沖洗步驟之後,尚有助銲劑殘留;殘留之助銲劑導致底部填充 材料310之腐#與空洞;封裝之熱循環過程中,底部填充材料中之空洞將 產生不良之熱應力分布,使焊接連結失敗。 再者,第3Α至3Ε圖之方法並未解決第2F圖中多個焊接球212間之短 馨 路問題;焊接球212仍可能崩潰及短路。 因此需要一種改良的方法及結構。 【發明内容】 一種使用加強環之覆晶球閘陣列封裝體係包含:一基底;一環狀結構, 連結於絲底之-第-面;以及―郎’覆晶接合(flif>ehip_bQnd)於該基 底之一第二面,其為該第一面之反面。 一種使用加強環之覆晶球閘陣列封裝體之製造方法,包含以下步驟: 將-壞狀結讎合至基底之第一面,以及將一晶片覆晶接合於基底之第二
0503-A30486TWF 7 1304253 • 面,其為該第一面之反面。 【實施方式】 第4A圖係顯示-封裝基底402。在第4A圖中,供烤基底搬之前, 使用-種熱傳導介面材料將一加強環4〇3霉占合至基底4〇2,使用如錫、勝黏 filled epoxy) ^ ^^(thermal gel)^^f (siiver paste) 之導電膠(conductive adhesive),封裝體組裝之前,先烘烤基底4〇2及加強環 彻,加強環403係實質上減少基底302在烘烤過程中所造成之想曲);在此 例中,基底4〇2係-有機基底,如玻璃/環氧樹脂基底,該基底可具有多層, 以互連介層窗(intercormect via )(未圖示)連結層與層之間電路。 先前技術已知環狀結構係不限於圓形結構;例如加強環彻可以是一 矩形以對應至-矩形基底402,或者可以是—不規則形狀以對應至一不規則 形狀之基底(未圖示)周圍。 第4B圖係顯示第4A圖之基底術,其上覆晶接合一半導體積體電路 晶片404,晶片姻在主動表面上具有—接合塾之陣列,用以連結個別的焊 接球406,覆晶接合該晶片404赠其主動表面朝向基底4〇2,基底術具 有多健點置於與晶;ί撕主動表面上焊接球條相對應之位置,此時晶 片處於倒裝位置(flippedposition),熱回銲(她w)焊接球撕,使晶片 404與基底402間進行電性及機械連結。 第4C圖係顯示沖洗晶片404主動表面及基底4〇2之間空間之步驟。可 用溶劑408,例如水,以沖洗出各式助銲劑(flux)或殘留物,可使用任何 合適之溶劑视,因為加強環4〇3位於基底術之第一面,晶片姻位於基 底402之第二面’所以加強環4〇3 *妨礙溶劑儀在基底4〇2及晶片姻 之間空間之進出。可徹底移除助銲劑,避免後續導入之底部填充材料· 内產生腐姓或空洞。 第4D圖係顯示將底部填充材料41〇導入介於晶片侧與基底搬之間
0503-A30486TW 8 1304253 二間之步驟。因為加強環彻位於基底搬第—面,晶片侧位於基底搬 弟一面,所以加強環403不妨礙底部填充材㈣0進入基底402及晶片404 之間空間;此-改良對於晶片綱及基底4〇2之間空間中之填充,可進一 材料410中之空洞;底部填充材料410可以使用環氧樹脂 =他適合用以保護焊接球勸免於熱循環過程中之機械應力的底部填充 材料。 _ 、 f第犯圖中’加人底部填充材料後,將—散熱器41卜可 散熱益’與封裝體結合;單片散熱器411具有一 屋
分連接之側壁,金屬板部分被黏合於晶片 : 導入,M A 軸劑鱗如轉或錫之 W勝1金屬板。卩分及讎—介面,並非全部界面, ’例峨旨(the响或相變材料;即金屬板部分及侧壁; ^有-_軸鱗轉,如⑼黏合材料或魏樹脂鱗, IT^r;:;rt403 "m 1側土之尽度4m,且散熱器犯之趣舆該基底4〇2之周 狀結構403之側邊與散熱器411之側壁對齊。 衣 在此例子中,環狀結構及散熱器411係以銅 其向熱傳導性,可替代之材料係包括職及鋼 料性與熱膨脹係數適合晶片綱之材料;雖然_ 有两熱 材料,例如鋁,可用以努成 ……、〜、、、>脹係數之 -之熟膨脹,《及具有良成 面材料必須符合散熱器 錢好之熟傅¥性,雖然加強環403及散敎哭w 1 π 使用相同材料,但是在其他實施例中,其使用不同之材料。…可 f 4F 4〇2 (terminaipa^ ^ 球412,用以元成封裝體如〇。 之錫 第4G圖係第4F圖中封裝體·之底部平面圖。第_ 結構4〇3之侧邊403a近乎對齊芙底4〇2 圖係.項不環狀 于對'基底4〇2之周圍;並且環狀結構403之厚度
0503-A30486TWF K04253 .係實質上小於基底402之一長度或一寬度,因此環狀結構棚未佔用 焊接球412之可用面積。 第4H圖係顯示-印刷電路板414,其上黏合—封裝體彻。熱回鲜 (reflow)焊接球犯,使封裝體彻與印刷電路板4㈣進行電性及機械 連結,然後可將一散熱裝置416連接至散熱器411。 環狀結構補在晶片綱及印刷電路板4.M間提供_額外之轉導路 徑训,其路徑經過焊接球概、基底4〇2及環狀結構4〇3。如第姐圖所 不,散熱器411之侧壁與環狀結構4〇3之侧邊對齊;因此提供一額外之埶 傳導路徑物,其路徑經過散熱器Μ丨、基底他之周圍及環狀結構秦 路.彻之另一功能係支縣底4〇2以避免多個接觸球間之短 =即使-重力施於散熱裝置416或封裝體之頂部,環狀結構可作 讀物以避免焊接球似崩潰或被壓碎;烊接球412便不會過度伸展,降 低焊接球之間短路之可能性。 =本發明已以較佳實施例揭露如上,然其並非用以限定杯明,任 U概•者’在殘縣發明之精姊顧内,當可做 潤飾’因此本發明之保護翻當視後附之中請專概騎界定_準/、
0503-A30486TWF 10 T304253 【圖式簡單說明】 弟1A至1E圖係顯示製造一無散熱器之覆晶球閘陣列封事之傳、、’ 製程 第3Α至3Ε圖係顯示製造一具有二片散熱器覆晶球閘陣列封裝之傳統 第4Α至4Η圖係顯示製造一具有高性能覆晶球閘陣列封裝之 板之範例製程。
【主要元件符號說明】 封裝體〜100、200、300、400 ; 基底〜102、202、302、402 ; 加強環〜303、403 ; 加強環之側邊〜4〇3a ; 力17強環之厚度〜403t ; 晶片〜104、204、304、404 ; φ 溶劑〜108、208、308、408 ; 底部填充材料〜110、210、310、410 ; 散熱器〜211、、411 ; 散熱器之厚度〜41 It ; 散熱裝置〜416; 焊接球〜112、212、312、412、106、206、306、406 ; 印刷電路板〜214、414 ; 熱傳導路徑〜418、420。 11
0503-A30486TWF
Claims (1)
- 1304253 、申請專利範圍·· 職體,包含: 封衣基底; :環狀結構,連結於該難基底之_第_面;以及 面之反Γ覆晶接合於該封裝基底之-第二面,該第 二面係位於該第- 包含2:.如申請專利1_1項所述之使用加強環之覆晶球閘陣列封裝體,更 散熱==二有一亀,該金屬板黏合於該晶片之-非主動面;讀 觸;复付二.:壁,連絲該金屬板,該側壁與該封裝基底之—邊緣接 該讀結構具«侧雜該散熱ϋ之制壁對齊。 中該術㈣2項所叙使_環之覆晶球_彳封裝體,其 ',、σ冓之該側邊具有__厚度係大於或等於該散熱器之該側壁厚度。 勺八4辦請專利範圍第丨項所述之使用加強環之覆晶球閘陣列封裳^,更 -底部填充材料,位於該“及該封裝基底之間; 政熱态,黏合於該晶片之一非主動面;以及 之球’位於該封裝基紅—第—社,鱗麟係藉由該基底 之電路糸統與該晶片連結。 土四 包含: 5·如申請專利範圍第4項所述之使甩加強環之覆晶球畴列封裝 體,更 一印刷電路板,具有多個接點’該封裝基底之該第一面上之捏 接球係藉由回銲連結至該接點。 人、斗 6·如申請專利範圍第1項所述之使用加強環之覆晶球閘陣列封裝雕 中該環狀結構係以銅製作。 ^ "" 7·如申請專繼關丨柄述之朗加鱗之覆晶球輯顺裝體,其 0503-A30486TWF 12 Γ304253 中該環狀結構具有—邊緣係近乎無封裝基底之—邊緣。 8·如申請專利範圍第7項所述之使用加強環之覆晶球閑陣列封裝體,其 中該環狀結構具有-厚度質上小於該封裝基紅—長度或_寬度。 9.一種使用加強環之覆晶球閘陣列雜體,包含: 一^裝基底’具有數個電性接點’位於該封裝基底之—第—面上; 一環狀結構,黏合於該封裝基底之該第一面; 一晶片,覆晶接合㈣封裝基底之_第二面,該第二面係位於該第〆 面之反面;以及 :散熱器,具有—金屬板,該金屬板黏合於該晶片之-非主動面;該 政,、、…、有夕個側壁,連結於該金屬板,該側壁與該封裝基底之 觸。 心' 甘士l〇t中請專利範圍第9項所述之使用加強環之覆晶球閘陣列封裝體, /、中趣狀結構具衫侧邊,與該散熱e之該側壁對齊。 體,利細1G項所述之使_環之覆峨陣列封裝 厚度 ▲,構之該㈣具有—厚度係大於鱗於該散熱器之該侧壁 更包=巾__第9項所述之使用加強環之覆晶球閘陣列封裝體, 一底部填充材料,位於該晶片及該封裝基底之間;以及 多個焊接球,位於該封裝基底之該第一面之該接點上。 其中糊鳴_之覆細陣列_, 其:=9=:r二 =_, 0503-A30486TWF 13 1304253 16.-種使用加強環之覆晶球閘陣列封裝體之製造方法,包含: 結合一環狀結構至一基底之一第一面;以及 面。覆晶接合m該基底之十面n面雜於該第一面之反 範圍第16項所述使·強環之覆晶球閘_封裝體之 曰曰片之一主動面及該基底間之空間。 於及 18. 如申請專利範圍帛16項所述使 製造方法,更包含於結合該雜⑪構至之覆日日球_列封農體之 接合兮a H ?糾旅、,,°構至魏底之該第—面後1及於覆晶 n ^aa片至μ基底之忒弟二面前,烘烤該封裝基底。 19. 如中請專利範圍第18項所述使用加強環之覆晶球閘陣列封裝體之 曰::法=包含於覆晶接合該晶片至該基底之該第二面後,清洗位於該 曰日片之一主動面及該基底間之空間。 f中^咖第19項職用力姻犧劇_憤體之 裂造方法,更包括: 加入-底部填充材料於該晶片與該封裝基底間,其於沖洗步驟之後. 接合-散熱器於該晶片之一非主動面;以及 黏合多個焊接球位於該基底之該第一面上。 21.如申請專利範圍第2〇項所述使用加強環之覆晶球間陣列封裝體之 製造方法,更包含: 、 回仏亥夕個:^接球’以連結該基底至—印刷電路板,該印刷電路板且 有夕個接點連結至該多個烊接球。 22·如申明專利範圍第21項所述使用加強環之覆晶球閘陣列封裝體 製造方法,更包含: 以該環狀結構支撐該封裝絲,避免該焊接賴之短路。 23·如申4專_第1ό項所述使用加強環之覆晶球辦列封農體之 0503-A30486TWF 14 1304253 # ~ 製造方法,更包含: 對準一散熱器之多個側壁至該環狀結構之該多個側邊,該散熱器具有 一金屬板部分連結於該多個側壁; 黏合該多個側壁至該基底之一邊緣;以及 黏合該散熱器之該金屬板部分至該晶片之一非主動面。0503-A30486TWF 15
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| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MK4A | Expiration of patent term of an invention patent |