電路元件內置模塊及其製造方法
2023-06-26 20:50:06
專利名稱：電路元件內置模塊及其製造方法
技術領域：
本發明涉及一種包含例如半導體的有源元件和例如電容器的無源元件的電路元件內置模塊以及製造該電路元件內置模塊的方法。
背景技術：
隨著小型、高性能電子設備的最新發展，存在對具有高密度和高性能的半導體的日益增長的需求。這也要求可以實現更小尺寸和更高密度的電路板。因而，已提出一種電路元件內置模塊，其包括有源和/或無源元件、用於電連接那些元件的通路和布線圖。而且，當電路元件容納在基板中時，必須提高熱消散或調整基板和電路元件的熱膨脹係數。為此，也提出了一種電路元件內置模塊，其使用包括無機填料和熱固樹脂的基板材料(見例如JP11(1993)-220262A和JP2001-244638A)。
圖38表示傳統電路元件內置模塊(JP2001-244638A)之結構的橫截面視圖。在圖38中，參考標記701是由包括無機填料和熱固樹脂的合成材料製成的電絕緣基板；702是布線圖；703是例如半導體的電路元件；704是用於電連接布線圖的通路；以及705是用於密封電路元件和電絕緣基板之間連接部分的密封層。
傳統的電路元件內置模塊適合用於電路元件(例如半導體)與其面向布線圖的端子連接的倒裝片安裝，而不是用於引線鍵合。對於倒裝片安裝，電路元件和布線圖一般通過約20μm到100μm的金屬凸起鍵合。因此，它們之間的間隙小，比如約20μm到150μm。在某些情況下，經常使用各向異性導電膜或電糊，以及在其它情況下，在電路元件和布線圖鍵合在一起的同時密封間隙。對於引線鍵合，使用鋁或金引線進行連接。引線一般具有20μm到40μm的直徑和0.5mm到3mm的長度。與倒裝片安裝比較，由於引線的上述特徵，引線鍵合可能經受形狀變化，比如變形或偏斜。這樣，當在嵌入電路元件的處理中不使用保護連接部分和引線的密封層而製造傳統的電路元件內置模塊時，在電路元件嵌入樹脂時，樹脂可以流動並對引線施加壓力。從而，引線被分離並移動，導致引線之間短路。如上所述，傳統的電路元件內置模塊不能採用低成本安裝工藝，例如引線鍵合，引線鍵合已經廣泛地被用來作為安裝電路元件內置模塊半導體的常用方法。
發明內容
因此，鑑於上述問題，本發明的目的在於提供一種電路元件內置模塊，其使用低成本安裝工藝，比如引線鍵合，並可以消除引線故障或短路，以及提供一種製造該電路元件內置模塊的方法。
本發明的電路元件內置模塊包括由包括填料和熱固樹脂的第一混合物製成的電絕緣基板；至少形成在電絕緣基板之主表面上的布線圖；布置在電絕緣基板內並電連接到布線圖的電路元件；以及電連接布線圖的通路。電路元件其中至少之一是使用引線安裝的電路元件。利用包括填料和樹脂的第二混合物，密封部分或全部引線。
製造本發明的電路元件內置模塊的方法包括在第一布線圖上布置電路元件，第一布線圖形成在支持基底的一個主表面上；通過引線鍵合連接電路元件其中至少之一；利用包括填料和樹脂的第二混合物密封用於引線鍵合之引線的部分或全部；布置支持基底的主表面，在其上形成面向第一混合物的電路元件，第一混合物包括填料和未固化的熱固樹脂；通過模壓支持基底形成片狀體，以便電路元件位於第一混合物中；以及通過加熱片狀體而固化第一混合物的熱固樹脂。
製造本發明的電路元件內置模塊的另一方法包括在第一布線圖上布置電路元件，第一布線圖形成在支持基底的一個主表面上；通過引線鍵合連接電路元件至少之一；按照電路元件的尺寸，在包括填料和未固化的熱固樹脂的第一混合物中形成空腔；在支持基底上布置第一混合物，以便空腔面向其上形成電路元件的支持基底的主表面；利用包括填料和樹脂的第二混合物密封部分或全部用於引線鍵合的引線；通過模壓第一混合物和支持基底，形成片狀體，使得電路元件位於第一混合物中；以及通過加熱片狀體，固化第一混合物的熱固樹脂。
圖1是本發明例子1中的電路元件內置模塊的橫截面視圖；圖2是本發明例子1中的另一電路元件內置模塊的橫截面視圖；圖3是本發明例子1中的另一電路元件內置模塊的橫截面視圖；圖4是本發明例子1中的另一電路元件內置模塊的橫截面視圖；圖5是本發明例子1中的另一電路元件內置模塊的橫截面視圖；圖6是本發明例子2中的電路元件內置模塊的橫截面視圖；圖7是本發明例子2中的另一電路元件內置模塊的橫截面視圖；圖8是本發明例子2中的另一電路元件內置模塊的橫截面視圖；圖9是本發明例子2中的另一電路元件內置模塊的橫截面視圖；圖10是本發明例子2中的另一電路元件內置模塊的橫截面視圖；圖11是表示包括在本發明例子3的電路元件內置模塊的合成材料中的填料形狀的橫截面視圖；圖12是本發明例子3中的電路元件內置模塊橫截面視圖；圖13是本發明例子3中的另一電路元件內置模塊的橫截面視圖；圖14A是本發明例子3中的另一電路元件內置模塊的橫截面視圖；圖14B是本發明例子3中的另一電路元件內置模塊的橫截面視圖；
圖15是本發明例子3中的另一電路元件內置模塊的橫截面視圖；圖16A到16G是表示本發明例子4中的電路元件內置模塊製造過程的橫截面視圖；圖17是本發明例子4中的電路元件內置模塊的橫截面視圖；圖18A到18G是表示本發明例子4中的另一製造過程的橫截面視圖；圖19A和19B是表示本發明例子4中的另一製造過程的橫截面視圖；圖20是本發明例子4中的另一電路元件內置模塊的橫截面視圖；圖21A到21G是表示本發明例子5中的電路元件內置模塊製造過程的橫截面視圖；圖22A到22D是表示本發明例子5中的另一製造過程的橫截面視圖；圖23A和23B是表示本發明例子5中的另一製造過程的橫截面視圖；圖24A到24C是表示本發明例子5中的另一製造過程的橫截面視圖；圖25A到25G是表示本發明例子6中的電路元件內置模塊製造過程的橫截面視圖；圖26是本發明例子6中的電路元件內置模塊的橫截面視圖；圖27A到27C是表示本發明例子6中的另一製造過程的橫截面視圖；圖28A到28B是表示本發明例子6中的另一製造過程的橫截面視圖；圖29A到29H是表示本發明例子7中的電路元件內置模塊製造過程的橫截面視圖；圖30是本發明例子7中的另一製造過程的橫截面視圖；
圖31是本發明例子7中的另一製造過程的橫截面視圖；圖32是本發明例子1中的另一電路元件內置模塊的橫截面視圖；圖33是本發明例子1中的另一電路元件內置模塊的橫截面視圖；圖34是本發明例子8中的電路元件內置模塊的橫截面視圖；圖35是本發明例子8中的另一電路元件內置模塊的橫截面視圖；圖36A和36B是當運用到IC卡時本發明例子9中的電路元件內置模塊的橫截面視圖；圖37是傳統IC卡的橫截面視圖；圖38是傳統半導體內置模塊的橫截面視圖。
具體實施例方式
在本發明中，第二混合物密封和保護通過引線鍵合安裝的引線，從而可以減小由於在製造過程中樹脂或類似物的流動帶來的缺陷，以提高製造後的可靠性。第一混合物的熱固樹脂優選地包括選自環氧樹脂、酚醛樹脂和氰酸樹脂中的至少一種熱固樹脂。這些樹脂具有極好的耐熱性和電絕緣性。
而且，第一混合物的填料優選地包括選自AL2O3、MgO、BN、ALN和SiO2中的至少一種無機填料。該填料具有0.1μm到100μm的平均顆粒尺寸。這些無機填料可以提高電絕緣基板的熱消散。利用MgO，可以增加電絕緣基板的線性膨脹係數。利用SiO2，可以減少電絕緣基板的介電常數。利用BN，可以減少電絕緣基板的線性膨脹係數。第一混合物的填料含量可以在70wt％到90wt％的範圍內。
在電路元件內置模塊中，優選地，利用導電樹脂合成物，填充通路至少之一。這允許電路元件更高密度地安裝。
在電路元件內置模塊中，優選地，第二混合物的填料含量大於第一混合物的填料含量。第二混合物的填料含量可以在80wt％到95wt％的範圍內。因為形成用於電連接的通路和嵌入電路元件，所以第一混合物應該具有由於樹脂含量所引起的流動性。因而，對於第一混合物的填料含量是有所限制的。第二混合物主要用於保護連接部分和引線鍵合的引線。因此，較少限制該填料含量，並且該填料含量可以增加。第二混合物與電路元件連接，使得電路元件產生的熱能快速消散。
在電路元件內置模塊中，優選地，利用第三混合物，密封通過引線鍵合連接的電路元件的中心部分。不像第一和第二混合物，對第三混合物沒有特別的限制，這樣，可以包括任何填料和樹脂，以快速消散電路元件產生的熱量。因此，使用第三混合物可以改善熱消散。
電路元件的中心部分不必限制到精確位置上。只要在通過第二混合物密封連接部分和引線的同時布置第三混合物，就能獲得同樣的效果。
在電路元件內置模塊中，優選地，在第一混合物或第三混合物中形成熱量通路。使用熱量通路可以進一步改善熱消散。
在電路元件內置模塊中，優選地，第三混合物的填料包括導熱填料。該導熱填料可提供高的熱消散。而且，通過設置電路元件接地平面和布線圖的接地端子，可以增強接地。更優選地，導熱填料是包括選擇自Al2O3、BN和AlN中的至少一種顆粒。這些顆粒具有低電阻和高導熱性。第三混合物的填料含量可以在85wt％到95wt％的範圍內。該填料具有0.1μm到50μm的平均顆粒尺寸。
在電路元件內置模塊中，優選地，第一混合物的填料包括空心填料。在填料內的空心有助於減小介電常數。而且，該空心填料具有高的絕熱性。因此，當通過回流在電路元件內置模塊上安裝元件時，或當在基板上安裝電路元件內置模塊時，熱量不可能傳遞到內置電路元件。這使得可以減少內置電路元件的熱降解和防止故障，比如在嵌入電路元件的連接部分中因為焊料重新熔化所導致的短路。作為空心填料的實例，外壁由丙烯酸(類)樹脂組成，並且孔隙率約為30％到50％。空心填料可以具有10μm到50μm的平均顆粒尺寸。外壁也可以由玻璃組成。
在電路元件內置模塊中，可以使得由第二混合物製成的密封層表面的至少一部分變得粗糙或提供預處理膜，其中該至少一部分與第一混合物製成的密封層形成一接觸面。這種結構可以提高第二混合物密封層和第一混合物密封層之間接觸面的粘合力。例如通過應用偶聯劑，形成預處理膜。
在電路元件內置模塊中，電路元件可以是半導體晶片，可以在與引線相對的半導體晶片的表面上布置屏蔽層(shield)，至少一個天線電路可以形成在半導體晶片的側面上並間隔開，並且可以利用卡封裝樹脂覆蓋整個模塊。這種結構可以通過屏蔽層來抑制噪音的影響。
本發明的製造方法可以有效地和合理地提供電路元件內置模塊。在本發明的製造方法中，優選地，通過引線鍵合連接的至少一個電路元件的連接端子位於電路元件的外周上，該方法還包括利用包括填料和樹脂的第三混合物，密封電路元件的中心部分；以及在利用第二混合物進行密封處理之後，並在形成片狀體的處理之前，利用第三混合物進行密封處理。該方法可以利於第三混合物的應用，其改善了內置電路元件的熱消散。
通過引線鍵合連接的電路元件不限於半導體，並且可以是例如片狀電阻、電容、電感、可變電阻器或包括這些器件的模塊元件。因為第二或第三混合物可以與第一混合物的熱固樹脂同時被固化，所以第二或第三混合物的樹脂優選為熱固樹脂。然而，只要第二混合物保護連接部分和引線鍵合的引線，並且第三混合物提供預期的熱消散，那麼該樹脂可以為熱塑樹脂及類似物。
在本發明的電路元件內置模塊中，第二混合物可以密封和保護至少引線、以及優選地連接部分和引線鍵合的引線。因此，與傳統例子比較，可以減小由於在製造過程中樹脂或類似物流動帶來的缺陷，從而提高了製造後的可靠性。
例子下文中，將參考附圖描述本發明的例子。
例子1將參考圖1到5描述本發明的例子1。圖1到5是表示該例子的電路元件內置模塊之結構的橫截面視圖。在圖1中，參考標記100是電路元件內置模塊；101是合成材料(第一混合物)；以及102和103是布線圖。合成材料101包括填料和熱固樹脂。在這種情況下，15wt％液態環氧樹脂(由日本Rec Co.，Ltd.製造的「EF-450」)用作熱固樹脂，以及85wt％的鋁粉(由SHOWA DENKO K.K.製造的「AS-40」，其為球狀，平均顆粒尺寸12μm)用作無機填料。參考標記104是用於電連接布線圖102和103的通路。參考標記105是容納在電路元件內置模塊100中的半導體晶片(電路元件)。參考標記106是模片鍵合(die bond)(由Henkel Japan Ltd製造的「OMI527」)，用於鍵合布線圖102和半導體晶片105。如圖2中所示，半導體晶片105、布線圖102和支持基底112可以通過模片鍵合106鍵合在一起。支持基底112可以是比如印刷電路板、電路元件安裝模塊或該例子的電路元件內置模塊。參考標記108是用於通過引線鍵合連接半導體晶片105和布線圖102的引線。參考標記109是密封層(由Henkel Japan Ltd.製造的「CB011R-3」)，用於密封引線鍵合的連接部分和引線108的部分或全部。密封層109是包括填料和樹脂的第二混合物。參考標記110是容納在電路元件內置模塊100中的晶片元件(電路元件)。晶片元件110通過焊料111連接到布線圖102。
除了焊料111外，導電樹脂合成物、引線或凸起(bump)也可以用作連接晶片元件110。導電樹脂合成物可以包括作為導電填料的80wt％的銀(球體邊緣比(sphere-to-flake ratio)為1∶1)、環氧樹脂和胺基固化劑。
密封層109密封並保護連接部分和引線鍵合的引線，從而可以減小由於在製造過程中樹脂或類似物流動帶來的缺陷，以提高製造後的可靠性。
合成材料101(第一混合物)的熱固樹脂優選地包括選自環氧樹脂、酚醛樹脂和氰酸樹脂中的至少一種熱固樹脂。這些樹脂具有極好的耐熱性和電絕緣性。第一混合物還可以包括分散劑、著色劑、偶聯劑和脫模劑。而且，第一混合物的填料可以包括選自Al2O3、MgO、BN、AlN和SiO2中的至少一種無機填料。
儘管通路104可以具有如圖3中所示的通孔，但優選地，如圖1中所示，沒有在通路104中形成通孔。當沒有任何通孔而進行電連接時，電路元件可以高密度地安裝。通路104可以通過利用電鍍以及優選地利用導電樹脂合成物填充通孔而形成。導電樹脂合成物可以通過混合和攪拌下面的原料來製造85wt％的球狀銅顆粒；3wt％的雙酚A環氧樹脂(由日本Epoxy Resins Co.Inc.製造的「Epikote828」)；9wt％的縮水甘油酯環氧樹脂(由Tohto Kasei Co.，Ltd.製造的「YD-171」)；和3wt％的胺加合物固化劑(由Ajinomoto Co.，Inc.製造的「MY-24」)。使用導電樹脂合成物是有利的，因為在固化第一混合物的熱固樹脂的過程中，第一混合物可以與導電樹脂合成物同時固化和形成，這樣，提高了製造率。例如通過在175℃處加熱60分鐘來執行固化處理。
如圖4中所示，連接端子可以提供在半導體晶片105的中心部分。這種結構也可以在存儲器或類似物中看到。
如圖5中所示，當在半導體晶片105和布線圖103之間布置熱量通路113時，半導體晶片105產生的熱量可以有效地傳遞到布線圖103，這樣，獲得高的熱消散。可以通過使用包括導電填料和樹脂的導電樹脂合成物形成熱量通路113。導電樹脂合成物可以通過混合和攪拌下面的原料來製造85wt％的球狀銅顆粒；3wt％的雙酚A環氧樹脂(由日本Epoxy Resins Co.Inc.製造的「Epikote828」)；9wt％的縮水甘油酯環氧樹脂(由Tohto Kasei Co.，Ltd.製造的「YD-171」)；和3wt％的胺加合物固化劑(由Ajinomoto Co.，Inc.製造的「MY-24」)。而且，優選地，導電填料是金屬顆粒、金屬合金顆粒、或包括選自金、銀、銅、鎳、鉛、錫和鋁中的至少一種金屬的分級(graded)合金顆粒。這些導電填料具有高的導熱性。
密封層109的填料含量優選地大於圖1到5中所示的合成材料101。在該例子中，合成材料101包括85wt％的鋁粉，而密封層109包括87.5wt％的同樣鋁粉。當填料含量增加時，在製造過程中抑制樹脂的流動性。因此，引線108不容易移動，並且能減少短路。而且，導熱性可以通過增加填料含量而提高。密封層109與半導體晶片105相接觸，因此，半導體晶片105產生的熱量能快速消散。
當密封層109和合成材料101之間的粘合力不夠時，由於熱處理比如重新熔化，密封層109從合成材料101的接觸面脫落，可能導致缺陷。因此，優選地，密封層109不包括任何脫膜劑(比如矽脫膜劑)。
代替圖1中的結構，密封層109可以利用存在於半導體晶片105上表面中心部分中的空間114來施加，如圖32所示。
如圖33中所示，可選擇地，密封層109可以被用來覆蓋引線108的部分或全部。當將引線壓入合成材料101時，這允許引線108固定並且具有足夠強度，以承受壓力，並且最後，利用合成材料101密封引線108。
例子2將參考圖6到10描述本發明的例子2。圖6到10是表示本例子的電路元件內置模塊之結構的橫截面視圖。圖6與圖1不同之處在於高導熱性密封層20布置在密封層109、半導體晶片105和合成材料101之間。高導熱性密封層201包括10wt％的液態環氧樹脂作為液態熱固樹脂和90wt％的鋁粉作為無機填料。在該例子中，連接端子位於半導體晶片105的外周上。當高導熱性密封層201布置在半導體晶片105的中心部分時，半導體晶片105產生的熱量可以有效地傳遞。
半導體晶片105的外圍和中心部分沒有必要考慮為精確位置。只要在利用密封層109密封連接部分和布線108的同時，布置高導熱性密封層201，就可以獲得同樣的效果。
如圖7中所示，當高導熱性密封層201與布線圖103接觸時，熱量能有效地消散。
如圖8中所示，當高導熱性密封層201在密封層109上延伸並大面積與布線圖103接觸時，熱量能更有效地消散。
如圖9和10中所示，當熱量通路形成在高導熱性密封層201中時，熱量能更有效的消散。
圖6到10中的高導熱性密封層201優選地包括導熱填料。導熱填料能提供高的熱消散。而且，通過布置電路元件的接地平面和布線圖的接地端子可以增強接地。
更優選地，導熱填料是包括選自AL2O3，BN和AlN中的至少一種顆粒。這些顆粒具有低電阻和高熱導率。
當高導熱密封層201和合成材料101間的粘合力不夠時，由於熱處理比如重新熔化，高導熱密封層201從合成材料101的接觸面脫落，可能導致缺陷。像例子1一樣，因此，優選地，高導熱密封層201不包括任何脫膜劑。
例子3將參考圖11到15描述本發明的例子3。圖11是表示在本例子的電路元件內置模塊的合成材料101中包括的填料形狀的橫截面視圖。在填料中有空心302，並且樹脂外壁303定義了空心302。圖12表示其中分布了空心填料301的合成材料101。在這種情況下，空心填料301的外壁由丙烯酸(類)樹脂製成，孔隙率為約50％，並且平均顆粒尺寸為20μm。可以使用其它材料、尺寸和孔隙率。
當通過重新熔化在如圖1中所示的電路元件內置模塊上安裝元件時，或當電路元件內置模塊安裝在基板上時，半導體晶片105或晶片元件110可以在220℃到225℃或更高溫度處降解，並且在連接部分中的焊料111可以重新熔化，從而導致短路或類似情況。然而，因為合成材料101具有低導熱性，通過使用如圖12中所示的合成材料101可以抑制這些問題，並且因此可以減小重新熔化期間嵌入元件或連接部分的溫度。例如，與本例子中約5秒的200℃峰值溫度比較，在一般的無鉛重新熔化期間，嵌入元件之間的連接部分具有約10秒的230℃峰值溫度。
當通過不同於引線鍵合的連接方法安裝半導體晶片105時，比如倒裝片安裝，或當沒有形成通路104時，通過使用空心填料301能抑制上述問題。
填料的空心有助於減小介電常數。因此，當電路使用在高頻情況下時，它能顯示出高的傳輸性能。
在半導體晶片105工作期間，空心填料301可幹擾熱消散，因而，最好選用例子2中描述的包括高導熱性密封層201的結構。
在圖11和12中，空心填料301是球狀的。然而，即使填料不是球狀的，只要它具有空心結構，就能獲得同樣的效果。
在圖1到10中，每個模塊包含單個半導體晶片105。然而，如圖13中所示，可以在一個平面裡布置多個半導體晶片105。而且，如圖14A中所示，多個半導體晶片105可以通過模片鍵合106層疊，通過引線108連接，並利用密封層109密封。進一步，如圖14B中所示，多個半導體晶片105可以通過模片結合106層疊，使得下層晶片的面積小於上層晶片面積；通過引線108連接，並用密封層109密封。在這種情況下，因為密封層109能填充在合成結構內，所以優選使用真空成形用於密封。真空成形是一種用於在減壓下從腔室中的分配器提供塗敷材料的方法。可以通過使用真空成形裝置(比如由TorayEngineering Co.Ltd.製造的「VE500」)執行該方法。因為上層晶片比下層晶片大，所以圖14B中的結構可以增加布線容量並使得模塊整體上緊湊。
可替換地，多個半導體晶片105可以層疊並通過不同的方式連接半導體105其中之一可以通過倒裝片安裝連接，以便半導體連接部分304與布線圖102接觸，並利用密封層305密封；以及如圖15中所示，其它半導體晶片可以通過引線108連接。模塊可以僅包含半導體晶片105或晶片元件111，只要它們通過引線鍵合連接。在與布線圖102和103之連接部分不同的部分形成保護層(resist)。
例子4在例子4中，將描述例子1和3中的電路元件內置模塊製造過程的例子。例子4中使用的材料和電路元件與例子1到3中的那些相同。圖16A到16G是表示電路元件內置模塊的製造過程例子的橫截面視圖。在圖16A中，合成材料101包括填料、未固化的熱固樹脂以及其它添加劑組成的混合物。對於該混合物，90wt％的AL2O3(由SHOWADENKO K.K.製造的「AS-40」，其為球狀，具有12μm的平均顆粒尺寸)用作無機填料，和9.5wt％的液態環氧樹脂(由日本Rec Co.，Ltd製造的「EF-450」)用作熱固樹脂。對於添加劑，添加0.2wt％的碳黑(由Toyo Carbon Co.Ltd.製造)和0.3wt％的偶聯劑(由AjinomotoCo.，Inc.製造的鈦酸鹽基「46B」)。合成材料101通過下面的方式處理為片狀。首先，填料和液態熱固樹脂混合成糊狀混合物。可替換地，熱固樹脂溶解在溶劑中，以具有低粘度，然後，與填料一起混合進糊狀混合物。在這種情況下，比如，通過使用攪拌和去沫裝置(由MatsuoSangyo Co.Ltd製造)，可加入和混合1wt％的丁酮(MEK)。添加MEK減少了混合物的粘性，以致於它能形成膏劑(slurry)。下一步，在剝離膜(release film)上滴下預定量的電糊混合物。該剝離膜可以為75μm厚的聚對苯二甲酸乙二醇酯膜，此膜的表面經過矽脫模處理。
隨後，在已滴在該剝離膜上的糊狀混合物上放置另一剝離膜，然後使用疊壓機壓成500μm的厚度，這樣提供片狀混合物。加熱夾在剝離膜之間的片狀混合物，以便消除該片狀混合物的粘性。當片狀混合物包括液熱固樹脂時，熱處理固化液態熱固樹脂到某種程度，並因而可以在消除片狀混合物的粘性同時在未固化的狀態下保持它的柔性。當片狀混合物包括溶解在溶劑中的熱固樹脂時，熱處理去除溶劑，並因而可以在消除片狀混合物的粘性同時在未固化的狀態下保持它的柔性。因為通過熱處理，片狀混合物失去柔性，所以剝離膜能容易去除。該熱處理在120℃執行15分鐘。該例子中使用的液態環氧樹脂具有130℃的固化溫度，因此在上述熱處理條件下它不會固化(B階段)。如圖16B中所示，通孔411形成在這樣提供的未固化的片狀材料(合成材料101)中。雷射束加工、模製、或穿孔中的任何處理可以用於形成通孔411。尤其對於雷射束加工，由於它們的高處理速度，二氧化碳氣體雷射器或受激準分子雷射器是有效的。
在圖16C中，形成在合成材料101中的通孔411填充有導電樹脂合成物412。可以通過將導電材料如金、銀或銅粉與同樣的合成材料101的熱固樹脂混合和攪拌，製造導電樹脂合成物412。在這種情況下，因為銅有好的導電性和較小的遷移性，所以它是特別有效的。而且，由於液態環氧樹脂具有穩定的耐熱性，所以它優選作為熱固樹脂。
在圖16D1中，晶片元件110通過焊料111安裝在布線圖102上。具有約12μm到35μm的厚度並通過電鍍製造的銅箔可以用作布線圖102。為了提供布線圖102和合成材料101之間的粘合力，尤其優選地，使與合成材料101接觸的銅箔表面變粗糙。表面經過耦合處理或利用錫、鋅或鎳電鍍的銅箔可以用來不僅提高粘合力，而且防止氧化。除了焊料111，導電樹脂合成物也可用於進行電連接。可以通過將金、銀、銅、銀鈀合金或金銅分級合金與熱固樹脂混合和攪拌，製造導電樹脂合成物。
在圖16D2中，通過模片鍵合，半導體晶片105鍵合到布線圖102和支持基底112，並且半導體晶片105和布線圖102通過引線108電連接。
在圖16D3中，在如圖16D2中所示安裝的半導體晶片與密封層109模製在一起。可以通過塗膠方式(dispensing)或者絲網印刷方法施加密封層109。儘管轉注成形工藝(transfer molding)具有很好地生產率，但是一般應當加入脫模劑到密封層109，以提高成型模的脫模性。當密封層109和合成材料101之間的粘合力不夠時，由於熱處理比如重新熔化，密封層109從合成材料101的接觸面脫落，可能導致故障。通過塗膠方式或者絲網印刷方法，不必添加脫模劑到密封層109，因而改善了可靠性。
應用之後，比如在125℃處30分鐘，密封層109通過熱空氣或紅外輻射固化。也可使用如紫外輻射的光線。在這種情況下，優選地，密封層109是半固化而不是完全固化。這是因為通過在如圖16G中所示的隨後的熱處理和模壓處理中將它們固化到一起，可以提高密封層109和合成材料101之間的粘合力。
在圖16A到16G中，僅密封半導體晶片105。然而，也可以密封晶片元件110。可以在圖16D2中的處理後並且在圖16D3中的密封處理之前，安裝晶片元件110。也可以在連續執行圖16D2和16D3中的處理之後，如圖16D1中所示安裝晶片元件110。
下一步，圖16E表示在支持基底401上形成布線圖103。在圖16F中，通過以上方法製造的合成材料101、其上安裝半導體晶片105的支持基底112和支持基底401彼此對齊併疊合。
如圖16G中所示，加熱和模壓層狀材料，比如在120℃並使用10kg/cm2的壓力5分鐘。此溫度低於合成材料101的熱固樹脂的固化溫度。因此，熱固樹脂變柔軟，並且可容易地在合成材料101中嵌入電路元件，因而形成容納半導體晶片105的集成片狀體。片狀體形成過程在固化合成材料101的熱固樹脂之前執行。然後，進一步在175℃、50kg/cm2下持續60分鐘來加熱並模壓片狀體，因此，合成材料101中的熱固樹脂和導電樹脂合成物412完全固化。結果，合成材料101、半導體晶片105和布線圖102、103牢固地機械鍵合。而且，固化和固定作為通路104的導電樹脂合成物412，用於電連接布線圖102和103。
在除去支持基底112、401後，提供本發明的電路元件內置模塊。在這種情況下，支持基底112、401可使用剝離膜比如聚對苯二甲酸乙二醇酯或者金屬剝離材料。
而且，支持基底112、401可為比如印刷電路板、電路元件安裝模塊或本例子的電路元件內置模塊。圖17表示這種結構的例子。在圖17中，本發明的電路元件內置模塊用作支持基底401，並且多層印刷線路板用作支持基底112。
在上面的說明中，半導體晶片105的中心部分利用密封層109密封。然而，如圖18A到18G中所示，也可能不用密封層109密封半導體晶片105的中心部分。
圖18A和18B分別與圖16A和16B相同。在圖18C中，在合成材料101中形成多個空腔。圖18D1、182和圖18E分別與圖16D2、16D3和16E相同。然後，如圖18G中所示的片狀體可以如圖16中所示的相同的方式提供。
當如圖19A中所示，熱量通路113在合成材料101中形成時，其相應於圖18C，圖18G中的片狀體可以具有如圖19B中所示的熱量通路113。
而且，利用焊接或者類似方法，電路元件可以安裝在布線圖102、103或者支持基底401、112上，以便實現較高密度的安裝。圖20表示這種結構的例子。在圖20中，晶片元件403和半導體晶片404安裝在本發明的電路元件內置模塊上。
例子5在例子5中，將描述例子1和3中的電路元件內置模塊的製造過程。例子5中使用的材料和電路元件和例子4中的那些相同。圖21A到21G是表示電路元件內置模塊的製造過程例子的橫截面視圖。
圖21A和21B分別與圖16A和16B相同。
在圖21C中，形成在合成材料101中的通孔以與例子4同樣的方式利用導電樹脂合成物412填充，並同時形成空腔501。
圖22A到22D表示空腔501的形狀例子。在圖22A中，在合成材料101的一部分中形成空腔。在圖22B中，穿過合成材料101形成空腔。在圖22C中，以兩步的方式形成空腔。在圖22D中形成多個空腔。可使用適合於內置電路元件之形狀的任何空腔。在圖21中，按照半導體晶片105形成空腔。當提供附加的電路元件時，也可以為那些電路元件形成空腔。
空腔105不需在尺寸和形狀上與電路元件和密封層109相同，並且可以根據樹脂的流動性和通路104的位置具有預期的形狀。
圖23A到23B和24A到24C表示用於形成空腔501的方法例子。在圖23A中，可以準備具有填充導電樹脂合成物412的通孔和空腔的多個合成材料101。然後，如圖23B中所示，疊置合成材料101，以形成空腔501。在圖24A中，可以準備具有空腔的多個合成材料101。然後，如圖24B中所示，疊置合成材料101，以形成預期的形狀。其後，如圖24C中所示，提供通孔並填充導電樹脂合成物412。穿透型空腔可以通過穿孔或雷射束加工而容易地形成。因此，如圖22A到22D所示，當在合成材料101的一部分中形成空腔時，優選地，在形成穿透型空腔之後，疊置合成材料101。
圖21D1、21D2和21E中的處理與例子4中的那些相同。
在圖21F中，已通過以上方法形成的帶有空腔501的合成材料101、其上安裝有半導體晶片105的支持基底112和支持基底401彼此對齊併疊合。
如圖21G中所示，與例子4相同的方式，通過使用疊壓機，模壓和加熱層狀材料，並且在合成材料101中嵌入半導體晶片105，以形成集成片狀體。
在該例子中，將帶有空腔501的合成材料101處理成片狀體，因此模塊可包含大型元件。當不使用空腔的同時而包含如此大型元件時，合成材料101的樹脂較大地流動，並可以導致通路104離開預期位置。
以上製造方法能提供本發明的電路元件內置模塊。
例子6在例子6中，將描述例子2和3中的電路元件內置模塊的製造過程例子。例子6中使用的材料和電路元件和例子4中的那些相同。然而，半導體晶片105的連接端子位於其外周上。圖25A到25G是表示電路元件內置模塊的製造過程例子。
圖25A、25B、25C和25D1分別與圖21A、21B、21C、21D1相同。在圖25D2中，如圖25D1中所示安裝的半導體晶片105通過密封層109模製。在這種情況下，密封層109不是布置在半導體晶片105的中心部分。而是如圖25D3中所示，高導熱密封層201布置在半導體晶片105的中心部分。高導熱密封層201可以通過塗膠方式或者絲網印刷方法施加。施加之後，高導熱密封層201通過熱空氣或紅外輻射固化。也能使用光線如紫外輻射。當高導熱密封層201與密封層109同時固化時，能提高生產率。優選地，高導熱密封層201是半固化而不是完全固化。這是因為通過在如圖25G所示的隨後的熱處理和壓制處理中將它們固化到一起，高導熱密封層201和合成材料101或密封層109之間的粘合力能提高。
然後，圖25G中的片狀體可以與例子5相同的方式提供。利用片狀體，可獲得如圖6中所示的電路元件內置模塊。
當在圖25C中的空腔501具有如圖22C所示的形狀時，可以獲得如圖7所示的電路元件內置模塊。
當圖25C中的空腔具有如圖22C中所示的形狀，並且高導熱密封層201不僅布置在半導體晶片105的中心位置而布置且在如圖26中所示的密封層109上時，可獲得如圖8中所示的電路元件內置模塊。下面是進一步形成提高半導體晶片105熱消散的熱通路(圖9和10)的過程說明。
圖25C中的空腔501形成如圖22C中所示的形狀，並且如圖27A所示準備包括熱量通路113的高導熱密封層201。然後，高導熱密封層201布置在如圖27B中所示的支持基底112上形成的半導體晶片105的中心部分，其相應於圖25D2。因此，圖25G中的片狀體可以與例子5相同的方式提供。利用片狀體，如圖9中所示，可獲得帶有熱量通路113的電路元件內置模塊。
圖25C中的空腔501形成為如圖22B中所示的形狀，並且如圖27C中所示準備支持基底，其相應於圖25D3。因此，圖25G中的片狀體可以與例子5相同的方式提供。利用片狀體，可獲得如圖10中所示帶有熱量通路113的電路元件內置模塊。
而且，當合成材料101包括如圖28A中所示的熱量通路113，其相應於圖25C。可獲得如圖28B中所示的電路元件內置模塊。
在例子6的電路元件內置模塊中，密封半導體晶片的連接端子、布線圖和引線。因此，即使高導熱密封層是導電材料，電路結構也不會遭受損壞，比如短路。為了改善半導體晶片的熱消散，高導熱密封層優選地包括導熱填料。導熱填料能提供高的熱消散。而且，通過布置電路元件的接地平面和布線圖的接地端子能提高接地。
優選地，導熱填料是包括選擇自AL2O3、BN和AlN中的至少一種顆粒。這些顆粒具有低電阻和高導熱性。
以上的製造方法能提供本發明的電路元件內置模塊。
例子7在例子7中，將描述例子1到3中的電路元件內置模塊的製造過程例子。例子7中使用的材料和電路元件和例子4中的那些相同。圖29A到29H是表示電路元件內置模塊製造過程例子的橫截面視圖。
例子7與例子4到6不同之處在於在包括導電樹脂合成物412和空腔501的合成材料101疊置在安裝有半導體晶片(圖29F)的支持基底112上之後，施加密封層109。通過在圖29F中的處理之後施加密封層109，它能緊固地填充空腔501。當合成材料101被加熱和模壓時，合成材料101流進空腔(圖29H)。如果空腔501太大，空腔501具有空隙(viods)。為了防止這種空隙，優選地，空腔501的高度(圖29C)小於03mm。
高導熱密封層201可以用在圖29G中。在這種情況下，如圖30中所示，優選地，第二厚度602大於第一厚度601。第一厚度601是從合成材料101的上表面到支持基底112的下表面的距離。第二厚度602是從高導熱密封層201的頂部到支持基底112的上表面的距離。利用這種結構，在片狀體形成處理中，在合成材料101之前，模壓高導熱密封層201。因此，高導熱密封層201水平延伸，同時減少合成材料的樹脂流動。這樣，可以抑制提供在合成材料101中的導電樹脂合成物412的變形。而且，當高導熱密封層201尺平延伸時，高導熱密封層201、支持基底401和布線圖103之間的接觸面積增加，由此，獲得如圖8中所示的具有改良熱消散的電路元件內置模塊。
在例子1到7中，如圖31中所示，形成在支持基底112、401上的布線圖102、103可以嵌入在各自的支持基底中。
例子8使用圖1中的電路元件內置模塊，將描述提高密封層109(第二混合物)和密封層101(第一混合物)之間接觸面的粘合力的例子。如圖34中所示，使密封層109的表面變粗糙。可以通過研磨(buffing)或噴砂(bandblasting)物理地完成粗糙處理。在這種情況下，因為研磨可能損壞引線，所以優選噴砂。表面也可以化學地粗糙。可替換地，具有預定表面粗糙程度的成型模(molding die)形狀可以轉錄(transcribe)到該表面，比如，通過把密封層109施加到引線、將加熱的成型模模壓到密封層109的表面、將成型模的表面形狀轉錄到密封層109的表面，並且移去成型模。優選地，密封層109的表面具有0.1μm到0.4μm的10點粗糙度(Rz)。具有此範圍之粗糙度的密封層109可更加牢固地鍵合到密封層101。10點粗糙度(Rz)是輪廓曲線之估計長度上5個最高峰和5個最低谷之間的平均高度差，用μm表示(JIS標準，B0601)。
可替換地，如圖35中所示，偶聯劑可以施加於密封層109的表面。偶聯劑的例子包括矽烷偶聯劑和鈦偶聯劑。尤其是，可以使用γ-甲基丙烯醯氧基丙基三甲氧基矽烷的矽烷偶聯劑。施加量能任意地確定。
通過這種方式，可以改善密封層109(第二混合物)和密封層101(第一混合物)之間接觸面的粘合力。
例子9
在該例子中，如圖36A、36B中所示，本發明的電路元件內置模塊安裝在IC卡(可內置被動元件和半導體的印刷電路板卡(SIMPACTCARD))上。在與引線108相對的表面上形成屏蔽層117，以防止引線108起到天線的作用。天線電路118形成在半導體晶片105的側面上，並彼此間隔開。可以以兩層(圖36A)或者單層(圖36B)布置天線電路118。在圖36B中，僅在一個方向能接收/發送信號。在該SIMPACT CARD中，可以形成夾住半導體的兩層電路，並通過通路電連接。用卡封裝樹脂119覆蓋整個IC卡。
圖37表示用於參考的傳統卡。在圖37中，天線電路118形成在半導體晶片105的側面上，並被間隔開。天線電路118被設置在單層中。用卡封裝樹脂119覆蓋整個IC卡。然而，引線108可以拾取信號噪音，並導致半導體晶片105出現故障。而且天線電路118被形成為單層，因此，限制了接收靈敏度和發送強度。
相反，如圖36A中所示，本例子的IC卡可通過屏蔽層117防止噪音影響，並通過以兩層形成天線電路118來改善對接收靈敏度和發送強度的限制。
如上所述，本發明可提供使用低成本安裝工藝比如引線鍵合併可消除引線故障或短路的電路元件內置模塊，和用於製造該電路元件內置模塊的方法。而且，本發明對封裝比如加熱電源模塊也是有好處的。
本發明可以體現為其它形式而不脫離其精神或實質特徵。從所有方面看，本申請中公開的這些例子是作為說明性的而非限制性的。本發明的範圍通過附加的權利要求而不是通過前面的描述來表示，並且落入權利要求含義及其等效的所有變化均包含在其中。
權利要求
1.一種電路元件內置模塊，包括電絕緣基板，由包括填料和熱固樹脂的第一混合物製成；布線圖，至少形成在該電絕緣基板的主表面上；若干個電路元件，布置在電絕緣基板內並且電連接到該布線圖；和若干個通路，用於電連接該布線圖；其中，所述電路元件其中至少之一是使用引線安裝的電子元件，以及利用包括填料和樹脂的第二混合物，密封所述引線的部分或全部。
2.根據權利要求1的電路元件內置模塊，其中，利用包括導電填料和樹脂的合成物，填充所述通路中至少之一。
3.根據權利要求1的電路元件內置模塊，其中，所述第二混合物的填料含量大於所述第一混合物的填料含量。
4.根據權利要求1的電路元件內置模塊，其中，所述電子元件使用引線安裝，並通過引線鍵合連接。
5.根據權利要求1的電路元件內置模塊，進一步包含包括填料和樹脂的第三混合物，其中，利用所述第三混合物，密封所述電子元件的中心部分。
6.根據權利要求5的電路元件內置模塊，其中，在所述第一混合物或所述第三混合物中形成熱量通路。
7.根據權利要求5的電路元件內置模塊，其中，所述第三混合物的填料包括導熱填料。
8.根據權利要求1的電路元件內置模塊，其中，所述第一混合物的填料包括空心填料。
9.根據權利要求1的電路元件內置模塊，其中，所述第一混合物的熱固樹脂包括選自由環氧樹脂、酚醛樹脂和氰酸樹脂構成的組中的至少一種熱固樹脂。
10.根據權利要求1的電路元件內置模塊，其中，所述第一混合物和所述第二混合物的填料包括選自由Al2O3、MgO、BN、AlN和SiO2構成的組中的至少一種無機填料。
11.根據權利要求10的電路元件內置模塊，其中，該填料具有0.1μm到100μm的平均顆粒尺寸。
12.根據權利要求1的電路元件內置模塊，其中，所述第一混合物的填料含量在70wt％到90wt％的範圍內。
13.根據權利要求1的電路元件內置模塊，其中，所述第二混合物的填料含量在80wt％到95wt％的範圍內。
14.根據權利要求5的電路元件內置模塊，其中，所述第三混合物的填料含量在85wt％到95wt％的範圍內。
15.根據權利要求5的電路元件內置模塊，其中，所述第三混合物的填料具有0.1μm到50μm的平均顆粒尺寸。
16.根據權利要求2的電路元件內置模塊，其中，所述通路的導電填料是金屬顆粒或金屬合金顆粒，其包括選自由金、銀、銅、鎳、鉛、錫和鋁構成的組中的至少一種金屬。
17.根據權利要求1的電路元件內置模塊，其中，所述第二混合物密封所述引線、通過所述引線連接的所述電路元件和布線圖。
18.根據權利要求1的電路元件內置模塊，其中，使得由第二混合物製成的密封層的表面至少一部分變得粗糙或者提供預處理膜，其中該至少一部分形成與由所述第一混合物製成的密封層的一接觸面。
19.根據權利要求1的電路元件內置模塊，其中，該電子元件是半導體晶片，在該半導體晶片與所述引線相對的表面上設置一屏蔽層，至少一個天線電路形成在該半導體晶片的側面上並被間隔開，以及利用卡封裝樹脂覆蓋整個模塊。
20.一種用於製造電路元件內置模塊的方法，包括在第一布線圖上布置若干個電路元件，該第一布線圖形成在支持基底的一個主表面上；通過引線鍵合，連接所述電路元件其中至少之一；利用包括填料和樹脂的第二混合物，密封用於該引線鍵合的引線的部分或全部；在該支持基底上布置其上形成所述電路元件的其主表面，使其以包括填料和未固化的熱固樹脂的第一混合物蓋面；通過模壓該支持基底，形成片狀體，使得所述電路元件位於所述第一混合物中；和通過加熱該片狀體，固化第一混合物的熱固樹脂。
21.根據權利要求20的方法，其中，通過引線鍵合連接的至少一個電路元件的連接端子位於該電路元件的外周上，該方法進一步包括利用包括填料和樹脂的第三混合物，密封該電路元件的中心部分，和在利用所述第二混合物進行密封處理之後，並在形成該片狀體的處理之前，執行利用第三混合物的密封處理。
22.一種用於製造電路元件內置模塊的方法，包括在第一布線圖上布置若干個電路元件，該第一布線圖形成在支持基底的一個主表面上；通過引線鍵合連接所述電路元件其中至少之一；根據所述電路元件的尺寸，在包括填料和未固化的熱固樹脂的第一混合物中形成空腔；在該支持基底上布置所述第一混合物，使得該空腔面向該支持基底上形成所述電路元件的主表面；利用包括填料和樹脂的第二混合物，密封用於該引線鍵合的引線的部分或全部；通過模壓第一混合物和該支持基底，形成片狀體，使得在所述電路元件位於所述第一混合物中；和通過加熱該片狀體，固化所述第一混合物的熱固樹脂。
23.根據權利要求22的方法，其中，通過引線鍵合連接的至少一個電路元件的連接端子位於該電路元件的外周上，該方法進一步包括利用包括填料和樹脂的第三混合物，密封該電路元件的中心部分，以及在利用第二混合物進行密封處理之後，並在形成該片狀體的處理之前，執行利用第三混合物的密封處理。
全文摘要
一種電路元件內置模塊，包括電絕緣基板(101)，由包括填料和熱固樹脂的第一混合物製成；布線圖(102，103)，至少形成在電絕緣基板(101)的主表面上；電路元件(105)，布置在電絕緣基板內並電連接到布線圖(102，103)；和通路(104)，用於電連接布線圖(102，103)。至少一個電路元件(105)是引線安裝。利用包括填料和樹脂的第二混合物(109)密封部分或全部引線。電路元件內置模塊在採用例如引線鍵合的低成本安裝工藝的同時可以消除引線故障或短路。
文檔編號H05K3/46GK1591861SQ20041006856
公開日2005年3月9日 申請日期2004年8月30日 優先權日2003年8月28日
發明者石丸幸宏, 菅谷康博, 朝日俊行 申請人:松下電器產業株式會社