噴墨印刷引線鍵合,密封劑和屏蔽的製作方法

2023-05-17 02:52:31

專利名稱：噴墨印刷引線鍵合,密封劑和屏蔽的製作方法
技術領域：
本發明通常涉及引線鍵合技術，更具體地涉及利用原料印刷機選擇性 印刷引線鍵合和間隔物。
技術背景迄今，在半導體器件製造中，使用引線鍵合將晶片上的接合焊墊連接 到封裝上的接合焊墊。更具體地，在工藝中提供一定長度布線的同時，引 線鍵合工具接觸晶片上的焊墊，將布線焊接到該焊墊，然後移動到封裝上 的焊墊。然後將該布線的另一端焊接到封裝上的焊墊。工具在多個焊墊之 間移動的路徑決定了布線的形狀和回線高度，這在許多應用中是重要的。 例如，當使用多行焊墊增加連接密度時，回線高度必須被控制得足夠好， 以避免多個布線之間的短路。這在例如噴墨印刷頭的應用中尤其重要，在 那種情況下如果回線太高，布線就會被用於保持噴嘴板正面的刮片損壞。在圖U至1C中示出了引線鍵合技術的實例。具體地，圖1A是球焊引 線鍵合的實例，圖1B是楔焊的實例，圖1C示出了球焊布線陣列。雖然大 部分引線鍵合技術可以應用密封劑來保護引線鍵合，但是為了清楚地示出 引線鍵合，將從圖中省略了密封。密封劑可以用於保護引線鍵合不受環境 和本領域中熟知的自然因素的^t壞。在熟知的上述類型的半導體器件的製造中，密封劑被分配到引線鍵合 上，以防止短路、機械損害、例如腐蝕的環境損害以及介質擊穿。通過流 入該區域分配密封劑會存在妨礙器件工作的問題。為了避免這種問題，典 型的方案是移動接合焊墊進一步遠離該器件，由此增加了管芯尺寸和成本。本領域熟知的另一個問題是布線可用作天線，與來自其它器件或周圍 環境的不希望的能量耦合。當布線用作天線時，在電路中就會產生噪聲， 這會影響器件的正常工作。由此，需要提供用於半導體器件中的噴墨印刷布線和密封劑的方法和 設備，來克服現有技術的這些和其它問題。發明內容根據本教導，提供了一種在半導體器件中將襯底電連接至封裝的方法。 該示範性的方法可以包括以預定的圖案將密封劑以預定的厚度印刷在襯底和封裝上，在襯底和封裝之間以預定的圖案在密封劑上印刷一層導電 線，並在印刷的導電線圖案上印刷第二層密封劑。該印刷的導電線與密封 劑的上表面共形，並由此通過一厚度的密封劑與該襯底分隔開。可以固化 至少第二層密封劑。根據本教導，提供了一種形成引線鍵合的方法。該示範性方法可包括以選擇性的圖案在半導體器件上印刷導電金屬材 料層、和用印刷的密封劑材料將印刷的金屬材料層同半導體器件的表面分隔開。根據本教導，提供了一種引線鍵合的半導體器件。該示範性的器件可以包括封裝和固定在該封裝上的晶片。晶片和封裝 每個都包括形成在其上的接合焊墊。在晶片和封裝的上表面上印刷絕緣層， 例如介質層或密封層。將金屬布線圖案印刷在絕緣層的上表面上，並且與 絕緣層的表面共形，印刷的金屬布線圖案與晶片接合焊墊和封裝接合焊墊 接觸，金屬布線圖案通過一定厚度的第一絕緣層與晶片隔開。可以在金屬 布線圖案的上表面上印刷第二密封劑層。


圖1A、 1B和1C描述了已知的引線鍵合的透視圖； 圖2示出了根據本教導的實施例的部分半導體器件； 圖3A至3D是描述利用根據本教導的實施例的原料印刷頭製造半導體 器件的幾個階段的側視圖；和圖4示出了根據本教導的實施例的操作部件的互連。
具體實施方式
實施例通常關於用原料印刷機印刷半導體部件。印刷有機電子設備是 熟知的，其中從噴墨印刷機以一滴一滴的圖案選擇性地沉積材料。對於這 種器件的應用典型地用於大的、相對便宜的電子設備，例如平板顯示器(LCD 濾色器和埋色間隔器(inter-color spacer) 、 0LED顯示器)、RFID標 籤、普遍存在的標誌、智能紙、大的光生伏打電池、巻曲顯示器、印刷電 路板蝕刻和焊接掩模和生物化學傳感器。然而，在這裡的示範性實施例中，密封劑材料和導電金屬材料可以在分配以印刷接合焊墊、跡線、布線和密封劑。在編程計算機的指示下，可以指示這裡使用的壓電印刷頭來印刷各種材料，例如金屬和絕緣體。因為印刷材料最初是由計算機管理的，所以可 以印刷許多圖案，甚至與材料無關，由此能夠實現現有技術沒有實現的分 層半導體器件。圖2示出了用將在這裡描述的原料型印刷頭通過印刷一定的部件而裝 配的半導體器件200。應該認識到，半導體器件200代表一般的示意性說明， 並且可加入其它部件，或者可以移除或修改現有的部件。該裝配的半導體 器件200可包括封裝210、形成在封裝210上的襯底220、分別用於襯底220 和封裝210的每一個的接合焊墊230、 240、第一印刷層的密封劑250、第 一印刷層的布線260和第二層的印刷密封劑270。雖然沒有示出，但是在該 器件中也可以包括跡線。為了描述這裡的示範性實施例，術語"襯底，，可以指的是本領域熟知 的管芯晶片等。另外，這裡使用的術語"布線"指的是由印刷頭印刷的導 電金屬，並且本質上不是指將金屬的形狀限制為布線的形狀。根據預定的 設計參數，可以提供多層印刷密封劑和印刷布線。雖然沒有詳細描述，但 是本領域的技術人員將認識到基於這裡給出的描述該裝置可包括多個另外 的層。另外，由下面的閱讀將認識到，交錯的密封劑能夠實現在現有技術 中先前沒有實現的布線圖案。此外，結合示範性實施例，在確定的上下文中，可以用絕緣或介質層 代替使用密封劑。如這裡使用的密封劑，成分可以變化，但是典型為高純 度。換句話說，為了減少腐蝕，密封劑可以包含很少的離子性汙染物。僅 舉例來說，密封劑可以是環氧樹脂、凝膠、例如矽酮的合成橡膠和其它相 關材料。密封劑典型地可以通過從大約60。C加熱到大約20(TC而固化。密 封劑也可以通過從大約125。C加熱到大約15(TC而固化。另外，密封劑的固 化可以不用加熱來實現，例如，利用兩部分混合固化或例如紫外線的其它 射線。現在轉到圖3A至3D,將描述用於裝配半導體器件300的工藝。應該認 識到，圖3A至3D是為了說明簡化的，並且可加入其它步驟，或移除或修_ 改現有的部件。首先參考圖3A,裝配的最初階段可以包括提供固定到封裝310上的襯 底320,並且具有所示的分別預先固定到襯底320和封裝310的每一個上的 接合焊墊330、 340。如所示出的，可以預先存在跡線(未示出)，或者用 原料印刷機的印刷頭390將跡線印刷在器件上。在製造位置應用接合焊墊和跡線的情況下，該應用可以利用原料印刷頭390來進行，類似於密封劑和布線。例如，原料印刷頭390可以將懸浮 在易揮發溶劑中的膠質導體的滴印刷到襯底320和封裝310上。襯底320 和/或封裝310可以預先加熱，使溶劑在與其接觸時快速蒸發。預加熱襯底 320和封裝310可以具有更快速地乾燥印刷材料的優點，同時最小化材料在 其上的擴展。典型地，將襯底和封裝預加熱到大約IO(TC和大約30(TC之間 的溫度，這將使表面溫度能夠快速地蒸發所使用的易揮發溶劑。通過預加 熱，期望材料的印刷滴能夠形成為在室溫的表面上材料的類似印刷滴尺寸 的大約一半尺寸。用於膠質導體的材料的實例可以包括膠質銀、膠質金或其它類似已知 的導體。限定接合焊墊334、 340和跡線的印刷材料的厚度可以通過印刷頭390 完全控制。換句話說，如杲厚層材料是期望的，則將額外的液滴噴射到襯 底上相同的位置處。在每個印刷層之後或在相同的位置施加了許多材料滴 之後，可以進行材料的燒結。如杲將襯底加熱到足夠高的溫度，則可以不 需要單獨的印刷材料的燒結步驟。在使用燒結的情況下，期望在大約200 。C到大約30(TC進行10分鐘的時間周期，將呈現印刷材料的峰值導電性。 另外，期望對銀大約20(TC的溫度和對金大約30(TC的溫度，可以提供所述 的峰值導電性。如圖3B所示，該器件還可以包括用原料印刷頭3 9 0印刷到至少襯底3 2 0 和封裝310上的密封劑350。雖然該密封劑描述為印刷到襯底320和封裝 310上，但是應該認識到，如杲該表面是絕緣的或電介質的，則通過印刷沉 積的第一層可以是定義第一層布線360的金屬，如下進一步描迷的那樣。 由此，"第一層密封劑，，不必是印刷到襯底和封裝上的第一層。在密封劑印刷在襯底和封裝上的情況下，第一層密封劑350可以印刷 到對應襯底320和第一布線層360之間的期望距離的厚度。密封劑350可 以重疊襯底接合焊墊330的一部分上，並且橫過襯底320和封裝310之間 的階梯結構，以鄰近於封裝接合焊墊340終止。應該意識到，如果非接合 焊墊區中的襯底或結構是導電的，則可以僅提供重疊。如果襯底和封裝表 面是介電的、絕緣的，或提供有絕緣表面或層，那麼就可以省略第一層密 封劑。如果使用的話，印刷的密封劑在襯底320和將上覆蓋布線360之間 用作絕緣間隔物，如在這裡進一步描述的，並且可以根椐設計參數印刷期望的厚度。典型地，印刷的密封劑層350可以是從大約1到大約5微米厚。在印 刷期間，印刷頭390可以離襯底320大約lmm;然而，可以根據印刷需要調 節該距離，例如，當在封裝310上面印刷時。一旦印刷了，可以利用烘焙完全固化密封劑。烘焙的溫度和持續時間 可以根據用於密封劑的材料而不同；然而，在大約IO(TC到大約150'C的溫 度持續大約30分鐘可以用作為基礎。對於薄密封劑層，可以使用較短的烘 焙時間和/或較低的溫度，並且對於厚密封劑層，可以使用更長的烘焙時間 和/或更高的溫度。另外，可以使印刷頭390適應大約600微米的襯底320 和封裝310之間的臺階高度。作為選擇，當多層密封劑和金屬印刷在器件上時，在完成了印刷各種 層之後，可以進行單次烘焙。如圖3C所示，定義第一層布線360的金屬印刷在第一層密封劑350上 方。為了完成導電路徑，印刷第一布線層360，以連接襯底接合焊墊330和 封裝接合焊墊340。在由示範性實施例確定的優點中，接合焊墊330、 340 之間的印刷線360的路徑可以根據實際任何設計參數而不同。 一旦印刷了 印刷布線360,其要和密封劑的上表面共形。另外，該金屬"布線"360可 以具有由許多重疊的印刷滴劑定義的厚度，和具有由許多相鄰的印刷金屬 材料的滴劑定義的寬度。因此，最後得到的印刷布線360本質上不需要環行，而是可以印刷成 適合於特定器件的任何形狀和尺寸。例如，通過約束印刷布線360的垂直 尺度，可以形成微帶型的線。更進一步，如果印刷布線360意圖承載大電 流，則該布線可以印刷成適合該電流的尺寸。還可以改變該形狀，以改變 布線的阻抗，在該布線用作傳輸線的情況下，這對於降低反射是重要的。 再進一步，陣列內多個布線的每一個可以不同地印刷。同樣，當該布線360 承栽大量電流時，例如公共接地連接，其可以印刷成具有大的橫截面。由此，應該認識到，印刷布線360可以達到距離襯底320預定的距離， 直接走到外側，達到邊緣，並下降將接合焊墊貼附到封裝。因為密封劑350 是在印刷頂布線之前印刷的，所以，例如，在現有布線之上的5|Lim，可以 通過另外的布線，而沒有任何短路的危險。具體地通過在離村底320不同 的高度印刷多個橫向行進的行，可以在比先前能夠達到的密度更高的密度 使用布線。布線可以具有"U"型彎曲，以消除應力或平衡陣列中器件之間的阻抗。此外，由於密封劑僅印刷在需要它的地方，所以需要非常小的管 芯空間使密封劑不靠近器件。提供這些實例，以說明通過在示範性實施例 中印刷布線而發現的靈活性，而並不是用於限制。一旦印刷了布線360,在連接接合焊墊和跡線時可以對其進行如上所述 的燒結。例如，可以在大約200'C到大約30(TC的溫度下持續大約10分鐘 來燒結印刷布線360。在印刷和燒結了印刷布線360之後，在印刷的布線360上印刷第二層 密封劑370。接下來，可以用與結合第一層密封劑350描述的相同的方式固 化密封劑370。如杲沒有另外層的布線360要被印刷，那麼第二層印刷的密 封劑370的功能可以是蓋帽印刷布線360,以保護它們不受彼此和環境的 影響。在將應用另外層印刷布線的情況下，第二層密封劑370可以是密封 劑的中間層，用來定義相鄰印刷布線層360之間的厚度。應該認識到，根 據具體器件需要的布線層的數目，可以重複印刷密封劑和布線層。雖然沒有具體說明，但還應認識到，金屬層可以印刷為電磁幹擾(EMI ) 屏蔽，以隔離布線。這可以具體應用在高頻操作，或者用於電噪聲區域。 如果期望防止器件之間的電串擾，則可以圍繞各個布線進行金屬屏蔽。更 進一步，可以單獨密封每個布線。提供圖4用來說明根據本教導實施例的操作部件的互連。更具體地， 編程具有可編程中央處理單元的計算機來指示從原料印刷頭490噴射到器 件400上的印刷材料的類型和位置。根據計算機的輸入和生成的應用程式 來控制變化印刷位置、數量和圖案。雖然概括性的描述了部件之間的關係， 但是本領域的技術人員應該認識到，在沒有偏離示範性實施例的前提下， 可以增加、移除或修改某些部件。本領域的技術人員應認識到，通過這裡描述的示範性實施例能夠獲得 幾個好處，並且包括多種應用、形狀控制、高布線密度、控制布線形狀和 直徑、布線的選定路線容易和全過程簡化。例如，這裡描述的布線可以印 刷到幾乎任何類型的通常使用標準引線鍵合的器件上，不管該器件自身是 否是利用原料印刷機創造的。形狀控制特徵幾乎允許完成三維控制布線形 狀，由此能夠實現線交叉、防止短路和保持低迴路高度。低迴路高度在約 束垂直尺度的應用中尤其是有利的，例如在避免噴墨頭的刮片或高密度互 連的應用中。此外，原料印刷才幾可以印刷25 nm間隔的25 pm細的布線，允許單排850pm的布線間距。增加額外的接合焊墊行和布線行，可以允許有效間距更 小，對於四行大約是12. 5Mm。距器件邊沿的每行可以以比先前的布線更高 的高度(利用印刷的密封劑)形成，以便其不與其它行千擾。此外，由於相應需要大量的連接，所以存在當前不能使用大量布線的 情況。通過利用具有大量噴頭的原料印刷機，可以同時印刷許多布線，沒 有任何時間約束。而且，由於失效的風險，非常大數量的標準引線鍵合是 不切實際的，而印刷布線能夠避免這個問題，並且能提供比標準引線鍵合 技術更高的精度。另外，不同的布線長度具有不同的阻抗，這對於要求所有器件同樣進 行的一些應用會導致問題。對於傳統的引線鍵合，通過改變迴路高度能夠 達到目的，但是這會很難確定理想的迴路高度、產生迴路高度的接合器的 理想路徑，和確保接合器始終如一的重複該過程。因此應認識到，這裡示 範性實施例的印刷布線能夠很容易加長或縮短線路，或者能夠具有包括增 加布線阻抗的額外的迴路。為了使阻抗相等，還可以改變布線的截面，截 面面積越大則給出的阻抗就越小。儘管闡明本發明的廣闊範圍的數值域和參數是近似的，但是在具體實 例中列出的數值是儘可能精確呈現的。然而，任何數值都固有地包含由在 其各個實驗測量中發現的標準差所導致的一定誤差。而且，這裡公開的所 有範圍要理解為包括這裡包含的任何和所有子範圍。例如，"小於10"的 範圍可包括在最小值0和最大值10之間(且包括)的任何所有的子範圍， 也就是說，任何和全部具有等於或大於0的最小值和等於或小於10的最大 值的子範圍，例如，1到5。
權利要求
1.一種在半導體器件中將晶片連接到封裝的方法，包括在晶片和封裝的至少一部分上印刷預定厚度的密封劑；在晶片和封裝之間以預定的圖案在密封劑上印刷一層導電材料，其中印刷的導電材料與密封劑的上表面共形，以使得密封劑定義從印刷的導電材料到晶片和封裝的距離；在印刷的導電線材料上印刷第二層密封劑；和至少固化第二層密封劑。
2. 根據權利要求l的方法，進一步包括絕緣晶片和封裝表面，並在印 刷密封劑之前在絕緣的晶片和封裝上印刷一層導電材料，其中第一印刷的 導電材料層具有與隨後印刷的導電材料層不同的圖案。
3. 根據權利要求l的方法，進一步包括在晶片和封裝上的印刷接合焊墊。
4. 根據權利要求l的方法，其中在晶片和封裝的至少一部分上印刷密封劑。
5. 根據權利要求3的方法，其中印刷接合焊墊包括預加熱器件和向該 器件印刷懸浮在易揮發溶劑中的導電滴劑，並且在易揮發溶劑與預加熱的 器件上接觸時快速蒸發該易揮發溶劑。
全文摘要
本發明涉及噴墨印刷引線鍵合，密封劑和屏蔽。一種在半導體器件中將晶片連接到封裝的方法，包括在晶片和封裝的至少一部分上印刷預定厚度的密封劑和在晶片和封裝之間以預定的圖案在密封劑上印刷一層導電材料。該印刷的導電材料與密封劑的上表面共形，以使得密封劑定義才印刷的導電材料到晶片和封裝的距離。該方法進一步包括在印刷的導電線材料上印刷第二層密封劑和至少固化該第二層密封劑。
文檔編號H01L21/50GK101276765SQ200810087479
公開日2008年10月1日 申請日期2008年3月28日 優先權日2007年3月30日
發明者J·P·邁爾斯, P·J·尼斯特倫, P·M·古爾文 申請人:施樂公司