專利名稱：倒裝片封裝、其電路板以及其封裝方法
技術領域：
本發明涉及一種倒裝片封裝、其電路板以及其封裝方法，特別針對一種具有適用于倒裝片封裝、其電路板以及其封裝方法的電極結構的倒裝片封裝。
背景技術：
近來，電路在密度方面的集成度越來越高，并且對于封裝裝置，較小面積和連接電阻的需求也不斷增強。一種高密度封裝的方法是倒裝片封裝法。有幾種封裝方法可以用于倒裝片封裝，并且處于容易維修和無鉛化的考慮，無鉛化在這些年引起人們的注意，SBB方法(柱凸起接合)就是一種符合人們需要的技術。SBB方法是一種用于通過引線接合法在半導體元件上形成突出電極，這些電極由例如Au的材料制成，并用于通過導電樹脂連接突出電極和電路板上的電極的技術。
參照圖3，通過例如絲網印刷的方法首先在電路板11上印制膠狀電極材料，并且電路板11以使電極材料燒結的溫度進行烘烤。這樣，就在電路板11上形成了電路電極12。另一方面，通過例如引線接合的方法在半導體元件13上形成突出電極14，并且通過轉移等方法在突出電極14上形成導電樹脂15。然后，電路板11和半導體元件13進行高精度定位，并給其施加合適的加載。因此，半導體元件13就封裝在了電路板11上。
然而，上述傳統的封裝方法存在下述缺陷。首先，因為近年來，半導體元件13不斷減小電極間距(electrode pitch)，因而在電路板11上的電極間距需要相應更小。然而，根據傳統的絲網印刷方法，間距限制為等于300μm，并且用低于該限制的間距進行印刷是很困難的，就會引起頻繁的短路和斷線。因此，成品率就較低。
其次，當半導體元件13在電極間距較小時，就很難對轉移到半導體元件13的突出電極14上的導電樹脂15的數量進行控制。特別是很可能發生短路。為了防止短路，導電樹脂15的數量設定為少于傳統技術的用量。然而，因為電極材料的橫向延伸，當電極間距為100μm時，電路電極12就在橫截面中都成為半圓形。當在電路電極12上進行倒裝片封裝的情況下，導電樹脂15如圖3所示擠到電路電極12之外。因而，從鄰近電路電極12擠出的導電樹脂15就可能短路。

發明內容
本發明的目的是即使當半導體元件具有較小的電極間距時，也與電路板具有穩定的連接。
為了解決上述問題，當形成在半導體元件上的突出電極通過導電樹脂與電路板上的電路電極相連時，本發明包括下述步驟(a)通過使用含有光化聚合材料的膠狀電極材料形成具有規定干膜厚度的電極材料模；(b)使電極材料膜曝光并顯影；(c)烘烤所顯影的電極材料膜；和(d)將半導體元件倒裝片封裝在上述步驟中所形成的電路電極上。
在上述步驟中，具有反卷邊緣的凹形電路電極在電路板上形成。因為電路電極的凹面用作為托墊，因此，就可能在沒有擠出任何導電樹脂的情況下，對半導體元件進行倒裝片封裝。因而，就可能消除短路的發生，實現對半導體元件的可靠封裝。
陶瓷可應用作為電路板。電路板不僅能配置具有包括有用于安置上述半導體元件的電路電極的電路，也可以配置具有用于安置除半導體元件外的部件的電路和用于與另一板相連的電路。
所使用的這種電極材料至少含有金屬材料例如Au、Ag或Cu和玻璃作為無機成分，以及單基物和聚合物，它也作為聚合材料，以及作為有機成分的光引發劑。可以在所形成的電路電極表面上施加Ni或Au電鍍。
所使用的半導體元件形成有由金屬材料例如Au、Al、Cu以及焊料制成的突出電極。任何包括引線接合和電鍍的方法可以用于形成突出電極。
只要樹脂含有導電成分例如Au、Ag和Cu就可將導電樹脂應用于連接半導體元件上的突出電極和電路板上的電路電極。無論樹脂類型是熱固性還是熱塑性，它們都可以使用。
在上述步驟(a)，通過在電路板上印刷膠狀電極材料形成了膜。電極材料僅需要在用于封裝半導體元件的封裝區域進行印刷。其他區域可以根據上述傳統方法提前形成電路圖案。另外，依據不打算形成電路圖案的印刷，印刷可以在封裝區域的整個表面上進行。這樣，就可以充分應用粗印刷例如傳統的絲網印刷。在合適的溫度對電極材料進行烘干，以防止印刷之后材料的流動。然而，印刷板和印刷條件需要進行設定，以便確保規定的膜厚度，該厚度最好是10到20(μm)。
在步驟(b)中，玻璃掩模等等配置在電極材料印制和烘干的電路板上。玻璃掩模的形成使得僅在具有半導體元件的電極區域能傳送光。具有波長在320到370nm的紫外線以300到500mJ輻照。因而，在傳送紫外線的電極區域上的聚合材料由光引發劑引起反應和聚合。在一段適宜的時間之后，依靠將沒有反應的聚合材料進行溶解的溶液，電路板就能完全顯影。這樣，膜就從除電極區域外的其他部位上去除，而在電極區域上仍然保留。這時，通過調整膜的厚度，留下接收較少光線的聚合材料以保留對板的不充分聚合。顯影后從已經去除膜的非電極區域開始進行腐蝕，并進一步向板更寬區域延伸。因此，膜在電極區域上具有梯形的橫截面。當膜厚度很小時，所有的聚合材料都已聚合，并且就不可能獲得具有梯形橫截面的膜。因此，就需要有上述膜的厚度。
在步驟(c)中，通過曝光和顯影完成的電路板以使電極材料燒結的溫度進行烘烤，并且將電路電極燒烘烤在電路板上。這時，會引起電極材料的輕微收縮，因而，已形成的電路電極兩端都有輕微起卷(這種起卷的部位稱為卷邊)，并且電路電極的橫截面成為弧形。為了在烘烤后保護電極表面，可以施加Ni、Au等等電鍍。
在步驟(d)中，具有形成在其上的突出電極的半導體元件通過使用導電樹脂倒裝封裝在電路板上。這時，電路電極的卷邊就作為壁，因而防止了導電樹脂的擠出。


圖1是解釋根據本發明實施例1對半導體元件進行倒裝片封裝的方法的過程截面圖；圖2是解釋根據本發明實施例2對半導體元件進行倒裝片封裝的方法的過程截面圖；圖3是解釋傳統的半導體元件進行倒裝片封裝的方法的過程截面圖；具體實施方式
本發明的特征在于當半導體元件通過使用導電樹脂倒裝封裝在電路板上時，該元件具有形成在其上的突出電極，含有光化聚合材料的電極材料印制在電路板上的半導體元件封裝區域上，這樣，就形成具有預定厚度的膜，在執行曝光和顯影處理之后，通過烘烤電極材料膜形成凹面電路電極，因而，使得電極材料膜僅保留在預定的電極區域上，凹面電路電極具有在離開板表面的方向上起卷的邊，使在半導體元件上形成的突出電極與凹面電路電極的凹側接觸，并且突出電極和電路電極通過導電樹脂彼此相互連接。
而且，本發明的特征在于通過使用倒裝片封裝方法形成具有10到20微米厚度干膜的電極材料膜。
而且，本發明的特征在于在顯影后保留的電極材料膜在橫截面上為離開電路板越遠越寬的梯形。
本發明的特征還在于根據倒裝片封裝方法，電路電極在橫截面中成弧形。
此外，根據本發明，一種倒裝片封裝，在其中具有形成在其上突出電極的半導體元件通過使用導電樹脂封裝在電路板上，特征在于電路板包括凹面電路電極，每個電極都具有在離開板表面的方向上起卷的邊，對該半導體元件進行配置，以便突出電極的端點與凹面電路電極的凹面接觸，并且突出電極和電路電極通過導電樹脂彼此相連。
而且，根據本發明，通過使用導電樹脂用于倒裝封裝半導體元件的電路板，它具有形成在其上的突出電極，其特征在于包括凹面電路電極，每個電極都具有在離開板表面的方向上起卷的邊。
參照圖例，將以具體形式對本發明進行討論。
圖1是解釋根據本發明實施例1對半導體元件進行封裝的方法的過程截面圖。
如圖1(a)所示，含有光化聚合材料的膠狀電極材料2印刷在電路板1上用于放置半導體元件的區域。在印刷之后，電極材料2以不能流動的適宜溫度烘干。這時，印制電極材料2，而其印制類型和條件是為了在烘干后具有10到20μm厚度的膜而確定。
隨后，如圖1(b)所示，玻璃掩模3放置在定位于電路板1上的電極材料2的膜上。在玻璃掩模3上形成開口3a以傳送光線通過需要的電路圖案。為了具體說明，用100μm間距形成對應于電極區域的50μm寬度開口3a。隨后，具有320到370nm波長的UV(紫外線)以300到500mJ從上述玻璃掩模3輻照。
如圖1(c)所示，由于穿過開口3a的UV，在電極區域2a上的電極材料2的光化聚合材料，即光引發劑、單基物和聚合物，彼此起反應，從而進行了聚合作用。相反，對于非電極區域2b上的電極材料2的光化聚合材料，并沒有發生聚合作用。因為UV不可能進入電路板1的鄰近區域，因而，電極材料2不可能在這些區域上進行聚合。
因此，通過使用堿性溶液等等將電極材料2顯影。這樣，就可能溶解并去除具有未聚合或不充分聚合的非電極區域2b上的電極材料2。如圖1(d)所示，這個操作去除了非電極區域2b上的電極材料2。在電極區域2a上的電極材料2表面附近區域中，就完全進行了聚合。因此，不經過任何腐蝕，保留電極材料2，以便在形狀上對應于玻璃掩模3的開口3a。此時，對于電路板1周圍的電極材料2，在與表面鄰近區域相比聚合并沒有在較寬區域中完成，因而，腐蝕大于開口3a。因此，電極區域2a上的電路材料2在橫截面上成梯形。
此后，因為電路板1以使電極材料2燒結的溫度進行烘烤，如圖1(e)所示，電路板1上的電極材料2烘烤為電路電極4。根據圖1(e)，因為電極材料2由于烘烤收縮，因而，電路電極4的邊緣在離開電路板1方向上起卷(卷邊)，并且電路電極4在橫截面上成弧形凹陷。
最終，如圖1(f)所示，半導體元件7，在其上導電樹脂6轉移到突出電極5，精確地配置在了電路基片1上，因此，突出電極5和電路電極4彼此相對。給半導體元件7施加了適合的載荷，使突出電極5和電路電極4彼此接觸，并且使導電樹脂6固化。因此，半導體元件的倒裝片封裝完成。
在以上述形式制造的倒裝片封裝中，卷邊電路電極4防止導電樹脂6從電路電極4中擠出。因而，在封裝具有100μm電極間距半導體元件7時，橫向延伸的導電樹脂6不會引起鄰近電極之間的短路。
現在，將進一步討論電路電極4。
如圖1(e)所示，從電路板1的表面到卷邊電路電極4的最大距離定義為卷邊量L(參照圖1(e))。卷邊量L相當大地依賴于如圖1(a)所示的電極材料2的干膜厚度。當干膜厚度在10到20μm時，卷邊量L為2到10μm。這樣，電路電極4就可以作為托墊。
此時，當干膜厚度大于20μm時，在電路板1上未聚合的部分在厚度上就較大，并且保留了電路板1上要顯影并去除的電極材料2，導致了短路。相反，當干膜厚度為10μm或更小時，卷邊量L為2μm或更小，并且電路電極4不能勝任作為托墊。
圖2是解釋根據本發明實施例2對半導體元件進行封裝的方法的過程截面圖。
如圖2(a)所示，如同實施例1，卷邊電路電極4在電路基片1上形成。并且隨后，具有對應于電路電極4的開口的掩模(未示出)安置在電路電極4上，并且如圖2(b)所示通過使用印制方法等將導電樹脂施加到電路電極4。此后，如圖2(c)所示，具有形成在其上的突出電極5的半導體元件7安置在電路板1上，并且給半導體元件7施加合適的載荷。因此，半導體元件7的倒裝片封裝完成。
根據這種方法，如同實施例1，卷邊電路電極4作為托墊，從而防止導電樹脂6的擠出，因而，消除了短路的發生。
(實驗實例)根據上述制造步驟對半導體元件進行封裝，并估計其性能。所使用的部件和材料為電路板低溫經烘烤陶瓷多層板(測試圖)板尺寸30×30×0.65(mm)電極間距100(μm)電極數360針電極材料2含有Ag作為金屬成分，具有約15μm干膜厚度。并且隨后，使用消除在其上的具有開口的玻璃掩模使電極材料膜曝光和顯影。每個開口在寬度上大約為50μm。將具有未或不充分聚合的非電極區域2b上的電極材料2溶解并去除。電路板1，在其上對非電極區域2b上的電極材料2進行溶解并去除，以約800到1000℃進行烘烤。因此，電路板1上的電極材料2烘烤作為電路電極4。此時，卷邊量L為4μm。施加Ni和Au電鍍以保護表面。
IC標準樣件IC(dummy IC)IC尺寸10×10×0.5(mm)IC電極墊間距100(mm)針數360針通過使用金屬線在上述IC電極上形成突出電極5，并且導電樹脂6轉移到所形成的突出電極5上。導電樹脂6含有Ag作為金屬成分以及環氧樹脂作為樹脂成分。包括有導電樹脂6的IC安置在電路板1上，并且給每個突出電極施加幾克重力以完成封裝。并且隨后，在通過加熱使導電樹脂6固化之后，對短路/開路進行估計。表1示出結果。
表1

從表1可以看出，本發明的方法根本不會引起任何開路或短路。同時，傳統方法引起4/5封裝的短路。這樣，就能驗證本發明的有效性。
如上所述，根據本發明，卷邊電路電極在電路板上形成，并且半導體元件的突出電極通過使用導電樹脂與電路電極相連。因此，當電路電極作為托墊時，就可能防止導電樹脂的擠出，達到對半導體元件的可靠封裝，而不會有任何短路發生。
權利要求
1.一種倒裝片封裝方法，其特征在于，在通過使用導電樹脂在電路板上倒裝片封裝半導體元件中，所述元件具有形成在其上的突出電極，該方法包括在所述電路板的半導體元件封裝區域上印制含有光化聚合材料的電極材料，使形成具有預定厚度的膜，并且在執行所述電極材料膜的曝光和顯影之后通過烘烤所述電極材料膜，形成凹面電路電極，從而使得所述電極材料膜僅保留在預定電極區域上，因而形成具有在離開電路板方向上起卷的邊緣的凹面電路電極；并且使形成在所述半導體元件上的所述突出電極與所述凹面電路電極的凹面鄰接，并且通過導電樹脂將所述突出電極和所述電路電極彼此相連。
2.如權利要求1所述的倒裝片封裝方法，其特征在于，所述電極材料膜形成具有10到20微米的干膜厚度。
3.如權利要求1或2所述的倒裝片封裝方法，其特征在于，在顯影后保留的所述電極材料膜在橫截面上成梯形，它在離開所述電路板越遠處越寬。
4.如權利要求1或2所述的倒裝片封裝方法，其特征在于，所述電路電極在橫截面上成弧形。
5.一種倒裝片封裝，其中在其上所形成的具有突出電極的半導體元件通過使用導電樹脂封裝在電路板上，其特征在于，所述電路板包括凹面電路電極，每個電極都具有在離開電路板表面方向上起卷的邊緣，配置所述半導體元件，以便所述突出電極端點與所述凹面電路電極的凹面鄰接，以及所述突出電極和所述電路電極通過導電樹脂彼此相連。
6.一種用于通過使用導電樹脂對半導體元件進行倒裝片封裝的電路板，所述元件具有形成在其上的突出電極，其特征在于，包括凹面電路電極，每個電極都具有在離開電路板表面方向上起卷的邊緣。
全文摘要
根據本發明,當具有形成在其上的突出電極的半導體元件與電路板通過導電樹脂相連時,即使當在半導體元件上電極間距很小時,也可以達到穩定的連接。在電路板的半導體元件封裝區域,印制含有光化聚合材料的膠狀電極材料以形成具有預定厚度的膜,并且在對其進行曝光和顯影之后,將該電極材料膜進行烘烤,從而獲得具有在離開電路板表面方向上起卷的邊緣的凹面電路電極。隨后,使突出電極與電路電極的凹面彼此鄰接,并且通過導電樹脂使它們相連,該導電樹脂環繞各個電極之間的鄰接,并保留在電路電極的凹面上。通過這種配置,電路電極的凹面就能作為托墊,并防止導電樹脂的擠出,因而,消除了可能發生的短路。
文檔編號H05K1/11GK1386394SQ01802108
公開日2002年12月18日 申請日期2001年7月18日 優先權日2000年7月21日
發明者森本謙治, 越智博 申請人:松下電器產業株式會社