專利名稱：集成電路結構表面涂覆金屬的方法
技術領域：
本發明涉及一種集成電路結構表面涂覆金屬的方法，特別是涉及在一集成電路結構上以金屬噴射方式，在該集成電路結構的部分表面形成一表面涂覆金屬層，且該金屬層厚度可依實務所需，調整金屬噴射過程參數，達到所需的厚度及型態。
半導體芯片封裝構成之一的形式，包含一或多個芯片連接至一基板上，通常將其構成及連接于一印刷電路卡(printed circuit card)或一印刷電路板(printed circuit board)，而芯片則可以多種方式連接一基板上。一般最常見如打金線方式(wire bonding)，其是通過芯片組件處到基板連接點的極細微金線作電性連接；另一種則是覆晶(flip chip)方式，其是以錫塊(solder bump)作為芯片的實體接觸及電性連接。最后為達到散熱的目的，通常再外加一導熱材質構成的散熱片，以維持芯片的正常運作。
請參閱
圖1A至已是公知打金線方式的集成電路封裝構成的制作過程示意圖。一集成電路結構1，其為一封裝形式，其主要包含有一基板11以及安置于其上的芯片13。該基板11上下側是布設有電路層(圖中未示)，且可為單層或多層疊合的基板形式。而芯片13是利用金線14以打金線方式耦合于基板11上。又封膠15是覆于芯片33及其附近基板11之上，主要目的在集成電路結構1及芯片13。而最后該集成電路結構1是通過多個錫球12結合于電路板上。
然散熱片17通常先將一金屬片，如金屬銅等散熱材質，以沖切(punch)，壓制(press)或模塊(molding)等方式制作符合為集成電路結構1的散熱片17，其型態必須與集成電路結構1完全能吻合，如圖1B所示。而為了能使散熱片17能與集成電路結構1接合完整，是先在封膠15及基板11上的部分區域涂上一粘著層16a、16b，最后再將散熱片17壓合上集成電路結構1，達到散熱效果。
請再參閱圖2A至C所示，是覆晶方式的集成電路封裝構成過程示意圖。如同前述，一集成電路結構2，其主要也包含有一基板21以及安置于其上的芯片23，不同的是，該芯片23是利用錫塊24(solder bump)以覆晶方式耦合于基板21上，達到電性導通的目的。而最后該集成電路結構1是通過多個錫球22結合于電路板上。
然散熱片27同樣先將一金屬片，如金屬銅等散熱較佳材質，以沖切(punch)、壓制(press)或模塊(molding)等方式制作符合為集成電路結構2的散熱片27，其型態必須與集成電路結構2完全能吻合，如圖2B所示。而為了能使散熱片27能與集成電路結構2接合完整，是先在芯片23及基板21上的部分區域涂上一粘著層26a、26b，最后再將散熱片27壓合上集成電路結構2，達到散熱效果，如圖2C所示。
然而，上述種種習用的集成電路結構以表面涂覆金屬作為散熱片仍具有下列缺夫(1)該散熱片需先將金屬片以沖切(punch)、壓制(press)或模塊(molding)等繁雜方式制作符合為集成電路結構的散熱片型態，且必須與集成電路結構完全能吻合，過程復雜，且耗費成本。
(2)制作過程需大量昂貴機臺，浪費不必要的成本。
(3)遇到復雜型態的集成電路封裝構成，其散熱片制作困難，范圍嚴重受限，且易出錯。
(4)散熱片壓合上集成電路封裝構成需另以復雜機臺執行，且需粘著層輔助，也提高成本。
(5)生產量低，不易量產。
因此，集成電路結構的散熱片的制作過程仍有極大的改善空間。業界也祈能在微小化的趨勢下達到最佳運作效能。
本發明的次要目的在于提供一種集成電路結構的金屬涂覆框架的制作過程，該金屬涂覆框架可達到散熱以及電磁波遮蔽的功效，且形成的金屬涂覆框架可制成任意形式及大小，不需復雜機臺，可輕易量產。
本發明的另一要目的在于提供一種應用金屬噴射方式形成集成電路結構的方法，其以金屬噴射方式直接在包含若干芯片的晶體背面覆上一金屬層，使在進行封裝制作過程時，所形成的集成電路結構內的各芯片背面覆著的金屬層即作為現成散熱片之用。
為達上述目的，本發明是提供一種集成電路結構表面涂覆金屬的方法，通過舍去習用以沖切、壓制或模塊等方式制作集成電路結構的表面金屬，而改以金屬噴射方式形成金屬涂覆層。其是先在一包含有一基板以及一個以上安置于其上的芯片的集成電路封裝構成，而芯片是以打金線方式或覆晶方式耦合于基板上完成封裝。以金屬噴射方式在該封裝構成的部分非導電區表面，噴射形成一涂覆在表面的金屬噴射層，該金屬噴射層為純金屬或合金所構成。其中，該金屬噴射方式可以是電弧熔射，該金屬噴射層的厚度可依所需輕易作控制改變，可達到良好的散熱效果以及防電磁波的效果，維持集成電路芯片的正常運作。
本發明也可應用金屬噴射方式于形成集成電路結構的制作過程，在一包含若干已完成半導體制作過程芯片的晶體背面，以金屬噴射方式在該晶體的背面覆上一金屬層，再分割該晶體使其若干芯片分開為單位個體芯片之后，對各該單位芯片進行封裝制作過程，使背面覆著一金屬層的芯片安置于基板上，成為一集成電路結構。由于各該芯片背面即已覆著一金屬層，因此所形成的集成電路結構內的各芯片背面覆著的金屬層即作為現成散熱片之用，使芯片在運作時維持正常功效。
請參閱圖3A至B是本發明的第一實施例。首先提供一集成電路結構3，該集成電路結構3為一般業界的封裝態樣，其主要包含有一基板31以及安置于其上的芯片33，而通常業界依所需可裝設一個芯片以上，然圖中僅以一個芯片33表示。所述基板31可為一陶瓷基板或塑料基板，陶瓷基板是以陶瓷材料作為絕緣層，而該塑料基板是以塑料基材作為絕緣層。而其材質為雙順丁稀二酸酰亞胺(bismaleimide，BMI)，雙順丁稀二酸酰亞胺/三氮阱復合樹脂。bismaleimide triazine-based，BT)、環氧樹脂(epoxy)FR-4或聚酰胺(polyimide)等材質。該基板31上下側布設有電路層(圖中未示)，且該基板31可為單層或多層疊合的基板形式。而芯片33是利用金線34以打金線方式(wlre-bonding)耦合于基板31上。又封膠35是至少覆于芯片33及其附近基板31之上，主要目的在保護BGA封裝組件及芯片33。然而在基板31上另設有接地墊(ground pad)39，該接地墊39是設計位于封膠35未覆蓋之處。而最后該集成電路結構3是通過多個錫球32結合于電路板上。
接下所述為本發明的重點之一，舍棄公知以沖切、壓制或模塊等方式制作散熱表面涂覆金屬層，而改以金屬噴射方式(metal spray)在該構成3的部分非導電區表面，直接噴射形成一表面金屬噴射層36，該金屬噴射層36為純金屬如銅(Cu)、鋁(Al)、鋅(Zn)、其它金屬或其合金所構成。而基板31上的接地墊39也被該金屬噴射層36所覆蓋，因而造成有加大接觸面積，提高集成電路結構3電性的效果，如圖3B所示。
其中，該金屬噴射方式是指電弧熔射(Arc melting spray)，在本實施例所施以的電弧熔射為PEC PC-300電弧熔射，所噴射出的金屬粒子粗糙度尺寸在1μm-10μm之間，較佳在4μm-6μm之間；該金屬粒子附著力是在100kg/cm2-300kg/cm2之間；160kg/μm2-281kg/cm2之間，如鋁160kg/cm2，鋅281kg/cm2；線材送料方式為推/拉式(push/pull)，線材使用直徑1.0mm至3.0mm之間，較佳為1.6mm至2.4mm之間；而該電弧熔射頭端點的熔融溫度是在4000℃-6000℃之間，噴出的金屬粒于瞬間冷卻覆著于涂覆物上，且于室溫的環境下即可操作，且該金屬噴射層36的厚度可依所需輕易作控制改變，可達到良好的散熱效果以及防電磁波(electromagnetic interference，EMI)的效果，維持集成電路芯片33的正常運作。
但是，在施以金屬噴射之前，可先在該構成3的部分非導電區表面進行一覆上保護膜(protective film)的步驟(圖中未示)，如樹脂(resin)等，再進行金屬噴射。
當然，本發明也可以應用于覆晶方式(flip-chip)集成電路封裝構成，如圖4A至C所示，是本發明的第二實施例。同前一實施例，先提供一集成電路結構4，其主要也包含有一基板41以及安置于其上的芯片43，圖標中也僅以一個芯片43表示。所述基板41可為一陶瓷基板或塑料基板，而其材質及設計也同前一實施例所述，在此不再贅述。不同的是，該芯片43是利用錫塊(bump)44以覆晶方式(flip-chip)耦合于基板41上，再施以一封膠(未標示)保護的。而如同上一實施例，在基板41上另設有接地墊(ground pad)49，供電性接地之用。
接下在該構成4的部分非導電區表面進行一覆上保護膜(protectivefilm)45的步驟(圖中未示)，如樹脂(resin)等作保護層。需注意的是，此保護層45是避開接地墊49的位置，未覆蓋之。
如同上述實施例，以金屬噴射方式直接在該構成4的部分非導電區表面(保護膜45)，噴射形成一表面金屬噴射層46，該金屬噴射層46為純金屬如銅(Cu)、鋁(Al)、鋅(Zn)、其它金屬或其合金所構成，而基板41上的接地墊49也被該金屬噴射層46所覆蓋，因而造成有加大接觸面積，提高集成電路結構4電性的效果，如圖4C所示。
其中，該金屬噴射方式是指電弧熔射，在本實施例所施以的電弧熔射也為PEC PC-300電弧熔射，所噴射出的金屬粒于尺寸是在1μm-10μm之間，較佳在4pm-6pm之間；該金屬粒子附著力是在100kg/cm2-300kg/cm2之間，較佳160kg/cm2-281kg/cm2之間；如鋁160kg/cm2，鋅281kg/cm2；線材送料方式為推/拉式，線材使用直徑1.0mm至3.0mm之間，較佳為1.6mm至2.4mm之間；室溫下執行，而該電弧熔射頭端點的熔融溫度是在4000℃-6000℃之間，噴出的金屬粒子瞬間冷卻覆著于涂覆物上，且于室溫的環境下即可操作。且該金屬噴射層46的厚度可依所需輕易作控制改變，可達到良好的散熱效果以及防電磁波(EMI)的效果，維持集成電路芯片43的正常運作。
當然，集成電路結構3除本發明制作金屬噴射層46之外，也可裝置有其它額外的如電容電阻等電子組件或其它集成電路組件(圖中未示)等，由于此是屬現有技術部份且非為本發明的特征故以下不再贅述。
然而，除了集成電路結構表面涂覆金屬的方法外，本發明也可以單獨制作各種不同形狀厚度的散熱片以及電磁波遮蔽(EMI shielding)，而應用于多種集成電路結構。請參閱圖5A至5G，是本發明第三實施例，種集成電路結構的金屬涂覆框架的制作過程，其步驟包括有(a)提供一涂覆框體51，該涂覆框體51是具有一容置空間，且以一般技術即可完成的框體；(b)以噴射方式在該涂覆框體51的容置空間表面覆上一離型膜(release film)52，該離型膜為環氧樹脂(epoxy resin)等材質；(c)接著以噴射方式在該離型膜52的表面形成一金屬層53填滿該容置空間；(d)移除該金屬涂覆框體51，使該金屬層53形成一金屬涂覆模體53a，該金屬涂覆模體53a即作為制作金屬涂覆框架的主膜體。
(e)同樣以噴射方式依序在該金屬涂覆模體53a的表面覆上一離型劑(release agent)54及一離型膜55，如環氧樹脂等材質；
(f)以噴射方式在該離型膜55的表面形成一金屬涂覆層56，為純金屬如銅(Cu)、鋁(Al)、鋅(Zn)或其合金所構成；(g)移除該金屬涂覆模體53a，使該金屬涂覆層56形成一金屬涂覆框架(frame)56a。
其中，上述金屬噴射方式是指電弧熔射(Arc melting spray)或其它高速金屬噴射技術，所噴射出的金屬粒子尺寸是在1μm-10μm之間，金屬粒子附著力是在100kg/cm2-300kg/cm2之間，該電弧熔射頭端點的熔融溫度是在4000℃-6000℃之間，噴出的金屬粒于瞬間冷卻覆著于涂覆物上，且于室溫的環境下即可操作。
然而，本實施例所制作的金屬涂覆框架56a是可應用于各種集成電路結構，單獨制作各種不同形狀厚度的散熱以及電磁波遮蔽(EMI shielding)的金屬涂覆框架56a，只要依步驟(a)至(d)先作出金屬涂覆模體53a，再以金屬涂覆模體53a為主膜體，重復步驟(e)至(g)即可制作出多個數量的金屬涂覆框架56a。再以如粘貼等方式結合于各集成電路封裝構成，如應用在塑料針數組(plastic pin grid array，PPGA)。塑料球數組(plastic ball grid array，PBGA)或塑料圓柱數組(plastic columngrid array，PCGA)的封裝方式，或應用于特殊需求的模塊基板上，即可達到散熱以及電磁波遮蔽的功效。
另外，本發明的技術精神也可以第四實施例闡述的，請參閱圖6A至D為本發明第四實施例的應用金屬噴射方式形成集成電路結構的方法，其步驟包含(a)提供一晶體60，該晶體60是包含若干已完成半導體制作過程的集成電路芯片(chip)61，各該芯片為一可獨立運作的一般集成電路芯片，由于各集成電路芯片61的制作過程為業界所熟知，也非本發明獨創的技術重點，在此不再贅述。
(b)以前述實施例的金屬噴射方式(metal spray)在該晶體60的背面覆上一金屬層62。
(c)以一般如機械切割等方式分割該晶體60，使其若干集成電路芯片61分開為單位個體集成電路芯片61a，接著對各該單位集成電路芯片61a進行封裝制作過程，使所述背面覆著一金屬層62的集成電路芯片61a，安置于一基板63上，成為一集成電路結構。集成電路芯片61a是利用金線64以打金線方式(wire-bonding)耦合于基板63上。又封膠65是至少覆于芯片集成電路芯片61a及其附近基板63之上。
(d)當然，本實施方式也可以應用于覆晶方式(flip-chip)集成電路封裝構成，如圖6D所示，該覆著一金屬層62的集成電路芯片61a是利用錫塊(bump)66以覆晶方式耦合于基板63上。
同樣，本實施例可依所需而裝設一個芯片以上，然圖標中僅以一個集成電路芯片61a表示。所述基板63的材質、設計皆與上述實施例相同，不再贅述；而以金屬噴射方式(metal spray)直接在包含若干已完成半導體制作過程的芯片(chip)61的晶體60背面覆上一金屬層62，而在切割分開為單位個體集成電路芯片61a時，各該芯片背面即已覆著一金屬層62。接著對各該單位集成電路芯片61a進行封裝制作過程時，所形成的集成電路結構內的各集成電路芯片61a背面覆著的金屬層62即作為現成散熱片之用，使芯片61a在運作時維持正常功效。
該金屬層62為純金屬如銅(Cu)、鋁(Al)、鋅(Zn)、其它金屬或其合金所構成；其中，該金屬噴射方式是指電弧熔射，為PEC PC-300電弧熔射，所噴射出的金屬粒于粗糙度尺寸是在1μm-10μm之間，較佳在4μm-6μm之間；該金屬粒于附著力是在100kg/cm2-300kg/cm2之間；較佳160kg/cm2-281kg/cm2之間，如鋁160kg/cm2，鋅281kg/cm2；線材送料方式為推/拉式(push/pull)，線材使用直徑1.0mm至3.0mm之間，較佳為1.6mm至2.4mm之間；而該電弧熔射頭端點的熔融溫度是在4000℃-6000℃之間，噴出的金屬粒子瞬間冷卻覆著于涂覆物上，且于室溫的環境下即可操作。且該金屬層62的厚度可依所需輕易作控制改變，可達到良好的散熱效果。
綜上所述，本發明的集成電路結構表面涂覆金屬的方法相對于習用技術至少具有下列優點(1)本發明利用金屬噴射在集成電路結構表面形成金屬的方法，可應用于各種不同形式及尺寸的集成電路封裝構成，范圍廣泛不受限。
(2)在集成電路結構表面形成的金屬可達到散熱以及電磁波遮蔽的功效。
(3)在集成電路結構表面形成的金屬厚度可依實務所需，調整金屬噴射制作過程參數，達到所需的厚度。
(4)本發明也可應用如陶瓷基板或塑料基板等處，即使晶體或玻璃基板皆可。
(5)生產量高，制作過程簡化，不需復雜機臺，可輕易量產。
(6)形成的金屬涂覆框架可制成任意形式及大小。
(7)制作過程室溫下即可執行。
(8)直接利用金屬噴射在芯片背面形成具散熱作用的金屬層，均勻度良好，散熱性佳，且制作過程更為簡易。
以上所述是利用較佳實施例詳細說明本發明，而非限制本發明的范圍。本領域普通技術人員適當而作些微的改變及調整，仍將不失本發明的要義所在，也不脫離本發明的精神和范圍。
權利要求
1.一種集成電路結構表面涂覆金屬的方法，其特征在于，所述方法步驟包括有(a)提供一集成電路結構，該集成電路結構包含有一基板以及至少一個安置于其上的芯片；(b)以金屬噴射方式(metal spray)在該集成電路結構的部分表面形成一表面涂覆金屬層。
2.如權利要求1所述的集成電路結構表面涂覆金屬的方法，其特征在于在所述步驟(b)之前還可包括一步驟(b’)以噴射方式在該集成電路結構的部分表面覆上一保護膜(protective film)。
3.如權利要求1所述的集成電路結構表面涂覆金屬的方法，其特征在于所述的表面涂覆金屬層形成在該集成電路結構的非導電區表面。
4.如權利要求1所述的集成電路結構表面涂覆金屬的方法，其特征在于所述的金屬噴射方式可指電弧熔射(Arc melting spray)。
5.如權利要求1所述的集成電路結構表面涂覆金屬的方法，其特征在于所述的在該基板上另設有接地墊(ground pad)。
6.一種集成電路結構的金屬涂覆框架的制作過程，其特征在于，所述制作過程步驟包括有(a)提供一模體；(b)以噴射方式(spray)在該模體的表面覆上一離型膜(releasefilm)；(c)以噴射方式在該離型膜的表面形成一金屬涂覆層；(d)移除該模體，使該金屬涂覆層形成一金屬涂覆框架(frame)。
7.如權利要求6所述的集成電路結構的金屬涂覆框架的制作過程，其特征在于所述的步驟(a)所述模體以下列方法制造(a1)提供一框體，該框體具有一容置空間；(a2)以噴射方式在該框體的容置空間表面覆上一離型膜；(a3)以噴射方式在該離型膜的表面形成一金屬層填滿該容置空間；(a4)移除該樞體，使該金屬層形成所述模體。
8.如權利要求7所述的集成電路結構的金屬涂覆框架的制作過程，其特征在于，在所述步驟(a2)之前可包括一步驟(a2’)以噴射方式在該模體的表面覆上一離型劑(release agent)。
9.如權利要求7所述的集成電路結構的金屬涂覆框架的制作過程，其特征在于所述的步驟(c)所述的金屬噴射方式可指電弧熔射(Arcmelting spray)。
10.如權利要求9所述的集成電路結構的金屬涂覆框架的制作過程，其特征在于所述的電弧熔射所噴射出的金屬粒子粗糙度尺寸在1μm-10μm之間。
11.如權利要求9所述的集成電路結構的金屬涂覆框架的制作過程，其特征在于所述的電弧熔射所噴射出的金屬粒于附著力在100kg/cm2-300kg/cm2之間。
12.如權利要求9所述的集成電路結構的金屬涂覆框架的制作過程，其特征在于所述的電弧熔射頭端點的熔融溫度在4000℃-6000℃之間。
13.一種應用金屬噴射方式形成集成電路結構的方法，其特征在于，所述方法步驟包含(a)提供一晶體，該晶體包含若干已完成半導體制作過程的芯片(chip)(b)以金屬噴射方式(metal spray)在該晶體的背面覆上一金屬層；(c)切割該晶體，使其若干芯片分為單位個體芯片，對各該單位芯片進行封裝，使一個以上的該芯片安置于一基板上，成為一集成電路結構。
14.如權利要求13所述的應用金屬噴射方式形成集成電路結構的方法，其特征在于所述的金屬噴射方式可指電弧熔射(Arc melting spray)。
15.如權利要求14所述的應用金屬噴射方式形成集成電路結構的方法，其特征在于所述的電弧熔射所噴射出的金屬粒子粗糙度尺寸在1μm-10μm之間。
16.如權利要求14所述的應用金屬噴射方式形成集成電路結構的方法，其特征在于所述的電弧熔射所噴射出的金屬粒于附著力在100kg/cm2-300kg/cm2之間。
17.如權利要求14所述的應用金屬噴射方式形成集成電路結構的方法，其特征在于所述的電弧熔射頭端點的熔融溫度在4000℃-6000℃之間。
18.如權利要求13所述的應用金屬噴射方式形成集成電路結構的方法，其特征在于所述的對各該單位芯片進行封裝的方式為打金線或覆晶封裝方式其中一種。
全文摘要
本發明涉及一種集成電路結構表面涂覆金屬的方法，其是在一包含有一基板以及一個以上安置于其上的芯片的集成電路結構，而芯片是可以打金線或覆晶等多種方式耦合于基板上，以及一封膠是至少覆于芯片及其附近基板之上。以金屬噴射方式在該集成電路結構的部分非導電區表面，噴射形成一涂覆在表面的金屬噴射層，而在噴射金屬層之前，可選擇性加入一保護膜作保護，該金屬噴射層的厚度可依所需輕易作控制改變，可達到良好的散熱效果以及防電磁波的效果，維持集成電路芯片的正常運作。
文檔編號H01L23/34GK1449004SQ02108760
公開日2003年10月15日 申請日期2002年4月2日 優先權日2002年4月2日
發明者宮振越 申請人:威盛電子股份有限公司