專利名稱：電子元件模塊和電磁可讀數據載體的制造方法
技術領域：
本發明涉及一種用于制造適合于制造電磁可讀數據載體的電子元件模塊的方法，這種載體可用作為航空標簽、物理分布式管理標簽或無人售票入場券等。或者更確切地說，本發明涉及一種用于制造電子元件模塊的方法，這種模塊通過低成本的倒裝晶片連接方法，將半導體載體芯片封裝在布線板上，并且有可能防止由于半導體載體芯片和電極區在布線板上發生接觸而短路，甚至在對半導體載體芯片的封裝部分施以高溫和高壓的情況下。
背景技術：
所謂的“航空標簽”，是指為人們所熟知的這種電磁可讀數據載體。預計這種航空標簽在不遠的將來，可作為顧客行李管理的一種有用方式。如果為世界級航空公司，則該公司的標簽月需求量將達到8,500,000個之多。因此，希望建立起大規模生產技術，以較低的成本來生產這種航空標簽。
例如，人們知道的航空標簽，它由用作天線線圈的渦導模式、用作發送/接收電路的IC卡器件、以及置于矩形PET膜襯底表面的存儲器組成。在這種航空標簽中，容納著用作天線線圈的渦導模式的航空標簽主體是由有選擇地蝕刻附于PET膜表面的銅箔或鋁箔來形成的。因此，依靠眾所周知的照相平版技術，繼以濕式蝕刻處理，通過這種持續的形成處理，就可以容易地實現基于RTR(卷式，Roll to Roll)的流水生產線。另一方面，封裝在航空標簽主體中的用作發送/接收電路的電路器件和存儲器通過使用半導體集成技術(例如，參見專利文檔1)構造在一個芯片上。
本申請人之前曾提出一種將組成發送/接收電路的半導體載體芯片和存儲器事先封裝在膜狀絕緣晶片(一種布線板)上來制作模塊的技術。這種電子元件模塊綁定在組成航空標簽主體的PET膜上，以提高航空標簽的生產力(參見專利文檔2)。
針對如綁定在航空標簽上的電子元件模塊等要求有較高薄度的電子器件安裝片，提出了多種關于直接將半導體載體芯片置于布線板之上所使用的倒裝晶片連接方法的建議。
圖17示出了倒裝晶片連接方法的一個例子(以下稱其為現有技術的方法一)。在方法一中，事先在半導體載體芯片的底部電極(圖中未示出)上形成作連接用的突出端子b(稱其為引腳(bump))。引腳b和電極區(預定連接引腳b的區域)在布線板c的布線圖上排成一列，并由諸如焊料或導電糊等綁定材料e將它們連接起來。
方法一有如下若干問題(1)在布線圖上用于連接引腳b和電極區d的綁定材料e的補給和固化過程比較復雜；(2)用于在芯片a和布線板c之間填充絕緣樹脂f(叫做里層填料(under-fill))和熔接引腳連接頭的過程需要引腳連接頭具有一定的濕度電阻；以及(3)需要以里層填料的方式填充和固化絕緣樹脂f這一過程，因此增加了制造成本。
圖18示出了倒裝晶片連接方法的另一個例子(以下稱其為現有技術的方法二)。方法二解決了方法一存在的問題。方法二涉及使用各向異性導電片將半導體載體芯片封裝在布線板上。在方法二中，各向異性導電片g有導電粒子分布和包括于熱塑性樹脂或熱固性樹脂中，各向異性導電片g插于半導體載體芯片a和布線板c之間。導電粒子h在厚度方向上通過流動樹脂的熱壓綁定實現布線圖上的引腳b和電極區d之間的電子連接(例如，參見專利文檔3)。
在方法二中，在將半導體封裝到布線板上時，與布線圖不是嚴格對齊的。樹脂的固化時間很短，約10～20秒。不需要使用諸如里層填料等密封劑。因此減少了制造成本。另一方面，該方法也仍然存在一些問題(1)各向異性導電片g比較貴；(2)為了阻止熱阻較小的布線板，需要200℃以上的溫度來固化；(3)需要10～20秒的時間來固化樹脂材料，雖然這一時間相對較短，目前難以簡化和加快這一過程；以及(4)在引腳和布線圖之間的電子連接是由分布和包括于樹脂材料中的導電粒子的接觸來完成的，連接的可靠性較差。
因此，本申請人提出了一種倒裝晶片連接方法(以下稱其為現有技術的方法三)。圖19A～19C示出了基于方法三的倒裝晶片連接方法。在方法三中，由半導體引腳b形成的半導體載體芯片封裝于與布線板c相連接的倒裝晶片上，在布線板c上有布線圖，其上有電極區d，并且熱塑性樹脂膜(粘性膜)i覆蓋在電極區d上。
更確切地說，有一個用于定位載體芯片一端(引腳b)和布線板c(電極區d)的處理過程(定位過程)(圖19A)，一個在使用加熱板對熱塑性樹脂膜i進行加熱的情況下，當對引腳b施以超聲波時，通過給導電載體芯片一個向下(圖19B所示的箭頭方向)的壓力以部分地推擠熔化的熱塑性樹脂膜i，以便使引腳b和電極區d發生接觸的處理過程(熱塑性樹脂膜的去除過程)(圖19B)，一個在引腳b和電極區d相接觸的情況下，通過進一步持續地施加超聲波以對引腳b和電極區d進行超聲綁定(金屬熔化)的處理過程(超聲綁定過程)(圖19C)，以及一個通過冷卻和固化熔化的熱塑性樹脂膜i來將半導體載體芯片主體綁定在布線板上的處理過程(圖中未示出)(參見專利文檔4)。
使用方法三，在一兩秒鐘之內可以完成包括熔化熱塑性樹脂膜i，通過對引腳b應用超聲波來綁定引腳b和電極區d，以及固化(冷卻和固化)熱塑性樹脂膜i在內的一系列封裝處理，因此縮短了制造時間。由于在引腳b和電極區d之間使用的是金屬熔化綁定，因此具有可靠的電子連接。
不過，現有的方法三存在如下問題。
圖20A至20B示出了一個用于制造數據載體中所包含的卡片和令牌的方法例子，其中的數據載體放置有半導體載體芯片。圖20A示出了一種通過層壓來生產數據載體中所包含的卡片的方法。圖20B示出了一種通過注模來生產數據載體中所包含的令牌的方法。更確切地說，使用如圖20A所示的生產方法，放置有半導體載體芯片j的數據載體主體k被夾在兩個樹脂膜1和1之間，并且在該狀態下被兩個加熱到約120℃的金屬板m和m以100～200kg/cm2的壓強豎向壓緊，以將兩個膜1-1和數據載體緊密綁定在一起，這樣就生產出了包含于數據載體中的卡片。使用如圖20B所示的生產方法，放置有半導體載體芯片j的數據載體主體k被置于模具n的內腔中的預定位置，并且在該狀態下通過模具n的樹脂入口孔p以40～80kg/mm2的壓強向內注入250℃的樹脂，這樣就生產出了包含于數據載體中的令牌。
也就是說，在使用現有的方法三所制造的電子元件模型中，由于半導體載體芯片a和電極區d之間的絕緣只是用熱塑性樹脂膜i來實現的，如圖21A所示，如果將諸如層壓和注模等生產中需要的高溫負載應用到半導體載體芯片a的封裝部分，則在有些情況下就可能會使熱塑性樹脂膜i熔化。在這種情況下，如果在如圖21B中的箭頭所示的方向上施以高壓，則電極區d和布線板c將會被部分彎曲。然后，半導體載體芯片a將被掩埋到熱塑性樹脂膜i中，導致發生不一致性，致使半導體載體芯片a和電極區d因發生接觸而短路。
JP-A-6-243358[文檔2]
JP-A-11-176022[文檔3]日本專利號2586154[文檔4]JP-A-11-333409發明內容本發明的一個目標是提出一種用于制造電子元件模塊的方法，這種模塊通過電子和機械上可靠的工藝，以及較低的成本，快速地將半導體載體芯片封裝在布線板上，并且有可能避免因半導體載體芯片和電極區在布線板上發生接觸而短路，甚至在對半導體載體芯片的封裝部分施以高溫和高壓的情況下。
本發明的另一個目標是提供一種適合于這種電子元件模塊制造方法的連接布線板的倒裝晶片。
本發明的進一步目標是提供一種制造這種連接布線板的倒裝晶片的方法，它使得這種布線板的生產簡單而且成本低。
而且，本發明的另外一個目標是提出一種利用連接布線板的倒裝晶片以低成本和大規模生產的方式來制造電磁可讀數據載體的方法，這種電磁可讀數據載體可用作為航空標簽，物理分布式管理標簽或無人售票入場券等。
對于那些閱讀了下面的實施例的本領域普通技術人員來說，本發明的其他目標和作用將是顯而易見的。
本發明提出一種通過在布線板上封裝半導體載體芯片來制造電子元件模塊的方法，其中所述的方法包括(a)準備包括布線圖的所述布線板，熱固性樹脂膜在所述的布線圖上覆蓋電極區并且分布和包括有絕緣粒子，以及熱塑性樹脂膜覆蓋所述的熱固性樹脂膜；(b)當使用超聲波時，在所述的熱塑性樹脂膜被加熱和被軟化的熔化狀態下，將半導體載體芯片的引腳按壓到熱塑性樹脂膜上，以便熔化的熱塑性樹脂膜被所述的半導體載體芯片引腳推擠掉，以及所述的引腳抵達所述的熱固性樹脂膜的表面；(c)通過對所述的引腳持續地使用超聲波，將所述的引腳壓到所述的熱固性樹脂膜上，以便所述的絕緣粒子在熱固性樹脂膜中分離，熱固性樹脂膜被所述的引腳推掉，并且所述的引腳與所述的電極區相接觸；(d)在所述的引腳和所述的電極區相接觸的情況下，通過對所述的引腳持續地使用超聲波，來超聲綁定所述的引腳和所述的電極區；以及(e)通過冷卻和固化所述的熔化的熱塑性樹脂，將半導體載體芯片主體綁定在所述的布線板上。
從步驟(a)中可以清楚地看出，本發明使用了在布線板的布線圖的電極區上預先形成的分布和包括有絕緣粒子的熱固性樹脂膜。而且，熱塑性樹脂膜是在熱固性樹脂膜之上形成的。熱固性樹脂膜可以只覆蓋布線圖的電極區，或者布線圖的整個表面。
這里所使用的“電極區”指的是布線圖上的特定小區域，包括用于電子器件端子連接的預定位置。這個電極區包括一般被稱為布線圖地帶的那部分。
這里所使用的“被加熱和被軟化”指的是熱塑性樹脂膜在一定程度上被加熱和被軟化的狀態，以及它被加熱和熔化的狀態。而且，這里所使用的“熱塑性樹脂”具有像粘膠一樣可取的優良特性。
“分布和包括”指的是至少在電極區(熱固性樹脂膜中的引腳預定插入區)附近可以存在預定數量的絕緣粒子。進而，絕緣粒子可以均一地存在于熱固性樹脂膜的整個區域。絕緣粒子可以均一地分布和包括于熱固性樹脂膜中。進而，在熱固性樹脂膜中可以通過引腳的絕緣振動將絕緣粒子包括進來并使它們相互分離，并且在熱固性樹脂膜中產生多個小孔。也就是說，由于在熱固性樹脂膜中產生多個小孔，熱固性樹脂膜易碎不耐用，因此引腳能夠容易地穿透熱固性樹脂膜。
“在熱固性樹脂膜中將絕緣粒子相分離”在這里既包括將絕緣粒子與熱固性樹脂膜充分分離的情況，也包括絕緣粒子從熱固性樹脂膜中部分地突出的情況。
根據本發明，這種制造電子元件模塊的方法具有如下優點(1)由于通過超聲綁定使引腳和電極區易受擴散結的影響，因此可以確保電傳導；(2)由于在引腳和電極區之間的結合部分是由樹脂密封的，所以有優良的耐濕性能；(3)由于熱塑性樹脂膜固化時將半導體載體芯片和布線板綁定在一起，所以機械封裝抗張力強度高；(4)電傳導和機械連接在短時間內同時進行；(5)由于不需要任何特定的密封和綁定處理以及綁定材料，因此制造成本非常低；以及(6)由于布線板表面的裸露部分不存在熱塑性樹脂膜，因此在加熱時，襯底表面可以不具有所需的粘度大小。
盡管如上述(1)至(6)各種優勢的獲得在很大程度上是由于有覆蓋熱固性樹脂膜的熱塑性樹脂膜的存在，不過，通過本發明人前面提出的現有技術方法三(JP-A-11-333409)也能獲得上述優勢。也就是說，本發明的突出特點是，作為上述(1)至(6)各種優勢的補充，根據本發明用于制造電子元件模塊的方法還具有如下幾種優勢。
(7)在根據本發明所制造的電子元件模塊中，由于在半導體載體芯片和電極區(布線圖)之間插入了在高溫情況下一般不會熔化的熱固性樹脂膜，因此熱固性樹脂膜的存在使得半導體載體芯片和布線圖不會發生直接接觸，如前面參考附圖21A～21B所作的講述，即使向半導體載體芯片的封裝部分施加了高溫和高壓，如前面參考附圖20A所作的講述。因此能夠制造出高可靠的和不用擔心發生短路的電子元件模塊。
(8)由于熱固性樹脂膜分布和包含有絕緣粒子，因此去除熱固性樹脂膜以便將引腳插入到熱固性樹脂膜中這一過程，只涉及通過對引腳施加超聲振動以便將引腳按壓在熱固性樹脂膜上。例如，為了防止發生短路，考慮熱塑性樹脂膜和布線圖之間不包含絕緣粒子的絕緣膜(絕緣層)的情況，則只靠引腳的超聲振動不會很容易地插入絕緣層(部分的去除)。另一方面，本發明中通過引腳地超聲振動將絕緣粒子與熱固性樹脂膜分離開來，以便能夠在熱固性樹脂層中產生小孔，脆化樹脂層，以便能夠讓引腳在短時間內輕易地穿透熱固性樹脂層并使引腳的前端部分抵達電極區。
進而，本發明提出了一種連接包括布線圖的布線板的倒裝晶片，熱固性樹脂膜在布線圖上覆蓋電極區并分布和包括有絕緣粒子，以及熱塑性樹脂膜覆蓋熱固性樹脂膜。
使用這種連接布線板的倒裝晶片，只需要提供具有預定引腳的半導體載體芯片，就能夠通過超聲封裝輕易地將半導體載體芯片安裝在布線板上。并且因此得到了具有上述(1)～(6)各項優勢的優良的電子元件模塊。
為了制造出這種連接布線板的倒裝晶片，在通過蝕刻過程形成布線圖時，最好使用分布和包括有絕緣粒子的熱固性樹脂膜作為蝕刻掩模，而且熱固性樹脂膜上面用熱塑性樹脂膜來覆蓋。
使用這種制造方法，避免了對防蝕涂層的推擠這一典型處理，因此制造過程得到簡化。而且，防蝕涂層在布線圖表面可以作為絕緣保護層。
進而，本發明提出了一種用于制造包括有數據載體主體和電子元件模塊在內的電磁可讀數據載體的方法，其中所述的數據載體主體容納有組成膜上天線的導線圖，所述的電子元件模塊中的半導體載體芯片具有發射/接收電路和存儲器，封裝在所述的膜、薄片或薄板狀布線板的布線圖上，所述的方法包括電子元件模塊的制造方法，該電子元件模塊的制造方法包括如下步驟(a)準備具有所述布線圖的所述膜、薄片或薄板狀布線板，熱固性樹脂膜在所述的布線圖上覆蓋電極區并且分布和包括有絕緣粒子，以及熱塑性樹脂膜覆蓋所述的熱固性樹脂膜；(b)當使用超聲波時，在所述的熱塑性樹脂膜被加熱和被軟化的熔化狀態下，將半導體載體芯片的引腳按壓到熱塑性樹脂膜上，以便熔化的熱塑性樹脂膜被所述的半導體載體芯片引腳推擠掉，以及所述的引腳抵達所述的熱固性樹脂膜的表面；(c)通過對所述的引腳持續地使用超聲波，將所述的引腳壓到所述的熱固性樹脂膜上，以便所述的絕緣粒子在熱固性樹脂膜中分離，熱固性樹脂膜被所述的引腳推掉，并且所述的引腳與所述的電極區相接觸；(d)在所述的引腳和所述的電極區相接觸的情況下，通過對所述的引腳持續地使用超聲波，來超聲綁定所述的引腳和所述的電極區；以及(e)通過冷卻和固化所述的熔化的熱塑性樹脂，將半導體載體芯片主體綁定在所述的布線板上。
由于電子元件模塊的制造方法具有上述(1)～(8)各項優勢，通過這種構造就可以大規模地生產出高性能的電磁可讀數據載體，可用作航空標簽、物理分布式管理標簽或無人售票入場券等。
優先地，本發明提出了一種用于制造包括有數據載體主體和電子元件模塊在內的電磁可讀數據載體的方法，其中所述的數據載體主體容納有金屬圖，在膜狀樹脂襯底上由天線線圈組成，所述的電子元件模塊中的半導體載體芯片由發射/接收電路和存儲器組成，封裝在膜狀樹脂襯底表面的鋁箔布線圖上，所述的方法包括生產電子元件模塊這一步驟，其中在電子元件模塊中，半導體載體芯片被封裝在膜狀樹脂襯底表面的鋁箔布線圖上，所述的步驟進一步包括(a)準備具有鋁箔布線圖的布線板，熱固性樹脂膜在鋁箔布線圖上覆蓋電極區并且分布和包括有絕緣粒子，以及熱塑性樹脂膜覆蓋熱固性樹脂膜；(b)在熱塑性樹脂膜被加熱和被軟化的熔化狀態，施加超聲波將半導體載體芯片的引腳按壓到熱塑性樹脂膜上，并且讓引腳推擠掉熔化的熱塑性樹脂膜并抵達熱固性樹脂膜表面；(c)對引腳進一步持續施加超聲波以將引腳按壓到熱固性樹脂膜上，使絕緣粒子與熱固性樹脂膜相分離，并且讓引腳推掉熱固性樹脂膜并與電極區相接觸；(d)在引腳和電極區相接觸的情況下，進一步持續地施加超聲波，以便將引腳和電極區超聲綁定起來；以及(e)通過冷卻和固化熔化的熱塑性樹脂膜，將半導體載體芯片主體綁定到布線板上。
據發明者所知，目前已證實如果以上述方式在電子元件模塊的一面用鋁箔作為布線圖，則蝕刻過程和上述過程(d)中的超聲綁定就會變得比較容易，并且比使用其他金屬成本要低。
在本發明中作為“絕緣粒子”材料的可以是硅氧化物、鋁氧化物或四氟乙烯。從耐壓方面來看，硅氧化物或鋁氧化物由于是具有相對較高硬度的無機氧化物，因而更為可取。不過，由于鋁氧化物具有較高的介電常數，因此在不宜使用任何電容器元件的半導體載體芯片中，硅氧化物更為可取。在根據使用需要切掉布線板時，如果熱固性樹脂膜中包括有諸如硅氧化物或鋁氧化物等堅硬的氧化物粒子時，就會有縮短切割刀使用壽命的風險。在這種情況下，四氟乙烯由于相對較軟，因而更為可取。
本發明中的優選情況下，在熱固性樹脂膜中，絕緣粒子的重量要占到樹脂100％重量(100wt％)中的10～30wt％。這是經過仔細研究的結果。已經發現引腳很難穿透熱低于10wt％的固性樹脂膜(例如，半導體載體芯片和電極區之間的電子連接)，而樹脂的可使用性被認為在大于30％時降低。
本發明中，絕緣粒子的直徑最好在熱固性樹脂膜厚度的70％以上。這是因為當絕緣粒子直徑較大時，樹脂中所產生的用以分離絕緣粒子和熱固性樹脂膜的小孔會更大些，使得引腳的插入更為容易。
圖1A～1F為處理過程視圖，圖示了符合本發明的電子元件模塊制造方法；圖2A～2C為解釋性視圖，圖示了超聲封裝處理過程；圖3A～3C為解釋性視圖，圖示了超聲封裝處理的細節；圖4A～4C為解釋性視圖，圖示了超聲封裝處理的細節；圖5為一個橫截面視圖，圖示了符合本發明的電子元件模塊結構；圖6A～6B為兩個圖表，示出了符合本發明的電子元件模塊中的半導體載體芯片的綁定力和短路故障的發生比率；圖7A～7B為兩個圖表，示出了符合本發明的電子元件模塊中的半導體載體芯片的綁定失敗的發生比率；圖8為一個視圖，圖示了一個數據載體的例子；圖9為封裝于數據載體之上的電子元件模塊的橫截面視圖；圖10A～10E圖示了數據載體主體的制造過程；圖11A～11G圖示了置于數據載體之上的電子元件模塊的制造過程；圖12A～12B為處理過程視圖，圖示了數據載體主體上的電子元件模塊的封裝過程。
圖13為一個橫截面視圖，圖示了電子元件模塊封裝結構的另一個例子；圖14A～14C圖示了數據載體主體的另一個制造過程；圖15A～15F圖示了置于數據載體之上的電子元件模塊的另一個制造過程；圖16A～16B為處理過程視圖，圖示了數據載體主體上的電子元件模塊的另一個封裝過程。
圖17中圖示了現有技術中用于倒裝晶片連接的方法一；圖18中圖示了現有技術中用于倒裝晶片連接的方法二；圖19A～19C圖示了現有技術中用于倒裝晶片連接的方法三；圖20A～20B圖示了方法三中對數據載體包裝產品進行處理的例子；圖21A～21B圖示了一個與方法三有關的問題。
具體實施例方式下面將參考附圖講述根據本發明的優選實施例用于制造電子元件模塊的方法。下面的實施例只是本發明的一部分，而本發明的范圍可以是權利要求說明中所定義的任何內容。
本實施例涉及制造電子元件模塊的方法，在電子元件模塊中有半導體載體芯片封裝于布線板上，所述的方法包括準備包括有布線圖的所述的布線板，熱固性樹脂膜在所述的布線圖上覆蓋電極區并分布和包括有絕緣粒子，以及熱塑性樹脂膜覆蓋所述的熱固性樹脂膜；當使用超聲波時，在所述的熱塑性樹脂膜被加熱和被軟化的熔化狀態下，將半導體載體芯片的引腳按壓到熱塑性樹脂膜上，以便熔化的熱塑性樹脂膜被所述的半導體載體芯片引腳推擠掉，以及所述的引腳抵達所述的熱固性樹脂膜的表面；通過對所述的引腳持續地使用超聲波，將所述的引腳按壓到所述的熱固性樹脂膜上，以便所述的絕緣粒子與熱固性樹脂膜相分離，熱固性樹脂膜被所述的引腳推掉，以及所述的引腳與所述的電極區相接觸；在所述的引腳和所述的電極區相接觸的情況下，通過對所述的引腳持續地使用超聲波，來超聲綁定所述的引腳和所述的電極區；以及通過冷卻和固化所述的熔化的熱塑性樹脂，將半導體載體芯片主體綁定在所述的布線板上。
圖1A～1F為處理過程視圖，圖示了本制造方法的系列處理。這一系列處理包括金屬箔層疊板制造過程(圖1A)，蝕刻掩模印刷過程(圖1B)，布線圖的蝕刻處理形成過程(圖1C)，熱塑性樹脂膜形成過程(圖1D)，超聲封裝過程(圖1E)，以及綁定過程(圖1F)。下面將講述每一個處理過程的細節。
金屬箔層疊板制造過程在該過程中，制造了作為膜狀布線板的基元的Al-PET薄板1。這個Al-PET薄板1的制造是通過在25μm厚的PET膜2的一面(圖中的上表面)上用聚氨酯粘膠放置一個35μm厚的硬鋁箔3，并且在150℃和5kg/cm2的條件下對其進行加熱碾薄和綁定來進行的。
蝕刻掩模印刷過程在該過程中，具有所需的布線圖形狀的防蝕涂層圖是在Al-PET薄板1中的硬鋁箔3的表面上形成的。在這個例子中，抗蝕圖的形成是作為環氧熱固性樹脂膜4，在它里面分布有SiO2粒子(絕緣粒子)，這些粒子在圖1B～1F中以“·”來表示。更確切地說，通過在Al-PET薄板1上以凹版印刷的方式涂上一層墨水，并且在130～200℃的溫度下放置20～60秒鐘使墨水變干，這種環氧熱固性樹脂膜(防蝕涂層圖)4的形成厚度約為4～6μm，其中這種墨水包括100份重的環氧樹脂和30份重的直徑為3～4μm的SiO2粒子，二者混合到一種由30％的甲苯，6.1％的甲乙酮和12％的丁基溶纖劑組成的溶劑中。
蝕刻處理過程在該過程中，通過蝕刻將從熱固性樹脂膜(防蝕涂層圖)4中裸露出的鋁箔部分5去除，大家都知道這會形成包括硬鋁箔3在內的布線圖6。本例中，布線圖6是通過在50℃的溫度下，以NaOH(120g/l)作為蝕刻劑，浸蘸從熱固性樹脂膜4中裸露出的鋁箔部分5而形成的。因此，在布線板的表面上，硬鋁箔3所包括的布線圖出現了通過這種蝕刻處理所得到的未完工產品。布線圖6的表面完全為用作防蝕涂層圖(蝕刻掩模)的環氧熱固性樹脂膜4所覆蓋。也就是說，至少布線圖6的電極區(預定與半導體載體芯片的引腳相連接的區域)表面為熱固性樹脂膜4所覆蓋。熱固性樹脂膜4的覆蓋厚度根據引腳大小和安裝的載體芯片的形狀而有調整。
熱塑性樹脂膜形成過程在該過程中，作為粘膠層的熱塑性樹脂膜7形成于作為防蝕涂層圖的熱固性樹脂膜4的整個表面。熱塑性樹脂膜7是通過凹版印刷的方式，將聚烯烴熱塑性樹脂粘膠在約90～100℃的溫度和4～6μm的厚度情況下覆蓋和熔化在熱固性樹脂膜4的表面而形成的。也就是說，熱固性樹脂膜4完全為熱塑性樹脂膜7所覆蓋。因此，就完成了連接布線板(用于封裝半導體載體芯片的布線板)8的倒裝晶片。熱塑性樹脂膜7的覆蓋厚度根據引腳大小和安裝的載體芯片的形狀而有調整。
超聲封裝過程在該過程中，半導體載體芯片9是通過使用超聲波在布線板8上封裝的。這一過程包括的步驟一，是在熱塑性樹脂膜7被加熱和被軟化的熔化狀態下，使用超聲波將半導體載體芯片9的引腳10按壓到熱塑性樹脂膜7上，并且用引腳10推去熔化的熱塑性樹脂膜7和抵達熱固性樹脂膜4的表面；步驟二，是通過對引腳10進一步持續使用超聲波，將引腳10按壓到熱固性樹脂膜4上，以將絕緣粒子從熱固性樹脂膜4中分離開來，并且用引腳10推去熔化的熱固性樹脂膜4并與電極區11發生接觸；以及步驟三，是在引腳10和電極區11相接觸的狀態下，通過進一步持續使用超聲波將引腳10和電極區11超聲綁定在一起。
在本例中，半導體載體芯片厚度為150μm，并且是作為所謂的表面封裝元件，其中的引腳10從它的底層表面伸出，作為用于連接的金屬端子。引腳10是鍍金的，高14μmm，寬80μmm(80×80μmm)。
超聲封裝過程的細節如圖2A～2C所示。在步驟一中，在使用超聲振動的情況下，引腳10被按壓到在150℃的溫度下被加熱和被熔化的熱塑性樹脂膜7上。然后，由于引腳10的超聲振動，熔化的熱塑性樹脂膜7被部分地從引腳10的前端推掉，如圖2A所示，以便引腳10抵達分布和包括的有SiO2熱固性樹脂膜4的表面。在步驟二，在超聲振動被進一步施加于引腳10的情況下，引腳10被按壓到熱固性樹脂膜4上。然后，以“·”表示的SiO2粒子被引腳10從熱固性樹脂膜4中清除干凈(分離)，以便在熱固性樹脂膜4中形成以“O”表示的小孔，如圖2B所示。SiO2粒子從熱固性樹脂膜4中分離出來后，可以被熱塑性樹脂膜7所吸收(蔓延)。由于小孔的產生，熱固性樹脂膜4會更加脆化不耐用，因此引腳10能夠輕易地推去(部分地除去)熱固性樹脂膜4，抵達鋁箔布線圖6的表面(電極區11)。此時，在鋁箔布線圖6表面的氧化層是通過引腳10的超聲振動被機械式清除的。結果，引腳10和電極區11發生接觸。在步驟三，如圖2C所示，布線圖6的引腳10和電極區11被引腳的超聲振動產生的摩擦熱所加熱，因此形成了包含有鋁箔中的金原子的金屬熔合部分，完成了對二者的超聲綁定。
當半導體載體芯片9被置于預定位置后，完成超聲封裝過程中的步驟一至步驟三所需施加的超聲振動的頻率為63KHz，負荷壓強為0.2kg/mm2，持續時間1.5秒。
有關超聲封裝過程的細節如圖3A～3C和圖4A～4C所示。圖3A～3C為處理過程視圖，解釋了步驟一的細節，圖4A～4C也為處理過程視圖，解釋了步驟二和步驟三的細節。
下面將參考圖3A～3C，講述步驟一的細節。在布置步驟，即封裝準備階段，具有真空吸收特性的超聲探頭12和加熱板/砧13豎向相對放置，如圖3A所示，其中的超聲探頭12吸引和固定著載體芯片9，如圖3A中的箭頭12a所示，并且加熱板/砧13吸引和固定著布線板8，如圖3A中的箭頭13a所示。在該狀態下，超聲探頭12和加熱板/砧13載水平向相對移動，將載體芯片9上的引腳10定位在布線板8上的布線圖6的電極區11上，而與此同時，使用加熱板和砧13將布線板8加熱到150℃。
在如圖3B所示的對熱塑性樹脂膜的部分清除過程中，當使用超聲探頭12和加熱板和砧13施加如箭頭V所示的超聲振動(63.5KHz，2W)時，在如箭頭P所示的負荷壓強(0.1～0.3Kgf)和熱塑性樹脂膜7被加熱和被軟化的狀態下，載體芯片的引腳10被按壓到熱塑性樹脂膜7上。這樣，熱塑性樹脂膜7就被部分推擠(清除)掉，以便能夠埋住熱塑性樹脂膜7中的引腳10的前端部分，使引腳10的前端部分接觸(抵達)熱固性樹脂膜4的表面，如圖3C所示。
下面將參考圖4A～4C，詳細講述步驟二和步驟三。接觸(抵達)熱固性樹脂膜4的表面的引腳10不斷地受到超聲振動(63.5KHz，2W)，如圖4A中的箭頭V所示，以及負荷壓強(0.1～0.3Kgf)，如圖4A中的箭頭P所示。這樣，SiO2粒子在熱固性樹脂膜4中被分開，并且熱固性樹脂膜被推掉(參見圖4B)，使得引腳10接觸到(抵達)電極區11(鋁箔布線圖6的表面)，如前所述。在接下來的超聲綁定步驟中(參見圖4C)，通過進一步持續施加超聲振動V，在引腳10和電極區之間的金屬間擴散結就會發展，這樣就實現了對引腳10和電極區11的超聲綁定。
回到圖1E繼續講解。
綁定過程在該過程中，在不對布線板8加熱到150℃以綁定半導體載體芯片9的主體和布線圖6的情況下，可以通過自然冷卻或強制冷卻的方式來固化熔化的熱塑性樹脂膜7。也就是說，插在半導體載體芯片9的底面和布線圖8之間的熔化的熱塑性樹脂膜7得到冷卻和固化，因此半導體載體芯片9和布線圖8就被堅固地綁定到一起。
圖5為一個橫截面視圖，圖示了通過如圖1A～1E所示的上述處理而得到的電子元件模塊結構。這種制造電子元件模塊的方法具有的優勢如下(1)由于通過超聲綁定在引腳10和電極區11之間容易形成擴散結，因此電傳導得以實現；(2)由于引腳10和電極區11之間的擴散結部分用樹脂密封，因此防潮性能優良；(3)由于熱塑性樹脂膜7固化時將半導體載體芯片9和布線板8綁定在一起，所以機械封裝的抗張力強度高；(4)電傳導和機械連接在短時間內同時進行；(5)由于不需要任何特定的密封和綁定處理以及綁定材料，因此制造成本非常低；以及(6)由于布線板表面的裸露部分不存在熱塑性樹脂膜，因此在加熱時，襯底表面可以不具有所需的粘度大小。
盡管如上述(1)至(6)各種優勢的獲得在很大程度上是由于熱塑性樹脂膜7的存在，不過，通過本發明人前面提出的現有方法三(JP-A-11-333409)也能獲得上述優勢。也就是說，本發明的突出特點是，作為上述(1)至(6)各種優勢的補充，根據本發明實施例的用于制造電子元件模塊的方法還具有如下幾種優勢。
(7)在根據本發明所制造的電子元件模塊中，由于在半導體載體芯片9和鋁箔布線圖6之間插入了在高溫(本例中為150～250℃這一范圍)情況下不會熔化的熱固性樹脂膜4，因此熱固性樹脂膜4的存在使得半導體載體芯片9和鋁箔布線圖6不會發生接觸，如前面參考附圖21A～21B所作的講述，即使向半導體的封裝部分施加了高溫和高壓，如前面參考附圖20所作的講述。因此能夠制造出高可靠的和不用擔心發生短路的電子元件模塊。
(8)由于在制造電子元件模塊過程中形成的熱固性樹脂膜4分布和包含有SiO2粒子，因此部分去除熱固性樹脂膜4以便將引腳10插入到熱固性樹脂膜4中這一過程，只涉及通過對引腳10施加超聲振動以便將引腳10按壓在熱固性樹脂膜4上。例如，為了防止發生短路，考慮熱塑性樹脂膜7和鋁箔布線圖6之間為不包含諸如SiO2粒子等絕緣粒子的絕緣膜(絕緣層)的情況，則只靠引腳10的超聲振動不會很容易地除去絕緣層。另一方面，在上述實施例中，通過引腳10的超聲振動將絕緣粒子(SiO2粒子)與熱固性樹脂膜4分離開來，以便能夠在熱固性樹脂層4中產生小孔，脆化樹脂層4，以便能夠讓引腳10在短時間(約1秒鐘)內輕易地穿透熱固性樹脂層4并使引腳10的前端部分抵達鋁箔布線圖6(電極區)。
圖6A示出了根據本實施例所制造的電子元件模塊中的半導體載體芯片9和布線圖6之間的綁定強度，與只利用超聲綁定的情況相對照。從圖6A中明顯可以看出，當適用本發明提出的制造電子元件模塊的方法時，電子元件模塊的綁定強度約為只使用超聲綁定獲得的綁定強度的7倍(5.6～8.5倍)。這在很大程度上應歸功于這樣一個事實，即當熱塑性樹脂膜7固化時，半導體載體芯片9和布線板8被綁定在一起，而熱圓性樹脂膜4的存在也有貢獻于此。
當在150℃的溫度和2Kg/cm2的壓強下經受層壓處理時，根據現有技術的方法三制造的電子元件模塊(指不分布和包括有SiO2粒子的熱固性樹脂膜4的那種電子元件模塊)的短路故障發生率，以及根據本實施例而制造的電子元件模塊的短路故障發生率如圖6B所示。如圖6B所示，利用現有的方法三時，一個故障發生比率為100個測試對象模塊中有5個(5％)，而在本實施例中則沒有短路故障發生(短路故障發生率為0％)。因此，根據本實施例就能夠獲得完全能夠經受得住高溫和高壓處理的電子元件模塊。
本實施例在熱塑性樹脂膜7和鋁箔布線板6之間使用熱固性樹脂膜4(其中分布和包括有SiO2粒子的絕緣層)作為絕緣層，這種情況下的半導體載體芯片綁定失敗發生率，與用沒有SiO2粒子分布的熱固性樹脂膜作為絕緣層情況下的半導體載體芯片綁定失敗發生率如圖7A所示。從圖7A中明顯可以看出，在使用分布和包括有SiO2粒子(沒有SiO2粒子失敗發生率為96％；有SiO2粒子失敗發生率為0％)的熱固性樹脂膜4的情況下，可允許通過對引腳10施加超聲波來將半導體載體芯片9封裝到布線板8上。
在上述實施例中，半導體載體芯片綁定失敗發生率隨著分布和包括于熱固性樹脂膜4中的SiO2粒子的直徑大小差異而有所不同，如圖7B所示。如圖7B所示，當SiO2粒子的直徑為1～2μmm(約為熱固性樹脂膜4的厚度(4～6μmm)的30％)時，綁定失敗發生率為50％。另一方面，當SiO2粒子的直徑為3～4μmm(約為熱固性樹脂膜4的厚度(4～6μmm)的70％)時，綁定失敗發生率為0。據此可以發現，SiO2粒子的直徑優選為熱固性樹脂膜4的厚度的70％。
在上述實施例中，使用了作為組成薄板1的樹脂基層材料的PET膜，不過，可以用聚酰亞胺膜代替PET膜。
在上述實施例中，為了得到熱固性樹脂膜4，使用了在100份重量的環氧樹脂中摻有30份重量SiO2粒子組成的墨水。不過，作為精確研究的結果，本發明人發現對半導體載體芯片的超聲封裝處理已經非常成熟，只要環氧樹脂和SiO2粒子的混合比例為10～30份重量的SiO2粒子對100份重量的環氧樹脂。
在上述實施例中，使用了SiO2(硅)作為絕緣粒子的材料分布和包括于熱固性樹脂膜4中，不過，也可以使用AlO3(鋁氧化物)或四氟乙烯。換句話說，根據使用目的，當需要切割布線板8時，如果在熱固性樹脂膜4中包含有諸如SiO2或AlO3粒子等堅硬的氧化物粒子，一般會擔心這樣會縮短切割刀的使用壽命。在這種情況下，最好使用相對較軟的四氟乙烯。
在上述實施例中，使用了熱固性樹脂膜4作為熱塑性樹脂膜7和鋁箔布線板6之間的絕緣層。不過，絕緣層也可以是熱塑性樹脂膜(例如，在如圖20A～20B所示的層壓或注模過程所需的高溫下，即使熱塑性樹脂膜7被熔化，它也能夠保持固化狀態)，它的再軟化點要比熱塑性樹脂膜7的高。當然，在這種情況下，絕緣層中包含有SiO2粒子(絕緣粒子)。這種情況下的布線板一般稱為倒裝晶片連接半導體芯片，其組成包括布線圖，在布線圖上覆蓋電極區并分布和包括有絕緣粒子的第一層熱塑性樹脂膜，以及覆蓋第一層熱塑性樹脂膜的第二層熱塑性樹脂膜，其中第一層熱塑性樹脂膜的再軟化點要比第二層熱塑性樹脂膜的高。另一方面，該實施例中的布線板8一般稱為連接布線板的倒裝晶片，其組成包括布線圖6，在布線圖6上覆蓋電極區11的熱固性樹脂膜4，以及覆蓋熱固性樹脂膜4的熱塑性樹脂膜7。通過超聲波能夠輕易地以較低的成本將帶有引腳的半導體載體芯片9封裝到布線板上，這樣就得到了綁定強度較高并且可靠性高和基本不會造成短路的電子元件模塊，即使在此過程中施加了高溫和高壓的負荷。
如圖1B，1C和1D所示的制造布線板的方法，一般稱為制造連接布線板的倒裝晶片的方法，其中在通過蝕刻處理形成布線圖的過程中使用了分布和包括有絕緣粒子的熱固性樹脂以作為蝕刻掩模，并且熱固性樹脂上覆蓋熱塑性樹脂。以這種組成結構，在蝕刻過程中用于形成布線圖的蝕刻掩模直接成為組成連接布線板的倒裝晶片的熱固性樹脂膜，這樣在不需去除蝕刻掩模的情況下就生成了布線板，問題少，成本低。
下面將參考圖8～12，講述根據本發明的一個實施例來制造數據載體的方法。該數據載體為電磁可讀的，可用作航空標簽，物理分布管理標簽，或無人售票入場券等。完整的數據載體包括數據載體主體，用于容納由在膜狀樹脂襯底上的天線線圈組成的金屬圖，以及電子元件模塊，用于容納由封裝在膜狀樹脂襯底表面上的鋁箔布線圖中的發射/接收電路和存儲器組成的金屬圖。
圖8示出了符合該實施例的數據載體的一個例子。如圖8所示，數據載體DC包括數據載體主體100，其中容納有10μm厚的銅箔渦導圖(對應于天線線圈)，位于25μm厚的PET(聚對苯二甲酸乙二醇酯)基板101的一側，以及電子元件模塊200，其中有封裝于70μm厚玻璃環氧晶片201下側的半導體載體芯片202。電子元件模塊200置于數據載體主體100上，這樣玻璃環氧晶片201將跨過(或橫過)組成渦導圖的環繞導線匝102a，其中在渦導圖102中使用內圈終端焊盤103和外圈終端焊盤104，因此形成了與渦導圖102的電子連接。
圖9為封裝于數據載體之上的電子元件模塊200(在圖8中沿13-13方向的橫截面視圖)結構的放大了的橫截面視圖。下面將接著講述如圖8和圖9所示的制造數據載體主體100和電子元件模塊200的方法。
圖10A～10E示出了由天線線圈組成的渦導圖102的制造過程的一個例子。下面將參考圖10A～10E來講述作為天線線圈的渦導圖102在PET膜基板101的一側上形成的過程。
首先，準備Cu-PET薄基板301，如圖10A所示。作為一個例子，通過使用氨基甲酸酯粘膠在25μm厚的PET膜302的一側鋪上10μm厚的銅箔303，并且在150℃和5kg/cm2壓強下經過加熱層壓和綁定，就得到了Cu-PET薄基板301。
渦狀的防蝕涂層圖304是在Cu-PET薄板301上的銅箔303的表面上形成的，如圖10B所示。也就是說，通過膠印將絕緣的防蝕涂層墨水印刷在具有作為線圈特性的L值和Q值，線寬，間距，以及內、外周等一圈圈數字的渦狀的銅箔303上。這時，可以使用熱能射線或活性能量射束使防蝕墨水固化。活性能量射束為紫外線或電子束，并且當使用紫外線時，在防蝕墨水中混合進了光聚作用試劑。
如圖10C所示，在Cu-PET薄板301中的銅箔303表面上與電子器件模塊200的電極進行電傳導連接，通過導電墨水形成了具有所需電極形狀的導電防蝕涂層圖305a和305b(圖8中的103、104)。防蝕涂層圖305a和305b是通過膠印來形成的，與前一個處理過程一樣，并且防蝕墨水可以是在120℃溫度下進行約20分鐘的熱處理后固化而成的熱固性導電膠。在該處理過程中，一般使用絲網印刷的方式來進行導電墨水的印刷，并且墨水材料可以是Ag粒子和熱塑性粘膠的混合物，包含有光聚作用試劑或焊料膏。
如圖10D所示，通過蝕刻將從防蝕涂層圖304、305a和305b裸露出來的銅箔部分306去除掉，眾所周知，這樣形成了用作天線線圈的渦導圖(圖8中的102)，在這個蝕刻過程中，用FeCl2(120g/l)作為蝕刻劑在溫度為50℃時將銅箔303去除掉。然后，一般情況下無法將電子器件封裝到電路上，即由天線線圈組成的渦導圖上，除非去除掉在處理過程B中形成的防蝕涂層。不過，在本發明中存在如處理過程C所述的導電防蝕圖305a和305b，因此不需要通過在這些防蝕圖上封裝電子器件來除去防蝕涂層。也就是說，本發明省去了剝掉防蝕涂層的過程，因此通過絕緣墨水形成的防蝕涂層304在銅箔電路圖上起到保護層的作用。
如圖10E所示，在本實施例中，用于插入電子元件模塊的凸起部分(圖9中的灌注部分413)的通孔307是以按壓方式工作的。在上述方式中，作為天線線圈的渦導圖308(102)固定于PET膜基板302(101)的一側，這樣就完成了數據載體主體100。
圖11A～11G示出了電子元件模塊200的制造過程的一個例子。前面已經注意到，通過這種制造過程獲得的電子元件模塊200與如圖1F所示的電子元件模塊的結構幾乎完全相同，只是半導體芯片202是通過灌注部分413(參見圖11G)進行樹脂密封的，并且導電防蝕涂層412置于電極部分，用于與數據載體主體100相連接。
金屬箔層疊板制造過程作為膜狀布線板基元的Al-PET薄板401的制造如圖11A所示。Al-PET薄板401是通過用聚氨酯粘膠在25μm厚的PET膜402的一側(圖中的上表面)鋪上35μm厚的硬鋁箔403，并且在150℃和5kg/cm2壓強的條件下經過加熱層壓和綁定制造而成的。
蝕刻掩模印刷過程如圖11B所示，用于形成具有所需布線圖形狀的防蝕涂層圖的第一層防蝕層，是在Al-PET薄板401中的硬鋁箔403的表面形成的。在該實例中，形成的第一層防蝕層是作為有以圖中的“·”來表示的SiO2粒子(絕緣粒子)分布于其中的環氧熱固性樹脂膜404而使用的。更確切地說，通過在Al-PET薄板1上以凹版印刷的方式涂上一層墨水，并且在130～200℃的溫度下放置20～60秒鐘使墨水變干，環氧熱塑性樹脂膜(第一層防蝕層)404的形成厚度約為4～6μm，其中這種墨水包含100份重量的環氧樹脂和30份重量的直徑為3～4μm的SiO2粒子，二者混合到一種由30％的甲苯，6.1％的甲乙酮和12％的丁基溶纖劑組成的溶劑中。在此過程中，用于形成具有所需布線板形狀的防蝕涂層圖的熱固性導電粘膠被覆蓋于硬鋁箔403左右兩端的405a和405b的表面上，如圖11B所示。下面將要講述其中的細節。
蝕刻掩模印刷過程如圖11C所示，作為第二層防蝕層(作為粘膠層)的熱塑性樹脂膜406是在作為第一層防蝕層的熱固性樹脂膜404的整個表面上形成的。熱塑性樹脂膜406的形成是通過在熱固性樹脂膜404上以凹版印刷的方式鋪上一層約4～6μm厚的在約90～100℃的溫度下熔化的聚烯烴熱塑性樹脂粘膠制造而成的。也就是說，熱固性樹脂膜404的表面完全為熱塑性樹脂膜406所覆蓋。
蝕刻掩模印刷過程如圖11D所示，導電防蝕層(導電防蝕區)407a和407b是在硬鋁箔層403左右兩端的405a和405b的表面上形成的。導電防蝕層407對應于與數據載體100的終端焊盤部分305a和305b相連接的部分。導電防蝕區407a和407b的形成是通過膠印來完成的，如前一個過程一樣，并且防蝕墨水可以是在120℃溫度下進行約20分鐘的熱處理后固化而成的熱固性導電膠。在該處理過程中，一般使用絲網印刷的方式來進行導電墨水的印刷，并且墨水材料可以是Ag粒子和熱塑性粘膠的混合物，包含有光聚作用試劑或焊料膏。
包括熱固性樹脂膜404，熱塑性樹脂膜406，以及導電防蝕區407a和407b在內的具有所需布線圖形狀的防蝕涂層圖，是在硬鋁箔403上通過上述處理而形成的，如圖11B至11D所示。
蝕刻處理如圖11E所示，通過蝕刻將從防蝕涂層圖408中裸露出來的銅箔部分409去除掉，眾所周知，會形成有硬鋁箔403包含在內的布線圖410。布線圖410是通過在50℃的溫度下，以NaOH(120g/l)作為蝕刻劑，浸蘸從防蝕涂層圖中裸露出的鋁箔部分409而形成的。因此，包含硬鋁箔403的布線圖410出現在布線板411的表面上。
超聲封裝處理過程如圖11F所示，使用超聲波將半導體載體芯片202封裝在布線板411上。這一過程包括步驟一，是在熱塑性樹脂膜406被加熱和被軟化的熔化狀態下，使用超聲波將半導體載體芯片202的引腳203按壓到熱塑性樹脂膜406上，并且用引腳203推去熔化的熱塑性樹脂膜406和抵達熱固性樹脂膜404的表面；步驟二，是通過對引腳203進一步持續使用超聲波，將引腳203按壓到熱固性樹脂膜404上，以將SiO2粒子從熱固性樹脂膜404中分離開來，并且用引腳203推去熔化的熱固性樹脂膜404并與硬鋁箔403上的電極區412發生接觸；以及步驟三，是在引腳203和電極區412相接觸的狀態下，通過進一步持續使用超聲波將引腳203和電極區412超聲綁定在一起。
在本例中，半導體載體芯片202厚度為150μm，并且是作為所謂的表面封裝元件，其中的引腳203從它的底層表面伸出，作為用于連接的金屬端子。引腳203是鍍金的，高14μmm，寬80μmm(80×80μmm)。在步驟一中，在使用超聲振動的情況下，引腳203被按壓到在150℃的溫度下被加熱和被熔化的熱塑性樹脂膜406上。然后，由于引腳203的超聲振動，熔化的熱塑性樹脂膜406被部分地從引腳203的前端推掉，以便引腳203抵達分布和包括有SiO2的熱固性樹脂膜404的表面。在步驟二，在超聲振動被進一步施加于引腳203的情況下，引腳203被按壓到熱固性樹脂膜404上。然后，以“·”表示的SiO2粒子被引腳203從熱固性樹脂膜404中清除干凈(分離)，以便在熱固性樹脂膜404中形成以“O”表示的小孔。SiO2粒子從熱固性樹脂膜404中分離出來后，可以被熔化的熱塑性樹脂膜406所吸收(蔓延)。由于小孔的產生，熱固性樹脂膜404會更加脆化不耐用，因此引腳203能夠輕易地推去(部分地除去)熱固性樹脂膜404，抵達鋁箔布線圖410的表面(電極區412)。此時，在鋁箔布線圖410表面的氧化層是通過引腳203的超聲振動被機械式清除的。結果，引腳203和電極區412發生接觸。在步驟三，布線圖410的引腳203和電極412被引腳的超聲振動產生的摩擦熱所加熱，因此形成了包含有鋁箔中的金原子的金屬熔合部分，完成了對二者的超聲綁定。
當半導體載體芯片202被置于預定位置后，完成超聲封裝過程中的步驟一至步驟三所需施加的超聲振動的頻率為63KHz，負荷壓強為0.2kg/mm2，持續時間約1.5秒。
綁定過程如圖11G所示，在不對布線板411加熱到150℃以綁定半導體載體芯片202的主體和布線圖410的情況下，可以通過自然冷卻或強制冷卻的方式來固化熔化的熱塑性樹脂膜406。也就是說，插在半導體載體芯片202的底面和布線板411之間的熔化的熱塑性樹脂膜406得到冷卻和固化，因此半導體載體芯片202和布線板411就被堅固地綁定到一起。之后，根據需要使用眾所周知的方法來對半導體載體芯片202進行樹脂密封，以形成灌注部分413。
下面將參考圖12A～12B來講述一個過程，該過程將電子元件模塊200置于數據載體主體100上，以便絕緣晶片201跨過(或橫過)組成渦導圖的環繞導線匝102a，并且分別在渦導圖102中的內、外側形成與渦導圖102的電子連接。
如圖12A所示，電子元件模塊200置于數據載體主體100上，這樣電子元件模塊200的電子器件安裝面就與數據載體主體100的導電圖形成面相對，并且電子元件模塊200跨過(或橫過)組成渦導圖102的環繞導線匝102a。此時，在數據載體主體100的側面開放的小孔307中容納了覆蓋作為電子元件的載體芯片202的灌注部分413。而且，在電子元件模塊200的一側作為一對鋁箔區410和410的電極區并且連接到半導體載體芯片202的引腳203和203的導電防蝕區407a和407b，直接置于數據載體主體100一側的一對導電防蝕涂層圖305a和305b上。也就是說，電子元件模塊200上的鋁箔區410和410，與數據載體主體100一側的一對導電防蝕涂層圖305a和305b面對著面，中間分別隔著導電防蝕區407a和407b。
如圖12B所示，將溫度加熱到160℃的鑿齒器501a和501b以21.7kg的壓強大小按壓到電子元件模塊200上，特別是直接按壓到導電防蝕涂層圖305a和305b上持續20秒鐘。此時，熱塑性粘膠膜的導電防蝕圖將局部得到加熱和軟化，以便傳導到電子元件模塊200的端子區410和410的導電防蝕區407a和407b，與數據載體主體100上的一對導電防蝕涂層圖305a和305b能夠綁定在一起并得到保護。另一方面，熱塑性樹脂膜406的一部分被絕緣，并被用于綁定電子元件模塊200和數據載體主體100。而且，由于渦導圖102表面上的防蝕涂層304仍然是絕緣材料，所以電子元件模塊200的絕緣基片402(201)上的布線圖(圖中未示出)是作為跨接元件與渦導圖102的內、外圈相連。因此，不需要使用在現有結構中所使用的跨接元件和回接布線圖，就能夠實現渦導圖102與半導體載體芯片202之間的電子連接。
下面將參考圖13～16，講述根據本發明的一個實施例來制造數據載體的方法。該數據載體為電磁可讀的，可用作航空標簽，物理分布管理標簽，或無人售票入場券等。完整的數據載體包括數據載體主體，用于容納由在膜狀樹脂襯底上的天線線圈組成的金屬圖，以及電子元件模塊，用于容納由封裝在膜狀樹脂襯底表面上的鋁箔布線圖中的發射/接收電路和存儲器組成的半導體載體芯片。
圖13為一放大了的橫截面視圖，示出了電子元件模塊的封裝結構的一個例子(對應于圖8中沿13-13方向的橫截面視圖)。下面將接著講述如圖13所示的制造數據載體主體和電子元件模塊的方法。
圖14示出了由天線線圈組成的渦導圖102(圖8)的制造過程的一個例子。下面將參考圖14來講述作為天線線圈的渦導圖102在PET膜基板101(圖8)的一側上形成的過程。
首先，準備Cu-PET薄基板601，如圖14A所示。作為一個例子，通過使用氨基甲酸酯粘膠在25μm厚的PET膜的一側鋪上10μm厚的銅箔603，并且在150℃和5kg/cm2壓強下經過加熱層壓和綁定，就得到了Cu-PET薄基板601。這樣，就完成了Cu-PET薄板601的制造，在Cu-PET薄板601中，銅缽603粘附于PET膜602(101)的表面。
渦狀的防蝕涂層圖604是在Cu-PET薄板601的銅箔603的表面上形成的，如圖14B所示。也就是說，通過膠印將絕緣的防蝕涂層墨水印刷在具有作為線圈特性的L值和Q值，線寬，間距，以及內、外周等一圈圈數字的渦狀的銅箔603上。這時，可以使用熱能射線或活性能量射束使防蝕墨水固化。活性能量射束為紫外線或電子束，并且當使用紫外線時，在防蝕墨水中混合進了光聚作用試劑。
如圖14C所示，通過蝕刻將從經由上述處理而形成的防蝕涂層圖604中裸露出來的銅箔部分603a去除掉，眾所周知，這樣形成了用作天線線圈和內、外圈接線焊盤606a、606b的渦導圖605。在這個蝕刻過程中，用FeCl2(120g/l)作為蝕刻劑，根據需要在溫度為50℃時將銅箔部分去除掉。
然后，一般情況下無法將電子器件封裝到電路上，即線圈上，除非去除掉在如圖14B所示的處理過程中形成的防蝕涂層604。不過在本發明中，由于在綁定中，綁定規劃部分606a和606b上的防蝕涂層是通過使用超聲波而產生的機械摩擦來去除的(參見圖13)，因此不需要除去防蝕涂層604。也就是說，本發明省去了剝掉防蝕涂層的過程，因此防蝕涂層604在銅箔電路圖605的表面上起到保護層的作用。
圖15A～15F示出了電子元件模塊200的制造過程的一個例子。前面已經注意到，電子元件模塊200的這種制造過程與如圖1A～1F所示的制造過程本質上是等價的，只是半導體芯片是通過灌注部分進行樹脂密封的。因此，盡管解釋是重復的，但是為了謹慎起見，再一次講述了同樣的部分。
金屬箔層疊板制造過程作為膜狀布線板基元的Al-PET薄板701的制造如圖15A所示。Al-PET薄板701是通過用聚氨酯粘膠在25μm厚的PET膜702的一側(圖中的上表面)鋪上35μm厚的硬鋁箔703，并且在150℃和5kg/cm2壓強的條件下經過加熱層壓和綁定制造而成的。
蝕刻掩模印刷過程如圖15B所示，具有所需布線圖形狀的防蝕涂層圖是在Al-PET薄板701中的硬鋁箔703的表面上形成的。在該實例中，形成的防蝕涂層圖是作為有以圖15B中的“·”來表示的SiO2粒子(絕緣粒子)分布于其中的環氧熱固性樹脂膜704而使用的。更確切地說，通過在Al-PET薄板701的表面上以凹版印刷的方式涂上一層墨水，并且在130～200℃的溫度下放置20～60秒鐘使墨水變干，環氧熱塑性樹脂膜(防蝕涂層圖)704的形成厚度約為4～6μm，其中這種墨水包含100份重量的環氧樹脂和30份重量的直徑為3～4μm的SiO2粒子，二者混合到一種由30％的甲苯，6.1％的甲乙酮和12％的丁基溶纖劑組成的溶劑中。
蝕刻處理如圖14C所示，通過蝕刻將從熱塑性樹脂膜(防蝕涂層圖)704中裸露出來的銅箔部分705去除掉，眾所周知，會形成有硬鋁箔703包含在內的布線圖706。本實例中，布線圖706是通過在50℃的溫度下，以NaOH(120g/l)作為蝕刻劑，浸蘸從熱塑性樹脂膜704中裸露出的鋁箔部分705而形成的。這樣，包含硬鋁箔703的布線圖706就出現于通過這種蝕刻處理而得到的布線板中間產品708a的表面上。而且布線圖706的表面完全為用作防蝕涂層圖(蝕刻掩模)的環氧熱固性樹脂膜704所覆蓋。也就是說，至少布線圖706的電極區(預定與半導體載體芯片的引腳相連接的區域)表面為熱固性樹脂膜704所覆蓋。熱固性樹脂膜704的覆蓋厚度根據引腳大小和安裝的載體芯片的形狀而有調整。
熱塑性樹脂膜形成過程如圖15D所示，作為粘膠層的熱塑性樹脂膜707形成于作為防蝕涂層圖的熱固性樹脂膜704的整個表面。熱塑性樹脂膜707是通過凹版印刷的方式，將聚烯烴熱塑性樹脂粘膠在約90～100℃的溫度和4～6μm的厚度情況下覆蓋和熔化在熱固性樹脂膜704的表面而形成的。也就是說，熱固性樹脂膜704的表面完全為熱塑性樹脂膜707所覆蓋。因此，就完成了連接布線板的倒裝晶片(用于封裝半導體載體芯片的布線板)708。熱塑性樹脂膜707的覆蓋厚度根據引腳大小和安裝的載體芯片的形狀而有調整。
如圖15E所示，半導體載體芯片709是通過使用超聲波在布線板708上封裝的。這一過程包括步驟一，即在熱塑性樹脂膜707被加熱和被軟化的熔化狀態下，使用超聲波將半導體載體芯片709的引腳710按壓到熱塑性樹脂膜707上，并且用引腳710推去熔化的熱塑性樹脂膜707和抵達熱固性樹脂膜704的表面；步驟二，即通過對引腳710進一步持續使用超聲波，將引腳710按壓到熱固性樹脂膜704上，以將SiO2粒子從熱固性樹脂膜704中分離開來，并且用引腳710推去熔化的熱固性樹脂膜704并與電極區711發生接觸；以及步驟三，即在引腳710和電極區711相接觸的狀態下，通過進一步持續使用超聲波將引腳710和電極區711超聲綁定在一起。
在本例中，半導體載體芯片709厚度為150μm，并且是作為所謂的表面封裝元件，其中的引腳710從它的底層表面伸出，作為用于連接的金屬端子。引腳710是鍍金的，高14μmm，寬80μmm(80×80μmm)。在步驟一中，在使用超聲振動的情況下，引腳710被按壓到在150℃的溫度下被加熱和被熔化的熱塑性樹脂膜707上。然后，由于引腳710的超聲振動，熔化的熱塑性樹脂膜707被部分地從引腳710的前端推掉，以便引腳710抵達分布和包括有SiO2的熱固性樹脂膜704的表面。在步驟二，在超聲振動被進一步施加于引腳710的情況下，引腳710被按壓到熱固性樹脂膜704上。然后，以“·”表示的SiO2粒子被引腳710從熱固性樹脂膜704中清除干凈(分離)，以便在熱固性樹脂膜704中形成以“O”表示的小孔。SiO2粒子從熱固性樹脂膜704中分離出來后，可以被熔化的熱塑性樹脂膜707所吸收(蔓延)。由于小孔的產生，熱固性樹脂膜704會更加脆化不耐用，因此引腳710能夠輕易地推去(部分地除去)熱固性樹脂膜704，抵達鋁箔布線圖706的表面(電極區711)。此時，在鋁箔布線圖706表面的氧化層是通過引腳710的超聲振動被機械式清除的。結果，引腳710和電極區711發生接觸。在步驟三，布線圖706的引腳710和電極區711被引腳的超聲振動產生的摩擦熱所加熱，因此形成了包含有鋁箔中的金原子的金屬熔合部分，完成了對二者的超聲綁定。
當半導體載體芯片202被置于預定位置后，完成超聲封裝過程中的步驟一至步驟三所需施加的超聲振動的頻率為63KHz，負荷壓強為0.2kg/mm2，持續時間1.5秒。
綁定過程如圖15F所示，在不對布線板708加熱到150℃以綁定半導體載體芯片709的主體和布線圖706的情況下，可以通過自然冷卻或強制冷卻的方式來固化熔化的熱塑性樹脂膜707。也就是說，插在半導體載體芯片709的底面和布線板708之間的熔化的熱塑性樹脂膜707得到冷卻和固化，因此半導體載體芯片709和布線板708就被堅固地綁定到一起。之后，根據需要使用眾所周知的方法來對半導體載體芯片709進行樹脂密封，以形成灌注部分712。通過這種方式，就制成了電子元件模塊700。
下面將參考圖16A～16B來講述將電子元件模塊封裝于數據載體上以形成與天線線圈的電子連接這一過程。這一處理過程使用了超聲焊接技術。
如圖16A所示，電子元件模塊700置于數據載體主體607上，這樣在電子元件模塊一側的綁定規劃部分713a和713b就將與作為數據載體主體一側的綁定規劃部分的端子焊盤606a和606b相對齊。
如圖16B所示，使用頻率為V(40kHz)的超聲振動，將一對鑿齒器801和802一齊落下，直接壓在電子元件模塊700的綁定規劃部分712a和713b上，壓強大小為P(0.2kg/mm2)，持續時間為T(0.5秒鐘)。在圖16中，標號803和804表示與鑿齒器801和802相對的砧。
一般地，當原子之間的距離(幾個埃的長度)足以在兩個要結合在一起的金屬表面產生引力作用以及整個表面的原子全部相互接觸時，焊接才得以成功。不過，由于金屬表面覆蓋有氧化物和吸附氣體等一層薄的表層，機床上的凈金屬原子無法充分接觸以產生最大的綁定強度。
因此，通過上述超聲綁定方法所產生的超聲振動，可以除去金屬表層(在該例中，包括713a、713b、606a和606b)，并且通過激活原子振動使原子得到擴散，這樣就可以安全可靠地將電子元件模塊700的端子和數據載體的端子綁定在一起。也就是說，與電子元件模塊700的引腳710存在電子連接的熱固性樹脂膜704(圖13中的兩個終端部分)和位于數據載體端子部分(圖8中的103和104)的銅箔部分603焊接在一起，如圖13所示。
這一方法基于超聲綁定的原理，其中金屬表層是通過超聲振動除去的。即使如圖14B所示的處理過程是在沒有剝落作為絕緣防蝕涂層的導電圖接線焊盤606a、606b的情況下進行的，但是同樣獲得了電子元件模塊700和數據載體主體607之間的全部電子的和機械的綁定特性。通過上述處理，就得到了符合本發明的膜狀數據載體DC(參見圖8)。
在上述實施例中，當通過調整對鑿齒器801和802的按壓時間產生出對應于突出部分的金屬塑性流動時，會在與鑿齒器801和802相對的砧803和804的端面上產生出大量位于熔合部分上的凸起和凹陷部分，這樣正對著金屬層清除部分的樹脂層會因超聲振動而熔化。特別是當金屬熔化和樹脂熔化同時進行時，電子元件模塊的機械綁定強度將大大增加，因此當可以對諸如航空標簽或物理分布式管理標簽等各種數據載體進行大致粗暴的處理時，該實施例是有效的。
通過這種方式所得到的膜狀數據載體應用了基于電磁場原理的讀取介質，因此能夠在相距100甚至1000mm的情況下可靠地讀取存儲于半導體中的數據，而不會受到讀取距離或方向上的限制，特別是在定向性讀取方面。
通過上面的講述明顯可以看出，本發明提出了用于制造電子元件模塊的方法，其中半導體載體芯片被以電子的和機械的可靠方式和較低的成本快速地封裝到布線板上，并且可以避免因布線板上的半導體載體芯片和電極區之間的接觸而發生短路，即使是在對半導體載體芯片的封裝部分施以高溫和高壓夫在的情況下。
本發明提出了以低成本和大規模的方式來制造電磁可讀數據載體的方法，其中電磁可讀數據載體可以用在航空標簽、物理分布式管理標簽或無人售票入場券等許多方面。
權利要求
1.一種制造電子元件模塊的方法，其中在電子元件模塊中具有封裝于布線板上的半導體載體芯片，所述的方法包括(a)準備包括布線圖的所述布線板，熱固性樹脂膜在所述的布線圖上覆蓋電極區并且分布和包括有絕緣粒子，以及熱塑性樹脂膜覆蓋所述的熱固性樹脂膜；(b)當使用超聲波時，在所述的熱塑性樹脂膜被加熱和被軟化的熔化狀態下，將半導體載體芯片的引腳按壓到熱塑性樹脂膜上，以便熔化的熱塑性樹脂膜被所述的半導體載體芯片引腳推擠掉，以及所述的引腳抵達所述的熱固性樹脂膜的表面；(c)通過對所述的引腳持續地使用超聲波，將所述的引腳壓到所述的熱固性樹脂膜上，以便所述的絕緣粒子在熱固性樹脂膜中分離，熱固性樹脂膜被所述的引腳推掉，并且所述的引腳與所述的電極區相接觸；(d)在所述的引腳和所述的電極區相接觸的情況下，通過對所述的引腳持續地使用超聲波，來超聲綁定所述的引腳和所述的電極區；以及(e)通過冷卻和固化所述的熔化的熱塑性樹脂，將半導體載體芯片主體綁定在所述的布線板上。
2.如權利要求1所述的制造電子元件模塊的方法，其中使用硅氧化物或鋁氧化物作為絕緣粒子的材料。
3.如權利要求1所述的制造電子元件模塊的方法，其中使用四氟乙烯作為絕緣粒子的材料。
4.如權利要求1至3中的任何一項所述的制造電子元件模塊的方法，其中絕緣粒子在熱固性樹脂膜中的含量為100份重量的樹脂中含有10～30份重量的絕緣粒子。
5.如權利要求1至4中的任何一項所述的制造電子元件模塊的方法，其中絕緣粒子的直徑為熱固性樹脂膜厚度的70％或更大。
6.一種用于倒裝晶片連接的布線板，包括布線圖；在所述的布線圖上覆蓋電極區并分布和包括有絕緣粒子的熱固性樹脂膜；以及覆蓋所述的熱固性樹脂膜的熱塑性樹脂膜。
7.如權利要求6所述的連接布線板的倒裝晶片，其中使用硅氧化物或鋁氧化物作為所述絕緣粒子的材料。
8.如權利要求6所述的連接布線板的倒裝晶片，其中使用四氟乙烯作為所述絕緣粒子的材料。
9.如權利要求6至8中的任何一項所述的連接布線板的倒裝晶片，其中所述的絕緣粒子在熱固性樹脂膜中的含量為100份重量的樹脂中含有10～30份重量的絕緣粒子。
10.如權利要求6至9中的任何一項所述的連接布線板的倒裝晶片，其中絕緣粒子的直徑為熱固性樹脂膜厚度的70％或更大。
11.一種制造用于倒裝晶片連接的布線板的方法，包括如下步驟準備膜狀布線板的基元；在所述的基元上層壓金屬箔；以及當通過蝕刻處理形成布線圖時，在所述金屬箔的表面形成蝕刻圖所需的布線圖，以便使用分布和包括有絕緣粒子的熱固性樹脂作為蝕刻掩模材料，并且所述的熱固性樹脂進一步覆蓋有熱塑性樹脂。
12.如權利要求11所述的制造連接布線板的倒裝晶片的方法，其中使用硅氧化物或鋁氧化物作為所述絕緣粒子的材料。
13.如權利要求11所述的制造連接布線板的倒裝晶片的方法，其中使用四氟乙烯作為所述絕緣粒子的材料。
14.如權利要求11至13中的任何一項所述的制造連接布線板的倒裝晶片的方法，其中所述的絕緣粒子在熱固性樹脂膜中的含量為100份重量的樹脂中含有10～30份重量的絕緣粒子。
15.如權利要求11至14中的任何一項所述的制造連接布線板的倒裝晶片的方法，其中所述絕緣粒子的直徑為熱固性樹脂膜厚度的70％或更大。
16.一種用于制造包括有數據載體主體和電子元件模塊在內的電磁可讀數據載體的方法，其中所述的數據載體主體容納有組成膜上天線的導線圖，所述的電子元件模塊中的半導體載體芯片具有發射/接收電路和存儲器，封裝在所述的膜、薄片或薄板狀布線板的布線圖上，所述的方法包括電子元件模塊的制造方法，該電子元件模塊的制造方法包括如下步驟(a)準備具有所述布線圖的所述膜、薄片或薄板狀布線板，熱固性樹脂膜在所述的布線圖上覆蓋電極區并且分布和包括有絕緣粒子，以及熱塑性樹脂膜覆蓋所述的熱固性樹脂膜；(b)當使用超聲波時，在所述的熱塑性樹脂膜被加熱和被軟化的熔化狀態下，將半導體載體芯片的引腳按壓到熱塑性樹脂膜上，以便熔化的熱塑性樹脂膜被所述的半導體載體芯片引腳推擠掉，以及所述的引腳抵達所述的熱固性樹脂膜的表面；(c)通過對所述的引腳持續地使用超聲波，將所述的引腳壓到所述的熱固性樹脂膜上，以便所述的絕緣粒子在熱固性樹脂膜中分離，熱固性樹脂膜被所述的引腳推掉，并且所述的引腳與所述的電極區相接觸；(d)在所述的引腳和所述的電極區相接觸的情況下，通過對所述的引腳持續地使用超聲波，來超聲綁定所述的引腳和所述的電極區；以及(e)通過冷卻和固化所述的熔化的熱塑性樹脂，將半導體載體芯片主體綁定在所述的布線板上。
17.如權利要求16所述的制造電磁可讀數據載體的方法，其中在數據載體主體中使用了所述的膜狀樹脂襯底。
18.如權利要求16和17所述的制造電磁可讀數據載體的方法，其中使用硅氧化物或鋁氧化物作為所述絕緣粒子的材料。
19.如權利要求16和17所述的制造電磁可讀數據載體的方法，其中使用四氟乙烯作為所述絕緣粒子的材料。
20.如權利要求16至19中的任何一項所述的制造電磁可讀數據載體的方法，其中所述的絕緣粒子在熱固性樹脂膜中的含量為100份重量的樹脂中含有10～30份重量的絕緣粒子。
21.如權利要求16至20中的任何一項所述的制造電磁可讀數據載體的方法，其中所述絕緣粒子的直徑為熱固性樹脂膜厚度的70％或更大。
22.一種連接布線板的倒裝晶片，包括布線圖；在所述的布線圖上覆蓋電極區并分布和包括有絕緣粒子的第一塑性樹脂膜；以及覆蓋所述的第一熱塑性樹脂膜的第二熱塑性樹脂膜。其中所述的第一熱塑性樹脂膜的再軟化溫度完全比所述的第二熱塑性樹脂膜的再軟化溫度高。
23.如權利要求1所述的制造電子元件模塊的方法，其中在電子元件模塊中有封裝于布線板上的半導體載體芯片，其中所述的絕緣粒子均勻地分布于所述的熱固性樹脂膜中。
24.如權利要求6所述的用于倒裝晶片連接的布線板，其中所述的絕緣粒子均勻地分布于所述的熱固性樹脂膜中。
25.如權利要求11所述的制造用于倒裝晶片連接的布線板的方法，其中所述的絕緣粒子均勻地分布于所述的熱固性樹脂膜中。
26.如權利要求16所述的制造電磁可讀數據載體的方法，其中所述的絕緣粒子均勻地分布于所述的熱固性樹脂膜中。
27.如權利要求22所述的連接布線板的倒裝晶片，其中所述的絕緣粒子均勻地分布于所述的熱固性樹脂膜中。
全文摘要
本發明涉及電子元件模塊和電磁可讀數據載體的制造方法。使用超聲波將半導體載體芯片的引腳加熱至高溫，從上面按壓到布線板上，這樣就使半導體載體芯片的引腳穿透熱塑性樹脂膜和熱塑性樹脂膜，從而將引腳的頂端部分綁定到電極區上。其中的布線板包括布線圖，用于在所述的布線圖上覆蓋電極區并分布和包括有絕緣粒子的熱固性樹脂膜，以及覆蓋所述的熱固性樹脂膜的熱塑性樹脂膜。
文檔編號H01L21/60GK1521821SQ20031012378
公開日2004年8月18日 申請日期2003年12月17日 優先權日2002年12月17日
發明者川井若浩, 佐藤憲章, 章 申請人:歐姆龍株式會社