專利名稱：具有端面對分通孔和內區通孔的半導體器件組件的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種半導體器件，更具體地說，是涉及一種由安裝在有多個外部電極的電路襯底上的半導體器件芯片構成的半導體器件組件。
參考
圖1，其為一種現有技術的半導體器件組件例子的剖面圖。圖示的現有技術例子包括安裝在電路襯底31上并用樹脂30封裝的一半導體器件芯片37。在一個固體圓柱的中心軸處對該固體圓柱軸向對分得到的多個端面通孔電極33形成于矩形襯底33的每一個端面上。這種類型的半導體器件組件被稱為LCC或LLCC(無引線芯片載體)型組件。這種LCC組件由例如日本專利申請初審后的第JP-A-05-327157(其整個內容作為本申請的參考文獻，且JP-A-05-327157的英文摘要可從日本專利局得到，JP-A-05-327157的英文摘要也全部作為本申請的參考文獻)。在此例子中，端面電極通過將陶瓷多層互連襯底的端面通孔對分而形成。在將此類組件安裝于電路板上時，用主要成份為鉛錫(Pb-Sn)合金的焊錫從端面對分通孔的內表面延伸到組件背面電極形成一焊錫浸潤的表面，以實現安裝與電連接。在另一個例子中，襯底用的是印刷電路板。
參考圖2，其為現有半導體器件組件的另一個例子的剖面圖。半導體器件芯片47安裝于電路襯底41上，并由樹脂40所封裝。在襯底41上表面形成的并與半導體器件芯片47通過鍵合線48連接的布線導體42與在襯底41下表面形成的導體45之間由穿透襯底41的通孔11a實現電連接。阻焊劑44部分地涂覆于下表面導體45以限定一個阻焊區，另一方面，在每個下表面導體45的內端覆蓋了一層焊錫，以形成一焊錫凸起電極46作為每個下表面導體45的內端的外部電極。當焊錫凸起電極46形成時，由于使用了焊錫球，該組件現在被稱為BGA(柵格焊球陣列，ball grid array)組件。
在圖1所示的現有技術的半導體器件組件中，因為襯底端面電極僅在襯底的周邊形成，在該組件中所提供的電極數就容易短缺。在要增加電極數目時，端面電極的間距將變窄。但是由于端面電極要加上焊錫，所以必須保證相鄰的端面電極之間有足夠空隙，因此使端面電極的間距變窄是比較困難的。此外，如果相鄰的端面電極間距變窄，由于端面電極要加上焊錫，所以封裝也變得困難了。
另一方面，在圖2所示的BAG類型的半導體器件組件中，當外部電極由焊錫球形成且組件是安裝于印刷電路板上時，需要保證一個最少的電極間距。因此，在要增加電極數目時，使封裝最小化就變得困難了。
因此，本發明的一個目的是提供一種半導體器件組件，其克服了現有技術中的上述問題。
本發明的第二個目的是提供一種半導體器件組件，其封裝尺寸比有端面電極的半導體器件組件和BGA類型的半導體器件組件小。
本發明的第三個目的是提供一種半導體器件組件，其可形成的通孔數目比有端面電極的半導體器件組件和BGA類型的半導體器件組件要多。
本發明的第四個目的是提供一種半導體器件組件，其內部互連布線有很高的自由度，并能容易地設計出在單個組件上安裝多個半導體器件芯片的多芯片組件。
本發明的第五個目的是提供一種半導體器件組件，其能夠保護支撐半導體器件芯片的電路襯底。
本發明的上述目的和其他目的由根據本發明的如下所述的半導體器件組件實現，其包括一電路襯底；安裝于電路襯底上的至少一個電子元件(包括一個半導體器件芯片)；在電路襯底的一個端面上形成的按沿通孔中心軸對分的方法得到的多個端面對分通孔，其內表面涂覆有導體膜；在電路襯底的一面上形成并與端面對分通孔連接的多個布線導體；在電路襯底的另一面形成并與端面對分通孔連接的多個外部電極；和一個導線保護層，其覆蓋外部電極內端和端面對分通孔之間的區域，用于將外部電極內端與端面對分通孔分開。
根據上述設計，因為涂覆有導體膜的端面對分通孔的內表面并不用作電連接接觸面，且因為外部電極形成于電路襯底的另一面上，并與端面對分通孔連接，而且，因為在端面對分通孔外側的電路襯底被截除或去掉，所以組件也可以做得更小了。
此外，因為在此說明書中稱為內區通孔的常規通孔需要一個完全圍住通孔的臺階，內區通孔之間必須有足夠的間隔。但是，對于端面通孔，因為臺階寬度可以限制到伸向電路襯底內區的布線導體的寬度，從而所需的臺階面積就可以減少。因此，采用端面對分通孔，每個通孔的占用面積就減小了。而且，因為通孔以端面對分通孔形式形成且集中于襯底的端面，在電路襯底的內區域設計導電圖形布局的自由度也增加了。
此外，因為端面對分通孔可以設計為其間距小于內區通孔的間距，通孔的數目因而可以增加。而且，因為導體保護層將外部電極的端部與端面對分通孔或內區通孔分開，當組件用焊接方法安裝于印刷電路板或另一電路板上時，就防止了焊錫流到通孔內表面上。因此，端面對分通孔可以設計為其間距比現有技術的端面電極可浸潤焊錫的半導體器件組件的間距小。這意味著端面對分通孔的數目與現有技術的端面電極可浸潤焊錫的半導體器件組件相比可以增加。因此，導體保護層優選由阻焊材料(典型地是用環氧樹脂)構成。以這種連接方式，每個外部電極的端子是以焊盤的形狀來形成的，而焊錫凸起電極在每個外部電極的端子上形成。
在一種優選的實施例中，半導體器件組件還包括多個內區通孔，其形成于電路襯底中除端面區域以外的區域；多個附加的外部電極，其形成于電路襯底的另一面并與內區通孔相連；以及一個附加的導體保護層，用于覆蓋外部電極內端和內區通孔之間的區域，以將外部電極內端與內區通孔分開。
在此優選實施例中，因為在電路襯底的端面上不僅有可設計為間距比內區通孔間距小的端面對分通孔，而且在電路襯底的內區中還有內區通孔，所以通孔的數目就顯著增加了。
換言之，這意味著因為沿矩形電路襯底的四個側面可提供許多端面對分通孔，所以在電路襯底內區提供的內區通孔數目可以減少至必要的和足夠的數目。因此，在內區通孔造成難于提供連接組件內的電氣部分或元件的電極時和/或難于在電路襯底的內區中布置布線導體時，上述特點就非常有效果了。特別是，在多層互連襯底和在單個組件上安裝有多個半導體器件芯片的多芯片組件中其優點更為突出，因為內區通孔或在電路襯底內區的通孔數目可減至最少。特別是，當在單個組件上安裝有多個半導體器件芯片時，就難于在電路襯底的內區域形成許多通孔，這是因為不愿意在安裝每個芯片的區域中形成通孔，而且因為布置芯片間和每個芯片與外部電極間的布線導體連接電變得復雜了。另一方面，安裝于單個組件上的半導體器件芯片的數目越大，所需的外部電極數目也就越大。因此，本發明的優點可在多芯片組件中有效地和突出地發揮出來。
在一個較優選的實施例中，涂覆于端面對分通孔附近的導體保護層延伸至覆蓋每個端面對分通孔的部分或全部內表面。當通孔被機械切割工具對分以形成端面對分通孔時，如果切割工具沒有一個令人滿意的切割質量，則覆蓋在通孔內表面的導體膜就受到過強的應力，經常會發生部分的剝落。但是，如果端面對分通孔也就是覆蓋通孔內表面的導體膜先涂覆上導體保護層時，即使切割工具質量不高，覆蓋通孔內表面的導體膜就用導體保護層來保護，以避免覆蓋在通孔內表面的導體膜發生剝落。
由上述可見，上述端面對分通孔可發揮常規通孔的作用，即在分別形成于電路襯底上表面和下表面的導體層之間、或是在不同層的導體層之間進行電連接的功能，而且還可使在電路襯底內部的互連圖形的布局有效和自由。這對于使組件最小化是行之有效的。
本發明的上述及其目的、特征和優點通過下面參照附圖對本發明優選實施例所作的說明將更為顯而易見。
圖1是現有技術半導體器件組件的一個例子的剖面圖；圖2是現有技術半導體器件組件的另一個例子的剖面圖；圖3是根據本發明的半導體器件組件的第一優選實施例的剖面圖；圖4是根據本發明的半導體器件組件的第二優選實施例的剖面圖；圖5A和圖5B是根據本發明的半導體器件組件的端面對分通孔的部分剖面圖；圖6是根據本發明的半導體器件組件的第三優選實施例的剖面圖。
參考圖3，其為根據本發明的半導體器件組件的第一優選實施例的剖面圖。
在矩形電路襯底1的上表面的中心區用粘合劑9安裝了一個半導體器件芯片7。在電路襯底1的上表面的周邊區域形成了多個布線導體2，并與半導體器件芯片7通過焊線8電連接。為了實現小型化和薄封裝，容納半導體器件芯片7的腔1A可優選地在電路襯底1的上表面的中心區形成，如圖3所示。安裝在電路襯底1上的半導體器件芯片7用封裝樹脂10封裝，封裝樹脂常規是用環氧樹脂、酚醛樹脂或硅酮樹脂。為了實現高密度，電路襯底1由一個有機物布線襯底材料如玻璃環氧樹脂、改性聚酰亞胺形成，但可以用陶瓷襯底有效地形成。
由沿一通孔中心軸線對分而得到的端面對分通孔3以預定的恒定間距在矩形電路襯底1的四個端面的每一個上形成。端面對分通孔3的內表面涂覆了導體膜3A，導體膜3A從端面對分通孔3的上端延伸至下端。導體膜3A在端面對分通孔3的上端與在電路襯底1的上表面形成的布線導體2中相應的一條連接，在端面對分通孔3的下端與在電路襯底1的下表面形成的外部電極5中相應的一個連接。在端面對分通孔3的下端和外部電極5的內端之間的外部電極5上覆蓋一層阻焊層4，以將端面對分通孔3的下端與外部電極5分開，由此防止焊錫加到外部電極的內端，和防止例如當在印刷電路板上安裝組件時印刷電路板上的焊錫流到端面對分通孔3的內表面上。
如上所述，當在印刷電路板上安裝上述半導體器件組件時，在很多情況下外部電極5是通過焊錫與印刷電路板連接的。出于這一目的，凸起形狀的焊錫凸起電極6可在外部電極5的內表面形成。在這種情況下，外部電極5的內端優選為焊盤的形式。
用于分開端面對分通孔3的下端和外部電極5內端或焊錫凸起電極的阻焊層4優選以熱凝或紫外線處理環氧樹脂。但是，任何有焊錫掩模或阻焊效果的樹脂材料都可以使用。
下面，半導體器件組件的第一實施例的結構將予以更詳細的說明。
在圖3所示的實施例中，如果電路襯底1由厚度為0.4mm-0.8mm數量級的玻璃一環氧樹脂襯底形成，在襯底的每個端面上形成的端面對分通孔3的通孔直徑為0.2mm-0.4mm數量級。在這種情況下，從通孔下端延伸至外部電極5導體的寬度變為0.3mm-0.5mm數量級，因為從通孔延伸的導體要求寬度要大于通孔的直徑，以在通孔被機械切割工具對分時保護涂覆于通孔內表面上的導體膜。因此，在襯底的每個端面上形成的端面對分通孔3的通孔直徑為0.4mm-0.8mm數量級。用模具沿通孔中心線切割襯底材料和填充通孔的導體，就可以得到有端面對分通孔3的電路襯底1。即使襯底厚度很大，電路襯底也可以根據模具的精度來切割。
出于將形成在電路襯底1上表面和下表面的導體之間電連接的目的而提供了端面對分通孔3，因此，在通孔內表面設置的導體層不希望在操作電路襯底和裝配組件時斷開。為避免這種不方便，優選先用阻焊劑涂覆通孔導體膜的部分或整個表面。在現有技術的LCC型組件中，因為端面通孔電極被用作外部電極，需要保證端面通孔電極可被焊錫浸潤。但是，在本發明中，不再需要保證端面通孔電極可被焊錫浸潤，這是因為端面通孔電極不再用作外部電極，因此，通孔導體膜的內表面可以用樹脂加以保護，以防止通孔導體膜斷裂。
參考圖4，其為根據本發明的半導體器件組件的第二優選實施例的剖面圖。
由圖3與圖4的比較可見，第二實施例的特征在于電路襯底1a還包括在電路襯底1a中在電路襯底的端面區域以外形成的多個內區通孔11，在電路襯底1a的上表面形成的且與內區通孔11的上端和半導體器件芯片7通過鍵合線88相連的多個附加的布線導體22，在電路襯底1a的下表面形成的且與內區通孔11的下端相連的多個附加的外部電極55，和覆蓋附加的在內區通孔11的下端和附加的外部電極55內端之間的外部電極55以將內區通孔11下端和附加的外部電極55內端分開的阻焊劑44。以此連接方式，凸起形式的焊錫凸起電極66可在外部電極55的內端形成。
在第二實施例中，當用0.6mm厚的玻璃環氧樹脂襯底形成電路襯底1a時，在電路襯底1a的每個端面上形成的端面對分通孔3的間距可以做到0.5mm。因此，對于一個20mm見方的組件，可以形成140個端面對分通孔3。此外，假定內區通孔11的間距為1.27mm，構成一個12×12的矩陣，則可以形成144個內區通孔11。因此，總共可形成280個或更多的通孔。這里，要求有1.27mm的間距以保證至少有一個導體在相鄰的內區通孔11之間通過，從而在電路襯底上或電路襯底內構成一條線路。
這里，考慮通孔僅由內區通孔11構成，即使內區通孔11以1.27mm的間距構成14×14的矩陣，只能形成196個通孔用于分別在電路襯底上表面和下表面形成的導體之間的互連。因此，利用端面對分通孔3和內區通孔11，可形成的通孔數目能顯著地增加，設計的自由度也能增加。此外，通過對分端面通孔，就可以在端面對分通孔的外側去掉或切割電路板，因此，組件的尺寸可減至最小。特別是在小尺寸組件中，這一優點尤其突出。如果內區通孔1的間距做成0.5mm，由于在相鄰內區通孔11之間的間距太窄，所以就不可能使導體在相鄰內區通孔11之間通過。因此，在間距為0.5mm的端面對分通孔3外側的電路襯底部分就不能有效地被利用，也就是說，成了無用的空間。因此，即使端面對分通孔3外側的電路襯底部分被切掉，也不會出現功能上的問題。
為了對分端面通孔，可以用高精度的模具來切割電路襯底。當電路襯底由陶瓷制成時，如果先用V字型凹槽做成斷開線，則切割電路襯底就容易得多。
參考圖5A和5B，它們是根據本發明的半導體器件組件的端面對分通孔的部分剖面圖。圖5A所示是下半部分被阻焊劑所涂覆的端面對分通孔3，圖5B是整個表面被阻焊劑所涂覆的端面對分通孔3。
提供阻焊劑4的基本目的是要將外部電極5和形成于端面對分通孔3的內表面上的導體膜3A用阻焊劑4分開，以防止外部電極5和端面對分通孔導體膜3A同時被焊錫所浸潤。因此，如果端面對分通孔導體膜3A的下表面涂覆上阻焊劑4a，如圖5A所示，就足夠了。但是，端面對分通孔導體膜3A的整個表面更優選地可以如圖5B那樣用一層阻焊劑覆蓋層4b完全覆蓋。如果端面對分通孔導體膜3A的部分或整個表面涂覆上阻焊劑4，則沿端面對分通孔3的通孔切割襯底就容易了，同時，還可以保護暴露于組件端面的導體膜。在制造電路襯底的過程中，可以用掩模圖形用阻焊劑涂覆通孔的方法來涂覆阻焊劑。
現在，將結合圖6說明根據本發明的半導體器件組件的第三實施例。圖6是第三實施例的剖面圖。
根據本發明的半導體器件組件的第三實施例使用了一個多層陶瓷襯底1b，在其內部包括在襯底內側的內部導體2b，并有布線導體2d，外部電極5b和端面對分通孔3(在襯底的外表面上)。在襯底1b的上表面的中心區域形成的腔體中安裝一半導體器件芯片7b，其通過鍵合線8b與布線導體2d電連接，并且也由樹脂10b封裝。
在一般的實際應用中，多層陶瓷襯底1b由主要是鋁(氧化鋁)或氮化鋁構成的襯底材料所形成，內部導體則由折射材料如鎢或鉬制成。但是，可以使用在鋁中加入玻璃所形成的玻璃陶瓷。
如圖6所示，形成了一阻焊擋圈4c以將端面對分通孔3與外部電極5b的內端分開。阻焊擋圈4c可以通過提供與陶瓷襯底類似的材料然后將該材料燒結、或印上有圖形的環氧樹脂然后處理該有圖形的(patterned)環氧樹脂來得到半導體器件組件。這樣的半導體器件組件可安裝于例如印刷電路板上同時保持外部導體5b為扁平導體形狀。但是，半導體器件可以在先于外部導體5b上形成凸起形式的焊錫凸起電極6b之后再安裝。
由上述可見，在根據本發明的半導體器件組件中，因為端面對分通孔的側面不用作電連接外部接觸面，且因為外部電極形成于電路襯底的另一面上并與端面對分通孔連接，而且，因為在端面對分通孔外側的電路襯底被切除或去掉，組件也可以做小。此外，因為通孔集中在襯底的端面，每個通孔占用的面積變小，其結果是在同樣的電路襯底內用于導體布線的空間變大了，因此，增加了設計導體圖形布局的自由度。
此外，如果在電路襯底的端面提供了端面對分通孔，在電路襯底的內側區提供了內區通孔，則可以顯著增加通孔的數目。
因為導體保護層(阻焊劑)將外部電極的端子與端面對分通孔或內區通孔分開，所以防止了焊錫的爬升(crawling up)。當端面通孔被對分時，如果端面對分通孔涂覆有導體保護層，對分操作就很好，從而保護了端面。
本發明參考具體實施例而作了說明。但是，應當說明本發明決不限于所說明的結構細節，在所附的權利要求的范圍內可以對本發明作各種修改或變化。
權利要求
1.一種半導體器件組件，其特征在于包括一電路襯底，安裝于所述電路襯底上的至少一個電子元件，在所述電路襯底的一個端面上形成的按沿通孔中心軸對分的方法得到的多個端面對分通孔，其一個側面涂覆有導體膜，在所述電路襯底的一面上形成并與所述端面對分通孔連接的多個布線導體，在所述電路襯底的另一面形成并與所述端面對分通孔連接的多個外部電極，和一個導線保護層，其覆蓋所述外部電極內端和所述端面對分通孔之間的區域，用于將所述外部電極內端與所述端面對分通孔分開。
2.根據權利要求1的一種半導體器件組件，其特征在于還包括多個內區通孔，其形成于所述電路襯底中除所述電路襯底端面區域以外的區域，多個附加的外部電極，其形成于電路襯底的另一面并與所述內區通孔相連；以及一個附加的導體保護層，用于覆蓋所述外部電極一端和所述內區通孔之間的區域，以將外部電極所述端與所述內區通孔分開。
3.根據權利要求2的一種半導體器件組件，其特征在于所述導體保護層延伸至覆蓋每個所述端面對分通孔的至少一部分。
4.根據權利要求2的一種半導體器件組件，其特征在于所述導體保護層延伸至覆蓋每個所述端面對分通孔的整個表面。
5.根據權利要求2的一種半導體器件組件，其特征在于凸起焊錫電極形成于每一個所述外部電極的所述端。
6.根據權利要求2的一種半導體器件組件，其特征在于所述導體保護層由環氧樹脂構成。
7.根據權利要求1的一種半導體器件組件，其特征在于所述導體保護層延伸至覆蓋每個所述端面對分通孔的至少一部分。
8.根據權利要求1的一種半導體器件組件，其特征在于所述導體保護層延伸至覆蓋每個所述端面對分通孔的整個表面。
9.根據權利要求1的一種半導體器件組件，其特征在于凸起焊錫電極形成于每一個所述外部電極的所述端。
10.根據權利要求1的一種半導體器件組件，其特征在于所述導體保護層由環氧樹脂構成。
全文摘要
一種半導體器件組件,包括一電路襯底,安裝于電路襯底上的半導體器件芯片,在電路襯底的一個端面上形成的按沿通孔中心軸對分的方法得到的多個端面對分通孔,其一個內側面涂覆有導體膜,在電路襯底的一面上形成并與所述端面對分通孔連接的多個布線導體,在電路襯底的另一面形成并與所述端面對分通孔連接的多個外部電極,和用于部分覆蓋所述外部電極以將外部電極導體一端與端面對分通孔分開。
文檔編號H01L23/31GK1198009SQ98100988
公開日1998年11月4日 申請日期1998年3月31日 優先權日1997年3月31日
發明者森山好文 申請人:日本電氣株式會社