具有接線鍵合過孔的微電子封裝體及其制作方法以及用于微電子封裝體的加強層的制作方法
【專利說明】具有接線鍵合過孔的微電子封裝體及其制作方法以及用于微電子封裝體的加強層
[0001]相關串請的交叉引用
[0002]本申請是2013年2月I日提交的美國申請第13/757，673號的繼續申請，并且是2013年2月I日提交的美國申請第13/757，677的繼續申請，其公開內容以引用的方式并入本文。
技術領域
[0003]本申請的主題涉及對微電子元件和相關的電路系統(circuitry)進行封裝的方法，例如制作結構的方法，該結構例如是具有從基底的鍵合表面(諸如，在基底的表面處的導電元件的表面)延伸出來的接線鍵合形式的多個導電過孔(via)的微電子封裝體。
【背景技術】
[0004]微電子裝置諸如半導體芯片通常要求至其他電子部件的許多的輸入和輸出連接。半導體芯片或者其他堪比的器件的輸入和輸出接觸一般設置成基本上覆蓋器件的表面的網格狀圖案(通常稱為“面積區域陣列(area array) ”)，或者設置成可以與器件的正表面的每個邊界平行延伸并且相鄰的細長行，或者設置在正表面的中央中。通常，器件諸如芯片必須物理地安裝在基底諸如印刷電路板上，并且器件的接觸必須電連接至電路板的導電特征。
[0005]半導體芯片通常設置在封裝體中，該封裝體在芯片制造期間和在將芯片安裝到外部基底諸如電路板或者其他電路面板上期間，方便對芯片進行處理。例如，將許多半導體芯片設置在適用于表面安裝的封裝體中。已經針對多種應用提出了這種通用類型的許多種封裝體。最常見地，這種封裝體包括介電元件，通常稱為“芯片載體”，其中端子作為電鍍或者蝕刻的金屬結構形成在電介質上。這些端子通常通過諸如沿著芯片載體自身延伸的薄跡線等特征，并且通過在芯片的接觸與端子或者跡線之間延伸的細引線或者接線，而連接至芯片自身的接觸。在表面安裝操作中，將封裝體放置到電路板上，從而使得在封裝體上的每個端子與在電路板上的對應接觸焊盤對準。焊料或者其他鍵合材料設置在端子與接觸焊盤之間。可以通過加熱組件，以便熔化或者“回流”焊料或者活化鍵合材料，將封裝體永久地鍵合在合適的位置中。
[0006]許多封裝體包括焊球形式的焊料塊，直徑通常為大約0.1mm和大約0.8mm (5密耳和30密耳)，附接至封裝體的端子。具有從其底表面突出的焊球的陣列的封裝體，通常稱為球柵陣列或者“BGA”封裝體。稱為連接盤柵陣列或者“LGA”封裝體的其他封裝體通過由焊料形成的薄層或者連接盤而緊固至基底。這種類型的封裝體可以非常緊湊。通常稱為“芯片級封裝體”的特定封裝體，占用的電路板的面積區域等于或者僅僅略大于包含在封裝體中的器件的面積區域。這有利于減少組件的總大小，并且允許在基底上的各個器件之間使用短互連，該短互連又限制了在器件之間的信號傳播時間，并且由此方便了對組件進行高速操作。
[0007]封裝的半導體芯片通常設置成“堆疊的”布置，其中將一個封裝體設置在例如電路板上，并且將另一個封裝體安裝在第一封裝體的頂部上。這些布置可以使多個不同的芯片安裝在電路板上的單個占用面積內，并且可以進一步方便通過在封裝體之間提供短互連件來進行高速操作。通常，該互連距離僅僅略大于芯片自身的厚度。為了在芯片封裝體的堆疊內實現互連，需要在每個封裝體(除了最頂部的封裝體之外)的兩側提供用于機械連接和電連接的結構。這已經通過例如在基底的安裝有芯片的兩側提供接觸焊盤或者連接盤得以實現，焊盤通過傳導過孔等穿過基底而連接。已經將焊球等用于將在下基底的頂部上的接觸至下一個更高基底的底部上的接觸之間的間隙橋接。焊球必須高于芯片的高度，以便連接接觸。在美國專利申請公開第2010/0232129( “’129公開”)號中提供了堆疊芯片布置和互連結構的示例，其公開內容以引用的方式全部并入本文。
[0008]細長立柱或者引腳形式的微接觸元件可以用于將微電子封裝體連接至電路板，并且用于在微電子封裝中的其他連接。在一些情況下，已經通過對包括一個或者多個金屬層的金屬結構進行蝕刻來形成微接觸，形成了微接觸。蝕刻工藝限制了微接觸的大小。常規的蝕刻工藝通常不能形成具有大的高度與最大寬度之比(此處稱為“縱橫比”)的微接觸。已經難以或者不可能形成具有很大的高度并且在相鄰的微接觸之間具有非常小的間距或間隔的微接觸的陣列。而且，通過常規蝕刻工藝形成的微接觸的配置是有限的。
[0009]盡管在本領域有了所有前述進展，但是期望再進一步地改進制作和測試微電子封裝體。
【發明內容】
[0010]此處公開了微電子元件和制造微電子元件的方法。
[0011]在一個實施例中，一種形成連接至基底的多個接線鍵合的方法可以包括:將鍵合工具和向下延伸超出鍵合工具的面的接線的部分或者形成表面中的至少一個相對于彼此定位，從而使向下延伸超出鍵合工具的面的接線部分的一端，與形成表面(formingsurface)相比，定位在距離鍵合工具面更大的深度處。接線部分可以是第一接線部分，并且第一接線部分的延伸可以通過以下步驟來執行:將接線的第二部分鍵合至第二鍵合表面，以及然后將鍵合工具面移動到在第二鍵合表面所處平面上方的更大高度，從而使第一接線部分向外延伸超出鍵合工具的面，并且然后，切斷接線以使第一接線部分與第二接線部分開。切斷接線的步驟可以包括:夾緊接線，并且拉緊被夾緊的接線，以使被夾緊的接線在第一接線部分與第二接線部分之間的邊界處斷開。切斷接線的步驟可以包括:夾緊接線，并且拉緊被夾緊的接線以使被夾緊的接線在第一接線部分和第二接線部分之間斷開，以在預定長度處斷開，并且/或者可以包括:夾緊并且拉緊多個接線，以使夾緊的接線在多個不同的預定長度處斷開。
[0012]鍵合工具可以在與鍵合工具的面平行的第一方向上沿著第一形成表面移動，以便使接線部分朝著鍵合工具彎曲。當執行使用鍵合工具的步驟以將模壓的(coined)表面鍵合至鍵合表面時，鍵合表面可以暴露在基底的表面處。可以安裝微電子元件并且將該微電子元件與基底電互連，從而使得微電子元件與接線鍵合中的至少一些電互連。
[0013]第一形成表面可以包括凹槽，并且沿著第一形成表面移動鍵合工具的步驟可以包括:沿著凹槽的長度在第一方向上移動鍵合工具面，從而使得接線部分的至少一部分在凹槽內移動。第一形成表面可以是在其中具有開口的形成元件的表面，并且定位的步驟可以包括:對鍵合工具進行定位，從而使得接線部分至少部分地延伸到開口中。開口可以包括與第一形成表面相鄰的錐形部分，并且該錐形部分可以配置為朝著第一形成表面的預定位置引導接線部分。第一形成表面是形成元件的在其中具有開口的表面。定位的步驟可以包括:對鍵合工具進行定位，從而使得接線部分至少部分地延伸到開口中。開口可以包括與第一形成表面相鄰的錐形部分，并且該錐形部分可以配置為將接線部分引導到凹槽中。
[0014]移動鍵合工具的步驟可以包括:將鍵合工具移動到開口中，從而使得接線部分至少部分地延伸到開口中。模壓表面可以設置在開口內。模壓表面可以包括具有小于接線部分的直徑的深度的凹槽。開口可以是第一開口，并且形成元件包括第二開口。移動鍵合工具的步驟可以包括:將鍵合工具移動到第二開口中，從而使得接線部分至少部分地延伸到第二開口中。模壓表面可以設置在第二開口內。
[0015]接線鍵合中的第一接線鍵合可以適合于傳送第一信號電位，并且接線鍵合中的第二接線鍵合可以適合于同時傳送與第一信號電位不同的第二信號電位。接線鍵合中的至少兩個接線鍵合可以鍵合至多個鍵合表面中的單個鍵合表面。這可以改進接線鍵合的自由端的容差。例如，在所公開的實施例中，接線鍵合的自由端彼此之間的間距可以是150微米、200微米、300微米、或者400微米，并且在笛卡爾坐標系統的X或者I方向上可以不同。接線鍵合的自由端的間距可以是150或者200，并且可以具有3西格瑪容差，即，與分布的中心相差三個標準偏差，對于自由端而言為小于+/-25微米。
[0016]然后，可以在橫切鍵合工具面的第二方向上移動鍵合工具，從而使得延伸離開鍵合工具面的鍵合工具的外露壁與延伸離開第一形成表面的第二形成表面面對面。第一形成表面和第二形成表面可以設置在形成工位處，并且可以在形成工位處執行在第一方向上和第二方向上移動鍵合工具的步驟。第二形成表面可以以與第一形成表面成第一角度地傾斜離開第一形成表面，并且外露鍵合工具壁可以以第一角度傾斜離開鍵合工具面。第二形成表面是相對于至少一個第三表面凹陷的溝道。可以在鍵合工位處執行使用鍵合工具的步驟。鍵合工具可以由鍵合頭承載，并且在對接線部分的部分進行模壓之前，將鍵合頭和由鍵合頭承載的鍵合工具從形成工位移動至鍵合工位。接線部分可以朝著鍵合工具的外露壁彎曲。
[0017]可以對接線部分的在鍵合工具面與模壓表面之間的部分進行模壓。模壓表面可以設置在形成工位處，并且可以在形成工位處執行對接線部分的在鍵合工具面與模壓表面之間的部分進行模壓的步驟。當執行使用鍵合工具以將接線部分鍵合至鍵合表面的步驟時，模壓部分在橫向方向上可以具有對移動的抵抗。接線部分的模壓部分可以具有平整表面，并且使用鍵合工具的步驟可以將模壓部分的平整表面鍵合至鍵合表面，并且可以在接線中放置永久性塑料扭結(plastic kink)。接線部分的模壓部分可以具有凹凸特征的圖案化面，并且使用鍵合工具的步驟可以將模壓部分的圖案化面鍵合至鍵合表面。
[0018]可以使用鍵合工具以將接線部分的模壓部分鍵合至基底的導電鍵合表面以形成接線鍵合，而保持接線部分的遠離模壓部分的端部不鍵合。鍵合工具可以具有毛細管，接線部分從毛細管延伸出來，并且鍵合工具的面可以是毛細管的面。鍵合工具可以是超聲鍵合工具，接線部分從超聲鍵合工具延伸出來，并且超聲鍵合工具的面是鍵合工具的面。超聲鍵合工具是楔形鍵合工具。鍵合工具和形成表面可以與共用鍵合頭組裝在一起。可以重復這些步驟以形成至鍵合表面中的至少一個鍵合表面的多個接線鍵合。
[0019]在形成多個接線鍵合之后，可以形成覆在一個或者多個鍵合表面上的包封層。該包封層可以形成為至少部分地覆蓋鍵合表面和接線鍵合。每個接線鍵合的未包封部分可以由該接線鍵合的端表面或者該接線鍵合的未被包封層覆蓋的邊界表面中的至少一個的部分限定。
[0020]微電子封裝體可以包括部件諸如基底，具有第一表面和與第一表面相對的第二表面。部件的第一表面可以具有第一區域和第二區域。微電子元件可以覆在第一區域上面。導電元件可以暴露在部件的在第二區域內的第一表面或者第二表面中的至少一個處。包封層可以覆在部件的至少第二區域處上面。接線鍵合的未包封部分可以包括接線鍵合的端部。接線鍵合中的第一接線鍵合可以配置為傳送第一信號電位，并且接線鍵合中的第二接線鍵合可以配置為同時傳送與第一信號電位不同的第二信號電位。每個接線鍵合可以具有縱向地延伸至該接線鍵合的端部的邊界表面，并且接線鍵合的未包封部分可以由接線鍵合的端部和邊界表面的與未被包封層覆蓋的與端部相鄰的部分限定。接線鍵合中的至少一個的未包封部分可以覆在微電子元件的主表面上面。接線鍵合中的至少一個的一端可以在與基底的第一表面平行的方向上從其基部至少位移了等于在多個導電元件中的相鄰導電元件之間的最小間距和100微米中的一個的距離。接線鍵合中的至少一個可以包括在其未包封部分與接合有至少一個接線鍵合的導電元件之間的至少一個彎曲。至少一個接線鍵合的彎曲遠離其未包封部分和接合有至少一個接線鍵合的導電元件。至少一個接線鍵合的未包封部分可以覆在微電子元件的主表面上面。接線鍵合可以接合至在第一圖案中的在導電元件中的相鄰導電元件之間具有第一最小間距的位置處的導電元件。接線鍵合的未包封部分可以設置在第二圖案中的在多個接線鍵合中的接線鍵合的相鄰未包封部分之間具有第二最小間距的位置處。第二最小間距可以大于第一間距。該至少一個微電子元件可以包括覆在第一區域內的第一表面上面的第一微電子元件和第二微電子元件。導電元件中的至少一些可以與第一微電子元件電連接。導電元件中的至少一些可以與第二導電元件電連接。第一微電子元件和第二微電子元件可以在微電子封裝體內彼此電連接。第一導電元件中的至少一個第一導電元件可以具有接合至該第一導電元件的接線鍵合中的至少兩個接線鍵合。
[0021]至少一個微電子元件可以覆在第一表面上面。導電元件可以暴露在基底的第一表面或者第二表面中的至少一個處。導電元件中的至少一些可以與至少一個微電子元件電連接。多個接線鍵合中的每一個可以具有接合至多個導電元件中的一個導電元件的模壓部分。未模壓部分可以在縱向方向上延伸離開模壓部分。過渡部分可以連接未模壓部分和模壓部分。模壓部分可以在橫切縱向方向的橫向方向上具有比未模壓部分的寬度更大的寬度。過渡部分可以具有隨著接近未模壓部分而減少的寬度。接線鍵合可以具有遠離相應接線鍵合的模壓部分和部件的端部。包封層可以從第一表面或者第二表面中的至少一個處延伸，并且可以覆蓋接線鍵合的部分，從而使得接線鍵合的被覆蓋的部分通過包封層而彼此分開。接線鍵合的未包封部分可以由接線鍵合的未被包封層覆蓋的部分限定。未模壓部分的至少部分可以具有圓柱形狀。接線鍵合中的至少一些的端部可以未被包封層覆蓋。
[0022]根據本發明的一個方面的微電子封裝體可以包括:部件，其具有表面和在表面處的多個導電元件。多個接線鍵合可以具有接合至導電元件的第一端和遠離第一端的第二端，接線鍵合在它們的相應第一端和第二端之間具有長度。加強層(stiffening layer)可以覆在表面上面并且覆蓋每個接線鍵合的長度的第一部分。包封層可以覆在部件的表面上方的加強層上面，并且覆蓋每個接線鍵合的長度的第二部分。接線鍵合的第二端至少部分地未被在包封層的在加強層上方并且遠離加強層的表面處的包封層覆蓋。
[0023]根據本發明的一個或者多個方面，部件可以是基底。微電子封裝體可以進一步包括:凸起的材料區域，其在與部件的表面平行的至少一個方向上至少部分地與加強層毗接。
[0024]根據本發明的一個或者多個方面，加強層可以覆蓋接線鍵合的長度的至少10%。在一個具體的方面中，加強層可以覆蓋接線鍵合的長度的至少50微米。
[0025]根據本發明的一個或者多個方面，每個接線鍵合可以針腳式鍵合至導電元件中的一個。
[0026]根據本發明的一個或者多個方面，接線鍵合可以在其上具有與接線鍵合的第二端相鄰的鍵合工具痕跡。
[0027]根據本發明的一個或者多個方面，鍵合工具痕跡可以是球形區域。
[0028]根據本發明的一個或者多個方面，接線鍵合可以在與接線鍵合的第二端相鄰的至少一個方向上錐形化。根據本發明的一個或者多個方面，接線的第二端可以以相對于由包封層的表面限定的平面成65度至90度的角度突出離開包封層。
[0029]根據本發明的一個方面，一種形成微電子封裝體的方法可以包括:形成多個接線鍵合，每個接線鍵合具有鍵合至在部件的表面處的多個導電元件中的導電元件的第一端。接線鍵合可以具有遠離第一端的第二端，并且具有在它們的相應第一端與第二端之間的長度。可以形成第一層，該第一層覆在部件的表面上面并且覆蓋每個接線鍵合的長度的第一部分。可以形成第二層，該第二層覆在部件的表面上方的第一層上面并且覆蓋每個接線鍵合的長度的第二部分。在第二端在第二層的在第一層上方并且遠離第一層的表面處，接線鍵合的第二端可以未被第二層覆蓋。第一層可以阻止接線鍵合的第二端在第二層的形成期間移動。
[0030]根據本發明的一個或者多個具體方面，第一層和第二層可以具有不同的材料性質。第一層的形成可以包括固化第一層，以及其中第二層的形成可以發生在第一層的形成之后。
[0031 ] 根據本發明的一個或者多個具體方面，第一層可以是加強層，并且第二層可以是包封體。
[0032]根據本發明的一個或者多個具體方面，在第一層的形成之前，設置凸起區域。在這種情況下，凸起區域可以在與部件的表面平行的至少一個方向上至少部分地包含第一層的材料。
[0033]根據本發明的一個或者多個具體方面，該方法可以進一步包括:在第二層的形成中，在沉積第二層的材料之前，將接線鍵合插入到可去除膜中，并且可以包括:然后，去除該可去除膜。根據一個或者多個方面，可去除膜可以阻止第二材料覆蓋接線鍵合的第二端。
[0034]下面對本公開的這些實施例和其他實施例進行更加全面地描述。
【附圖說明】
[0035]圖1是描繪了根據本發明的一個實施例的微電子封裝體的截面圖；
[0036]圖2示出了圖1的微電子封裝體的頂部平面圖；
[0037]圖3是描繪了根據在圖1中示出的實施例的一個變型例的微電子封裝體的截面圖；
[0038]圖4是描繪了根據在圖1中示出的實施例的一個變型例的微電子封裝體的截面圖；
[0039]圖5A是描繪了根據在圖1中示出的實施例的一個變型例的微電子封裝體的截面圖；
[0040]圖5B是描繪了根據本發明的一個實施例的形成在接線鍵合的未包封部分上的導電元件的局部截面圖；
[0041]圖5C是描繪了根據在圖5B中示出的實施例的一個變型例的形成在接線鍵合的未包封部分上的導電元件的局部截面圖；
[0042]圖f5D是描繪了根據在圖5B中示出的實施例的一個變型例的形成在接線鍵合的未包封部分上的導電元件的局部截面圖；
[0043]圖6是圖示了微電子組件的截面圖，該微電子組件包括根據一個或者多個前述實施例的微電子封裝體、以及另一微電子封裝體和電連接至該另一微電子封裝體的電路面板；
[0044]圖7是圖示了根據本發明的一個實施例的微電子封裝體的頂部正視圖；
[0045]圖8是進一步圖示了根據本發明的一個實施例的微電子封裝體的局部頂部正視圖；
[0046]圖9是圖示了根據本發明的一個實施例的包括引線框架型基底的微電子封裝體的頂部正視圖；
[0047]圖10是在圖9中示出的微電子封裝體的對應截面圖；
[0048]圖11是根據在圖6中示出的實施例的一個變型例的包括電連接在一起并且用底部填充劑增強的多個微電子封裝體的微電子組件的截面圖；
[0049]圖12是表示具有在第一部件的接線鍵合與附接至第一部件的第二部件的焊料塊之間的鍵合的組件的攝影圖像；
[0050]圖13A是圖示了根據本發明的一個實施例的在微電子封裝體中的接線鍵合過孔的局部截面圖；
[0051]圖13B是圖示了根據本發明的一個實施例的在微電子封裝體中的接線鍵合過孔的局部截面圖；
[0052]圖13C是圖示了根據在圖13B中示出的實施例的在微電子封裝體中的接線鍵合過孔的放大局部截面圖；
[0053]圖13D是圖示了根據本發明的一個實施例的在微電子封裝體中的接線鍵合過孔的局部截面圖；
[0054]圖13E是圖示了根據在圖13D中示出的實施例的在微電子封裝體中的接線鍵合過孔的放大局部截面圖；
[0055]圖13F是圖示了根據本發明的一個實施例的在微電子封裝體中的接線鍵合過孔的局部截面圖；
[0056]圖14A圖示了根據本發明的一個實施例的在將接線段鍵合至導電元件之前形成金屬接線段的方法中的多個階段；
[0057]圖14B是從在毛細管面之下的位置看到的成形的接線部分的局部平面圖；
[0058]圖14C是在毛細管面與模壓表面之間的成形的接線部分的截面圖；
[0059]圖15進一步圖示了如圖14所描繪的方法和適合用于這種方法的形成單元；
[0060]圖16A至圖16D是圖示了根據本發明的一個實