CN1561574A - 封装电构件的方法和由此封装的表面波构件 - Google Patents

Abstract

提出一种用于封装敏感的构件的方法，其中通过用一个用倒装片装置安装在一个载体上的构件全平面地加一层薄膜层、尤其是一层塑料薄膜。为了进一步地封闭并机械地稳定化，接下来封闭芯片地涂覆流体形态的塑料物料并且使其硬化。可选择地可以在涂覆塑料物料前在结构化线的范围内如此去除掉薄膜：使得塑料物料既可以与载体接触也可以与芯片表面相接触。

Description

封装电构件的方法和由此封装的表面波构件

一种用于密闭地封装一个构件的方法例如在WO99/43084中已知。在此文献中用倒装片技术(Flip-Chip-Technik)把构件、尤其是表面波构件安装在设有可焊接的连接面的载体上。在此处把构件通过隆起(Bump)(焊点(Lotkugel))在到载体的内部间距中如此焊接在该载体上：使得带有构件结构的表面指向所述载体。为了密闭地封装处在载体上的构件，最后把所述的构件连同一个金属薄膜或者金属覆层塑料薄膜从背侧面起压在载体上并且进行粘接或者加膜(laminieren)。在此所述的薄膜在构件之间并环绕地绕着该构件密封地对该载体进行封闭，从而对于所述构件结构产生密封的封装。

也如此建议，通过例如用热塑性塑料进行挤压或者通过例如用环氧树脂进行浇铸进一步稳定和进一步密闭地封闭所述的封装。接着可以通过拆开载体板而分开该构件。

已表明，使用金属薄膜与使用金属覆层的塑料薄膜一样对于直接涂覆在一个构件的背侧面上会出现问题，并且可能产生对其密封的封装不满意的构件。此外在加膜工序中还出现问题，因为尤其是在表面波构件中构件芯片是锐棱的，从而为了制造紧密封闭的封装，不论是对薄膜还是对于加膜过程都提出高的要求。尤其是迄今的方法都只能用厚而昂贵的专用薄膜来实施。

本发明的任务是给出一种封装一个电构件的方法，该方法在技术上可以简单地实施并且尤其导致机械上稳定的封装。

该任务根据本发明通过如权利要求1所述的一种方法来解决，本发明的优选方案以及可以用根据本发明的方法制造的一种构件在其它的权利要求中给出。

本发明的基本构思是，为了封装以倒装片技术安装在一个载体上的电构件，首先把该电构件用一个薄膜从背侧面开始加膜，但是在此不再使用昂贵的专用薄膜；更确切地说在第二步骤中把流体的塑料物料如此涂覆在带有已安装的构件和已加膜的薄膜的载体上：使得塑料物料对于构件或对于位于其间的薄膜、以及对于载体或对于位于其间的薄膜产生至少一个跟随构件周边的紧密的接触。在该方法中薄膜只用于沿芯片的边缘如此隔开构件(芯片)与载体之间的间距：使得流体地涂覆的塑料物料不能渗入到保护该构件结构的、在芯片与载体之间的中间空腔中。作为团状顶部封盖(Glob Top-Abdeckung)涂覆的塑料物料在此可以同时满足多个功能。该塑料物料使涂覆在载体上的构件固定，保护该构件不受机械作用的影响并且已经可以产生对于构件充分的封闭，尤其是防潮和/或防止其它杂质的侵入。

流体的至黏稠的塑料物料在本发明的另一种方案中在硬化后围绕芯片环形地锯开，直到在此处露出载体的表面为止。由此产生一个环形的凹沟。在这种情况下，所述锯开进行到距构件外缘一个所给出的间距处，从而在这里保留足够宽或者厚的团状顶部封盖。通过在凹沟中露出载体使之可能在该团状顶部封盖上面涂覆一个用于进一步地封闭构件的金属喷涂层，该金属喷涂层为构件保证更加高的密封性。通过环形地绕着芯片露出的载体表面可以使金属喷涂层与载体进行紧密封闭。以此方式对于构件实现密封的封装，其中金属喷涂层同时为构件提供一种高频屏蔽(HF-Abschirmung)。这种高频屏蔽可以保护敏感的构件不受外部辐射的影响，或者防止从一个以高频工作的构件向外发射出不希望的高频辐射。根据所希望的目的来选择待沉淀的金属喷涂层的厚度。用薄的封闭的金属喷涂层就可以进行密封的封闭，而充足的高频屏蔽要求另外的层厚。

如果不论在团状顶部封盖和构件之间还是在团状顶部封盖与载体之间都能够产生直接的接触，那么即使没有附加的金属喷涂层也可以改善对于构件的封闭。为此在本发明的另一种方案中，在涂覆塑料物料以前在一个封闭的条带部位上环绕芯片地去除掉薄膜。在此如此选择所述条带至芯片周边的距离：使得在条带与芯片之间总保留一个加膜边缘，薄膜在该加膜边缘中与载体相连接。在涂覆团状顶部封盖以后，可以如此在环绕的条带的部位上使塑料物料与载体密切接触。这导致团状顶部封盖在载体上更好的固定，并且导致对于可能存在于薄膜与载体之间的细的缝隙的封闭。所述缝隙尤其会在这些位置处出现：薄膜盖住载体上的隆起的结构处，薄膜、结构与载体之间的密切的形状配合连接的接触难于达到之处。在团状顶部封盖与薄膜之间的封闭与此相反，在薄膜与塑料物料的合适的材料结合的条件下可以毫无问题地解决。在薄膜上固定塑料物料也是毫无问题的。

在本发明的另一种方案中，如果可以附加地使团状顶部封盖与构件或者说芯片进行直接接触，就可以在没有附加的金属喷涂层的情况下实现对于该构件的进一步改善的密封，以防止外部影响的侵入。为此在涂覆塑料物料之前在芯片的侧壁处、例如在芯片侧壁上围绕芯片的条形区域内去除掉所述薄膜。以此方式可以实现，在涂覆塑料物料以后封闭已被密闭的构件的其它潜在的未密封处。不论这种较好地粘附还是在胶合材料物料与芯片本身之间的形状配合连接的密切接触，在密封性方面与芯片、薄膜之间的连接相比是有利的。以有利的方式在载体上并且在芯片的侧表面上设置两个条带形的结构，以便使团状顶部封盖对于芯片和载体进行密封。

该方法可以用于任意的电构件，但是最好用于在一个表面上承载有敏感的构件结构的构件。尤其是适合于不得盖住其构件结构的构件、例如表面波构件和其它的以声波进行工作的构件，譬如FBAR谐振器或者BAW构件就是这种情况。一种覆盖在这里会导致以不可靠的或者以不可准确复制的方式引起构件特性的改变。因此对于这样的构件优选倒装片安装技术，其中构件结构指向载体并且可靠地布置在芯片与载体之间的中间空腔中。使用根据本发明的封装可以对这种构件附加地实现与其有效性相关的可调节的密闭的密封。这里倒装片技术指得是，该构件例如通过隆起、也就是说借助于焊接连接安装在载体上。最好通过所述的隆起同时进行构件的电接触，从而不论是在芯片上还是载体上都对隆起设有可焊接的电连接面。载体具有相应的印制导线，并且最好设计为至少双层，其中就可以在两层之间布置布线平面。对于封装的构件的电连接处于载体的没有装备的下侧面上。包括印制导线的不同的平面在这里相互之间通过敷镀通孔(Durchkontaktierung)进行连接。根据本发明封装的构件最好不设置沿一条直线穿过整个载体的全部平面的敷镀通孔。在此处敷镀通孔最好根据位置相互错开，从而排除了由于在某些情况下对于穿过载体的敷镀通孔没有完全封闭而造成的不密封性。

机械以及电匹配的材料或者该材料的组合对于载体是合适的。这样优选地具有足够的机械强度，并且最好对气体和潮湿是严密地密封的。适合于载体的材料例如是氧化铝、玻璃、HTCC、LTCC或者有机的载体，例如PCB或者如Kapton^或者Mylar^的箔片材料。为了在使构件不断地小型化的同时还可以例如通过隆起实现可靠的接触，用LTCC陶瓷是有利的，所述的LTCC陶瓷由于其在烧结时很小的减缩可以具有金属喷涂层的准确地可预先确定的几何尺寸。尽管用有机材料制造的载体同样也可以以准确的几何尺寸进行制造，然而对于环境影响却只有很小的密封性。

与已知方法(该方法需要高价的用于覆盖构件的薄膜)相反，根据本发明的方法可以用许多常规的、而且更薄的薄膜可靠地实施。可以使用热塑性的或者热固性的薄膜。所述的薄膜可以在B状态，其中约1至10微米的厚度是有利的。可以用厚的薄膜，但是不需要，厚的薄膜可能在后续的结构化中为了选择地去除掉而需要较高的费用，并且导致在构件与薄膜之间较强的连接。这至少在OFW构件和在FBAR谐振器中是不希望的。

作为基本特征，所述薄膜最好具有一种可加膜性，并且在可能影响的热处理的条件下可粘接，并且可形变或可膨胀。例如由Mylar^制成的厚度约为0.1微米的薄膜是合适的。为了加膜，可以将所述的薄膜通过热效应软化并且从而使其进入到一种较为胶粘的状态。还可以使用胶合薄膜，所述的胶合薄膜的一面涂有一种胶粘材料，或者涂有一种相应作用的材料。

在压力和较高的温度下进行加膜。为了在薄膜、载体和构件之间实现特别良好的的形状配合连接的封闭，对于在薄膜与载体之间的空腔抽真空，在薄膜上方的正常的空气压力足够把薄膜紧密地压在载体以及安装在其上的构件上。如果在一定的情况下边缘锋锐的芯片表面出现对薄膜的局部损伤时，那么对于所述的方法是不要紧的。这对于根据本发明的方法是不令人担心的，因为密封取决于紧密涂覆的薄膜。只以气动的高压或低压工作的加膜方法可以通过红外线辐射器支持，从而所述整个加膜方法可以近于无接触地进行。

在加膜以后可以直接进行塑料物料的涂覆，以便产生团状顶部封盖。在此以流体状态使用材料团，其中通过加热到适当的温度而达到所希望的粘度。所述的涂覆可以用一个简单的分料器进行，例如通过滴注或者浇铸。只要能够通过适当高的粘度防止塑料物料的流失，围绕芯片涂覆塑料物料就足够了，从而使它形状配合连接地贴在芯片外缘和载体上，当然在一定情况下还与中间布置的薄膜进行形状配合连接。

在本发明的一个优选的实施形式中，把多个构件安装在同一个载体上，并且在封装制造完成后通过分割载体该构件分为独立的。在此情况下可以在整个平面上涂覆塑料物料直到达到所希望的高度。在此对于团状顶部封盖的最低高度是载体与芯片之间的间距加上一个可靠区域，在该区域中团状顶部封盖与芯片重叠。可能并且有利地还有，团状顶部封盖涂覆到芯片上缘的高度，或者略高于此。

除了把塑料物料涂覆到未结构化的、以整个平面紧贴的薄膜上，如上所述还可以如此对薄膜进行结构化：使得在所希望的部分区域内露出芯片和载体的表面。在此优选地如此进行结构化：使得至少在两个前文已经说明了的条带的部位上去除掉所述薄膜。这例如可以用一个激光器来完成。在此该激光器例如可以跟随所希望的结构化线在载体或者薄膜上引导。除了所述条带形地去除掉薄膜区域外还可以去除掉另一个薄膜区域，例如在芯片的背侧面上、在框形地围绕芯片的条带的外部。在此重要的是，总使芯片下缘与载体之间的内部间距由一个薄膜条带所封闭，该薄膜条带不论是在芯片上还是在载体上都有足够宽的加膜边缘。对此例如还可以使用一种薄膜，该薄膜借助于一种辐射转变成化学和物理稳定的形状，例如利用光致抗蚀剂的技术。以此方式可以通过幅射对于在该部位中的全平面加膜的薄膜进行硬化：该部位随后应该保留在构件或者构件和载体的装置上。其余的未硬化的部位然后可以在一个第二步骤中去除掉，例如借助于等离子体，尤其是含氧的等离子体。在结构化薄膜的情况下接着如所说明地也涂覆塑料物料。由于通过结构化可能在塑料物料与芯片和塑料物料与载体之间有直接的接触，使得塑料物料如同一个紧密贴放的并且有自粘性的密封环。最好将热固的反应树脂、譬如环氧树脂作为塑料物料进行涂覆。除了足够的机械强度之外，最好如此优化所述塑料物料，使其热膨胀系数与隆起连接(Bump Verbindung)的热膨胀系数相匹配，并且最好近似一致。以此方式保证在温度波动时不会由于不同的热膨胀而出现应力，从而不论是团状顶部封盖还是隆起连接都不会因此受到负荷。膨胀系数的匹配最好借助于无机填料而实现，利用所述的填料可以把已硬化的反应树脂物料例如调节到一个约为22ppm/k的热膨胀系数。这准确地相应于一种已知的、并为隆起连接所采用的材料所具有的膨胀系数。

在塑料物料硬化后，围绕该芯片地锯开团状顶部封盖，在此露出薄膜表面或者载体表面。如此进行锯开：使得围绕芯片地将载体及布置在其上的薄膜进行封闭的团状顶部的边缘保留足够的宽度。如果只露出薄膜，可以在一个附加的步骤中、例如通过等离子体的作用将该薄膜去除掉。还可以锯到载体内部中。用所述的锯开可以一方面支持将多个在使用中安装在一个共同的载体上的构件分开成单个的构件。在锯开时载体的露出的表面还可以用于产生与另一个封盖层、尤其是前述的金属喷涂层的紧密接触。

在此金属喷涂层可以以多个阶段和相应不同的方法产生。用于对于粘附支持的基础金属喷涂层可以以较小的层厚例如通过喷涂产生。对此例如镍和铬合适。基础金属喷涂层还可以通过无电流的沉淀进行，例如用适当的含铜的镀池。把基础金属喷涂层加厚到所希望的厚度最好用电镀工艺进行，然而也可以同样地无电流地进行。为了加厚基础金属喷涂层，铜特别合适。可以涂覆一层封闭的金属喷涂层，例如镍或者金的覆盖层，用于产生可焊接性或者耐氧化性。可选择地还可以使用其它的金属喷涂方法。如果利用构件封盖还要同时达到对电磁场的屏蔽，那么就特别地采用镍或者其它的磁性金属。在本发明的另一个方案中采用导电的团状顶部封盖，所述封盖例如含有导电颗粒。在所述封盖上现在可以直接地进行适用于金属喷涂层的金属的沉淀，从而在此不必进行分为两个阶段的金属喷涂。

所述的金属喷涂层可以如所述地起高频屏蔽的作用。对此有利的是，金属喷涂层与芯片背侧面上的或者载体表面上的接地端进行连接。最好为此在锯开时露出载体上的电连接面，金属喷涂层可以与该电连接面相接触。

如果要在一个共同的载体上安装和封装平行的多个构件，可以在这个阶段将该构件分开为单个的。然而还可以采用根据本发明的方法，用于在一个共同的载体上封装多个可能不同的构件，该构件可以接着保留在载体上并且例如是一个模块。根据本发明的方法不仅以其简单而低成本的实施为特征，还以较小的构造高度为特征，因为通过本发明所保证的密封性和机械强度以较小的团状顶部封盖高度就可以达到。在已知的方法中，所述封装例如是通过用热塑性塑料进行压力注塑包封而完成的，这导致相当高的结构高度。

下面借助于实施例和附图详细地说明本发明。

图1至8用示意性的横剖面图示出根据本发明的封装方法的不同方法阶段，或者该方法的不同的变型的可能性。

从一个载体T着手，在此该载体具有分层T1和T2的双层结构。在该载体的表面上存在用于与构件结构连接的连接金属喷涂层(Anschlussmetallisierung)A，而在载体的下侧面上存在可焊接的连接面L，该连接面L适合于与外部的电路连接。在分层T1和T2之间布置一个布线平面V，而不同的金属喷涂平面通过敷镀通孔T1和T2连接。

图2：现在在倒装片安装中借助于所述隆起把一个构件(芯片)焊接在载体T上。借助于隆起连接B同时把在芯片C的前侧面的构件结构BS与载体T上的连接金属喷涂层A进行电连接。

图3：在载体T和芯片C的全部表面上如此加薄膜F，使它紧密地既贴靠在芯片C的侧壁面上也贴放在该芯片C的背侧面上。构件结构BS以此方式布置在一个空腔H中，该空腔H基本上由载体T的表面、芯片C的前侧面并且在与侧面交界处由薄膜F构成。

图4：现在在整个装置上涂覆一个团状顶部封盖G，对于该封盖在载体T的表面上选择达到芯片的上缘以上的填充高度。然而也可以是较小的填充高度。

图5示出在涂覆塑料物料之前对于薄膜F进行结构化的可能性。此时在与芯片C间隔距离的第一条带ST中，例如用一个激光器去除框形地围绕芯片的薄膜F，接下来去除芯片的外缘。第二种所选择地采取的结构化的线SC处于该芯片的侧壁上。在此处也是在围绕整个芯片C的条带中去除掉薄膜F。第二结构化的线SC也可以包围芯片背侧面或者只在芯片背侧面上延伸。可选择的是，必要时只露出整个芯片的背侧面。接着如此涂覆团状顶部封盖G：使该团状顶部封盖G至少在结构化条带SC的部位上与芯片C相接触、并在结构化条带ST的部位上与载体T的表面相接触。另外可选择的是，取代团状顶部封盖G也可以直接将一层金属喷涂层涂覆在图5中所示的或者可选择地在背侧面上已结构化的装置上。

图8示出薄膜F结构化的另一种可能性，其中把整个薄膜直到一个适合于一个条带的宽度处如此宽地去除掉：使得空腔H保持封闭并且在此后封盖过程中防止塑料物料的渗入。对于用塑料物料来覆盖(例如团状顶部封盖)的替换方案，还可以在图8所示的装置上直接涂覆金属喷涂层。

图6：在优选地热硬化团状顶部物料G后在另一个结构化步骤中在结构化线SL的部位上例如通过锯开团状顶部物料G而露出载体T的上表面。在此最好如此选择结构化线SL：使得它比结构化线ST远离芯片C。以此方式保证，在锯开后在团状顶部封盖G与载体T的表面之间还保留足够的边界面。图6示出锯开后的装置。

接着可以在整个表面上例如以10微米的厚度涂覆金属喷涂层M。在此金属喷涂层M在结构化线SL的部位上封闭载体T的表面。由于结构化线SL框形地封闭芯片C，从而出现了全方位封闭的金属覆盖层，该金属覆盖层围绕地封闭载体T。只要将填充高度选择直到芯片的背侧面处，所述金属覆盖层就紧密地位于团状顶部物料上。在团状顶部物料G较低的填充高度时还可以使金属喷涂层M紧贴在薄膜F上，或者在如图8所示的结构化的情况下也可使其紧贴在芯片C的背侧面上。

本发明的另一个方案在图7中示出。为了改善金属喷涂层M的高频屏蔽作用，把该金属喷涂层M进行接地电连接。对此在载体T的上表面上制成一个接地端MA，该接地端MA经过敷镀通孔D3与多层载体T的内部中的布线平面连接，并且通过另一个敷镀通孔与外部的焊接连接面L相连接。在此实施方式中最好如此实施敷镀通孔D3：使该敷镀通孔或者在芯片前侧面和载体表面之间的空腔H中进行，或者在薄膜F的加膜部位中进行，该加膜部位在去除结构化线ST部位上的薄膜以后也保持由一条留在载体T上加膜的薄膜条带所覆盖。以此方式把用于团状顶部封盖G的塑料物料的渗入改变到敷镀通孔D3的方向。

附图只示意地再现本发明，以便能够较好地说明本发明。在此处附图并非是按比例的，并且示意性地给出外部的几何结构。本发明也不局限于附图中所示出的细节，而是还包含已经说明的变型的可能性、以及其它的可以在权利要求范围内设想的实施形式。

Claims (24)

1.用于封装一个包含一个芯片的电构件的方法，该芯片在前侧面上具有构件结构，

-其中用倒装片技术把该构件安装在载体的表面上，并且与存在于此处的电连接面连接，从而使芯片前侧面对着载体并且与该载体间隔开地布置，

-其中在安装有芯片的载体表面上整个表面地加一层薄膜层，

-其中在载体上围绕构件地涂覆和硬化一个流体形态的塑料物料。

2.如权利要求1所述的方法，其中在硬化后环形地绕着芯片锯开塑料物料，并在此处露出载体的表面。

3.如权利要求1或2所述的方法，其中在涂覆塑料物料以前在围绕芯片的第一个条带的部位上去除掉加膜的区域内的薄膜。

4.如权利要求1至3之一所述的方法，其中在涂覆塑料物料之前，在第二个跟随芯片的全部周边的条带中去除掉芯片侧面上的薄膜，然后如此涂覆塑料物料：使该塑料物料在第二个条带的部位上环绕地紧贴在芯片上并且紧密地封闭该芯片。

5.如权利要求1至4之一所述的方法，其中，在锯开硬化的塑料物料之后对于载体的整个表面连同所产生的结构进行金属喷涂。

6.如权利要求1至5之一所述的方法，其中，在锯开硬化的塑料物料之后去除掉在全部没有由塑料物料覆盖的部位上的薄膜。

7.如权利要求3至6之一所述的方法，其中，用一个激光器去除掉第一条带部位上的或者两个条带部位上的薄膜。

8.如权利要求1至6之一所述的方法，

-其中采用一种能够通过一个激光器的作用实现硬化的薄膜，

-其中在加膜以后在一个部位上用一个激光器硬化所述的薄膜，该部位的内缘围绕地紧密贴靠在芯片上、而其外缘紧密地贴靠在载体上，

-其中在涂覆塑料物料之前把薄膜未硬化的部位用等离子工艺去除掉。

9.如权利要求1至8之一所述的方法，其中在较高温度软化薄膜的条件下进行加膜，并且通过在载体与薄膜之间的空腔中抽真空地支持所述加膜。

10.如权利要求1至9之一所述的方法，其中使用厚度为1至10微米的薄膜。

11.如权利要求5至10之一所述的方法，其中以两个阶段进行金属喷涂，其中首先通过喷涂产生基础金属喷涂层，随后在第二个与之不同的工艺中进行强化。

12.如权利要求11所述的方法，其中对于所述基础金属喷涂层的强化通过电镀工艺进行。

13.如权利要求1至12之一所述的方法，其中采用一种必要时填充的环氧树脂作为所述塑料物料。

14.如权利要求1至13之一所述的方法，其中采用一种LTCC陶瓷作为所述载体。

15.如权利要求1至14之一所述的方法，其中在去除掉薄膜的第一条带中如此安排：在载体中存在的开口的敷镀通孔保持由薄膜所封闭，并且防止塑料物料渗入。

16.如权利要求1至15之一所述的方法，其中，全平面地以这样一种高度涂覆塑料物料：使得芯片的背侧面也被覆盖。

17.如权利要求1至16之一所述的方法，其中在载体上布置用于芯片的间隔结构，该间隔结构保证芯片前侧面到载体的间距，并且其中将芯片借助于隆起紧贴在该间隔结构上地固定在载体上。

18.如权利要求15所述的方法，其中在基底上产生一个封闭的框形的、围绕所述构件结构的、用塑料制成的框架结构作为所述间隔结构。

19.用声波工作的构件、尤其是表面波构件、FBAR谐振器、BAW谐振器或者由这样的谐振器构成的滤波器，所述构件以倒装片装置借助于隆起连接与一个载体有内部间距地安装在该载体上，

其中至少在构件的下缘的部位上的、构件与载体之间的中间空腔用一层薄膜进行封闭，

其中至少围绕该构件将作为团状顶部封盖的塑料物料涂覆到一个给出的高度，

其中沿着围绕该构件的条带直到载体的表面上地去除掉塑料物料。

20.如权利要求19所述的构件，其中直接在所述的薄膜上布置一层薄金属层形式的金属喷涂层。

21.如权利要求19或20所述的构件，其中全平面地在构件上覆盖所述塑料物料地涂覆一层金属喷涂层，该金属喷涂层在所述条带的部位上封闭载体的表面。

22.如权利要求19至21之一所述的构件，其中所述塑料物料在一个封闭该构件的条带形的薄膜段的两侧一方面封闭构件的表面，另一方面封闭载体的表面。

23.如权利要求19至22之一所述的构件，其中塑料物料的热膨胀系数匹配于所述隆起连接的材料的热膨胀系数。

24.如权利要求23所述的构件，其中团状顶部封盖包括一个用一种无机填料填充的塑料物料。

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