TWI462246B - 緊密封裝陣列與可撓性電路之互接方法 - Google Patents

Description

緊密封裝陣列與可撓性電路之互接方法

本發明係大致關於用於封裝電子裝置之互接(interconnect)，特別是指用於互接緊密封裝之電子裝置陣列與一可撓性電路之互接及方法。

互接技術已廣泛地使用於封裝電子裝置。習知互接技術包括使用Z軸線帶(Z-axis tapes)、導線連接、球柵陣列(ball grid arrays,BGAs)以及其它固態焊接互接。然而，當電子裝置的封裝密度增加時，習知互接技術可能會面臨可靠度及成本的挑戰。舉例來說，當使用Z軸線帶來互接，其在高溫操作下可能變得不可靠，例如發生在固態墨水打印頭(solid ink print heads)。當使用導線連接來互接，因為導線圈必須要短，所以在互接緊密封裝之2-D電子裝置陣列時是困難的。在使用BGAs或其它固態焊接互接的另外例子中，雖然這種互接方式可以互接小型裝置，但熱應力(thermal stress)可能會破壞跨長距離之裝置陣列之連接。

除了可靠度及成本的挑戰，習知互接技術還有一些其它缺點。舉例來說，傳統之電子裝置封裝可能包括與可撓性電路互接的電子裝置。可撓性電路通常包括接觸墊及外接點(例如接觸導線)，且通常設置於裝置陣列之上。當封裝高密度之裝置陣列時(例如大於每平方英吋1000個裝置)，設置於上的可撓性電路必須提供非常靠近陣列之每一電子裝置之接觸墊的接觸導線。這使得該裝置與可撓性電路之間的互接變得更有挑戰性。舉例來說，Z軸導電黏著膜(Z-axis conductive adhesive film)可在該裝置與可撓性電路之接觸墊之間形成連接，但也可能不預期地將其它接觸導線連接至陣列之相同電子裝置。

因此，為了克服先前技術的這些或其它問題，各種例示實施例提供用於互接緊密封裝之電子裝置陣列與一可撓性電路之互接及方法。

在一實施例中，裝置陣列可為高密度封裝陣列。因此，可撓性電路可包括與一高密度陣列之接觸墊相連的一可撓性基板。在不同的實施例中，可形成一整合模板(integral stencil)，以用於形成電子裝置封裝之互接或互接元件。

如此處所使用的，「互接」或「互接組件」這個詞係指用以在電子裝置與可撓性電路之間提供個別電性路徑(或電性連接)之導電組件，例如，是在複數個電子裝置陣列元件之一陣列元件之電極或連接墊與附著至可撓性電路之接觸墊之間。在不同的實施例中，「互接」或「互接組件」係指用以在可撓性電路之接觸墊與可撓性電路之外接點之間提供電性路徑之導電組件。

在不同的實施例中，「互接」或「互接組件」可用不同之導電材質製成，例如金屬或以電沉積(electro-deposition)製程、無電沉積製程、波峰焊接(wave soldering)、模板印刷或上述之組合方式所形成之金屬合金。所用的金屬例如可包含鉛、錫、銦、銀、金、銅、鎳或其組合。在不同的實施例中，該領域具有通常技藝者所知曉的其它合適導電材質亦可使用，例如，包括焊接膠或導電聚合物材質(例如以模板印刷技術所製成之摻有金屬的環氧基樹脂)。

在不同的實施例中，電子裝置陣列之連接墊或電極以及與可撓性電路相關之接觸墊/外接點可用相同或不同於互接組件之導電材質來製成，作為用於互接組件的部位。這些以相同或不同之導電材質來製成的元件，可以實體地連接以提供電性路徑或電性連接。

不同之互接實施例可提供如下，包含：(1)沿著可撓性基板將導電材質沉積或填入一穿孔，以接觸一接觸墊，導電材質包圍該接觸墊且進一步電性連接至陣列元件；及(2)將導電材質沉積或填入一沿著可撓性基板的穿孔，該穿孔使陣列元件之連接墊露出，且使連接於可撓性基板之相同側邊的接觸墊及外接點皆露出。所揭露的組合或封裝製程可因此變得簡單操作、低成本且擴展至所想要的高密度。

在不同的實施例中，電子裝置陣列可包括複數個陣列元件，例如以高密度封裝。陣列元件可包含(但不限於)一壓電陶瓷(PZT)(例如鋯鈦酸鉛(lead zirconate titanate)元件(例如PZT致動器)、一液晶顯示器、一電漿電視或上述之組合。

可撓性電路可包含一可撓性基板，例如，包含電性絕緣可撓性物質之一聚合物基板。適合用於聚合物基板之材質可包含(但不限於)聚醯亞胺(polyimide)、聚酯(polyester)、環氧基樹脂、胺基甲酸酯(urethane)、聚苯乙烯(polystyrene)、矽氧樹脂(silicone)及/或聚碳酸酯(polycarbonate)。聚合物基板之代表性厚度可為約25μm到約300μm。

可撓性電路也可包含形成於用於電性連接至例如電子裝置陣列之連接墊的聚合物基板上的接觸墊之陣列或圖案(pattern)。在不同的實施例中，可撓性電路也可包含外接點，以電性連接至外接電路。外接點及接觸墊可形成於可撓性電路之聚合物基板之相同或不同側。

在一些實施例中，在形成外接點之前，接觸墊可形成於可撓性電路之聚合物基板上。在一例示實施例中，可撓性電路之接觸墊之形成首先藉由地毯式地在聚合物基板上沉積一金屬層(例如電性沉積，electro-deposition)，接著，圖型化(patterning)並且蝕刻該沉積層，以形成具有想要之結構及/或想要之接觸區域的接觸墊。在不同的實施例中，接觸墊或外接點之節距及密度可取決於特定應用。

第1A-1F圖繪示依據本發明之一例示方法，該方法使用整合模板以將電子裝置陣列與可撓性電路互接。該領域之熟習技藝者可清楚知道，繪示於第1A-1F圖之裝置100係代表概要的示意圖，可增加其它元件/層或移除、修改己存在之元件/層。

在第1A圖中，裝置100A具有一陣列元件110，此陣列元件110可為電子裝置陣列之複數的陣列元件中的一個。該裝置陣列可形成於例如晶片上、塑膠製品上或其它基板上。在一例示實施例中，該裝置陣列可包含一壓電陣列(piezoelectric array)，該壓電陣列包含設置於一平面化聚合物的複數個壓電元件。在不同的實施例中，包含複數個陣列元件之該電子裝置陣列可為一高度封裝之裝置陣列。

在第1B圖中，在陣列元件110上可形成一隔離層120。在一實施例中，隔離層120可附著於或連接於陣列元件110。在不同的實施例中，隔離層120可為電性介電質，例如，包含一介電質黏著物。用於隔離層120之其它例示之合適材質可包含壓克力聚合物、環氧基樹脂、矽氧樹脂、及/或黏著混合物。在不同的實施例中，設置於上的隔離層120可具有一開口，以使設置於下之陣列元件110之一部分露出。隔離層120之開口可由例如預切(precut)來製成，且可對齊且定位於電子裝置陣列之陣列元件110之上。

在第1C圖中，在一側具有複數個接觸墊132的可撓性電路130，可被設置於第1B圖之裝置100B之隔離層120之上。如第1C圖所示，每一接觸墊132可對應於電子裝置陣列之一個陣列元件110。裝置100C可進一步包含一釋放襯墊140(release liner)，該釋放襯墊140係設置於可撓性電路130上且設置於遠離陣列元件110之側，例如接觸墊132之相反側。

在不同的實施例中，陣列元件110(例如PZT元件)實質上可與可撓性電路130上之接觸墊132對齊或預先對齊，且兩者間並無電性接觸。舉例來說，接觸墊132可被設置於隔離層120之經對齊的開口之上，且覆蓋設置於下的陣列元件110的一小部份。在一實施例中，接觸墊132可窄於隔離層120之開口，使得例如黏性或流體物質可進入該開口。在不同的實施例中，接觸墊132可跨過設置於下的隔離層120的開口，此時其兩端皆接觸隔離層120，或者，接觸墊132可懸過設置於下的隔離層120的開口，此時僅其一端接觸隔離層120。

可撓性電路130及襯墊層140可包含一穿孔。沿著可撓性電路130及襯墊層140之穿孔可形成於接觸墊132之上，且實質上可與設置於下的隔離層120的開口對齊。在一實施例中，穿孔可為通過可撓性電路130及襯墊層140之預先存在之開口，且可設置於接觸墊132之上並與接觸墊132對齊。

在另一實施例中，穿孔可藉由先形成一組合系統，再藉由蝕刻製程以形成一蝕刻的整合模板來形成。組合系統可包含經對齊之層，其包含可撓性電路130之上的釋放襯墊層140，可撓性電路130具有在陣列元件110之上的隔離層120之上的接觸墊132。在此預先組合之後，可撓性電路130之組合性可撓性基板之一部分以及與穿孔相關之襯墊層140可接著被移除。

此移除可藉由蝕刻技術來執行，例如，化學蝕刻製程及/或雷射鎔銷(laser ablation)技術(使用CO₂ 雷射、準分子(excimer)雷射、固態雷射、銅蒸(copper vapor)雷射或纖維雷射之一或多者)。舉例來說，在接觸墊132被界定之後，可執行適於例示之聚醯亞胺基板的化學蝕刻製程或雷射鎔銷製程，以形成沿著可撓性電路130及釋放襯墊層140之穿孔。

在不同的實施例中，取決於可撓性電路130上之接觸墊之位置或配置，可撓性基板部份之移除可或可不包含接觸墊132之一部分之移除。在不同的實施例中，接觸墊132之兩端可固定於可撓性電路130上，如第1C圖所示。或者，接觸墊132之一端可固定在可撓性電路130上，另一端則自由站立或吊懸於(圖未示)沿著可撓性電路130及釋放襯墊層140所形成之穿孔之內。

預先形成所揭露之組合系統以形成穿孔及整合模板的一個優點在於，可撓性電路130之可撓性基板(例如聚醯亞胺)可被使用作為一機械支撐，以支撐設置於隔離層120之開口上的薄接觸墊132。在不同的實施例中，本領域熟習技藝之人士所知曉的合適的壓力及/或溫度連接製程可被用來組合裝置100C的每一層。

在可撓性電路130之頂部的釋放襯墊層140可為一薄保護層，且在形成可撓性電路130與陣列元件110之間的電性互接後可被移除。

在第1D圖中，互接元件150可例如藉由下述方式形成：將導電物質沉積入沿著釋放襯墊層140及可撓性電路130之基板的穿孔中，以接觸該接觸墊132，且進一步進入設置於下的隔離層120之開口。舉例來說，導電黏著物(例如摻有金屬的環氧基樹脂及/或焊接膠)可被填入釋放襯墊及聚醯亞胺基板的穿孔，再進入隔離層120之開口，甚至在某些例子中包圍該接觸墊132。

藉由此種方式，沿著釋放襯墊層140及可撓性基板的穿孔可被使用作為一整合模板，以將導電材質之位置限制在所期望的接觸墊132之接觸區域。藉由使接觸墊不整個覆蓋(例如窄於)隔離層120之開口，該黏性導電物質可於接觸墊132周圍流動，且接觸例如裝置陣列元件110之連接墊115。

在不同的實施例中，取決於所使用的材質及方法，該黏性導電物質接著可被凝固(例如固化)或再流焊接(solder re-flowed)，以產生沿著可撓性電路130及釋放襯墊層140之穿孔內及隔離層120之開口內的互接組件150。互接組件150可為可撓性電路130之接觸墊132與陣列元件110之連接墊115之間的牢靠電性互接。

在一些實施例中，藉由注射分配器(syringe dispenser)或其它型態的分配器，可將導電材質(例如導電環氧基樹脂)分配入隔離層120之開口與沿著可撓性電路130及釋放襯墊層140之穿孔。或者，導電材質(例如導電環氧基樹脂)可被模板化進入第1C圖所示的開口及穿孔，以形成第1D圖所示的互接組件150。

在第1E圖中，薄的釋放襯墊層140可被移除，以確保每一電子裝置陣列元件彼此隔離。舉例來說，移除釋放襯墊層140可以移除不想要的導電材質，這些不想要的導電材質可能在陣列之元件間產生電性短路。在不同的實施例中，當導電材質被分配或模板化以形成該互接組件150時，釋放襯墊層140可或可不如此處所揭露地被使用。

第1A-1E圖係繪示形成互接組件150期間之裝置100之立體視圖，而第1F圖為根據本發明之第1E圖之裝置100E之a-a’方向的例示剖面視圖。

一如所示，透過接觸墊132及互接組件150，可撓性電路130可與裝置陣列元件110電性連接。互接組件150可被沉積入設置於下的隔離層120之開口，以電性連接裝置陣列元件110之連接墊115與接觸墊132。互接組件150也可被沉積在接觸墊132上，以填入沿著可撓性電路130及設置於上之釋放襯墊層140的穿孔。此外，互接組件150可形成以包圍接觸墊132。在釋放襯墊層140被移除之後，可使互接組件150及可撓性電路130露出。在不同的實施例中，露出之互接組件150可連接至可撓性電路130，或被使用作為可撓性電路130之外接點。或者，可撓性電路130之外接點可預先附著至接觸墊132。

在不同的實施例中，連接墊115可為覆蓋裝置陣列元件110之整個表面的電極或導電薄層。

不同的實施例可包含不同的方法以互接電子裝置與其電路。舉例來說，可撓性電路之接觸墊及外接點可配置在遠離相關陣列元件的可撓性基板的相同側。第2A-2B圖係繪示根據本發明之另一互接方法。

在第2A圖中，裝置200A可包含經由設置其間之隔離層220而組合於裝置陣列元件210之上方的可撓性電路230。可撓性電路230可具有附著於可撓性基板之相同側(遠離該陣列元件210，例如在該陣列元件210之相反側邊上)的接觸墊232及外接點239。釋放襯墊層240可形成於可撓性電路230之上，特別地，是在接觸墊232及外接點239之上。

在不同的實施例中，裝置陣列元件、隔離層、可撓性電路、附著的接觸墊/外接點、釋放襯墊層及組合方法可相似或不同於第1A-1F圖之所描述者。

另外，如第2A圖所示，穿孔260可沿著組合於裝置陣列元件210之上的釋放襯墊層240、可撓性電路230及隔離層220來形成。穿孔260可例如使設置於下的陣列元件210的連接墊215露出。穿孔260也可使接觸墊232之一部分及外接點239之一部份露出。

藉由使用各種合適的移除製程來移除釋放襯墊層240、可撓性電路230、及/或隔離層220之部分可形成穿孔260，此移除製程可包含(但不限於)化學蝕刻製程、雷射鎔銷或其它已知方法。穿孔260可與設置於下的陣列元件210對齊。

在不同的實施例中，穿孔260可使用作為一整合模板，以施加導電材質(例如導電黏著物、焊接膠、金屬或金屬化合物)來形成互接組件280，如第2B圖所示。互接組件280可電性連接底部之陣列元件210之連接墊215與可撓性電路230之頂部之接觸墊232，且亦可電性連接接觸墊232與可撓性電路230之外接點239。在形成互接組件280之後，釋放襯墊層240可被移除。

在不同的實施例中，在第1A-1F圖及第2A-2B圖所示的開口、穿孔及對應組件的剖面形狀係為例示。任何合適的剖面形狀(規則或不規則)都可被使用，包括(但不限於)正方形、橢圓形、長方形、三角形或多邊形。

在不同的實施例中，在第1A-1F圖及第2A-2B圖所示的每一步驟的裝置可以如期望地被重製，且可以同時大量製造。舉例來說，第3圖繪示包含複數個陣列元件310的例示電子裝置陣列300的一部分(亦可參閱第1A-1F圖之裝置110及第2A-2B圖之裝置210)。複數個陣列元件310可包含不同的電子裝置或不同範型的電子裝置。複數個陣列元件310可被高度封裝在晶圓上，以形成電子裝置陣列300。如第1A-1F圖及第2A-2B圖所描述的，每一陣列元件310可具有各別之電性路徑，以連接可撓性電路之接觸墊之一者)。因此，設置於可撓性電路與電子裝置間的隔離層可包含複數個開口或互接組件，以形成如第1A-1F圖及第2A-2B圖所示的複數的互接的或封裝的裝置。

100、100A、100B、100C、100D、100E．．．裝置

110．．．陣列元件

115．．．連接墊

120．．．隔離層

130．．．可撓性電路

132．．．接觸墊

140．．．襯墊層

150．．．互接組件

200A、200B．．．裝置

210．．．陣列元件

215．．．連接墊

220．．．隔離層

230．．．可撓性電路

232．．．接觸墊

239．．．外接點

240．．．襯墊層

260．．．穿孔

280．．．互接組件

310．．．陣列元件

300．．．裝置陣列

第1A-1F圖係繪示根據本發明之一例示互接方法；

第2A-2B圖係繪示根據本發明之另一例示互接方法；及

第3圖係繪示根據本發明之一例示高度封裝電子裝置陣列之一部分。

100D．．．裝置

110．．．陣列元件

120．．．隔離層

130．．．可撓性電路

132．．．接觸墊

140．．．襯墊層

150．．．互接元件

Claims (4)

1. 一種互接方法，包含：使一可撓性電路之一接觸墊與一電子裝置陣列之一陣列元件預先對齊，該電子裝置陣列具有設置於該接觸墊與該陣列元件間之一隔離層，其中，該隔離層包含一開口，及該接觸墊覆蓋該開口之一部分；移除該可撓性電路之一基板部分，以形成沿著該可撓性電路之一穿孔，並使該接觸墊露出；及將一導電材質填入該隔離層之該開口及沿著該可撓性電路所形成之該穿孔，其中，該導電材質接觸該陣列元件之一連接墊，並且接觸該可撓性電路之該接觸墊，以建立一電性連續性。
2. 如申請專利範圍第1項所述之方法，更包含：在形成該穿孔之前先在該可撓性電路上形成一釋放襯墊層；沿著該可撓性電路且沿著設置於上的該釋放襯墊層形成該穿孔；將該導電材質填入該隔離層之該開口以及該穿孔；及移除該釋放襯墊層以使該可撓性電路露出。
3. 一種互接方法，包含：提供一可撓性電路，該可撓性電路包含至少一接觸墊及至少一附著於一可撓性基板之一第一側的外接點；將該可撓性電路設置於一隔離層之上，該隔離層係設置於一電子裝置陣列之上，其中，該可撓性基板之第 一側係遠離該電子裝置陣列；沿著該可撓性基板及沿著該隔離層形成一穿孔，以使該接觸墊及該外接點露出於該穿孔，並與該電子裝置陣列之一個陣列元件對齊；及沉積一導電材質以填入該穿孔，用以連接該連接墊、該接觸墊及該外接點。
4. 如申請專利範圍第3項所述之方法，更包含在形成該穿孔之前，先在該接觸墊及該外接點上設置一釋放襯墊層，並在該導電材質沉積完後將該釋放襯墊層移除。