[发明专利]用于陶瓷MCM C4保护的新颖的可再加工的底部填充

说明书

技术领域

本发明涉及包含电子器件的芯片，并且特别地涉及多芯片陶瓷模块(MCM)，所述MCM包含通过焊料凸起电连接到基底的多个芯片，使用可再加工的组合物来底部填充芯片，该可再加工的组合物允许从模块去除或替换一个或多个芯片。

背景技术

例如多芯片陶瓷模块(MCM)的电子部件是用于许多高端计算机服务器和主框架的关键部件。MCM特别重要，因为它们包含在基底上的许多芯片。然而，如果芯片之一由于电问题而有缺陷，则必须替换它。在没有能力替换芯片的情况下，通常称为芯片的在加工，MCM的成本变得可以抑制。

可控坍塌芯片连接是国际商业机器公司(IBM)所开发的作为布线接合的替代物的互连技术。该技术通常称为C4技术或倒装芯片封装。广泛而言，将一个或多个集成电路芯片安装在单或多层基底之上，并且每个芯片上的衬垫通过例如焊料凸起的多个电连接而电连接到基底上对应的衬垫。可以通过焊料凸起阵列例如10×10阵列将集成电路芯片装配在基底上。然后，典型地通过插头(pin)连接器将芯片凸起的基底电连接到另一电子装置例如电路板，在电子装置例如计算机中使用整个封装。

在美国专利No.5,191,404中描述了倒装芯片封装，通过引用将其结合于此。一般地，倒装芯片接合是许多应用所需要的，因为将芯片接合到基底所需要的足印(footprint)或面积等于芯片自身的面积。倒装芯片接合还开发了相对小的焊料凸起，其典型地测量约1mil至1.5mil的高度和约2至4mil宽度以将芯片上的衬垫接合到基底上对应的衬垫。通过在升高的温度下回流以同时形成电和机械互连。C4接合方法是自对准的，因为焊料的湿润作用将芯片的凸起图形对准对应的基底衬垫。该作用补偿了在芯片设置期间可以发生的达到几个mil的芯片到衬底的未对准。

在接合的倒装芯片封装中，由每个表面上的衬垫的厚度和衬垫之间的焊料凸起连接而产生的在集成电路芯片的包含衬垫的表面与接合的基底的包含衬垫的表面之间的开口或空间是必须的。该开口空间不能被容忍，因为对焊料凸起连接的任何干扰都将不利地影响封装的性能。例如，来自于腐蚀性环境或来自用于增加从芯片的热传导的热糊的注入的湿气、移动离子、酸或碱种(species)、以及归因于焊料凸起电连接的可能的损坏的芯片的机械完整性都是严重的问题。为了解决这些问题，典型地使用各种类型的材料例如液体完全封装接合的集成电路芯片和基底的焊料凸起，并且围绕芯片边缘使用这样的密封剂以密封接合的开口。

倒装芯片接合在电子制造中提供了许多优点，最重要的一个是能够去除或替换芯片而不毁坏基底和相邻的芯片。通过加热和从基底提升芯片来去除芯片并且典型地使用新芯片来替换被称为再加工，并且可以进行多次上述过程而不会劣化再加工的电子组件的质量或可靠性。

然而，倒装芯片封装的密封存在再加工和其他问题。倒装芯片封装必须是可靠的，并且必须最小化密封剂、芯片、基底和/或焊料凸起之间的热机械失配以避免封装特别是焊接互连的应力和损坏。密封还必须能够被加热并被软化，或者优选地在用于剥离(再加工)工序的例如二甲苯的溶剂中是可溶解的。

密封接合到基底表面的单芯片之间的空间的常规底部填充方法典型地将底部填充材料施加到将被底部填充的芯片的周边。毛细作用将底部填充密封材料吸引到芯片与基底之间的空间以在芯片与基底之间形成无空隙的填充空间。

历史上，存在两种MCM密封来保护芯片不受损害，即，气密(hermetic)密封和非气密密封以防止湿气渗入和移动离子进入到芯片连接。根据金属等温内扩散机制形成大多数气密密封例如C环密封。非气密密封还被称为无气密性可靠性(RWOH)，使用基于聚合物的复合材料以形成非气密密封带。与气密密封相比，非气密密封对湿气进入和移动离子渗入提供了较少的保护。因此，非气密密封的MCM在实际应用期间当暴露到温度和潮湿环境中时示出了各种水平的C4侵蚀。

然而，在不考虑典型密封的情况下，必须底部填充芯片，并且理想的可再加工的底部填充(RUF)应该具有几个关键特性例如可再加工、低模数、热稳定性，不干扰周围材料例如热糊、与用于密封MCM的密封带或C-环是兼容的，并是环境安全的。而且，RUF应该在中性溶液中是可再加工的，以防止对C4互连的任何化学攻击；具有引入热机械应力的低深热循环；在125℃下1000小时是热和化学稳定的；以及提供足够的保护来防止湿气、CO₂侵入和羧酸渗入。

发明内容