改善嵌入式管芯封装中管芯背膜上激光标记对比度的方法

摘要

本申请公开了改善嵌入式管芯封装中的管芯背膜上的激光标记对比度的方法。一种装置，包括：管芯，该管芯包括带有接触点的器件侧；以及被放置在管芯的器件侧的层叠载具；以及被放置在管芯的背面上的膜，膜包括可标记材料，该可标记材料包括至少20%的标记对比度。一种方法，包括：在邻近管芯的器件侧形成层叠载具的主体；以及在管芯的背面上形成膜，该膜包括可标记材料，该可标记材料包括至少20%的标记对比度。一种装置，包括：封装，该封装包括被放置在载具中的微处理器；微处理器的背面上的膜，该膜包括可标记材料，该可标记材料包括至少20%的标记对比度；以及被耦合到载具的多个导电柱的至少一部分的印刷电路板。

说明书

技术领域

用于微电子设备的封装。

相关技术描述

包括将硅管芯（例如，微处理器）通过机械或电子方式附着到衬底或其他载具的方法在内的微电子封装技术继续得到改进和改善。无焊点叠层（BBUL）技术是封装体系结构的一种方法。除了其优点之外，BBUL还消除了对装配的需要，消除了先前的焊球互连（例如，倒装芯片互连），减少了由于管芯-衬底的热膨胀系数（CTE失配）引起的对管芯的低k电介质的应力，并通过消除核心和倒装芯片互连减少了封装电感，以便得到改善的输入/输出（I/O）和电源传输性能。

诸如移动电话、个人数字助理和数码相机等的便携式电子设备正变得越来越紧凑，同时它们的功能还在增加。对处理能力方面的更多功能的需求以及对更小的集成电路封装外形的需求已经带动装配件技术走进了这样的电子设备。示例包括倒装芯片或直接芯片附着。嵌入式管芯封装（例如，BBUL封装）是提供超过倒装芯片或直接芯片附着技术的多种优点的封装技术。这样的优点包括成本、z高度、改善的焊点管脚间距可缩放性和x、y形状因子的减少。

便携式电子设备的生产商和消费者期望设备中使用的芯片或封装包含诸如公司徽标、管脚定向、制造历史（例如批号、时间/日期跟踪能力等等）等的识别标记，以便可以识别具体的芯片和/或封装。传统上，借助于晶片形成中的激光标记，识别标记被放置在外部封装上。设备的小型化使得传统封装消失，且给传统的识别标记留下很少的空间。

管芯背面膜被用于封装技术，包括与移动电话和平板平台相关的封装技术。这些膜提供多种功能性，例如管芯破裂保护以及用于单元级识别的激光可标记表面。为了在管芯背面膜上提供质量识别标记，标记应是可读的。这在制造厂中提供了最高舒适水平，这因为如果需要的话总是在生产车间得到检验。对于可读的识别标记，人类和机器视觉系统两者均要求合适水平的对比度。在诸如BBUL等的管芯嵌入式封装技术中，在衬底构建之前，使用管芯背面膜来将管芯结合到面板。然而，已经发现，在裁切(depaneling)之后并将封装与牺牲芯隔离开来之后，主要是由于在BBUL封装的装配期间所使用的热机械处理操作，管芯背面膜表面不再是合适的激光可标记表面。结果，不存在用于维护BBUL封装中的单元水平识别的可用策略。

附图说明

图1示出包括被嵌入在层叠载具中的管芯的微电子封装的一部分的一种实施方式的剖视图。

图2示出带有附加到其相对侧的牺牲铜箔的牺牲衬底的剖面分解侧视图。

图3示出在形成载具的一个部分的工艺中在铜箔上引入接触且在该接触上引入电介质层之后图2的结构。

图4示出在图3的结构的相对侧上引入管芯之后图3的结构。

图5示出在管芯上引入电介质材料之后图4的结构。

图6示出在电介质层中开启通孔之后图5的结构。

图7示出在通孔中引入导电材料并图案化电介质上的导电层或导电线之后图6的结构。

图8示出在图7的结构的相对侧上引入相继的电介质材料层和导电材料层（第二层）之后图7的结构。

图9示出在图8的结构的相对侧上引入相继的电介质材料层和导电材料层（第三层和第四层）之后图8的结构，其中最终导电材料层由焊垫或焊盘以及在最终的导电材料层上引入的电介质材料界定。

图10示出在图9的结构的相对侧上形成到最终导电材料层的各个焊盘或连接盘的开口之后图9的结构。

图11示出在将图10的结构分隔成单个封装且经历电磁辐射标记工艺之后图10的结构。

图12阐释计算设备的示意图。

具体实施方式

图1示出根据一种实施方式的微电子封装的剖视图。正如图1所阐释的，微电子封装100利用无凸点叠层（BBUL）技术。微电子封装100包括载具120（层叠载具）和管芯110，该管芯110（微处理器管芯等）以器件侧向下地嵌入在载具120中（如图所示）。管芯110和载具120彼此处于直接物理接触（例如，不存在将管芯110连接到载具120的焊接凸点）。

在一种实施方式中，管芯110是具有大约150微米（μm）厚度的硅管芯或类似物。在另一示例中，管芯110可以是具有少于150μm（例如从50μm到150μm）的厚度的硅管芯或类似物。应明白，管芯110的其他厚度是可能的。在另一实施方式中，管芯110可以是带有管芯110的背面上的接触的穿硅通孔（TSV）管芯。

参见图1，载具120包括多个叠层，这些叠层包括电介质层130（示出了四个）（例如ABF）以及通过连接盘145提供到管芯（电源、地、输入/输出等等）的连接的例如铜或铜合金（与导电通孔142或类似物连接）的导电层140（示出了四个），连接盘145界定了最终导电层140（即，如图所示的最下部导电层）。管芯110在其器件侧直接连接到载具120的连接盘145或导电通孔。

图1也示出载具120的表面165上的接触180（如图可见的顶面）。接触180连接到载具120的一个或多个导电层140。接触180提供（除了柱子150之外的）另外的布线机会以便传送去往或来自微电子封装100的信号。接触180允许用于封装的附加互连点以及用于诸如存储器设备或微处理器（可能被包含在封装中）等的将要电连接到载具120的第二设备的接触点，以便形成微电子封装100或层叠封装（“POP”）结构。图1示出封装185，其包括通过焊料连接195连接到载具120的管芯190A和管芯190B。

如图1中所示出，电介质材料环绕微电子封装100的管芯110的横向侧壁。覆盖在管芯110的背面上的是管芯背面膜（DBF）160。在一种实施方式中，DBF160是包括至少20%的标记对比度的可标记材料。代表性地，DBF160是包括聚合物基质、填料、颜料/染料、粘合增进剂和溶剂的多元组分。在一种实施方式中，聚合物基质包括诸如环氧树脂（例如多官能环氧树脂）等的树脂和硬化剂（例如，苯酚酚醛），且可选地包括增韧剂。树脂和硬化剂通常决定了膜的整体热机械性质。增韧剂通常给材料提供挠性。

在一种实施方式中，填料材料包括具有在100纳米（nm）或更小量级的平均粒径的微粒。在另一实施方式中，填料材料的平均粒径小于100nm。在进一步的实施方式中，填料材料的平均粒径是50nm或更小。不希望受到理论约束，认为填料及其粒径影响材料的模量及其可标记性性质，对于激光标记来说尤其如此。在一种实施方式中，诸如二氧化硅纳米填料等的填料具有50nm的平均粒径，且以总的材料组分的20重量百分数到50重量百分数的量存在。在另一实施方式中，填料以20重量百分数到40重量百分数的量存在。再次不希望受到理论约束，认为由于纳米二氧化硅相比于例如微米尺寸的微粒增加了二氧化硅微粒的表面积，故纳米二氧化硅的存在增强了对比度，由此显著地增加了激光标记的区域相对于底层背景的散射。如在此描述的，激光标记的对比度是指由二维（2D）ID读取器照明光线从标记散射和不从周围膜表面散射而实现的灰度值差。在激光标记工艺中，认为诸如2D ID电磁辐射源（例如，掺钕钇铝柘榴石（Nd：YAG）激光器）等的激光器烧灼DBF160中的有机材料，由此暴露填料材料。在一种实施方式中，标记工艺基于热激光烧蚀，该热激光烧蚀的烧蚀阈值能流低于填料材料（例如，二氧化硅微粒）的烧蚀且高于有机聚合物的烧蚀。作为烧蚀的结果，有机聚合物被烧蚀掉，但光散射填料材料（例如，二氧化硅微粒）保持被合并在膜中。填料材料提供光线对比度。

纳米二氧化硅微粒的存在倾向于在用来将已完成的封装从牺牲衬底分离的诸如湿喷砂工艺等的处理步骤中调节膜蚀刻速率。在相比于嵌入式封装中的有机层更大的管芯背面膜蚀刻速率选择性中，可以看出膜蚀刻速率的调节。

在一种实施方式中，DBF160包括在可见波长区域中具有最大光吸收或λmax的有机染料。通常，染料或颜料是在DBF160中用来提供激光标记对比度的着色剂。有机染料的示例包括带有反应性官能团的有机染料，例如，胺/环氧树脂/偶氮官能团也可以充当固化促进剂。

在一种实施方式中，DBF160的组分也可以包括粘合增进剂和溶剂。

以下是用于包括合适的可标记性的BBUL应用的合适的DBF的代表性实施方式（“BBUL DBF”）。

BBUL DBF使用具有显著小于现有技术DBF中的填料微粒的粒径（例如，100nm或50nm比0.5μm）的填料微粒（二氧化硅微粒）。BBUL DBF也使用较高百分数的染料（7%比3.5%）。已经发现，该染料倾向于在封装构建工艺期间与其他化工品相互作用，且也可以是物理上转移（例如，物理上转移到在其上形成该封装的牺牲衬底）。为了解决由于染料的相互作用或转移引起的任何染料损耗，在一种实施方式中，使用了更大重量百分数的染料（例如，比现有技术DBF中出现的更大的百分数）。代表性的染料量是5%到10%，且这种染料量不影响激光可标记性对比度。在另一实施方式中，诸如胺（例如，-NH2、-NHR）和羟基（-OH）团等的官能团可以附着到染料以便使得染料与其他DBF成分（例如，树脂、填料、弹性体）更加容易反应，以便减少染料损耗。在该实例中，可以使用较少量的染料来实现可接受的可标记性（例如，3.5%或更少）。

图1的插图示出DBF160的顶面（即，相对管芯110的表面）的视图。在这一实施方式中，已经使用激光标记技术来标记DBF160，以便指示管芯110的来源、管芯的尺寸以及批号（lot number）和批次号（batch number）。应明白，任何标记都可以是借助于人类或机器可读的特性来识别管芯110的任何类型的标记。

图2阐释用于形成诸如微电子封装100（图1）等的微电子封装的初始工艺。参见图2，图2示出例如预浸渍材料（prepeg material）的牺牲衬底210的一部分的分解剖面侧视图，该预浸渍材料包括相对的铜箔层215A和215B，较短的铜箔层220A和220B分别将铜箔层215和215B与牺牲衬底210隔开。基于真空，铜箔215和215B倾向于粘附到较短的箔。在一种实施方式中，覆盖在铜箔215A和215B表面（与铜箔220A和220B相对的表面）上的是例如具有10到100微米量级的厚度的ABF的电介质材料。

图3示出分别在铜箔215A和铜箔215B上引入和图案化接触之后图2的结构。图3示出分别在铜箔215A和215B上形成的接触222A和222B。在一种实施方式中，接触222A和222B分别包括邻近铜箔215A和铜箔215B的金-镍合金的第一层，以及覆盖在第二层铜或铜合金上的第二层，该第二层铜或铜合金覆盖在上述金-镍合金上。可以通过在期望的位置沉积（例如，镀、溅射沉积等等）和图案化来形成接触222A和222B，以便得到与第二设备或封装的可能电接触。

图4示出在将管芯240A和管芯240B安装在图3的结构的相对侧上之后的图3的结构。如图4中所示出，管芯240A通过DBF250A连接，且管芯240B通过DBF250B连接。适用于DBF250A和DBF250B的材料是提供至少20%的标记对比度的材料。参考图1描述了代表性的材料。在一种实施方式中，通过晶圆级叠层在管芯240A和管芯240B上分别引入DBF250A和DBF250B，实现30微米量级的加厚。

参见图4，将管芯240A和管芯240B以器件侧向上的方式安置（器件侧与每一铜箔背离）。在每一管芯的器件侧上，导电柱245和245B分别被连接到管芯240A和管芯240B的接触点。可以在管芯制造阶段预制柱245和柱245B。

图5示出在图4的结构的每一侧上引入电介质层之后图4的结构。图5示出电介质层260和电介质层260B。在一种实施方式中，电介质层260A和电介质层260B均是ABF电介质材料，该ABF电介质材料可能包括已经被描述为用于形成BBUL封装的填料。引入ABF材料的一种方法是作为放置在各自的管芯、接触和铜箔上的膜。

图6示出在电介质层260A和电介质层260B中开启到接触222A、接触222B、柱245和柱245B的通孔262A和262B之后图5的结构。在一种实施方式中，这样的开口或通孔可以通过激光工艺来实现。

图7示出在图案化分别在电介质层260A和电介质层260B上的导电线或导电层275A和导电线或导电层275B以及分别被形成为穿过各自的电介质层到达接触222A和接触222B的导电通孔265A和265B之后图6的结构。导电通孔也被形成为到达柱245A和柱245B、到达管芯240A和管芯240B的器件侧上的接触点。适用于图案化导电线或导电层275A/275B和导电通孔265A/265B的材料是例如通过电镀工艺沉积的铜。

图8示出在图案化另外层次的载具的导电线或导电层之后图7的结构。图8示出分别通过电介质层278A和278B（例如，ABF膜）与导电线或导电层275A和275B分隔开来的导电线或导电层280A和导电线或导电层280B。典型的BBUL封装可以具有类似于由电介质材料（例如，ABF膜）将其与邻近的线条分隔开来的导电线或导电层275A、275B、280A和280B的四到六个层次的导电线或迹线。在一种实施方式中，由通过激光钻成通孔并在通孔中沉淀导电材料形成的导电通孔（例如，填铜通孔）来建立各层之间的连接。图9示出在引入和图案化导电线或导电层285A和285B（第三级）和导电线或导电层290A和290B（第四级）之后的结构。在这一实施方式中，导电线或导电层290A和290B是载具主体的最终层次或最高层次。图9也示出分别在例如覆盖在导电层或线条292A和292B上的ABF层压膜上的电介质材料292A和电介质材料292B。在一种实施方式中，导电线或导电层290A和290B被绘图成用于封装实现的连接盘或焊盘。

图10示出在形成到界定导电层或线条290A和290B的各个导电焊盘的开口之后图9的结构。在一种实施方式中，通过激光通孔工艺形成开口293A和开口293B。

图11示出通过移除牺牲衬底210和铜箔215A和215B来将图10的结构分隔成两个单独封装部分之后图10的结构的一部分。

在一种实施方式中，通过湿喷砂工艺将该结构与牺牲衬底210、铜箔215A和215B和铜箔220A和220B分离开来。在一种实施方式中，湿喷砂工艺包括多遍蚀刻剂（例如，以下中的一种或多种的蚀刻剂：氧化铝、氧化钛、氧化硅）。第一遍可以分别将铜箔215A和215B与铜箔220A和220B分离开来，留下分别通过DBF250A和250B连接到铜箔215A和215B的管芯240A和管芯240B。然后，可以使用第二遍湿喷砂工艺来分别从DBF膜250A和250B移除铜箔215A和215B。在引入DBF250A和DBF膜250B之前电介质材料出现在铜箔上的场合，可以使用湿喷砂工艺来从DBF移除电介质材料。这样的工艺可以进行40到50遍的量级，以便从DBF250A和DBF250B移除类似ABF的电介质材料。很惊喜地发现，包括诸如50纳米或更小的二氧化硅微粒等的纳米尺寸的填料微粒的DBF膜材料比包括微米尺寸的填料微粒的DBF膜更加耐受湿喷砂工艺引起的移除。因此，对于湿喷砂工艺，包括纳米尺寸的微粒的DBF膜具有比包括微米尺寸的填料微粒DBF膜更大的选择性。

通过从牺牲衬底210移除个体封装部分，图11示出具有在器件侧被连接到层叠载具的管芯的独立式微电子封装的一部分，该层叠载具包括导电材料（四级的导电迹线）和电介质或隔离材料的多个交替层。例如在管芯制造工艺中预制的导电柱245B被连接到管芯240B的器件侧上的接触点且被连接到层叠载具的导电材料。封装也包括延伸到层叠载具的表面（如图所示上表面）的接触点222B，接触点222B用于电连接到次级设备（例如，存储器设备、逻辑设备）或封装（例如，包含一个或多个存储器设备、逻辑设备、存储器和逻辑设备等等的封装）。在另一实施方式中，管芯可以是穿硅通孔（TSV）管芯。最终，封装包括从第二侧（如图所示底部侧）延伸的多个导电柱，这些导电柱可以用来通过例如焊料连接将封装连接到印刷电路板。

图11也示出标记操作。一旦暴露了DBF250B，膜可以被暴露在电磁辐射工艺（例如，激光工艺）下，其中用适当的识别来标记膜。这样的识别可以包括但不限于公司徽标、管脚定向、诸如批号等的制造历史和/或时间/日期可追踪性。

图12阐释根据一种实现的计算设备500。计算设备500容纳板502。板502可以包括多种组件，包括但不限于处理器504和至少一个通信芯片506。处理器504是物理耦合和电耦合到板502。在一些实现中，至少一个通信芯片506也物理耦合和电耦合到板502。在进一步的实现中，通信芯片506是处理器504的一部分。

取决于其应用，计算设备500可以包括可以物理耦合和电耦合到主板502或者不物理耦合和电耦合到主板502的其他组件。这些其他组件包括但不限于易失性存储器（例如，DRAM）、非易失性存储器（例如，ROM）、闪速存储器、图形处理器、数字信号处理器、加密处理器、芯片组、天线、显示器、触摸屏显示器、触摸屏控制器、电池、音频编解码器、视频编解码器、功率放大器、全球定位系统（GPS）设备、罗盘、加速度计、陀螺仪、扬声器、照相机和大容量存储设备（例如硬驱动器、紧致盘（CD）、数字多用盘（DVD）等等）。

通信芯片506可以允许用于传送去往或来自计算设备500的数据的无线通信。术语“无线”及其派生词可以用来描述可以通过使用经调制电磁辐射穿过非固态介质来传输数据的电路、设备、系统、方法、技术、通信信道等等。该术语不暗示关联的设备不包含任何线路，但在一些实施方式中它们可以不包含任何线路。通信芯片506可以实现多种无线标准或协议中的任何，包括但不限于Wi-Fi（IEEE802.11系列）、WiMAX（IEEE802.16系列）、IEEE802.20、长期演进（LTE），Ev-DO、HSPA+、HSDPA+、HSUPA+、EDGE、GSM、GPRS、CDMA、TDMA、DECT、蓝牙、其衍生物以及被称为3G、4G、5G和更高的任何其他无线协议。计算设备500可以包括多个通信芯片506。举例来说，第一通信芯片506可以专用于诸如Wi-Fi和蓝牙等的短距离无线通信，且第二通信芯片506可以专用于诸如GPS、EDGE、GPRS、CDMA、WiMAX、LTE、Ev-DO和其他等的更远距离无线通信。

计算设备500的处理器504包括被封装在处理器504内的集成电路管芯。在一些实现中，根据以上所描述的实施方式形成的封装利用带有载具的BBUL技术，该载具包括主体，该主体具有嵌入在其中的管芯，以及包括至少20%的标记对比度的材料的DBF膜（可选地借助于识别信息来标记的DBF）。术语“处理器”可以是指处理来自寄存器和/或存储器的电子数据以便将该电子数据变换成可以被存储在寄存器和/或存储器中的其他电子数据的任何设备或设备的部分。

通信芯片506也包括封装在通信芯片506内的集成电路管芯。根据另一实现，封装基于BBUL技术，且合并围绕抑制封装翘曲的TSV或非TSV集成电路管芯的主核心。这样的封装将允许堆叠各种设备，包括但不限于微处理器芯片（管芯）、存储器管芯、图形管芯、芯片组以及GPS。

在进一步的实现中，在计算设备500内容纳的另一组件可以包含合并如上所述实现的主要BBUL载具的微电子封装。

在各种实现中，计算设备500可以是膝上型计算机、上网本、笔记本、超极本、智能手机、平板计算机、个人数字助理（PDA）、超移动PC、移动电话、台式计算机、服务器、打印机、扫描仪、监视器、机顶盒、娱乐控制单元、数码相机、便携式音乐播放器或数字录像机。在进一步的实现中，计算设备500可以是处理数据的任何其他电子设备。

在上面的描述中，出于解释的目的，阐释了许多具体的细节以便提供对各实施方式的彻底理解。然而，本领域技术中的人员明显看出，可以在没有这些具体细节的情况下实践一个或多个其它实施方式。提供所描述的具体实施方式不是限制权利要求而是为了说明它。权利要求的范围并不由以上提供的具体实施来决定。在其他实例中，已经以框图形式或者不详细示出众所周知的结构、装置和操作，以避免混淆对本描述的理解。在认为适当时，已在图中重复标号或标号的末位部分以指示可选地具有类似特性的相应的或类似的元素。

还应明白，贯穿本说明书提及的“一个实施方式”、“实施方式”、“一个或多个实施方式”或“不同的实施方式”，例如，表示在本发明的实践可以包括的一种特定特征。类似地，应明白，在附图或其描述中，出于简化本公开内容并帮助理解各种创造性方面的目的，在说明书中的各种特征有时被组合在单一实施方式中。然而，本公开内容的方法不应被解释为反映本发明要求比每一权利要求中明确陈述的更多的特征的意图。相反，如以下权利要求反映的，本发明方面可少于单个公开的实施方式的所有特征。因此，所附权利要求由此明确地并入具体实施方式中，每一权利要求自身成为本发明的单独的实施方式。