多晶片模塊的製作方法
2023-07-29 23:55:26
多晶片模塊的製作方法
【專利摘要】一種多晶片模塊。本發明揭露了一種多晶片模塊，其可緩和引線的破損。第一半導體晶片接置並引線接合在支撐襯底。間隔件連接至該第一半導體晶片。支撐材料配置在該間隔件上，而第二半導體晶片定位在該支撐材料上。該第二半導體晶片被壓入該支撐材料內，並擠壓該支撐材料進入鄰近該間隔件且介於第一半導體晶片與第二半導體晶片之間的區域。或者，該支撐材料配置在該第一導體晶片上，而晶粒附著材料配置在該間隔件上。該第二半導體晶片被壓入該晶粒附著材料與支撐材料內，並擠壓支撐材料的部分至該間隔件邊緣上。在該支撐襯底與該第一半導體晶片和第二半導體晶片之間形成引線接合件。
【專利說明】多晶片模塊
[0001]本申請是申請號為200680015142.9,申請日為2006年4月26日，發明名稱為「多晶片模塊及製造方法」的中國專利申請的分案申請。
【技術領域】
[0002]一般來說，本發明是有關於半導體組件，且尤關於包括多晶片模塊的半導體組件。【背景技術】
[0003]想要有更快、更便宜以及更有效率的半導體組件一直是促使半導體組件製造業者將半導體晶片中所製造的裝置尺寸縮小以及將多個半導體晶片置入單一封裝件(典型上稱為多晶片模塊)的動機。在多晶片模塊中的半導體晶片可以放置成水平的方向(也就是在彼此的旁邊)或是放置成垂直的方向(也就是垂直地堆棧在彼此的頂端)。在傳統的垂直堆棧多晶片模塊中，是藉由在利用黏著接合(adhesive bonding)方式使第一半導體晶片附著於電路板之後，利用引線接合(wirebonding)方式將位在半導體晶片上的接合墊(bondingpad)與位在電路板上對應的接合墊接合。將間隔件(spacer)形成在第一半導體晶片上或是附著於第一半導體晶片，以及將第二半導體晶片附著在間隔件。然後利用如引線接合程序將位在第二半導體晶片上的接合墊連接至位在電路板上對應的接合墊。間隔件必須小於第一半導體晶片以適合引線接合程序。此外，典型上間隔件是小於第二半導體晶片。這種型態結構的缺點是突出間隔件的第二半導體晶片的部分是易曲折的(pliable)或是有彈力的。因此，當利用引線接合方式將位在第二半導體晶片之突出部分上的接合墊與位在電路板上對應的接合墊接合時，第二半導體晶片之突出部分的易曲折性(piiabiIity)使得形成在第二半導體晶片上的接合墊的接合件(bond)弱化(weaken)。此接合件弱化會造成悲慘的裝置故障。
[0004]因此，將會有利的是有一種多晶片模塊與一種用於製造該多晶片模塊的方法，其不會降低形成在接合墊之接合件的完整性。這種方法與結構將更有利的是符合成本效益並且適於與種種多晶片模塊程序整合。
【發明內容】
[0005]本發明藉由提供一種多晶片模塊以滿足前述的需求。依照一個實施例，本發明的多晶片模塊包括:支撐襯底，具有晶片接收區與多個接合墊；第一半導體晶片，具有多個接合墊，該第一半導體晶片接置在該晶片接收區；間隔件，具有第一邊緣與相對的第二邊緣，該間隔件連接至該第一半導體晶片；支撐材料，與該間隔件接觸；以及第二半導體晶片，連接至該間隔件，其中該支撐材料的一部分定位在該第一半導體晶片與該第二半導體晶片之間，且該支撐材料的一部分定位在該間隔件與該第二半導體晶片之間，以及，該支撐材料覆蓋該多個接合墊。
[0006]該支撐材料與該第一半導體晶片和該第二半導體晶片接觸。【專利附圖】
【附圖說明】
[0007]藉由閱讀下列詳細的描述與伴隨的圖式可更加了解本發明，其中圖式中相似的組件符號代表相似的組件，且其中:
[0008]圖1系依照本發明實施例的多晶片模塊在開始的製造階段的側面截面圖；
[0009]圖2系圖1的多晶片模塊在後來的製造階段且沿著圖3的截面線2-2所截取的側面截面圖；
[0010]圖3系圖2的多晶片模塊的俯視圖；
[0011]圖4系圖2至3的多晶片模塊在後來的製造階段的側面截面圖；
[0012]圖5系圖4的多晶片模塊在後來的製造階段的側面截面圖；
[0013]圖6系依照本發明另一個實施例的多晶片模塊在開始的製造階段且沿著圖7的截面線6-6所截取的側面截面圖；
[0014]圖7系圖6的多晶片模塊的俯視圖；
[0015]圖8系圖6至7的多晶片模塊在後來的製造階段的側面截面圖；以及
[0016]圖9系圖8的多晶片模塊在後來的製造階段的側面截面圖。
【具體實施方式】
[0017]一般來說，本發明提供一種多晶片模塊與一種用於製造多晶片模塊的方法，其中該多晶片模塊的半導體晶片是垂直堆棧的。在垂直堆棧該多晶片模塊的半導體晶片時，間隔件系插入在該半導體晶片之間以提供引線接合件(wirebond)的空隙(clearance)。定位在該間隔件之上的該半導體晶片的一部分系突出於該間隔件的邊緣。突出該間隔件之半導體晶片的部分是易曲折的。雖然一般來說，易曲折性增加了半導體晶片的易碎性(fragility),但增加的易碎性在具有小於約0.6毫米(mm)厚度的半導體晶片中較為顯著。此易曲折性允許半導體晶片在引線接合程序期間振動，使連接至該半導體晶片上之接合墊的引線斷裂。依照本發明，藉由形成在突出該間隔件的該第二半導體晶片之該部分之下的支撐材料而減緩振動。該支撐材料對該半導體晶片提供額外的堅硬度(rigidity)，減少了該半導體晶片之該突出部分的振動與增進了引線接合件的可靠性。
[0018]圖1系依照本發明實施例在中間的製造階段的多晶片模塊10的部分的側面截面圖。圖1所顯示的是各自具有頂部表面14與底部表面16之球形數組(Ball GridArray,簡稱為BGA)支撐結構12。BGA支撐襯底12是由樹脂所形成,例如環氧樹脂(epoxyresin)、聚醢亞胺樹脂(polyimide resin)、三嗪樹脂(triazine resin)或是石碳酸樹脂(phenolic resin)。較佳地，BGA支撐襯底12的樹脂材料是三氮雜苯雙馬來醢胺(bismaleimidetriazine,簡稱BT)樹脂。用於支撐襯底12的其它合適的材料包括環氧玻璃合成物(epoxy-glass composite)、FR_4、陶瓷(ceramic)以及其它相似物。須了解襯底12不限定為BGA襯底，而也可以是針柵數組(Pin Grid Array，簡稱為PGA)襯底、陶瓷襯底、印刷電路板(printed circuit board)或其它相似物。接合墊18A、18B與接合墊20A、20B形成在頂部表面14上。多個接合墊22形成在底部表面16上。接合墊18A、18B、20A、20B系分別經由延伸穿透BGA支撐襯底12的電性互連組件28、30、26、32而電性連接至位於底部表面16上之接合墊22B、22C、22A、22D。為了要清楚呈現的理由，在圖1中只有顯示四個互連組件延伸穿透BGA支撐襯底12。然而，須了解，所有或是幾乎所有在支撐襯底(例如支撐襯底12)頂部表面上的接合墊，都連接至在該支撐襯底底部表面上的接合墊。須更進一步了解，接合墊18A、18B是形成在頂部表面14上的多個接合墊18的其中兩個。同樣地，接合墊20A、20B是形成在頂部表面14上的多個接合墊20的其中兩個。(在圖3中，會進一步說明與討論多個接合墊18與20)。錫球34 (solder balls)附著於接合墊22。
[0019]仍然參考圖1，晶粒附著材料36系分配至半導體晶片接收區38，而且半導體晶片或晶粒40系放置在晶粒附著材料36上。半導體晶片40具有底部表面42與頂部表面44。多個接合墊46系設置圍繞在頂部表面44的周圍。半導體晶片或晶粒40的底部表面42是置於晶粒附著材料36上。雖然只有接合墊46A、46B顯示於圖中，但必須要了解接合墊46A、46B是多個接合墊46的部分，多個接合墊會進一步在圖3顯示與討論。將襯底12、半導體晶片40與晶粒附著材料36的組合放置在硬化爐(curing oven)中而硬化晶粒附著材料36。經由實施例說明，藉由在約5分鐘至約60分鐘之間的時間將溫度加熱至介於約攝氏100度到約攝氏175度之間，硬化晶粒附著材料36。合適的晶粒附著材料包括填銀環氧樹脂(silver filled epoxy)、填娃環氧樹脂混合物(silica filled epoxy blend)以及填充有有機材料的環氧薄膜(epoxy f i Im)、或其它相似物。
[0020]在硬化晶粒附著材料36後，將晶粒附著材料48配置在頂部表面44的中央部份，而且將間隔件50置於晶粒附著材料48上。間隔件50分別具有頂部52與底部表面54以及邊緣53、55。間隔件50可為電介質(dielectric)材料或是半導體材料(例如娃)、另一個半導體晶片、或是其它相似物。雖然間隔件50顯示為具有正方形形狀，但其形狀並非本發明之限制。例如，間隔件50具有長方形形狀、圓形形狀、三角形形狀等。藉由在約5分鐘至約60分鐘之間的時間將溫度加熱至介於約攝氏100度到約攝氏175度之間，硬化晶粒附著材料48。合適的晶粒附著材料包括填銀環氧樹脂、填矽環氧樹脂混合物以及填充有有機材料的環氧薄膜、或其它相似物。
[0021]仍然參考圖1，使用像是引線接合程序，將在半導體晶片40上的接合墊46電性連接至在BGA襯底12上對應的接合墊18。圖1所顯示的是接合墊46A藉由互連引線56A連接至接合墊18A，以及接合墊46B藉由互連引線56B連接至接合墊18B。雖然只有兩個互連引線顯示在圖1中，但須了解多個互連組件56通常包含多於兩個的互連引線。(在圖3中，會進一步說明與討論多個互連引線56)。
[0022]現在參考圖2，說明更進一步沿著製造程序的多晶片模塊10的側面截面圖。顯示在圖2中的是配置在半導體晶片40之表面44上的支撐材料60與配置在間隔件50之表面52上的晶粒附著材料62。較佳地,支撐材料60是環氧膏(epoxy paste),其中環氧膏是熱的導體與電的絕緣體。由環氧膏組成之支撐材料60的例子包括填充有以鐵氟龍(Teflon，Tef1n是Ε.1.Du Pont De Demours and Company Corp.的商標)商標販售之聚四氟乙烯(polytetraf Iuoroethylene)的環氧材料)、填充有無機材料的非導電性膏(像是二氧化娃(silica))、填充有以鐵氟龍商標販售的聚四氟乙烯的雙馬來醢亞胺(bismaleimide)材料、與其它相似物。合適的晶粒附著材料62包括填銀環氧樹脂、填矽環氧樹脂混合物以及填充有有機材料的環氧薄膜、或其它相似物。
[0023]現在參考圖3，顯示多晶片模塊10的俯視圖，其中該俯視圖說明與圖2—樣的製造階段。換句話說，圖2是沿著圖3的截面線2-2所截取的側面截面圖。圖3更進一步說明多個接合墊18、多個接合墊20、多個接合墊46、多個引線互連組件56和顯示於圖2之個別的接合墊18A、18B、20A、20B以及個別的互連組件56A、56B。此外，圖3說明了支撐材料60與晶粒附著材料62。雖然支撐材料60顯示為雙Y (double-Y)或狗骨頭形狀，但其形狀並非本發明之限制。例如，支撐材料60可以形成為具有圓形形狀、三角形形狀、四邊形形狀、五邊形形狀、與其它多邊形形狀。
[0024]現在參考圖4，說明更進一步沿著製造程序之多晶片模塊10的側面截面圖。半導體晶片64置於晶粒附著材料62上。更具體而言，半導體晶片64具有背側(backside)66和前側(front side) 68，背側66系置於晶粒附著材料62上，前側68具有形成於其上的多個接合墊70。施加壓力至半導體晶片64以使其定位於晶粒附著材料62中並在橫向(lateral)的方向擠壓(squeeze)支撐材料60以使其大致填滿在表面44、66間的區域。在這個區域中，半導體晶片64的周邊部分65系突出於間隔件50。藉由在約5分鐘至約60分鐘之間的時間將溫度加熱至介於約攝氏100度到約攝氏175度之間，硬化支撐材料60與晶粒附著材料62。因為支撐材料60系大致填滿在表面44、66間的區域，所以半導體晶片64的周邊部分65不會無拘束地突出於邊緣53、55，但會由支撐材料60所支撐。因此，在後續的引線接合步驟期間，周邊部分65不會顯著的彈起。在表面44、66間放置支撐材料60的優點是它能增進形成在多晶片模塊中之引線接合件的可製造性與可靠性。
[0025]使用像是引線接合程序，將多個接合墊70電性連接到多個接合墊20之對應的接合墊。更具體而言，接合墊70A藉由互連引線74A電性連接至接合墊20A，以及接合墊70B藉由互連引線74B電性連接至接合墊20B。互連引線74A、74B是多個互連引線74的其中兩個互連引線。
[0026]現在參考圖5,保護罩(protective covering)78系形成覆蓋在半導體晶片64、互連引線56和74、與BGA襯底12上。圖5說明的保護罩是一種覆頂式液狀封裝材料(globtop material)o然而,須了解保護罩的型態不限於覆頂式液狀封裝(glob top)材料。舉例來說，保護罩78可以是蓋狀物(Iid)或是帽狀物(cap)。
[0027]圖6系說明依照本發明另一個實施例的多晶片模塊100。多晶片模塊100在製造程序中開始的步驟和多晶片模塊10的製造程序是一樣的。因此，圖6的描述延續自圖1。支撐材料102配置在間隔件表面52的中央部分。較佳地，支撐材料102是環氧膏，其中環氧膏是熱的導體與電的非導體(也就是電的絕緣體)。作為支撐材料102合適的環氧膏包括填充有以鐵氟龍商標販售的聚四氟乙烯的環氧材料、填充有無機材料的非導電性膏(像是二氧化矽)、填充有以鐵氟龍商標販售的聚四氟乙烯的雙馬來醢亞胺材料、與其它相似物。支撐材料102也可當作晶粒附著材料。
[0028]現在參考圖7，顯示多晶片模塊100的俯視圖，其中該俯視圖說明與圖6 —樣的製造階段。換句話說，圖6是沿著圖7的截面線6-6所截取的側面截面圖。如同圖3，圖7更進一步說明多個接合墊18、多個接合墊20、多個接合墊46、多個引線互連組件56和顯示於圖2、6的個別的接合墊18A、18B、20A、20B以及個別的互連組件56A、56B。此外，圖7說明了支撐材料102。雖然支撐材料102顯示為雙Y或狗骨頭形狀，但形狀並非本發明之限制。例如，支撐材料102可以形成為具有圓形形狀、三角形形狀、四邊形形狀、五邊形形狀、與其它多邊形形狀。
[0029]現在參考圖8，說明更進一步沿著製造程序之多晶片模塊100的側面截面圖。半導體晶片104置於支撐材料102上。更具體而言，半導體晶片104具有背側106和前側108，背側106系置於支撐材料102上，前側108具有形成於其上的多個接合墊110。施加壓力至半導體晶片104，以使其定位於支撐材料102中，並促使支撐材料102覆蓋在間隔件50的邊緣53、55上並進入表面44、106間的區域。一部分的支撐材料102留在間隔件50上，而一部分的支撐材料102大致填滿表面44、106間的區域。因為支撐材料102大致填滿表面44,106間的區域，所以半導體晶片104的周邊部分112不會無拘束地突出，而是會被支撐的。因此，在後續的引線接合步驟期間，周邊部分112不會顯著的彈起。藉由在約5分鐘至約60分鐘之間的時間將溫度加熱至約攝氏100度到約攝氏175度之間，硬化支撐材料102。在表面44、106間放置支撐材料102的優點是它能增進形成在多層半導體封裝結構中之引線接合件的可製造性與可靠性。
[0030]使用像是引線接合程序，將多個接合墊110電性連接到多個接合墊20之對應的接合墊。更具體而言，接合墊IlOA藉由互連引線114A電性連接至接合墊20A，以及接合墊IIOB藉由互連弓丨線114B電性連接至接合墊20B。為了要清楚的描述，在圖8中只有顯示多個互連引線中的兩個互連引線(也就是互連引線114A、114B)。
[0031 ] 現在參考圖9，保護罩116系形成覆蓋在半導體晶片104、互連弓I線56A、56B、114A、與114B、以及BGA支撐襯底12上。圖9說明的保護罩116是一個蓋狀物，藉由蓋狀物附著材料118固著於BGA支撐襯底12。須了解，保護罩的型態不限於蓋狀物。舉例來說，保護罩114可以是覆頂式液狀封裝(glob top)材料或是其它適合的保護材料。
[0032]至此，應了解本發明提供了一種具有垂直堆棧半導體晶片的多晶片模塊與一種用於製造多晶片模塊的方法。根據本發明之多晶片模塊的優點是它提供了一種在引線接合程序的期間用來減少半導體晶片區域的振動或反彈的方法。這增進了引線接合件的可靠性與減少了悲慘的裝置故障。本發明的另一個優點是它增加了能連結到間隔件之半導體晶片尺寸的種類。因為支撐材料提供了額外的支撐予半導體晶片，更大的晶片可以固定在間隔件上。此外，這個方法能以有成本時間效益的方式，容易地整合於多晶片模塊的程序流程內。
[0033]雖然本文中揭露一些較佳的實施例與方法，但是很明顯地，經由上述揭露的技術，本領域熟知此項技術之人士可以在不脫離本發明的精神與範圍下製造出像這樣實施例與方法的變化型與修改物。舉例來說，支撐材料可以配置在間隔件與第一半導體晶片上。或者，可以使用膠黏劑膜連接半導體晶片64至間隔件50，而不是使用晶粒附著材料(例如晶粒附著材料48)。使用膠黏劑材料的一個優點是膠黏劑材料不需要硬化。本發明系意指僅限制於附加的權利要求書所請求的範圍以及準據法之規則與法條。
【權利要求】
1.一種多晶片模塊(10),包括: 支撐襯底(12)，具有晶片接收區(38)與多個接合墊(18、20)； 第一半導體晶片(40)，具有多個接合墊(46)，該第一半導體晶片(40)接置在該晶片接收區(38)； 間隔件(50)，具有第一邊緣(53)與相對的第二邊緣(55)，該間隔件(50)連接至該第一半導體晶片(40)； 支撐材料(60)，與該間隔件(50)接觸；以及 第二半導體晶片(64)，連接至該間隔件(50)，其中該支撐材料(60)的一部分定位在該第一半導體晶片(40)與該第二半導體晶片(64)之間，且該支撐材料(60)的一部分定位在該間隔件(50)與該第二半導體晶片(64)之間，以及，該支撐材料(60)覆蓋該多個接合墊(46)。
2.如權利要求1所述的多晶片模塊(10)，其中該支撐材料(60)與該第一半導體晶片(40)和該第二半導體晶片(64)接觸。
【文檔編號】H01L25/065GK103531581SQ201310319901
【公開日】2014年1月22日 申請日期:2006年4月26日 優先權日:2005年5月4日
【發明者】Y·L·方, C·S·紀, L·H·李, M·S·賓阿布-哈桑 申請人:斯班遜有限公司