用於使用犧牲金屬基礎的封裝類型的三維封裝方案的製作方法

2023-05-23 04:43:46 1

專利名稱：用於使用犧牲金屬基礎的封裝類型的三維封裝方案的製作方法
技術領域：
本發明涉及三維可堆疊半導體封裝，且更特定來說涉及用於具有犧牲金屬基礎的 封裝類型的三維可堆疊半導體封裝。
背景技術：
隨著半導體集成電路晶片變得更加多功能性及高集成性，所述晶片包括更多接合 墊(或端子墊)，且因此用於所述晶片的封裝具有更多的外部端子(或引線)。當使 其引線沿封裝周長的常規塑料封裝必須容納大數量的引線時，所述封裝的覆蓋範圍增 大。然而，許多電子系統的目標是使所述系統的總大小降到最低。因此，為容納大數 量的引腳而不增大封裝的覆蓋範圍，那麼必須減小所述封裝的引腳間距(或引線間 距)。然而，小於約0.4 mm的引腳間距導致許多技術關注。舉例來說，修整具有小 於0.4 mm的引腳間距的封裝需要昂貴的修整工具，且引線易於在處置所述封裝期間 彎曲。此外，由於所需要的關鍵對準步驟，此類封裝的表面安裝需要成本高且複雜的 表面安裝工藝。
因此，為避免與常規微間距封裝相關聯的技術問題，已提出具有面積陣列外部端 子的封裝。這些封裝包括球柵陣列封裝及晶片級封裝。半導體工業目前使用多個晶片 級封裝。微球柵陣列封裝(iaBGA)及凸塊晶片載體(BCQ為晶片級封裝的實例。所述 HBGA封裝包括其上形成有導電圖案的聚醯亞胺帶並採用與常規塑料封裝完全不同 的製造工藝。所述凸塊晶片載體封裝包括具有在銅合金板的頂表面的中心部分周圍形 成的槽的襯底及在所述槽中形成的電鍍層。因此，晶片級封裝使用增加封裝製造成本 的專門封裝材料及工藝。
圖1A至1C圖解說明用於製造無鉛BCC封裝的常規設備的平面圖及截面圖。參 照圖1A的平面圖，常規金屬載體矩陣陣列101具有上表面103，所述上表面包括具 有多個鋸割線107的囊封矩陣105。
圖1B的截面圖包括在金屬載體101的上表面103上通過鍍敷形成的多個凸塊墊 109及多個電路小片墊111。集成電路電路小片113的下表面附裝到對應的電路小片 墊111，且多個接合線115將電路小片113的有源表面上的多個接合墊117連接到對 應的凸塊墊109。囊封劑119囊封包括電路小片113及接合線115的矩陣105。
參照圖1C的下側平面圖，在蝕刻掉金屬載體101 (未在圖1C中顯示)之後， 凸塊墊109及電路小片墊111從囊封劑119的底表面121暴露。然後，通過沿鋸割線 107鋸割來將囊封劑119單個化以形成多個個別BCC封裝。因此，可僅接觸使用常規封裝材料及工藝的集成電路封裝以通過所述封裝的底表 面121上的凸塊墊電互連(舉例來說)到印刷電路板。因此，提供封裝到給定印刷電 路板覆蓋範圍中的更高密度的集成電路需要的是一種允許以一者在另一者頂部上的 形式堆疊所述集成電路封裝的方法。

發明內容
本發明是一種用於封裝半導體裝置的設備及方法。所述設備可應用於使用犧牲金 屬基礎條的許多種類型的現代封裝方案。穿過包圍裝置及相關聯的接合線的囊封體積 而形成的隧道通過(舉例來說)電鍍由金屬導體填充。經填充的隧道從底部接觸墊延 伸到經囊封區域的最高部分。所述犧牲金屬基礎條充當鍍敷匯流條且在鍍敷之後被蝕 刻移除。所述經填充的隧道允許組件以三維配置進行堆疊。在具體實例性實施例中， 可將本發明應用於多個電路小片或可堆疊封裝內電路與電路小片的組合。然後，可以
三維方式堆疊所述可堆疊封裝中的每一者而不增大(舉例來說)印刷電路板上的安裝 區域的總覆蓋範圍大小。
因此，在一個實例性實施例中，本發明為半導體封裝矩陣。所述半導體封裝矩陣 包括在所述矩陣內並排布置成陣列且由鋸縫區域隔開的多個三維可堆疊半導體封裝。 所述鋸縫區域定位於所述多個三維可堆疊半導體封裝中的每一者的最外圍處。所述多 個三維可堆疊半導體封裝中的每一者包括用於安裝集成電路電路小片及/或一個或一 個以上離散電組件及的區域及與電路小片安裝區域大致共面的多個線接合墊。所述多 個線接合墊中的每一者允許接合線提供從所述集成電路電路小片及/或所述一個或一 個以上離散電組件到所述經封裝裝置的外部的電連通。
制模帽具有最低部分及最高部分。所述最低部分處於與所述電路小片安裝區域及
所述多個線接合墊大致共面的水平。所述制模帽具有多個導電接觸隧道，所述導電接 觸隧道中的每一者相關聯且經布置以在導電材料填充所述導電接觸隧道的情況下與 所述多個線接合墊中的對應一者電連通。所述多個導電接觸隧道從所述多個線接合墊 的最高部分延伸到所述制模帽的最高部分。
本發明還是一種封裝半導體裝置(或單個封裝中的多個裝置)的方法。所述方法 的實例性實施例包括將電組件安裝到電路小片安裝區域且將來自所述電組件上的多
個接合墊的多個接合線固定到多個線接合墊中的對應線接合墊。提供具有多個導電接 觸隧道的模腔。所述接觸隧道經布置使得所述多個導電接觸隧道設置於所述多個線接 合墊上方。用制模化合物囊封所述電組件及所述接合線，從而大致上填充所述模腔。 然後，用導電材料填充所述多個導電接觸隧道。


圖1A-1C顯示現有技術的凸塊晶片載體。圖2A-2E顯示根據本發明的可堆疊集成電路電路小片及離散組件載體的實例性截面。
具體實施例方式
在圖2A中，潛在可堆疊集成電路電路小片及離散組件載體的截面圖包括犧牲金 屬基礎條201、多個電路小片安裝區域203及多個線接合墊205。如圖所示，多個集 成電路電路小片207安裝到所述多個電路小片安裝區域203中的對應電路小片安裝區 域。另一選擇為，所述多個集成電路電路小片207還可以是離散組件(未顯示)或安 裝到多個電路小片安裝區域的集成電路電路小片與離散組件的組合。此外，所述犧牲 金屬基礎層可由導電非金屬材料構造，例如(舉例來說)具有嵌入的碳微粒的聚丙烯 或外表面鍍敷有金屬的聚合物條。
如所屬技術領域中已知，通常使用導熱粘合劑或膠帶(兩者均未顯示)來將所述 多個電路小片207安裝到相關聯的電路小片安裝區域203。如所屬技術領域中的技術 人員將認識到，也可使用其它類型的粘合劑(例如，非導熱、導電及非導電等)或其 它安裝技術。所述多個電路小片207各自包括多個接合墊209。 一旦安裝所述多個電 路小片207，那麼使用多個接合線211來將所述多個接合墊209電連接到所述多個線 接合墊205中的所選定者。
通常將所述多個線接合墊205、電路小片207及接合線211囊封於制模化合物中。 通過定位於犧牲金屬基礎條201的邊緣處的制模澆口來將所述制模化合物引入模腔 (未顯示)內。所述制模化合物通常為由填充有二氧化矽及酐的環氧基材料組成的聚 合前驅物，需要熱能以進行固化以形成聚合囊封215。囊封215保護易碎的多個接合 線211及其相關聯的電連接以及所述多個電路小片207。在此實施例中，管道定位於 所述多個線接合墊205中的每一者上方，從而在灌注並形成囊封215之後形成隧道 213。可通過將引腳或其它結構置於模具中形成所述管道或後來添加所述管道(例如， 機器加工或焊接到模腔中的適當位置)。路線217指示在後續切割操作中鋸縫將要經 過的地方。
參照圖2B,隧道213己填充有導體以產生多個導電金屬觸點219。在具體實例 性實施例中，犧牲金屬基礎條210提供電解鍍敷工藝所需要的電連續性，因此可通過 填充隧道213 (圖2A)來製作多個導電金屬觸點219 (例如，銅)。然後，可視情況 用(舉例來說)鎳-金合金帽或其它貴金屬覆蓋用於製作所述多個導電金屬觸點219 的銅或幾乎任何其它金屬。另一選擇為，可通過(舉例來說)用材料(例如，鎢或鉭) 鍍敷到隧道213內來製作所述多個導電金屬觸點219。另外，可使用導電環氧樹脂或 聚合物來填充隧道213。然後，將所述導電環氧樹脂固化到位。
然後，通過所屬技術領域中已知的工藝蝕刻移除(圖2C)犧牲金屬基礎條201。 舉例來說，可用金-鎳-金或鈀-金來鍍敷電路小片安裝區域及線接合墊，使得在蝕刻之後僅留下所述合金接合區域完整。然後，舉例來說，通過電路小片鋸或雷射來將所述 電路小片單個化(圖2D)，從而產生第一251及第二 253經封裝產品。
參照圖2E，以機械方式將單個化的第一251及第二 253經封裝產品堆疊。所述 多個導電金屬觸點219允許一個層級(例如，在所述第一經封裝產品251處)處的線 接合墊205中的每一者通過使用焊料(例如，焊料膏)、導電環氧樹脂、金屬接合(例 如，通過應用超聲波或熱力)等等互連到將要電連接的另一等級(例如，到所述第二 經封裝產品253)。因此，不存在對可堆疊的封裝數量的限制。
在上述說明書中，己參照本發明的具體實施例說明了本發明。然而，將對所屬技 術領域中的技術人員顯而易見的是，可在不背離所附權利要求書中所論述的本發明的 較寬廣精神及範圍的情況下對本發明做出各種修改及改變。舉例來說，所屬技術領域 中的技術人員將了解，本發明的實施例可容易地應用於TAPP⑧(薄陣列塑料封裝)、 ULGA (超薄焊盤柵格陣列)、BCC (凸塊晶片載體)或其它類似封裝類型。因 此，須將本說明書及圖式視為僅具有例示意義而非限制意義。
權利要求
1、一種三維可堆疊半導體封裝，其包含至少一個電路小片安裝區域，所述至少一個電路小片安裝區域經配置以接納集成電路電路小片或一個或一個以上離散電組件；多個線接合墊，其與所述至少一個電路小片安裝區域大致共面，所述多個線接合墊中的每一者經配置以接納接合線，從而提供與所述集成電路電路小片或所述一個或一個以上離散電組件的電連通；及制模帽，其具有最低部分及最高部分，所述最低部分處於與所述至少一個電路小片安裝區域及所述多個線接合墊大致共面的水平，所述制模帽還具有多個導電接觸隧道，所述多個導電接觸隧道中的每一者相關聯且經布置以在導電材料填充所述導電接觸隧道時即刻與所述多個線接合墊中的對應一者電連通，所述多個導電接觸隧道從所述多個線接合墊的最高部分延伸到所述制模帽的所述最高部分。
2、 如權利要求1所述的三維可堆疊半導體封裝，其進一步包含犧牲金屬基礎層， 所述犧牲金屬基礎層充當所述至少一個電路小片安裝區域及所述多個線接合墊的安 裝基礎及電觸點。
3、 如權利要求2所述的三維可堆疊半導體封裝，其中所述犧牲金屬基礎層經配 置以在於所述制模帽內形成囊封制模化合物時即刻被蝕刻移除。
4、 一種封裝半導體裝置的方法，所述方法包含 將電組件安裝到電路小片安裝區域；將來自所述電組件上的多個接合墊的多個接合線固定到多個線接合墊中的對應者；提供具有多個導電接觸隧道的模腔，使得所述多個導電接觸隧道中的每一者的第一端設置在所述多個線接合墊中的相關聯者上方並與其接觸；用制模化合物囊封所述電組件及所述多個接合線，所述制模化合物大致上填充所 述模腔；及用導電材料填充所述多個導電接觸隧道。
5、 如權利要求4所述的方法，其進一步包含將所述導電填充材料選擇為大致上 由銅組成。
6、 如權利要求4所述的方法，其進一步包含提供導電覆蓋材料以設置於所述經 填充導電接觸隧道的暴露端上方。
7、 如權利要求6所述的方法，其中將所述覆蓋材料選擇為鎳-金合金。
8、 如權利要求4所述的方法，其進一步包含從所述經封裝的半導體裝置蝕刻移 除犧牲基礎材料。
9、 如權利要求4所述的方法，其進一步包含以一者在另一者頂部上的形式堆疊多個半導體裝置封裝。
10、如權利要求9所述的方法，其進一步包含將第一經封裝半導體裝置上的所述 多個經填充導電接觸隧道中的每一者電耦合到第二經封裝半導體裝置上的所述多個 經填充導電接觸隧道中的每一者。
全文摘要
一種用於封裝半導體裝置的設備及方法。所述設備可應用於使用犧牲金屬基礎條的許多種類型的現代封裝方案。穿過包圍裝置(207)及相關聯的接合線(211)的囊封區域(215)形成的隧道(213)通過(舉例來說)電鍍填充有金屬導體並從底部接觸墊(205)延伸到經囊封區域(215)的最高部分。犧牲金屬基礎條(201)充當鍍敷匯流條且在鍍敷之後被蝕刻移除。經填充的隧道(213)允許組件以三維配置進行堆疊。
文檔編號H01L23/48GK101432868SQ200780014844
公開日2009年5月13日 申請日期2007年4月24日 優先權日2006年4月27日
發明者肯·M·蘭姆 申請人:愛特梅爾公司