專利名稱：半導體封裝及其制造方法
技術領域：
本發(fā)明涉及半導體封裝及其制造方法。
到目前為止，作為半導體封裝，有用于表面安裝LSI(大規(guī)模集成電路)的區(qū)域陣列BGA(球柵陣列)70，包括在其與印刷電路板的安裝面上的焊球端子，如

圖1所示。
這種BGA70包括半導體器件73，其包含第一絕緣襯底72并且安裝在第一絕緣襯底72上，和第二絕緣襯底75，其借助預浸漬片74層疊在第一絕緣襯底72上，如圖1所示。
第一絕緣襯底72是襯銅的層疊片，由例如作為基底的玻璃布和銅箔組成，玻璃布浸漬有環(huán)氧樹脂，銅箔粘合在其兩側，第一絕緣襯底72基本上形成為矩形形狀。第一絕緣襯底72具有形成在其一個表面上的導電圖形76，并且具有用于熱輻射片77的整體圖形，熱輻射片77通過使用光刻技術的印刷刻蝕法形成在另一個表面上。這個第一絕緣襯底72包括在其中央部位安裝半導體器件73的安裝部位79。在第一絕緣襯底72的安裝部位79的邊緣上，借助具有開口81的預浸漬片74層疊第二絕緣襯底75，第二絕緣襯底75具有用于在第一絕緣襯底72上安裝半導體器件73的開口80。通過穿孔第二絕緣襯底75的中央部位形成開口80，同時通過穿孔預浸漬片75的中央部位形成開口81。在第一絕緣襯底72中，由這個開口80和第一絕緣襯底72形成空腔82。采用熱固化粘結劑例如管芯鍵合劑83，通過空腔82在第一絕緣襯底72的安裝部位79上安裝半導體器件73。半導體器件73與形成在第一絕緣襯底72中的導電圖形76通過鍵合線84電連接?？涨?2用液態(tài)封裝樹脂86覆蓋并且通過熱工藝固化。這樣使空腔82的上表面平坦化，與第二絕緣襯底75的上表面齊平，可使BGA精確地安裝在主板上。
在第二絕緣襯底75一個表面上層疊的第一絕緣襯底72襯有銅箔，通過使用光刻技術的印刷蝕刻法布圖，形成焊料焊盤88和電連接焊料焊盤88的導電圖形89。在第二絕緣利底75的一個表面上，圍繞開口80形成多個這種焊料焊盤88。
在第二絕緣襯底75中鉆出金屬化通孔91，從第二絕緣襯底75的上表面延伸到第一絕緣襯底72的下表面。這樣，形成在第二絕緣襯底75上的導電圖形89、形成在第一絕緣襯底上的導電圖形76和形成在第一絕緣襯底上的用于熱輻射片77的整體圖形借助通孔91電連接。對于BGA，通過在每個焊料焊盤88上印刷焊糊形成多個焊球92。
在載有用于熱輻射片77的整體圖形的第一絕緣襯底72的表面上，利用粘結劑鍵合散熱片93。這樣可使偶然存儲在BGA70的熱量通過散熱片93消散，防止BGA70過熱。
通過形成在第二絕緣襯底75上表面的焊球92，BGA70安裝在主板上，焊球92與形成在主板上的導電層電連接。
同時，在需要減小尺寸和降低重量的電氣設備中，其中裝入的BGA也必須減小尺寸。然而，在封裝中用于涂敷密封樹脂86的空腔82的區(qū)域和第二絕緣襯底75的區(qū)域，焊球92和導體圖形可能僅僅設置在第二絕緣襯底75的上端，不能設置在空腔82上，從而增大了封裝區(qū)域。
而且，由于焊球和導體圖形的功能提供了半導體封裝和主板之間的電連接，對減小安裝面積產生了限制，使得其難以減小封裝尺寸因此，本發(fā)明的目的在于提供一種能夠在密封樹脂上裝載焊球以便減小封裝尺寸的半導體封裝，以及這種半導體封裝的制備方法。
按照一個方案，本發(fā)明提供一種半導體封裝，包括第一絕緣襯底，承載用于安裝半導體器件的安裝部位和與半導體器件電連接的第一導電圖形；圍繞第一絕緣襯底的安裝部位向上形成的側壁段；由第一絕緣襯底和側壁段限定的空腔，當半導體器件安裝在安裝部位時由樹脂密封；和第二絕緣襯底，設置在空腔和側壁段上并且承載第二導電圖形，第二導電圖形通過形成在側壁段中的通孔與第一導電圖形電連接。至少在第一絕緣襯底的一個表面上的空腔中設置焊料焊盤。
按照另一個方案，本發(fā)明提供一種半導體封裝的制備方法，包括以下工序在第一絕緣襯底上形成安裝部位，用于安裝半導體器件和電連接半導體器件所用的第一導電圖形；在第一絕緣襯底的一個表面上層疊襯墊，具有尺寸基本上與安裝部位相同的開口；在由第一絕緣襯底和襯墊中設置的開口所限定的安裝部位安裝半導體器件；在安裝部位安裝半導體器件之后用密封樹脂密封空腔；在襯墊上層疊第二絕緣襯底，其一個表面上承載有導電層；形成通孔，在第一導電圖形和導電層之間建立電連接；和至少在導電層的空腔中形成焊料焊盤。
在根據本發(fā)明的半導體封裝及其制備方法中，可以在樹脂密封的半導體器件的樹脂密封區(qū)域設置導電布線，作為安裝于樹脂密封的半導體器件的樹脂密封區(qū)域上的布線部位，可以具有焊球用于BGA和主板之間的導電連接。結果是樹脂密封的空腔表現(xiàn)為在主板上安裝BGA的有效區(qū)域。因此，半導體封裝不增加面積，以致能夠提供高熱輻射的小尺寸的半導體封裝。
圖1是傳統(tǒng)的BGA的剖面圖。
圖2是根據本發(fā)明的BGA的剖面圖。
圖3是根據本發(fā)明的BGA的平面圖。
圖4是根據本發(fā)明的BGA的底視平面圖。
圖5是承載焊盤和導體圖形的絕緣襯底的平面圖。
圖6是展示在絕緣襯底上層疊預浸漬片和絕緣襯底的方式的剖面圖。
圖7是承載側壁段的絕緣襯底的平面圖。
圖8是展示在空腔中裝載半導體器件的方式的剖面圖。
圖9是展示通過鍵合導線把半導體器件連接于導體圖形的方式的平面圖。
圖10是展示在容納半導體器件的空腔中密封樹脂的剖面圖。
圖11是展示層疊絕緣襯底，在絕緣片、側壁段和絕緣襯底中形成金屬化通孔的方式的剖面圖。
圖12是圖11所示絕緣片的平面圖。
圖13是展示在絕緣片形成通孔焊盤、焊料焊盤和導體圖形的方式的平面圖。
圖14是承載有用于熱輻射片的整體圖形的BGA的底視平面圖。
圖15是鍵合有熱輻射片的BGA的剖面圖。
參見附圖，將詳細說明根據本發(fā)明的半導體封裝所采用的BGA。圖2-4展示了根據本發(fā)明的BGA1。該BGA1是用于在一個整體表面上表面安裝LSI的區(qū)域陣列式封裝，多個焊料焊盤按柵格的方式設置在該表面上。這種BGA包括第一絕緣利底5，其上安裝有半導體器件2，并且其上形成有導電圖形4，圍繞安裝部位3向上形成的側壁段6，由第一絕緣襯底5和側壁段6限定的空腔7，其上形成焊料焊盤9的第二絕緣襯底10，和防止BGA1過熱的熱輻射片11。在BGA1的空腔7中，安裝半導體器件2并且填充密封樹脂12。
其上裝載半導體器件2的第一絕緣襯底5實質上是襯銅的層疊片，由浸漬環(huán)氧樹脂的作為基底材料的玻璃布組成。在第一絕緣襯底5的兩側粘附有銅箔。通過采用光刻技術的印刷蝕刻法對第一絕緣襯底5進行布圖，從而在其一個表面上形成導電圖形4，用于把安裝半導體器件2的安裝部位3電連接于圍繞安裝部位3安裝的半導體器件2。按照類似方式，在第一絕緣襯底5上形成散熱圖形15，用于經過熱輻射片11和用于通孔的焊盤16從封裝內部輻射熱量。
其上安裝半導體器件2的安裝部位3設置在第一絕緣襯底5的中央部位。使用粘結劑例如以后說明的管芯鍵合劑，把半導體器件2安裝在安裝部位3上。圍繞安裝部位3形成的導電圖形4，由圍繞第一絕緣襯底5一個表面的邊緣連續(xù)形成的焊盤21和從焊盤21朝向安裝部位3形成的圖形22構成，從而電連接到以后說明的鍵合線13。在焊盤21形成金屬化通孔26，以后將做說明。
在第一絕緣襯底5的另一個表面上形成用于熱輻射片15的整體圖形，從中心開始向第一絕緣襯底5的邊緣基本上是正方形的形狀。圍繞用于熱輻射片15的整體圖形設置通孔焊盤16，金屬化通孔26穿過其中。
圍繞第一絕緣襯底5向上形成的側壁段6由預浸漬片17和層疊在預浸漬片17上的襯墊襯底18構成。
使襯墊襯底18和第一絕緣襯底5成為一體的預浸漬片17，具有基本上是正方形的中央開口19，與安裝部位3基本擴及同一空間，并且形成為尺寸與第一絕緣襯底5相同的基本上是正方形的形狀。該預浸漬片17圍繞第一絕緣襯底5的邊緣層疊在焊盤21上，用做襯墊襯底18和第一絕緣襯底5的粘結層。與預浸漬片17類似地，襯墊襯底18具有基本上是正方形的中央開口23，并且與安裝部位3基本擴及同一空間，并且形成為尺寸與第一絕緣襯底5相同的基本上是正方形的形狀。該襯墊襯底18通過預浸漬片17圍繞第一絕緣襯底5的邊緣層疊。這樣在由側壁段6圍繞的區(qū)域中形成深度足以容納半導體器件2的空腔7?？涨?使設置在第一絕緣襯底5上的安裝部位3向外暴露。
在側壁段6中，形成在側壁段6的直立方向延伸的多個金屬化通孔26，以便穿過通孔焊盤25和焊盤21之間的區(qū)域，通孔焊盤25連續(xù)形成于層疊的第二絕緣襯底10的邊緣，焊盤21連續(xù)形成于第一絕緣襯底5的邊緣。
在設置于第一絕緣襯底5中的安裝部位3上，采用熱固性粘結劑例如管芯鍵合劑27，安裝承載預定電路的芯片狀半導體器件2，通過形成于第一絕緣襯底5的空腔7向外暴露。半導體器件2和在第一絕緣襯底5上形成的導電圖形4的圖形22采用鍵合線相互電連接。
其中容納半導體器件2的空腔7充滿密封樹脂12，以使其上表面與側壁段6齊平。密封樹脂12是液態(tài)熱固性樹脂，通過熱處理固化。這樣使BGA1的上表面平坦化，可使第二絕緣襯底10確實地層疊在其上。
層疊在襯墊襯底18上表面上的第二絕緣襯底10由襯銅層的片構成，該片由浸漬環(huán)氧樹脂的玻璃布和粘結在其一個表面上的銅箔組成。對這第二絕緣襯底10布圖形成焊料焊盤9，通過采用光刻技術的印刷蝕刻法，形成焊球8、形成有金屬化通孔26的通孔焊盤25、和電氣互連焊料焊盤9和通孔焊盤25的導體圖形31。通過預浸漬片28在側壁段6和空腔7上層疊第二絕緣襯底10，使其布圖面向外。
在第二絕緣襯底10的整個表面上按柵格方式形成焊料焊盤9。在焊料焊盤9上通過印刷和焊膏回流形成焊球9，用于提供主板和BGA1之間的互連。
在第一絕緣襯底5的相反側形成熱輻射片11，用于向外輻射BGA1的熱量，防止BGA1過熱。采用粘結劑32把熱輻射片11粘結在用于熱輻射片15的整體圖形和第一絕緣襯底5的一個表面上形成的通孔焊盤16上。這樣，在BGA1中，封裝內的熱量可以通過熱輻射片11向外消散，以便防止因過熱產生的故障。
通過回流焊，使安裝在第二絕緣襯底10上的焊球8壓向主板上的安裝表面，把BGA1連接在主板。這樣通過第二絕緣襯底10上形成的焊球8、導體圖形31和金屬化通孔26把BGA1電連接到主板。
采用根據本發(fā)明的BGA，可以在樹脂密封的半導體器件的樹脂密封區(qū)域的上部布線，作為部分布線而在BGA1和主板之間提供電互連的焊球8，可以安裝在BGA1的半導體器件2的密封區(qū)域。因此，樹脂密封的空腔代表有效的安裝區(qū)域，證實在BGA與主板的連接中沒有無效空間。所以，不增加封裝面積，實現(xiàn)了小尺寸高散熱的BGA。
可以按照如下方式制備上述BGA1。
首先，在浸漬環(huán)氧樹脂的玻璃布兩側粘結銅箔，形成由襯銅層疊片構成的第一絕緣襯底5。然后，如圖5所示，把第一絕緣襯底5形成為基本上是正方形的。使用其上印刷有對應于焊盤21和圖形22的圖形的光刻膜，通過采用光刻技術的印刷蝕刻法對第一絕緣襯底5的一個表面布圖。由此形成由焊盤21和圖形22所組成的導電圖形4，焊盤21沿第一絕緣襯底5的邊緣延伸形成，圖形22從這些焊盤21向在第一絕緣襯底5的中央部位所形成的安裝部位3延伸形成。第一絕緣襯底5的相反側整體襯有銅圖形20。
按類似方式，形成基本上記錄的預浸漬片17和襯墊襯底18，在預浸漬片17和襯墊襯底18的中央部位穿孔形成開口19、23。
然后，如圖6和7所示，通過襯墊襯底18在焊盤21上層疊尺寸與第一絕緣襯底5相同的襯墊襯底18，通過真空熱壓與第一絕緣襯底5成為一體，形成側壁段6。于是通過形成在其邊緣的側壁段6形成空腔7。
承載電路的半導體器件2裝載在空腔中，如圖8所示。通過粘結劑例如管芯鍵合劑27，把該半導體器件2裝載在第一絕緣襯底5的中央部位所形成的安裝部位3。然后采用未示出的導線鍵合裝置，用鍵合線對半導體器件2布線。
然后，如圖10所示，對容納半導體器件2的空腔7施加液態(tài)密封樹脂12。這種密封樹脂12是熱固性樹脂，例如環(huán)氧樹脂、蜜胺、苯酚或尿素塑料，通過未示出的熱處理工藝進行固化。按照這種方式，使BGA1的半導體器件2的密封區(qū)域基本上與側壁段6的上表面齊平。同時，在BGA1中，通過適當地拋光側壁段6或固化密封樹脂12的上表面，使側壁段6的上表面與密封區(qū)域齊平。
然后層疊尺寸與第一絕緣襯底5相同的第二絕緣襯底10，覆蓋側壁段6和密封樹脂12涂敷的區(qū)域。這種第二絕緣襯底10是層疊片，其一個表面襯有銅。具體地，第二絕緣襯底10是浸漬環(huán)氧樹脂的玻璃布，其一個表面襯有銅箔。通過尺寸與第一絕緣襯底5相同的預浸漬片28，層疊第二絕緣襯底10，襯有銅箔的表面向外，并通過真空熱壓與第一絕緣襯底5成為一體。
然后，如圖11和12所示，使用NC制球車床形成一系列通孔，穿過側壁段6和第一絕緣襯底5的兩側，沿第二絕緣襯底10的邊緣延伸。通過例如硫酸法、鉻酸法或等離子法的去污，對這些通孔進行去毛刺。然后通過電鍍或非電鍍鍍敷通孔26，形成金屬化通孔26。這些通孔26穿過第一絕緣襯底5中形成的焊盤21，用于提供形成在第一絕緣襯底5上的導電圖形4、第二絕緣襯底10和第一絕緣襯底5的相反表面上淀積的銅圖形20。
如圖13所示，然后通過采用光刻技術的印刷蝕刻法，利用載有焊料焊盤9、通孔焊盤25以及互連焊料焊盤9和通孔焊盤25的導體圖形31的光刻膜，在第二絕緣襯底10承載銅箔的表面上布圖形成焊料焊盤9、通孔焊盤25和導體圖形31。形成通孔焊盤25以使沿第二絕緣襯底10的邊緣連續(xù)形成的金屬化通孔26將位于焊盤中心，如圖13所示。這些焊料焊盤9和通孔焊盤25僅通過導體圖形31相互連接。
按照類似方式，在第一絕緣襯底5的相反表面上形成的銅圖形20中，沿用于熱輻射片15的整體圖形和第一絕緣襯底5形成一系列通孔焊盤16，如圖14所示。與通孔焊盤25類似地，形成通孔焊盤16以使金屬化通孔26將位于焊盤的中心。用于熱輻射片15的整體圖形形成為基本上是從中心向邊緣延伸的正方形。
在第一絕緣襯底5的相反表面上，利用粘結劑32固定熱輻射片11，覆蓋通孔焊盤16和用于熱輻射片15的整體圖形，如圖15所示。這種熱輻射片具有與第一絕緣襯底5相同的尺寸。按此方式，BGA1能夠通過熱輻射片11向外消散封裝中的熱量，防止因過熱產生的故障。
然后，如圖2和3所示，使用未示出的焊球安裝機或回流爐，在焊料焊盤9上裝載用于互連BGA1和主板的焊球8，制成BGA1，如圖2和3所示。
采用上述BGA的制造方法，由于能夠在樹脂密封的半導體器件的樹脂密封區(qū)域頂部形成布線，所以提供BGA1和主板之間連接的焊球8可以安裝在樹脂密封的半導體器件2的密封區(qū)域。因此，密封的空腔部位代表安裝的有效區(qū)域，證實BGA和主板的連接沒有無效空間，以致不增加封裝面積，提供具有高熱輻射的小尺寸BGA。
同時，除了采用光刻技術的印刷蝕刻法之外，采用任何公知的適當印刷方法，例如絲網印刷法，可以在第一絕緣襯底5和第二絕緣襯底10中形成各種導體圖形。
權利要求
1.一種半導體封裝，包括第一絕緣襯底，承載用于安裝半導體器件的安裝部位和與所述半導體器件電連接的第一導電圖形；圍繞所述第一絕緣襯底的所述安裝部位向上形成的側壁段；由所述第一絕緣襯底和側壁段限定的空腔，當所述半導體器件安裝在所述安裝部位時由樹脂密封；和第二絕緣襯底，設置在所述空腔中和所述側壁段上并且承載第二導電圖形，所述第二導電圖形通過形成在所述側壁段中的通孔與所述第一導電圖形電連接；其中至少在所述第一絕緣襯底的一個表面上的所述空腔中設置焊料焊盤。
2.根據權利要求1的半導體封裝，其中，在所述第一絕緣襯底的相反表面設置熱輻射片。
3.根據權利要求1的半導體封裝，其中，所述第一絕緣襯底是兩側襯銅的層疊片。
4.根據權利要求1的半導體封裝，其中，所述第二絕緣襯底是一側襯銅的層疊片。
5.一種半導體封裝的制備方法，包括以下工序在第一絕緣襯底上形成用于安裝半導體器件安裝部位和用于電連接半導體器件的第一導電圖形；層疊襯墊，該襯墊具有尺寸基本上與在所述第一絕緣襯底的一個表面中的所述安裝部位相同的開口；在由所述第一絕緣襯底和在所述襯墊中設置的開口所限定的安裝部位安裝半導體器件；在所述安裝部位安裝所述半導體器件之后用密封樹脂密封所述空腔；在所述襯墊上層疊第二絕緣襯底，其一個表面上承載有導電層；形成通孔，在所述第一導電圖形和所述導電層之間建立電連接；和至少在所述導電層的所述空腔中形成焊料焊盤。
6.根據權利要求5的方法，其中，所述第一絕緣襯底是兩側襯銅的層疊片。
7.根據權利要求5的方法，其中，所述第二絕緣襯底是一側襯銅的層疊片。
8.根據權利要求5的方法，還包括在形成所述第二導電圖形之后，在所述第一絕緣襯底的相反表面上設置熱輻射片。
全文摘要
一種能夠在密封樹脂上裝載焊球以便減小封裝面積的半導體封裝,以及這種半導體封裝的制備方法。實施該方法的裝置包括第一絕緣襯底5,承載用于安裝半導體器件2的安裝部位3和與半導體器件2電連接的第一導電圖形4;圍繞第一絕緣襯底的安裝部位向上形成的側壁段6;由第一絕緣襯底5和側壁段限定的空腔7,當半導體器件2安裝在安裝部位3時由密封樹脂12密封;和第二絕緣襯底10,設置在空腔和側壁段上并且承載第二導電圖形31,第二導電圖形31通過形成在側壁段6中的金屬化通孔26與第一導電圖形4電連接。在第二絕緣襯底10的一個整個表面上按柵格方式設置焊料焊盤9。
文檔編號H01L23/498GK1333560SQ01125458
公開日2002年1月30日 申請日期2001年7月7日 優(yōu)先權日2000年7月7日
發(fā)明者伊藤睦禎 申請人:索尼公司