專利名稱：用于使用犧牲金屬基礎(chǔ)的封裝類型的三維封裝方案的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及三維可堆疊半導(dǎo)體封裝，且更特定來說涉及用于具有犧牲金屬基礎(chǔ)的 封裝類型的三維可堆疊半導(dǎo)體封裝。
背景技術(shù)：
隨著半導(dǎo)體集成電路芯片變得更加多功能性及高集成性，所述芯片包括更多接合 墊(或端子墊)，且因此用于所述芯片的封裝具有更多的外部端子(或引線)。當(dāng)使 其引線沿封裝周長的常規(guī)塑料封裝必須容納大數(shù)量的引線時，所述封裝的覆蓋范圍增 大。然而，許多電子系統(tǒng)的目標(biāo)是使所述系統(tǒng)的總大小降到最低。因此，為容納大數(shù) 量的引腳而不增大封裝的覆蓋范圍，那么必須減小所述封裝的引腳間距(或引線間 距)。然而，小于約0.4 mm的引腳間距導(dǎo)致許多技術(shù)關(guān)注。舉例來說，修整具有小 于0.4 mm的引腳間距的封裝需要昂貴的修整工具，且引線易于在處置所述封裝期間 彎曲。此外，由于所需要的關(guān)鍵對準步驟，此類封裝的表面安裝需要成本高且復(fù)雜的 表面安裝工藝。
因此，為避免與常規(guī)微間距封裝相關(guān)聯(lián)的技術(shù)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芯片級封裝。半導(dǎo)體工業(yè)目前使用多個芯片 級封裝。微球柵陣列封裝(iaBGA)及凸塊芯片載體(BCQ為芯片級封裝的實例。所述 HBGA封裝包括其上形成有導(dǎo)電圖案的聚酰亞胺帶并采用與常規(guī)塑料封裝完全不同 的制造工藝。所述凸塊芯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，芯片級封裝使用增加封裝制造成本 的專門封裝材料及工藝。
圖1A至1C圖解說明用于制造無鉛BCC封裝的常規(guī)設(shè)備的平面圖及截面圖。參 照圖1A的平面圖，常規(guī)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(yīng)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(yīng)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(cè)平面圖，在蝕刻掉金屬載體101 (未在圖1C中顯示)之后， 凸塊墊109及電路小片墊111從囊封劑119的底表面121暴露。然后，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(guī)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 路板覆蓋范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(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是一種用于封裝半導(dǎo)體裝置的設(shè)備及方法。所述設(shè)備可應(yīng)用于使用犧牲金 屬基礎(chǔ)條的許多種類型的現(xiàn)代封裝方案。穿過包圍裝置及相關(guān)聯(lián)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(dǎo)體填充。經(jīng)填充的隧道從底部接觸墊延 伸到經(jīng)囊封區(qū)域的最高部分。所述犧牲金屬基礎(chǔ)條充當(dāng)鍍敷匯流條且在鍍敷之后被蝕 刻移除。所述經(jīng)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(fā)明應(yīng)用于多個電路小片或可堆疊封裝內(nèi)電路與電路小片的組合。然后，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(qū)域的總覆蓋范圍大小。
因此，在一個實例性實施例中，本發(fā)明為半導(dǎo)體封裝矩陣。所述半導(dǎo)體封裝矩陣 包括在所述矩陣內(nèi)并排布置成陣列且由鋸縫區(qū)域隔開的多個三維可堆疊半導(dǎo)體封裝。 所述鋸縫區(qū)域定位于所述多個三維可堆疊半導(dǎo)體封裝中的每一者的最外圍處。所述多 個三維可堆疊半導(dǎo)體封裝中的每一者包括用于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(qū)域及與電路小片安裝區(qū)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(jīng)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。所述最低部分處于與所述電路小片安裝區(qū)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(dǎo)電接觸隧道，所述導(dǎo)電接 觸隧道中的每一者相關(guān)聯(lián)且經(jīng)布置以在導(dǎo)電材料填充所述導(dǎo)電接觸隧道的情況下與 所述多個線接合墊中的對應(yīng)一者電連通。所述多個導(dǎo)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(fā)明還是一種封裝半導(dǎo)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(qū)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(yīng)線接合墊。提供具有多個導(dǎo)電接 觸隧道的模腔。所述接觸隧道經(jīng)布置使得所述多個導(dǎo)電接觸隧道設(shè)置于所述多個線接 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。 然后，用導(dǎo)電材料填充所述多個導(dǎo)電接觸隧道。


圖1A-1C顯示現(xiàn)有技術(shù)的凸塊芯片載體。圖2A-2E顯示根據(jù)本發(fā)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(chǔ)條201、多個電路小片安裝區(qū)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(qū)域203中的對應(yīng)電路小片安裝區(qū) 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(qū)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(chǔ)層可由導(dǎo)電非金屬材料構(gòu)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(shù)領(lǐng)域中已知，通常使用導(dǎo)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(guān)聯(lián)的電路小片安裝區(qū)域203。如所屬技術(shù)領(lǐng)域中的技術(shù) 人員將認識到，也可使用其它類型的粘合劑(例如，非導(dǎo)熱、導(dǎo)電及非導(dǎo)電等)或其 它安裝技術(shù)。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，那么使用多個接合線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囊封于制?；衔镏?。 通過定位于犧牲金屬基礎(chǔ)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(nèi)。所述制模化合物通常為由填充有二氧化硅及酐的環(huán)氧基材料組成的聚 合前驅(qū)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(guān)聯(lián)的電連接以及所述多個電路小片207。在此實施例中，管道定位于 所述多個線接合墊205中的每一者上方，從而在灌注并形成囊封215之后形成隧道 213。可通過將引腳或其它結(jié)構(gòu)置于模具中形成所述管道或后來添加所述管道(例如， 機器加工或焊接到模腔中的適當(dāng)位置)。路線217指示在后續(xù)切割操作中鋸縫將要經(jīng) 過的地方。
參照圖2B,隧道213己填充有導(dǎo)體以產(chǎn)生多個導(dǎo)電金屬觸點219。在具體實例 性實施例中，犧牲金屬基礎(chǔ)條210提供電解鍍敷工藝所需要的電連續(xù)性，因此可通過 填充隧道213 (圖2A)來制作多個導(dǎo)電金屬觸點219 (例如，銅)。然后，可視情況 用(舉例來說)鎳-金合金帽或其它貴金屬覆蓋用于制作所述多個導(dǎo)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(nèi)來制作所述多個導(dǎo)電金屬觸點219。另外，可使用導(dǎo)電環(huán)氧樹脂或 聚合物來填充隧道213。然后，將所述導(dǎo)電環(huán)氧樹脂固化到位。
然后，通過所屬技術(shù)領(lǐng)域中已知的工藝蝕刻移除(圖2C)犧牲金屬基礎(chǔ)條201。 舉例來說，可用金-鎳-金或鈀-金來鍍敷電路小片安裝區(qū)域及線接合墊，使得在蝕刻之后僅留下所述合金接合區(qū)域完整。然后，舉例來說，通過電路小片鋸或激光來將所述 電路小片單個化(圖2D)，從而產(chǎn)生第一251及第二 253經(jīng)封裝產(chǎn)品。
參照圖2E，以機械方式將單個化的第一251及第二 253經(jīng)封裝產(chǎn)品堆疊。所述 多個導(dǎo)電金屬觸點219允許一個層級(例如，在所述第一經(jīng)封裝產(chǎn)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(dǎo)電環(huán)氧樹脂、金屬接合(例 如，通過應(yīng)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(jīng)封裝產(chǎn)品253)。因此，不存在對可堆疊的封裝數(shù)量的限制。
在上述說明書中，己參照本發(fā)明的具體實施例說明了本發(fā)明。然而，將對所屬技 術(shù)領(lǐng)域中的技術(shù)人員顯而易見的是，可在不背離所附權(quán)利要求書中所論述的本發(fā)明的 較寬廣精神及范圍的情況下對本發(fā)明做出各種修改及改變。舉例來說，所屬技術(shù)領(lǐng)域 中的技術(shù)人員將了解，本發(fā)明的實施例可容易地應(yīng)用于TAPP⑧(薄陣列塑料封裝)、 ULGA (超薄焊盤柵格陣列)、BCC (凸塊芯片載體)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(quán)利要求
1、一種三維可堆疊半導(dǎo)體封裝，其包含至少一個電路小片安裝區(qū)域，所述至少一個電路小片安裝區(qū)域經(jīng)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(qū)域大致共面，所述多個線接合墊中的每一者經(jīng)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，所述最低部分處于與所述至少一個電路小片安裝區(qū)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(dǎo)電接觸隧道，所述多個導(dǎo)電接觸隧道中的每一者相關(guān)聯(lián)且經(jīng)布置以在導(dǎo)電材料填充所述導(dǎo)電接觸隧道時即刻與所述多個線接合墊中的對應(yīng)一者電連通，所述多個導(dǎo)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(quán)利要求1所述的三維可堆疊半導(dǎo)體封裝，其進一步包含犧牲金屬基礎(chǔ)層， 所述犧牲金屬基礎(chǔ)層充當(dāng)所述至少一個電路小片安裝區(qū)域及所述多個線接合墊的安 裝基礎(chǔ)及電觸點。
3、 如權(quán)利要求2所述的三維可堆疊半導(dǎo)體封裝，其中所述犧牲金屬基礎(chǔ)層經(jīng)配 置以在于所述制模帽內(nèi)形成囊封制模化合物時即刻被蝕刻移除。
4、 一種封裝半導(dǎo)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(qū)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(yīng)者；提供具有多個導(dǎo)電接觸隧道的模腔，使得所述多個導(dǎo)電接觸隧道中的每一者的第一端設(shè)置在所述多個線接合墊中的相關(guān)聯(lián)者上方并與其接觸；用制模化合物囊封所述電組件及所述多個接合線，所述制?；衔锎笾律咸畛渌?述模腔；及用導(dǎo)電材料填充所述多個導(dǎo)電接觸隧道。
5、 如權(quán)利要求4所述的方法，其進一步包含將所述導(dǎo)電填充材料選擇為大致上 由銅組成。
6、 如權(quán)利要求4所述的方法，其進一步包含提供導(dǎo)電覆蓋材料以設(shè)置于所述經(jīng) 填充導(dǎo)電接觸隧道的暴露端上方。
7、 如權(quán)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(quán)利要求4所述的方法，其進一步包含從所述經(jīng)封裝的半導(dǎo)體裝置蝕刻移 除犧牲基礎(chǔ)材料。
9、 如權(quán)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(dǎo)體裝置封裝。
10、如權(quán)利要求9所述的方法，其進一步包含將第一經(jīng)封裝半導(dǎo)體裝置上的所述 多個經(jīng)填充導(dǎo)電接觸隧道中的每一者電耦合到第二經(jīng)封裝半導(dǎo)體裝置上的所述多個 經(jīng)填充導(dǎo)電接觸隧道中的每一者。
全文摘要
一種用于封裝半導(dǎo)體裝置的設(shè)備及方法。所述設(shè)備可應(yīng)用于使用犧牲金屬基礎(chǔ)條的許多種類型的現(xiàn)代封裝方案。穿過包圍裝置(207)及相關(guān)聯(lián)的接合線(211)的囊封區(qū)域(215)形成的隧道(213)通過(舉例來說)電鍍填充有金屬導(dǎo)體并從底部接觸墊(205)延伸到經(jīng)囊封區(qū)域(215)的最高部分。犧牲金屬基礎(chǔ)條(201)充當(dāng)鍍敷匯流條且在鍍敷之后被蝕刻移除。經(jīng)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(yōu)先權(quán)日2006年4月27日
發(fā)明者肯·M·蘭姆 申請人:愛特梅爾公司