專利名稱：半導體立體封裝構造的制作方法
技術領域：
本發(fā)明是有關于半導體裝置，特別是有關于一種半導體立體封裝構造。
背景技術：
在現(xiàn)今半導體封裝技術中，為了達到多功能、高作動功率的需求，因而衍生出一種半導體封裝件互相堆棧的封裝結構產(chǎn)品，即是堆棧式封裝層迭(stacked package onpackage, POP),或又可稱為立體封裝(3D package)。POP由獨立的兩個封裝組件經(jīng)封裝與測試后再以表面黏著方式迭合，以組合為一種不占用表面接合面積的高密度整合裝置，可以減少多種集成電路制程整合與單一封裝的不合格率風險，進而提聞廣品合格率。故POP封裝是一種新興的、封裝技術成熟的、且成本最低的系統(tǒng)封裝解決方案，特別適用于整合復雜的、多種的邏輯組件與內(nèi)存。
圖I是現(xiàn)有的一種半導體立體封裝構造在組合之前的截面示意圖，圖2是該半導體立體封裝構造在組合之后的截面示意圖。該半導體立體封裝構造100包括下層的一底封裝件110以及上層的一上層封裝件120,兩者是利用表面黏著技術(surface mounttechnology, SMT)經(jīng)由焊球123焊接在一起。該底封裝件110的一第一基板111的上表面IllA設置有一第一芯片112以及復數(shù)個轉(zhuǎn)接墊114，該些轉(zhuǎn)接墊114是供該些焊球123接合的接合設置。一第一封膠體115形成在該第一基板111的上表面IllA并包覆該第一芯片112。該第一基板111的下表面IllB形成有復數(shù)個外接端子113，以供外表面接合至一印刷電路板10。該上層封裝件120接合于該底封裝件110之上。該上層封裝件120的一第二基板121的上表面121A設置有至少一第二芯片122，一第二封膠體125形成在該第二基板121的上表面121A以包覆該第二芯片122。該些焊球123形成在該第二基板121的下表面121B。在回焊(reflowing)時該些焊球123對準并接合至下方的該些轉(zhuǎn)接墊114，以將該上層封裝件120堆棧并電性連接至該底封裝件110。在適當?shù)幕睾笢囟认?，該上層封裝件120經(jīng)由該些焊球123表面接合至該底封裝件110的該些轉(zhuǎn)接墊114。該底封裝件110經(jīng)由該些外接端子113表面接合至該印刷電路板10。然而，如圖2所示，在熱循環(huán)試驗與實際運算等各種加熱過程中，因不同材料間的熱膨脹系數(shù)(Coefficient of Thermal Expansion, CTE)差異在封裝堆棧中會產(chǎn)生應力，特別容易引起該第一基板111的翅曲(warpage)現(xiàn)象,這會造成該些外接端子113的空焊或假焊(如圖2的空焊處113A)或是該些焊球123的焊點斷裂(如圖2的焊點斷裂處123A)等接合不良，而降低半導體立體封裝的可靠度。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，本發(fā)明的主要目的在于提供一種半導體立體封裝構造，可增進被嵌埋焊球的接合并有效減輕底封裝件的基板翹曲，以此解決現(xiàn)有POP堆棧的接合焊點斷裂而產(chǎn)生上下封裝件之間電性連接失敗的問題。本發(fā)明的目的及解決其技術問題是采用以下技術方案來實現(xiàn)的。本發(fā)明公開一種半導體立體封裝構造，包含一底封裝件、一上層封裝件以及一異方性導電黏著層。該底封裝件包含一第一基板、至少一設于該第一基板的第一芯片、復數(shù)個設于該第一基板下方的外接端子以及復數(shù)個轉(zhuǎn)接墊，其中該些轉(zhuǎn)接墊設置于該第一基板的上表面周邊。該上層封裝件接合于該底封裝件之上，該上層封裝件包含一第二基板、至少一設于該第二基板的第二芯片以及復數(shù)個焊球，其中該些焊球設置于該第二基板的下表面周邊。該異方性導電黏著層介設于該底封裝件與該上層封裝件之間并具有一中央開口，以黏接該第一基板的該上表面周邊與該第二基板的該下表面周邊。其中，該異方性導電黏著層內(nèi)具有復數(shù)個導電粒子，其中該些焊球嵌陷于該異方性導電黏著層內(nèi)，并包覆部分該些導電粒子進而接合至該些轉(zhuǎn)接墊。本發(fā)明的目的及解決其技術問題還可采用以下技術措施進一步實現(xiàn)。在前述的半導體立體封裝構造中，該些被包覆的導電粒子可大致集中于該些焊球朝向該些轉(zhuǎn)接墊的下半部。

在前述的半導體立體封裝構造中，該些焊球在回焊后可為細長弧狀。在前述的半導體立體封裝構造中，該異方性導電黏著層的厚度可大于該些焊球回焊前的高度。在前述的半導體立體封裝構造中，每一焊球可包含一被焊料包覆的柱核心。在前述的半導體立體封裝構造中，該底封裝件可包含一第一封膠體，形成于該第一基板上，以密封該第一芯片，并且該上層封裝件包含一第二封膠體，形成于該第二基板上，以密封該第二芯片。在前述的半導體立體封裝構造中，該第一封膠體可小于該異方性導電黏著層的該中央開口，而局部覆蓋該第一基板的上表面，以顯露該第一基板的上表面周邊，并且該第二封膠體完整覆蓋該第二基板的上表面。在前述的半導體立體封裝構造中，該第一芯片可為控制器芯片，而該第二芯片可為內(nèi)存芯片。在前述的半導體立體封裝構造中，該異方性導電黏著層可為單層結構。在前述的半導體立體封裝構造中，該異方性導電黏著層可為多層結構而具有一下層結構與一上層結構，其中該下層結構鄰近該第一基板，并具有多于該上層結構的導電粒子。由以上技術方案可以看出，本發(fā)明的半導體立體封裝構造，具有以下優(yōu)點與功效一、可由將異方性導電黏著層介設于上下封裝件之間并具有一中央開口，以黏接下基板的上表面周邊與上基板的下表面周邊作為其中之一的技術手段，可增進被嵌埋焊球的接合并有效減輕底封裝件的基板翹曲，而可解決現(xiàn)有接合焊點斷裂而造成上下封裝件之間電性連接失敗的問題。二、可由焊球包覆部分的導電粒子進而接合至轉(zhuǎn)接墊作為其中之一的技術手段，可強化焊球與轉(zhuǎn)接墊之間的接合強度。三、可由異方性導電黏著層包覆焊球作為其中之一的技術手段，可密封保護作為芯片接點的焊球，避免外界污染。


圖I是一種現(xiàn)有的半導體立體封裝構造在組合之前的截面示意圖。圖2是現(xiàn)有的半導體立體封裝構造在組合之后基板產(chǎn)生彎曲的截面示意圖。圖3是依據(jù)本發(fā)明的第一具體實施例的一種半導體立體封裝構造在組合之前的截面示意圖。圖4是依據(jù)本發(fā)明的第一具體實施例的半導體立體封裝構造在組合之后的截面示意圖。圖5是圖4的局部放大截面示意圖。圖6是依據(jù)本發(fā)明的第一具體實施例的一變化實施例，繪示一半導體立體封裝構造的局部放大截面示意圖。 圖7是依據(jù)本發(fā)明的第二具體實施例的另一種半導體立體封裝構造在組合之前的截面示意圖。圖8是依據(jù)本發(fā)明的第二具體實施例的半導體立體封裝構造在組合之后的截面示意圖。主要組件符號說明10印刷電路板20印刷電路板30異方性導電黏著層31導電粒子32中央開口100半導體立體封裝構造110底封裝件111第一基板11IA上表面11IB下表面112第一芯片113外接端子113A外接端子之空焊處 114轉(zhuǎn)接墊115第一封膠體120上層封裝件121第二基板12IA上表面121B下表面122第二芯片123焊球123A焊球之焊點斷裂處125第二封膠體200半導體立體封裝構造210底封裝件211第一基板21IA上表面21IB下表面211C第一外接墊211D第一接指212第一芯片212A第一焊墊213外接端子214轉(zhuǎn)接墊215第一封膠體216第一焊線220上層封裝件221第二基板221A上表面221B下表面221C第二外接墊221D第二接指222第二芯片222A第二焊墊223焊球224柱核心225第二封膠體226第二焊線
230異方性導電黏著層231中央開口232導電粒子300半導體立體封裝構造330異方性導電黏著層331下層結構332上層結構333導電粒子
具體實施例方式以下將配合附圖詳細說明本發(fā)明的實施例，然應注意的是，該些附圖均為 簡化的示意圖，僅以示意方法來說明本發(fā)明的基本架構或?qū)嵤┓椒?，故僅顯示與本案有關的組件與組合關系，圖中所顯示的組件并非以實際實施的數(shù)目、形狀、尺寸做等比例繪制，某些尺寸比例與其它相關尺寸比例或已夸張或是簡化處理，以提供更清楚的描述。實際實施的數(shù)目、形狀及尺寸比例為一種選置性的設計，詳細的組件布局可能更為復雜。依據(jù)本發(fā)明的第一具體實施例，一種半導體立體封裝構造舉例說明于圖3在組合之前的截面示意圖，以及圖4在組合之后的截面示意圖。該半導體立體封裝構造200主要包含一底封裝件210、一上層封裝件220以及一異方性導電黏著層230。該底封裝件210包含一第一基板211、至少一設于該第一基板211的第一芯片212、復數(shù)個設于該第一基板211下方的外接端子213以及復數(shù)個轉(zhuǎn)接墊214，其中該些轉(zhuǎn)接墊214設置于該第一基板211的上表面211A周邊。該些外接端子213可包含焊球、錫膏、接觸墊或接觸針。在本實施例中，該些外接端子213包含焊球，使該底封裝件210為球格數(shù)組封裝架構。該些外接端子213可表面接合至一印刷電路板20。該上層封裝件220接合于該底封裝件210之上，該上層封裝件220包含一第二基板221、至少一設于該第二基板221的第二芯片222以及復數(shù)個焊球(solder ball) 223，其中該些焊球223設置于該第二基板221的下表面221B周邊。該些焊球223可為錫鉛合金或是無鉛焊球，例如由錫96. 5% -銀3% -銅0. 5%的無鉛焊料構成。當該些焊球223到達回焊溫度約攝氏217度以上，最高回焊溫度約為攝氏245度時能產(chǎn)生焊接的濕潤性。該些焊球223可由植球形成,或可先以印刷、電鍍或沾印方式先將焊料(solder paste)形成在該下表面221B的復數(shù)個第二外接墊221C上，再回焊成球狀。后續(xù)在形成該異方性導電黏著層230之后,亦可經(jīng)由回焊(reflowing)以使該些焊球223熔化接合至該第一基板211的該些轉(zhuǎn)接墊214并形成電性藕接與機械結合關系(如圖4所示)。因此，該上層封裝件220是利用該些焊球223穿過該異方性導電黏著層230并表面接合至該底封裝件210。具體而言，該底封裝件210可包含一第一封膠體215，該第一封膠體215可形成于該第一基板211上，以密封該第一芯片212,并且該上層封裝件220可包含一第二封膠體225，該第二封膠體225形成于該第二基板221上，以密封該第二芯片222。細部而言，該些基板211、221可為FR-4、FR_5或BT樹脂(resin)等玻璃纖維強化樹脂構成的多層印刷電路板(multi-layer printed wiring board)或是如聚亞酰胺材質(zhì)的軟性電路板。該些芯片212、222可利用一雙面膠帶、液態(tài)環(huán)氧粘膠或是B階(半固化)膠體而分別黏貼在該些基板211、221的上表面211A、221A?？衫脧蛿?shù)個第一焊線216連接該第一芯片212的復數(shù)個第一焊墊212A與該第一基板211的復數(shù)個第一接指211D。之后，再以該第一封膠體215密封該些第一焊線216與該第一芯片212以防止水氣侵入，以完成該底封裝件210。同樣地，可利用復數(shù)個第二焊線226連接該第二芯片222的復數(shù)個第二焊墊222A與該第二基板221的復數(shù)個第二接指221D，再以該第二封膠體225密封該些第二焊線226與該第二芯片222，以完成該上層封裝件220。更細部而言，該些第一焊墊212A與該些第二焊墊222k可單(多)排排列在該第一芯片212與該第二芯片222主動面的周邊，做為連接集成電路的對外端點，通常該些第一焊墊212A與該些第二焊墊222k為鋁或銅材質(zhì)的焊墊。進一步來說，該第一芯片212可為控制器芯片，而該第二芯片222可為內(nèi)存芯片，分別形成在不同封裝件內(nèi)，以達到系統(tǒng)封裝的整合。在本實施例中，該上層封裝件220所包含的第二芯片222可為復數(shù)個，該第二基板221的復數(shù)個第二接指221D設置在該第二基板221的周邊，可不設有轉(zhuǎn)接墊，以使該第二基板221周邊具有更大的空間可供設置更多的第二接指221D以供電性連接更多的第二芯片222?；蛘?，該上層封裝件220的上表面221A周邊也可設有轉(zhuǎn)接墊，以供堆棧更多的上層封裝件。而該底封裝件210與該上層封裝件220可為在表面接合尺寸上完全相同的封裝件，以利用相同的表面接合設備進行立體堆棧。再如圖3與圖4所示，該異方性導電黏著層230介設于該底封裝件210與該上層 封裝件220之間并具有一中央開口 231，以黏接該第一基板211的該上表面211A周邊與該第二基板221的該下表面221B周邊，以增加該第一基板211與該第二基板221的結合強度及加強該些焊球223的密封保護。故在熱循環(huán)試驗等各種加熱過程中，可增進被嵌埋焊球的接合并有效減輕底封裝件的基板翹曲，而可減少接合焊點斷裂而產(chǎn)生上下封裝件之間電性連接失敗的問題。相對當前未使用異方性導電黏著層的封裝件堆棧，焊球之間皆為空隙且上層封裝件的高度無法填入膠體，便使得下層封裝件的基板容易變形，并且特定位置的焊球，特別是角隅處的焊球完全曝露于熱應力的作用之下，反復性的熱循環(huán)會使特定焊球發(fā)生氧化、結構破壞或金屬疲勞，而造成焊球焊接處的斷裂。具體而言，該異方性導電黏著層230可為異方性導電膠(anisotropic conductivepaste, ACP)或異方性導電膜(anisotropic conductive film, ACF)。該異方性導電黏著層230為樹脂內(nèi)混有適當比例的復數(shù)個導電粒子232而成。通常該些導電粒子232具有相等的粒徑與適當均勻的散布密度，以避免該異方性導電黏著層230產(chǎn)生直接的導電性。該些導電粒子232的粒徑遠小于該些焊球223的球徑，至少在五分之一以下，有利于被焊球包覆。此外，該些導電粒子232的耐熱熔點應大于該些焊球223的回焊溫度，該些導電粒子232例如可為銀粉或是表面鍍有金的耐高溫粒子。較佳地，該異方性導電黏著層230的厚度可略大于該些焊球223回焊前的高度，以具有足夠高度可黏接到該第一基板211的該上表面211A周邊與該第二基板221的該下表面221B周邊。在進行該底封裝件210與該上層封裝件220堆棧并進行回焊時，該異方性導電黏著層230嵌埋住該些焊球223，可密封保護作為芯片接點的焊球223，達到避免外界污染。并且，在回焊時，該些導電粒子232可幫助該些焊球223的接合，當該些焊球223包覆部分的該些導電粒子232體積會變大，進而接合至該些轉(zhuǎn)接墊214，可增加該些焊球223與該些轉(zhuǎn)接墊214之間的接合，使該底封裝件210與該上層封裝件220達成電性連接。較佳地，在被包覆的該些導電粒子232幫助下，可使該些焊球223在回焊后為細長弧狀，以避免造成相鄰焊球223橋接而短路。本發(fā)明特別適用于封膠體大小不同的多封裝件堆棧架構，該第一封膠體215可小于該異方性導電黏著層230的該中央開口 231而局部覆蓋該第一基板211的上表面211A,以顯露該第一基板211的上表面211A周邊，并且該第二封膠體225完整覆蓋該第二基板221的上表面221A。換言之,該異方性導電膠層230局部形成在該第一基板211的該上表面211A并形成有該中央開口 231，若以俯視圖來看可形成一“回”字，該中央開口 231的位置是供設置該第一芯片212與該第一封膠體215。利用該異方性導電膠層230的介設以及該些焊球223包覆部分的導電粒子232，可以壓制住較小封膠體的該底封裝件210的基板翹曲度并且不影響上下封裝件的電性連接。請參閱圖4與圖5所示，在本實施例中，在該異方性導電黏著層230可為單層結構。該些導電粒子232被該些焊球223包覆，相對使得該異方性導電黏著層230在膠體內(nèi)的導電粒子比例降低，可降低該些導電粒子232之間被導電粒子不當?shù)膶C率。因此,當進行熱循環(huán)試驗(thermal cycle test)等有加熱基板的動作時,該異方性導電黏著層230對上下基板的黏接可使該兩基板211與221的翹曲程度差異大致相近，增進被嵌埋焊球的接合并有效減輕底封裝件的基板翹曲，而可減少接合焊點斷裂而產(chǎn)生上下封裝件之間電性連接失敗的問題。較佳地，該異方性導電膠層230可具有較高的楊氏系數(shù)，即在固化后在承受一固定應力下比起該第一基板211與該第二基板221的應變量更小， 即可發(fā)揮中間結構支撐體的功效。如圖6的局部放大圖所示，在一變化實施例中，每一焊球223可包含一被焊料包覆的柱核心224。詳細而言，該些柱核心224可為非回焊性凸塊(non-reflow bump),如金凸塊、銅凸塊、鋁凸塊或高分子導電凸塊，該些柱核心224的形狀可為方塊狀、圓柱狀、細柱狀、錐形狀、半球狀或球狀。較佳地，該些柱核心224可為柱狀導體,例如銅柱(copperpillar)，其具有耐高溫與不變形的特性，能使該些柱核心224發(fā)揮良好的間隔維持作用，不會在回焊過程中造成該些焊球223的過度潰陷并可限制被包覆導電粒子在該些焊球223的下半部。再如圖3所示，較佳地，為進一步避免該第一基板211的翹曲而造成該些外接端子213焊點斷裂或接合不良，可在該印刷電路板20上表面周邊設置有一異方性導電黏著層30。該異方性導黏著層30的材質(zhì)可相同于前述的異方性導電黏著層230。即以上下結構強化框體固定住該第一基板211。該異方性導電黏著層30內(nèi)亦具有復數(shù)個導電粒子31，該異方性導電黏著層30可具有一中央開口 32而僅包覆設置有該些外接端子213的部位，未設置有該些外接端子213的部位則可省略該異方性導電黏著層30的使用，以節(jié)省材料用量。在本發(fā)明的第二具體實施例中，公開了另一種半導體立體封裝構造，說明于圖7接合前的截面示意圖，以及圖8接合后的截面示意圖。該半導體立體封裝構造300主要包含一底封裝件210、一上層封裝件220以及一異方性導電黏著層330。主要組件大體與第一具體實施例相同，相同圖號的組件不再詳細贅述。該異方性導電黏著層330介設于該底封裝件210與該上層封裝件220之間并具有一中央開口 231,以黏接該第一基板211的該上表面211A周邊與該第二基板221的該下表面221B周邊。在本實施例中，該異方性導電黏著層330可為多層結構而具有一下層結構331與一上層結構332，其中該下層結構331鄰近該第一基板211并具有多于該上層結構332的導電粒子333。并且，該下層結構331的厚度可小于該上層結構332的厚度，使得該些導電粒子333集中在該異方性導電黏著層330的下層，用以增加被該些焊球223包覆的數(shù)量并減少在膠層內(nèi)對該些焊球223之間側向?qū)ǖ臋C率。
在一具體實施例中，該上層結構332可例如為一絕緣膠層而不具有導電粒子。在一高溫回焊溫度下，該些焊球223可包覆更多的導電粒子333進而接合至該些轉(zhuǎn)接墊214，以增強該些焊球223與該些轉(zhuǎn)接墊214之間的接合，以使該底封裝件210與該上層封裝件220達成電性連接。因此，該異方性導電黏著層330的厚度選擇可以略大于該些焊球223回焊前的球徑，不會影響電性連接并可確保上下封裝件的基板黏接。因此，本發(fā)明可由將異方性導電黏著層介設于上下封裝件之間并具有一中央開口，以黏接下基板的上表面周邊與上基板的下表面周邊作為其中之一的技術手段，在加熱過程中，可增進被嵌埋焊球的接合并有效減輕底封裝件的基板翹曲，而可減少接合焊點斷裂而產(chǎn)生上下封裝件之間電性連接失敗的問題。以上所述，僅是本發(fā)明的較佳實施例而已，并非對本發(fā)明作任何形式上的限制，雖然本發(fā)明已以較佳實施例公開如上，然而并非用以限定本發(fā)明，任何熟悉本項技術者，在不脫離本發(fā)明的技術范圍內(nèi)，所作的任何簡單修改、等效性變化與修飾，均仍屬于本發(fā)明的技 術范圍內(nèi)。
權利要求
1.一種半導體立體封裝構造，其特征在于，包含 一底封裝件，包含一第一基板、至少一設于該第一基板的第一芯片、復數(shù)個設于該第一基板下方的外接端子以及復數(shù)個轉(zhuǎn)接墊，其中該些轉(zhuǎn)接墊設置于該第一基板的上表面周邊； 一上層封裝件，接合于該底封裝件之上，該上層封裝件包含一第二基板、至少一設于該第二基板的第二芯片以及復數(shù)個焊球，其中該些焊球設置于該第二基板的下表面周邊；以及 一異方性導電黏著層，介設于該底封裝件與該上層封裝件之間并具有一中央開口，以黏接該第一基板的該上表面周邊與該第二基板的該下表面周邊； 其中，該異方性導電黏著層內(nèi)具有復數(shù)個導電粒子，其中該些焊球嵌陷于該異方性導電黏著層內(nèi)，并包覆部分該些導電粒子，進而接合至該些轉(zhuǎn)接墊。
2.根據(jù)權利要求I所述的半導體立體封裝構造，其特征在于，該些被包覆的導電粒子大致集中于該些焊球朝向該些轉(zhuǎn)接墊的下半部。
3.根據(jù)權利要求2所述的半導體立體封裝構造，其特征在于，該些焊球在回焊后為細長弧狀。
4.根據(jù)權利要求I所述的半導體立體封裝構造，其特征在于，該異方性導電黏著層的厚度大于該些焊球回焊前的高度。
5.根據(jù)權利要求I所述的半導體立體封裝構造，其特征在于，每一焊球包含一被焊料包覆的柱核心。
6.根據(jù)權利要求I所述的半導體立體封裝構造，其特征在于，該底封裝件包含一第一封膠體，形成于該第一基板上，以密封該第一芯片，并且該上層封裝件包含一第二封膠體，形成于該第二基板上，以密封該第二芯片。
7.根據(jù)權利要求6所述的半導體立體封裝構造，其特征在于，該第一封膠體小于該異方性導電黏著層的該中央開口，而局部覆蓋該第一基板的上表面，以顯露該第一基板的上表面周邊，并且該第二封膠體完整覆蓋該第二基板的上表面。
8.根據(jù)權利要求7所述的半導體立體封裝構造，其特征在于，該第一芯片為控制器芯片，而該第二芯片為內(nèi)存芯片。
9.根據(jù)權利要求I至8中任一項所述的半導體立體封裝構造，其特征在于，該異方性導電黏著層為單層結構。
10.根據(jù)權利要求I至8中任一項所述的半導體立體封裝構造，其特征在于，該異方性導電黏著層為多層結構而具有一下層結構與一上層結構，其中該下層結構鄰近該第一基板，并具有多于該上層結構的導電粒子。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種半導體立體封裝構造，包含底封裝件與接合在上方的上層封裝件。底封裝件的基板上表面周邊設置有轉(zhuǎn)接墊。上層封裝件的基板下表面周邊設置有焊球。具有一中央開口的異方性導電黏著層介設于底封裝件與上層封裝件之間，并黏接兩基板的上下表面周邊。其中，異方性導電黏著層內(nèi)具有復數(shù)個導電粒子，焊球嵌陷于該異方性導電黏著層內(nèi)并包覆部分導電粒子，進而接合至轉(zhuǎn)接墊，可增進被嵌埋焊球的接合并有效減輕底封裝件的基板翹曲，進而能避免因接合焊點斷裂而產(chǎn)生上下封裝件之間電性連接失敗的問題。
文檔編號H01L23/31GK102738101SQ20111009221
公開日2012年10月17日 申請日期2011年4月13日 優(yōu)先權日2011年4月13日
發(fā)明者陳永祥 申請人:華東科技股份有限公司