專利名稱：制造具有降低的濕度靈敏性的半導(dǎo)體封裝的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及集成電路(IC)的封裝，更具體地，涉及一種具有降低的濕度靈敏性的半導(dǎo)體封裝以及該半導(dǎo)體封裝的制造方法。
背景技術(shù)：
大多數(shù)半導(dǎo)體封裝包括BT(三氮烯雙馬來酰亞胺)和FR4(阻燃劑類型4織物玻璃加固環(huán)氧樹脂)襯底。通常BT和FR4襯底注有焊料掩模材料，公知該材料吸收濕氣。因此，半導(dǎo)體封裝通過擴(kuò)散從周圍環(huán)境吸收濕氣。當(dāng)在處理期間進(jìn)行加熱時，由半導(dǎo)體封裝吸收的濕氣蒸發(fā)，在半導(dǎo)體封裝內(nèi)造成內(nèi)部應(yīng)力。由蒸發(fā)的濕氣施加的內(nèi)部應(yīng)力經(jīng)常導(dǎo)致界面分層(interfacial delamination)，在更嚴(yán)重的情況下，外部封裝裂縫，這二者都導(dǎo)致封裝失效。因此，半導(dǎo)體封裝內(nèi)濕氣的存在降低了半導(dǎo)體封裝的可靠性。
鑒于上述情況，需要一種具有降低的濕度靈敏性的半導(dǎo)體封裝以及制造這種半導(dǎo)體封裝的方法。


結(jié)合附圖閱讀，將更好地理解發(fā)明的下述優(yōu)選實(shí)施例。本發(fā)明通過示例的方式描述且不受附圖的限制，其中相似的附圖標(biāo)記表示相似的部件。應(yīng)當(dāng)理解，附圖不是按比例繪制的，并且為了易于理解發(fā)明而進(jìn)行了簡化。
圖1是依照發(fā)明的實(shí)施例耦合到襯底的多個集成電路(IC)小片(dice)的放大的截面圖；圖2是連接到圖1的襯底的焊料球的放大的截面圖；圖3是連接到圖2的第一級半導(dǎo)體封裝的IC小片的介入物(interposer)的放大的截面圖；圖4是在圖3的第一級半導(dǎo)體封裝上進(jìn)行的模塑(molding)操作的放大的截面圖；
圖5是被封裝的、圖4的第一級半導(dǎo)體封裝的放大的截面圖，該第一級半導(dǎo)體封裝被分割(singulate)以形成單個的第二級半導(dǎo)體封裝和圖6是圖5的第二級半導(dǎo)體封裝中的一個的放大的截面圖。

發(fā)明內(nèi)容
下面結(jié)合附圖闡述的詳細(xì)說明意指本發(fā)明當(dāng)前的優(yōu)選實(shí)施例的說明，而不是代表實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的僅有形式。應(yīng)當(dāng)理解，通過包含于本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)的不同實(shí)施例能夠?qū)崿F(xiàn)相同的或等同的功能。附圖中，使用相似的符號表示相似的部件。
本發(fā)明提供一種制造半導(dǎo)體封裝的方法，包括步驟將集成電路(IC)小片放置在襯底的第一側(cè)并將IC小片電連接到襯底的第一側(cè)。將多個第一焊料球連接到襯底的第二側(cè)。將介入物連接至IC小片。執(zhí)行模塑操作以封裝IC芯片、襯底、至少部分介入物和至少部分第一焊料球。
本發(fā)明還提供一種制造多個半導(dǎo)體封裝的方法，包括步驟將多個集成電路(IC)小片放置在襯底的第一側(cè)并將IC小片電連接到襯底的第一側(cè)。將多個第一焊料球連接到襯底的第二側(cè)。將介入物連接至IC小片。執(zhí)行模塑操作以密封IC小片、襯底、至少部分介入物和至少部分第一焊料球。執(zhí)行分割步驟以分離相鄰的IC小片，由此形成多個半導(dǎo)體封裝。
本發(fā)明還提供一種半導(dǎo)體封裝，包括放置在襯底的第一側(cè)上并電連接到襯底的第一側(cè)的集成電路(IC)小片。多個第一焊料球連接到襯底的第二側(cè)。介入物連接到IC小片。模塑化合物(molding compound)封裝IC小片、襯底、至少部分介入物和至少部分第一焊料球。
具體實(shí)施例方式
圖1到5是描述依照發(fā)明的實(shí)施例制造多個半導(dǎo)體封裝10的方法的放大的截面圖。
參照圖1，多個集成電路(IC)小片12放置在襯底16的第一側(cè)14上并電連接到該第一側(cè)14。IC小片12可以是處理器，例如數(shù)字信號處理器(DSP)，特殊功能電路，例如存儲地址發(fā)生器，或執(zhí)行任何其它類型功能的電路。IC小片12不限于特定技術(shù)，例如CMOS，或得自任何特定的晶片技術(shù)。此外，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解，本發(fā)明可以適應(yīng)各種尺寸的小片。典型的示例是具有大約15mm×15mm尺寸的存儲器小片。襯底16可以是注入了焊料掩模材料的FR4或BT襯底，如半導(dǎo)體封裝中通常使用的。如圖1所示，IC小片12通過多個受控塌陷芯片連接(controlled collapse chip connection，C4)型互連18電連接到襯底16。通過相對于襯底16上的多個相應(yīng)的接合墊(bonding pad)在IC小片12的一側(cè)(前側(cè))上放置多個倒裝芯片突起而形成C4型互連18。倒裝芯片突起經(jīng)過加熱和/或震動，如本領(lǐng)域公知的，將IC小片12上的倒裝芯片突起電連接到襯底16上的接合墊上。當(dāng)IC小片12電連接到襯底16之后，優(yōu)選進(jìn)行回流操作。
在該具體實(shí)施例中，如半導(dǎo)體封裝中通常使用的，例如高度填充有二氧化硅粒子的環(huán)氧樹脂的底層填料(underfill)20被分配進(jìn)入并填充各個IC小片12和襯底16之間的縫隙，使得底層填料20圍繞C4型互連18。隨后固化底層填料20。但是，應(yīng)當(dāng)理解，本發(fā)明不限于所述的底層填料工藝，也不受底層填料20的構(gòu)成的限制。例如，在替換實(shí)施例中，可以使用預(yù)施加的底層填料或不流動的底層填料。此外，可以將小片20放置在襯底16中形成的用于接納小片20的凹槽內(nèi)。
參照圖2，多個第一導(dǎo)電球22連接到襯底16的第二側(cè)24。如圖2所示，IC小片12和襯底16定位成正面朝下(“dead bug”)，以便連接第一導(dǎo)電球22。第一導(dǎo)電球22可以是C5焊料球并使用公知的焊料球連接工藝連接到襯底16。此外，在球22的連接處理期間，帶25或其它一次性或可再用形式可以臨時地連接到IC小片20的背面。
圖2還示出可選的第一分割操作。例如，可以沿著縱向線A-A和B-B進(jìn)行鋸齒分割以分離相鄰的IC小片12，由此形成多個第一級半導(dǎo)體封裝26。在該具體實(shí)施例中，在第一焊料球22連接到襯底16之后進(jìn)行第一分割操作。但是，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，第一分割操作還可以在將第一焊料球22連接到襯底16之前進(jìn)行或者根本不進(jìn)行該操作。
參照圖3，介入物28被連接到第一級半導(dǎo)體封裝26的IC小片12。更具體的，介入物28從C4型互連18連接到IC小片12的相反面(背面)。如果使用帶25(圖2)，則在介入物28連接之前去除該帶。介入物28保護(hù)IC小片12的背面不受外部機(jī)械應(yīng)力，由此防止IC小片12的背面裂開。在該具體實(shí)施例中，介入物28是具有大約0.3毫米(mm)的厚度TH的吸熱器(heat sink)。介入物28傳導(dǎo)并發(fā)散由IC小片12產(chǎn)生的熱。然而，應(yīng)當(dāng)理解，本發(fā)明不限于介入物28所述的功能或厚度。介入物28可以使由銅或其它導(dǎo)電材料制成，如本領(lǐng)域技術(shù)人員所公知的。使用環(huán)氧樹脂30將介入物28連接到IC小片12。環(huán)氧樹脂30可以是導(dǎo)電環(huán)氧樹脂，非導(dǎo)電環(huán)氧樹脂或環(huán)氧樹脂膜。在發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例中，環(huán)氧樹脂30是填充了銀(Ag)的導(dǎo)電小片連接環(huán)氧樹脂。
參照圖4，在圖3的第一級半導(dǎo)體封裝26上進(jìn)行模塑操作。更具體的，用模塑化合物32封裝IC小片12、襯底16、至少部分介入物28(即，至少一側(cè))和至少部分第一焊料球22。如圖4所示，在模塑操作期間通過模壓機(jī)34壓縮第一焊料球22。因此，密封的第一級半導(dǎo)體封裝26形成了多個接點(diǎn)柵格陣列(Land Grid Array，LGA)型第二級半導(dǎo)體封裝10。因?yàn)镮C小片12和襯底16被充分地密封，所以沒有暴露的襯底表面或界面層使得濕氣從周圍環(huán)境進(jìn)入。因此，第二級半導(dǎo)體封裝10具有降低了的濕度靈敏性，并因此減少了濕度引起的失效。另外，由于模塑化合物32牢固地粘合到介入物28，第二級半導(dǎo)體封裝10能夠經(jīng)受住由蒸發(fā)的濕氣施加的內(nèi)部應(yīng)力并因此不容易發(fā)生界面分層或裂縫。模塑操作優(yōu)選地采用模塑陣列工藝(a molded array process，MAP)，其中通過基本上同時進(jìn)行模塑來形成多個封裝在該具體實(shí)施例中，模塑化合物32具有大約0.16或更小重量百分(wt％)的吸濕率。通過用具有低的吸濕率的模塑化合物32密封第一級半導(dǎo)體封裝26，第二級半導(dǎo)體封裝10的濕度靈敏度非常低。
在該具體實(shí)施例中，在進(jìn)行模塑操作之前，固化襯底16，由于固化工藝從襯底16驅(qū)除了濕氣，因此其降低了第二級半導(dǎo)體封裝10中的濕氣含量。另外，在進(jìn)行模塑操作之前可以預(yù)焙固化的襯底16以確保襯底16在密封前足夠的干燥在模塑操作之后，優(yōu)選地進(jìn)行模塑后固化工藝。
參照圖5，多個第二導(dǎo)電球36中的每一個被連接到被壓縮的第一導(dǎo)電球22中的每一個。第二導(dǎo)電球36優(yōu)選地是受控塌陷芯片載體連接(controlled collapsechip carrier connection，C5)型焊料球并提供對LGA型第二級半導(dǎo)體封裝10的平衡。在該具體實(shí)施例中，第二導(dǎo)電球36具有大約0.45mm的高度(Hs)。但是，應(yīng)當(dāng)理解本發(fā)明不受第二焊料球36的高度限制。
沿著縱向線C-C和D-D進(jìn)行第二分割操作，例如鋸齒分割，以分離相鄰的IC小片12，由此形成單個第二級半導(dǎo)體封裝10。在該具體實(shí)施例中，在第二導(dǎo)電球36被連接到壓縮的第一導(dǎo)電球22之后進(jìn)行第二分割操作。但是，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，第二分割操作還可以在第二導(dǎo)電球36的連接之前進(jìn)行。在該具體實(shí)施例中，第二級半導(dǎo)體封裝10具有大約1.3mm的厚度。但是，應(yīng)當(dāng)理解，本發(fā)明不受第二級半導(dǎo)體封裝10的厚度的限制。
盡管圖1-5僅示出了三個被連接的IC小片，應(yīng)當(dāng)理解，可以把更多個或更少的IC小片12連接到襯底16，這取決于襯底16的尺寸、IC小片12的尺寸、和得到的半導(dǎo)體封裝10所需的功能性。
圖6是依照上述程序形成的第二級半導(dǎo)體封裝10的放大的截面圖。半導(dǎo)體封裝40包括布置在襯底46的第一側(cè)44上并電連接到其上的集成電路(IC)小片42。IC小片42通過多個受控塌陷芯片連接(C4)型互連48電耦合到襯底46。在IC小片42和襯底46之間、圍繞C4型互連的縫隙中填充有底層填充材料50。多個第一焊料球52被連接到襯底46的第二側(cè)54。介入物58(在該具體實(shí)施例中為由銅制成的吸熱器)利用環(huán)氧樹脂60被連接到IC小片42，該環(huán)氧樹脂60例如為導(dǎo)電環(huán)氧樹脂、非導(dǎo)電環(huán)氧樹脂或環(huán)氧樹脂膜。模塑化合物62密封IC小片42、襯底46、至少部分介入物58和至少部分第一焊料球52。模塑化合物62具有大約0.16或更小的重量百分比(wt％)的吸濕率。每個第一焊料球52具有壓縮的表面。多個第二焊料球66的中的每一個都連接到被壓縮的第一焊料球52中的每一個，以使得第二級半導(dǎo)體封裝10連接到其它電氣元件。
從前述內(nèi)容可見，本發(fā)明提供了一種具有降低的濕度靈敏度的半導(dǎo)體封裝以及制造該半導(dǎo)體封裝的方法。在本發(fā)明中，通過將小片和襯底完全地密封在模塑化合物中而實(shí)現(xiàn)半導(dǎo)體封裝的濕度靈敏度的降低。為了進(jìn)一步降低半導(dǎo)體封裝的濕度靈敏度，小片和襯底被密封在具有低吸濕率的模塑化合物中。此外，由于模塑化合物牢固地粘合到連接到小片的介入物，半導(dǎo)體封裝能夠承受由蒸發(fā)的濕氣施加的內(nèi)部應(yīng)力。結(jié)果，半導(dǎo)體封裝不易發(fā)生由濕度引起的封裝失效。
為了說明和描述的目的提供了本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例的說明，但該實(shí)施例不限于所展示的或所公開的形式。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，上述實(shí)施例能夠在不脫離發(fā)明構(gòu)思的范圍進(jìn)行變化。例如，小片尺寸和步驟范圍可以改變，以適應(yīng)所需的封裝設(shè)計。因此應(yīng)當(dāng)理解，本發(fā)明不限于所公開的具體實(shí)施例，而是包括在由所附的權(quán)利要求所限定的本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)的修改。
權(quán)利要求
1.一種制造半導(dǎo)體封裝的方法，包括將集成電路(IC)小片放置在襯底的第一側(cè)上；將IC小片電連接到襯底的第一側(cè)；將多個第一導(dǎo)電球連接到襯底的第二側(cè)；將介入物連接到IC小片；和執(zhí)行模塑操作以密封IC小片、襯底、至少部分介入物和至少部分第一導(dǎo)電球。
2.如權(quán)利要求1的制造半導(dǎo)體封裝的方法，還包括在執(zhí)行模塑操作之前固化襯底。
3.如權(quán)利要求2的制造半導(dǎo)體封裝的方法，還包括在執(zhí)行模塑操作之前預(yù)焙襯底。
4.如權(quán)利要求1的制造半導(dǎo)體制裝的方法，其中使用具有大約0.16或更小重量百分比(wt％)的吸濕率的模塑化合物來密封IC小片、襯底、介入物和第一焊料球。
5.如權(quán)利要求1的制造半導(dǎo)體封裝的方法，其中介入物為吸熱器。
6.如權(quán)利要求5的制造半導(dǎo)體封裝的方法，其中吸熱器由銅制成。
7.如權(quán)利要求5的制造半導(dǎo)體封裝的方法，其中使用導(dǎo)電環(huán)氧樹脂來將吸熱器連接到IC小片。
8.如權(quán)利要求1的制造半導(dǎo)體封裝的方法，其中在模塑操作期間第一導(dǎo)電球被壓縮。
9.如權(quán)利要求8的制造半導(dǎo)體封裝的方法，還包括將多個第二導(dǎo)電球連接到相應(yīng)的被壓縮的第一導(dǎo)電球。
10.如權(quán)利要求9的制造半導(dǎo)體封裝的方法，其中第一和第二導(dǎo)電球包括C5焊料球。
11.如權(quán)利要求1的制造半導(dǎo)體封裝的方法，還包括在將IC小片連接到襯底之后在IC小片下面設(shè)置底層填充材料。
12.如權(quán)利要求11的制造半導(dǎo)體封裝的方法，其中IC小片包括倒裝芯片小片，并且IC小片通過C4焊料球被電耦合到襯底。
13.一種制造多個半導(dǎo)體封裝的方法，包括在襯底的第一側(cè)上放置多個集成電路(IC)小片；將IC小片電耦合到襯底的第一側(cè)；將多個第一焊料球連接到襯底的第二側(cè)；將介入物連接到IC小片；執(zhí)行模塑操作以密封IC小片、襯底、至少部分介入物和至少部分第一導(dǎo)電球；和執(zhí)行分割操作以分離相鄰的IC小片，由此形成多個半導(dǎo)體封裝。
14.如權(quán)利要求13的制造多個半導(dǎo)體封裝的方法，還包括在執(zhí)行模塑操作之前固化襯底。
15.如權(quán)利要求14的制造多個半導(dǎo)體封裝的方法，還包括在執(zhí)行模塑操作之前預(yù)焙襯底。
16.如權(quán)利要求13的制造多個半導(dǎo)體封裝的方法，其中IC小片包括倒裝芯片IC小片，并且IC小片通過C4焊料球被電耦合到襯底。
17.如權(quán)利要求16的制造多個半導(dǎo)體封裝的方法，還包括在IC小片之下并圍繞C4焊料球布置底層填充材料。
18.如權(quán)利要求13的制造多個半導(dǎo)體封裝的方法，其中在模塑操作期間第一導(dǎo)電球被壓縮。
19.如權(quán)利要求13的制造多個半導(dǎo)體封裝的方法，還包括將多個第二導(dǎo)電球連接到相應(yīng)的被壓縮的第一導(dǎo)電球。
20.一種制造半導(dǎo)體封裝的方法，包括在襯底的第一側(cè)上放置倒裝芯片集成電路(IC)小片，其中倒裝芯片小片包括位于其第一側(cè)上并且將IC芯片電耦合到襯底的多個導(dǎo)電突起；圍繞倒裝芯片小片導(dǎo)電突起設(shè)置底層填充材料；將多個第一導(dǎo)電球連接到襯底的第二側(cè)，其中第一導(dǎo)電球通過襯底電耦合到倒裝芯片小片；用導(dǎo)電環(huán)氧樹脂材料將吸熱器連接到倒裝芯片小片的第二側(cè)；執(zhí)行模塑操作以密封IC小片、襯底、至少部分吸熱器和至少部分第一導(dǎo)電球，其中在模塑操作期間通過模壓機(jī)來壓縮第一導(dǎo)電球并使其變形；和將多個第二導(dǎo)電球連接到相應(yīng)的被壓縮的第一導(dǎo)電球。
全文摘要
一種制造半導(dǎo)體封裝(10)的方法，包括在襯底(16)的第一側(cè)(14)上布置集成電路(IC)小片12并將IC小片(12)電連接到襯底(16)的第一側(cè)(14)。將第一焊料球(22)連接到襯底(16)的第二側(cè)(24)。將介入物(28)連接到IC小片(12)。進(jìn)行模塑操作以密封IC小片(12)、襯底(16)、至少部分介入物(28)和至少部分第一焊料球(22)。
文檔編號H01L23/31GK1983538SQ20061006393
公開日2007年6月20日 申請日期2006年10月20日 優(yōu)先權(quán)日2005年10月21日
發(fā)明者盧威耀, 黃佩珍 申請人:飛思卡爾半導(dǎo)體公司