用于封装半导体装置的设备、经封装的半导体组件、制造用于封装半导体装置的设备的方法和制造半导体组件的方法

具体实施方式

下文参看经封装的半导体组件、用于封装半导体装置的设备、封装半导体装置的方法和制造用于封装半导体装置的设备的方法来描述本发明的若干实施例的特定细节。在可包括衬底的半导体晶片上制造所述装置，其中在所述衬底上和/或在所述衬底中制作微电子装置、微机械装置、数据存储元件、光学器件、读取/写入组件和其它特征。举例来说，可在半导体晶片上构造SRAM、DRAM(例如，DDR/SDRAM)、快闪存储器(例如，NAND/存储器)、处理器、成像器和其它类型的装置。虽然下文相对于半导体晶片来描述所述实施例中的许多实施例，但在其它类型的衬底(例如，介电或导电衬底)上制造的其它类型的装置可属于本发明的范围内。此外，本发明的若干其它实施例可具有与下文在本部分中描述的内容不同的配置、组件或程序。因此，所属领域的技术人员将了解，本发明的其它实施例可具有额外元件，或另外实施例可能不具有下文参看图1到7所展示并描述的特征和元件中的若干特征或元件。

图1是示意性说明根据本发明一个实施例的经封装的半导体组件100的横截面图。在此实施例中，半导体组件100包括具有第一衬底112的基座110、具有第二衬底122的转接器120以及附接到基座110的半导体裸片130。第一衬底112和第二衬底122可由聚合材料(树脂、硅酮等)、不同于聚合材料的有机材料或其它合适的非陶瓷介电材料构成。举例来说，第一衬底112和第二衬底122可由层压式电路板材料构成。经封装的半导体组件100的若干实施例提供具成本效益的空腔型封装，其由适合于堆叠的聚合材料构成。在特定实施例中，举例来说，堆叠式组合件可具有相同或其它类型的经封装的半导体组件100附接到转接器120的顶部以提供完全经测试的经封装装置的高密度堆叠。

在基座110的所说明实施例中，第一衬底112具有前侧114和后侧115。基座110的所说明实施例进一步包括多个裸片触点116、位于后侧115处的第一后侧端子117的第一阵列和位于后侧115处的第二后侧端子118的第二阵列。图1所示的实施例中的裸片触点116位于或至少接近于第一衬底112的前侧114。然而，在如下文更详细描述的芯片上板配置的其它实施例中，裸片触点116可位于后侧115处。基座110进一步包括第一互连件119，其将裸片触点116电耦合到对应的第一后侧端子117。经封装的半导体组件100还可具有线接合132，其将裸片130上的接合垫(未图示)电连接到裸片触点116。第一互连件119和线接合132可因此在裸片130与第一后侧端子117之间载运信号和功率。

在图1所示的转接器120的特定实施例中，第二衬底122包括第一侧124和第二侧125。第二衬底122的第一侧124在第一衬底112与第二衬底122之间的界面处通过粘合剂(图1中未展示)附接到第一衬底112的前侧114。转接器120的所说明实施例进一步包括界定其中定位裸片130的裸片空腔127的开口126。转接器120可进一步包括位于第二衬底122的第二侧125处的多个前触点128。所述前触点128提供电端子，其用于接触堆叠在经封装的半导体组件100之上的经封装组件上的焊球或其它类型的电连接件。

经封装的半导体组件100可进一步包括多个第二互连件140，其延伸穿过基座110和转接器120。举例来说，经封装的半导体组件100可具有穿通封装通孔141，其延伸穿过第一衬底112的厚度和第二衬底122的厚度。接着可用导电材料至少部分地填充通孔141以形成第二互连件140(例如，穿通封装互连件)。第二互连件140将第二衬底122的第二侧125处的前触点128电耦合到第一衬底112的后侧115处的对应第二后侧端子118。第二互连件140提供封装堆叠路线以向/从堆叠在图1所说明的经封装的半导体组件100之上的另一经封装的半导体组件(未图示)传输功率和电信号。第二互连件140还可载运用于图1的经封装的半导体组件100中所示的裸片130的功率和/或电信号。

经封装的半导体组件100可进一步在空腔127中包括保护性材料150以覆盖裸片130和线接合132。保护性材料150可使用针状分配器、镂花涂装、模制或其它合适技术来沉积。保护性材料150通常为覆盖裸片130和线接合132的聚合物或其它合适材料。保护性材料150的上表面为大体共平面的或位于第二衬底122的第二侧125下方。然而，保护性材料150的上表面可突起在第二侧125上方，只要保护性材料150不干扰可堆叠在经封装的半导体组件100之上的任何封装。

图2A到2G说明用于封装半导体装置的方法的特定实施例的阶段。图2A说明所述方法的阶段，其中第一板210(例如，基座面板)具有介电芯212、前侧213、位于前侧213处的第一导电层214、后侧215和位于后侧215处的第二导电层216。介电芯212可为聚合物、非聚合有机材料或另一合适的非陶瓷介电材料。第一导电层214和第二导电层216可为铜或其它合适的导电材料。图2B说明处于后续阶段的第一板210，其中穿过第一导电层214、介电芯212和第二导电层216形成第一开口218。第一开口218可通过钻孔、蚀刻、激光切割、水冲或其它合适技术来形成。举例来说，开口218可使用此项技术中已知的机械钻机或激光钻机来形成。

图2C说明处于所述方法的一阶段的第一板210，其中在第一开口218中形成第一互连件220以将第一导电层214电耦合到第二导电层216。第一互连件220可通过将材料镀敷到第一开口218的侧壁上来形成，如此项技术中已知。举例来说，第一互连件220可包含镀敷到第一开口218的侧壁上的铜。图2D说明所述方法的另一阶段，其中已对第一导电层214进行图案化和蚀刻以在第一板210的前侧213上形成导电迹线217，且已对第二层216进行图案化和蚀刻以在第一板210的后侧215上形成导电迹线219。还可在开口218之间的区中形成焊料掩模230或其它类型的介电元件。如下文更详细描述，焊料掩模230提供其中定位裸片的裸片附接位点，且焊料掩模可填充第一开口218中的开放容积。

图2E说明所述方法的后续阶段，其中将第二板250附接到第一板210。第二板250可包括第二衬底252、第一侧254、第二侧256和开口258。开口258可在先前过程中通过穿过第二板250击穿较大孔来形成。开口258与焊料掩模230上方的裸片附接位点对准以形成其中可定位裸片(图2E中未展示)的空腔260。第二板250可因此作为转接器面板或转接器板，其形成突起在裸片上方的转接器。第二板250可进一步包括位于第二侧256上的经图案化的导电迹线262。

第二板250通过粘合剂270附接到第一板210。在图2E所说明的实施例中，第二板250的第一侧254通过粘合剂270附接到第一板210的前侧213。粘合剂270可预先附接到第二板250的第一侧254或第一板210的前侧213。在许多应用中，第一板210包括多个封装区，其每一者包括裸片附接位点，且第二板250包括多个开口258。如此，第二板250定位在第一板210上方，使得开口258与对应的裸片附接位点对准。将开口258与裸片附接位点对准可能是困难的，因为开口258将致使第二板具有显著不同于第一板210的收缩/扩展性质。为了解决此问题，第一板210和第二板250可具有对准孔，穿过所述对准孔连接具有对准销的夹具。接着，沿着对准销将第一板210和第二板250朝向彼此移动，直到粘合剂270将第一板210和第二板250紧固在一起为止。粘合剂270可具有较低的流动特性，使得其不会流到空腔260中且覆盖第一板210的前侧213处的迹线217。

图2F说明处于另一阶段的用于封装半导体装置的组合设备200的一部分，其中已穿过第一板210和第二板250而形成开口270(例如，穿通封装通孔)。开口270可被钻穿过第一板210和第二板250。开口270具有延伸穿过第一衬底212、粘合剂270和第二衬底252的侧壁272。用导电材料至少部分地填充开口270以形成第二互连件274(例如，穿通封装互连件)。第二互连件274可通过将材料(例如铜)镀敷到开口270的侧壁272来形成。第二互连件274将第二板250的第二侧256处的导电迹线262电耦合到第一板210的后侧215上的迹线219。

图2G说明处于所述方法的后续阶段的具有经封装裸片的设备200。设备200具有位于第二板250的第二侧256处的第一焊料掩模281。第一焊料掩模281可填充开口270(图2F)内的开放空间，且第一焊料掩模281具有位于导电迹线262的若干部分上方的开口282，在所述开口282中可形成前触点。在替代实施例中，可在施加第一焊料掩模281之前通过通孔填充材料来填充开口270。设备200还具有第一板210的后侧215处的第二焊料掩模283。第二焊料掩模283具有其中可形成后侧端子的开口284。可接着对设备200进行镀敷以形成第一板210的后侧215处的第一后侧端子291、第一板210的后侧215处的第二后侧端子292和第二板250的第二侧256处的前触点294。所述镀敷过程还可形成空腔260内的裸片附接位点处的裸片触点296。后侧端子和触点可通过将镍层297镀敷到迹线上且接着将金层298镀敷到镍层297上来形成。第一后侧端子291和第二后侧端子292可以常规的JEDEC钉扎配置来布置以用于底部或外侧堆叠。

在形成设备200之后，将裸片130安装到焊料掩模230，且将裸片130上的接合垫131连接到裸片触点296。在图2G所说明的实施例中，通过线接合132将接合垫131连接到裸片触点296。在将裸片130电连接到设备200之后，可用保护性材料150至少部分地填充空腔260，如上文参看图1所描述。

图2H是说明具有多个经封装裸片130的设备200的俯视图。一起参看图2G和2H，第一板210(图2G中展示)和第二板250可被配置成具有个别封装区域299(图2H)的阵列的条带。沿着线S-S切割设备200以使个别经封装组件彼此分离。在若干实施例中，可在切割设备200之前在设备200处于连续条带中时对个别经封装的半导体组件进行测试，以避免处理个别封装以进行测试。在替代实施例中，在测试个别经封装的半导体组件之前，沿着线S-S切割设备200，且接着将个别经封装组件加载到托盘中以进行测试。在任一情形中，可在将封装堆叠或以其它方式安装到电路板之前仅识别已知良好封装。

与陶瓷空腔型封装相比，设备200的许多实施例可能对于实施来说便宜得多。首先，可将多个裸片以条带形式安装到设备200以消除对向/从处理托盘转移个别空腔型单元的需要。这显著地减少了与空腔型封装相关联的时间和制造成本。设备200的许多实施例还可能相对较便宜，因为所述封装可由聚合材料或其它合适的非陶瓷介电材料来制成。因此，设备200和经封装的半导体组件100的许多实施例可提供适合于堆叠的具成本效益的空腔型封装。

设备200和经封装的半导体组件100的若干实施例还可在底部封装上具有JEDEC触点配置以用于使用现有装备对个别经封装的半导体组件100进行测试和堆叠。这进一步增强了用于制造半导体装置的设备200和经封装的半导体组件100的若干实施例的效率。

设备200的若干实施例还实现了对经封装的半导体组件的具成本效益的测试，因为可在设备200呈条带形式时对经封装裸片进行测试。更具体地说，所述条带可布置成测试托盘的图案以避免必须向/从测试托盘转移个别封装。如此，可更有效地测试经封装装置。

图3A是用于制造用于封装半导体装置的设备的方法300的实施例的流程图。方法300可包括将转接器板的第一侧附接到基座板的前侧(框310)。将转接器板附接到基座板，使得转接器板中的个别开口形成与基座板的对应个别封装区域对准的裸片空腔。基座板可具有裸片触点、位于基座板的后侧处的第一后侧端子和位于基座板的后侧处的第二后侧端子。裸片触点可电耦合到第一后侧端子。方法300可进一步包括形成多个穿通封装通孔，其延伸穿过转接器板和基座板(框320)。另外，方法300可进一步包括在穿通封装通孔中沉积导电材料(框330)。导电材料可形成穿通封装互连件，其将转接器板的第二侧处的前侧触点电耦合到基座板的后侧处的对应第二后侧端子。

图3B是说明用于制造半导体组件的方法340的实施例的流程图。在一个实施例中，方法340可包括提供待在其中封装多个裸片的设备(框350)。所述设备可包含第一板，其具有前侧、后侧、裸片触点的阵列、电耦合到所述裸片触点的第一后侧端子的阵列、第二后侧端子的阵列以及多个个别封装区域。所述个别封装区域可具有所述裸片触点的阵列、所述第一后侧端子的阵列和所述第二后侧端子的阵列。所述设备可进一步包括第二板，其具有层压到所述第一板的所述前侧的第一侧、第二侧、与个别封装区域对准的穿过所述第二板的开口以及所述第二侧处的前触点的阵列。所述开口在第一板上方形成裸片空腔，且所述前触点通过延伸穿过所述第一板和所述第二板的穿通封装互连件而电耦合到所述第二后侧端子。方法340可进一步包括将半导体裸片定位在空腔中(框360)，且将所述裸片电耦合到第一板的对应裸片触点(框370)。所述方法还可包括将保护性材料沉积到裸片空腔中(框380)以覆盖所述空腔内的裸片。接着可切割具有第一和第二板的设备以使个别经封装的半导体组件彼此分离。

图4是示意性说明堆叠式组合件400的横截面图，所述堆叠式组合件400具有第一经封装组件100a和堆叠在所述第一经封装组件100a上的第二经封装组件100b。第一经封装组件100a和第二经封装组件100b可与上文参看图1描述的经封装的半导体组件100相似或相同。因此，相同的参考数字可指代图1和4中的相同组件。第一经封装组件100a可具有多个第一连接件402(例如焊球)，其耦合到第一后侧端子117。第一经封装组件100a还可包括额外的第一连接件404，其耦合到第二后侧端子118。然而，连接件404为任选的，且在许多实施例中可以不包括。第二经封装组件100b可包括多个第二连接件406(例如焊球)，其附接到第二经封装组件100b的后侧上的第二后侧端子118。第二经封装组件100b的第二连接件406连接到第一经封装组件100a的前触点128。可在第一经封装组件100a与第二经封装组件100b之间插入底部填料或其它类型的保护性材料。在操作中，堆叠式组合件400中的裸片到封装路由可如箭头410所示前进。另外，从第二组件100b到第一经封装组件100a的路由可如箭头420所示发生。

图5示意性说明根据用于倒装芯片应用的另一实施例的堆叠式组合件500。堆叠式组合件500包括第一经封装组件510a和第二经封装组件510b。第一经封装的半导体组件510a和第二经封装的半导体组件510b可类似于上文描述的经封装的半导体组件100。然而，裸片130为倒装芯片裸片，其使用倒装芯片连接而非线接合来连接到裸片触点。因而，将裸片触点116定位在裸片附接位点处以待由裸片130覆盖。

图6示意性说明根据用于芯片上板应用的又一实施例的堆叠式组合件。在此实施例中，堆叠式组合件600包括具有芯片上板设计的第一经封装组件610a和也具有芯片上板设计的第二经封装组件610b。更具体地说，所述裸片130与图1中所说明的裸片130相比为颠倒的，使得所述裸片上的接合垫131分别被线接合到第一经封装组件610a和第二经封装组件610b中的每一者的基座板612a和612b的后侧上的裸片触点116。参看第一经封装的半导体组件610a，基座板612a具有开口614a或狭槽，线接合132穿过所述开口614a或狭槽从接合垫131延伸到裸片触点116。类似地，基座板612b可具有狭槽614b。因此，来自裸片触点116的第一互连件可为沿着基座板612a的后侧延伸而非如图1的经封装的半导体组件100中所示延伸穿过基座板的迹线。因此，芯片上板经封装组件可消除对基座板的前侧的金属化。

图7说明包括上文参看图1到6描述的经封装的半导体组件中的任一者的系统700。更具体地说，上文参看图1到6描述的半导体组件中的任一者可并入到无数较大且/或较复杂系统中的任一者中，且系统700仅仅为此类系统的代表性样本。系统700可包括处理器701、存储器702(例如，SRAM、DRAM、快闪或其它存储器装置)、输入/输出装置703和/或子系统及其它组件704。经封装的半导体组件可被包括在图7所示的组件中的任一者中。所得系统700可执行各种各样的计算、处理、存储、感测、成像和/或其它功能中的任一者。因此，系统700可为(不限于)计算机和/或其它数据处理器，例如，桌上型计算机、膝上型计算机、因特网器具、手持式装置、多处理器系统、基于处理器或可编程消费型电子器件、网络计算机和/或微型计算机。用于这些系统的合适的手持式装置可包括掌上型计算机、可佩戴式计算机、蜂窝式或移动电话、个人数字助理等。系统700可进一步为相机、光或其它辐射传感器、服务器及相关联的服务器子系统，和/或任何显示装置。在此类系统中，个别裸片可包括成像器阵列，例如CMOS成像器。系统700的组件可被收容在单个单元中或分布在多个互连单元上(例如，通过通信网络)。因此，系统700的组件可包括本地和/或远程存储器存储装置以及各种各样的计算机可读媒体中的任一者。

根据前述内容，将了解到本文中已出于说明目的而描述了本发明的特定实施例，但可在不脱离本发明的精神和范围的情况下做出各种修改。举例来说，前述实施例中的任一者的特定元件可被组合或用来替代其它实施例中的元件。另外，在上下文允许的情况下，单数或复数术语还可分别包括复数或单数术语。此外，除非词“或”在参看具有两个或两个以上项目的列表时被明确地限于仅意指排除其它项目的单个项目，否则在此类列表中使用“或”意味着包括(a)所述列表中的任何单个项目，(b)所述列表中的所有项目，或(c)所述列表中的项目的任何组合。另外，术语“包含”在整个揭示内容中使用以意味着至少包括所叙述的特征，使得不排除任何较大数目的相同特征和/或额外类型的特征或组件。因此，本发明除了受所附权利要求书限制外不受其它内容限制。