制造层叠封装器件的方法和层叠封装接合装置与流程

本申请要求于2018年3月5日在韩国知识产权局提交的韩国专利申请no.10-2018-0025772的优先权，其全部内容通过引用结合于此。

本发明构思涉及层叠封装器件。更具体地，本发明构思涉及一种制造层叠封装器件的方法以及一种用于接合多个堆叠的半导体封装件的接合装置。

背景技术：

对更高性能、更高速度和更紧凑的电子产品的需求不断增加。为了开发满足这些需求的电子器件，已经考虑了用来形成层叠封装(pop)器件的许多半导体器件技术，例如，在单个封装基板上堆叠多个半导体芯片，或者将一个封装件堆叠在另一个封装件上。然而，这些技术都在设计和制造过程中带来某些挑战。

技术实现要素：

根据本发明构思，提供了一种制造层叠封装器件的方法，所述方法包括：提供底部半导体封装件，所述底部半导体封装件包括下部基板、位于所述下部基板的顶表面的外周部分上的下部焊球以及位于所述下部基板的顶表面的中心部分上的下部芯片；将具有上部焊球的内置基板接合到所述底部半导体封装件；以及将顶部半导体封装件接合到所述内置基板。所述顶部半导体封装件包括上部基板和位于所述上部基板上的上部芯片。将所述内置基板接合到所述底部半导体封装件包括：将所述内置基板设置在所述底部半导体封装件上，使所述内置基板的所述上部焊球与所述底部半导体封装件的所述下部焊球对齐；将所述内置基板抵靠着所述底部半导体封装件进行按压；以及用激光束照射所述内置基板，以将所述下部焊球粘附到所述上部焊球。

根据本发明构思，还提供了一种制造层叠封装器件的方法，所述方法包括：提供底部半导体封装件，所述底部半导体封装件包括：具有顶表面和底表面的下部基板、沿着所述下部基板的所述顶表面的外周部分彼此间隔开的第一焊球或第一焊料凸块以及位于所述下部基板的所述顶表面的中心部分上的下部芯片；提供内置件，所述内置件具有包括顶表面和底表面的中间基板、沿着所述中间基板的所述底表面的外周部分彼此间隔开的第二焊球或第二焊料凸块、布置在所述中间基板的所述顶表面上的导电焊盘以及在所述中间基板中延伸并将所述导电焊盘连接到所述第二焊球或所述第二焊料凸块的通路；将所述内置件放置在所述底部半导体封装件的顶部上，使所述中间基板的所述底表面面向所述下部基板的所述顶表面，并且所述第二焊球或所述第二焊料凸块与所述第一焊球或所述第一焊料凸块相对应地布置；随后将所述内置件朝向所述底部半导体封装件按压到所述第一焊球或所述第一焊料凸块分别接触所述第二焊球或所述第二焊料凸块的位置；在所述第二焊球或所述第二焊料凸块分别接触所述第一焊球或所述第一焊料凸块接触的同时，通过使所述第二焊球或所述第二焊料凸块熔化，将所述第二焊球或所述第二焊料凸块分别粘附到所述第一焊球或所述第一焊料凸块；以及将顶部半导体封装件接合到所述内置件，所述顶部半导体封装件包括上部基板和位于所述上部基板上的上部芯片。

根据本发明构思，还提供了一种层叠封装接合装置，所述层叠封装接合装置包括：容纳半导体封装件和位于所述半导体封装件上的内置基板的平台，所述半导体封装件包括半导体芯片；光学系统，所述光学系统位于所述平台上方，并向所述内置基板提供激光束；以及按压构件，所述按压构件位于所述内置基板与所述光学系统之间，并将所述内置基板抵靠着所述半导体封装件进行按压。所述按压构件阻挡所述激光束朝向所述半导体芯片行进，以选择性地向所述半导体封装件的一部分提供所述激光束。

附图说明

图1是示出了根据本发明构思的制造层叠封装器件的方法的示例的流程图。

图2是示出了图1所示的方法的步骤s10的例程的示例的流程图。

图3、图4和图5是在图2所示的示例中的步骤s10的例程的过程中的封装件的截面图。

图6是示出了图1所示的方法的步骤s20的例程的示例的流程图。

图7是在图6所示的示例中的步骤s22的例程的过程中的封装结构的截面图。

图8是相同封装结构的截面图，以示出此结构的内置基板的翘曲。

图9是根据本发明构思的被配置为将内置基板接合到底部半导体封装件的接合装置的示例的示意图。

图10是图7中所示的封装结构处于上部焊球已经融化并粘附到下部焊球的状态下的截面图。

图11是根据本发明构思的层叠封装器件的示例的截面图。

具体实施方式

图1示出了根据本发明构思的制造层叠封装器件的方法。图2示出了图1所示的方法的步骤s10的示例。

参照图1，根据本发明构思的制造层叠封装器件的方法可以包括：步骤s10，制备底部半导体封装件；步骤s20，将内置基板接合到底部半导体封装件；以及步骤s30，将顶部半导体封装件接合到内置基板。底部半导体封装件可以包括响应于外部输入信号而执行数据计算和/或数据处理的逻辑电路。顶部半导体封装件可以包括存储逻辑电路的输入/输出数据的存储器件。内置基板可以在底部半导体封装件与顶部半导体封装件之间重新路由信号，和/或连接底部半导体封装件和顶部半导体封装件。

参照图2，制备底部半导体封装件的步骤s10可以包括：步骤s12，将下部半导体芯片安装在下部基板上；步骤s14，在其上安装有下部半导体芯片的下部基板上形成下部模制层；以及步骤s16，形成下部焊球。

图3至图5是在图2的步骤s10的过程期间底部封装件的截面图。

参照图2和图3，可以在下部基板1上安装下部半导体芯片10(s12)。下部基板1可以是印刷电路板或者可以包括印刷电路板。例如，下部基板1可以具有板状基板主体、第一下部焊盘2和第二下部焊盘4。第一下部焊盘2可以形成在下部基板1的主体的顶表面上。第二下部焊盘4可以形成在下部基板1的主体的底表面上。虽然未示出，但是第一下部焊盘2可以在下部基板1的主体内电连接到第二下部焊盘4。

下部半导体芯片10可以安装在下部基板1的中心上。下部半导体芯片10可以以倒装芯片接合方式安装。下部半导体芯片10可以通过第一凸块5连接到第一下部焊盘2。下部半导体芯片10可以是应用处理器芯片或者可以包括应用处理器芯片。或者，下部半导体芯片10可以包括诸如中央处理器单元(cpu)、图形处理器单元(gpu)或通用串行总线(usb)的各种器件。

参照图2和图4，可以在其上已经安装了下部半导体芯片10的下部基板1上形成下部模制层12(s14)。下部模制层12可以围绕下部半导体芯片10的侧壁(侧面)并且暴露下部半导体芯片10的顶表面。下部模制层12可以包括环氧模塑化合物(emc)。下部模制层12可以具有一个或更多个接触孔14。接触孔14可以形成在下部基板1的外周边缘区域上。第一下部焊盘2中的各个焊盘可以由接触孔14暴露，被暴露的第一下部焊盘2可以沿着下部基板1的顶表面的外周边缘区域定位。

参照图2和图5，可以在由接触孔14暴露的第一下部焊盘2上形成下部焊球16(s14)。下部焊球16可以通过下部基板1电连接到第二下部焊盘4或下部半导体芯片10。下部焊球16可以包括诸如锡、铅、银或它们的任何合金的导电材料。或者，即，代替下部焊球16，可以在由接触孔14暴露的第一下部焊盘2上的接触孔14中形成焊膏。因此，下部焊球16可以被称为第一焊球或第一焊料凸块。通过上面讨论的工艺，可以制备底部半导体封装件101。

图6示出了图1的步骤s20的示例，在步骤s20中将内置件(在本文中可以称为“内置基板”)接合到底部半导体封装件101上。图7示出了图6的步骤s22的示例，在步骤s22中将内置基板接合到底部半导体封装件101上。

参照图1、图6和图7，可以将内置基板60接合到底部半导体封装件101(s20)。例如，将内置基板60接合到底部半导体封装件101的步骤s20可以包括：步骤s22，在底部半导体封装件101上设置内置基板60；步骤s24，在内置基板60上设置按压构件；以及步骤s26，在内置基板60的边缘处投射激光束。

参照图7，可以在底部半导体封装件101上设置内置基板60(s22)。拾取器(picker)(未示出)可以用于在底部半导体封装件101上设置内置基板60。内置基板60可以包括基板主体66(其将形成层叠封装的中间基板)、下部绝缘构件50a、第一焊盘62、第二焊盘64、通路68和上部焊球69(可以称之为第二焊球或第二焊料凸块)。然而，在半导体器件封装技术中，与内置件的情况一样，内置基板60本身不包括任何芯片。基板主体66可以包括尺寸与下部基板1的尺寸相同或相似的塑料或陶瓷片。下部绝缘构件50a可以形成在基板主体66的中心下方。下部绝缘构件50a可以与下部半导体芯片10对齐。下部绝缘构件50a可以包括阻焊剂。第一焊盘62可以沿着基板主体66的顶表面的外周边缘形成。第二焊盘64可以沿着基板主体66的底表面的外周边缘形成。将第一焊盘62连接到第二焊盘64的通路68可以形成在基板主体66内。上部焊球69可以形成在第二焊盘64下方。上部焊球69可以比下部绝缘构件50a厚。上部焊球69可以与下部焊球16对齐。当基板主体66是平坦的或直的时，上部焊球69可以连接到下部焊球16。

图8示出了图7的内置基板60的翘曲。

参照图8，内置基板60可能具有弯曲的基板主体66a。形成在内置基板60的边缘上的第一焊盘62、第二焊盘64、通路68和上部焊球69的总重量可能大于形成在内置基板60的中心上的下部绝缘构件50a的重量，因而弯曲的基板主体66a通常可能具有向上凸起的形状。然而，在一些情况下，内置基板60的弯曲的基板主体66a可能具有向下凸起的形状。

在所示的情况下，由于内置基板60的翘曲，在内置基板60的中心部分与底部半导体封装件101之间存在增大的间隙h。结果，一个或更多个上部焊球69与其相对应的下部焊球16分离开。如果上部焊球69与对应的下部焊球16分离开，则在内置基板60与底部半导体封装件101之间可能出现接合失败。即，内置基板60的翘曲可能导致内置基板60与底部半导体封装件101之间的接合失败。

图9示出了将中间基板60接合到底部半导体封装件101的接合装置70的示例。

参照图6至图9，接合装置70将内置基板60接合到底部半导体封装件101，使得不会由于基板主体66a的任何固有曲率而导致出现接合失败。例如，接合装置70可以是激光回流工具。在一些示例中，接合装置70包括平台72、光学系统74和按压构件76。按压构件76可以包括按压板75和按压块77。

平台72可以容纳底部半导体封装件101和内置基板60。内置基板60可以独立于底部半导体封装件101设置在平台72上，或者内置基板60可以与底部半导体封装件101一起设置在平台72上。

按压构件76可以将内置基板60抵靠着底部半导体封装件101进行按压(s24)。可以使用机器人臂(未示出)将按压构件76定位在内置基板60上。按压构件76可以是压紧构件。按压构件76可以将内置基板60抵靠着底部半导体封装件101进行按压，使得上部焊球69与下部焊球16接触。按压构件76的最小重量可以与包括内置基板60和底部半导体封装件101并且由于弯曲的基板本体66a而产生的结构的间隙h成比例。例如，当间隙h等于或小于约50μm时，按压构件76的重量可以是至少约5克。当间隙h等于或小于约100μm时，按压构件76的重量可以是至少约20克。

按压板75可以覆盖内置基板60。按压板75可以使内置基板60抵靠底部半导体封装件101而变平。按压板75可以由透明石英制成。与透明玻璃相比，透明石英对由激光束79产生的热(这将在下面讨论)具有高耐受性，因此，按压板75的寿命可以比一般的板玻璃的寿命长。

按压板75可以具有腔78。腔78可以形成在按压板75的中心的上部中。腔78可以与下半导体芯片10对齐。

按压块77可以小于按压板75。按压块77可以设置在按压板75上。因此，例如，按压块77可以设置在基板主体66的中心(中央区域)上方，基板主体66的中心(中央区域)由包含上部焊球69的区域界定。按压块77可以用作将按压板75抵靠着内置基板60进行按压的重物。腔78可以容纳按压块77。腔78可以将按压块77水平地保持在适当位置。可以使用粘合剂(未示出)将按压块77固定到腔78的底板上。按压块77可以与下部半导体芯片10对齐。按压块77的密度可以大于按压板75的密度。例如，按压块77可包括金属，例如，铁、sus、钨、铜、铅或它们的任何合金。

或者，按压构件76不包括按压板75，并且按压块77直接放置在弯曲的基板主体66a上，使得按压块77单独使内置基板60抵靠底部半导体封装件101而变平。

在另一个示例(未示出)中，按压构件76不包括按压块77。在这种情况下，按压板75的厚度t可以与间隙h成比例。也就是说，由弯曲的基板主体66a产生的间隙h越大，按压板75的厚度t越大。

光学系统74可以布置在按压构件76上。光学系统74可以发射传播到按压构件76以及内置基板60的边缘的激光束79，使得上部焊球69熔化并粘附到下部焊球16(s26)。为此，光学系统74可以包括产生激光束79的光源71以及将激光束79聚焦到按压板75和按压块77上的物镜73。物镜73可以布置在光源71下方。物镜73可以包括如图9所示的双凹透镜。

激光束79可以在穿过按压板75的边缘之后传播到上部焊球69和下部焊球16。物镜73可以使由光源71发射的激光束79朝向上部焊球69发散。物镜73与内置基板60之间的距离相对于按压板75的厚度t越大，上部焊球69吸收激光束79的能量越少。考虑到这一点，还应当注意的是，可以通过使物镜73与内置基板60之间的距离最小化来提高按压块77的吸收效率。因为按压块77的密度大于按压板75的密度，所以按压块77可以帮助使按压板75的厚度t最小化，否则厚度t会由于基板主体66与底部半导体封装件101之间的间隙h而不得不相对较大。

按压块77可以吸收朝向内置基板60的中心行进的激光束79，因此可以阻挡激光束79传播到下部半导体芯片10。因此，按压块77可以使激光束79选择性地照射内置基板60的包含上部焊球69的区域。更具体地，激光束79可以在穿过围绕按压块77的按压板75之后选择性地提供给上部焊球69和下部焊球16。下部焊球16和上部焊球69可以被激光束照射大约10毫秒至大约5秒的时间段。

虽然未示出，但是可以在平台72上设置多个底部半导体封装件101和多个内置基板60。在这种情况下，接合装置70可以具有多个按压板75和多个按压块77。按压板75可以装载在夹具中，按压块77可以分别设置在按压板75上。可以独立地和/或顺序地朝向成对的按压板75和按压块77投射激光束79。

图10示出了图7中所示的上部焊球69和下部焊球16已经熔化并彼此粘附的焊料结构80。

参照图10，下部焊球16和上部焊球69可以吸收激光束79的能量，从而形成焊料结构80。例如，当激光束79将上部焊球69加热到等于或高于约245℃的温度时，上部焊球69可以熔化并粘附到下部焊球16。

虽然未示出，但是可以在内置基板60与下部模制层12之间形成底部填充层。下部模制层12和底部填充层可以使焊料结构80彼此电绝缘。

参照图1和图11，将顶部半导体封装件102接合到内置基板60(s30)。例如，顶部半导体封装件102可以以倒装芯片的形式接合到内置基板60。顶部半导体封装件102可以通过与参照图3和图4所讨论的工艺相同或相似的工艺制造。在一些示例中，顶部半导体封装件102包括上部基板30、第一上部半导体芯片40a、第二上部半导体芯片40b、接合线32、上部模制层36、上部绝缘构件50b和第二凸块39。

上部基板30可以是印刷电路板或者可以包括印刷电路板。例如，上部基板30可以包括第一上部焊盘31和第二上部焊盘33。第一上部焊盘31可以形成在上部基板30的顶表面上。第二上部焊盘33可以形成在上部基板30的底表面上。第一上部焊盘31和第二上部焊盘33在上部基板30内可以通过布线(例如，布线层和通路)电连接。

第一上部半导体芯片40a和第二上部半导体芯片40b可以顺序地堆叠在上部基板30上。第一上部半导体芯片40a和第二上部半导体芯片40b中的至少一个可以是存储芯片。

接合线32可以将第一上部半导体芯片40a和第二上部半导体芯片40b连接到第一上部焊盘31。可以使用引线接合器(wirebonder)(未示出)将接合线32接合到第一上部半导体芯片40a和第二上部半导体芯片40b以及接合到第一上部焊盘31。或者，第一上部半导体芯片40a和第二上部半导体芯片40b中的至少一个可以以倒装芯片的方式安装在上部基板30上。

上部模制层36可以形成为覆盖第一上部焊盘31、第一上部半导体芯片40a和第二上部半导体芯片40b以及接合线32。上部模制层36可以包括环氧模塑化合物(emc)。

上部绝缘构件50b可以形成在上部基板30的中心下方。上部绝缘构件50b可以使上部基板30与内置基板60彼此绝缘。上部绝缘构件50b可以包括阻焊剂。

第二凸块39可以沿着上部基板30的底表面的外周边缘形成。第二凸块39可以将第二上部焊盘33连接到内置基板60的第一焊盘62。因此，第二凸块39可以布置在第二上部焊盘33与内置基板60的第一焊盘62之间。

虽然未示出，但是在顶部半导体封装件102经由内置基板60接合到底部半导体封装件101之后，可以在底部半导体封装件101的第二下部焊盘4上形成焊料凸块。

根据本发明构思的一方面，制造层叠封装器件的方法使用被配置为将弯曲的内置基板抵靠着底部半导体封装件进行按压的按压构件。因此，可以防止内置基板与底部半导体封装件之间的接合失败。

最后，上面已经详细描述了本发明构思的示例。然而，本发明构思可以以许多不同方式付诸实践，并且不应当被解释为限于上述示例。相反，描述这些示例以使本公开是彻底的和完整的，并且将本发明构思完全传达给本领域技术人员。因此，本发明构思的真实精神和范围不由上述实施例限定，而是由所附权利要求限定。