用于堆叠式封装的无源元件及细间距通孔的并入的制作方法
【专利说明】用于堆叠式封装的无源元件及细间距通孔的并入
[0001]优先权主张
[0002]本申请案主张以下各申请案的优先权:2012年8月3日申请的题为“用于堆叠式封装的无源元件及细间距通孔的并入(INCORPORAT1N OF PASSIVES&FINE PITCH THROUGHVIA FOR PACKAGE ON PACKAGE) ”的第 61/679，625 号(代理人案号 QUALP169PUS/123236P1)美国临时申请案，及2013年I月23日申请的题为“用于堆叠式封装的无源元件及细间距通孔的并入(INCORPORAT1N OF PASSIVES AND FINE PITCH THROUGH VIA FOR PACKAGE ONPACKAGE) ”的美国专利申请案13/748，294，所述两个申请案以其全文引用的方式并入本文中且用于所有目的。
技术领域
[0003]本发明一般来说涉及装置的封装且更明确地说，涉及用于互连封装的多个层、衬底、半导体裸片或其它组件的玻璃通孔棒。
【背景技术】
[0004]微电子装置可包含包含机电系统(EMS)裸片的多个组件。举例来说，EMS裸片可电连接到电子装置中的驱动集成电路(IC)裸片。机电系统包含具有电及机械元件、致动器、换能器、传感器、光学组件(包含镜面)及电子元件的装置。机电系统可以多种尺度制造，包含(但不限于)微尺度及纳米尺度。微机电系统(MEMS)装置可包含大小范围在约一微米到数百微米或大于数百微米的结构。纳米机电系统(NEMS)装置可包含大小小于一微米(包含例如小于数百纳米的大小)的结构。
[0005]系统中的封装可保护系统的功能单元免受环境影响，为系统组件提供机械支撑，及为电互连件提供接口。具有多个堆叠裸片的三维(3-D)封装可减小微电子系统中的封装大小。
【发明内容】
[0006]本发明的系统、方法及装置各自具有若干创新方面，其中没有单个方面单独负责本文所揭示的合乎需要的属性。
[0007]本发明中所描述的标的物的一个创新方面可在一种堆叠式封装(PoP)中实施，所述堆叠式封装包含与第二封装垂直地集成的底部封装，其中所述底部封装包含第一裸片及至少一个玻璃通孔棒，且所述第二封装包含第二裸片，使得所述第一裸片通过一或多个玻璃通孔棒与所述第二裸片电通信。在一些实施方案中，所述底部封装进一步包含内嵌所述第一裸片及所述玻璃通孔棒的模具。
[0008]所述第一裸片及所述第二裸片可独立地为(例如)逻辑裸片、存储器裸片、微机电系统(MEMS)裸片、射频(RF)裸片、功率集成电路(IC)裸片、传感器裸片，及致动器裸片。在一些实施方案中，所述第一裸片及所述第二裸片为不同类型的裸片。举例来说，在一些实施方案中，所述第一裸片为逻辑裸片且所述第二裸片为存储器裸片。举例来说，所述存储器裸片可通过倒装芯片附接附接到衬底。在一些实施方案中，所述存储器裸片可为硅穿孔(TSV)存储器裸片。在一些其它实施方案中，所述第一裸片及所述第二裸片可为相同类型的裸片。举例来说，在一些实施方案中，所述第一裸片及所述第二裸片均可为存储器裸片，均可为逻辑裸片，或均可为MEMS裸片。所述堆叠式封装可进一步包含与所述底部封装及所述第二封装垂直地集成的第三封装，使得所述第二封装安置在所述底部封装与所述第三封装之间。
[0009]在一些实施方案中，所述玻璃通孔棒包含集成无源组件。集成无源组件的实例包含电阻器、电感器及电容器，及其组合。所述堆叠式封装可进一步包含附接到所述底部封装且与所述底部封装电通信的电子装置印刷电路板(PCB)。
[0010]本发明中所描述的标的物的另一创新方面可在一种封装中实施，所述封装包含封装衬底、裸片及玻璃棒，所述玻璃棒包含与所述裸片电通信的一或多个玻璃穿孔。所述封装可进一步包含内嵌所述玻璃棒及所述裸片的模具，其中所述模具安置在所述封装衬底上且附接到所述封装衬底。在一些实施方案中，所述一或多个玻璃穿孔提供延伸穿过所述模具的厚度的导电路径。
[0011 ] 本发明中所描述的标的物的另一创新方面可在一种方法中实施，所述方法包含将裸片放置在封装衬底上，将一或多个玻璃通孔棒放置在所述封装衬底上，及经由焊料回焊将所述裸片及所述一或多个玻璃通孔棒附接到所述衬底，使得所述一或多个玻璃通孔棒与所述裸片电通信。在一些实施方案中，所述方法进一步包含将模制化合物施配在所述衬底上且使所述模制化合物固化。所述方法可进一步包含在将所述裸片放置在所述封装衬底上之前测试所述裸片。所述方法可进一步包含在将所述一或多个玻璃通孔棒放置在所述封装衬底上之前测试所述一或多个玻璃通孔棒。
[0012]在附图及下文描述中阐述本说明书中描述的标的物的一或多个实施方案的细节。其它特征、方面及优点将从所述描述、图式及权利要求书而变得显而易见。应注意，以下各图的相对尺寸可能未按比例绘制。
【附图说明】
[0013]图1A到IC展示玻璃通孔棒的等距示意性说明的实例。
[0014]图2展示包含无源组件的玻璃通孔棒的一部分的等距示意性说明的实例。
[0015]图3展示说明用于玻璃通孔棒的分批制造工艺的流程图的实例。
[0016]图4展示说明使用光可图案化玻璃进行的用于玻璃通孔棒的制造工艺的流程图的实例。
[0017]图5A到5G展示制作玻璃通孔棒的方法中的各个阶段的横截面示意性说明的实例。
[0018]图5H展示包含形成于沟槽中的集成电容器的玻璃通孔棒的实例。
[0019]图6展示包含玻璃通孔棒的堆叠式封装(PoP)的示意性横截面说明的实例。
[0020]图7到11展示说明使用玻璃通孔棒进行的PoP工艺的流程图的实例。
[0021]图12A及12B展示说明包含与玻璃通孔棒电连接的已封装半导体芯片的显示装置的系统框图的实例。
[0022]各个图式中的相似参考数字及名称指示相似元件。
【具体实施方式】
[0023]以下描述涉及出于描述本发明的创新方面的目的的某些实施方案。然而，所属领域的技术人员将容易认识到，可以许多不同方式应用本文中的教示。因而，所述教示并不希望仅限于图中所描绘的实施方案，而实际上具有广泛适用性，如所属领域的技术人员将容易显而易见的。
[0024]本文所描述的一些实施方案涉及包含玻璃穿孔的玻璃通孔棒。玻璃通孔棒可用以(例如)在堆叠三维(3-D)封装中提供层级间连接。在一些实施方案中，玻璃通孔棒可为堆叠式封装(PoP)的部分。在一些实施方案中，玻璃通孔棒可包含玻璃穿孔的高密度阵列。在一些实施方案中，玻璃通孔棒可包含在玻璃通孔棒的表面上及/或嵌入于玻璃通孔棒内的一或多个无源组件。
[0025]本文所描述的一些实施方案涉及包含玻璃通孔棒的封装。在一些实施方案中，所述封装可为PoP或经配置用于PoP封装的离散封装。所述封装可包含嵌入于模具结构内的一或多个半导体裸片及一或多个玻璃通孔棒。玻璃通孔棒可具有在玻璃通孔棒上或玻璃通孔棒内的一或多个无源组件。所述封装可进一步包含例如焊料球等层级间互连件。
[0026]本文所描述的一些实施方案涉及制造玻璃通孔棒的方法。制造玻璃通孔棒的方法可包含形成及填充大面积玻璃衬底的玻璃穿孔及使衬底单体化以形成多个玻璃通孔棒。在一些实施方案中，可在单体化之前在玻璃衬底上形成无源组件。在一些实施方案中，形成玻璃穿孔可包含图案化及蚀刻光可图案化玻璃。本文所描述的一些实施方案涉及制造包含玻璃通孔棒的封装的方法。制造包含玻璃通孔棒的封装的方法可包含形成内嵌一或多个半导体裸片及一或多个玻璃通孔棒的模具结构。
[0027]可实施本发明中所描述的标的物的特定实施方案以实现以下可能优点中的一或多者。在一些实施方案中，玻璃通孔棒可提供将通孔间距从500微米按比例调整到50微米及将通孔直径从200微米按比例调整到30微米的能力。按比例调整间距及直径的优点包含制造较小封装及增加容量及封装设计中的灵活性。
[0028]在一些实施方案中，无源组件可与玻璃通孔棒共同制造及并入到玻璃通孔棒中。将无源组件并入到玻璃通孔棒中的优点包含以下能力:将无源组件放置成在封装中更接近半导体裸片，减少电路径长度，增加性能，减少组件的数目，简化组合件，及减少成本。
[0029]在一些实施方案中，可在将玻璃通孔棒并入到封装中之前测试玻璃通孔棒。测试通孔及无源组件的能力可在组装已知的良好组件的后续工艺中提供高产量。在一些实施方案中，玻璃通孔棒可促进制造堆叠裸片封装。
[0030]包含EMS装置及集成电路装置的装置的封装可保护装置的功能单元免受环境影响，为装置提供机械支撑，及为装置与衬底之间的电互连提供高密度接口。
[0031]本文所描述的实施方案涉及包含玻璃穿孔的玻璃通孔棒。玻璃通孔棒可用以(例如)在堆叠三维(3-D)封装中提供层级间连接。在一些实施方案中，玻璃通孔棒可为PoP的部分。下文关于图6进一步描述包含玻璃通孔棒的PoP。
[0032]图1A到IC展示玻璃通孔棒的等距示意性说明的实例。图1A展示包含玻璃穿孔106的玻璃通孔棒100的实例。玻璃通孔棒100具有长度L、宽度W及高度H。(应注意，几何布置未按比例展示，其中扩大了高度以用于说明的目的。)玻璃通孔棒100的实例尺寸包含介于约I毫米与6毫米之间的长度L、介于约I毫米与6毫米之间的宽度W，及介于约300微米与700微米之间的高度H。在其中玻璃通孔棒100将封装在如下文关于图6及7所描述的模具结构中的实施方案中，高度H可等于模具结构的厚度。在一些实施方案中，玻璃通孔棒的长度及宽度可较大，例如，高达约15毫米。虽然图1A及剩余各图的实例中的玻璃通孔棒100为矩形立方体，但玻璃通孔棒100可具有任何形状。举例来说，玻璃通孔棒100可具有适合于特定封装布局的3-D L形状、圆柱形形状或其它形状，其中尺寸大约为约I毫米到15毫米。此外，尽管在相关联的图中描绘为透明的，但玻璃通孔棒100可为透明的或非透明的。玻璃通孔棒可为硼硅酸盐玻璃、碱石灰玻璃、石英、派热克斯玻璃(Pyrex)或其它合适的玻璃材料。在一些实施方案中，玻璃衬底为可通过激光辐射烧蚀的硼硅酸盐玻璃衬底。在一些实施方案中，玻璃衬底为光可图案化玻璃衬底。
[0033]玻璃穿孔106延伸穿过玻璃通孔棒100，从而在对置面之间提供导电路径。玻璃通孔106的实例直径可在约30微米与100微米的范围内。玻璃穿孔100还可具有任何适当形状。举例来说，在某些实施方案中，用于玻璃穿孔100的通孔开口可为圆形、半圆形、卵形、矩形、多边形、具有磨圓的边缘的矩形，多边形尖锐边缘或具有其它形状。并且，根据各种实施方案，玻璃穿孔100可具有线性或弯曲侧壁轮廓。玻璃通孔棒100可包含按任何规则或不规则布置放置或排列的任何数目个玻璃穿孔。举例来说，玻璃通孔棒100可具有介于约I个与24个之间的数目个玻璃穿孔106。玻璃通孔棒中的玻璃穿孔106的实例间距(中心到中心距离)可在约40微米到约200微米的范围内。在一些实施方案中，玻璃穿孔棒106具有等于或小于约100微米的间距。
[0034]在一些实施方案中，玻璃通孔棒100可包含经部分地填充或未经填充的玻璃穿孔。图1B展示包含玻璃穿孔106及未经填充的玻璃穿孔132的玻璃通孔棒100的实例，所述未经填充的玻璃穿孔可通过添加导电材料而形成为玻璃穿孔。在一些实施方案中，玻璃穿孔棒可具备用于特定封装布局的玻璃穿孔106及未经填充的玻璃穿孔132的布置。未经填充的玻璃穿孔132可促进大规模生产玻璃通孔棒100，而不会浪费不用于特定布局的导电材料。在一些实施方案中，玻璃通孔棒100可包含填充有非导电材料的玻璃穿孔。图1C展示包含玻璃穿孔106及经填充的非导电通孔134的玻璃通孔棒100的实例。在一些实施方案中，经填充的