专利名称：具有防止翘曲的结构的半导体封装的制作方法
技术领域：
本发明涉及半导体封装，且更具体而言，涉及具有新颖结构的半导体封 装，该结构防止或减小了由于热应力引起的翘曲和焊料球缺陷的发生。
背景技术：
如本领域的技术人员所知，开发了各种技术，其允许电子装置的小型化、 重量轻、高速操作和多功能性。由此开发了半导体封装，目的在于减小尺寸
和改善电性能。^求栅阵列(BGA)封装是典型示例。 常规的BGA封装的配置如下所述。
半导体芯片被贴附到具有电路图案的基板。半导体芯片的键合垫和基板
的电极垫通过导电键合引线彼此连接。模塑结构(molding structure )形成于 包括半导体芯片和键合引线的基板的上表面上以保护半导体芯片和键合？ 1
线免受外部环境影响。用作安装构件的焊料球形成于基板的下表面上，用于 彼此电连接外部电路和半导体芯片。
因为BGA封装具有与半导体芯片的尺寸相似的总体尺寸，安装区域的 尺寸被减小。另外，因为BGA封装通过焊料球电连接到外部电路，电信号 传输路径的最小化改善了电性能。
然而，在常规的BGA封装中，因为模塑结构仅形成于包括半导体芯片 和键合引线的基板的上表面上，当在随后的工艺和测试中施加热时，模塑结 构和基板的热膨胀系数之间的差异导致了翘曲。
翘曲在焊料球的连接部分中导致了裂紋且导致了焊料球缺陷。
发明内容
本发明的实施实施方式涉及一种半导体封装，其减小了模塑结构和基板 的热膨胀系数之间的差异，由此最小化由于热应力引起的翘曲的发生。
本发明的另一实施方式涉及一种半导体封装，其通过抑制翘曲的发生而 防止焊料球缺陷。在一个实施方式中，半导体封装包括基板，具有多个连接垫(connection pad)和多个球焊盘(ball land);半导体芯片，贴附到基板的一个表面且具 有连接到基板的对应的连接垫的多个键合垫(bondingpad);第一模塑结构， 覆盖基板的上表面，包括键合垫和连接垫之间的连接区域与半导体芯片；第 二模塑结构，与基板的下表面的边缘相邻形成；和多个焊料球，贴附到基板 的相应的球焊盘。
半导体芯片以面向下型贴附到基板。
键合垫设置于面对基板的半导体芯片的表面上的中间部分中。 基板在其中间部分具有开口 ，其暴露了半导体芯片的键合垫。 连接垫在基板的另 一表面上围绕开口设置，且球焊盘在基板的另 一表面
上从连接垫向外设置。
基板的连接垫通过金属引线电连接到半导体芯片的键合垫，金属引线延
伸通过开口 。
包括金属引线的基板的开口和围绕开口的部分通过第 一模塑结构被填 充和覆盖。
第二模塑结构形成以从与设置于基板的最外边缘的球焊盘相邻的部分 延伸。
第二模塑结构形成以具有小于焊料球的高度的高度。
在另一实施方式中， 一种半导体封装包括基板，具有多个连接垫和多 个球焊盘，且界定有与其边缘相邻的多个通孔；半导体芯片，贴附到基板的 一个表面且具有连接到基板的对应的连接垫的多个键合垫；第一模塑结构， 覆盖基板的上表面，包括键合垫和连接垫之间的连接区域与半导体芯片；第 二模塑结构，与基板的下表面的边缘相邻形成；第三模塑结构，形成于基板 的相应的通孔中；和多个焊料球，贴附到基板的相应的球焊盘，其中第一和 第二模塑结构通过第三模塑结构彼此一体连接。
通孔与基板的两个对边部分或所有四个边缘部分相邻，在该基板上形成 了第二模塑结构。
半导体芯片以面向下方式被贴附到基板。 键合垫设置于面对基板的半导体芯片的表面上的中间部分中。 基板在其中间部分具有开口 ，其暴露了半导体芯片的键合垫。 连接垫在基板的另 一表面上围绕开口设置，且球焊盘在基板的另 一表面
上从连接垫向外设置。
基板的连接垫通过金属引线电连接到半导体芯片的键合垫，金属引线延 伸通过开口 。
包括金属引线的基板的开口和围绕开口的部分通过第 一模塑结构被填 充和覆盖。
第二模塑结构形成以从与设置于基板的最外边缘的球焊盘相邻的部分 延伸。
第二模塑结构形成以具有小于焊料球的高度的高度。
工艺步骤的剖面图3是示出在条基板上形成根据本发明的实施方式的多个半导体封装的 状态的平面图5是示出根据本发明的另一实施方式的用于半导体封装的基板的平面
图6A和6B是示出根据本发明的另一实施方式的分别沿线X-X'和Y-Y' 在图5中所述的半导体封装的剖面图。
具体实施例方式
在本发明中，通过形成与基板的下表面的外边缘相邻的模塑结构，可以 防止半导体封装由于热应力而引起翘曲。
通孔的基板。因为模塑结构还形成于通孔中，上和下模塑结构可以彼此连接， 通过其可以进一步防止半导体封装由于热应力的翘曲。
因此，在本发明中，通过防止半导体封装的翘曲，可以防止在焊料球和 球焊盘之间的键合部分中产生裂紋，由此改善半导体封装的可靠性。
其后，将详细描述根据本发明的实施方式的半导体封装。
参考图1,半导体封装100包括半导体芯片110、基板120、键合材料 130、键合引线M0、焊料球150、第一模塑结构160和第二模塑结构170。
半导体芯片110在其有源面即当它被安装时其面对基板120的表面上具 有多个键合垫112。 4定合垫112形成于半导体芯片IIO的有源面的中间部分 中。半导体芯片110以面向下的方式贴附到基板120。
基板120包括多个连接垫122，电连接到半导体芯片110的键合垫112; 多个球焊盘124,电连接到连接垫122;和金属线(未显示)，将连接垫122 和球焊盘124彼此连接。
在半导体芯片IIO通过键合材料130被安装到基板120的上表面的状态 中，基板120在其中间部分具有开口 C，开口 C具有狭缝的形状且暴露键合 垫112。
基板120的连接垫122和球焊盘124形成于基板120的下表面上，即在 背离贴附半导体芯片IIO的上表面的表面上。连接垫122在基板120的下表 面上设置于开口 C的两侧，且球焊盘124设置于连接垫122和基板120的边 缘部分之间。
键合引线140相互电连接半导体芯片110的键合垫112和基板120的连 接垫122。优选地，键合引线140的第一端结合到相应的键合垫122，键合 垫122设置于半导体芯片IIO的下表面上，且键合引线140的第二端穿过开 口 C且结合到连接垫122，连接垫122设置于基板120的下表面上。
第一模塑结构160形成，从而其覆盖包括半导体芯片110的基板120的 整个上表面，和包括开口 C和连接垫122的基板120的下表面的一部分。第 一模塑结构160用于保护半导体芯片110、键合引线140、和到键合垫112 和连接垫122的键合引线140的连接部。
第二模塑结构170形成于基板120的下表面上。第二冲莫塑结构170用于 防止基板120和第一冲莫塑结构160由于第一模塑结构160和基板120的热膨 胀系数之间的差异在一定方向上引起翘曲。第二模塑结构170沿基板120的 下表面沿边缘部分形成。详细而言，第二模塑结构170从基板120上与最外 球焊盘相邻的位置朝基板120的边缘部分延伸，形成为闭环的方式。第二模 塑结构170具有小于焊料球150的高度的高度，且球焊盘124位于第二模塑 结构170内。
第一和第二模塑结构160和170在模塑工艺期间利用环氧模塑混合物(EMC)同时形成。
焊料球150被贴附到相应的球焊盘124,球焊盘124设置于基板120的 下表面上且用作半导体芯片110的外部连接端子。
其后，将描述根据本发明的实施方式的半导体封装的制造工序。
工艺步骤的剖面图。
参考图2A，在其中间部分具有多个键合垫112的半导体芯片110通过 键合材料130的介质贴附到基板120的上表面，从而半导体芯片110的下表 面面对基板120的上表面。此刻，设置于半导体芯片IIO的下表面上的键合 垫112通过界定为狹缝形状的开口 C被暴露。
由导电材料制成的键合引线140彼此电连接半导体芯片110的键合垫 112和基板120的连接垫122。
参考图2B,在其上安装有半导体芯片110的基板120被引入到模塑单 元180中，模塑单元180包括上模具182和下模具184,从而基板120位于 在模塑单元180的上和下模具182和184之间界定的第一空腔186中。下模 具184具有第二空腔188，第二空腔188具有分别对应于形成于基板120的 下表面上的那些模塑结构的剖面形状。模塑结构由此将覆盖包括狭缝形状开 口 C的部分且防止半导体封装被翘曲。
参考图2C,上模具182和下模具184被固定在形成模塑结构的位置。
通过驱动设置于下模具184内的加热器(未显示)，例如环氧模塑混合 物的固态的模塑树脂被熔化为液态。液态环氧模塑混合物在预定的压力下被 注入到第一和第二空腔186和188中，从而第一和第二空腔186和188用环 氧模塑混合物填充。
液态环氧模塑混合物在高温下被焙烧预定的时间。第一模塑结构160形 成以覆盖包括半导体芯片110的基板120的整个上表面和包括开口 C和连接 垫122的基板120的下表面的一部分。第二模塑结构170沿基板120的下表 面的边纟彖部分形成,人而形成闭环。
参考图2D,焊料球150贴附到设置于基板120的下表面上的相应的球 焊盘124。用作外部连接端子的焊料球150通过在高温熔化焊料的回流工艺 形成于^求焊盘124上。
通过在具有多个单元基板的条基板上安装多个半导体芯片，制造了根据
本发明的半导体封装，在每个单元基板上安装了至少一个半导体芯片。
图3是示出在条基板上形成才艮据本发明的实施方式的多个半导体封装的
状态的平面图，且图4是示出根据本发明的实施方式的半导体封装的平面图。 参考图3和4，根据本发明的实施方式如上述制造的半导体封装100同
时形成于条基板120a上，条基板120a由多个单元基板120组成，每个包括
开口、连接垫和球焊盘。
参考图4,形成于条基板120a上的多个半导体封装IOO被切割且分为单
独的半导体封装。
在图3和4中，参考标号150代表焊料球；160代表第一模塑结构；且 170代表第二模塑结构。
在本发明的实施方式中，因为模塑结构与基板的下表面上的边缘部分相 邻形成，当在完成模塑工艺之后随后进行比如回流工艺和测试工艺的工艺 时，即使对半导体封装施加热，基板膨胀和收缩的程度也减小。
因此，最小化了半导体封装中的翘曲的发生，且结果，避免了在焊料球 和球焊盘之间的键合部分中裂紋的发生。
在本发明的另一实施方式中，邻近基板的边缘部分界定多个通孔。当以 前述实施方式相同的方式在基板的上和下表面上形成模塑结构时，在各个通 孔中填充了环氧模塑混合物。
由此，在本发明中，因为形成于基板的上和下表面上的;f莫塑结构通过填 充通孔的环氧模塑混合物彼此一体连接，可以制造不翘曲和有利地承受热应 力的半导体封装。
图5是示出根据本发明的另 一 实施方式的用于半导体封装的基板的平面图。
参考图5,用于半导体封装的基板220a具有当在基板220a的主轴方向 上观看时在其左和右侧或在其上、下、左和右侧界定的通孔B。每个通孔B 具有允许在环氧模塑工艺期间环氧模塑混合物充分流入通孔B中的尺寸。通 孔B的尺寸和数量由封装的尺寸以及在模塑工艺中所使用的材料的特性决定。
图6A和6B是示出根据本发明的另 一实施方式的半导体封装的剖面图。 图6A显示了根据本发明的另 一实施方式的半导体封装的基板220a的沿 线X-X'(显示于图5中)的剖面图，和图6B显示了基板220a的沿线Y-Y'(显示于图5中)的剖面图。该实施方式的半导体封装使用在图5中所示的 基板220a以上述的实施方式的相同方式制造。
.第一模塑结构260和第二模塑结构270通过第三模塑结构2卯相互物理 连接，第三模塑结构290形成于通孔B中，当在基板220a的主轴方向上观 看时通孔B界定于基板220a的上和下侧或上、下、左和右侧。通孔B和在 其内形成的第三才莫塑结构290设置与两个对边部分或所有四边部分相邻，以 对应于第二模塑结构270。
当液态环氧模塑混合物被注入以形成第一和第二模塑结构260和270 时，形成于通孔B中的第三模塑结构290同时被注入。
因此，由于第一模塑结构260和第二模塑结构270通过形成于通孔B中 的第三模塑结构2卯彼此一体连接的事实，可以形成牢固且抵抗由于热应力 引起的翘曲的半导体封装。
在图6A和6B中，参考标号200指示半导体封装；210指示半导体芯片； 212指示键合垫；222指示连接垫；224指示球焊盘；230指示键合材料；240 指示键合引线；250指示焊料球；且C指示开口。
虽然为了说明的目的描述了本发明的具体的实施方式，然而本领域的技 术人员可以理解在不脱离由所附的权利要求所披露的本发明的精神和范围 的情况下，可以进行各种改进、添加和替换。
本申请要求分别于2006年11月21日和12月29日提交的韩国专利申 请10-2006-0114932和10-2006-0138467的优先权，其全部内容引入于此作为 参考。
权利要求
1、一种半导体封装，包括基板，具有多个连接垫和多个球焊盘；半导体芯片，贴附到基板的一个表面且具有连接到基板的对应的连接垫的多个键合垫；第一模塑结构，覆盖包括所述键合垫与所述连接垫之间的连接区域和所述半导体芯片的基板的上表面；第二模塑结构，与基板的下表面的边缘相邻形成；和多个焊料球，贴附到基板的相应的球焊盘。
2、 根据权利要求1所述的半导体封装，其中所述半导体芯片以面向下 的方式贴附到所述基板。
3、 根据权利要求2所述的半导体封装，其中所述《建合垫设置于面对基 板的半导体芯片的表面上的中间部分中。
4、 根据权利要求3所述的半导体封装，其中所述基板在其中间部分具 有开口，所述开口暴露了所述半导体芯片的所述键合垫。
5、 根据权利要求4所述的半导体封装，其中所述连接垫在基板的另一 表面上围绕所述开口设置，且所述球焊盘在基板的所述另一表面上从所述连 接垫向外设置。
6、 根据权利要求5所述的半导体封装，其中所述基板的所述连接垫通 过延伸通过所述开口的金属引线电连接到所述半导体芯片的所述键合垫。
7、 根据权利要求6所述的半导体封装，其中包括金属引线的基板的开 口和围绕开口的部分通过所述第一模塑结构被填充和覆盖。
8、 根据权利要求1所述的半导体封装，其中所述第二模塑结构形成以 从与基板上设置于最外面的球焊盘相邻的部分朝所述基板的边缘延伸。
9、 根据权利要求1所述的半导体封装，其中所述第二模塑结构形成以 具有小于所述焊料球的高度的高度。
10、 一种半导体封装，包括基板，具有多个连接垫和多个球焊盘，且界定有与其边缘相邻的多个通孔；半导体芯片，贴附到基板的一个表面且具有连接到基板的对应的连接垫的多个键合垫；第 一模塑结构，覆盖包括所述键合垫与所述连接垫之间的连接区域和所述半导体芯片的基板的上表面；第二模塑结构，与基板的下表面的边缘相邻形成； 第三模塑结构，形成于基板的相应的通孔中；和 多个焊料球，贴附到基板的相应的球焊盘，其中所述第 一和第二模塑结构通过所述第三模塑结构彼此一体连接。
11、 根据权利要求10所述的半导体封装，其中与其上形成了第二模塑 结构的基板的两个相对边缘部分或所有四个边缘部分相邻界定所述通孔。
12、 根据权利要求10所述的半导体封装，其中所述半导体芯片以面向 下方式被贴附到所述基板。
13、 根据权利要求12所述的半导体封装，其中所述4A合垫设置于面对 基板的半导体芯片的表面上的中间部分中。
14、 根据权利要求13所述的半导体封装，其中所述基板在其中间部分 具有开口，所述开口暴露了所述半导体芯片的所述键合垫。
15、 根据权利要求14所述的半导体封装，其中所述连接垫在基板的另 一表面上围绕所述开口设置，且球焊盘在基板的所述另一表面上从所述连接 垫向外设置。
16、 根据权利要求15所述的半导体封装，其中所述基板的所述连接垫 通过延伸通过所述开口的金属引线电连接到所述半导体芯片的所述键合垫。
17、 根据权利要求16所述的半导体封装，其中包括金属引线的基板的 开口和围绕开口的部分通过第一模塑结构被填充和覆盖。
18、 根据权利要求10所述的半导体封装，其中所述第二模塑结构形成 从与基板上设置于最外面的球焊盘相邻的部分朝所述基板的边缘延伸。
19、 根据权利要求10所述的半导体封装，其中所述第二模塑结构形成 以具有小于所述焊料球的高度的高度。
全文摘要
本发明公开了一种半导体封装，其包括基板，具有多个连接垫和多个球焊盘；半导体芯片，贴附到基板的一个表面且具有连接到基板的对应的连接垫的多个键合垫；第一模塑结构，覆盖基板的上表面，包括键合垫和连接垫之间的连接区域与半导体芯片；第二模塑结构，与基板的下表面的边缘相邻形成；和多个焊料球，贴附到基板的相应的球焊盘。所述半导体封装减小了模塑结构和基板的热膨胀系数之间的差异，由此最小化由于热应力引起的翘曲的发生，并通过抑制翘曲的发生而防止焊料球缺陷。
文档编号H01L23/31GK101188215SQ200710112009
公开日2008年5月28日 申请日期2007年6月19日 优先权日2006年11月21日
发明者裵汉儁, 金载勉 申请人:海力士半导体有限公司