专利名称：半导体器件的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种半导体器件，更具体地，涉及一种具有球栅阵列(BGA)衬底的半导体器件，在所述BGA衬底中封装了半导体芯片。
技术背景近来，对于在关键任务通信设备和高端计算机中使用的半导体器件 越来越要求要求所述半导体器件更快并且具有更高的性能。为满足此要 求，必须减小半导体芯片和其中封装了半导体芯片的半导体器件的尺寸。 小型化的一种解决方案是BGA封装。例如，在JP 2001-144214A中可看到考虑用于键合(bonding) BGA 封装和电路衬底的键合结构的技术。该出版物公开了 一种半导体器件及其键合结构，通过对周边上的金 属球给出比其他金属球更高拉伸强度的金属球，延长了键合寿命。同样，R. Mathew等人写的、并且在2006年5月31日以2006 IEEE ECTC会i义(P35-40)形式出版的文章"1 Gb/s Ether Physical Layer Device Package Development"公幵了一种半导体器件结构，所述半导 体器件结构通过封装芯片使得芯片中心偏离BGA衬底中心，实现了稳定 的供电。然而，传统的BGA封装从来没有考虑半导体芯片的边缘和BGA衬底 上的球之间的位置关系，具体地，在将半导体芯片安装到BGA衬底上的 工艺中沿相对于衬底的垂直方向的位置关系。这引起如图9和10所示， 沿衬底的垂直方向，在与焊料球8 (其中BGA衬底9和焊料球8需要接 触的位置处的焊盘7)的中心对齐的位置处具有半导体芯片1的边缘的 一些器件。如上所述不考虑在半导体芯片边缘和BGA衬底上的球之间沿垂直方向的位置关系而组装的器件具有以下问题当将其安装到另一个衬底(这 里称为二次封装)，然后测试封装强度时，焊料球8沿衬底的垂直方向，在半导体芯片1的边缘与BGA衬底9上的焊料球8 (其中BGA衬底9和 焊料球8将正确接触的位置处的焊盘7)的中心对齐的位置处频繁地分开。发明内容根据本发明的半导体器件在与键合至BGA衬底的焊盘(landing pad)对齐的位置处(即焊料球的中心)不具有半导体芯片边缘。优选地，半导体芯片的中心和安装芯片的BGA衬底的中心彼此不重合，并且半导体芯片的至少一个边缘不与BGA衬底上的焊盘对齐(即BGA衬底与焊料球彼此相连的位置)。这样，至少一个半导体芯片边缘不与所组装的衬底上的球(优选地，其中焊料球与所组装的衬底接触的位置处的焊盘)中心位置对齐，因此 避免了组装之后焊盘上的应力集中。如上所述，本发明使得可以减小在组装期间或之后球和BGA衬底彼 此分离的缺陷。该缺陷的一种可能机制如下半导体芯片的边缘是半导体芯片和封装树脂之间的界面。由所述界 面上产生的应力引起的新变形，尤其是热导致的应力，集中在界面上。 另外，所集中的应力增加了位于界面下面的BGA衬底、焊料球和二次封 装衬底上的应力差别，直到所集中的应力最终将焊料球与焊盘分离为止。 因此，将界面放置为偏离从所述焊盘延伸的假想线呈指数地减小了以上 缺陷。以上放置还缓和了对用于半导体器件的芯片尺寸的限制。具体地， 尽管待安装至二次封装衬底上的半导体器件中的焊料球位置相对于二次 封装衬底上的配线图固定，并且这可以将半导体芯片的边缘放置到上 述焊料球位置处，如果将所述半导体芯片安装到封装衬底上，使得所述 半导体芯片中心偏离封装衬底的中心(这将称为偏心安装)，不会引起什 么问题。提供芯片尺寸方面更大的自由度的偏心安装还使得在维持固定的焊料球位置的同时，易于处理简单的芯片收縮或对于芯片的较小变化。在具有较高的单元占有率的存储器和其他产品中，偏心安装对于处 理芯片边缘和焊料球(焊盘)之间的接近是有效的，所述偏心安装实现 了集成度的增加/减小(如简单的删减或对折，以及通过简单的工艺收縮 的芯片尺寸减小)。这是因为在其中单元占用率较高的存储器等中，存储 器容量中的变化或单元尺寸的变化直接导致芯片尺寸的增加或减小，换 句话说，集成度的改变可能将芯片边缘和焊盘之间的位置关系从最初无 问题变为有问题，偏心安装使得可以在不需要主要设计变化的情况下任 意地设定芯片边缘和焊盘之间的位置关系。另一个优势是在二次封装衬底中可以减小封装面积。具体地，通过 使用按照最小间距排列成矩阵的全部焊料球，减小了二次封装面积。换 句话说，这使得不需要考虑和限制确保焊料球的可靠性的球配置，例如 从半导体芯片的正下方的区域省略了球，尤其是芯片边缘的紧邻下面以 及芯片角落的紧邻下面的区域，或者使得这些区域中的焊料球是无功能 的虚拟球。
通过结合附图阅读对于本发明实施例的以下详细描述，将更加清楚 地理解本发明的以上和其他目的、特性和效果，其中图1示出了根据本发明第一实施例的半导体器件的截面图； 图2示出了根据本发明第一实施例的半导体器件的平面图； 图3是其中安装了根据本发明第一实施例的半导体器件的图； 图4是常规半导体器件封装的示意图；图5是示出了根据本发明第一实施例的半导体器件的修改示例的图；图6示出了根据本发明第二实施例的半导体器件的截面图； 图7示出了根据本发明第二实施例的半导体器件的平面图； 图8是示出了根据本发明第二实施例的半导体器件的修改示例的图；图9示出了传统半导体器件的截面图；以及图io示出了传统的半导体器件的平面图。
具体实施方式
图1至3是示出了根据本发明第一实施例的半导体器件的图。图1 示出了根据本发明第一实施例的半导体器件的截面图，以及图2示出了 从上方观看的半导体器件的平面透视图。图3是其中将半导体器件安装 到另一个衬底(称为二次封装)的截面图。在图1中，配线(电路)图案4和6形成于BGA衬底9的顶面和底 面上，并且用粘合剂16将半导体芯片1安装到BGA衬底9的顶面或底面 上(称为首次封装)。通过键合线3将半导体芯片1上的键合焊盘2与 BGA衬底9的顶面上的配线图案4电连接。配线图案4通过穿透孔5与 电路衬底9的底面上的配线图案6相连，并且还通过焊盘7与焊料球8 相连。一片绝缘带15覆盖了 BGA衬底9没有安装芯片的另一面上的焊盘 7之间的区域。BGA衬底9上的半导体芯片1用成型树脂(mold resin) IO覆盖。现在参考图2的平面透视图，所述图从下向上看半导体芯片。从下 面不能看见的半导体芯片1的位置通过图2可以看见。如图所示，将半 导体芯片1安装到电路衬底9上，使得半导体芯片1的中心坐标Cl与电 路衬底9的中心坐标C2不重合。这防止了半导体芯片1的边缘与焊料球 8 (其中焊料球和BGA衬底键合的位置处的焊盘7)的中心对齐。图2采 用实线表示焊料球直径，用虚线表示焊盘的直径。绝缘带15覆盖除了所 述焊盘之外的BGA衬底的底面。当将以上半导体器件安装到另一个衬底上用于二次封装时，如图3 所示，避免了其中半导体芯片1的边缘沿与衬底垂直的方向与BGA衬底 9上的焊料球8的中心对齐的传统技术的衬底定位。从而减轻了在球和 BGA衬底之间的接触区域上产生的应力集中，并且显著减小了在组装期 间或之后焊料球8从焊盘7上分离的缺陷。现在，将参考图4给出关于半导体芯片1和BGA衬底9彼此相对的 定位的简要描述。将半导体芯片的四边相对于BGA衬底的四边定位(图 4中的角度W和M)，所述BGA衬底具有给定数目的行和列(在图中是3行X5列)。为了简化，在以下描述中将讨论从15个芯片中取出的一个心片。在定位了所述四边(角度)时，可以通过简单地在安装机器中设定半导体芯片l的角落坐标"2， y2)相对于BGA衬底的角落坐标(xl， yl)，将所述半导体芯片设置在BGA衬底的任意位置处。这样，防止了半 导体芯片的中心和BGA衬底的中心彼此重合。图中所示的焊料球间隔(间距A) —般是l.Omm，并且在精细间距 BGA (FPBGA)的情况下是0. 5ram，而安装机器的排列精度或误差(间距B) 是约i几十至几百/^。因此，可以容易地将半导体芯片的边缘放置在焊料 球之间的间隙。这样，在将半导体芯片的中心设定为偏离BGA衬底中心 的同时，易于将半导体芯片的边缘设定在BGA衬底的焊料球之间。以上实施例采用键合作为示例进行组装。图5中示出了本发明第一 实施例的修改示例。在所述修改示例中，半导体芯片l是倒装芯片，并且 通过金属凸块12将倒装芯片上的焊盘2压力配合到BGA衬底9上。在这种情况下，也对半导体芯片l定位，使得半导体芯片边缘不会如以上实施例那 样与焊料球中心对齐。图6和7是示出了根据本发明第二实施例的半导体器件的图。在图6中，将半导体芯片13层叠到本发明第一实施例的半导体芯片1 上，从而形成多芯片封装(MCP)结构。排列两层半导体芯片，使得它们 各自的边缘不会如同本发明的第一实施例那样沿垂直方向与BGA衬底上 的球位置对齐。下面将参考图7进行描述，图7是示出了从芯片上方观看 芯片的平面透视图。在该实施例中，下部半导体芯片1的中心和上部半导体芯片13的中 心彼此重合。然而，依赖于上部芯片的芯片尺寸或者芯片宽高比，上部 和下部半导体芯片的中心不必彼此重合。图8是本发明第二实施例的修改示例。图8所示的是上部芯片尺寸比 下部芯片尺寸更大的情况，或者相对的两边在上部芯片中比在下部芯片 中的更长，换句话说，上部芯片从下部芯片中突出。这种情况只需要确保沿与芯片垂直方向的键合器(bonder)间隙， 使得可以结合下部半导体芯片，换句话说，只需要简单地确保在键合期因此，所述修改示例采用隔板14，所述 隔板14保持上部和下部芯片彼此分离。将第一半导体芯片1安装到BGA衬底上，将隔板14放置到第一半导体 芯片1上，然后将第二半导体芯片13安装到隔板14上。同样在这种情况下，对上部和下部半导体芯片进行定位使得它们各 自的四条边不与BGA球的中心对齐，使得所获得的效应更加显著。本发明不局限于上述实施例，并且明显的是在本发明技术概念范围 内可以按需要修改这些实施例。例如，可以组合采用本发明的第一和第 二实施例，使得将下部芯片进行倒装芯片键合，并且通过键合将第二芯 片安装到下部芯片上。芯片层的个数不局限于两个，而是可以层叠三个或更多的半导体芯 片，不必说本发明不但可以应用于其中堆叠多个芯片的情况，而且可以 应用于并排地排列多个芯片的情况。本发明不但可以应用于BGA的情况， 而且可以应用于LGA等的情况。换句话说，可以将所述球改变为接线端。
权利要求
1.一种半导体器件，包括具有边缘的半导体芯片；安装所述半导体芯片的组装衬底；多个焊盘，设置在所述组装衬底上以将球与组装衬底相连；以及多个接线端，设置在所述焊盘上面；其中半导体芯片的中心偏离组装衬底的中心，所述边缘偏离所述焊盘。
2. 根据权利要求1所述的半导体器件，其中所述边缘具有长度， 使得当半导体芯片的中心与组装衬底的中心彼此重合时，所述边缘与所 述焊盘重叠。
3. 根据权利要求1所述的半导体器件，其中通过键合将半导体芯 片与组装衬底相连。
4. 根据权利要求1所述的半导体器件，其中通过倒装芯片键合将 半导体芯片与组装衬底相连。
5. 根据权利要求1所述的半导体器件，其中按照相等间隔的矩阵 形式将所述接线端排列在组装衬底上。
6. 根据权利要求5所述的半导体器件，其中所述接线端是球。
7. 根据权利要求1所述的半导体器件，还包括具有第二边缘的、与所述半导体芯片不同的第二半导体芯片，其中第二半导体芯片的第二边缘具有长度，使得当第二半导体芯片的中心与组装衬底的中心彼此重合时，所述第二边缘与所述焊盘重叠。
8. 根据权利要求7所述的半导体器件，还包括所述半导体芯片和所述第二半导体芯片之间的隔板。
9. 一种半导体器件，包括具有边缘的半导体芯片； 安装所述半导体芯片的组装衬底；焊盘，设置在所述组装衬底上以将所述球与所述组装衬底相连；以及接线端，用于安装所述组装衬底；其中所述半导体芯片的中心偏离所述组装衬底的中心，所述边缘偏 离所述焊盘。
10.根据权利要求9所述的半导体器件，其中所述边缘具有长度，使得当所述半导体芯片的中心与所述组装衬底的中心彼此重合时，所述 边缘与所述焊盘之一重叠。
全文摘要
本申请公开了一种半导体器件。当将BGA封装器件安装到另一个衬底并且测试封装强度时，焊料球(8)沿衬底的垂直方向，在其中半导体芯片(1)的边缘与BGA衬底(9)上的焊料球(8)的中心对齐的位置处频繁地分开。在本发明的半导体器件中，半导体芯片的中心和安装芯片的BGA衬底的中心彼此不重合，并且半导体芯片的边缘沿与芯片垂直的方向与BGA衬底上的球中心位置未对齐。
文档编号H01L23/488GK101261975SQ200810083429
公开日2008年9月10日 申请日期2008年3月5日 优先权日2007年3月7日
发明者二阶堂裕文 申请人:恩益禧电子股份有限公司