专利名称：模块和制造模块的方法
技术领域：
本发明一般涉及模块和用于制造模块的方法。
背景技术：
电子部件封装一般是半导体器件制造的最后阶段。电子部件可以合并到独立保护封装中、与其他部件一同安装在混合或多部件模块中或直接连接在印刷电路板(PCB)上。
发明内容
根据本发明的一个实施例，一种模块包含第一半导体器件、布置在第一半导体器件上的框架以及布置在框架上的第二半导体器件，该框架包含腔，其中该第二半导体器件 密封该腔。根据本发明的一个实施例，一种制造方法包含将框架附着到射频(RF)滤波器，该框架包含腔；以及通过附着半导体器件到该框架密封该腔。根据本发明的一个实施例，一种模块包含凸块键合到支撑基板的第一半导体器件以及凸块键合到支撑基板的第二半导体器件。该模块还包含框架，该框架包含布置在第一半导体器件和第二半导体器件之间的腔。
为了更透彻地理解本发明及其优点，现在对结合附图的下面的描述做出参考，附图中
图Ia-Ic示出常规射频(RF)滤波器独立器件的剖面图和顶视 图2a_2b示出常规射频(RF)模块的顶视图；以及 图3a_3e示出射频(RF)模块的实施例的剖面图。
具体实施例方式下面详细讨论当前实施例的制备和使用。然而，应当理解，本发明提供能够在广泛的各种特定语境中实施的很多可应用的发明概念。讨论的特定实施例仅是制备和使用本发明的特定方式的说明，且并不限制本发明的范围。将参考特定语境中的实施例、即射频模块描述本发明。然而，本发明也可以应用于其他模块。图Ia-Ic示出常规射频(RF)滤波器独立器件100。RF滤波器102布置在引线框架104上。RF滤波器102包括框架106，该框架106具有布置在RF滤波器102上的腔107。腔107被盖110覆盖。盖110可以是诸如半导电材料或金属的机械刚性材料。RF滤波器102经由引线键合112电连接到引线框架104。图2a和2b示出常规射频(RF)模块200的顶视图。在盖206组装之前(图2a)和在放置盖206之后(图2b), RF模块200包含薄小无引脚封装(thin small non lead package,TSNP)引线框架上的两个SAW滤波器202和低噪声放大器(LNA)204。RF滤波器202和LNA204并排布置在TSNP引线框架上。包括有机盖层(organic cover) 205的框架布置在每个SAff滤波器202上。盖206放置在有机盖层205中的每一个上。因为LNA 204和SAW滤波器202的并排布置，射频(RF)模块200包含大引线框架区域。本发明的实施例提供包括布置在RF滤波器上方的半导体器件的模块。其他实施例可以通过直接连接第一半导体器件到RF滤波器提供半导体器件和RF滤波器之间的短电学连接。本发明的实施例的优点是节省板空间、模块足印(footprint)或封装大小。在模块的高度不增加或仅仅最低限度地增加的同时，能够充分减小模块的大小。另一优点在于半导体器件可以增加框架/保护腔的机械稳定性。半导体器件可以具有比常规盖更加刚性的材料属性。通过RF滤波器和半导体器件之间的短引线距离可以提供又一优点。例如，较短的引线长度可以较不受串扰影响，提供更可控制的阻抗，较不受电磁干扰(EMI)影响，产生较少的EMI和/或向发送的信号引入较少的延迟。 诸如表面声波(SAW)滤波器、体声波(BAW)滤波器或薄膜体声波谐振器(FBAR)滤波器等的射频滤波器需要具有谐振腔的封装。这些谐振腔允许有声学有源区域上方的自由表面。同时，限定腔的框架材料可以与半导体制造环境相兼容。典型地，封装中的腔可以由金属、陶瓷或硅盖密封。图3a示出模块300的第一实施例的剖面图。模块300包含支撑基板302、第一半导体器件304、包括腔307的框架306以及第二半导体器件308。第一半导体器件304和第二半导体器件308可以使用引线310电连接到支撑基板302。支撑基板302例如可以是引线框架、基于玻璃芯的基板或印刷电路板等。支撑基板302可以包含诸如镍(Ni)或铜(Cu)的导电材料。在一些实施例中，支撑基板302可以电镀有银(Ag)或金(Au)，且在其他实施例中可以电镀有诸如钯/金(Pd/Au)的金属层堆叠。备选地，支撑基板302可以是包含玻璃纤维和环氧树脂以及预浸料坯(prepreg)芯基板的PCB板或玻璃载体。支撑基板302可以包含源于上述导电材料或源于诸如镍(Ni )或铝(Al)的另一导电材料的金属化接触垫。第一半导体器件304可以是诸如表面声波(SAW)滤波器、体声波(BAW)滤波器或薄膜体声波谐振器(FBAR)滤波器等的射频(RF)器件。备选地，第一半导体器件304可以是其他滤波器、谐振器、振荡器、变换器、传感器或具有需要保护的区域的器件。第一半导体器件304可以包含多个滤波器和/或其他器件。例如，第一半导体器件304可以包含两个或更多SAW滤波器或两个或更多BAW滤波器。备选地，第一半导体器件304可以包含诸如BAff滤波器和SAW滤波器或传感器和滤波器等的两种或更多不同种类的器件。第一半导体器件304可以配置成接收信号、过滤信号、变换信号或提供信号。例如，半导体器件304可以配置成通过特定范围内信号的频率、通过信号的高频或通过信号的低频。SAW器件一般制造在压电和/或热电基板上。SAW器件用于通过采用诸如石英、铌酸锂、钽酸锂、娃酸镓镧之类的材料的压电效应将声波转换成电信号或反之亦然。SAW器件典型地在高达约3GHz的频率范围中操作。BAW器件一般制造在娃基板上。BAW器件可以实现半阶梯(half-ladder)、全阶梯(full-ladder)、晶格或堆叠拓扑谐振器。例如，BAW器件可以由谐振器的网络形成。器件可以设计成避免不希望的频率被发送，同时允许其他特定频率被接收和发送。BAW滤波器典型地在约2GHz至约16GHz的频率操作，且可以比等效的SAW滤波器更小或更薄。FBAR器件一般可以包含夹置在两个电极之间且与周围介质声学隔离的压电材料。FBAR器件可以由厚度范围从几微米到十分之一微米的压电薄膜制造。器件可以在大体约IOOMHz至约IOGHz的频率范围内谐振。氮化铝和氧化锌是在FBAR中使用的两种常见压电材料。第一半导体器件304包含表面上应当被保护的区域。例如，诸如器件电路的有源区或SAW、BAW或FBAR的谐振器等的区域应当不被触摸，因为这将减弱声波或将改变滤波器的操作频率。具有该区域上方的保护腔307的框架306可以提供保护。例如，框架306可以围绕该区域。框架306/保护腔307保护该区域以免污染(例如颗粒)、机械损坏(例如划痕)、环境影响(例如湿度)或箝位。保护腔307可以是一个大的腔或可以是多个小的腔。例如，第一半导体器件304可以包含两个滤波器且可以包含一个大的保护腔或可以包含两个较小的腔。 框架306可以由诸如环氧树脂、聚酰亚胺、微楷化学(MiciX)Chem)制造的SU_8 或其他聚合物之类的有机材料制成。备选地，框架306可以由陶瓷或金属制成。在一个示例中，框架306完全包住(encapsulate)保护腔307。在另一示例中，保护腔307的顶表面不被框架306覆盖或仅被框架306部分地覆盖。保护腔307例如可以是矩形、椭圆或圆形。第二半导体器件308可以位于框架306的顶部上且可以覆盖保护腔307。在一个实施例中，保护腔307可以被气密密封。框架306和/或第二半导体器件308可以保护和密封保护腔307以免成型流(molding flow)。注意,如果第二半导体器件308不位于框架306的顶部上，保护腔307的框架306可能会由于高的成型压力而破裂。在一个实施例中，保护腔307被密封，但不被气密密封。第二半导体器件308可以使用管芯附着箔312、环氧粘合剂层312和绝缘聚酰亚胺312等附着到框架。第二半导体器件308可以是分立或独立器件或集成电路。例如，第二半导体器件308可以是功率放大器、低噪声放大器(LNA)或开关。备选地，第二半导体器件308可以包含这些器件和/或晶体管或电容器的组合。第二半导体器件308可以配置成处理信号、放大信号、切换信号或发送信号。例如，半导体器件308可以配置成放大特定频率范围内的信号、放大具有高频率的信号或者放大具有低频率的信号。第一半导体器件304可以管芯键合到支撑基板302。在一个实施例中，第一半导体器件304和支撑基板302之间的连接可以是非导电键合。例如，非导电键合可以通过使用环氧粘合剂或绝缘聚酰亚胺形成。备选地，第一半导体器件304使用管芯附着箔附着到支撑基板302。在一个实施例中，第一半导体器件304和支撑基板302之间的连接可以是导电键合。导电键合可以通过使用金/锡共晶体、铜/锡金属层、金属填充的环氧物或导电聚酰亚胺形成。第二半导体器件308可以附着到框架306。例如，第二半导体器件308可以管芯键合到框架306，使得腔307被密封。第二半导体器件308可以经由诸如管芯附着箔、环氧粘合剂或绝缘聚酰亚胺之类的非导电键合连接到框架306。第一半导体器件304和第二半导体器件308然后可以使用引线310引线键合到支撑基板302。引线310可以直接键合到支撑基板302或键合到布置在支撑基板302的顶面上的键合垫。引线310可以首先键合到第一半导体器件304的键合垫，然后穿越支撑基板302且然后被夹住。备选地，引线310可以通过在引线的末端形成球键合到支撑基板302或键合垫。引线 310的末端在为支撑基板302或键合垫安排好预算的温度下被超声按压。该工艺对于第一半导体器件304的所有键合垫和第二半导体器件308的所有键合垫重复。用于引线键合的合适的材料可以是铜(Cu)、金(Au)或铝(Al)。在一个实施例中，在第二半导体器件308附着到第一半导体器件304的框架306之前，第一半导体器件304可以键合到支撑基板302。这在图3b中示出。第二半导体器件308可以与第一半导体器件304大小相同或比第一半导体器件304大。在执行第一半导体器件304的引线键合之后，第二半导体器件308附着到框架306。在附着第二半导体器件308之后，器件308然后仅引线键合到支撑基板302。图3c示出模块300的实施例，其中第二半导体器件308直接键合到第一半导体器件304。例如，引线310从第一半导体器件304的第一键合垫键合到第二半导体器件308的第二键合垫。在射频应用中，两个半导体器件304、308之间的较短的电引线距离可以提供模块的改善了或优越的性能。此外，从图3c可以看出，第二半导体器件308布置在完全包住(encapsulate)保护腔307的框架306上。在所有实施例中，框架306可以或可以不完全包住保护腔307。模块300可以使用诸如树脂或塑料的模塑料(molding compound)封装。例如,烧铸材料可以封装第一半导体器件304、第二半导体器件308、框架306以及例如引线框架、基于玻璃芯的基板或印刷电路板(PCB)等的支撑基板302的至少一部分。图3d和3e不出模块320的其他实施例。第一半导体器件324和第二半导体器件328可以被焊接到支撑基板322。在图3d中，较小的第一半导体器件324可以是独立器件或集成电路，如参照图3a所述。较大的第二半导体器件328可以是滤波器(SAW、BAW、FBAR)、谐振器、振荡器、变换器、传感器、具有应当保护的区域的器件或其组合。对照地，在图3e中，较小的第一半导体器件324可以是滤波器(SAW、BAff, FBAR)、谐振器、振荡器、变换器、传感器、具有需要保护的区域的器件或其组合。较大的第二半导体器件328可以是独立器件或集成电路。第一半导体器件324可以使用倒装芯片技术焊接到支撑基板322。焊料凸块(bump)或柱状凸块330用于电连接第一半导体器件324到支撑基板322。在一个实施例中，可回流的焊料凸块330可以包含诸如锡(Sn)、铅(Pb)、锑(Sb)、铋(Bi)、银(Ag)、铜(Cu)等金属或其组合。备选地，可回流的焊料基本由锡(Sn)或银/锡(SnAg)组成。在一个实施例中，柱状凸块330可以包含铜(Cu)，其中焊顶(solder top)包含可回流的焊料凸块的材料。焊料凸块或柱状凸块330布置在或形成在第一半导体器件324上。第一半导体器件324然后翻转且使得凸块330与支撑基板322的接触垫332接触。可以应用或不应用助焊剂(flux)。第一半导体器件324和支撑基板322被置入回流炉中，其中该布置被加热到熔化温度以上，且凸块或凸块的顶部熔化以形成接触。备选地，接触可以通过在支撑基板322的加热的接触垫332上按压柱状凸块330形成。柱状凸块的焊顶熔化且与柱状材料和支撑基板322/接触垫322材料形成合金。在一个实施例中，接触的合金可以是在接触垫332上形成的二元锡/银(Sn/Ag)合金层和在二元锡/银(Sn/Ag)合金层上方在柱状凸块的尖端下方或附近形成的二元铜/锡(Cu/Sn)合金层。三元铜/锡/银(Cu/Sn/Ag)合金层可以在二元锡/银(Sn/Ag)合金层和二元铜/锡(Cu/Sn)合金层之间形成。在另一实施例中，接触的合金可以是在接触垫332上形成的二元锡/金(Sn /Au)合金层和在二元锡/金(Sn/Au)合金层上方的柱状凸块的尖端下方或附近形成的二元铜/锡(Cu/Sn)合金层。在一个实施例中，可以在二兀锡/金(Sn/Au)合金层和二兀铜/锡(Cu/Sn)合金层之间形成三元铜/锡/金(Cu/Sn/Au)合金层。在又一实施例中，接触的合金可以是两个二元铜/锡(Cu/Sn)合金层。 包含保护腔327的框架326在第一半导体器件324是RF滤波器时在第一半导体器件324上形成，且在第二半导体器件328是RF滤波器时在第二半导体器件328上形成。框 架326可以或可以不完全包住保护腔327。管芯附着箔可以用于连接第一半导体器件324或第二半导体器件328到框架326。第二半导体器件328然后可以使用倒装芯片技术焊接到支撑基板322。焊料凸块或柱状凸块334用于电连接第二半导体器件328到支撑基板322的接触垫336。第二半导体器件328和接触垫336之间形成的接触可以与第一半导体器件324和接触垫332之间形成的接触相同或可以不同。例如，第一接触和第二接触可以均是焊料凸块、均是柱状凸块、或者是柱状凸块和焊料凸块的组合。第二半导体器件328可以密封保护腔327。密封可以是或可以不是气密密封。在一个实施例中，液体焊料的吸引力可以向下拉第二半导体器件328，从而将第二半导体器件328压在框架326上，由此密封保护腔327。模块320最后可以使用诸如树脂或塑料的模塑料封装。例如，浇铸材料可以封装第一半导体器件324、第二半导体器件328、框架326以及例如引线框架、基于玻璃芯的基板或印刷电路板(PCB)等的支撑基板322的至少一部分。注意第一半导体器件324和第二半导体器件328能够同时或不同时地焊接到支撑基板322。尽管已经详细描述了本发明及其优点，应当理解，此处在不偏离所附权利要求限定的本发明的精神和范围的条件下，可以做出各种改变、替换和变更。此外，本申请的范围并不旨在限制于本说明书中描述的工艺、机器、制造、物质成分、方式、方法和步骤的特定实施例。本领域技术人员从本发明的公开应当意识到，根据本发明，可以利用与此处描述的相应实施例基本执行相同功能或基本实现相同结果的现有或以后发展的工艺、机器、制造、物质成分、方式、方法或步骤。因此，所附的权利要求旨在其范围内包括这种工艺、机器、制造、物质成分、方式、方法或步骤。
权利要求
1.一种模块,包含 第一半导体器件； 布置在第一半导体器件上的框架，该框架包含腔；以及 布置在框架上的第二半导体器件，其中第二半导体器件密封该腔。
2.根据权利要求I所述的模块，其中第一半导体器件是射频(RF)滤波器。
3.根据权利要求I所述的模块，其中第一半导体器件包含配置成被保护以免受外部损坏的有源区。
4.根据权利要求I所述的模块，其中第一半导体器件选自由表面声波(SAW)滤波器、体声波(BAW)滤波器和薄膜体声波谐振器(FBAR)滤波器组成的组。
5.根据权利要求I所述的模块，其中第二半导体器件包含功率放大器、低噪声放大器(LNA)或开关。
6.根据权利要求I所述的模块，其中第二半导体器件配置成从第一半导体器件接收射频(RF)信号。
7.根据权利要求I所述的模块，其中框架包含有机材料、金属或陶瓷。
8.根据权利要求I所述的模块，还包含支撑基板，且其中第一半导体器件布置在支撑基板上。
9.根据权利要求I所述的模块，还包含引线，其中该引线连接第二半导体器件到第一半导体器件。
10.根据权利要求I所述的模块，还包含封装模块的模塑料。
11.一种制造模块的方法，该方法包含 形成到射频(RF)滤波器的框架，该框架包含腔；以及 通过附着半导体器件到框架密封该腔。
12.根据权利要求11所述的方法，还包含在支撑基板上管芯键合RF滤波器。
13.根据权利要求11所述的方法，其中密封腔包含在框架上管芯键合半导体器件。
14.根据权利要求12所述的方法，还包含将RF滤波器和半导体器件引线键合到支撑基板。
15.根据权利要求14所述的方法，其中在第一步骤中，RF滤波器被管芯键合在支撑基板上，其中在第二步骤中，RF滤波器被引线键合到支撑基板，其中在第三步骤中，半导体器件放置在框架上，且其中在第四步骤中，半导体器件被引线键合到支撑基板。
16.根据权利要求11所述的方法，还包含使用模塑料封装RF滤波器、框架和半导体器件。
17.根据权利要求11所述的方法，还包含将半导体器件引线键合到RF滤波器。
18.—种模块,包含 凸块键合到支撑基板的第一半导体器件； 凸块键合到支撑基板的第二半导体器件；以及 包含布置在第一半导体器件和第二半导体器件之间的腔的框架。
19.根据权利要求18所述的模块，其中第一半导体器件是RF滤波器，且第二半导体器件包含功率放大器、低噪声放大器(LNA )、开关或集成电路。
20.根据权利要求18所述的模块,其中第一半导体器件包含功率放大器、低噪声放大器(LNA)、开关或集成电路，且第二半导体器件是RF滤波器。
21.根据权利要求18所述的模块，还包含包住第一半导体器件、框架和第二半导体器件的模塑材料。
22.根据权利要求18所述的模块，其中凸块键合包含包括柱状凸块的互连。
23.根据权利要求22所述的模块，其中凸块键合包含包括铜/锡(Cu/Sn)合金、锡/银(Sn/Ag)合金和/或锡/金(Sn/Au)合金层的互连。
全文摘要
公开了一种模块和制造模块的方法。模块的实施例包含第一半导体器件、布置在第一半导体器件上的框架以及布置在框架上的第二半导体器件，框架包含腔，其中第二半导体器件密封腔。
文档编号H01L23/31GK102800660SQ20121016549
公开日2012年11月28日 申请日期2012年5月25日 优先权日2011年5月26日
发明者T.Y.欣, D.克雷尔, U.克鲁拜因, S.马滕斯, B.K.薛, H.特伊斯, H.韦特肖尔克 申请人:英飞凌科技股份有限公司