半导体产品和堆叠的半导体设备的制作方法

1.本说明书涉及半导体产品。
2.例如，一个或多个实施例可以应用于具有塑料封装的半导体产品。


背景技术：

3.减小封装厚度和传递到焊点的应力，并且可能地促进多排封装的视觉检查例如可能是诸如集成电路(ic)等各种类型的半导体产品的兴趣点。
4.低厚度是采用无芯基板的所谓的超薄球栅阵列(bga)布置追求的特征。
5.这种布置的缺点可能在于，无芯基板可能比标准基板更昂贵，并且在任何情况下，例如比依赖于诸如完全模塑封装的内部工艺的解决方案更昂贵。
6.一种减少传递到焊点的应力的方法可以包括增加模块间距，即如在本文所考虑的产品中使用的半导体管芯或芯片与相关联的支撑元件之间的距离。
7.在依赖于bga技术的布置中，增加间隔可能导致相邻球之间的间距的不期望的减小。
8.在依赖于qfn(四方扁平无引线)技术的布置中，增加相隔距离 (stand
‑
off)可能导致接触抓地力降低。
9.本领域需要克服前述常规解决方案的缺点。


技术实现要素：

10.鉴于上述针对半导体产品封装所面临的问题，本公开的实施例旨在提供具有改进性能的半导体产品和堆叠的半导体设备。
11.本公开的实施例提供了一种半导体产品，包括：封装件，该封装件包括模塑材料的层，在模塑材料的层中嵌入有具有前表面的半导体管芯和围绕半导体管芯布置的导电体的阵列，封装件具有前表面和后表面；其中导电体具有相对的前端部分和后端部分，其中导电体的前端部分从封装件的前表面突出，并且后端部分从封装件的后表面突出；以及导电结构，在封装件的前表面上延伸，导电结构位于半导体管芯的前表面和导电体的前端部分之间。
12.在一些实施例中，导电结构包括：在封装件的前表面上的导电印刷结构；以及在导电印刷结构上的电镀导电材料。
13.在一些实施例中，导电体具有选自由球、圆柱和棱柱构成的组的形状。
14.在一些实施例中，半导体产品还包括在封装件的前表面上的密封层，在封装件的前表面上的密封层包括：在半导体管芯的前表面上、在导电体的前端部分上和在导电结构上的密封层。
15.在一些实施例中，密封层由透光密封材料制成。
16.本公开的实施例还提供了一种堆叠的半导体设备，包括：第一半导体产品；以及第二半导体产品；其中第一半导体产品和第二半导体产品中的每个半导体产品包括：封装件，
包括模塑材料的层，在模塑材料的层中嵌入有具有前表面的半导体管芯和围绕半导体管芯布置的导电体的阵列，封装件具有前表面和后表面；其中导电体具有相对的前端部分和后端部分，其中导电体的前端部分从封装件的前表面突出，并且后端部分从封装件的后表面突出；以及导电结构，在封装件的前表面上延伸，导电结构位于半导体管芯的前表面和导电体的前端部分之间；其中第一半导体产品的导电体的前端部分被电耦合到第二半导体产品的导电体的后端部分。
17.在一些实施例中，用于第一半导体产品和第二半导体产品中的每个半导体产品的导电结构包括：在封装件的前表面上的导电印刷结构；以及在导电印刷结构上的电镀导电材料。
18.在一些实施例中，用于第一半导体产品和第二半导体产品中的每个半导体产品的导电体具有选自由球、圆柱和棱柱构成的组的形状。
19.在一些实施例中，第一半导体产品和第二半导体产品中的每个半导体产品还包括在封装件的前表面上的密封层，在封装件的前表面上的密封层包括：在半导体管芯的前表面上、在导电体的前端部分上和在导电结构上的密封层。
20.在一些实施例中，密封层由透光密封材料制成。
21.在一个或多个实施例中，由于通过线环的专用形状匹配促进的增加的封装柔性，可以降低应力。
22.本实用新型的技术提供了具有改进的性能的半导体产品和堆叠的半导体设备。
附图说明
23.现在将参考附图仅通过示例的方式描述一个或多个实施例，其中：
24.图1a至图1l是实施例中可能的步骤或动作的示例，
25.图2和图3是示出实施例中某些步骤的结果的示意性平面图，
26.图4a和图4b是将实施例扩展到多级(堆叠)布置的可能性的示例，以及
27.图5至图8示出了实施例的可能变型。
28.应当理解，为了解释的简单和清楚，可以不以相同的比例绘制各种图。
具体实施方式
29.在以下描述中，给出各种具体细节以提供对本说明书的各种示例性实施例的透彻理解。实施例可以在没有一个或多个具体细节的情况下实施，或者使用其它方法、组件、材料等实施。在其他情况下，为了避免模糊实施例的各个方面，未详细示出或描述公知的结构、材料或操作。在整个说明书中对“一个实施例”或“实施例”的引用意味着结合实施例描述的特定特征、结构或特性包括在至少一个实施例中。因此，在贯穿本说明书的各个地方的“一个实施例中”或“实施例中”的短语的可能出现不一定都是指相同的实施例。此外，特定特征、结构或特性可以在一个或多个实施例中以任何合适的方式组合。
30.这里提供的标题/符号仅为方便起见，并且因此并不解释实施例的保护程度或范围。
31.一个或多个实施例可以涉及一种方法。
32.一个或多个实施例可以涉及相应的半导体产品。
33.一个或多个实施例可以涉及堆叠型的相应半导体设备。
34.一个或多个实施例可以涉及用于半导体设备的测试方法。
35.一个或多个实施例可以提出一种新的封装流程，提供无芯和无引线框架类型的超薄柔性封装件。
36.在一个或多个实施例中，半导体管芯或芯片可以与导电体(例如，包括金属(例如，铜)的球体或小圆柱体)一起组装在例如通过丝网印刷工艺施加的粘合层(例如，胶带或所谓的b级粘合层)上。
37.随后可进行模塑步骤，例如薄膜辅助模塑。
38.在一个或多个实施例中，管芯焊盘可以通过在模塑件上形成导电迹线(例如，通过喷射印刷然后电镀铜)而连接到金属接触体，例如球体 (球)、圆柱体或棱柱体(平行六面体)。
39.在一个或多个实施例中，最终绝缘水平可以密封管芯
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有源区域和 (例如，如通过喷射印刷、丝网印刷或模塑提供的)导电迹线。
40.在一个或多个实施例中，可以使用透明密封材料，其便于使(内排) 焊点从设备顶部可见，这可便于焊点的(自动)视觉检查。
41.一个或多个实施例也可以应用于具有标准厚度(例如375或280微米)的晶片。
42.在一个或多个实施例中，由于通过线环的专用形状匹配促进的增加的封装柔性，可以降低应力。
43.图1a是提供诸如铝板10的基板的示例，如图1b所示，在该基板上提供粘合层12。
44.在一个或多个实施例中，粘合层12可以包括施加(层压)到基板 10上的双粘合带。
45.在一个或多个实施例中，用于层12的这种带例如可以具有约 0.04
‑
0.05mm的厚度，并且可以包括背衬，例如聚酰亚胺膜背衬(例如 25微米)，在背衬上的两个表面上提供粘合硅树脂(例如12.5微米)以提供期望的双粘合行为。
46.如所讨论的，在实施例中可以使用其它类型的粘合层，例如用丝网印刷工艺施加的所谓的b级粘合层。
47.图1c是旨在提供如下所述的电触点的阵列的导电体14(例如球体或球)的阵列的布置的示例。
48.在整个描述中，名称“球体”和“球”将可互换地使用，根据本领域的现有术语(例如，球栅阵列或bga)，基本上作为同义词使用。另外可以理解的是，如本文所使用的，术语“球体”指的是在现有制造工艺中只能近似地实现的球形形状。
49.在一个或多个实施例中，金属体14可以包括铜球。
50.在一个或多个实施例中，球体14可以是电镀的球体。
51.例如，本文所例示的球体目前可从nippon micrometal corporation (nippon steel group的一家公司)获得。这样的球体或球可以包括直径为100
‑
150微米的球形芯，其上形成有25微米的无铅镀层(例如sn、 sn
‑
ag、sn
‑
cu、snagcu合金)，这导致球体直径为150
‑
200微米。
52.虽然图1a至图1l、图2、图3和图4a、图4b例示了球体或“球”的形式的导电体14，但一个或多个实施例不限于使用这种球体。例如，图5至图8例示了(小)圆柱体形式的导电体14的可能使用。这样的主体(触点)可以例如通过切割(经由激光切割，例如铜线(例如，直径
为0.3mm)来获得。
53.此外，具有不同于圆形截面(例如，诸如近似矩形或正方形截面的多边形截面)的截面的铜线可以用作用于主体14的起始材料，从而导致主体14具有不同于圆柱形状的形状，例如棱柱(例如，平行六面体)形状。
54.这些主体14可以(以本领域技术人员已知的方式)具有例如镀锡的表面电镀。
55.在一个或多个实施例中，可将诸如球体14的导电体放置在基板10 上(可为此目的使用传统的拾取和放置(pick
‑
and
‑
place)自动化工具)，使得球体14部分地嵌入在双粘合带12中，对于它们的底端或“后”端 14a，即球体14的底“极”区域(同样地也应用于图5至图8中的球体 14的底端或近端，同样地标记为14a)，有可能在用作支撑元件10的基板10附近或与基板10接触。
56.一个或多个实施例可以利用根据诸如主体14的形状和尺寸(例如球体直径)和/或粘合层12的厚度和刚度的参数选择的放置力，以这种方式使得主体14在其后端14a处与基板10的表面接触。这便于实现50 微米的共平面度规格。
57.图1d是半导体芯片或管芯16的示例，该半导体芯片或管芯16具有前表面或顶表面16a，该前表面或顶表面16a被布置(附接)到基板 10上(即，粘合层12上)，该区域通常由主体14形成的阵列包围。
58.同样，管芯16的放置可以通过传统的自动拾取和放置工具进行。
59.而且，多个管芯16可以布置在通常由球体14的阵列包围的区域中。
60.为了简单起见，下面将参考单个半导体管芯16。
61.注意，如图1a至图1l、图2、图3和图4a、图4b举例说明球体或“球”形式的导电体14。另外应当理解，一个或多个实施例不限于使用这种球形形状。例如，在图5至图8和相关描述中讨论了使用具有不同于球形形状的形状的主体14的说明性实施例。
62.图1e和图1f是施加在基板10上的常规类型18的模塑材料(例如环氧模塑材料)的示例，基板10具有经由粘合层12附接在其上的主体 (例如球)14和管芯16。在本文所示的另一实施例中，模塑材料18以这样的方式施加(以本领域技术人员已知的方式)，即管芯10的顶部(前) 表面暴露，未被模塑材料18覆盖，同样也施加到与基板10相对的主体 14的顶部或前端部分14b(即，球体14的顶部“极性”部分或图5至图 8的主体14的平顶远端，均标记为14b)。
63.图1e和图1f示出了通过薄膜辅助模塑工艺(传统类型)施加的模塑材料18，其中模塑薄膜在图1e中以18a表示。
64.在如本文所例示的一个或多个实施例中(其中粘合层12包括基于硅酮的粘合带)，一旦固化，可以预期硅酮胶(即带12)和诸如环氧模塑材料18的模塑材料不会发生粘合。
65.因此，当如本文所例示的粘合层12被施加在基板10的整个表面上时，其粘合作用主要发生在与主体(球体)14和管芯16的连接上。
66.图2和图3是如图1f所例示的元件的组件的可能外观的示例性平面图(从顶部看)。
67.图1g和图1h(a)至图1h(d)是提供导电结构(迹线(tracks) 或线(lines))20的示例，导电结构(迹线或线)20(在它们的前部区域或端部14b)将选定的多个主体中的主体(例如，球体或球)14与设置在管芯16的顶(前)表面16a处的相应管芯焊盘耦合。由于比例因子，通常包括在诸如16的管芯中的这种管芯焊盘在图中不可见。
68.可以基于本领域技术人员已知的布线标准，根据以管芯16(以及整个半导体产品)的特性和预期用途为根据的期望配置，来提供迹线或线 20。
69.如本文所例示的，提供导电结构20可包括首先分配油墨(例如铜基油墨)，其可经由提供10
‑
15微米的结构厚度的喷射印刷机发生。
70.如本文所例示的，印刷这种导电油墨之后可进行铜迹线的电化学生长(在所谓的z轴方向上)，以提供具有较大横截面积并因此改进的导电性的导电结构20。
71.在多个实施例中的一个实施例中，这种处理可以包括：
72.移除基板10
‑
如图1h(a)所示，
73.去除粘合层12
‑
如图1h(b)所示，
74.如图1h(c)所示，经由导电(例如铜)板20a短路主体(球体) 14的后端部14a，即先前面对基板10的那些端部，以及
75.例如，如图1h(d)所例示的，通过镀铜增加导电结构20的厚度(即横截面积)。
76.本领域技术人员将理解，图1h(a)至图1h(d)的序列仅仅是为了描述的简单和清楚。如本文所例示的某些操作或动作实际上可以彼此并发地和/或以与图1h(a)至图1h(d)的序列不同的顺序执行。
77.图1i是提供(例如通过喷射印刷)介电覆盖(密封)层22的示例，介电覆盖(密封)层22在导电结构20和管芯16的顶(前)表面16a 上延伸，其中介电层22在管芯16的顶表面16a处可能具有(稍微)更大的厚度。
78.印刷介电层22之后可能会进行包括例如uv固化和/或热固化工艺的处理。
79.图1j是在模塑件18的(下或后)表面处突出的球体14的后端表面 14a上可能提供电镀14a的示例，例如tin或aupd电镀。
80.在球体14已经被预镀的那些情况下，(这是上面讨论的nippon微金属球体14的情况，其已经设置有25微米的无铅镀)，可以避免如图 1j中所例示的步骤。
81.图1k是提供诸如透明电介质材料或模塑材料的透光材料作为密封材料(即介电层22和/或模塑材料18)的可能性的示例。
82.这可促进视觉检查(例如经由本身已知类型的自动视觉检查设备 v)，从而可通过透明密封材料视觉检查焊点。
83.应当理解，这种至少在导电结构20处提供这种透光密封材料的密封块(mass)并经由通过透光密封材料的视觉检查来检查导电结构(例如其焊点)的措施不限于如本文所例示的半导体产品，而是通常可应用于测试其它类型的半导体产品，其它类型的半导体产品包括密封块，该密封块具有嵌入其中的具有前表面的至少一个半导体管芯和在半导体管芯的前表面处的导电结构。例如使用引线框架的(多排)qfn产品的产品可以是这种其它类型的半导体产品的示例。
84.图1l是将图1k所例示的组件安装到基层24上的可能性的示例，基层24可能包括在管芯16处(参见例如在241处所例示的管芯焊盘) 和在主体(球体)14处的导电层/结构(即，例如焊盘或焊垫(land))：参见例如焊垫242。这种安装可以包括使用常规焊料材料，如在241a和 242a所示。
85.图4a是通过避免分配主体14的这种介电材料(在部分或全部处) 来执行如图1i中所例示的步骤(即，例如通过喷射印刷施加介电层22) 的可能性的示例。
86.在一个或多个实施例中，如图4a所例示的两个(或多个)组件因此可以通过利用被布置(至少部分地)在堆叠的组件中的同源 (homologous，类似的)位置的主体14来堆叠(例如在smt水平)。如图4b中141处所例示，堆叠的组件中的诸如球体14的主体的耦合可以经由导电材料(例如焊料材料)材料在相互面对的端部14a、14b处发生。
87.在堆叠中的顶部(上部)位置处的组件可能进一步通过施加(也) 在球体14处的介电材料22来保护。
88.如图4b所例示的堆叠(包括堆叠中的两个或更多个元件)可以被安装在如图1l所例示的基板24上。类似地，如图4b中所例示的堆叠布置使其本身适合于如前所述的透明密封材料的可能使用。
89.图5至图8是对于一个或多个实施例，使用不同于迄今为止结合图 1a至图1l、图2、图3和图4a、图4b所讨论的球体或球的导电体14 的可能性的示例。
90.如已经讨论的，一个或多个实施例可以采用(小)圆柱形或棱柱形 (例如平行六面体)主体形式的导电体14，导电体14可以例如通过切割(例如通过激光切割)具有圆形截面的导线或具有诸如近似矩形或正方形截面的多边形截面的导线来获得。
91.为简明起见，图1a至1l、图2、图3和图4a、图4b的整个序列以及相关描述将不在此结合(小)圆柱或棱柱形主体形式的导电结构14 重复。另外应当理解，除了主体14的不同形状之外，结合那些附图提供的说明性实施例的公开也适用于主体14具有不同于球形形状的形状的实施例。
92.综合如下：
93.图5基本上对应于图1c，并且是将导电体14的阵列放置到粘合层 12上的示例，旨在提供如下所述的电触点的阵列；
94.图6基本上对应于图1d至图1f，并且是半导体芯片或管芯16的示例，半导体芯片或管芯16具有布置(附接)在基板10上(即，在粘合层12上)的前表面或顶表面16a，使得管芯16被布置在通常由结构14 的阵列包围的区域中；用虚线表示通过使焊盘16的前表面或顶表面16a 和主体14的前端或顶端14b暴露(未被模制材料18覆盖)而随后模制在其上的模制材料18的轮廓；
95.图7基本上对应于图1i，并且是提供(例如通过喷射印刷)介电覆盖(密封)层22的示例，介电覆盖(密封)层22在导电结构20和管芯 16的顶(前)表面16a上延伸，其中介电层22在管芯16的顶表面16a 处可能具有(稍微)更大的厚度。同样在这种情况下，介电层22的印刷可能随后进行包括例如uv固化和/或热固化工艺的处理；
96.图8基本上对应于图1j，并且是在模塑件18的(下或后)表面处突出的主体14的后端表面14a上可能提供电镀14a的示例，例如tin或 aupd电镀。
97.在后一方面，将理解，在通过切割导线获得的圆柱/棱柱(例如平行六面体)主体的情况下，在导线的另一表面上(可能)已经存在的这种镀层将不会延伸到由于切割(切开)导线而产生的诸如14a的表面。这样的表面因此可受益于如图8中14a所示的电镀。
98.本文所例示的一个或多个实施例可有利地与具有低至0.2mm或更低厚度的管芯16结合使用。
99.例如，使用球体或球作为主体14的实施例可应用于非常薄的管芯 (厚度小于150微米)。
100.通过由单个保持器保持每个模块的结构，有助于结构14放置的高度精确度。
101.这可有助于实现相邻结构之间低至0.5mm的间隔(间距)，如图1k 或图4a中所例示的布置的总厚度低至0.36mm。
102.据观察，较厚的管芯可能导致使用直径较大的球体或球，这又可能导致间距问题。
103.用不同形状(例如圆柱形)的结构14替换球体或球可有助于使z 尺寸(管芯厚度)成为与间距(z2/z3尺寸)关系较小的参数。
104.如本文所示，一种制造半导体产品的方法，该产品包括半导体管芯 (例如，16)，半导体管芯具有前表面(例如，16a)，在所述前表面处具有导电结构(例如，20)，该方法可以包括：提供其上具有粘合层(例如，12)的基板(例如，10)；将具有背对基板的前表面的至少一个半导体管芯以及围绕至少一个半导体管芯的导电体(例如，14)的阵列放置在基板上的粘合层上，导电体具有突出到粘合层中的后端部分(例如， 14a)；将封装模塑材料(例如18)模塑到放置在基板上的粘合层上的至少一个半导体管芯和导电体上，其中，至少一个半导体管芯和阵列中的导电体嵌入封装模塑材料中，其中至少一个半导体管芯的前表面和导电体的前端部分未被封装模塑材料覆盖；以及在未被封装模塑材料覆盖的至少一个半导体管芯的前表面和导电体的前端部分之间形成导电结构 (例如，20)(的网络)。
105.如本文所示的方法可包括将嵌入所述封装模塑材料中的所述至少一个半导体管芯和所述导电体与所述粘合层和所述基板分离，其中，所述导电体在所述后端部分处从所述封装模塑材料突出。
106.在如本文所示的方法中，所述封装模塑材料可包括可固化模塑材料，所述可固化模塑材料一旦固化，就不会粘附到所述粘合层。
107.在如本文所示的方法中，形成所述导电结构可以包括：印刷导电材料(例如油墨)以提供导电印刷结构；以及将导电材料电镀到所述导电印刷结构上。
108.如本文所示的方法可以包括在将导电材料电镀到所述导电印刷结构上之前，在所述后端部分处电短路(例如20a)所述导电体，所述导电体在所述后端部分处从所述封装模塑材料突出。
109.在如本文所示的方法中，所述导电体可以包括从球、圆柱和棱柱(例如平行六面体)中选择的导电体。
110.如本文所示的方法可以包括通过切割，任选地激光切割线状元件来提供所述导电体。
111.如本文所示的方法可以包括：在所述至少一个半导体管芯和所述导电体的前表面上提供介电(密封)层(例如22)。
112.如本文所示的半导体产品可以包括：半导体管芯封装模塑材料的层，所述半导体管芯封装模塑材料的层中嵌入有具有前表面的至少一个半导体管芯和围绕所述至少一个半导体管芯的导电体的阵列，导电体具有相对的前端部分和后端部分，导电体的前端部分围绕至少一个半导体管芯的所述前表面布置，并且所述后端部分远离至少一个半导体管芯的所述前表面从半导体管芯封装模塑材料的层突出；以及在未被所述封装模塑材料覆盖的所述至少一个半导体管芯的前表面和导电体的前端部分之间的导电结构(的网络)。
113.在如本文所示的半导体产品中，所述导电结构可以包括其上镀有导电材料的导电(油墨)印刷结构。
114.在如本文所示的半导体产品中，所述导电体可以包括从球、圆柱和棱柱(例如平行六面体)中选择的导电体。
115.如本文所示的堆叠的半导体设备可以包括至少一个第一半导体产品和至少一个第二半导体产品，第一半导体产品和第二半导体产品如本文所示，其中，第一半导体产品中的导电体的前端部分(例如，在141处) 电耦合到第二半导体产品中的导电体的后端部分。
116.如本文所示，一种测试半导体产品的方法，半导体产品包括密封块 (例如18、22)，密封块具有嵌入其中的具有前表面的至少一个半导体管芯和在至少一个半导体管芯的前表面处的导电结构，该方法可包括：在所述密封块中、(至少)在所述导电结构处提供所述透光密封材料；以及经由通过所述透光密封材料的视觉检查来检查(例如，v)所述导电结构。
117.在不脱离保护范围的情况下，细节和实施例可以相对于本文所公开的内容而变化，并且仅通过示例的方式。保护的范围由所附权利要求决定。
118.权利要求书是本文提供的实施例的技术公开的整体部分。