半导体封装件及其制造方法_2

文档序号:8397017阅读:来源:国知局
导体芯片30和45可为基本平坦的。可替换地,在图2B中,模制层24的顶表面S2是基本平坦的。在这种情况下,封装衬底10以及半导体芯片30和45凸出。
[0041]返回参照图2A和图2B以及图4A和图4B,半导体芯片30和45的层间绝缘层34可具有张应力。为了方便描述,半导体封装件200的曲率被夸大。随着残余应力的量增大,半导体封装件200变得更加弯曲。例如,图2B的半导体封装件200比图2A的半导体封装件200具有更大的残余应力。如果互连部分12a和12b由金属(例如,铜)形成,则互连部分12a和12b的热膨胀系数高于层间绝缘层14a和14b的热膨胀系数。由于互连部分12a与12b之间的体积膨胀的差异,因此可在制造半导体封装件200的处理中弯曲半导体封装件200。这在稍后将参照图6A至图10来描述。
[0042]图5是示出安装在母板上的图2A或图2B的半导体封装件200的剖视图。
[0043]参照图5,图2A的半导体封装件200安装在母板250上。封装衬底10以及半导体芯片30和45是基本平坦的,并且模制层45的顶表面S2凹陷。图2B的半导体封装件200可安装在母板250上。如上所述,为了方便描述,夸大了图2B的半导体封装件200的曲率。
[0044]图6A、图6B和图7至图10是示出制造图2A或图2B的半导体封装件的方法的剖视图。
[0045]参照图6A和图6B,形成了封装衬底10。如参照图4A和图4B描述的那样,当形成封装衬底10时,封装衬底10的上互连部分12a和下互连部分12b的体积可彼此不同。封装衬底10可为多层印刷电路板。封装衬底10包括芯片安装区1d和设置在芯片安装区1d之间的非安装区10e。半导体芯片30和45可安装在芯片安装区1d的每个上。芯片安装区1d的每个可包括构成各种电路的上互连部分12a和下互连部分12b,如参照图4A和图4B描述的那样。上互连部分12a和下互连部分12b不需要设置在非安装区1e中。图6A的封装衬底10可经受高温。例如,高温的范围可在约200°C和约350°C之间。如图6B所示,当封装衬底10经受高温时,由于上互连部分12a和下互连部分12b之间的分布差异和/或上互连部分12a和下互连部分12b之间的体积膨胀差异导致芯片安装区1d变凸。可替换地,封装衬底10在安装半导体芯片30和45之前可为整体平坦的,如图6A所示。
[0046]参照图7,形成了半导体芯片30和45。可控制用于在半导体芯片30和45中形成层间绝缘层34的处理设备和/或处理方法,以使得当形成半导体芯片30和45时层间绝缘层34的残余应力是张应力。例如,可在范围在例如约200°C和约350°C之间的高温下执行半导体芯片30和45的堆叠。第一半导体芯片30和第二半导体芯片45可利用内部焊料球38a和38b通过倒装芯片接合技术按顺序堆叠和安装在芯片安装区1d的每个上。此时,可在等于或大于内部焊料球38a和38b的熔点的温度下执行加热处理。封装衬底10的芯片安装区1d可通过加热处理的处理温度变凸。由于在安装处理之前,芯片安装区1d在半导体芯片30和45为基本平坦的情况下变为向上凸,因此在安装处理之后,半导体芯片30和45可变为向上凸。在这种情况下,半导体芯片30和45的厚度范围可为约50 μ m和约100 μ m之间。可通过在安装处理之后执行的冷却处理稍微减轻封装衬底10以及半导体芯片30和45的凸出程度(或翘曲程度)。然而,由于封装衬底10与半导体芯片30和45的材料性质之间的差异,会保留一定的凸出程度(或翘曲程度)。例如,当图7的所得结构转移至将在以下描述的图8的下一处理阶段时可进行这种冷却处理。如果以连续方式执行图8的下一处理阶段,则可省略冷却处理。
[0047]参照图8,封装衬底10由模制框Ml覆盖。随后将模制树脂溶液供应至模制框Ml的内部空间中。此时,模制框Ml与第二半导体芯片45的顶表面的中心部分接触,以防止模制树脂溶液覆盖第二半导体芯片45的中心顶表面。例如,模制树脂溶液填充模制框Ml的内部空间的除第二半导体芯片45的中心顶表面以外的整个部分。可替换地,模制树脂溶液可部分填充所述内部空间,以暴露出第二半导体芯片45的中心顶表面。接着,模制树脂溶液通过热而硬化以形成模制层24。
[0048]参照图9,去除了模制框Ml并且暴露出模制层24。第二半导体芯片45的中心顶表面SI不被模制层24覆盖。
[0049]参照图10,将外部焊料球60焊接至封装衬底10的底表面。
[0050]在图10的所得结构上执行分离处理以形成如图2A和图2B所示的单独的半导体封装件200。在分离处理中去除或切除了非安装区1e和非安装区1e上的模制层24。在半导体封装件200冷却至室温之后,单独的半导体封装件200的封装衬底10可变为基本平坦的。在这种情况下,在冷却处理中不需要完全去除残余应力。根据残余应力的量,半导体封装件200可具有图2A和图2B的弯曲形状。由于封装衬底10变为基本平坦,因此安装在封装衬底10上的半导体芯片30和45可变为基本平坦的。结果,模制层24的顶表面S2可变凹,如图2A所示。可替换地,如图2B所示,封装衬底10以及半导体芯片30和45凸出,并且模制层24的顶表面S2基本平坦。
[0051]在根据本发明构思的制造半导体封装件的示例性方法中,由于在制造半导体封装件的处理中施加的热,封装衬底10和/或半导体芯片30和45可首先凸出。在冷却封装衬底10之后,封装衬底10可变为基本平坦的。封装衬底10的这种平坦化可导致模制层24的顶表面凹陷。第二半导体芯片45的中心顶表面SI不需要由模制层24覆盖,并且可与设置在半导体封装件200的中心部分的热斑区Hl的至少一部分重叠。例如,如图4A和图4B所示,在封装衬底10中,上互连部分12a的体积可大于下互连部分12b的体积,并且/或者半导体芯片30和45的层间绝缘层34可具有张应力的残余应力。因此,可在不执行形成暴露中心顶表面SI的开口的额外处理的情况下暴露出第二半导体芯片45的中心顶表面SI。结果,可简化半导体封装件200的制造处理。另外,可防止由形成开口的额外处理导致损坏第二半导体芯片45。
[0052]图1lA和图1lB是示出图2A的半导体封装件的示例性修改的实施例的剖视图。
[0053]参照图11A,半导体封装件20Ia包括热边界材料层47,其与图2A中的第二半导体芯片45的暴露的中心顶表面SI和模制层24的顶表面S2接触。散热构件49设置在热边界材料层47上。热边界材料层47可包括粘合剂层、热膏或热环氧树脂。粘合剂层、热膏和热环氧树脂中的至少一个可包括金属固体颗粒。散热构件49可为具有柔性的金属板或金属带。热边界材料层47的厚度根据热边界材料层47在第二半导体芯片45上的对应部分的位置而变化。例如,热边界材料层47在第二半导体芯片45的中心部分上可为最厚,并且在第二半导体芯片45的上顶点上可为最薄。半导体封装件201a的其它元件可与图2A的半导体封装件200的对应元件相同或相似。
[0054]参照图11B,半导体封装件20Ib包括按顺序堆叠在图2A中示出的第二半导体芯片45的暴露的中心顶表面SI和模制层24的顶表面S2上的热边界材料层47和散热构件49。热边界材料层47的厚度均匀。半导体封装件201b的其它元件可与参照图1lA描述的半导体封装件201a的对应元件相同或相似。
[0055]图12是示出根据本发明构思的示例性实施例的半导体封装件的布局图。图13A是沿着图12的线Ι-Γ截取的剖视图。图13Β和图15是沿着图12的线ΙΙ-ΙΓ截取的剖视图。图14是示出图13Α和图13Β的半导体封装件的透视图。图16Α和图16Β是图13Β的部分‘Ρ2’的放大图。
[0056]参照图3、图12、图13Α、图13Β、图14和图15,第一半导体芯片30和第二半导体芯片45按顺序堆叠和安装在半导体封装件202中的封装衬底10上。第一半导体芯片30可包括晶体管TR、层间绝缘层34、芯片互连部分33和至少一个过孔35,如参照图3描述的那样。第二半导体芯片45可包括除过孔35以外的晶体管TR、层间绝缘层34和芯片互连部分33。第一半导体芯片30和第二半导体芯片45中的一个可为逻辑芯片并且可具有热斑区Hl。热斑区Hl可设置在邻近于第一半导体芯片30或第二半导体芯片45的顶点部分的区中。第一半导体芯片30和第二半导体芯片45以及封装衬底10由模制层24覆盖。模制层24覆盖第二半导体芯片45的中心顶表面SI,而不覆盖第二半导体芯片45的上顶点PT。因此,热斑区Hl或第二半导体芯片45的邻近于热斑区Hl的部分不由模制层24覆盖,从而热斑区Hl产生的热可通过暴露的上顶点PT释放至半导体封装件202的外部。
[0057]在图13Α和图13Β中,模制层24的顶表面S2向上凸并且为圆拱形,并且封装衬底10以及第一半导体芯片30和第二半导体芯片45基本平坦。可替换地,在图15中,模制层24的顶表面S2基本平坦,但是封装衬底10以及第一半导体芯片30和第二半导体芯片45的顶表面向下弯曲或凹陷。在这种情况下,第一半导体芯片30和第二半导体芯片45的层间绝缘层34的残余应力可为压应力。
[0058]图13Α、图13Β、图14和图15的封装衬底10可具有与图4Α和图4Β不同的多层印刷电路板。参照图16Α和图16Β,封装衬底10包括芯层10c、设置在芯层1c上的上互连部分结构1a和设置在芯层1c下方的下互连部分结构10b。上互连部分结构1a包括上衬底绝缘层14a和设置在上衬底绝缘层14a之间的上互连部分12a。下互连部分结构1b包括下衬底绝缘层14b和设
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