具有翘曲控制结构的半导体器件封装件的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及半导体，具体地，涉及具有翘曲控制结构的半导体器件封装件。
【背景技术】
[0002]在半导体器件封装件装配中，可以将半导体管芯(也称作集成电路(IC)芯片或“芯片”)直接接合至封装衬底。这种管芯成形有附接至其I/o接合焊盘的焊料凸块。在封装期间，将管芯“倒装”到其正面(例如，有源电路面)，使得焊料凸块在管芯和封装衬底上的导电金属焊盘之间直接形成电连接和机械连接。通常在由焊料凸块形成的间隙之间应用底部填充物，以进一步将管芯固定至封装衬底。这种类型的半导体器件封装通常称为“倒装芯片封装”。
[0003]此外，还可以将散热器附接在管芯和封装衬底上方以增强倒装芯片封装的散热能力。这种倒装芯片封装的问题是在封装处理期间要经受不同的温度。例如，不同温度随着从焊料接合温度和底部填充物固化温度的冷却产生。因此，由于各种封装件和管芯材料的不同的热膨胀系数(CTE)，封装件被高度加压。所接合材料在加热和冷却期间经受的高应力可以导致这些材料弯曲或破裂并导致封装件结构弯曲。
【发明内容】
[0004]根据本发明的一方面提供了一种具有散热器盖的半导体器件封装件的翘曲控制结构，所述翘曲控制结构包括:多个翘曲控制粘接层，设置在模塑层的顶面和散热器盖的粘接面之间，以及设置在所述散热器盖的粘接面的多个拐角区域上，其中，所述模塑层的顶面和所述散热器盖的粘接面是基本平坦的。
[0005]在该翘曲控制结构中，散热器粘接层设置在所述散热器盖的粘接面的中心区域上。
[0006]在该翘曲控制结构中，散热器粘接层覆盖所述散热器盖的粘接面的约30%至约80%。
[0007]在该翘曲控制结构中，散热器粘接层覆盖所述散热器盖的粘接面的约40%至约75%。
[0008]在该翘曲控制结构中，翘曲控制粘接层与所述散热器粘接层分隔开的间隔至少为Imm0
[0009]在该翘曲控制结构中，翘曲控制粘接层的面积为约0.5mm2至约100mm2。
[0010]在该翘曲控制结构中，翘曲控制粘接层由焊料、树脂或胶水制成。
[0011]在该翘曲控制结构中，翘曲控制粘接层的形状为圆形、椭圆形、矩形、环形或不规则形状。
[0012]根据本发明的另一方面提供了一种用于将散热器盖的粘接面附接至半导体器件封装件的顶面的粘接层的翘曲控制图案，其中，所述半导体器件封装件的顶面和所述散热器盖的粘接面是基本平坦的，所述翘曲控制图案包括:散热器粘接层，设置在所述散热器盖的粘接面的中心区域上；以及多个翘曲控制粘接层，分别设置在所述散热器盖的粘接面的多个拐角区域上并设置为与所述散热器粘接层分隔开。
[0013]在该翘曲控制图案中，散热器粘接层覆盖所述散热器盖的粘接面的约30%至约80%。
[0014]在该翘曲控制图案中，散热器粘接层覆盖所述散热器盖的粘接面的约40%至约75%。
[0015]在该翘曲控制图案中，散热器粘接层与所述翘曲控制粘接层相隔至少为1_。
[0016]在该翘曲控制图案中，翘曲控制粘接层的面积为约0.5mm2至约100mm2。
[0017]在该翘曲控制图案中，翘曲控制粘接层由焊料、树脂或胶水制成。
[0018]根据本发明的又一方面提供了一种具有散热器盖的半导体器件封装件，包括:衬底，具有管芯面和板面；管芯，具有有源电路面和无源面，其中，所述管芯的所述有源电路面电连接和机械连接至所述衬底的所述管芯面；模塑层，设置为填充所述衬底的管芯面之上的空间，其中，所述模塑层或所述模塑层与所述无源面组成基本平坦的顶面；散热器盖，设置在所述模塑层之上，其中，所述散热器盖具有基本平坦的粘接面；散热器粘接层，设置在所述基本上平坦的顶面和所述散热器盖的粘接面的中心区域之间；以及多个翘曲控制粘接层，设置在所述顶面和所述散热器盖的粘接面的多个拐角区域之间并位于所述多个挂角区域上，其中，所述翘曲控制粘接层与所述散热器粘接层分隔开。
[0019]在该半导体器件封装件中，翘曲控制粘接层与所述散热器粘接层相隔至少为1_。
[0020]在该半导体器件封装件中，翘曲控制粘接层的面积均为约0.5mm2至约100mm2。
[0021]在该半导体器件封装件中，翘曲控制粘接层由焊料、树脂或胶水制成。
[0022]在该半导体器件封装件中，散热器粘接层覆盖所述散热器盖的粘接面的约30%至约 80%。
[0023]在该半导体器件封装件中，散热器粘接层覆盖所述散热器盖的粘接面的约40%至约 75%。
【附图说明】
[0024]当结合附图进行阅读时，通过以下详细描述可以更好地理解本发明的各方面。应该强调的是，根据工业中的标准实践，各个部件未按比例绘出。事实上，为了清楚的讨论，各个部件的尺寸可以任意地增大或缩小。
[0025]图1A是根据本发明中的一些实施例的具有翘曲控制结构的半导体器件封装件的顶视图。
[0026]图1B和图1C是由图1A中的切割线BC截取的截面图。
[0027]图2A是列出了具有散热器盖的半导体器件在260°C下通过有限元分析的翘曲的仿真结果的表格。
[0028]图2B是具有朝下翘曲的弯曲半导体器件封装件的截面图。
[0029]附图、原理图和示意图是说明性的并且不旨在限制，而是本发明的实施例的实例，出于解释的目的而将它们，并且无需按比例绘制。
【具体实施方式】
[0030]以下公开内容提供了许多用于实施所提供的主题的不同特征的不同实施例或实例。以下描述部件和布置的具体实例以简化本发明。当然，这仅仅是实例，并不是用于限制本发明。例如，在以下描述中，第一部件形成在第二部件上方或者之上可以包括第一部件和第二部件以直接接触的方式形成的实施例，还可以包括在第一部件和第二部件之间形成额外的部件，从而使得第一部件和第二部件不直接接触的实施例。此外，本发明可在各个实例中重复参考标号和/或字符。该重复是为了简明和清楚的目的，而且其本身没有规定所论述的各种实施例和/或结构之间的关系。
[0031]此外，为了便于描述，在本文中可以使用诸如“在…下方”、“在…下面”、“下”、“在…之上”、“上”等空间相对位置术语以便于描述如附图所示的一个元件或部件与另一个(或另一些)元件或部件的关系。除了图中描述的方位外，这些空间相对位置术语旨在包括器件在使用或操作中的不同方位。装置可以以其他方式定向(旋转90度或在其他方位上)，并且因此可以对本文中使用的空间相对位置描述符作同样的解释。
[0032]可以得知，当倒装芯片的芯片级封装件(fcCSP)没有附接散热器盖时，会在高温下产生朝上翘曲的fcCSP。在附接散热器盖之后，高温下的朝上翘曲的fcCSP变成高温下的朝下翘曲，并且增大了翘曲量。因此，通过这种增大的朝下翘曲提高了 BGA球在fcCSP的外围区域的桥接比例。
[0033]因此，在一些实施例中，在本发明中提供了具有翘曲控制结构的半导体器件封装件，以在加热和冷却的循环期间降低半导体器件封装件中的接合的各种材料所经受的高应力。图1A是根据本发明中的一些实施例的具有翘曲控制结构的半导体器件封装件的顶视图。图1B或图1C是由图1A中的切割线BC截取的截面图。因此，在下文中同时参考图1A至图1C。
[0034]在图1A至图1C所示的半导体器件封装件中，衬底110具有板面112和管芯面114。在衬底110的板面112上，设置球栅阵列(BGA)连接件116以连接印刷电路板(未在图1A至图1C中示出)。
[0035]在一些实施例中，衬底110之上可以是半导体晶圆或晶圆的一部分。该晶圆可以是硅、砷化镓、绝缘体上硅(“SOI”)或其他相似的材料。晶圆可以包括无源器件(诸如电阻器、电容器和电感器等)或有源器件(诸如晶体管)。晶圆还可以包括额外的集成电路。在一些其他实施例中，衬底110可以由一些其他材料制成，例如，由双马来酰亚胺三嗪树脂(诸如BT-环氧树脂)或玻璃增强的环氧层压板制成的多层电路板。
[0036]可以将至少一个管芯120设置在衬底110的管芯面114上。管芯120具有有源电路面122和无源面124。一些焊料凸块126设置在管芯120的有源电路面122上。通过焊料凸块126将管芯120和衬底110电连接。
[0037]焊料凸块126的焊料材料可以是铅基或无铅的，诸如银、铜或锡基成分。焊料凸块126的材料为具有共熔点的共晶体以用于回流工艺。可以使用电镀或化学镀技术来电镀焊料凸块126，或使用筛分或喷涂技术形成焊料凸块126。焊料凸块126还可以是其他类型的连接件，诸如铜制或金制的柱状件、导电栓钉或C4柱形件。
[0038]接下来，底部填充物130可以用于机械加强管芯120和衬底110之间的连接。例如，底部填充物130可以由热固性环氧树脂制成，例如，通过毛细管底部填充工艺将热固性环氧树分配到管芯120和衬底110之间的剩余空间(或“间隙”)内。然后通过加热来固化底部填充物130。
[0039]此外，在一些实施例中，可以环绕管芯120的侧面形成图1B中的模塑层132b，从而进一步增强管芯120和衬底110之间的机械接合强度。在图1B中，管芯120的暴露的无源面124和模塑层132b的顶面134b组成基本平坦的顶面。
[0040]可选地，在一些其他实施例中，还可以通过超模压工艺形成图1C中的模塑层132c以环绕管芯120的侧面并覆盖管芯120的无源面124，从而进一步增强管芯120和衬底110之间的机械接合强度。在图1C中，模塑层132c的顶面134c是基本平坦的。
[0041]模塑层132b或模塑层132c可以由包括热固性环氧树脂(诸如，双酚-A环氧树脂或No