專利名稱：可堆棧半導(dǎo)體封裝件的模塊化裝置及其制法的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是關(guān)于一種模塊化的半導(dǎo)體封裝件，特別是關(guān)于一種以堆棧方式結(jié)合有多個(gè)半導(dǎo)體封裝件的模塊化裝置。
背景技術(shù)：
現(xiàn)今電子產(chǎn)品是朝多功能、高電性及高速運(yùn)作的方向發(fā)展，為配合此發(fā)展方向，半導(dǎo)體開發(fā)者都在積極研發(fā)能整合有多個(gè)芯片的半導(dǎo)體裝置的多芯片模塊(Multi Chip Module，MCM)，以符合電子產(chǎn)品的需求。
這種整合有多個(gè)芯片的半導(dǎo)體裝置主要類型之一，是在單一的半導(dǎo)體裝置中整合多個(gè)芯片，如圖1A及圖1B所示的半導(dǎo)體裝置，是在一基板上承載多個(gè)堆棧的半導(dǎo)體芯片10(如圖1A所示)，或在一基板20上布設(shè)多個(gè)置于同一平面上的半導(dǎo)體芯片21(如圖1B所示)。這種半導(dǎo)體裝置的缺點(diǎn)在于只有在完成封裝之后，才能對(duì)各芯片進(jìn)行電性及可靠性等測(cè)試，若其中有一個(gè)芯片無(wú)法通過(guò)測(cè)試，會(huì)導(dǎo)致整個(gè)半導(dǎo)體裝置無(wú)法使用。
如圖1C所示，美國(guó)專利第6,303,997號(hào)發(fā)明了一個(gè)整合有多個(gè)芯片的半導(dǎo)體裝置類型，即在一基板30的上表面安置有一電性連接至該基板30的半導(dǎo)體芯片31與另一半導(dǎo)體封裝件32；該模塊化的半導(dǎo)體裝置3制程，是先將該半導(dǎo)體芯片31借由焊線311電性連接至該基板30上表面并進(jìn)行測(cè)試；在確認(rèn)功能正常后，再以表面藕接(SurfaceMount Technology，SMT)的方式，將另一已完成封裝并經(jīng)測(cè)試的BGA半導(dǎo)體封裝件32，通過(guò)焊球321電性連接至該基板30，最后再進(jìn)行整體測(cè)試，避免前述傳統(tǒng)的多芯片模塊存在的已知好芯片(Known GoodDie，KGD)的問(wèn)題。然而該半導(dǎo)體裝置3必須在該基板30上表面同時(shí)設(shè)置多個(gè)焊線墊與焊球墊，供該半導(dǎo)體芯片31與封裝件32電性連接至該基板30，不僅受限于基板布局，同時(shí)必須使用高密度的制程，如積層基板(Build-Up substrate)，這會(huì)導(dǎo)致生產(chǎn)成本的提升。
美國(guó)專利第5,783,870號(hào)發(fā)明了另一整合有多個(gè)芯片的半導(dǎo)體裝置的類型，如圖1D所示，該方法是將多個(gè)半導(dǎo)體封裝件整合為單一的模塊化的半導(dǎo)體裝置(Module Semiconductor Device)。該模塊化半導(dǎo)體裝置4，是將一第二半導(dǎo)體封裝件40b疊接在一第一半導(dǎo)體封裝件40a上，以借該第二半導(dǎo)體封裝件40b的多個(gè)焊球411b，焊接至該第一半導(dǎo)體封裝件41a的基板41a上表面，使該第二半導(dǎo)體封裝件40b能夠電性連接至該第一半導(dǎo)體封裝件；同理，第三半導(dǎo)體封裝件40c與第二半導(dǎo)體封裝件40b的疊接也是如此。其中該模塊化的半導(dǎo)體裝置所使用的半導(dǎo)體封裝件需要個(gè)別進(jìn)行所需的測(cè)試，在測(cè)試通過(guò)后再加以疊接。這雖可利用一般基板解決多芯片模塊所存在的已知好芯片(Known Good Die，KGD)的問(wèn)題，然而，在這種具有多個(gè)疊接半導(dǎo)體封裝件的裝置中，位于下層的半導(dǎo)體封裝件的基板部分，僅在安置有半導(dǎo)體芯片的芯片接置區(qū)其余部分的區(qū)域，才可供上層半導(dǎo)體封裝件的焊球進(jìn)行焊接以電性連接至下層半導(dǎo)體封裝件，也就是，該基板上的電性連接區(qū)域(Electrically-connecting area)的大小受到限制，從而影響到基板的電路布局，也影響了上層半導(dǎo)體封裝件的輸入/輸出端(I/O Connection)的數(shù)量與布設(shè)，使整體封裝裝置的設(shè)計(jì)靈活性(Design Flexibility)受到不利的影響。
因此，如何借由簡(jiǎn)單的制程技術(shù)、花費(fèi)較少的成本即可提供半導(dǎo)體裝置的高度積成化，已成目前亟待解決的課題。

發(fā)明內(nèi)容
為克服上所述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，本發(fā)明的主要目的是提供一種具較佳的作業(yè)性及可靠性的可堆棧半導(dǎo)體封裝件的模塊化裝置及其制法。
本發(fā)明的另一目的是提供一種可以借由簡(jiǎn)單的制程技術(shù)、花費(fèi)較少的成本即可達(dá)到模塊化封裝結(jié)構(gòu)的可堆棧半導(dǎo)體封裝件的模塊化裝置及其制法。
本發(fā)明的又一目的是提供一種具有較佳電路布局性以延伸布局空間供多個(gè)半導(dǎo)體封裝件進(jìn)行安置的可堆棧半導(dǎo)體封裝件的模塊化裝置及其制法。
為達(dá)到上述及其它目的，本發(fā)明可堆棧半導(dǎo)體封裝件的模塊化裝置，包括一第一半導(dǎo)體封裝件，以及至少一堆棧在該第一半導(dǎo)體封裝件上并與該第一半導(dǎo)體封裝件電性連接的第二半導(dǎo)體封裝件。
該第一半導(dǎo)體封裝件包含有一芯片承載件；至少一安置在該芯片承載件的半導(dǎo)體芯片；一提供該半導(dǎo)體芯片電性連接至該芯片承載件的第一導(dǎo)電組件；一位于該半導(dǎo)體芯片上方的電路板；一用以支撐并提供該電路板電性連接至該芯片承載件的第二導(dǎo)電組件；一形成于該芯片承載件與該電路板間，用以包覆該半導(dǎo)體芯片與該第二導(dǎo)電組件，并外露出該電路板上表面的封裝膠體；以及一用以提供該半導(dǎo)體芯片電性連接至外界的第三導(dǎo)電組件。
該第二半導(dǎo)體封裝件是借由一導(dǎo)電組件電性連接至該外露于第一半導(dǎo)體封裝件的電路板上表面，整合該第一半導(dǎo)體封裝件，形成一可堆棧半導(dǎo)體封裝件的模塊化裝置。
本發(fā)明所提供的模塊化裝置的制法包括下列步驟制備一芯片承載件，并在其上安置有至少一借由第一導(dǎo)電組件與該芯片承載件電性連接的芯片；提供一電路板，具有一上表面及一下表面，同時(shí)在該下表面上預(yù)設(shè)一第二導(dǎo)電組件；將該電路板安置在該結(jié)合有半導(dǎo)體芯片的芯片承載件上方，并借由該第二導(dǎo)電組件電性連接至該芯片承載件；填充一封裝膠體至該芯片承載件與該電路板間，用以包覆該半導(dǎo)體芯片、第一導(dǎo)電組件與第二導(dǎo)電組件，并使該電路板的上表面得以外露出該封裝膠體；在該芯片承載件上設(shè)置一第三電組件，以提供上述封裝的第一半導(dǎo)體封裝件電性連接至外部裝置；以及將至少一第二半導(dǎo)體封裝件電性連接至該第一半導(dǎo)體封裝件的電路板上表面。
由于該電路板是借由第二導(dǎo)電組件結(jié)合于該第一半導(dǎo)體封裝件中，其間并包覆有該封裝膠體，故在該第二半導(dǎo)體封裝件電性連接至該第一半導(dǎo)體封裝件時(shí)，能夠提供較佳的作業(yè)性及可靠性，且該外露于第一半導(dǎo)體封裝件的電路板，其上表面整體均可提供該第二半導(dǎo)體封裝件的接置，因此可提供較佳的電路布局性(Trace Routability orLayout)以供安置更多的電子組件。


圖1A是現(xiàn)有整合有多個(gè)芯片的半導(dǎo)體封裝件剖面示意圖；圖1B是現(xiàn)有整合有多個(gè)芯片的半導(dǎo)體封裝件剖面示意圖；圖1C是現(xiàn)有的美國(guó)專利第6,303,997號(hào)半導(dǎo)體裝置的剖面示意圖；圖1D是現(xiàn)有的美國(guó)專利第5,783,870號(hào)半導(dǎo)體裝置的剖面示意圖；圖2A至圖2E是本發(fā)明的可堆棧半導(dǎo)體封裝件的模塊化裝置制程示意圖；以及圖3是本發(fā)明的可堆棧半導(dǎo)體封裝件的模塊化裝置實(shí)施例2剖面示意圖。
具體實(shí)施例方式
請(qǐng)參閱圖2E，為本發(fā)明的可堆棧半導(dǎo)體封裝件的模塊化裝置剖面示意圖。
如圖2E所示，該半導(dǎo)體裝置包括有一第一半導(dǎo)體封裝件50，以及至少一堆棧在該第一半導(dǎo)體封裝件50上并與該第一半導(dǎo)體封裝件50電性連接的第二半導(dǎo)體封裝件500。
該第一半導(dǎo)體封裝件50具有一芯片承載件51；至少一安置在該芯片承載件51的半導(dǎo)體芯片52；一提供該半導(dǎo)體芯片52電性連接至該芯片承載件51的第一導(dǎo)電組件53；一位于該半導(dǎo)體芯片52上方的電路板54；一用以支撐并提供該電路板54電性連接至該芯片承載件51的第二導(dǎo)電組件55；一形成于該芯片承載件51與該電路板54間，用以包覆該半導(dǎo)體芯片52、第一導(dǎo)電組件53與第二導(dǎo)電組件55，并外露出該電路板54上表面的封裝膠體56；以及一用以提供該半導(dǎo)體芯片52電性連接至外界的第三導(dǎo)電組件57。借由將該電路板54上表面外露出該第一半導(dǎo)體封裝件50之外表面，以提供至少一第二半導(dǎo)體封裝件500電性連接至該電路板54，整合該第一半導(dǎo)體封裝件50與第二半導(dǎo)體封裝件500，形成一可堆棧半導(dǎo)體封裝件的模塊化裝置。
該芯片承載件51為一球柵陣列型基板，其具有一第一表面51a和一第二表面51b，在該第一表面51a和第二表面51b均設(shè)置有多個(gè)電性焊接點(diǎn)51c與導(dǎo)電跡線(未圖標(biāo))，且在該基板中形成有多個(gè)導(dǎo)電貫孔(Vias)51d，借以提供利用如銀膠的膠粘劑51e，粘置位于該芯片承載件51上的半導(dǎo)體芯片52，借由該第一導(dǎo)電組件53，如金線，通過(guò)打線作業(yè)電性連接至該芯片承載件51。
該電路板54具有一上表面54a及一下表面54b，在該上表面54a和下表面54b上形成有多個(gè)電性焊接點(diǎn)54c與導(dǎo)電跡線(未圖標(biāo))的電性連接區(qū)，并在該電路板54中設(shè)置有多個(gè)導(dǎo)電貫孔54d，同時(shí)在該下表面54b上、預(yù)設(shè)的電性焊接點(diǎn)54c上焊接有第二導(dǎo)電組件55，如焊球、焊錫凸塊，也可以是金屬管腳(Pin)等，使該電路板54安置在該結(jié)合有半導(dǎo)體芯片52的芯片承載件51上方時(shí)，能夠借由回焊該第二導(dǎo)電組件55至該芯片承載片第一表面51a上相對(duì)應(yīng)的電性焊接點(diǎn)51c，使該電路板54與該芯片承載件51產(chǎn)生電性連接，并借由該第二導(dǎo)電組件55予以支撐該電路板54，避免接觸到該半導(dǎo)體芯片52或該第一導(dǎo)電組件53，防止產(chǎn)生短路。
該封裝膠體56是使用如環(huán)氧樹脂(Epoxy Resin)等封裝材料，填入至該芯片承載件51與該電路板54之間，用以包覆該半導(dǎo)體芯片52與該第二導(dǎo)電組件55，并使該電路板54的上表面54a得以外露出該封裝膠體56。
該第三導(dǎo)電組件57是一球柵陣列，植置多個(gè)焊球在該芯片承載件51的第二表面51b，以提供該半導(dǎo)體裝置電性連接至如印刷電路板(未圖標(biāo))的外界裝置。如此，即完成該包含有電路板54，并使該電路板54的上表面54a得以外露出該封裝膠體56的第一半導(dǎo)體封裝件50。
該第二半導(dǎo)體封裝件500，為一球柵陣列式半導(dǎo)體封裝件，并預(yù)先完成封裝及相關(guān)測(cè)試后，在確認(rèn)功能正常，再以表面藕接(SurfaceMount Technology，SMT)方式，將已完成封裝并經(jīng)測(cè)試的第二半導(dǎo)體封裝件500利用該球柵陣列501電性連接至該電路板上表面54a，借以堆棧至少一第二半導(dǎo)體封裝件500至該第一半導(dǎo)體封裝件50上。
實(shí)施例1圖2A至圖2E是本發(fā)明可堆棧半導(dǎo)體封裝件的模塊化裝置的實(shí)施例1的制造過(guò)程示意圖。本發(fā)明模塊化裝置的制法，包括下列步驟。首先，如圖2A所示，制備一芯片承載件如一球柵陣列式(BGA)基板，并在其上安置至少一與該芯片承載件電性連接的芯片；該基板51可以由樹脂材料，如環(huán)氧樹脂(Epoxy Resin)、聚酰亞胺(Polyimide)樹脂、BT(Bismaleimide Trazine)樹脂、FR4樹脂等制成，其具有一第一表面51a和一第二表面51b，在該第一表面51a和第二表面51b上均設(shè)置有多個(gè)電性焊接點(diǎn)51c與導(dǎo)電跡線(未圖標(biāo))，且在該基板中形成有多個(gè)導(dǎo)電貫孔51d，借以使用膠粘劑51e將半導(dǎo)體芯片52粘置在該芯片承載件51上，該膠粘劑51e可以是銀膠，能夠借由該第一導(dǎo)電組件53，如金線，通過(guò)打線作業(yè)電性連接至該芯片承載件51。
該電性焊接點(diǎn)51c是這樣形成的預(yù)先在該基板51的表面上形成一導(dǎo)電層(未圖標(biāo))，例如一銅層，再選擇性去除該導(dǎo)電層的特定部分，從而形成該電性焊接點(diǎn)51c。
如圖2B所示，提供一雙層電路板54，其具有一上表面54a及一下表面54b，在該上表面54a和下表面54b上形成有多個(gè)電性焊接點(diǎn)54c與導(dǎo)電跡線(未圖標(biāo))的電性連接區(qū)，并在該電路板54中設(shè)置有多個(gè)導(dǎo)電貫孔54d，同時(shí)在該下表面54b上預(yù)設(shè)的電性焊接點(diǎn)54c上焊接有第二導(dǎo)電組件55，如焊球、焊錫凸塊，也可以是金屬管腳(Pin)等。
接著，如圖2C所示，將該電路板54安置在該結(jié)合有半導(dǎo)體芯片52的芯片承載件51上方，并借由該第二導(dǎo)電組件55電性連接至該芯片承載片第一表面51a上相對(duì)應(yīng)的電性焊接點(diǎn)51c，使該電路板54與該芯片承載件51產(chǎn)生電性連接。
之后，如圖2D所示，進(jìn)行一封裝膠體制程(EncapsulationProcess)，以現(xiàn)有封裝材料，如環(huán)氧樹脂(Epoxy Resin)等，填充至該芯片承載件51與該電路板54之間，用以包覆該半導(dǎo)體芯片52與該第二導(dǎo)電組件55，并使該電路板54的上表面54a能夠外露出該封裝膠體56。再設(shè)置第三導(dǎo)電組件57，如多個(gè)焊球至該芯片承載件51的第二表面51b，以提供該半導(dǎo)體封裝件電性連接至外部印刷電路板。如此，即完成該包含有電路板54，并使該電路板54的上表面54a得以外露出該封裝膠體56的第一半導(dǎo)體封裝件50。
最后，如圖2D所示，以表面藕接(Surface Mount Technology，SMT)方式將已完成封裝并經(jīng)測(cè)試的第二半導(dǎo)體封裝件500利用該一球柵陣列501電性連接至該電路板上表面54a，借以堆棧至少一第二半導(dǎo)體封裝件500至該第一半導(dǎo)體封裝件50上。
本發(fā)明的可堆棧半導(dǎo)體封裝件的模塊化裝置中，由于該第一半導(dǎo)體封裝件50的電路板54是借由該第二導(dǎo)電組件55結(jié)合于該第一半導(dǎo)體封裝件50，其間包覆有該封裝膠體56，故在該第二半導(dǎo)體封裝件500電性連接至該第一半導(dǎo)體封裝件50時(shí)，能夠提供較佳的作業(yè)性及可靠性；且該外露出第一半導(dǎo)體封裝件50表面的電路板54，其整個(gè)上表面54a均可作為該第二半導(dǎo)體封裝件500的接置區(qū)域，可以提供較佳的電路布局性(Trace Routability or Layout)；同時(shí)，該第一半導(dǎo)體封裝件50及第二半導(dǎo)體封裝件500的基板形式為一般傳統(tǒng)的基板，不須額外花費(fèi)復(fù)雜的制程與成本，即可達(dá)到堆棧半導(dǎo)體封裝件的目的。
實(shí)施例2請(qǐng)參閱圖3，是本發(fā)明可堆棧半導(dǎo)體封裝件的模塊化裝置的實(shí)施例2的剖面示意圖。如圖所示，本發(fā)明實(shí)施例2的模塊化裝置與實(shí)施例1所說(shuō)明的大致相同，其不同處在于該第一半導(dǎo)體封裝件60的半導(dǎo)體芯片62是借由該第一導(dǎo)電組件63，如焊錫凸塊，利用覆晶(Flip Chip)方式電性連接至該芯片承載件61。
權(quán)利要求
1.一種可堆棧半導(dǎo)體封裝件的模塊化裝置，其特征在于，該模塊化裝置包括一第一半導(dǎo)體封裝件；以及至少一第二半導(dǎo)體封裝件，是堆棧并電性連接至該第一半導(dǎo)體封裝件上；其中該第一半導(dǎo)體封裝件包含一芯片承載件；至少一安置在該芯片承載件的半導(dǎo)體芯片；一提供該半導(dǎo)體芯片電性連接至該芯片承載件的第一導(dǎo)電組件；一位于該半導(dǎo)體芯片上方并具有一上表面及一下表面的電路板；一設(shè)置在該電路板下表面，用以支撐并提供該電路板電性連接至該芯片承載件的第二導(dǎo)電組件；一形成于該芯片承載件與該電路板間，以包覆住該半導(dǎo)體芯片、第一導(dǎo)電組件及第二導(dǎo)電組件，并外露出該電路板上表面以供至少一第二半導(dǎo)體封裝件作電性連接的封裝膠體；以及一用以提供該半導(dǎo)體芯片電性連接至外界的第三導(dǎo)電組件。
2.如權(quán)利要求1所述的可堆棧半導(dǎo)體封裝件的模塊化裝置，其特征在于，該第一導(dǎo)電組件是焊線及焊錫凸塊中的任一種。
3.如權(quán)利要求1所述的可堆棧半導(dǎo)體封裝件的模塊化裝置，其特征在于，該第二導(dǎo)電組件是焊球、焊錫凸塊及金屬管腳中的任一種。
4.如權(quán)利要求1所述的可堆棧半導(dǎo)體封裝件的模塊化裝置，其特征在于，該第三導(dǎo)電組件是焊球。
5.如權(quán)利要求1所述的可堆棧半導(dǎo)體封裝件的模塊化裝置，其特征在于，該第二半導(dǎo)體封裝件是球柵陣列半導(dǎo)體封裝件。
6.如權(quán)利要求1所述的可堆棧半導(dǎo)體封裝件的模塊化裝置，其特征在于，該電路板是一雙層電路板。
7.如權(quán)利要求6所述的可堆棧半導(dǎo)體封裝件的模塊化裝置，其特征在于，該電路板上表面和下表面形成有多個(gè)電性焊接點(diǎn)與導(dǎo)電跡線，并在該電路板中設(shè)置有多個(gè)導(dǎo)電貫孔。
8.一種可堆棧半導(dǎo)體封裝件的模塊化裝置的制法，其特征在于，該模塊化裝置的制法包括(1)制備一芯片承載件，并在其上安置至少一借由第一導(dǎo)電組件與該芯片承載件電性連接的芯片；(2)提供一電路板，具有一上表面及一下表面，并在該下表面預(yù)設(shè)有一第二導(dǎo)電組件；(3)將該電路板安置在該結(jié)合有半導(dǎo)體芯片的芯片承載件上方，并借由該第二導(dǎo)電組件電性連接至該芯片承載件；(4)填充一封裝膠體至該芯片承載件與該電路板之間，用以包覆該半導(dǎo)體芯片、第一導(dǎo)電組件與該第二導(dǎo)電組件，并使該電路板的上表面得以外露出該封裝膠體；(5)設(shè)置一第三導(dǎo)電組件在該芯片承載件上，以提供上述完成封裝的第一半導(dǎo)體封裝件電性連接至外部裝置；以及(6)將至少一第二半導(dǎo)體封裝件電性連接至該第一半導(dǎo)體封裝件的電路板上表面。
9.如權(quán)利要求8所述的可堆棧半導(dǎo)體封裝件的模塊化裝置的制法，其特征在于，在步驟(1)中，該第一導(dǎo)電組件為焊線及焊錫凸塊中的任一種。
10.如權(quán)利要求8所述的可堆棧半導(dǎo)體封裝件的模塊化裝置的制法，其特征在于，在步驟(2)中，該第二導(dǎo)電組件為焊球、焊錫凸塊及金屬管腳中的任一種。
11.如權(quán)利要求8所述的可堆棧半導(dǎo)體封裝件的模塊化裝置的制法，其特征在于，在步驟(5)中，該第三導(dǎo)電組件是焊球。
12.如權(quán)利要求8所述的可堆棧半導(dǎo)體封裝件的模塊化裝置的制法，其特征在于，在步驟(6)中，該第二半導(dǎo)體封裝件是球柵陣列半導(dǎo)體封裝件。
13.如權(quán)利要求8所述的可堆棧半導(dǎo)體封裝件的模塊化裝置的制法，其特征在于，在步驟(2)中，該電路板為一雙層電路板。
14.如權(quán)利要求8所述的可堆棧半導(dǎo)體封裝件的模塊化裝置的制法，其特征在于，在步驟(2)中，該電路板上表面和下表面形成有多個(gè)電性焊接點(diǎn)與導(dǎo)電跡線，并在該電路板中設(shè)置有多個(gè)導(dǎo)電貫孔。
全文摘要
一種可堆棧半導(dǎo)體封裝件的模塊化裝置及其制法，包括一第一半導(dǎo)體封裝件及至少一堆棧在其上，并與其電性連接的第二半導(dǎo)體封裝件；其中，該第一半導(dǎo)體封裝件具有供芯片安置其上的承載件，以及一借多個(gè)導(dǎo)電組件電性連接至該承載件且位于該芯片上方的電路板，在該承載件與該電路板間形成有一用以包覆該芯片與該導(dǎo)電組件的封裝膠體，使該電路板的上表面外露出封裝件外，供該第二半導(dǎo)體封裝件與該電路板上表面形成的電性連接區(qū)電性連接；由于該電路板是借封裝膠體結(jié)合于第一半導(dǎo)體封裝件中，因此具有較佳的作業(yè)性及可靠性，且提供了較佳的電路布局性。
文檔編號(hào)H01L23/48GK1499630SQ02146728
公開日2004年5月26日 申請(qǐng)日期2002年11月4日 優(yōu)先權(quán)日2002年11月4日
發(fā)明者普翰屏, 黃致明, 黃建屏 申請(qǐng)人:矽品精密工業(yè)股份有限公司