專利名稱：柔性和可堆疊的半導(dǎo)體管芯封裝、使用該封裝的系統(tǒng)以及制造封裝的方法
柔性和可堆疊的半導(dǎo)體管芯封裝、使用該封裝的系統(tǒng)以及
制造封裝的方法相關(guān)申請(qǐng)的交叉引用無(wú)。
背景技術(shù)：
諸如移動(dòng)電話、個(gè)人數(shù)據(jù)助理、數(shù)字照相機(jī)、筆記本電腦之類的個(gè)人攜帶式電子產(chǎn)品，通常包括若干個(gè)組裝在一起的半導(dǎo)體IC芯片和組裝到互連基底上的表面安裝部件，基底例如是印刷電路板和柔性基底。人們?nèi)找嬉髮⒏喙δ芎吞匦约{入到個(gè)人便攜式電子產(chǎn)品中，而同時(shí)要減小如此管芯的體積。這對(duì)互連基底的設(shè)計(jì)、尺寸和組裝又提出不斷提高的要求。由于組裝部件數(shù)量增多，基底面積和成本就增加，同時(shí)較小的形狀因素的要求也提尚O

發(fā)明內(nèi)容
就發(fā)明人作出其發(fā)明來(lái)說(shuō)，本發(fā)明人已經(jīng)認(rèn)識(shí)到，需要解決上述問(wèn)題，并且要有利地找到各種方法來(lái)提高電子產(chǎn)品的功能性，而不造成基底面積和成本的提高和產(chǎn)量的降低。就發(fā)明人作出其發(fā)明來(lái)說(shuō)，本發(fā)明人還認(rèn)識(shí)到，許多電子產(chǎn)品具有好多個(gè)電氣部件，特別是半導(dǎo)體管芯，它們可組合在一起成為提供特殊功能的若干個(gè)小組。本發(fā)明人還發(fā)現(xiàn)，將半導(dǎo)體管芯和其它部件組合在模制的封裝內(nèi)，一個(gè)模制的封裝可堆疊在另一個(gè)頂上來(lái)減小電路板的體積并增加其功能性，而每個(gè)如此封裝的厚度小于1毫米，這樣可顯著地減小電路組所需的基底面積。因此，根據(jù)本發(fā)明的第一通用示范實(shí)施例是涉及半導(dǎo)體管芯封裝，其包括圖形導(dǎo)電層，導(dǎo)電層具有第一表面、第二表面和介于第一和第二表面之間的第一厚度；半導(dǎo)體管芯設(shè)置在圖形導(dǎo)電層的第一表面上并與其電氣地連接；多個(gè)導(dǎo)電體設(shè)置在圖形導(dǎo)電層的第二表面上并與其電氣地連接，各個(gè)導(dǎo)電體的厚度大于第一厚度；以及，電氣絕緣材料本體設(shè)置在半導(dǎo)體管芯和一部分的圖形導(dǎo)電層的第一表面上。另一實(shí)施例還包括第二半導(dǎo)體管芯， 其設(shè)置在圖形導(dǎo)電層的第二表面上并與其電氣地連接。對(duì)于該示范的結(jié)構(gòu)，半導(dǎo)體管芯封裝可以薄到如它所容納的半導(dǎo)體管芯的厚度加上圖形導(dǎo)電層的厚度，并使信號(hào)由導(dǎo)電體傳輸通過(guò)管芯。各種表面安裝的部件可添加到這里所揭示的該實(shí)施例和其它實(shí)施例中。在另一實(shí)施例中，封裝的第二個(gè)實(shí)例不帶有電氣絕緣材料本體，該第二實(shí)例可堆疊在封裝下方，使相應(yīng)的導(dǎo)電體對(duì)齊并電氣地連接在一起。對(duì)于該示范的結(jié)構(gòu)，一個(gè)模制的封裝可堆疊在另一個(gè)頂上來(lái)電氣地互連若干個(gè)電氣部件，以在單個(gè)部件封裝的占據(jù)面積內(nèi)提高功能性。諸封裝中圖形導(dǎo)電層的布置可以變化，以在堆疊的部件中提供所要求的互連。作為該示范實(shí)施例的另一好處，諸如半導(dǎo)體管芯的具有相同電路的電氣部件可以堆疊起來(lái)并平行地電氣連接，與使用封裝在較大占據(jù)面積封裝內(nèi)的大管芯相比，可在單個(gè)封裝占據(jù)面積內(nèi)提供添加的特性。例如，各個(gè)管芯上的小型功率開關(guān) MOSFET晶體管可被容納在類似封裝內(nèi)，該封裝帶有具有同樣小的占據(jù)面積的功率IC控制器，晶體管可堆疊起來(lái)并平行地電氣連接，以提供容納在較大占據(jù)面積封裝內(nèi)的大得多的 MOSFET管芯的功率操控性能。根據(jù)本發(fā)明的另一通用示范實(shí)施例是涉及制造半導(dǎo)體管芯封裝的方法，該方法包括在金屬基底上形成圖形導(dǎo)電層，該圖形導(dǎo)電層具有第一表面、第二表面和介于第一和第二表面之間的第一厚度，以及多個(gè)跡線，金屬基底具有設(shè)置在導(dǎo)電層第二表面上的第一表面、第二表面以及介于第一和第二表面之間的第二厚度，第一厚度小于第二厚度；將半導(dǎo)體管芯和圖形導(dǎo)電層的第一表面組裝在一起，使得半導(dǎo)體管芯表面上的多個(gè)導(dǎo)電區(qū)域偶聯(lián)到圖形導(dǎo)電層的多個(gè)跡線上；對(duì)于該示范的結(jié)構(gòu)，將電氣絕緣材料本體放置在半導(dǎo)體管芯和圖形導(dǎo)電層的一部分的第一表面上；以及在其第二表面上圖形蝕刻金屬基底以形成導(dǎo)電區(qū)域和露出圖形導(dǎo)電層的第二表面的一部分。另一實(shí)施例還包括將第二半導(dǎo)體管芯和圖形導(dǎo)電層的暴露的第二表面組裝在一起，使得第二半導(dǎo)體管芯表面上的多個(gè)導(dǎo)電區(qū)域電氣地連接到圖形導(dǎo)電層的多個(gè)跡線上； 以及沿著第二半導(dǎo)體模s具的至少側(cè)邊布置電氣絕緣材料本體。本發(fā)明還包括多個(gè)系統(tǒng)，它們包括根據(jù)本發(fā)明的封裝和封裝組件，每個(gè)這樣的系統(tǒng)具有互連的基底以及附連到互連基底上的根據(jù)本發(fā)明的封裝或封裝組件，并與它們形成電氣連接。在以下的詳細(xì)描述中，將參照附圖來(lái)描述本發(fā)明上述示范實(shí)施例和其它實(shí)施例。 在附圖中，相同的附圖標(biāo)記可涉及相同的元件，對(duì)某些元件的描述可以不再重復(fù)。


圖1示出根據(jù)本發(fā)明的示范半導(dǎo)體管芯封裝的仰視平面圖。圖2示出根據(jù)本發(fā)明的圖1所示的示范半導(dǎo)體管芯封裝的剖視圖。圖3示出根據(jù)本發(fā)明的圖1所示的示范半導(dǎo)體管芯封裝的選定元件的俯視平面圖。圖4示出根據(jù)本發(fā)明的另一示范半導(dǎo)體管芯封裝的剖視圖。圖5示出根據(jù)本發(fā)明的另一示范半導(dǎo)體管芯封裝的剖視圖。圖6示出根據(jù)本發(fā)明的示范系統(tǒng)側(cè)視圖。圖7-15示出根據(jù)本發(fā)明的示范實(shí)施例、在不同加工階段過(guò)程中封裝組件的各個(gè)視圖。
具體實(shí)施例方式下面將參照附圖，更完整地描述本發(fā)明，其中，示出了本發(fā)明的示范實(shí)施例。然而， 本發(fā)明可以不同形式來(lái)實(shí)施，不應(yīng)認(rèn)為就局限于文中所闡述的實(shí)施例。相反，提供這些實(shí)施例是使本發(fā)明的揭示徹底和完整，并將本發(fā)明的范圍完全地傳達(dá)給本技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)人員。在附圖中，導(dǎo)電層厚度和區(qū)域大小可能為了清晰起見而夸大了。在全部的說(shuō)明書中，使用相同的附圖標(biāo)記來(lái)表示相同的元件。對(duì)于不同的實(shí)施例，諸元件可具有不同的互相關(guān)系和不同的位置。還應(yīng)理解到，當(dāng)說(shuō)到一導(dǎo)電層是“在”另一層或基底上時(shí)，它可以是直接在其它層或基底上，或者也可存在有中間層。還應(yīng)理解到，當(dāng)說(shuō)到諸如導(dǎo)電層、區(qū)域或基底之類的元
5件是“在”另一元件上，“連接到”、“電氣連接到”、“偶聯(lián)到”或“電氣偶聯(lián)到”另一元件上時(shí)， 它可以是直接在其它元件上、連接到或偶聯(lián)到其它元件，或者可以存在有一個(gè)或多個(gè)中間元件。相比之下，當(dāng)說(shuō)到元件是“直接在”、“直接連接到”或“直接偶聯(lián)到”另一元件或?qū)由蠒r(shí)，就不存在中間元件或中間層。這里所用的術(shù)語(yǔ)“和/或”包括相關(guān)所列物項(xiàng)的任何一種或多種以及它們的所有組合。這里采用術(shù)語(yǔ)僅是為了說(shuō)明本發(fā)明之目的，不應(yīng)認(rèn)為限制本發(fā)明的含義或范圍。 如本說(shuō)明書中所使用的，除非文中明確地指明特定的情形，單數(shù)形式可以包括復(fù)數(shù)形式。還有，本說(shuō)明書中所用的表達(dá)語(yǔ)“包括”和/或“包含”既不定義提及的形狀、數(shù)量、步驟、動(dòng)作、 操作、構(gòu)件、元件和/或它們的組群，也不排斥一個(gè)或多個(gè)其它不同形狀、數(shù)量、步驟、操作、 構(gòu)件、元件和/或它們的組群或它們的添加的存在或添加。為了便于描述，本文中可采用諸如“之上”、“上方”、“上”、“下” “以下”、“下面”、“低于”之類的空間相對(duì)關(guān)系的術(shù)語(yǔ)，以描述圖中所示的一個(gè)元件或特征相對(duì)于的另一元件或特征的關(guān)系。應(yīng)該理解到，除了圖中示出的定向之外，空間相對(duì)關(guān)系的術(shù)語(yǔ)還用來(lái)包括使用或操作中的管芯(例如，封裝)的不同定向。例如，如果圖中的管芯被翻過(guò)來(lái)的話，則被描述為“下”或“之下”或“下方”的元件將被定向?yàn)樵谄渌蛱卣鞯摹吧戏健被颉爸稀?。因此，示范術(shù)語(yǔ)“上方”可包括上方的和下方的定向。如文中所采用的，諸如“第一”、“第二”之類的術(shù)語(yǔ)是被用來(lái)描述各種構(gòu)件、部件、 區(qū)域、導(dǎo)電層和/或各部分。然而，很顯然的是，各種構(gòu)件、部件、區(qū)域、導(dǎo)電層和/或各部分不應(yīng)由這些術(shù)語(yǔ)所定義。這些術(shù)語(yǔ)僅是用來(lái)從其它構(gòu)件、部件、區(qū)域、導(dǎo)電層或部分中區(qū)分出一個(gè)構(gòu)件、部件、區(qū)域、導(dǎo)電層或部分。因此，被描述為第一構(gòu)件、部件、區(qū)域、導(dǎo)電層或部分也可涉指第二構(gòu)件、部件、區(qū)域、導(dǎo)電層或部分，而不會(huì)脫離本發(fā)明的范圍。圖1是根據(jù)本發(fā)明的半導(dǎo)體管芯封裝的示范實(shí)施例100的仰視平面圖，而圖2是沿著圖1所示的線2-2截取的根據(jù)本發(fā)明的示范半導(dǎo)體管芯封裝的剖視圖。參照?qǐng)D1和2， 半導(dǎo)體管芯封裝100包括圖形導(dǎo)電層110，導(dǎo)電層具有第一表面111、第二表面112和介于第一和第二表面111和112之間的厚度Tl ；第一半導(dǎo)體管芯120設(shè)置在圖形導(dǎo)電層110的第一表面111上并與其電氣地連接。半導(dǎo)體管芯120具有頂表面121、底表面122、介于頂表面和底表面之間的側(cè)表面123，以及多個(gè)設(shè)置在管芯頂表面121上的導(dǎo)電區(qū)域124。半導(dǎo)體管芯封裝100還包括多個(gè)設(shè)置在圖形導(dǎo)電層110第二表面112上并與其電氣地連接的導(dǎo)電體130。各個(gè)導(dǎo)電體130具有面向圖形導(dǎo)電層110的第二表面112的第一表面131、第二表面132以及介于表面131和132之間的厚度T2。厚度T2大于厚度Tl。厚度Tl的范圍可在2微米至20微米之間，10微米為典型值；厚度T2的范圍可在50微米至500微米之間， 100微米至200微米為典型值。圖形導(dǎo)電層110做成圖形以形成多個(gè)跡線110A-110L，它們使管芯120的導(dǎo)電區(qū)域與導(dǎo)電體130的對(duì)應(yīng)區(qū)域互連起來(lái)。為了看得清楚起見，圖2中僅標(biāo)出其中一個(gè)跡線IlOK ； 全部的跡線110A-110L顯示和標(biāo)明在圖3中。參照?qǐng)D2，半導(dǎo)體管芯120的導(dǎo)電區(qū)域124與跡線110A-110L的對(duì)應(yīng)部分電氣地偶聯(lián)；它們可用導(dǎo)電的粘結(jié)構(gòu)件115電氣地偶聯(lián)，導(dǎo)電的粘結(jié)構(gòu)件可包括柱形焊接(stud bumps)、焊料隆起焊盤等。導(dǎo)電的粘結(jié)構(gòu)件115可先放置在半導(dǎo)體管芯120上，管芯和導(dǎo)電的粘結(jié)構(gòu)件115可在圖形導(dǎo)電層110的第一表面111處采用倒裝法粘結(jié)到跡線110A-110L。跡線110A-110L的其它部分電氣地偶聯(lián)到導(dǎo)電體130
6的對(duì)應(yīng)部分。跡線部分可以是金屬直接粘結(jié)到導(dǎo)電體130上。如以下參照根據(jù)本發(fā)明的示范方法進(jìn)行詳細(xì)地描述那樣，圖形導(dǎo)電層110設(shè)置和/或鍍?cè)诤窠饘倩咨喜⑶遗c其冶金聯(lián)接，此后圖形化地形成跡線110A-110L。厚金屬基底較佳地包括不同于導(dǎo)電層110金屬的金屬以便于形成圖形。厚金屬基底此后進(jìn)行蝕刻而形成導(dǎo)電體130。半導(dǎo)體管芯封裝100還包括設(shè)置在圖形導(dǎo)電層110的第二表面112上并與其電氣偶聯(lián)的第二半導(dǎo)體管芯140。半導(dǎo)體管芯140具有頂表面141、底表面142、介于頂表面和底表面之間的側(cè)表面143，以及多個(gè)設(shè)置在管芯頂表面141上的導(dǎo)電區(qū)域144。半導(dǎo)體管芯 140的導(dǎo)電區(qū)域144電氣地偶聯(lián)到跡線110A-110L的對(duì)應(yīng)部分；它們可用導(dǎo)電的粘結(jié)構(gòu)件 117電氣地偶聯(lián)，導(dǎo)電的粘結(jié)構(gòu)件可包括柱形焊接、焊料隆起焊盤等。導(dǎo)電的粘結(jié)構(gòu)件117 可先放置在半導(dǎo)體管芯140上，管芯和導(dǎo)電的粘結(jié)構(gòu)件117可在圖形導(dǎo)電層110的第二表面112處以倒裝法粘結(jié)到跡線110A-110L。半導(dǎo)體管芯封裝100還包括設(shè)置在半導(dǎo)體管芯120上的電氣絕緣材料的第一本體150以及圖形導(dǎo)電層110的第一表面111。第一本體150可包括環(huán)氧樹脂(諸如環(huán)氧樹脂模制化合物)、硅樹脂和/或聚酰亞胺(即，它可包括這些材料中的一種或多種)。半導(dǎo)體管芯封裝100還包括設(shè)置在圖形導(dǎo)電層110的第二表面112上并鄰近于第二半導(dǎo)體管芯 140側(cè)表面143的電氣絕緣材料的第二本體160。第二本體160可設(shè)置成覆蓋管芯140的第二表面142，或可設(shè)置成離開第二表面142使其暴露。當(dāng)管芯140具有設(shè)置在其第二表面 142上的一個(gè)或多個(gè)電氣接線端，和/或終端地偶聯(lián)到互連的基底上以便耗散熱量時(shí)，則后一種結(jié)構(gòu)允許第二表面142電氣地偶聯(lián)到互連的基底上。第二本體160還較佳地設(shè)置成離開暴導(dǎo)電體130的第二表面132使其暴露。這能使封裝100安裝到互連的基底上，采用釬焊和諸如此類的方法，使第二表面132電氣地偶聯(lián)到互連基底的導(dǎo)電區(qū)域。第二本體160 可包括環(huán)氧樹脂(諸如環(huán)氧樹脂模制化合物)、硅樹脂和/或聚酰亞胺(即，它可包括這些材料中的一種或多種)。第二本體160還可包括圍繞半導(dǎo)體管芯140的側(cè)邊143設(shè)置的下填材料，該材料可通過(guò)毛細(xì)管作用被吸入而覆蓋管芯的第一表面141。圖3示出絕緣體150已被移去后的封裝100的俯視平面圖。圖形導(dǎo)電層110包括跡線110A-110L，導(dǎo)電體130分別地用附圖標(biāo)記130A-130L表示，它們分別電氣地偶聯(lián)到跡線110A-110L。第一半導(dǎo)體管芯120和其導(dǎo)電區(qū)域124的輪廓用實(shí)線顯示，而第二半導(dǎo)體管芯140和其導(dǎo)電區(qū)域144的輪廓用虛線顯示。當(dāng)許多導(dǎo)電跡線電氣地將個(gè)別導(dǎo)電區(qū)域 124/144偶聯(lián)到對(duì)應(yīng)的導(dǎo)電體130上時(shí)，每個(gè)導(dǎo)電跡線1IOF和1IOK將第一管芯120的導(dǎo)電區(qū)域124電氣地偶聯(lián)到第二管芯140的導(dǎo)電區(qū)域144，以及偶聯(lián)到導(dǎo)電區(qū)域130F和130K。 因此，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是在超薄封裝內(nèi)提供了多個(gè)管芯，并在管芯和導(dǎo)電體130中實(shí)現(xiàn)電氣互連，這為封裝提供了連接的接線端。這在小又超薄的封裝的占據(jù)面積和體積內(nèi)對(duì)封裝提供了更大的電路功能性。盡管半導(dǎo)體管芯封裝100顯示為具有兩個(gè)半導(dǎo)體管芯，但可以認(rèn)識(shí)到，根據(jù)本發(fā)明的封裝可構(gòu)造有一個(gè)或多個(gè)附加的半導(dǎo)體管芯，它們可添加到圖形導(dǎo)電層110的任一表面或兩個(gè)表面111和112上。也可認(rèn)識(shí)到，根據(jù)本發(fā)明的封裝可省略第二半導(dǎo)體管芯140， 并還可省略本體160。圖4示出根據(jù)本發(fā)明的半導(dǎo)體管芯封裝的另一示范實(shí)施例200的剖視圖。封裝200 包括同樣方式布置的封裝100的相同的元件。封裝200還包括第二圖形導(dǎo)電層110’、第二組導(dǎo)電體130’、第三半導(dǎo)體管芯140’、電氣絕緣層210，以及多個(gè)導(dǎo)電的粘結(jié)構(gòu)件215。元件110’、130’和140，以類似于封裝100的元件110、130和140的方式設(shè)置和偶聯(lián)在一起。 半導(dǎo)體管芯140’可以與管芯140相同或不同。圖形導(dǎo)電層110’可包括與圖形導(dǎo)電層110 相同的導(dǎo)電跡線，或可包括不同數(shù)量的跡線，使某些跡線或所有跡線具有不同的形狀、構(gòu)造和互連接。導(dǎo)電體130’通常具有與導(dǎo)電體130相同的數(shù)量和構(gòu)造；然而，它們的數(shù)量和構(gòu)造也可不同于導(dǎo)電體130的數(shù)量和構(gòu)造。元件110’、130’和140’的組件設(shè)置成使第二圖形導(dǎo)電層110’面向?qū)щ婓w130和第二半導(dǎo)體管芯140，令導(dǎo)電的粘結(jié)構(gòu)件215設(shè)置在面對(duì)的本體130和130’之間，并電氣地偶聯(lián)相應(yīng)的成對(duì)的導(dǎo)電體130和130’，如圖所示。電氣絕緣層210可設(shè)置在第二半導(dǎo)體管芯140和第二圖形導(dǎo)電層110’之間，以防止它們之間的電氣偶聯(lián)。半導(dǎo)體管芯封裝200還包括設(shè)置在第二圖形導(dǎo)電層110’的下表面上并鄰近于第三半導(dǎo)體管芯140’的側(cè)表面的電氣絕緣材料的第三本體160’。第三本體160’可設(shè)置成覆蓋管芯140’的底表面，或可設(shè)置成離開底表面使其暴露。當(dāng)?shù)谌苄?40’具有設(shè)置在其底表面上的一個(gè)或多個(gè)電氣接線端，和/或終端地偶聯(lián)到互連的基底上以便耗散熱量， 或能夠使另一組元件110-140以最小的空間距離堆疊在下面，則后一種結(jié)構(gòu)允許底表面電氣地偶聯(lián)到一互連的基底上。第三本體160’還較佳地設(shè)置成離開暴露的導(dǎo)電體130’的底表面。這能使封裝200安裝到互連的基底上，采用釬焊和諸如此類的方法，使底表面電氣地偶聯(lián)到互連的基底的導(dǎo)電區(qū)域。第三本體160’可包括環(huán)氧樹脂(諸如環(huán)氧樹脂模制化合物)、硅樹脂和/或聚酰亞胺(即，它可包括這些材料中的一種或多種)。第三本體160’還可包括圍繞半導(dǎo)體管芯140’的側(cè)邊設(shè)置的下填材料，該材料可通過(guò)毛細(xì)管作用被吸入而覆蓋管芯的頂表面。圖5示出根據(jù)本發(fā)明的半導(dǎo)體管芯封裝的另一示范實(shí)施例250的剖視圖。該封裝 250包括以相同方式布置的與封裝100相同的元件，例外之處是，導(dǎo)電體130被厚度更大的導(dǎo)電體130”所替代。更大的厚度可使一個(gè)封裝堆疊在另一封裝的下方。封裝250還包括第二圖形導(dǎo)電層110’、第二組導(dǎo)電體130”’、第三半導(dǎo)體管芯120’、第四半導(dǎo)體管芯140’、電氣絕緣材料本體150，，以及多個(gè)導(dǎo)電的粘結(jié)構(gòu)件215。元件110，、130”，、120，、140，和150， 以類似于封裝100的元件110、130、120、140和150的方式設(shè)置和偶聯(lián)在一起，例外之處在于，本體150’不覆蓋導(dǎo)電體130”’的頂表面。半導(dǎo)體管芯120’可以與管芯120相同或不同；半導(dǎo)體管芯140’可以與管芯140相同或不同。圖形導(dǎo)電層110’可包括與圖形導(dǎo)電層 110相同的導(dǎo)電跡線，或可包括不同數(shù)量的跡線，使某些跡線或所有跡線具有不同的形狀、 構(gòu)造和互連接。導(dǎo)電體130”’通常具有與導(dǎo)電體130”相同的數(shù)量和構(gòu)造；然而，它們的數(shù)量和構(gòu)造也可不同于導(dǎo)電體130”的數(shù)量和構(gòu)造。元件110，、130”，、120、140，和150，的組件設(shè)置成使第二圖形導(dǎo)電層110’面向?qū)щ婓w130”和第二半導(dǎo)體管芯140，令導(dǎo)電的粘結(jié)構(gòu)件215設(shè)置在面對(duì)的本體130”和130”’之間，并電氣地偶聯(lián)相應(yīng)的成對(duì)的導(dǎo)電體130”和 130”’，如圖所示。半導(dǎo)體管芯封裝250還包括設(shè)置在圖形導(dǎo)電層110’的下表面上并鄰近于第三半導(dǎo)體管芯140’側(cè)表面的電氣絕緣材料的第三本體160’。第三本體160’可設(shè)置成覆蓋管芯 140’的底表面，或可設(shè)置成離開底表面使其暴露。當(dāng)?shù)谌苄?40’具有設(shè)置在其底表面上的一個(gè)或多個(gè)電氣接線端，和/或終端地偶聯(lián)到互連的基底上以便耗散熱量，或能使另一組元件110’ -150’以最小地空間距離堆疊在下面時(shí)，則后一種結(jié)構(gòu)允許底表面電氣地偶聯(lián)到一互連的基底上。第三本體160’還較佳地設(shè)置成離開導(dǎo)電體130”’的底表面使其暴露。第三本體160’可包括環(huán)氧樹脂(諸如環(huán)氧樹脂模制化合物)、硅樹脂和/或聚酰亞胺 (即，它可包括這些材料中的一種或多種)。第三本體160’還可包括圍繞半導(dǎo)體管芯140’ 的側(cè)邊設(shè)置的下填材料，該材料可通過(guò)毛細(xì)管作用被吸入而覆蓋管芯的頂表面。圖6是包括互連板310的示范系統(tǒng)300的側(cè)視圖，互連板310具有多個(gè)電氣互連墊315、設(shè)置在互連板310頂表面上的封裝10，其中，封裝10可包括封裝100、封裝200或封裝250的例子，或它們的組合。封裝10的導(dǎo)電體130X通過(guò)相應(yīng)的導(dǎo)電粘結(jié)劑體305電氣地偶聯(lián)到相應(yīng)的電氣互連墊315上，導(dǎo)電粘結(jié)劑可包括釬焊、導(dǎo)電聚合物等。系統(tǒng)300還包括也用粘結(jié)劑體305電氣地偶聯(lián)到相應(yīng)墊315上的電氣封裝304。該封裝304可包括從動(dòng)的電子部件，或可包括具有與封裝10相同或不同結(jié)構(gòu)的封裝，并可通過(guò)設(shè)置在互連基底 310內(nèi)或基底310上的一個(gè)或多個(gè)電氣跡線311電氣地偶聯(lián)到封裝10。圖7-15示出制造封裝100和200的示范方法。參照?qǐng)D7，該示范方法包括在金屬基底30上形成圖形導(dǎo)電層110，該圖形導(dǎo)電層110具有第一表面111、第二表面112、介于第一和第二表面之間的厚度Tl，以及多個(gè)跡線，如上所述。金屬基底30其后進(jìn)行加工以提供導(dǎo)電體130。金屬基底30具有設(shè)置在(例如，接觸)導(dǎo)電層110第二表面112上的第一表面31、第二表面32以及介于第一和第二表面之間的第二厚度T2，第一厚度Tl小于第二厚度T2。Tl和T2的示范值和范圍已在上面列出過(guò)。對(duì)于大容量的制造，可用長(zhǎng)條的金屬帶提供金屬基底30，該金屬帶可對(duì)幾百個(gè)封裝100提供足夠的材料。最好沿著金屬帶的各個(gè)長(zhǎng)邊預(yù)成形出對(duì)齊孔，類似于設(shè)置在導(dǎo)引框架卷筒上的對(duì)齊孔，以使金屬帶傳輸通過(guò)自動(dòng)化的高速加工設(shè)備。通過(guò)將金屬沉淀和/鍍?cè)诮饘倩咨?，其后?duì)導(dǎo)電層進(jìn)行圖形蝕刻， 就可形成導(dǎo)電層110。在此情形中，導(dǎo)電層110和金屬基底30最好包括不同的金屬，蝕刻劑可包括蝕刻導(dǎo)電層110比蝕刻金屬基底快的選定的蝕刻劑。導(dǎo)電層110可包括金(Au)、 鎳(Ni)、銀(Ag)、其它傳統(tǒng)的電鍍金屬，或可以是副層的任何組合。金屬基底30可包括銅。 蝕刻之前，可在導(dǎo)電層110的金屬表面上形成圖形的掩罩層，例如，通過(guò)絲網(wǎng)印刷、敲印，或涂覆光致抗蝕膜或沉淀光致抗蝕層來(lái)形成所述掩罩層，通過(guò)光化性的輻射使圖形暴露出光致抗蝕劑，使光致抗蝕劑顯影。絲網(wǎng)印刷和敲印法適用于大體積制造的快速過(guò)程，但具有相對(duì)低特征的分辨率，最佳地用于具有大面積終端墊的半導(dǎo)體管芯上，但可提供較高特征的分辨率，并可用于具有小面積終端的半導(dǎo)體管芯上。電鍍之后，掩罩層可用合適溶劑除去。導(dǎo)電層110還可通過(guò)選定的電鍍工藝過(guò)程來(lái)形成。在如此的過(guò)程中，導(dǎo)電層110鍍到金屬基底30上，帶有先前設(shè)置在金屬基底30上的圖形掩罩層。該掩罩層可用上述工藝中的任何一種來(lái)形成。導(dǎo)電層110的金屬僅鍍?cè)诒粓D形的掩罩層露出的表面31的部分上。 可采用傳統(tǒng)的電鍍和/或無(wú)電化學(xué)鍍。鍍覆之后，可用合適溶劑將圖形的掩罩層除去。導(dǎo)電層110還可用金屬起離工藝來(lái)形成。在如此工藝過(guò)程中，導(dǎo)電層110沉淀到金屬基底30 上，帶有預(yù)先沉淀在金屬基底30上的厚的圖形掩罩層。該圖形掩罩層可用上述工藝中的任何一種來(lái)形成。導(dǎo)電層110的金屬形成在掩罩層和基底30的露出部分上。掩罩層此后用合適溶劑除去，溶劑帶走以前形成在掩罩層上的金屬。選擇掩罩層的厚度，以防止金屬完全地覆蓋掩罩層的側(cè)壁，由此，使溶劑接觸到掩罩層的圖形邊緣。在所有上述過(guò)程中，導(dǎo)電層 110可包括單一金屬層，或不同金屬的兩層或多層的副層。
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參照?qǐng)D8，示范方法還包括將半導(dǎo)體管芯120和圖形導(dǎo)電層110的第一表面111 組合在一起，以使管芯表面上的導(dǎo)電區(qū)域124電氣地偶聯(lián)到圖形導(dǎo)電層的多個(gè)跡線上。在優(yōu)選的實(shí)施方式中，這包括將半導(dǎo)體管芯120采用芯片倒置方式粘結(jié)到第一表面111上。 可采用焊球凸起。在一示范過(guò)程中，焊球設(shè)置在或預(yù)先設(shè)置在半導(dǎo)體管芯120的導(dǎo)電區(qū)域 IM上，圖形焊接掩罩可選用絲網(wǎng)印刷術(shù)印刷到導(dǎo)電層110上，焊膏布置在導(dǎo)電層110的要與焊球接觸的部位上，管芯倒置到導(dǎo)電層110前面的位置，施加熱量至少使焊膏回流。作為另一種方法，可采用柱形凸起金或銅柱頭的熱-超音粘結(jié)。在示范過(guò)程中，金或銅柱頭設(shè)置或預(yù)設(shè)置在半導(dǎo)體管芯120的導(dǎo)電區(qū)域?qū)ι希苄镜怪玫綄?dǎo)電層110的前面位置，并可將熱-超音粘結(jié)法施加到管芯上。在進(jìn)行熱-超音粘結(jié)之前，焊膏或各向異性的導(dǎo)電膜(AFC) 可設(shè)置在與柱頭接觸的導(dǎo)電層110的部位上。參照?qǐng)D9，該示范方法還包括將電氣絕緣材料本體150設(shè)置在半導(dǎo)體管芯120和圖形導(dǎo)電層110的第一表面111的一部分上。本體150較佳地設(shè)置在液態(tài)中，此后，進(jìn)行固化，例如施加熱處理(諸如沉淀之前或之后的加熱)、紫外線光處理，和/或化學(xué)處理(例如，化學(xué)反應(yīng))。本體150可包括環(huán)氧樹脂(諸如環(huán)氧樹脂模制化合物)、硅樹脂和/或聚酰亞胺(即，它可包括這些材料中的一種或多種)。本體150可用任何傳統(tǒng)的模制過(guò)程、絲網(wǎng)印刷術(shù)等方法進(jìn)行沉淀。為了能使另一封裝堆疊在封裝100之上，本體150可模制成不覆蓋住導(dǎo)電體130將要定位的導(dǎo)電層110和基底30的頂部。參照?qǐng)D10，該示范方法還包括在其第二表面32處圖形蝕刻金屬基底30，以形成導(dǎo)電區(qū)域130和露出圖形導(dǎo)電層110的一部分的第二表面112。各個(gè)導(dǎo)電區(qū)域130具有位于金屬基底30的第一表面31處的第一表面131，以及位于金屬基底30的第二表面32處的第二表面132。圖形蝕刻可包括將圖形蝕刻掩罩放置在第二表面32上，并將第二表面32暴露到蝕刻劑。在優(yōu)選的實(shí)施形式中，圖形導(dǎo)電層110包括不同于金屬基底30材料的金屬，而蝕刻劑包括選定的蝕刻劑，其蝕刻基底30要比蝕刻圖形導(dǎo)電層110快。掩罩層可用任何傳統(tǒng)工藝形成在第二表面32上，例如用絲網(wǎng)印刷術(shù)、敲印、涂覆光致抗蝕劑膜，或涂覆光致抗蝕劑層。在這一點(diǎn)上，示范方法可對(duì)設(shè)置在圖形導(dǎo)電層110第一表面111上的一個(gè)或多個(gè)半導(dǎo)體管芯提供完成的封裝。如果使用載體條帶來(lái)制造封裝100和其它的封裝，則封裝100 可使用傳統(tǒng)的切割工具與載體條帶分離。示范的方法可包括附加的動(dòng)作，以對(duì)封裝提供一個(gè)或多個(gè)附加的半導(dǎo)體管芯。參照?qǐng)D11，該示范方法還可包括將第二半導(dǎo)體管芯14和圖形導(dǎo)電層110的第二表面112組裝在一起，以使管芯表面上的導(dǎo)電區(qū)域144電氣地偶聯(lián)到圖形導(dǎo)電層的多個(gè)跡線上。在優(yōu)選實(shí)施形式中，這包括用芯片倒置方法將半導(dǎo)體管芯140粘結(jié)到第二表面112上。可使用焊球凸起。在示范的工藝過(guò)程中，焊球設(shè)置或預(yù)先設(shè)置在半導(dǎo)體管芯140的導(dǎo)電區(qū)域144上，焊膏布置在要與焊凸起接觸的導(dǎo)電層110的部位上，管芯倒置到導(dǎo)電層110前面的位置，施加熱量至少使焊膏回流。作為另一種方法，可采用柱頭凸起金或銅柱頭的熱-超音粘結(jié)。在示范過(guò)程中，金或銅柱頭設(shè)置或預(yù)設(shè)置在第二半導(dǎo)體管芯140的導(dǎo)電區(qū)域144上，管芯倒置到導(dǎo)電層110的前面位置，并可將熱-超音粘結(jié)法施加到管芯上。在進(jìn)行熱-超音粘結(jié)之前，焊膏或各向異性的導(dǎo)電膜(ACF)可設(shè)置在與柱頭接觸的導(dǎo)電層110的部位上。在這一點(diǎn)上，示范方法可對(duì)設(shè)置在圖形導(dǎo)電層110的第一表面111和第二表面112上的半導(dǎo)體管芯提供完成的封裝。如果使用載體條帶來(lái)制造封裝100和其它的封裝，則封裝100可使用傳統(tǒng)的切割工具與載體條帶分離。作為可選的步驟，電氣絕緣材料的本體160 可沿著第二半導(dǎo)體管芯140的邊緣設(shè)置并且設(shè)置在圖形導(dǎo)電層110的一部分第二表面112 上，如圖12所示。本體160較佳地設(shè)置為液態(tài)，此后，進(jìn)行固化，例如施加熱處理(諸如沉淀之前或之后的加熱)、紫外線光處理，和/或化學(xué)處理(例如，化學(xué)反應(yīng))。本體160可包括環(huán)氧樹脂(諸如環(huán)氧樹脂模制化合物)、硅樹脂和/或聚酰亞胺(即，它可包括這些材料中的一種或多種)。本體160可用任何傳統(tǒng)的模制過(guò)程、絲網(wǎng)印刷術(shù)過(guò)程等方法進(jìn)行沉淀。 本體160還可包括使用傳統(tǒng)的下填分配設(shè)備沿著管芯140的一個(gè)或多個(gè)側(cè)邊布置傳統(tǒng)的下填材料。該示范方法可擴(kuò)展到制造封裝200。該擴(kuò)展的方法還可包括制造以下元件的子組件400 第二圖形導(dǎo)電層110，、導(dǎo)電區(qū)域130，、半導(dǎo)體管芯140，、電氣絕緣材料本體160，以及電氣絕緣層210，此后，用粘結(jié)的導(dǎo)電體215組裝子組件和封裝100，如圖13所示。子組件400可構(gòu)造有固定環(huán)230，其圍繞導(dǎo)電體130’而形成，以在子組件400制造過(guò)程中保持本體130’固定就位。子組件400可用先前組裝元件110、130、140和160時(shí)所述的動(dòng)作進(jìn)行制造，此后，通過(guò)絲網(wǎng)印刷術(shù)、薄膜涂覆或其它沉淀過(guò)程來(lái)添加電氣絕緣層210。子組件400 與封裝100組裝的結(jié)果顯示在圖14中。在這一點(diǎn)上，固定環(huán)230可通過(guò)切片、切割或其它分離過(guò)程移去，如圖14中的刀片10所示，生成封裝200。該示范的方法還可擴(kuò)展到制造封裝250。在該擴(kuò)展的方法中，制造兩個(gè)或多個(gè)封裝100，用導(dǎo)電體130”和130”’替代導(dǎo)電體130，電氣絕緣體150’替代電氣絕緣體150中的至少一個(gè)。兩個(gè)封裝用粘結(jié)導(dǎo)電體215組裝在一起，如圖15所示。三個(gè)或更多個(gè)封裝可類似地組裝在一起。應(yīng)該理解到，這里所揭示和主張的方法中的任何動(dòng)作的執(zhí)行，并不斷定為在另一動(dòng)作完成之后才執(zhí)行，動(dòng)作可在相當(dāng)于彼此的任何時(shí)間順序(例如，時(shí)間次序)中執(zhí)行，包括同時(shí)地執(zhí)行和各種動(dòng)作交叉地執(zhí)行。(例如，當(dāng)兩個(gè)或多個(gè)動(dòng)作部分以混合方式執(zhí)行時(shí)， 就會(huì)發(fā)生所述的交叉執(zhí)行。)因此，可以認(rèn)識(shí)到，盡管本方法要求本申請(qǐng)例舉出成組的動(dòng)作， 但該方法的諸要求并不局限于權(quán)利要求書語(yǔ)言中所列動(dòng)作的次序，相反，涵蓋了所有上述可能的次序，包括動(dòng)作的同時(shí)執(zhí)行和交叉的執(zhí)行，以及上面沒有明確描述的其它次序，除非權(quán)利要求書語(yǔ)言中另有規(guī)定(例如，通過(guò)明確地陳述一個(gè)動(dòng)作先進(jìn)行，或后跟另一動(dòng)作)。上述半導(dǎo)體管芯封裝可用于電氣組件中，包括帶有安裝在其上的封裝的電路板。 它們也可用于諸如電話、計(jì)算機(jī)等的系統(tǒng)中?？梢哉J(rèn)識(shí)到，更多的附加半導(dǎo)體管芯可與各封裝組合起來(lái)，以提供更多的功能性和更密的電路密度。以上描述的某些實(shí)例是針對(duì)諸如MLP型封裝(模制的無(wú)引線的封裝)的“無(wú)引線”-型的封裝，其中，引線的終端不延伸超過(guò)模制材料的側(cè)向邊緣。本發(fā)明實(shí)施例還可包括有引線的封裝，其中，引線延伸超過(guò)模制材料的側(cè)向表面。任何冠詞“一”和“該”的引用，是意圖表明一個(gè)或多個(gè)，除非具體地指明其相反意 )思ο本文中所用術(shù)語(yǔ)和表達(dá)語(yǔ)是用作為描述的措辭，而不是限制的意義，在使用如此術(shù)語(yǔ)和表達(dá)語(yǔ)過(guò)程中，并不意圖排斥所示和所述特征的等價(jià)物，應(yīng)該認(rèn)識(shí)到，在所主張的本發(fā)明范圍之內(nèi)，各種修改都是可能的。
此外，本發(fā)明一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例中的一個(gè)或多個(gè)特征可以與本發(fā)明其它實(shí)施例的一個(gè)或多個(gè)特征相組合，而不會(huì)脫離本發(fā)明的范圍。盡管本發(fā)明參照所示實(shí)施例作了特別詳細(xì)的描述，但應(yīng)該認(rèn)識(shí)到，根據(jù)本發(fā)明可作出各種改變、修改、改適和等價(jià)的布置，意將它們納入本發(fā)明和附后權(quán)利要求書的范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種半導(dǎo)體管芯封裝，其包括圖形導(dǎo)電層，所述圖形導(dǎo)電層具有第一表面、第二表面和介于第一和第二表面之間的第一厚度；半導(dǎo)體管芯，所述半導(dǎo)體管芯設(shè)置在圖形導(dǎo)電層的第一表面上并與其電氣地連接；多個(gè)導(dǎo)電體，所述導(dǎo)電體設(shè)置在圖形導(dǎo)電層的第二表面上并與其電氣地連接，各個(gè)導(dǎo)電體的厚度大于第一厚度；以及電氣絕緣材料本體，所述電氣絕緣材料本體設(shè)置在半導(dǎo)體管芯和圖形導(dǎo)電層的第一表面的一部分上。
2.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體管芯封裝，其特征在于，圖形導(dǎo)電層用冶金方法粘結(jié)到多個(gè)導(dǎo)電體上。
3.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體管芯封裝，其特征在于，所述多個(gè)導(dǎo)電體包括不同于圖形導(dǎo)電層金屬的金屬。
4.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體管芯封裝，其特征在于，第一厚度的范圍在2微米至20 微米之間，而導(dǎo)電體的厚度范圍在50微米至500微米之間。
5.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體管芯封裝，其特征在于，電氣絕緣材料本體包括以下材料中的一種或多種環(huán)氧樹脂、硅樹脂、聚酰亞胺。
6.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體管芯封裝，其特征在于，第一半導(dǎo)體管芯包括通過(guò)導(dǎo)電的粘結(jié)劑構(gòu)件偶聯(lián)到圖形導(dǎo)電層相應(yīng)部分上的多個(gè)導(dǎo)電區(qū)域。
7.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體管芯封裝，其特征在于，還包括設(shè)置在圖形導(dǎo)電層第二表面上并與其電氣地偶聯(lián)的第二半導(dǎo)體管芯。
8.如權(quán)利要求7所述的半導(dǎo)體管芯封裝，其特征在于，還包括電氣絕緣材料的第二本體，其設(shè)置在圖形導(dǎo)電層的第二表面的至少一部分上，并鄰近于第二半導(dǎo)體管芯的至少一側(cè)。
9.如權(quán)利要求8所述的半導(dǎo)體管芯封裝，其特征在于，電氣絕緣材料的第二本體包括以下材料中的一種或多種環(huán)氧樹脂、硅樹脂、聚酰亞胺。
10.如權(quán)利要求8所述的半導(dǎo)體管芯封裝，其特征在于，電氣絕緣材料的第二本體包括鄰近于第二半導(dǎo)體管芯的至少一側(cè)設(shè)置的下填材料。
11.如權(quán)利要求7所述的半導(dǎo)體管芯封裝，其特征在于，所述第二半導(dǎo)體管芯包括多個(gè)導(dǎo)電區(qū)域，導(dǎo)電區(qū)域通過(guò)導(dǎo)電的粘結(jié)劑構(gòu)件偶聯(lián)到圖形導(dǎo)電層的相應(yīng)部分。
12.如權(quán)利要求7所述的半導(dǎo)體管芯封裝，其特征在于，所述第一半導(dǎo)體管芯具有電氣地偶聯(lián)到圖形導(dǎo)電層第一跡線的至少一個(gè)導(dǎo)電區(qū)域，其中，所述第二半導(dǎo)體管芯具有電氣地偶聯(lián)到圖形導(dǎo)電層第一跡線的至少一個(gè)導(dǎo)電區(qū)域。
13.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體管芯封裝，其特征在于，還包括第二圖形導(dǎo)電層，該導(dǎo)電層具有面向多個(gè)導(dǎo)電體的第一表面、與第一表面相對(duì)的第二表面，以及介于第一和第二表面之間的厚度；半導(dǎo)體管芯設(shè)置在第二圖形導(dǎo)電層的表面上并與其電氣地連接；以及多個(gè)第二導(dǎo)電體設(shè)置在第二圖形導(dǎo)電層的第二表面上并與其電氣地連接，各個(gè)導(dǎo)電體的厚度大于第二圖形導(dǎo)電層的厚度。
14.一種包括互連基底和附連到互連基底上的如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體管芯封裝的系統(tǒng)。
15.一種制造半導(dǎo)體管芯封裝的方法，該方法包括在金屬基底上形成圖形導(dǎo)電層，該圖形導(dǎo)電層具有第一表面、第二表面、介于第一和第二表面之間的第一厚度，以及多個(gè)跡線，金屬基底具有設(shè)置在導(dǎo)電層的第二表面上的第一表面、第二表面以及介于第一和第二表面之間的第二厚度，第一厚度小于第二厚度；將半導(dǎo)體管芯和圖形導(dǎo)電層的第一表面組裝在一起，使得半導(dǎo)體管芯表面上的多個(gè)導(dǎo)電區(qū)域電氣地偶聯(lián)到圖形導(dǎo)電層的多個(gè)跡線上；將電氣絕緣材料本體放置在半導(dǎo)體管芯和圖形導(dǎo)電層的一部分的第一表面上；以及在第二表面上圖形蝕刻金屬基底以形成導(dǎo)電區(qū)域和露出圖形導(dǎo)電層的第二表面的一部分。
16.如權(quán)利要求15所述的方法，其特征在于，還包括將第二半導(dǎo)體管芯和圖形導(dǎo)電層的暴露的第二表面組裝在一起，使得第二半導(dǎo)體管芯的表面上的多個(gè)導(dǎo)電區(qū)域電氣地偶聯(lián)到圖形導(dǎo)電層的多個(gè)跡線上。
17.如權(quán)利要求16所述的方法，其特征在于，還包括沿著第二半導(dǎo)體管芯的一個(gè)或多個(gè)邊緣，將電氣絕緣材料的另一本體設(shè)置在圖形導(dǎo)電層的第二表面的一部分上。
18.如權(quán)利要求15所述的方法，其特征在于，形成圖形導(dǎo)電層包括在金屬基底的第一表面上形成導(dǎo)電層，并圖形蝕刻所形成的導(dǎo)電層。
19.如權(quán)利要求15所述的方法，其特征在于，形成圖形導(dǎo)電層包括在金屬基底的第一表面上形成圖形掩罩層，并將金屬鍍到由圖形掩罩層露出的金屬基底的第一表面的若干部分上。
20.如權(quán)利要求15所述的方法，其特征在于，組裝半導(dǎo)體管芯和圖形導(dǎo)電層的第一表面包括用倒裝法將半導(dǎo)體管芯粘結(jié)到圖形導(dǎo)電層的第一表面上。
全文摘要
本發(fā)明公開了半導(dǎo)體管芯封裝、系統(tǒng)和其制造方法。示范的封裝包括圖形導(dǎo)電層，導(dǎo)電層具有第一表面、第二表面和介于第一和第二表面之間的第一厚度；半導(dǎo)體管芯設(shè)置在圖形導(dǎo)電層的第一表面上并與其電氣地連接；多個(gè)導(dǎo)電體設(shè)置在圖形導(dǎo)電層的第二表面上并與其電氣地連接，各個(gè)導(dǎo)電體的厚度大于第一厚度；以及電氣絕緣材料本體設(shè)置在半導(dǎo)體管芯和一部分的圖形導(dǎo)電層的第一表面上。另一實(shí)施例還包括設(shè)置在圖形導(dǎo)電層第二表面上并與其電氣地偶聯(lián)的第二半導(dǎo)體管芯。
文檔編號(hào)H01L23/12GK102217060SQ200980145653
公開日2011年10月12日 申請(qǐng)日期2009年10月22日 優(yōu)先權(quán)日2008年11月14日
發(fā)明者Y·劉 申請(qǐng)人:費(fèi)查爾德半導(dǎo)體有限公司