[发明专利]倒装附着且底填充堆叠的半导体装置

说明书

技术领域

本发明大体上涉及电子系统与半导体装置的领域；且更明确地说涉及制造倒装装配、底填充且堆叠的半导体装置。

背景技术

当利用焊接凸块连接将集成电路(IC)芯片装配在具有导线的绝缘衬底(例如印刷电路母板)上时，所述芯片与所述衬底分隔一间隙；所述焊接凸块互连延伸跨越所述间隙。所述IC芯片通常是半导体，例如，硅、锗化硅或砷化镓，所述衬底经常由基于陶瓷或聚合物的材料(例如FR-4)制成。因此，芯片与衬底的热膨胀系数(CTE)之间存在明显的差异；举例来说，在硅(约2.5ppm/℃)作为半导体材料且以塑料FR-4(约25ppm/℃)作为衬底材料的情况下，CTE的差异约为一数量级。由于此CTE差异的结果，当组合件在装置使用或可靠度测试期间受到温度循环作用时，在焊接互连上，尤其是在接点区域中，产生热机械应力。这些应力可能会使接点或凸块产生疲劳，从而导致裂痕以及组合件的最终失效。任何初期的微裂痕均会在机械冲击试验(例如落下试验)中恶化。

为了在不影响电连接的情况下分散所述机械应力并强化焊点，通常在半导体芯片与衬底之间的间隙中填入聚合材料，所述聚合材料囊封凸块且填充所述间隙中的任何空间。举例来说，在国际商务机械有限公司所开发的众所周知的“C-4”工艺中，使用聚合材料来填充硅芯片与陶瓷衬底之间的间隙中的任何空间。

通常，在焊接凸块已经历回焊工艺且形成用于IC芯片与衬底之间的电接触的金属接点之后涂敷囊封剂。粘性聚合热固先驱物(有时称为“底填充物”)被施配到衬底上邻近于芯片处，且通过毛细管力而被牵引到间隙中。接着，所述先驱物被加热、聚合、以及“固化”，以形成囊封剂；在固化工艺之后，囊封剂变硬而无法再次软化。

工业中众所周知，底填充物固化工艺所需要的温度循环本身可产生热机械应力，其对于芯片和/或焊接互连可能是不利的。当组合件从回焊温度冷却到环境温度时产生额外的应力。由这些工艺步骤所产生的应力可能会造成焊点分层、使芯片的钝化层产生裂痕，或将破裂传播到电路结构中。一般来说，对集成电路的分层式结构的破裂的敏感性随着各层厚度缩减以及低介电常数绝缘体的机械弱点提高而剧烈地提高；任何初期的微裂痕均会因机械冲击试验(例如落下试验)而扩大。

发明内容

申请人已认识到需要一种具成本效益的装配方法，其中可在没有底填充工艺的有害副作用的情况下实现底填充材料的应力分散益处，进而增强装置可靠度。一技术优点在于，所述方法是否提供装置修补或再加工的机会。所述方法应一致、低成本且灵活，足以应用于不同的半导体产品系列(尤其应用于堆叠半导体装置封装)以及各种不同的设计与工艺变化。另一技术优点在于，是否可在缩短生产循环时间和增加处理量的同时实现这些创新。

本发明的一个实施例是一种用作载体的带件，其由聚合材料(优选为热塑性材料)的一个或一个以上底板组成，所述底板具有第一和第二表面。聚合粘着膜和不同材料的箔片附着到所述底板的第一和第二表面侧上；其因此为所述带件提供一厚度。形成多个孔洞以贯穿所述带件的厚度；且在所述孔洞的每一者中放置具有约等于所述厚度的优选直径的回焊金属元件。

本发明的另一实施例是一种半导体封装，其由具有一轮廓和多个接触垫的半导体装置以及另外一具有多个终端垫的外部部件制成。此部件与所述装置隔开，且终端垫分别与装置接触垫对准。回焊元件将接触垫的每一者与其各自终端垫互连。热塑性材料填充所述装置与所述部件之间的空间；此材料粘着到所述装置、所述部件以及所述回焊元件。此外，所述材料具有实质上与所述装置的轮廓一致的轮廓，且填充所述空间而实质上没有任何空隙。

当所述装置是半导体芯片时，所述外部部件是适于所述芯片的倒装装配的衬底。当所述装置是囊封经装配半导体芯片的半导体封装或封装堆叠时，所述外部部件是适于所述封装的倒装附着的板。由于填充材料的热塑特性的缘故，当达到用以进行所述回焊元件的回焊的温度范围时，可对已完成的装置进行再加工。

本发明的另一实施例是一种用于装配半导体封装的方法，其中提供具有一轮廓与多个接触垫的半导体装置，另外还提供一如上文描述的带件；孔洞的位置且因此所述孔洞中的回焊金属元件的位置与接触垫的位置匹配。。从第一带件表面侧去除箔片，因而暴露所述第一带件侧上的聚合粘着膜。接着，放置所述带件的回焊元件，使其接触所述装置的接触垫，而所述第一带件侧上的第一聚合粘着膜将所述装置固定在适当位置。热能被供应到所述装置与所述带件，足以回焊所述回焊元件且液化所述热塑性底板。在冷却到环境温度之后，带件被附着到所述装置，实质上不会留下任何空隙。