[发明专利]形成柔性应力消除缓冲区的半导体器件和方法

说明书

技术领域

本发明大体上涉及半导体器件，并且更具体地涉及在大阵列WLCSP和FO-WLCSP周围形成柔性（compliant）应力消除缓冲区的半导体器件和方法。

背景技术

半导体器件普遍存在于现代电子产品中。半导体器件在电部件的数量和密度方面变化。分立半导体器件一般包含一种类型的电部件，例如发光二极管（LED）、小信号晶体管、电阻器、电容器、电感器以及功率金属氧化物半导体场效应晶体管（MOSFET）。集成半导体器件典型地包含几百到几百万个电部件。集成半导体器件的示例包括微控制器、微处理器、电荷耦合器件（CCD）、太阳能电池以及数字微镜器件（DMD）。

半导体器件执行各种各样的功能，诸如高速计算、发射和接收电磁信号、控制电子器件、把太阳光转换成电力以及为电视显示器创建视觉投影。半导体器件存在于娱乐、通信、功率变换、网络、计算机和消费品中。半导体器件也存在于军事应用、航空、汽车、工业控制器和办公设备中。

半导体器件利用半导体材料的电学属性。半导体材料的原子结构允许通过施加电场或基极电流或者通过掺杂工艺来操纵其电导率。掺杂将杂质引入到半导体材料中以操纵和控制半导体器件的电导率。

半导体器件包含有源和无源电结构。包括双极型和场效应晶体管的有源结构控制电流的流动。通过改变掺杂水平和电场或基极电流的施加，晶体管促进或限制电流的流动。包括电阻器、电容器和电感器的无源结构产生为执行各种电功能所需的电压和电流之间的关系。无源和有源结构被电连接以形成电路，所述电路使得半导体器件能够执行高速计算和其他有用功能。

半导体器件一般使用两个复杂的制造工艺（即前端制造和后端制造）进行制造，每个制造工艺可能涉及几百个步骤。前端制造涉及在半导体晶片的表面上形成多个管芯。每个管芯典型地完全相同并且包含通过电连接有源和无源部件而形成的电路。后端制造涉及从完成的晶片中单颗化个别管芯以及封装该管芯以提供结构支撑和环境隔离。

半导体制造的一个目标是产生更小的半导体器件。更小的半导体器件典型地消耗更少的功率，具有更高的性能，并且可以被更高效地生产。另外，更小的半导体器件具有更小的占位面积（footprint），这对于更小的终端产品而言是所期望的。更小的管芯大小可以通过前端工艺的改进（导致管芯具有更小的、更高密度的有源和无源部件）来获得。后端工艺可以通过电互连和封装材料的改进而导致具有更小占位面积的半导体器件封装。

WLCSP和FO-WLCSP往往包含大阵列半导体管芯，其再分配从管芯的细间距接合垫到外围扇出区域的信号路径以便与外部器件更高地功能集成。大阵列WLCSP已知经历可靠性问题，具体地是在温度循环和跌落冲击测试期间的焊接接缝故障。另外，大阵列WLCSP由于大管芯尺寸而易于具有翘曲问题。

发明内容

存在对减小大阵列WLCSP和FO-WLCSP中的焊接接缝故障的需要。因而，在一个实施例中，本发明是一种制作半导体器件的方法，该方法包括以下步骤：形成应力消除缓冲区；提供暂时衬底；把半导体管芯安装到所述暂时衬底；把所述应力消除缓冲区安装到所述半导体管芯周围的所述暂时衬底；在所述半导体管芯和应力消除缓冲区之间沉积密封剂；去除所述暂时衬底；以及在所述半导体管芯、密封剂和应力消除缓冲区上形成互连结构。该互连结构电连接到所述半导体管芯。

在另一个实施例中，本发明是一种制作半导体器件的方法，该方法包括以下步骤：提供暂时衬底；把半导体管芯或部件安装到所述暂时衬底；在所述暂时衬底上形成应力消除层；在所述应力消除层和半导体管芯或部件上沉积密封剂；去除所述暂时衬底；以及在所述半导体管芯或部件和应力消除层上形成互连结构。该互连结构电连接到所述半导体管芯。

在另一个实施例中，本发明是一种制作半导体器件的方法，该方法包括以下步骤：提供暂时衬底；把半导体管芯或部件安装到所述暂时衬底；把应力消除缓冲区安装到所述暂时衬底；以及在所述应力消除缓冲区和半导体管芯或部件之间沉积密封剂。

在另一个实施例中，本发明是一种半导体器件，其包括半导体管芯或部件和设置在所述半导体管芯或部件周围的应力消除缓冲区。密封剂沉积在所述应力消除缓冲区和半导体管芯或部件之间。互连结构形成在所述半导体管芯或部件和应力消除缓冲区上。互连结构电连接到所述半导体管芯或部件。

附图说明

图1示出具有安装到其表面的不同类型的封装的PCB；

图2a-2c示出安装到PCB的代表性半导体封装的进一步细节；

图3a-3f示出在半导体管芯周围形成柔性应力消除缓冲区的工艺；