[发明专利]堆叠封装（PoP）的结构和方法

说明书

相关申请的交叉参考 

本申请要求于2011年11月30日提交的标题为“Package-On-Package(PoP)Structure and Method”的美国临时专利申请第61/565,280号的优先权，其全部内容结合于此作为参考。 

技术领域

本发明总体涉及半导体领域，更具体地，本发明涉及堆叠封装(PoP)的结构和方法。 

背景技术

电子仪器可以分为由例如集成电路(IC)芯片、封装、印刷电路板(PCB)、和系统这些器件组成的简单层级结构。封装是在电子器件(例如，计算机芯片)和PCB之间的接口。器件由半导体材料(例如，硅)制成。使用引线结合(WB)技术、卷带式自动接合(TAB)技术或倒装芯片(FC)凸块装配技术(bumping assembly technique)可以将集成电路装配成封装，例如，四边扁平封装(QFP)、引脚栅格阵列(PGA)或球栅阵列(BGA)。然后，封装器件与印刷电路板或其他类型的衬底直接连接，这被定义为二级封装。 

球栅阵列(BGA)封装技术通常是先进的半导体封装技术，其特征为：半导体芯片安装在衬底的前表面上，并且诸如焊球的多个导电元件(它们被排列成矩阵阵列，习惯上称为球栅阵列)位于衬底的背面。球栅阵列可以使半导体封装与外部PCB或其他电子器件焊接和电连接。可以将BGA封装应用到存储器中，例如，动态随机存取存储器等。 

基本的倒装芯片(FC)封装技术包括IC、互连系统和衬底。功能芯片连接到具有多个焊料凸块的衬底，其中，焊料凸块在芯片和衬底之间形成 冶金互连。功能芯片、焊料凸块和衬底形成倒装芯片封装。另外，多个球形成球栅阵列(BGA)。 

可以使用引线结合将芯片元件(例如，贴片电阻器或贴片电容器)电连接到衬底。两种功能的芯片堆叠在多个衬底层的顶部。芯片通过多条焊接金线连接到衬底。也可以使用其他形式的线，例如，铝线。功能芯片、金线和衬底形成引线结合(WB)封装。 

堆叠封装(PoP)是一种可以实现垂直结合的集成电路封装技术，例如，离散逻辑(discrete logic)和存储球栅阵列(BGA)封装。两个或两个以上的封装通过标准接口使一个安装在另一个的顶部(例如，堆叠)，以在它们之间路由信号。这可以实现更高的密度，例如，在移动电话/PDA市场中。 

发明内容

为解决上述问题，本发明提供了一种结构，包括：第一衬底；螺柱球，连接至所述第一衬底的第一表面；管芯，连接至所述第一衬底的第一表面；第二衬底；以及电连接件，连接至所述第二衬底，所述电连接件中的相应电连接件与所述螺柱球中的相应螺柱球相连接。 

其中，所述第一衬底包括焊盘，焊盘保护层中的相应焊盘保护层位于所述焊盘中的相应焊盘上方，所述螺柱球中的相应螺柱球接合至所述焊盘保护层中的相应焊盘保护层。 

该结构进一步包括：位于所述螺柱球中的相应螺柱球的表面上的保护涂层中的相应保护涂层，所述保护涂层中的相应保护涂层位于所述螺柱球中的相应螺柱球和所述电连接件中的相应电连接件之间。 

其中，所述第一衬底包括焊盘，所述焊盘中的相应焊盘包括处理表面中的相应处理表面、所述螺柱球中的相应螺柱球接合至所述处理表面中的相应处理表面。 

其中，所述第一衬底包括焊盘，所述螺柱球中的相应螺柱球直接接合至所述焊盘中的相应焊盘。 

其中，每个所述螺柱球均包括(i)单螺柱球、(ii)具有拉长尾部的单螺柱球、(iii)堆叠的至少两个单螺柱球、(iv)堆叠在第二单螺柱球上 的具有拉长尾部的第一单螺柱球或者(V)它们的组合。 

其中，所述单螺柱球中的相应单螺柱球和所述电连接件中的相应电连接件形成局部接合。 

该结构进一步包括：金属间化合物，界面连接在所述螺柱球中的相应螺柱球和所述电连接件中的相应电连接件之间的。 

此外，还提供了一种结构，包括：第一衬底，包括位于所述第一衬底的第一表面上的第一焊盘、附接至所述第一衬底的所述第一表面的管芯；第二衬底，包括位于所述第二衬底的第一表面上的第二焊盘；螺柱球，位于所述第一焊盘上；以及焊料连接件，将所述螺柱球连接至所述第二焊盘。 

其中，所述第一焊盘包括焊盘保护层或与所述螺柱球相邻的处理表面。 

其中，所述螺柱球通过金属-金属接合部直接接合至所述第一焊盘。 

其中，所述螺柱球包括在与所述焊料连接件界面连接的表面上的保护涂层。 

其中，所述螺柱球是具有拉长尾部的单螺柱球。