[发明专利]半导体封装

说明书

一种半导体封装(100)包括：衬底(110)；具有顶面(103a)和与顶面相对的底面(103b)的半导体芯片(111)，其中半导体芯片(111)的底面(103b)置于衬底(110)上，其中半导体芯片(111)包括设置在半导体芯片(111)的顶面(103a)上用于电连接半导体芯片(111)的至少一个第一端子焊盘(102a，102b)；至少一个全金属体(113a，113b)置于半导体芯片(111)的至少一个第一端子焊盘(102a，102b)上，其中至少一个全金属体(113a，113b)具有电连接到至少一个第一端子焊盘(102a，102b)的球形部(111a，111b)；以及包封半导体芯片(111)和至少一个全金属体(113a，113b)的球形部(111a，111b)的模体(115)。

技术领域

本公开涉及用于生产低成本和高性能的小型半导体器件的半导体制造领域。特别地，本公开涉及一种半导体封装和一种用于生产这种封装的方法，例如模具嵌入式模块和子模块。

背景技术

为了生产较小的半导体器件，半导体制造不断进行改进。较小的器件通常消耗更少的功率，具有更高的性能，并且能够更高效地生产。此外，较小的半导体器件具有较小的占用面积，这对于较小的最终产品是合乎需要的。通过改进前端工艺可以实现较小的半导体管芯尺寸，从而产生具有更小、更高密度的有源和无源组件的半导体管芯。通过改进电互连和封装材料，后端工艺可以产生具有更小占用面积的半导体器件封装。除了层压板嵌入之外，已知模具嵌入是实现这样的优化封装或衍生封装的概念，例如预封装或子组件。模具嵌入的一个优点是对要嵌入的结构的高灵活性。衬底、芯片和接触元件的形貌可以容易地嵌入模具化合物中，而层压板嵌入需要在预浸材料中切出这些特征。

然而，当前模具嵌入的一个缺点是其高生产成本，无论是螺柱的电镀沉积还是参考标记所需要的通孔的激光钻孔。

发明内容

本公开提供了一种使用模具嵌入而没有上述缺点的高效半导体制造解决方案。特别地，提供了一种备选的模具嵌入解决方案，该解决方案实现了成本降低并且提供了半导体封装的高效可靠制造。

前述和其他目的通过实施例的特征来实现。另外的实现形式根据其他实施例、说明书和附图是清楚的。

本公开的基本思想是使用涂覆的Cu(铜)球用于贯穿模具互连的目的。例如，这些涂覆的Cu球可以通过使用激光能量重新熔化Sn(Tin)涂层进行单个球放置或通过无压力烧结来施加。在制造过程中可以对Cu球进行部分研磨，从而实现良好的导热性和导电性的优点，并且可以在开口的Cu表面上直接焊接或烧结。部分研磨的Cu球的另一优点是能够为沉积在模体顶部的任何RDL(再分布层)提供完美的互连。

换言之，本公开介绍了一种新颖的模具嵌入技术，该技术使用由涂覆的Cu球组成的垂直互连元件；通过焊接、扩散焊接或烧结将Cu球与衬底连接；将Cu球嵌入模具层中；以及通过部分切割Cu球将Cu球连接到再分布层，例如，铣削模具层，以及在模具化合物之上沉积再分布层。

因此，本公开提出了一种新颖的垂直互连技术，该技术例如使用涂覆有Sn的Cu球作为互连元件。这种新颖的互连技术由于扩散焊料的方法而导致高温稳定性，即，没有对球进行Ni镀覆或没有进行烧结。由于用于球放置的可用并且经过验证的设备，可以实现良好的可制造性，例如，可以实现大约每秒5个球或更高的高吞吐量。由于面板生产概念(例如，500×600mm)，可以获取良好的可制造性。新颖的互连技术可以实现出色的高度补偿(例如，SiC芯片的公差为±35μm)，因为在铣削步骤之后的接触区域较宽，因此无需精确的聚焦深度或镀覆高度，这是球几何学的优点。由于在铣削步骤之后可用的接触区域较宽，因此可以执行用于焊接或烧结引线的低成本的下一互连步骤。

为了详细描述本发明，将使用以下术语、缩写和符号：

DBA：直接键合的铝

DBC：直接键合的铜

DCB：直接铜键合