專(zhuān)利名稱(chēng)：半導(dǎo)體構(gòu)裝與其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明有關(guān)半導(dǎo)體構(gòu)裝與其制造方法，特別是有關(guān)于覆晶球柵陣列型式結(jié)構(gòu)與其制程方法。
(2)背景技術(shù)在構(gòu)裝制程、尤其是高腳數(shù)集成電路或是小面積低腳數(shù)集成電路的覆晶球柵陣列構(gòu)裝制程中，必須將芯片上的輸出/入端焊墊，通過(guò)重新分布制程(redistribution process)將其重新排列成陣列形式(array)，然后再形成UBM(Under Bumping Metallization)金屬層與錫鉛凸塊(solder bumper)。由于一般印刷電路板(Print Circuit Board，PCB)在制程布局上無(wú)法配合高密度輸出/入接腳的集成電路，因此需先將覆晶芯片先接合于高密度的基板(Build-Upsubstrate)，再通過(guò)高密度基板將芯片輸出/入接腳轉(zhuǎn)換擴(kuò)散(fan-out)成面積與間距較大的分布。
由于覆晶芯片上錫鉛凸塊體積較小，與高密度基板的熱膨脹系數(shù)差距過(guò)大，因此在制程上需以環(huán)氧底膠(underfill)填充芯片、基板與凸塊間，以增加可靠度，然而此制程相當(dāng)耗時(shí)，且增加成本。
(3)發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的主要目的在于提供一種半導(dǎo)體構(gòu)裝與其制造方法，可不需要額外高成本的高密度基板展開(kāi)接腳與相關(guān)制程。
本發(fā)明的另一目的在于提供一種新型覆晶球柵陣列型式結(jié)構(gòu)與其制程方法，可簡(jiǎn)化一般傳統(tǒng)覆晶球柵陣列型式制程上所需的焊點(diǎn)重新分布與凸塊制程，可將其整合至高密度基板的接腳間距擴(kuò)散制程中。
本發(fā)明的又一目的在于提供一種可靠度提高的新型半導(dǎo)體構(gòu)裝結(jié)構(gòu)與其制造方法，可有效避免將芯片與電路板直接接合，從而可達(dá)到最小厚度的構(gòu)裝與散熱性的需求。
根據(jù)以上所述的目的，本發(fā)明提供一種半導(dǎo)體構(gòu)裝元件，包括一于一載板上的凹槽(cavity)或溝槽(slot)；至少一具有背面(back surface)及包括第一焊墊(bondingpads)的主動(dòng)面(active surface)的芯片，此芯片固定于凹槽中，并暴露出其主動(dòng)面；一于載板與主動(dòng)面上的第一絕緣層，它包括穿透其中并連接第一焊墊的第一穿接導(dǎo)體；一于第一絕緣層上的多層結(jié)構(gòu)，它包含于其中的若干布局導(dǎo)線、第二穿接導(dǎo)體，及至少一于其上的第二絕緣層，并暴露出于多層結(jié)構(gòu)上的若干錫球焊墊(ball pad)與覆晶焊墊；其中布局導(dǎo)線、第二穿接導(dǎo)體、覆晶焊墊及錫球焊墊與第一穿接導(dǎo)體有電性上的連接；第一錫球(solderball)固定于錫球焊墊上，及至少另一芯片通過(guò)第二錫球固定于覆晶焊墊上。
上述的架構(gòu)可整合一般覆晶構(gòu)裝制程中的重新分布與接腳間距擴(kuò)散(fan-out)制程，從而簡(jiǎn)化覆晶球柵陣列現(xiàn)有制程。
為進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明的目的、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和效果，以下將結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)的描述。
(4)


圖1為本發(fā)明的制造流程示意圖。
圖2為本發(fā)明的芯片與載板相關(guān)位置的正面示意圖芯片。
圖3是沿圖2中的2A-2A剖線所取的本發(fā)明芯片封裝的若干剖面示意圖。
圖4是沿圖2中2A-2A剖線所取的本發(fā)明芯片封裝的另一剖面示意圖。
圖5是沿圖2中2A-2A剖線所取的本發(fā)明芯片封裝的又一剖面示意圖。
圖6是沿圖2中2A-2A剖線所取的本發(fā)明芯片封裝的又一剖面示意圖。
圖7是沿圖2中3A-3A剖線所取的本發(fā)明的芯片封裝的剖面示意圖。
(5)具體實(shí)施方式
當(dāng)本發(fā)明以如下的實(shí)施例詳細(xì)描述時(shí)，熟悉此領(lǐng)域的人士應(yīng)有所認(rèn)知本發(fā)明在不脫離所提出的權(quán)利要求范圍的前提下允許有若干的修正與替換。所揭示的結(jié)構(gòu)或方法并不僅局限于特定的封裝元件，還包括其他同等的半導(dǎo)體封裝元件，而圖示的僅用來(lái)加以說(shuō)明較佳實(shí)施例，而非加以限制本發(fā)明范圍。
本發(fā)明的半導(dǎo)體封裝元件的不同部分并沒(méi)有依照尺寸繪制。某些尺寸與其他相關(guān)尺寸相比已經(jīng)被夸張，以提供更清楚的描述和本發(fā)明的理解。另外，雖然在這里所示出的實(shí)施例是以具有寬度與深度在不同階段的二維中顯示，應(yīng)該很清楚地了解到所顯示的區(qū)域只是封裝元件的一部份，其中可能包含許多在三維空間中排列的元件。相對(duì)地，在制造實(shí)際的元件時(shí)，圖示的區(qū)域具有三維的長(zhǎng)度，寬度與高度。
本發(fā)明的半導(dǎo)體構(gòu)裝元件，包括于一載板上的一凹槽(cavity)或溝槽(slot)；至少一具有背面(back surface)及包括第一焊墊(bondingpads)的主動(dòng)面(active surface)的芯片，此芯片固定于凹槽中，并暴露出其主動(dòng)面；一于載板與主動(dòng)面上的第一絕緣層，它包括穿透其中并連接第一焊墊的第一穿接導(dǎo)體；一于第一絕緣層上的多層結(jié)構(gòu)，它包含于其中的若干布局導(dǎo)線、第二穿接導(dǎo)體，及于其上的至少一第二絕緣層，它暴露出于多層結(jié)構(gòu)上的若干錫球焊墊(ball pad)與覆晶焊墊。其中布局導(dǎo)線、第二穿接導(dǎo)體、覆晶焊墊及錫球焊墊與第一穿接導(dǎo)體有電性上的連接。第一錫球(solder ball)固定于錫球焊墊上，及至少另一芯片通過(guò)第二錫球固定于覆晶焊墊上。這樣的架構(gòu)可整合一般覆晶構(gòu)裝制程中的重新分布與接腳間距擴(kuò)散(fan-out)制程，從而簡(jiǎn)化了覆晶球柵陣列現(xiàn)有制程。
圖1為一說(shuō)明本發(fā)明的制造流程的流程示意圖。本發(fā)明的一較佳實(shí)施例為覆晶球柵陣列構(gòu)裝的制造方法。首先，研磨晶片至一所需的厚度后，將晶片上的芯片切割下來(lái)(步驟50)。提供一具有若干凹槽或溝槽的載板，將切割后的芯片置入載板的溝槽中(步驟51)，其中芯片的主動(dòng)面朝上，背面與側(cè)壁以一粘著劑固定于溝槽中。而載板的材料可以是硅晶片(silicon)、陶瓷(ceramic)、玻璃(glass)或是有機(jī)材料基板(organic substrate，e.g.BT)等等。接著，在芯片的主動(dòng)面與載板表面涂覆一絕緣材料(步驟52)，并暴露出芯片主動(dòng)面周邊上的焊墊。絕緣材料的涂覆可利用類(lèi)似半導(dǎo)體薄膜制程來(lái)完成，其主要目的是保護(hù)與平坦化芯片與載板表面。其次，于絕緣層中制作第一穿接導(dǎo)體(步驟53)，這些第一穿接導(dǎo)體與芯片的焊墊位置一致。
之后，于絕緣層上制作多層電路與第二穿接導(dǎo)體的布局(步驟54)，其中的多層電路可使第一穿接導(dǎo)體與第二穿接導(dǎo)體有電性上的連接。接著重新分布焊墊(步驟55)，此些重新分布的焊墊與第二穿接導(dǎo)體的位置一致，排列至載板表面形成間距較大的陣列形式。此一步驟可利用一般制程中的重新分布與UBM制程來(lái)完成；即利用已預(yù)布電路線路與穿接導(dǎo)體的單/多層板，其中穿接導(dǎo)體即與芯片主動(dòng)面上的焊墊相連接；將此單/多層板與覆蓋絕緣材料的芯片主動(dòng)面相粘接，最后再于多層板上覆蓋一層絕緣層，并暴露出穿接導(dǎo)體的焊墊。其次，以覆晶技術(shù)于上述架構(gòu)上堆疊一或多片尺寸相同或相異的芯片(步驟56)。接著，切割構(gòu)裝后的芯片與載板，將錫球植入預(yù)定的位置(即第二穿接導(dǎo)體與重新分布焊墊的位置)，回焊(reflow)后切割構(gòu)裝后的芯片與載板，即完成構(gòu)裝程序(步驟57)。錫球植入的步驟可利用一般BGA植球的設(shè)備即可完成。另外，亦可視需要先將芯片與載板研磨至所需的薄形構(gòu)裝厚度。
圖2為一正面示意圖用以說(shuō)明本發(fā)明的芯片與載板相關(guān)位置。如圖2所示，載板11上有許多的凹槽10(cavity或是溝槽slot)，每一個(gè)凹槽10的大小足以容納一個(gè)芯片。利用粘著劑將芯片的背面固定于凹槽底部，而芯片的側(cè)壁亦利用粘著劑固定于凹槽的側(cè)壁。
圖3至圖5說(shuō)明本發(fā)明以圖2中2A-2A剖線的芯片封裝的若干剖面示意圖。如圖3所示為錫球分布于芯片周邊載板的位置上。將芯片20放置于載板11中，并以粘著劑19固定后，于芯片的主動(dòng)面30與載板表面先形成一絕緣層14，并暴露出主動(dòng)面30上的芯片焊墊21；而在絕緣層14中則具有穿接導(dǎo)體22與焊墊21連接。接著，在絕緣層14上形成一具有線路布局23(與穿接導(dǎo)體22相連接)的多層板15后，再于多層板15上覆蓋一絕緣層16，只暴露出連接穿接導(dǎo)體的焊墊18與覆晶焊墊43。要說(shuō)明的是，焊墊18或是覆晶焊墊43皆可分布于載板11的下方或是芯片20的下方。
其次，將一或多個(gè)芯片40以一般覆晶的技術(shù)與上述結(jié)構(gòu)進(jìn)行堆疊，通過(guò)芯片40的焊墊41及錫球42，與覆晶焊墊43粘著，再將錫球17固定于的覆晶焊墊43上。其中芯片40的尺寸可與芯片20相同或相異；而錫球17的垂直高度需大于芯片40與焊墊41、錫球43等的高度總和。
圖4與圖3相似，其中的載板13厚度與芯片20大約相等，即芯片20的背面31暴露出來(lái)，而以芯片側(cè)壁與載板13固定粘著，而芯片40則位于載板13的下方。
參照?qǐng)D5所示，其中除了芯片20的背面31在載板11的凹槽內(nèi)，載板11利用一般有機(jī)材料制成，使得載板11亦可具有預(yù)布線路26與錫球焊墊24(暴露于絕緣層25之上)，而芯片20的主動(dòng)面30得通過(guò)多層板15的線路23、絕緣層中的穿接導(dǎo)體22與載板11的預(yù)布線路26與錫球焊墊24相連。錫球17則固定于載板11的焊墊24上。其次，絕緣層16上則有連接穿接導(dǎo)體的覆晶焊墊43，它用以與芯片40的錫球42連接，而芯片40的錫球42則是固定于芯片40的焊墊41上。
圖6亦為本發(fā)明以圖2中2A-2A剖線的芯片封裝的剖面示意圖。其中除了芯片20的厚度與載板13的厚度大約相等，載板13利用一般有機(jī)材料制成，使得載板13亦可具有預(yù)布線路26與錫球焊墊24，而芯片20的主動(dòng)面30得通過(guò)多層板15的線路23與載板13的焊墊24相連。錫球17則固定于芯片20的背面31的四周載板13的焊墊24上。而兩個(gè)芯片40則通過(guò)本身的焊墊41固定錫球42，錫球42再固定于絕緣層16上的覆晶焊墊43。
圖7則本發(fā)明以圖2中3A-3A剖線的芯片封裝的剖面示意圖。在本實(shí)施例中，載板13的厚度與芯片20大約相等，兩個(gè)芯片20以側(cè)壁固定于載板13的側(cè)壁，并暴露出各自的背面31。本實(shí)施例的優(yōu)點(diǎn)之一在于，兩芯片20之間可通過(guò)多層板15的預(yù)布線路23而有電性上的連接(圖上未示出)；而芯片40則通過(guò)線路23與芯片20相連接。要特別說(shuō)明的是，本實(shí)施例中的載板13亦可利用有機(jī)材料制作并預(yù)布線路，則錫球17可分布于芯片20的背面31相同側(cè)的載板13表面上。
當(dāng)然，本技術(shù)領(lǐng)域中的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到，以上的實(shí)施例僅是用來(lái)說(shuō)明本發(fā)明，而并非用作為對(duì)本發(fā)明的限定，只要在本發(fā)明的實(shí)質(zhì)精神范圍內(nèi)，對(duì)以上所述實(shí)施例的變化、變型都將落在本發(fā)明權(quán)利要求書(shū)的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種半導(dǎo)體構(gòu)裝元件，其特征在于，包括于該載板上的至少一凹槽；至少一第一芯片，該第一芯片具有一背面及包括數(shù)個(gè)第一焊墊的一主動(dòng)面，該第一芯片固定于該凹槽中，并暴露出該主動(dòng)面；一于該載板與該主動(dòng)面上的第一絕緣層，數(shù)個(gè)第一穿接導(dǎo)體穿透該第一絕緣層并連接該第一焊墊；一于該第一絕緣層上的多層結(jié)構(gòu)，該多層結(jié)構(gòu)包含數(shù)條布局導(dǎo)線、數(shù)個(gè)第二穿接導(dǎo)體、數(shù)個(gè)與該第二穿接導(dǎo)體各別連接的錫球焊墊與覆晶焊墊，及至少一第二絕緣層，并暴露出于該多層結(jié)構(gòu)上的該錫球焊墊與覆晶焊墊，其中該布局導(dǎo)線、該第二穿接導(dǎo)體、該覆晶焊墊及該錫球焊墊與該第一穿接導(dǎo)體有電性上的連接；數(shù)個(gè)第一錫球固定于該錫球焊墊上；及至少一第二芯片固定于該覆晶焊墊上。
2.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體構(gòu)裝元件，其特征在于，所述載板的材料選自于硅晶片基板、陶瓷基板、玻璃基板、有機(jī)材料基板或上述組合物之一。
3.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體構(gòu)裝元件，其特征在于，所述載板選自于具有一電路布局的陶瓷基板、有機(jī)材料基板或上述組合物之一。
4.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體構(gòu)裝元件，其特征在于，所述錫球焊墊位于下述位置之一該第一芯片上方、該第一芯片上方的周?chē)蛏鲜龅慕M合。
5.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體構(gòu)裝元件，其特征在于，所述覆晶焊墊分布于下述位置之一該第一芯片上方、該第一芯片上方的周?chē)蛏鲜龅慕M合。
6.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體構(gòu)裝元件，其特征在于，所述第一錫球的高度高于該第二錫球與該第二芯片的總和高度。
7.一種半導(dǎo)體構(gòu)裝元件，其特征在于，包括于一載板上的至少一穿透該載板的溝槽；至少一固定于該溝槽中的第一芯片，它暴露出該第一芯片的一背面及一主動(dòng)面，該主動(dòng)面包括數(shù)個(gè)第一焊墊；一于該載板與該主動(dòng)面上的第一絕緣層，數(shù)個(gè)穿透該第一絕緣層并連接該第一焊墊的第一穿接導(dǎo)體；二于該第一絕緣層上的多層結(jié)構(gòu)，該多層結(jié)構(gòu)包含數(shù)條布局導(dǎo)線、數(shù)個(gè)第二穿接導(dǎo)體、數(shù)個(gè)與該第二穿接導(dǎo)體各別連接的錫球焊墊與覆晶焊墊，及至少一于其上的第二絕緣層，它暴露出于該多層結(jié)構(gòu)上的錫球焊墊與覆晶焊墊，其中，該布局導(dǎo)線、該第二穿接導(dǎo)體、該覆晶焊墊及該錫球焊墊與該第一穿接導(dǎo)體有電性上的連接；數(shù)個(gè)第一錫球固定于該錫球焊墊上；及至少一第二芯片通過(guò)數(shù)個(gè)第二錫球與該覆晶焊墊相連接。
8.如權(quán)利要求7所述的半導(dǎo)體構(gòu)裝元件，其特征在于，所述載板的材料選自于硅晶片基板、陶瓷基板、玻璃基板、有機(jī)材料基板或上述組合物之一。
9.如權(quán)利要求7所述的半導(dǎo)體構(gòu)裝元件，其特征在于，所述錫球焊墊位于下述位置之一該第一芯片上方、該第一芯片上方的周?chē)蛏鲜龅慕M合。
10.如權(quán)利要求7所述的半導(dǎo)體構(gòu)裝元件，其特征在于，所述覆晶焊墊分布于下述位置之一該第一芯片上方、該第一芯片上方的周?chē)蛏鲜龅慕M合。
全文摘要
本發(fā)明主要的目的在于提供一種半導(dǎo)體構(gòu)裝元件，包括于一載板上的一凹槽或溝槽；至少一具有背面及包括第一焊墊的主動(dòng)面的芯片，此芯片固定于凹槽中并暴露出其主動(dòng)面；一于載板與主動(dòng)面上的第一絕緣層，它包括穿透其中并連接第一焊墊的第一穿接導(dǎo)體；一于第一絕緣層上的多層結(jié)構(gòu)，它包含若干布局導(dǎo)線、于其中的第二穿接導(dǎo)體；及至少一于其上的第二絕緣層，它暴露出于多層結(jié)構(gòu)上的若干錫球焊墊與覆晶焊墊。其中布局導(dǎo)線、第二穿接導(dǎo)體、覆晶焊墊及錫球焊墊與第一穿接導(dǎo)體電性連接。第一錫球固定于錫球焊墊上，及至少另一芯片通過(guò)第二錫球固定于覆晶焊墊上。由于整合了一般覆晶構(gòu)裝制程中的重新分布與接腳間距擴(kuò)散制程，從而簡(jiǎn)化了覆晶球柵陣列現(xiàn)有制程。
文檔編號(hào)H01L23/12GK1457098SQ0211930
公開(kāi)日2003年11月19日 申請(qǐng)日期2002年5月9日 優(yōu)先權(quán)日2002年5月9日
發(fā)明者蔡振榮, 李睿中, 林志文 申請(qǐng)人:旺宏電子股份有限公司