專利名稱：集成電路封裝及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及集成電路封裝技術(shù)，更具體地說，本發(fā)明涉及疊層封裝。
背景技術(shù)：
裸芯朝上的塑膠球柵陣列封裝最先由摩托羅拉公司提出，被稱為模壓樹脂密封凸點陳列載體(Over Molded Plastic Array Carriers，簡稱OMPAC)。有關(guān)該封裝類型的具體細(xì)節(jié)，可以參見“Overmolded Plastic Pad Array Carriers(OMPAC)A Low Cost，High Interconnect Density IC packaging Solution forConsumer and Industrial Electronics，”Electronic Components and TechnologyConference，IEEE，pp.176-182，1991，本申請在此引用其全文。塑膠球柵陣列封裝一般稱為“PBGA”封裝，其特征在于塑膠印刷電路板(襯底)，一般由雙馬來酰亞胺三嗪(BT)樹脂或FR4材料制成。
現(xiàn)有的球柵陣列(BGA)封裝不允許在封裝疊層之間通過封裝材料進(jìn)行互連。因此，需要有一種IC封裝能夠允許通過封裝材料進(jìn)行互連。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明涉及用于改進(jìn)集成電路封裝的裝置、方法和系統(tǒng)。一種集成電路(IC)封裝包括具有相對的第一和第二表面的襯底、IC裸芯和封裝材料。所述襯底的第一表面上具有多個接觸焊盤，電連接至第二表面上的多個導(dǎo)電器件。多個導(dǎo)電元件形成在襯底第一表面上的多個接觸焊盤上。所述IC裸芯位于襯底的第一表面上。所述封裝材料將所述IC以及所述多個導(dǎo)電元件中每一個的一部分封裝起來。
根據(jù)本發(fā)明一個方面，提供一種集成電路封裝，包括具有相對的第一表面和第二表面的襯底；
位于所述襯底的第一表面上的多個接觸焊盤，電連接至所述襯底的第二表面上的多個導(dǎo)電器件；安裝在所述襯底的第一表面上的集成電路裸芯；設(shè)置在所述襯底的第一表面上的多個接觸焊盤上的多個導(dǎo)電元件；封裝材料，將所述集成電路裸芯基于所述多個導(dǎo)電元件封裝，其中所述多個導(dǎo)電元件中每個的一部分露出所述封裝材料的表面。
優(yōu)選地，所述封裝進(jìn)一步包括安裝在所述封裝材料的第一表面上的電子元件，所述電子元件的多個導(dǎo)電部件電連接至所述多個導(dǎo)電器件。
優(yōu)選地，所述電子元件為電阻器、電容器或電感器至少其一。
優(yōu)選地，所述電子元件為BGA封裝、LGA封裝或插入式封裝。
優(yōu)選地，所述封裝材料的表面為平面的。
優(yōu)選地，所述封裝材料的表面為非平面的。
優(yōu)選地，所述封裝材料的表面為設(shè)置在所述封裝材料內(nèi)的存放空間。
優(yōu)選地，所述封裝材料的表面為形成在所述封裝材料內(nèi)的溝槽。
優(yōu)選地，多個焊球設(shè)置在所述襯底的第二表面上的所述導(dǎo)電器件上。
優(yōu)選地，所述多個導(dǎo)電元件為多個焊球。
優(yōu)選地，所述多個導(dǎo)電元件為多個金屬柱。
優(yōu)選地，所示襯底為柔性卷帶式襯底。
優(yōu)選地，所述集成電路裸芯使用膠粘劑安裝在所述襯底的第一表面上。
優(yōu)選地，所述封裝進(jìn)一步包括將所述集成電路裸芯的第一表面上的焊盤與所述襯底的第一表面上的焊接手指連接在一起的引線。
根據(jù)本發(fā)明一個方面，提供一種制造疊層集成電路封裝的方法，包括將集成電路裸芯安裝在襯底的第一表面上，所述襯底的第一表面上具有多個接觸焊盤，所述接觸焊盤穿過所述襯底電連接至所述襯底第二表面上的多個導(dǎo)電器件；
在所述襯底第一表面上的多個接觸焊盤上設(shè)置多個導(dǎo)電元件；使用封裝材料將所述襯底第一表面上的所述裸芯以及所述多個導(dǎo)電元件每個的一部分封裝起來。
優(yōu)選地，所述方法進(jìn)一步包括移除所述封裝材料的一部分以在所述封裝材料的表面露出所述多個導(dǎo)電元件每個的一部分。
優(yōu)選地，所述移除步驟包括移除所述封裝材料的一個平面層以在所述封裝材料的表面露出所述多個導(dǎo)電元件每個的一部分。
優(yōu)選地，所述移除步驟包括移除所述封裝材料的外圍邊緣區(qū)域以在所述封裝材料的表面露出所述多個導(dǎo)電元件每個的一部分。
優(yōu)選地，所述移除步驟包括在所述封裝材料內(nèi)形成溝槽以在所述封裝材料的表面露出所述多個導(dǎo)電元件每個的一部分。
優(yōu)選地，所述移除步驟包括磨削所述封裝材料以移除一部分所述封裝材料。
優(yōu)選地，所述移除步驟包括銑削所述封裝材料以移除一部分所述封裝材料。
優(yōu)選地，所述移除步驟包括使用化學(xué)腐蝕劑蝕刻所述封裝材料以移除一部分所述封裝材料。
優(yōu)選地，所述方法進(jìn)一步包括在所述襯底的第二表面上的多個導(dǎo)電器件上形成多個焊球。
優(yōu)選地，所述封裝步驟包括使用圍堰填充工藝、模蓋注塑成型工藝或者條帶或平板包覆成型工藝封裝所述裸芯和第一組多個導(dǎo)電元件。
優(yōu)選地，所述方法進(jìn)一步包括將電子元件安裝在所述封裝材料的第一表面上，使得所述電子元件的多個導(dǎo)電部件電連接至所述多個導(dǎo)電元件。
優(yōu)選地，所述電子元件為電 路元件，其中安裝所述電子元件的步驟包括將所述電路元件安裝在所述封裝材料的第一表面上，使得所述電路元件的至少一個引線電連接至所述多個導(dǎo)電元件。
優(yōu)選地，所述電子元件為LGA封裝，其中安裝所述電子元件的步驟包括將所述LGA封裝安裝在所述封裝材料的第一表面上，使得所述LGA封裝的多個接觸焊盤通過在所述接觸焊盤上涂覆焊膏電連接至所述多個導(dǎo)電元件。
優(yōu)選地，所述電子元件為插入式封裝，其中安裝所述電子元件的步驟包括將所述插入式封裝安裝在所述封裝材料的第一表面上，使得所述插入式封裝的多個端子電連接至所述多個導(dǎo)電元件。
優(yōu)選地，所述方法進(jìn)一步包括將所述集成電路裸芯的第一表面上的多個焊盤與所述襯底的第一表面上的多個焊接手指連接。


圖1是現(xiàn)有的塑膠球柵陣列(PBGA)封裝的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2A是PBGA封裝的頂端結(jié)構(gòu)示意圖；圖2B是PBGA封裝的側(cè)面結(jié)構(gòu)示意圖；圖3A是疊層封裝的一個示例的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3B是疊層封裝的另一示例的結(jié)構(gòu)示意圖；圖4是現(xiàn)有的精細(xì)間距球柵陣列(FBGA)封裝的結(jié)構(gòu)示意圖；圖5A-5C分別是根據(jù)本發(fā)明實施例組裝IC封裝的基本步驟的示意圖；圖6A-6E分別是通過移除一部分封裝材料露出導(dǎo)電元件的方法的示意圖；圖7A-7C分別是如何使用圖6A-6D所示的方法形成疊層封裝的示意圖；圖8是根據(jù)本發(fā)明實施例疊層IC封裝的組裝步驟流程圖；圖9A-9J分別是根據(jù)本發(fā)明實施例處于不同組裝階段的疊層IC封裝的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖10A-10D分別是移除封裝材料的不同方法的示意圖；圖11A和圖11B分別是在平面上移除一部分封裝材料后的結(jié)構(gòu)示意圖；圖12A和圖12B分別是沿封裝的外圍移除一部分封裝材料后的結(jié)構(gòu)示意圖；圖13A和圖13B分別是在封裝材料內(nèi)形成溝槽后的結(jié)構(gòu)示意圖；圖14A和圖14B分別是根據(jù)本發(fā)明如何將LGA封裝安裝在BGA封裝之上的示意圖。
具體實施例方式
下面將結(jié)合附圖及實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明，附圖中相似的標(biāo)號表示相同或功能相似的部件。此外，圖中標(biāo)號最左邊的一位數(shù)字表示該標(biāo)號第一次出現(xiàn)的附圖序號。
本申請中出現(xiàn)的“一個實施例”、“實施例”、“示例”等術(shù)語，指的是本申請描述的實施例可包括有特定的特征、結(jié)構(gòu)或特性，但是并非每個實施例都必須包括有這些特定特征、結(jié)構(gòu)或特性。此外，該術(shù)語也并非必須指同一個實施例。當(dāng)結(jié)合一個實施例介紹特定特征、結(jié)構(gòu)或特性時，可以認(rèn)為本領(lǐng)域的技術(shù)人員能夠?qū)⒃撎卣?、結(jié)構(gòu)或特性結(jié)合到其它實施例中，不管本申請中是否有明確的描述。
本申請公開了結(jié)合有本發(fā)明特征的一個或多個實施例。所公開的實施例僅僅是對本發(fā)明的舉例，本發(fā)明的范圍不局限于所公開的實施例，而由本申請的權(quán)利要求來定義。
此外，需要理解的是，本申請中所使用的與空間方位有關(guān)的描述(例如“上面”、“下面”、“左邊”、“右邊”、“向上”、“向下”、“上部”、“底部”等)僅僅是出于舉例解釋的目的，本申請中所介紹的結(jié)構(gòu)的實際實現(xiàn)可以具有各種不同的方位或方式。
概述本發(fā)明提供一種形成IC封裝的方法和裝置，該IC封裝包括具有相對的第一和第二表面的襯底、IC裸芯和封裝材料。所述襯底的第一表面上具有多個接觸焊盤，與第二表面上的多個導(dǎo)電件電連接。多個導(dǎo)電元件設(shè)置在襯底的第一表面上的所述多個接觸焊盤上。所述IC裸芯位于襯底的所述第一表面上。所述封裝材料將所述IC裸芯和所述多個導(dǎo)電元件中每個元件的一部分封裝在一起。
所述多個導(dǎo)電元件中每個元件的一部分露出(例如，未被封裝材料封裝)。所述露出的部分形成多個接觸焊盤，用于連接其它器件。所述其它器件可以是另一個封裝、電路元件等。所述IC封裝可以是各種不同的封裝例如球柵陣列(BGA)、精細(xì)間距球柵陣列(FBGA)或針柵陣列(PGA)。
集成電路封裝技術(shù)球柵陣列(BGA)封裝技術(shù)用于將IC裸芯封裝并連接在電路板例如印刷電路板(PCB)上。BGA封裝可用于各種類型的IC裸芯，并尤其適用于高速IC。在BGA封裝內(nèi)，焊盤并非像在芯片載體型封裝內(nèi)僅圍繞著封裝的外圍設(shè)置，而是以陣列配置方式覆蓋整個底部封裝表面。BGA封裝又稱為凸點陳列載體(pad array carrier，簡稱PAC)、凸點陳列、連接盤柵格陣列以及觸點柵格陣列封裝。BGA封裝類型將在后續(xù)給出詳細(xì)描述。有關(guān)GBA封裝的其它描述，請參見Lau，J.H.，Ball Grid Array Technology，McGraw-Hill，New York，(1995)，本申請在此全文引用。
圖1是現(xiàn)有的塑膠球柵陣列(PBGA)封裝100的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖1所示，PBGA封裝100包括襯底102、IC裸芯118、引線(wire bond)104、焊球110、接觸焊盤(contact pad)114、焊接手指(bond finger)120、焊盤(bondpad)112和封裝材料108。IC裸芯118通過膠粘劑106附著在襯底102的第一表面上。焊線104將IC裸芯118上的焊盤112與襯底102的第一表面上的焊接手指120連接。焊球110電連接至襯底102的第二表面上的接觸焊盤114。封裝材料108將IC裸芯118、焊線104以及襯底102的第一表面的一部分封裝起來，以實現(xiàn)環(huán)境保護(hù)。襯底102的第一表面上封裝材料108周圍的部分暴露在外面(例如，未被封裝材料108覆蓋)。
BGA封裝有裸芯朝上和朝下兩種結(jié)構(gòu)。在裸芯朝上的BGA封裝中，IC裸芯安裝在襯底或加強板的上表面，朝向遠(yuǎn)離PCB的方向。在裸芯朝下的BGA封裝中，IC裸芯安裝在襯底或加強板的下表面上，處于朝向PCB的方向。
BGA封裝襯底有多種類型，包括陶瓷襯底、塑膠襯底和卷帶式襯底(又稱為軟性襯底)。
圖2A和圖2B分別是現(xiàn)有的PBGA封裝200的俯視圖和側(cè)視圖，其包括封裝材料108、襯底102和多個焊球110。如圖2A和2B所示，封裝材料108沒有全完覆蓋襯底102的上表面。
圖3A是疊層BGA封裝300的示意圖，其包括BGA封裝302，堆疊在另一個BGA封裝304之上。封裝304包括多個焊球墊(solder ball land pad)306以及封裝材料308、IC裸芯312、襯底314。
多個焊球110與下面的BGA封裝304上露出的焊球墊306接觸，以實現(xiàn)封裝302與封裝304之間的電連接。封裝304上露出的焊球墊306沿著襯底314上表面的外圍分布，并圍繞著封裝材料308。有關(guān)封裝300的具體細(xì)節(jié)，請參見“Implement Stacked Package-on-Package Designs，”Electronic EngineeringTimes，2005，by Dreiza et al，本申請在此全文引用。
圖3B是類似的疊層封裝310的結(jié)構(gòu)示意圖，但是具有一些區(qū)別，將在下面描述。封裝310中，位于下面的BGA封裝316的IC裸芯312放置在襯底314內(nèi)的窗口內(nèi)，從而減小整個封裝的高度。圖3A和3B中所示的封裝可使用現(xiàn)有的回流表面貼裝工藝接合。
由于位于下部的封裝襯底上表面上的焊球墊必須露出以便堆疊上部的封裝，封裝底部的IC裸芯必須封裝在封裝空腔(例如模蓋(mold cap))內(nèi)，以定義出封裝材料的封裝范圍，防止封裝材料覆蓋或弄臟焊球墊306。由于封裝材料的尺寸是受限的，因而包裹在封裝材料內(nèi)的IC裸芯的尺寸也受到限制。封裝對封裝的互連要求襯底的上表面部分露出，這將下部的封裝限制為類似圖1和圖2所示的封裝100和封裝200的PBGA封裝，或者為具有近似圖3A和3B所示的封裝304和306的特征的封裝。為了最小化因上下封裝之間未對準(zhǔn)所產(chǎn)生的應(yīng)力，上部的封裝320也通常限制為轉(zhuǎn)移成型(transfer molded)BGA封裝，例如PBGA封裝。
圖4是現(xiàn)有的精細(xì)間距BGA(FBGA)封裝400的截面示意圖，其包括襯底102、引線104、多個焊球110以及IC裸芯118、封裝材料108。封裝材料108將襯底102的第一表面(例如上表面)以及IC裸芯118和引線104封裝起來。由于封裝材料108完全將襯底102的第一表面包裹，類似于封裝304和306內(nèi)的多個接觸焊盤不能設(shè)置在封裝400的外圍。這樣的話，若采用圖3A和3B所示的疊層封裝技術(shù)時，封裝400被限制為只能用作位于上部的封裝。
一個封裝位于另一封裝之上的疊層結(jié)構(gòu)要求上、下封裝的外部端子之間具有電連接。模壓面積陣列封裝(overmolded area array package)例如FBGA和LGA封裝在其上表面上沒有電信號互連端子。某些類型的引線框架封裝(leadframe package)例如無引線的四側(cè)引腳扁平封裝(簡稱QFN，又稱為MLP、MLF以及LPCC封裝)和TAPP封裝(例如參見www.asat.com)也存在同樣的問題。結(jié)果，這些封裝都不能在其上堆疊其它封裝。
本發(fā)明的各種實施例解決了上述的缺陷。以下將介紹本發(fā)明的具體示例。
本發(fā)明疊層封裝的結(jié)構(gòu)和操作實現(xiàn)的具體細(xì)節(jié)將在下面幾個部分進(jìn)行介紹。所描述的這些結(jié)構(gòu)和操作實現(xiàn)僅出于解釋的目的，不是對本發(fā)明的限制。例如，本發(fā)明還可應(yīng)用于其它IC封裝類型，包括LGA、PGA和FBGA封裝，包括上述的各種BGA封裝。此外，以下給出的每個實施例可適用于柔性卷帶襯底封裝、塑膠襯底封裝、陶瓷襯底封裝和其它襯底類型。本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員根據(jù)本申請的教導(dǎo)，可將以下的描述適用于其它各種封裝類型。
以下介紹的實施例的各種特征可以單獨的使用于疊層封裝，或以各種方式與其它特征結(jié)合使用，這一點對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說是顯而易見的。
圖5A-5C示出了本發(fā)明使用焊球墊(solder ball pad)與焊球提供封裝疊層之間的互連的一個實施例，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解的是，各種形狀的導(dǎo)電元件也可以連接在接觸焊盤520上實現(xiàn)電連接。
圖5A示出了根據(jù)本發(fā)明實施例的裸芯朝上的BGA封裝500。封裝500包括襯底102、IC裸芯118、多個焊球110、封裝材料108、引線104、膠粘劑106和多個焊球墊520。
襯底102可以是有機的(BT、FR4等)、陶瓷的、玻璃的、卷帶式的和/或由其它電介質(zhì)材料制成。此外，襯底102可具有一個或多個導(dǎo)電層，包括有器件例如接觸焊盤、焊接手指、跡線、導(dǎo)電平面等，用于電信號的傳輸，引線、焊球等，以增強電子元件的安裝，并用作電源/接地層等等?；蛘?，其它導(dǎo)電器件可用于通過襯底102電連接導(dǎo)電器件。
焊球墊520附著在襯底102的第一表面上，如圖5A所示。焊球墊520電連接至襯底102的第二表面(例如下表面)上的多個接觸焊盤(圖中未示出)。
圖5B示出了封裝500，其第二組多個焊球522連接在焊球墊520上。一旦焊球522與焊球墊520連接后，襯底102的第一表面被封裝在封裝材料108內(nèi)。如果焊球522相對于襯底102的第一表面的高度等于或超過封裝材料108的第一表面(上表面)相對于襯底102的第一表面的高度，則每個焊球522的一部分將露出(例如，未被封裝材料108包裹住)。
圖5C示出了移除一層封裝材料108后的封裝500。當(dāng)移掉該層封裝材料108后，第二組多個焊球522中每個焊球的一部分暴露在外面并被截去一部分。如圖5C所示，移除該層封裝材料后，多個被截的焊球暴露在外，形成多個接觸焊盤，以便其它器件可以安裝在封裝500的上面?；蛘撸硪粚嵤├?，移除該層封裝材料后，每個焊球的一部分露出，但未被截斷。
封裝上部露出的焊球522可用于電互連例如封裝堆疊，從而形成疊層封裝。多個電子器件，包括封裝、電感器、電容器和電阻器，也可以安裝在封裝材料108的上表面。
移除的部分封裝材料可以具有各種形狀，從而露出并截斷多個導(dǎo)電元件以形成多個接觸焊盤用于互連。
圖6A是根據(jù)本發(fā)明一個實施例的封裝600的截面示意圖。封裝600包括襯底102、IC裸芯118、引線104、多個焊球墊520、多個焊球522和封裝材料108。封裝材料108將焊球522、IC裸芯118和焊線104封裝起來。封裝600的焊球522完全被封裝材料108包裹起來，但是并未移除一部分封裝材料108以將多個焊球522中每個焊球的一部分露出。
圖6B所示為封裝602。該實施例中，封裝602實質(zhì)上與封裝600近似，但是在封裝602中，封裝材料108的一個平面層610被移除掉，露出并截斷焊球522。移除平面層610導(dǎo)致封裝整體高度的減小。而且，多個焊球522中每個焊球有部分露出以用作接觸焊盤，從而允許與位于封裝材料108第一表面(例如上表面)上的電子器件和/或其它封裝電連接。
圖6C所示為封裝604。封裝604實質(zhì)上與封裝602近似，但是并非如圖6B所示移除封裝材料的一個平面層，而是移除封裝材料108沿著第一表面外圍的一部分612，從而在封裝材料108內(nèi)形成存放空間(shelf)。結(jié)果，焊球522被截斷并露出，從而允許與封裝材料108第一表面上的電子器件和/或封裝接觸。
圖6D示出了封裝606，其與圖6C中的封裝604實質(zhì)上近似。但是封裝606中未沿著封裝材料108第一表面的外圍移除部分封裝材料，而是在封裝材料108內(nèi)圍繞著IC裸芯118形成矩形環(huán)形式的溝槽614，截斷并露出焊球522，以便與封裝材料108第一表面上的電子器件和/或封裝接觸。
圖6E示出了封裝608，其與圖6B中的封裝602近似。但是，封裝608中未使用多個焊球?qū)崿F(xiàn)豎向的互連，而是使用多個金屬柱616實現(xiàn)電連接。圖6E所示的實施例中，封裝材料108的一個平面層被移除，從而露出金屬柱，類似于封裝602。但是，本領(lǐng)域技術(shù)人員可知的是，封裝604或606中的各種特征也可以用于露出金屬柱616。
圖7A-7C是根據(jù)本發(fā)明實施例的疊層封裝的結(jié)構(gòu)示意圖。圖7A所示的封裝700中，F(xiàn)BGA封裝300堆疊在圖6B所示的FBGA封裝602上。FBGA封裝602包括IC裸芯118、多個焊球522、封裝材料108和第二組多個焊球110。圖7A中，現(xiàn)有的FBGA封裝300堆疊在FBGA封裝602之上。如圖6B及上述介紹所述，F(xiàn)BGA封裝602上露出并被截斷的焊球522通過移除一個平面層的封裝材料108實現(xiàn)。
圖7B示出了封裝702，其中FBGA封裝300堆疊在FBGA封裝604之上。在FBGA封裝604中，通過沿著封裝材料108上表面的外圍移除部分封裝材料從而在封裝材料108上面形成存放空間，將焊球522截斷并露出，如圖6C及其描述所示。
圖7C示出了另一封裝704，其中FBGA封裝300堆疊在FBGA封裝606之上。FBGA封裝606中，通過如圖6D及其描述所述在封裝材料108的上表面形成溝槽，從而將焊球522截斷并露出。圖7A-7C所示的實施例包括有FBGA封裝300，然而，在其它的實施例中，其它器件例如其它封裝和/或電子器件也可以用作該疊層封裝內(nèi)位于上部的封裝。此外，疊層封裝內(nèi)的上、下封裝可以具有不同的尺寸。封裝到封裝的互連可在回流焊后實現(xiàn)。
圖7A-7C示出了使用位于下部的封裝的襯底上表面上的焊球?qū)崿F(xiàn)的封裝到封裝互連，然而本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解的是，該互連可以通過各種形狀的導(dǎo)電器件實現(xiàn)，包括如圖6E所示的封裝608內(nèi)的金屬柱。
盡管以上描述的封裝中IC裸芯均采用朝上的結(jié)構(gòu)，本申請的疊層封裝還可應(yīng)用于裸芯朝下的封裝結(jié)構(gòu)。
圖8是組裝疊層IC封裝的示例步驟的流程圖800。基于以下的介紹，其它結(jié)構(gòu)上的和操作上的實施例對于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說是顯而易見的。圖8所示的方法不需要必要按照圖示的順序執(zhí)行。以下將詳細(xì)介紹圖8所示的方法步驟。圖9A-9J則示出了根據(jù)流程圖800組裝本發(fā)明一個實施例的疊層封裝過程中各個階段的示意圖，并也將結(jié)合流程圖800給出描述。
流程圖800開始于步驟802。步驟802中，將IC裸芯安裝在襯底的第一表面上。襯底的第一表面上具有多個接觸焊盤，其穿過襯底電連接至襯底第二表面上的多個導(dǎo)電器件。
步驟804中，將IC裸芯的第一表面上的多個焊盤連接至襯底第一表面上的多個焊接手指。例如，圖9A示出的IC封裝900中，引線104將焊盤112與接合手指120連接。
步驟806中，在襯底第一表面上的多個接觸焊盤上設(shè)置多個導(dǎo)電器件。例如，如圖9B所示，封裝900的第一組多個焊球522形成在焊球墊520的上面?；蛘?，可在多個焊盤上設(shè)置其它導(dǎo)電器件例如金屬柱。
步驟808中，將導(dǎo)電器件和IC裸芯封裝在封裝模壓材料內(nèi)。例如，如圖9C所示，IC裸芯110和多個焊球522全都被封裝在封裝材料108內(nèi)。第一組多個焊球522可封裝成每個焊球的一部分還露在外面的形式。該封裝過程可使用圍堰填充(dam-and-fill)工藝、模蓋注塑成型工藝、條帶或平板包覆成型工藝或本領(lǐng)域技術(shù)人員可知的任何其它適合的封裝工藝實現(xiàn)。
步驟810中，移除一部分封裝材料，以將多個導(dǎo)電器件中每個導(dǎo)電器件的一部分露出。被移除的封裝材料部分可以是平面層，邊緣部分，內(nèi)部環(huán)形部分，或可將每個導(dǎo)電器件露出的任何其它形狀。例如，如圖9D所示，封裝902的封裝材料108的一個平面層610被移除，截斷并露出多個焊球522。如圖9E所示，封裝904的封裝材料108沿其上表面外圍的部分被移除，截斷并露出多個焊球522。如圖9F所示，封裝906內(nèi)，通過移除封裝材料108的內(nèi)環(huán)部分形成溝槽614，露出并截斷多個焊球522。部分封裝材料的移除可以通過各種方法實現(xiàn)，例如使用化學(xué)腐蝕劑蝕刻、銑削(routing)、磨削等，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以了解。
步驟812中，在襯底第二表面上的多個導(dǎo)電器件上形成多個焊球。該第二組多個焊球可用于將整個封裝安裝在電路板例如PCB上。例如，如圖9G所示，封裝902內(nèi)，焊球110附著在襯底102第二表面上的接觸焊盤114上。圖9G中以封裝902為例示出該步驟，但是該步驟以及后續(xù)的步驟還可以使用封裝904或906實現(xiàn)。此外，其它結(jié)構(gòu)例如導(dǎo)電管腳也可用于連接至多個導(dǎo)電器件，以便該封裝能安裝在電路板上。
步驟814中，將電子器件安裝在封裝材料的第一表面上。例如，如圖9H所示，F(xiàn)BGA封裝300被安裝在封裝材料108的第一表面(例如，上表面)上。盡管圖9H中所示為FBGA封裝堆疊在封裝902上，本發(fā)明中還可以將各種不同的電子器件安裝在封裝902之上。
流程圖800中的各步驟還可以以不同于上述順序的其它順序執(zhí)行。特別是，步驟804和806可以顛倒，這樣的話，先在襯底第一表面上的接觸焊盤上形成多個導(dǎo)電器件，然后將IC裸芯安裝在襯底的上表面，多個引線將IC裸芯上表面上的多個焊盤與襯底上表面上的焊接手指連接。例如，如圖9I所示，第一組多個焊球522附著在襯底102上表面上的焊球墊520上。然后，如圖9J所示，將IC裸芯118安裝在襯底102的上表面上。接合線104將IC裸芯118第一表面上的焊盤112與襯底102上表面上的焊接手指連接。
此外，步驟812和步驟814可以顛倒，這樣的話，可以在襯底102的上表面上形成焊球110之前，將FBGA封裝安裝在上部。
而且，可以使用平面上圓頂(dome over flat)封裝技術(shù)，使第一組多個焊球中每個焊球的頂端都露出。如果使用這種封裝方法，不需要移除封裝材料的一部分，并且也不需要截斷第一組多個焊球以便將另一器件或封裝堆疊在下部的FBGA上。因此，這種情況下，步驟810可以跳過。
流程圖800中的步驟還可以用于組裝在襯底的上表面使用不同形狀的導(dǎo)電器件的封裝。具體而言，這些步驟可以用于使用金屬柱實現(xiàn)豎向連接。這種情況下，步驟806和808可以顛倒，因為該金屬柱的放置可以通過在封裝材料內(nèi)形成柱狀腔然后將該金屬柱放置在該柱狀腔內(nèi)實現(xiàn)。
此外，流程圖800的各步驟還可用于組裝下部的封裝采用裸芯朝下的結(jié)構(gòu)的疊層封裝。這種實施例中，步驟804成為可選步驟，可以去掉。
圖10A-10D、11A-11B、12A-12B以及13A-13B示出了移除一部分封裝材料以露出多個導(dǎo)電器件的各種不同方法。圖10A和圖10B分別為未移除封裝材料108的任何部分之前的封裝襯底102的俯視圖和側(cè)視圖。圖10C所示為何如使用磨削方法移除一部分模壓封裝化合物108。圖10D所示為如何使用銑削移除一部分模壓封裝化合物108。
圖11A所示為封裝材料的一個平面層被移除后，一個封裝襯底單元的截面示意圖；圖11B所示為封裝材料的一個平面層被移除后，整個封裝襯底的俯視圖。如圖11B所示，被截斷并露出的第一組多個焊球522具有與整個襯底上的封裝材料108相同的高度。
圖12A所示為沿著封裝材料上表面的外圍移除一部分封裝材料后，每個封裝中一個封裝襯底單元的截面示意圖；圖12B所示為沿著封裝材料上表面的外圍移除一部分封裝材料后，每個封裝中整個封裝襯底的俯視圖。如圖12B所示，每個裸芯的中心部分凸起，比設(shè)置有第一組多個被截斷的焊球522的外圍區(qū)域高。
圖13A所示為在每個裸芯的模壓封裝層108內(nèi)形成溝槽614后，一個封裝襯底單元的截面示意圖；圖13B所示為在每個裸芯的模壓封裝層108內(nèi)形成溝槽614后，整個封裝襯底的俯視圖。如圖13B所示，每個IC裸芯封裝內(nèi)形成有矩形環(huán)狀的溝槽614。
圖14A-14B是根據(jù)本發(fā)明實施例將LGA封裝安裝在BGA封裝之上的過程的示意圖。圖14A中，焊膏涂覆在LGA封裝1400的多個焊球墊1402上。該多個焊球墊1042對應(yīng)于FBGA封裝1404上表面上的多個被截斷的焊球522。圖14B中，LGA封裝1400被安裝在BGA封裝1404之上，并可使用現(xiàn)有的回流表面貼裝工藝進(jìn)行安裝。
優(yōu)點與現(xiàn)有的BGA封裝，包括前述結(jié)合圖1-4描述的各種封裝進(jìn)行比較，本發(fā)明具有各種優(yōu)點。以下將介紹其中的一些優(yōu)點。以下介紹的每一優(yōu)點都不必應(yīng)用于每個實施例。此外，本發(fā)明的優(yōu)點并不限于以下的介紹。
(1)本發(fā)明實施例的封裝允許位于下部的封裝的模壓封裝層橫跨襯底的整個表面，并使得IC封裝的尺寸不受封裝模具(mold chase)尺寸的限制。針對給定的IC裸芯尺寸，下部封裝的封裝引腳尺寸可以得到最小化。
(2)封裝材料上表面上的電連接焊盤允許使用圖3所示的精細(xì)間距球柵陣列(FBGA)以及其它芯片尺寸封裝，這些封裝的襯底上表面沒有露出的部分以用作疊層封裝中的下部封裝。
(3)被截斷的焊球墊使得采用表面貼裝的封裝和插入式(through-hole)封裝兩者都可以用作疊層封裝中的上部。由于焊球在溫度超過其熔點時熔化，可形成空腔以接受表面貼裝和插入式端子。
(4)封裝材料上表面上的接觸終端焊盤通過截斷的焊球形成，因而這些接觸焊盤很容易通過焊接熔化并與另一BGA封裝的端子引線熔融在一起。封裝材料上表面上的這些接觸焊盤還很容易與其它類型的端子引線熔融，因為其由焊球形成。
(5)通過使用較小的焊球連接上部的封裝，或者如圖14所示使用焊膏涂在接觸焊盤上來完全代替焊球，可以減小整個封裝的高度。
(6)焊球形成的接觸焊盤提供了比現(xiàn)有的使用銅/鎳/金進(jìn)行焊接更好的可靠性，因為在這些端子焊點上不會產(chǎn)生會降低焊接強度的金屬互化物。
(7)封裝上的接觸焊盤使用現(xiàn)有的廣泛用于組裝的焊球安裝、模壓成型和機械加工等工藝形成。
(8)由于互連接觸焊盤位于封裝的上部，容易識別和接觸。組裝生產(chǎn)量和封裝疊層過程的成品率可以得到改進(jìn)，因為接觸焊盤很容易接觸到，且其由焊膏制成，可與上部封裝的端子引線熔融。
(9)覆蓋整個下部封裝上表面的封裝材料提供了機械支撐和硬度。封裝到封裝互連的機械支撐由下部封裝的封裝材料提供，并且不依賴于下部封裝襯底的硬度。因而上部和下部的封裝均可以使用薄且非常柔軟的襯底，包括卷帶式襯底和基于薄BT核心的襯底。
總結(jié)盡管以上介紹了本發(fā)明的各種實施例，但是可以理解的是，以上僅僅是示例，并非對本發(fā)明的限制。本領(lǐng)域的技術(shù)人員顯然知道，可以對本發(fā)明進(jìn)行各種形式和細(xì)節(jié)上的改變而不脫離本發(fā)明的精神實質(zhì)和范圍。因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍不限于任何上述的實施例，而是由權(quán)利要求及其等效替換來定義。
權(quán)利要求
1.一種集成電路封裝，其特征在于，包括具有相對的第一表面和第二表面的襯底；位于所述襯底的第一表面上的多個接觸焊盤，電連接至所述襯底的第二表面上的多個導(dǎo)電器件；安裝在所述襯底的第一表面上的集成電路裸芯；設(shè)置在所述襯底的第一表面上的多個接觸焊盤上的多個導(dǎo)電元件；封裝材料，將所述集成電路裸芯基于所述多個導(dǎo)電元件封裝，其中所述多個導(dǎo)電元件中每個的一部分露出所述封裝材料的表面。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的集成電路封裝，其特征在于，所述封裝進(jìn)一步包括安裝在所述封裝材料的第一表面上的電子元件，所述電子元件的多個導(dǎo)電部件電連接至所述多個導(dǎo)電器件。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的集成電路封裝，其特征在于，所述電子元件為電阻器、電容器或電感器至少其一。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的集成電路封裝，其特征在于，所述電子元件為BGA封裝、LGA封裝或插入式封裝。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的集成電路封裝，其特征在于，所述封裝材料的表面為平面。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的集成電路封裝，其特征在于，所述封裝材料的表面為非平面。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的集成電路封裝，其特征在于，所述封裝材料的表面為設(shè)置在所述封裝材料內(nèi)的存放空間。
8.一種制造疊層集成電路封裝的方法，包括將集成電路裸芯安裝在襯底的第一表面上，所述襯底的第一表面上具有多個接觸焊盤，所述接觸焊盤穿過所述襯底電連接至所述襯底第二表面上的多個導(dǎo)電器件；在所述襯底第一表面上的多個接觸焊盤上設(shè)置多個導(dǎo)電元件；使用封裝材料將所述襯底第一表面上的所述裸芯以及所述多個導(dǎo)電元件每個的一部分封裝起來。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，優(yōu)選地，所述方法進(jìn)一步包括移除所述封裝材料的一部分以在所述封裝材料的表面露出所述多個導(dǎo)電元件每個的一部分。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，優(yōu)選地，所述移除步驟包括移除所述封裝材料的一個平面層以在所述封裝材料的表面露出所述多個導(dǎo)電元件每個的一部分。
全文摘要
本發(fā)明提供一種改進(jìn)的集成電路封裝及其制造方法。所述集成電路封裝包括具有相對的第一和第二表面的襯底、IC裸芯和封裝材料。所述襯底的第一表面上具有多個接觸焊盤，電連接至第二表面上的多個導(dǎo)電元件。多個導(dǎo)電元件形成在襯底第一表面上的多個接觸焊盤上。所述IC裸芯位于襯底的第一表面上。所述封裝材料將所述IC以及所述多個導(dǎo)電元件中每一個的一部分封裝起來。
文檔編號H01L23/538GK101083243SQ20071010496
公開日2007年12月5日 申請日期2007年5月9日 優(yōu)先權(quán)日2006年5月12日
發(fā)明者雷澤厄·拉曼·卡恩, 薩姆·齊昆·趙 申請人:美國博通公司