專利名稱：具金屬接點(diǎn)導(dǎo)孔的堆棧式半導(dǎo)體封裝結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種具金屬接點(diǎn)導(dǎo)孔的堆棧式半導(dǎo)體封裝結(jié)構(gòu)，尤指一種可堆棧的立體半導(dǎo) 體封裝結(jié)構(gòu)。
背景技術(shù)：
可攜式電子裝置一向是在有限的尺寸下追求更好的性能與容量，這使得產(chǎn)業(yè)界不僅在晶 粒層面上也在封裝層面上增加其整合度，亦即，可將各晶粒堆棧在一封裝結(jié)構(gòu)上，或?qū)⒘己?的封裝結(jié)構(gòu)堆棧在一起，以獲得更好的性能及密度。
晶粒堆棧的方法主要受限于最終封裝結(jié)構(gòu)的低良率。因?yàn)樵O(shè)計(jì)的復(fù)雜度或是與制程相關(guān) 的問題，使得封裝結(jié)構(gòu)中無法避免有些晶粒存在低良率。若這些低良率晶粒未經(jīng)預(yù)先檢測就 包含在堆棧結(jié)構(gòu)中，則最終封裝結(jié)構(gòu)的良率之低將會(huì)無法接受，因其會(huì)等于個(gè)別晶粒的良率 測試的總和。另外，預(yù)先測試或燒錄裝置的需要，加上其它技術(shù)性問題，例如不良的散熱路 徑，以及可能存在的電子干擾(EMI)，都使得晶粒堆棧更加令人喪失興趣。
美國專利號(hào)No. 6， 577， 013 ( "Chip Size Semiconductor Packages with Stacked Dies "，issued on Jun. 10， 2003)的專利中，描述一藉堆棧數(shù)個(gè)晶粒以形成一具芯片大小的 封裝結(jié)構(gòu)，該數(shù)個(gè)晶粒相互堆棧，使每一晶粒的終端焊點(diǎn)排成一列，而硅導(dǎo)孔(through silicon via)穿過終端焊點(diǎn)(terminal pad)，使各焊點(diǎn)經(jīng)由插入導(dǎo)孔的導(dǎo)電線路或是接 腳相連。除有與芯片堆棧相關(guān)的一般性問題外，該前案尚有一明顯缺點(diǎn)，即該垂直連接方法 是以一特殊結(jié)構(gòu)堆棧相同的晶粒。這是因?yàn)閷?dǎo)電焊點(diǎn)或線路必須插入穿透各晶粒終端焊點(diǎn)的 導(dǎo)孔以連接。亦即，若有一不同的晶粒放置于該堆棧結(jié)構(gòu)中，其終端焊點(diǎn)就無法于特定垂直 路徑上連接，造成終端焊點(diǎn)脫離，而不具所設(shè)計(jì)的功能。再者，因數(shù)晶粒表面的終端焊點(diǎn)相 當(dāng)細(xì)微，為避免破壞焊點(diǎn)，在焊點(diǎn)周圍所鉆出的導(dǎo)孔的實(shí)際尺寸必須夠小。而小的導(dǎo)孔將迫 使以機(jī)器插入的接腳細(xì)薄脆弱，基于其低產(chǎn)出及低制造良率，如此將使批量生產(chǎn)不切實(shí)際， 故成為一嚴(yán)重問題。
美國專利號(hào)No. 6， 908， 785 ( "Multi-Chip Package (MCP) with a Conductive Bar and Method for Manufacturing the Same" ， issued on Jun. 21， 2005) 的專利中，描述 另一種芯片堆棧結(jié)構(gòu)，具數(shù)個(gè)焊點(diǎn)重布線(pad re-distribution line)于芯片表面，以重 排原有的終端焊點(diǎn)形成垂直連接。雖然該方法提供的堆棧方法較有彈性，可緩和僅經(jīng)由原有焊點(diǎn)垂直連接的嚴(yán)格限制，但該裸晶堆棧方法仍然有一缺點(diǎn)，即必須在晶粒邊界才可能進(jìn)行 垂直堆棧。再者，重新安置的焊點(diǎn)必須置于下方?jīng)]有電路的區(qū)域，這是為確保導(dǎo)孔不會(huì)破壞 電路而影響芯片的正常功能，但除非在設(shè)計(jì)上已經(jīng)預(yù)先保留這些區(qū)域，否則在實(shí)際操作上并 不可能。
另一方面，藉堆棧多個(gè)封裝結(jié)構(gòu)成品可以整合硅晶密度或是機(jī)能以形成一多封裝結(jié)構(gòu)模 塊。此種方法是將每個(gè)晶粒先封裝在各自的封裝結(jié)構(gòu)中，再相互合并，以最小成本得到最大 成效。此種方法相較于晶粒堆棧的封裝結(jié)構(gòu)可提供許多優(yōu)點(diǎn)。例如，在將封裝結(jié)構(gòu)加以堆棧 以前，每個(gè)封裝結(jié)構(gòu)可作電子測試，而除非其表現(xiàn)令人滿意，否則就加以淘汰。如此，最終 的多封裝堆棧結(jié)構(gòu)模塊可得到最好的良率。而在堆棧的封裝結(jié)構(gòu)間以及模塊的頂端插入一個(gè) 散熱器，則可更有效率的冷卻堆棧封裝結(jié)構(gòu)。封裝層級(jí)的堆棧(Package level stacking) 也能夠讓RF晶粒具有電子屏蔽功能，以降低對(duì)模塊內(nèi)其它晶粒的干擾。然而，若在芯片上的 封裝材料完全阻斷垂直連接通道，則將一封裝結(jié)構(gòu)置放于另一封裝結(jié)構(gòu)上的堆棧方法將受到 挑戰(zhàn)。因此，在層層堆棧的封裝結(jié)構(gòu)中，頂端與底層的封裝結(jié)構(gòu)間具有垂直連接(z-axis co皿ection)，就制造方便性、設(shè)計(jì)靈活度及成本的觀點(diǎn)而言，為一關(guān)鍵技術(shù)。
已有許多垂直連接的堆棧方法被提出來，包括外圍焊接球連接(peripheral solder ball connection)，及在底層封裝結(jié)構(gòu)頂端包覆可撓式基板(flexible substrate)等。 在層層堆棧封裝結(jié)構(gòu)中，使用外圍焊接球會(huì)嚴(yán)重限制設(shè)計(jì)靈活度，且導(dǎo)致封裝結(jié)構(gòu)的低良率 及大尺寸。而使用可撓式包覆基板， 一般而言，有較佳的設(shè)計(jì)靈活度，但折迭過程所需的制 造基礎(chǔ)較不穩(wěn)固，除此之外，可撓式折迭需要兩層金屬軟板，材料較為昂貴。再者，由于兩 層金屬基板中電路路徑的限制，可撓式折迭基板僅適用相對(duì)低的接腳數(shù)。
焊接球連接的限制進(jìn)一步詳述如圖6及圖7所示。圖6為一傳統(tǒng)球門陣列(ball grid array, BGA)封裝結(jié)構(gòu)剖面圖。B G A封裝結(jié)構(gòu)6 0 0包含一半導(dǎo)體芯片6 1 0及一連接板 6 2 0 。該半導(dǎo)體芯片6 1 0的第一表面610a上具有數(shù)個(gè)輸出入點(diǎn)611，配置有數(shù)個(gè) 集成電路(IC)。該連接板6 2 0藉由黏著劑6 3 0 ，例如固晶膠(die attach印oxy)， 固定于半導(dǎo)體芯片6 1 0的第二表面6 1 0 b上，且連接板6 2 0具有一電介質(zhì)基板6 2 1 ，該電介質(zhì)基板6 2 1的第一表面上形成一提供線路接合端線(wire bond finger) 6 2 4 的電路模板(circuit pattern) 6 2 2 。該電介質(zhì)基板6 2 1的第二表面上形成另一配置 有數(shù)個(gè)傳導(dǎo)區(qū)(conductive land) 6 2 5的電路布局6 2 3 。電路模板6 2 2 、電路布局 6 2 3包含一導(dǎo)電材料，例如銅，且以電鍍導(dǎo)孔6 2 6連接。阻焊漆(solder mask) 6 2 7、 6 2 8分別涂布于電介質(zhì)基板6 2 l及電路模塊6 2 2和電路布局6 2 3，使固接點(diǎn)(bonding site)下方的金屬露出，以提供電子連接，例如線路接合端線6 2 4與傳導(dǎo)區(qū)6 2 5分別與各線路6 4 0及焊接球6 7 0連接。
半導(dǎo)體芯片6 1 0的輸出入點(diǎn)6 1 1以導(dǎo)電線路6 4 0與連接板6 2 0第一表面上的線 路接合端線6 2 4電連接。為防止半導(dǎo)體芯片6 1 0及路線6 4 0與外界環(huán)境接觸，用樹脂 封裝材料6 5 0封裝連接板6 2 0的第一表面，以利操作。封裝后，數(shù)個(gè)焊接球6 7 0會(huì)回 流而熔化在電路布局6 2 3的傳導(dǎo)區(qū)6 2 5上，以提供電路板互連。
圖7為傳統(tǒng)二層堆棧封裝結(jié)構(gòu)(2-stacked package-on-package)模板剖面圖，其中，在 一堆棧形式的封裝結(jié)構(gòu)間藉焊接球7 7 5形成一垂直連接(z-interco皿ect)。于該堆棧結(jié) 構(gòu)中，底層封裝結(jié)構(gòu)如圖6所示，在電介質(zhì)基板的第一表面具有數(shù)個(gè)傳導(dǎo)區(qū)，這些傳導(dǎo)區(qū)位 于封裝結(jié)構(gòu)周邊，且未被封裝材料所封裝。另一封裝結(jié)構(gòu)(即"頂層"封裝結(jié)構(gòu))堆棧在底 層封裝結(jié)構(gòu)上，與底層封裝結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)相似，只是焊接球僅安置在封裝結(jié)構(gòu)周邊。藉焊接球 7 7 5回流至底層封裝結(jié)構(gòu)上表面的傳導(dǎo)區(qū)，可達(dá)成二層堆棧封裝結(jié)構(gòu)的垂直連接。
上面所述傳統(tǒng)堆棧封裝結(jié)構(gòu)有以下問題，頂層和底層封裝結(jié)構(gòu)的間距，必須至少是底層 封裝結(jié)構(gòu)的封裝高度， 一般來說介于0.5mm至1.5mm范圍內(nèi)。因此，焊接球7 7 5直徑長度必 須長到足以在回流時(shí)與底部BGA的固定墊(bonding pad)順利接觸，亦即，焊接球7 7 5的直徑必須大于底層封裝結(jié)構(gòu)的封裝高度。而一個(gè)大的焊接球直徑即表示一個(gè)大的焊接球 高度，限制了有限空間內(nèi)可空納的球數(shù)。
以上所述的傳統(tǒng)堆棧封裝結(jié)構(gòu)，由于焊接球的周邊配置問題，迫使該堆棧封裝結(jié)構(gòu)不得 不比BGA的標(biāo)準(zhǔn)尺寸大，如此則產(chǎn)生一個(gè)問題，即無法適用于各種小型電子設(shè)備，例如記 憶體模塊、記憶卡、行動(dòng)電話、筆記型計(jì)算機(jī)及個(gè)人數(shù)字助理(PDA)。
美國專利號(hào)No. 6,900,074 ( "Z-axis Connection of Multiple Substrates by Partial Insertion of Bulges of a Pin" ， issued on April 6， 2004) 的專利中，描述 一立體電路模塊，利用彎曲接腳(twist pin)電連接數(shù)個(gè)具隔離空間的電路板。該前案有 一明顯缺陷，即接腳和電鍍導(dǎo)孔之間沒有金屬性(metallurgical)連接，故在各種熱處理 之下裝配電路板時(shí)，其物理性接觸并不穩(wěn)固。
而觀諸現(xiàn)行已知半導(dǎo)體芯片裝配的各種發(fā)展階段與限制，半導(dǎo)體芯片裝配的需求在于節(jié) 省成本，可信賴，且可同時(shí)提供優(yōu)良的機(jī)械與電子特性，以及對(duì)一特定應(yīng)用有效地使用一特 別連結(jié)技術(shù)。
故， 一般習(xí)用者無法符合使用者于實(shí)際使用時(shí)所需。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供具金屬接點(diǎn)導(dǎo)孔的堆棧 式半導(dǎo)體封裝結(jié)構(gòu)， 一半導(dǎo)體封裝結(jié)構(gòu)，具一導(dǎo)孔及一插入的金屬接腳，適用于層迭封裝結(jié) 構(gòu)模塊。
為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是 一具金屬接點(diǎn)導(dǎo)孔的堆棧式半導(dǎo) 體封裝結(jié)構(gòu)，至少包含一連接板、數(shù)個(gè)電路布局、 一半導(dǎo)體芯片、數(shù)個(gè)線固接點(diǎn)、 一樹脂封 裝材料、數(shù)導(dǎo)孔、數(shù)金屬接腳、及數(shù)個(gè)傳導(dǎo)固接點(diǎn)，該連接板具有一電介質(zhì)基板，該電介質(zhì) 基板包含一第一表面及相對(duì)的一第二表面；該電路布局位于該電介質(zhì)基板的第一表面以及第 二表面上，該電路布局具數(shù)個(gè)線路接合端線，并且該電介質(zhì)基板第一表面上一個(gè)以上的電路 布局經(jīng)由電鍍導(dǎo)孔電連接至該電介質(zhì)基板第二表面上一個(gè)以上的電路布局；該半導(dǎo)體芯片具 有數(shù)個(gè)輸出入點(diǎn)；每一個(gè)線固接點(diǎn)電連接該半導(dǎo)體芯片的一輸出入點(diǎn)與該電介質(zhì)基板一表面 上該電路布局的一對(duì)應(yīng)線路接合端線；該樹脂封裝材料具有第一表面及相對(duì)的第二表面，該 樹脂封裝材料的第一表面具第一方向，該樹脂封裝材料的第二表面具相對(duì)于第一方向的第二 方向，該半導(dǎo)體芯片嵌入該樹脂封裝材料中，且該樹脂封裝材料在該第一方向覆蓋并垂直延 伸至該半導(dǎo)體芯片之外；該數(shù)個(gè)傳導(dǎo)固接點(diǎn)連接該金屬接腳與該電路布局，并在該金屬接腳
與該電路布局間提供電延續(xù)性；其特點(diǎn)是所述數(shù)個(gè)導(dǎo)孔設(shè)置于該半導(dǎo)體芯片外圍外且垂直 延伸穿越該堆棧式半導(dǎo)體封裝結(jié)構(gòu)，即該樹脂封裝材料的第一表面至該連接板的第二表面間 的所有厚度；所述數(shù)個(gè)金屬接腳插入該導(dǎo)孔，在該第一方向以及該第二方向上直立，垂直延 伸穿越該導(dǎo)孔的第一及第二表面，且具有兩個(gè)露出端作為上下堆棧時(shí)的連接途徑。
本發(fā)明采用的另一種技術(shù)方案是 一具金屬接點(diǎn)導(dǎo)孔的堆棧式半導(dǎo)體封裝結(jié)構(gòu)，至少包 含 一連接板、數(shù)電路布局、 一半導(dǎo)體芯片、數(shù)個(gè)線固接點(diǎn)、數(shù)導(dǎo)孔、數(shù)金屬接腳、數(shù)傳導(dǎo) 固接點(diǎn)；該連接板有一電介質(zhì)基板，該電介質(zhì)基板包括一第一表面及一相對(duì)第二表面；數(shù)個(gè) 電路布局位于該電介質(zhì)基板的第一表面以及第二表面上，該電路布局具數(shù)個(gè)線路接合端線， 并且該電介質(zhì)基板第一表面上一個(gè)以上的電路布局經(jīng)由電鍍導(dǎo)孔電連接至該電介質(zhì)基板第二 表面上一個(gè)以上的電路布局；該半導(dǎo)體芯片具有數(shù)個(gè)輸出入點(diǎn)；該每一個(gè)線固接點(diǎn)電連接該 半導(dǎo)體芯片的一輸出入點(diǎn)與該電介質(zhì)基板一表面上該電路布局的一對(duì)應(yīng)線路接合端線；該數(shù) 個(gè)傳導(dǎo)固接點(diǎn)在該電路布局上接觸該金屬接腳，并在該金屬接腳與該電路布局間提供電延續(xù) 性；其特征點(diǎn)是所述數(shù)個(gè)導(dǎo)孔設(shè)置于該半導(dǎo)體芯片外圍外且垂直延伸穿越該堆棧式半導(dǎo)體 封裝結(jié)構(gòu)，即該樹脂封裝材料的第一表面至該連接板的第二表面間所有厚度；所述數(shù)個(gè)金屬 接腳插入該導(dǎo)孔，在該第一方向以及該第二方向上直立，垂直延伸出該電介質(zhì)基板的第一及 第二表面，且具有兩個(gè)露出端作為上下堆棧時(shí)的連接途徑。如此，該半導(dǎo)體封裝結(jié)構(gòu)具一導(dǎo)孔及一插入的金屬接腳，適用于層迭封裝結(jié)構(gòu)模塊；可 方便制造半導(dǎo)體封裝結(jié)構(gòu)及節(jié)省成本。


圖l是本發(fā)明第一實(shí)施例的半導(dǎo)體封裝結(jié)構(gòu)剖面圖。
圖2是本發(fā)明第一實(shí)施例的半導(dǎo)體封裝結(jié)構(gòu)邊緣導(dǎo)孔下視圖。
圖3是本發(fā)明第二實(shí)施例的半導(dǎo)體封裝結(jié)構(gòu)剖面圖。
圖4是本發(fā)明第三實(shí)施例的半導(dǎo)體封裝結(jié)構(gòu)剖面圖。
圖5是本發(fā)明第四實(shí)施例的半導(dǎo)體封裝結(jié)構(gòu)剖面圖。
圖6是本發(fā)明制造半導(dǎo)體封裝結(jié)構(gòu)的第一階段剖面圖。
圖7是本發(fā)明制造半導(dǎo)體封裝結(jié)構(gòu)的第二階段剖面圖。
圖8是本發(fā)明制造半導(dǎo)體封裝結(jié)構(gòu)的階段一剖面圖。
圖9是本發(fā)明制造半導(dǎo)體封裝結(jié)構(gòu)的第三階段剖面圖。
圖10是本發(fā)明制造半導(dǎo)體封裝結(jié)構(gòu)的第四階段剖面圖。
圖ll是本發(fā)明制造半導(dǎo)體封裝結(jié)構(gòu)的第五階段剖面圖。
圖12是本發(fā)明制造半導(dǎo)體封裝結(jié)構(gòu)的第六階段剖面圖。
圖13是本發(fā)明制造半導(dǎo)體封裝結(jié)構(gòu)的第七階段剖面圖。
圖14是傳統(tǒng)B G A半導(dǎo)體封裝結(jié)構(gòu)剖面圖。
圖15是傳統(tǒng)具焊點(diǎn)球供B G A半導(dǎo)體堆棧封裝結(jié)構(gòu)間垂直連接的多封裝結(jié)構(gòu)剖面圖。 標(biāo)號(hào)說明
半導(dǎo)體封裝結(jié)構(gòu)100、 200、 300、 400 半導(dǎo)體芯片110、 210、 310、 510 第一表面l 1 0 a 第二表面1 1 0 b 、 2 1 0 b 輸出入點(diǎn)111、 211、 311、 511 連接板120、 220、 320、 520 電介質(zhì)基板121、 "1、 "1、 "1 第一表面121a、 221a、 321a、 521 第二表面121b、 221b、 321b、 521 電路布局122、 123、 222、 223、 32 線路接合端線124、 224、 524
a b
2、 323、 522、 523傳導(dǎo)區(qū)12 5、 22
阻焊漆12 7、 12
黏著齊U 13 0、 23
線固接點(diǎn)1 4 0 、 2
樹脂封裝材料1 5 0 傳導(dǎo)固接點(diǎn)(焊錫) 導(dǎo)孔18 0、 280
金屬接腳1 9 0 、 2
終端表面1 9 0 a 、
第二表面2 0 0 b 固定焊點(diǎn)3 2 4 連接凸塊3 4 0
底層封裝結(jié)構(gòu)4 0 0 焊接球4 6 0
底部金屬接腳4 9 0
5 、 3 2 5
8 、 2 2 7
0 、 5 3 0 4 0 、 5 4 、2 5 0 、
1 6 0 、 2 、580
9 0 、 3 9 1 9 0 b
5 2 5 2 2 8
327、 328、 527、 528
b
b
0
5 5 0
60、 360、 560
0 、 5 9 0
第一表面2 0 0 a 第一表面3 1 0 a 底部填充劑3 3 0 頂端封裝結(jié)構(gòu)4 Q 0 a 焊錫4 7 5
頂端金屬接腳4 9 0 a 連接板5 0 0
具體實(shí)施例方式
請參閱圖l所示，為本發(fā)明第一實(shí)施例的半導(dǎo)體封裝結(jié)構(gòu)剖面圖。如圖所示 一堆棧半 導(dǎo)體封裝結(jié)構(gòu)l 0 0具有數(shù)個(gè)金屬接腳，插入穿透該半導(dǎo)體封裝結(jié)構(gòu)1 0 0，其中，該金屬 接腳以焊錫與一電路布局l 2 2、 1 2 3互連，該半導(dǎo)體封裝結(jié)構(gòu)l 0 0包含一半導(dǎo)體芯片 110、及一連接板120，該半導(dǎo)體芯片1 1 0的第一表面1 1 0 a具有數(shù)個(gè)輸出入點(diǎn)1 1 1;該連接板l 2 0包含一電介質(zhì)基板1 2 l及位于該電介質(zhì)基板l 2 l各表面上的電路 布局12 2、 123。該連接板1 2 0以黏著劑130，如固晶膠(die attach印oxy)， 固定在該半導(dǎo)體芯片l 1 0的第二表面1 1 0 b上。
本發(fā)明可使用不同的基板，包括一層壓板、 一彈性聚亞酰氨膠帶(polyimide tape)或 一陶瓷基板。該電路布局l 2 2配置有線路接合端線(wire bond finger) 12 4;并與一 傳導(dǎo)區(qū)l 2 5在該電介質(zhì)基板1 2 1的第一表面l 2 1 a上形成。另一電路布局l 2 3在該 電介質(zhì)基板l 2 1的第二表面l 2 1 b上形成。該傳導(dǎo)區(qū)l 2 5具一下方焊點(diǎn)。阻焊漆l 2 7、 1 2 8分別涂布在電路布局1 2 2、 1 2 3上，以露出下方連接處的金屬供電子連接。 該連接板的第一表面上的電路布局朝向芯片橫向延伸至傳導(dǎo)區(qū)l 2 5之外。
該半導(dǎo)體芯片1 1 0與電路布局1 2 2間藉該半導(dǎo)體芯片1 1 0的輸出入點(diǎn)1 1 1與該電介質(zhì)基板1 2 1第一表面12 1a的線路接合端線1 2 4間的線固接點(diǎn)1 4 0連接。
該半導(dǎo)體芯片l 1 0及線固接點(diǎn)1 4 0系以樹脂黏著劑(resin encapsulant) 1 5 0
封裝，可以防護(hù)外界物理性、化學(xué)性或機(jī)械性的損害。該樹脂封裝材料l 5 0將該電介質(zhì)基
板1 2 1的第一表面12 1a整體完全封裝。
請進(jìn)一步參閱圖2所示，為本發(fā)明第一實(shí)施例的半導(dǎo)體封裝結(jié)構(gòu)邊緣導(dǎo)孔下視圖。如圖
所示封裝結(jié)構(gòu)邊緣的數(shù)個(gè)導(dǎo)孔l 8 Q穿透樹脂封裝材料l 5 Q、傳導(dǎo)固接點(diǎn)l 6 Q及連接
板1 2 0 。
當(dāng)使用0.2mm的鉆頭時(shí)，導(dǎo)孔l 8 0的細(xì)致程度可至O. 4mm。假設(shè)導(dǎo)孔至晶粒邊緣的最小 空隙為O. lmm，則各邊尺寸的擴(kuò)展因?qū)Э譴 8 0而可小至0.4mm無論BGA封裝厚度為何。
依此方法，堆棧封裝結(jié)構(gòu)的封裝面積(footprint)及厚度皆可大幅縮減，且在絕大部 分應(yīng)用上都在可接受范圍內(nèi)，如此可同時(shí)將數(shù)目眾多的金屬接腳置放于封裝材料中，且圍繞 芯片。制造方便性及設(shè)計(jì)靈活性皆有助于此項(xiàng)特性。
數(shù)個(gè)的金屬接腳l 9 0置入導(dǎo)孔1 8 0中，導(dǎo)孔l 8 0具略小或幾乎等于金屬接腳的直 徑，以提供良好的機(jī)械接合。該金屬接腳l 9 O主要系橫向與傳導(dǎo)固接點(diǎn)(conductive bond) 1 6 0 (通常為焊錫)電連接；而傳導(dǎo)固接點(diǎn)l 6 0系自連接板1 2 0的第一表面與 該電路布局1 2 2電連接。該傳導(dǎo)固接點(diǎn)1 6 0在金屬接腳19 0、電路布局1 2 2 、線固 接點(diǎn)1 4 0及半導(dǎo)體芯片1 1 0的輸出入點(diǎn)1 1 1間提供電延續(xù)性(electrical continuity)。
例如，0.2mm的導(dǎo)孔穿透一厚度18ym的封閉電路布局1 2 2所露出的傳導(dǎo)區(qū)域是3. 14 x 200 x 18ym平方，此區(qū)域限定該導(dǎo)孔1 8 0中的金屬接腳1 9 0至該電路布局1 2 2間的 最大接觸區(qū)域，且因其通常太小，以致無法獲得任何可接受的可信任接觸點(diǎn)。
藉由在鉆出導(dǎo)孔l 8 0前熔點(diǎn)焊錫(通常約100ym高)于電路布局上，該電接觸區(qū)域在 導(dǎo)孔l 8 0內(nèi)大幅增至600%，此接觸區(qū)域的擴(kuò)大不僅降低接觸電組并增進(jìn)封裝結(jié)構(gòu)可信度， 同時(shí)可在堆棧時(shí)提供非常細(xì)致的垂直連接(z-interco皿ect)。
該金屬接腳l 9 0有二露出端，其具終端表面l 9 0 a與該封裝結(jié)構(gòu)的第一表面同向， 而其它終端表面l 9 0 b與該封裝結(jié)構(gòu)的第二表面同向。且該終端表面l 9 0 a、 1 9 0 b 分別在上下堆棧時(shí)作為連接之用。
與一般常用的焊接球(solder ball)相較，金屬接腳1 9 0系強(qiáng)化z軸垂直連接。 一般 而言，該金屬接腳l 9 O可視為預(yù)成形圓柱，較回流后可能變形的焊接球更為堅(jiān)固。
請參閱圖3所示，為本發(fā)明第二實(shí)施例的半導(dǎo)體封裝結(jié)構(gòu)剖面圖。如圖所示 一半導(dǎo)體封裝結(jié)構(gòu)2 0 0的導(dǎo)電區(qū)與傳導(dǎo)固接點(diǎn)并不封裝入樹脂封裝材料。
半導(dǎo)體封裝結(jié)構(gòu)2 0 0含有半導(dǎo)體芯片2 10，具有數(shù)個(gè)輸出入點(diǎn)211，提供數(shù)個(gè)集 成電路(IC)。 一連接板2 2 0藉由一黏著劑2 3 0，例如固晶膠，固定于半導(dǎo)體芯片2 1 0的第二表面2 1 0 b上。
該連接板2 2 0具一電介質(zhì)基板2 2 1。 一配置線路接合端線2 2 4的電路布局2 2 2 在電介質(zhì)基板2 2 1的第一表面2 2 1 a上形成，另一個(gè)電路布局2 2 3，以及傳導(dǎo)區(qū)2 2 5在電介質(zhì)基板2 2 1的第二表面2 2 1 b上形成，在電路布局2 2 2 、 2 2 3上分別涂布 阻焊漆2 2 7 、 2 2 8，露出固定位置下方的金屬作為電子連接。
半導(dǎo)體芯片2 1 0與電路布局2 2 3藉由半導(dǎo)體芯片2 1 0的輸出入點(diǎn)2 11、電介質(zhì) 基板2 2 1第一表面2 2 1 a的線路接合端線2 2 4 、導(dǎo)孔2 8 0及另一電路布局2 2 3之 間的線固接點(diǎn)(wire bond) 2 4 0所連接。連接板第二表面的電路布局2 2 3朝向芯片橫 向延伸至傳導(dǎo)區(qū)2 2 5之外。
該封裝半導(dǎo)體芯片2 1 0與線固接點(diǎn)2 4 0以一樹脂封裝材料2 5 0封裝。該樹脂封裝 材料2 5 0將該電介質(zhì)基板2 2 1的第一表面2 2 1 a整體完全封裝。
位于封裝結(jié)構(gòu)邊緣的數(shù)個(gè)導(dǎo)孔2 8 0穿透該樹脂封裝材料2 5 0 、該連接板2 2 0 、該 傳導(dǎo)區(qū)2 2 5及傳導(dǎo)固接點(diǎn)2 6 0 。數(shù)個(gè)金屬接腳2 9 0放置在導(dǎo)孔2 8 0中，且具一較導(dǎo) 孔2 8 0略小或是幾乎相同的直徑。
該金屬接腳2 9 0主要自橫向與該傳導(dǎo)固接點(diǎn)2 6 0電連接；且該傳導(dǎo)固接點(diǎn)2 6 0自 連接板2 2 0的第二表面與電路布局2 2 3電連接。傳導(dǎo)固接點(diǎn)2 6 0在金屬接腳2 9 0 、 電路布局2 2 3 、電鍍導(dǎo)孔2 8 0 、電路布局2 2 2 、線固接點(diǎn)2 4 0，以及半導(dǎo)體芯片2 1 0的輸出入點(diǎn)2 1 1間提供電延續(xù)性。該金屬接腳2 9 0的露出部分位于該封裝結(jié)構(gòu)的第 一表面2 0 0 a及第二表面2 0 0 b作為上方及下方堆棧時(shí)終端的一部分。
請參閱圖4所示，為本發(fā)明第三實(shí)施例的半導(dǎo)體封裝結(jié)構(gòu)剖面圖。如圖所示 一半導(dǎo)體 封裝結(jié)構(gòu)3 0 0連接板的第一表面與第二表面未被樹脂封裝材料所封裝，且該半導(dǎo)體封裝結(jié) 構(gòu)3 0 0的連接方式為覆晶封裝。
該半導(dǎo)體封裝結(jié)構(gòu)3 0 0有一半導(dǎo)體芯片3 10，其輸出入點(diǎn)3 1 1上有數(shù)個(gè)連接凸塊 3 4 0具數(shù)個(gè)集成電路。 一連接板3 2 0以黏著劑，通常即底部填充劑3 3 0 ，固定于該半 導(dǎo)體芯片3 1 0的第一表面3 1 0 a 。該連接凸塊3 4 0由焊錫或金制成。
該連接板3 2 0具有一電介質(zhì)基板3 2 1 。 一電路布局3 2 2在該電介質(zhì)基板3 2 1的 第一表面3 2 1 a上形成且具固定焊點(diǎn)3 2 4 。另一電路布局3 2 3在電介質(zhì)基板3 2 1的第二表面3 2 1b上形成，阻焊漆3 2 7 、 3 2 8分別涂布于該電路布局3 2 2 、 3 2 3， 以露出固定焊點(diǎn)處的下方金屬供電連接。
該半導(dǎo)體芯片3 1 0與電路布局3 2 2間的連接藉由該半導(dǎo)體芯片3 1 0的輸出入點(diǎn)3 1 1 ，在該電介質(zhì)基板3 2 1的第一表面3 2 1 a上的固定焊點(diǎn)3 2 4及電路布局3 2 2間 的連接凸塊3 4 0獲得。該連接板第一表面的電路布局3 2 2朝向芯片橫向延伸。
封裝結(jié)構(gòu)邊緣的數(shù)個(gè)導(dǎo)孔3 8 0穿透連接板3 2 0 、傳導(dǎo)區(qū)3 2 5及傳導(dǎo)固接點(diǎn)3 6 0 (通常為焊錫)。數(shù)個(gè)金屬接腳3 9 0存留在導(dǎo)孔3 8 0中，且具直徑與導(dǎo)孔3 8 0相同或 幾乎相同。金屬接腳3 9 0主要系自橫向與傳導(dǎo)固接點(diǎn)3 6 O電子連接；而該傳導(dǎo)固接點(diǎn)3 6 0系自連接板3 2 0的第二表面電連接至電路布局3 2 3 。該傳導(dǎo)固接點(diǎn)3 6 0在金屬接 腳3 9 0 、電路布局3 2 3 、導(dǎo)孔、其它電路布局3 2 2 、連接凸塊3 4 0 (即螺柱焊接) 及半導(dǎo)體芯片3 1 0的輸出入點(diǎn)3 1 1間提供電延續(xù)性。
金屬接腳3 9 0的露出端位于封裝結(jié)構(gòu)第一表面及第二表面，分別作為上下方堆棧時(shí)終 端的一部分。
請參閱圖5所示，為本發(fā)明第四實(shí)施例的半導(dǎo)體封裝結(jié)構(gòu)剖面圖。如圖所示一二層式 堆棧的半導(dǎo)體封裝結(jié)構(gòu)4 0 0包含一頂端封裝結(jié)構(gòu)4 0 0 a，具數(shù)頂端金屬接腳4 9 0 a; 及一底層封裝結(jié)構(gòu)4 0 0 b，具數(shù)個(gè)底部金屬接腳4 9 0 b，其中，該頂端金屬接腳4 9 0 a與底部金屬接腳4 9 Ob連接；該底部金屬接腳4 9 0 b與頂端金屬接腳4 9 0 a相對(duì)應(yīng)； 且該頂端與底部金屬接腳4 9 0 a、 4 9 0 b以焊錫4 7 5相互連接。而該底層封裝結(jié)構(gòu)4 0 0 b具數(shù)個(gè)焊接球4 6 0或傳導(dǎo)區(qū)(land grid array)。
首先分配焊錫4 7 5至底層封裝結(jié)構(gòu)4 0 0 b的金屬接腳4 9 0 b—端，再與頂端封裝 結(jié)構(gòu)4 0 0 a的金屬接腳4 9 Oa排成一列。為幫助兩封裝結(jié)構(gòu)間的物理與電子連接，頂端 金屬接腳4 9 0 a與底部金屬接腳4 9 0 b藉由焊錫回流加以熔接。
請參閱圖6至圖13所示，為本發(fā)明制造半導(dǎo)體封裝結(jié)構(gòu)的各階段剖面圖。如圖所示圖6 中，連接板5 0 0有一電介質(zhì)基板5 2 1; —具線路接合端線5 2 4的電路布局5 2 2 ;及 一在該電介質(zhì)基板5 2 1的第一表面5 2 1 a上的傳導(dǎo)區(qū)5 2 5 。另一電路布局5 2 3在該 電介質(zhì)基板5 2 1的第二表面5 2 1 b上形成。阻焊漆5 2 7 、 5 2 8分別涂布在電路布局 5 2 2 、 5 2 3上，露出固接點(diǎn)的下方金屬形成電連接。
在圖7中， 一焊錫5 6 0在電路布局5 2 2的傳導(dǎo)區(qū)5 2 5上熔化。該焊錫5 6 0熔點(diǎn) 在傳導(dǎo)區(qū)5 2 5上為讓焊錫在之后的階段回流。預(yù)先熔點(diǎn)的焊錫提供一易于組裝的程序以協(xié) 助一插入的金屬接腳與一 電路布局間的電接觸。
12在圖8中， 一半導(dǎo)體芯片5 1 0藉黏著劑5 3 0固接該連接板5 0 0 。
在圖9中，該半導(dǎo)體芯片5 1 0與電路布局5 2 2間的連接，系經(jīng)半導(dǎo)體芯片5 1 0的
輸出入點(diǎn)5 1 l與電介質(zhì)基板5 2 l第一表面5 2 1 a上的線路接合端線5 2 4間的線固接
點(diǎn)5 4 0所形成。
在圖10中，該半導(dǎo)體芯片5 1 0 、線固接點(diǎn)5 4 0 、及焊錫5 6 0以樹脂封裝材料5 5 0封裝。
在圖11中，數(shù)個(gè)導(dǎo)孔5 8 O沿著封裝結(jié)構(gòu)的邊緣形成，該些導(dǎo)孔5 8 0穿透該樹脂封裝 材料5 5 0、焊錫5 6 Q及連接板5 2 0 。
在圖12中，數(shù)個(gè)金屬接腳5 9 0，其直徑與導(dǎo)孔相近或幾乎相同，分別插入該導(dǎo)孔5 8
0
在圖13中，該金屬接腳5 9 0在焊錫回流之后鎖住并定位，其中，該焊錫5 6 0熔接該 金屬接腳5 9 0且自連接板5 2 0的第一表面與電路布局5 2 2電連接。該焊錫5 6 0做為 一傳導(dǎo)固接點(diǎn)，系在該金屬接腳5 9 0 、電路布局5 2 2 、線固接點(diǎn)5 4 0及半導(dǎo)體芯片5
1 0的輸出入點(diǎn)5 1 1間提供電延續(xù)性。
制造半導(dǎo)體堆棧封裝結(jié)構(gòu)可進(jìn)一步包括自一串帶(strip)中測試與切割(singulation )封裝結(jié)構(gòu)成品，例如單切或沖切；以及封裝以便進(jìn)一步使用。 本發(fā)明具一優(yōu)點(diǎn)為可方便制造半導(dǎo)體封裝結(jié)構(gòu)及節(jié)省成本。
該封裝結(jié)構(gòu)有利之處在于可在堆棧組裝前加以測試，而性能或可靠度未達(dá)要求的封裝結(jié) 構(gòu)可被除去，故僅有測試后狀況良好的封裝結(jié)構(gòu)會(huì)被使用在堆棧模塊中以極大化最終組裝良 率，令人滿意。
本發(fā)明另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是在印刷電路板(PCB)及連接器工業(yè)(connector industries)具 良好的鉆孔及金屬接腳插入程序；并因此本發(fā)明的技術(shù)在多層封裝結(jié)構(gòu)堆棧上具最低成本， 毋需經(jīng)過重大的修改，即可直接適用于半導(dǎo)體封裝工業(yè)。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)尚有該金屬接腳為一獨(dú)立組件，藉此可確保強(qiáng)健的機(jī)械強(qiáng)度、 一致性及垂 直電連接。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)尚有插入的金屬接腳與電路布局間的接觸區(qū)域大幅增加，系由于導(dǎo)孔中所 露出焊錫的接觸面積大，故而確保一可信賴的橫向連接。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)尚有封裝結(jié)構(gòu)不需要在導(dǎo)孔中包含化學(xué)濕性電鍍，因其冗長、不易控制且 不可信賴，尤其當(dāng)樹脂封裝材料中包含填充料時(shí)。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)尚有封裝結(jié)構(gòu)不需在導(dǎo)孔中充填焊膏(solder paste)或是導(dǎo)電膠(conductive adhesive)，雖然本發(fā)明的程序仍具靈活度可在需要時(shí)使用這些技術(shù)。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)尚有圍繞芯片的數(shù)個(gè)金屬接腳可提供一電子屏蔽以限制RF芯片與其它相鄰
芯片間的電子干擾，而在一些情況下，此種電子屏蔽狀態(tài)可額外作為散熱片之用。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)尚有該封裝結(jié)構(gòu)可適用于各式連接板，包括普通的層壓板，可撓屈材料或
陶瓷基板，板子可具有單一或復(fù)數(shù)個(gè)路徑層(routing layer)，可制造垂直連接點(diǎn)以連接
插入的金屬接腳與所設(shè)計(jì)的電路。
權(quán)利要求
權(quán)利要求1一種具金屬接點(diǎn)導(dǎo)孔的堆棧式半導(dǎo)體封裝結(jié)構(gòu)，至少包含一連接板、數(shù)電路布局、一半導(dǎo)體芯片、數(shù)個(gè)線固接點(diǎn)、一樹脂封裝材料、數(shù)導(dǎo)孔、數(shù)金屬接腳、及數(shù)個(gè)傳導(dǎo)固接點(diǎn)，該連接板具有一電介質(zhì)基板，該電介質(zhì)基板包含一第一表面及相對(duì)的一第二表面；該電路布局位于該電介質(zhì)基板的第一表面以及第二表面上，該電路布局具數(shù)個(gè)線路接合端線，并且該電介質(zhì)基板第一表面上一個(gè)以上的電路布局經(jīng)由電鍍導(dǎo)孔電連接至該電介質(zhì)基板第二表面上一個(gè)以上的電路布局；該半導(dǎo)體芯片具有數(shù)個(gè)輸出入點(diǎn)；每一個(gè)線固接點(diǎn)電連接該半導(dǎo)體芯片的一輸出入點(diǎn)與該電介質(zhì)基板一表面上該電路布局的一對(duì)應(yīng)線路接合端線；該樹脂封裝材料具有第一表面及相對(duì)的第二表面，該樹脂封裝材料的第一表面具第一方向，該樹脂封裝材料的第二表面具相對(duì)于第一方向的第二方向，該半導(dǎo)體芯片嵌入該樹脂封裝材料中，且該樹脂封裝材料在該第一方向覆蓋并垂直延伸至該半導(dǎo)體芯片之外；該數(shù)個(gè)傳導(dǎo)固接點(diǎn)連接該金屬接腳與該電路布局，并在該金屬接腳與該電路布局間提供電延續(xù)性；其特征在于所述數(shù)個(gè)導(dǎo)孔設(shè)置于該半導(dǎo)體芯片外圍外且垂直延伸穿越該堆棧式半導(dǎo)體封裝結(jié)構(gòu)，即該樹脂封裝材料的第一表面至該連接板的第二表面間的所有厚度；所述數(shù)個(gè)金屬接腳插入該導(dǎo)孔，在該第一方向以及該第二方向上直立，垂直延伸穿越該導(dǎo)孔的第一及第二表面，且具有兩個(gè)露出端作為上下堆棧時(shí)的連接途徑。
2.如權(quán)利要求1所述的具金屬接點(diǎn)導(dǎo)孔的堆棧式半導(dǎo)體封裝結(jié)構(gòu)， 其特征在于所述傳導(dǎo)固接點(diǎn)自該連接板的第一表面接觸該電路布局。
3.如權(quán)利要求1所述的具金屬接點(diǎn)導(dǎo)孔的堆棧式半導(dǎo)體封裝結(jié)構(gòu)， 其特征在于所述傳導(dǎo)固接點(diǎn)自該連接板的第二表面接觸該電路布局。
4.如權(quán)利要求l所述的具金屬接點(diǎn)導(dǎo)孔的堆棧式半導(dǎo)體封裝結(jié)構(gòu)，其 特征在于所述傳導(dǎo)固接點(diǎn)自該連接板的兩個(gè)表面接觸該電路布局。
5.如權(quán)利要求l所述的具金屬接點(diǎn)導(dǎo)孔的堆棧式半導(dǎo)體封裝結(jié)構(gòu)，其 特征在于所述傳導(dǎo)固接點(diǎn)為焊錫。
6.如權(quán)利要求l所述的具金屬接點(diǎn)導(dǎo)孔的堆棧式半導(dǎo)體封裝結(jié)構(gòu)，其 特征在于所述傳導(dǎo)固接點(diǎn)為導(dǎo)電黏著劑。
7. 一種具金屬接點(diǎn)導(dǎo)孔的堆棧式半導(dǎo)體封裝結(jié)構(gòu)，至少包含 一連 接板、數(shù)電路布局、 一半導(dǎo)體芯片、數(shù)個(gè)線固接點(diǎn)、數(shù)導(dǎo)孔、數(shù)金屬接腳、數(shù)傳導(dǎo)固接點(diǎn)； 該連接板有一電介質(zhì)基板，該電介質(zhì)基板包括一第一表面及一相對(duì)第二表面；數(shù)個(gè)電路布局 位于該電介質(zhì)基板的第一表面以及第二表面上，該電路布局具數(shù)個(gè)線路接合端線，并且該電 介質(zhì)基板第一表面上一個(gè)以上的電路布局經(jīng)由電鍍導(dǎo)孔電連接至該電介質(zhì)基板第二表面上一 個(gè)以上的電路布局；該半導(dǎo)體芯片具有數(shù)個(gè)輸出入點(diǎn)；該每一個(gè)線固接點(diǎn)電連接該半導(dǎo)體芯 片的一輸出入點(diǎn)與該電介質(zhì)基板一表面上該電路布局的一對(duì)應(yīng)線路接合端線；該數(shù)個(gè)傳導(dǎo)固 接點(diǎn)在該電路布局上接觸該金屬接腳，并在該金屬接腳與該電路布局間提供電延續(xù)性；其特 征在于所述數(shù)個(gè)導(dǎo)孔設(shè)置于該半導(dǎo)體芯片外圍外且垂直延伸穿越該堆棧式半導(dǎo)體封裝結(jié)構(gòu)， 即該樹脂封裝材料的第一表面至該連接板的第二表面間所有厚度；所述數(shù)個(gè)金屬接腳插入該 導(dǎo)孔，在該第一方向以及該第二方向上直立，垂直延伸出該電介質(zhì)基板的第一及第二表面， 且具有兩個(gè)露出端作為上下堆棧時(shí)的連接途徑。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種具金屬接點(diǎn)導(dǎo)孔的堆棧式半導(dǎo)體封裝結(jié)構(gòu)，具有供電連通的連通板，包括數(shù)個(gè)位于連通板上的數(shù)個(gè)焊接點(diǎn)，及一通過焊接點(diǎn)與連通板連接的金屬接腳，而該金屬接腳至少有一端位于該半導(dǎo)體封裝結(jié)構(gòu)上，其中，堆棧數(shù)個(gè)半導(dǎo)體封裝結(jié)構(gòu)時(shí)，相應(yīng)的導(dǎo)電接腳的露出端連接在一起。
文檔編號(hào)H01L23/488GK101459152SQ20071020299
公開日2009年6月17日 申請日期2007年12月11日 優(yōu)先權(quán)日2007年12月11日
發(fā)明者林文強(qiáng), 王家忠, 陳振重, 陳進(jìn)福 申請人:鈺橋半導(dǎo)體股份有限公司