[發明專利]層疊封裝接合結構及其形成方法

在審

• 申請號: 201310384819.8
• 申請日: 2013-08-29
• 公開（公告）號: CN103915396A
• 公開（公告）日: 2014-07-09
• 發明（設計）人: 黃貴偉;陳威宇;陳孟澤;林威宏;鄭明達;劉重希
• 申請（專利權）人: 臺灣積體電路制造股份有限公司
• 主分類號: H01L23/31
• 分類號: H01L23/31;H01L23/488;H01L21/60;H01L21/50
• 代理公司: 北京德恒律治知識產權代理有限公司 11409
• 代理人: 章社杲;孫征

相關申請的交叉引用

本申請要求2012年12月28日提交的美國臨時專利申請第61/747,130號的優先權，其全部內容結合于此作為參考。本申請也與下述共同未決和共同受讓的美國專利申請相關：2012年6月18日提交的、名稱為“Package?on?Package?Structure?and?Method?for?Forming?the?Same”的美國專利申請第13/526,073號（代理卷號：TSM12-0174），其全部內容結合于此作為參考。

技術領域

本發明涉及半導體技術領域，更具體地，涉及層疊封裝接合結構及其形成方法。

背景技術

半導體器件使用于諸如個人電腦、手機、數碼相機和其他電子設備的各種電子應用中。通常制造半導體器件的步驟包括依次地在半導體襯底上方沉積絕緣層或介電層、導電層和半導體材料層，并使用光刻來圖案化各種材料層以在其上形成電路部件及元件。

通過不斷減小最小部件尺寸使半導體工業不斷提高各種電子部件（如晶體管、二極管、電阻器、電容器等）的集成度，這使得更多的部件集成到給定區域內。在一些應用中，與過去的封裝件相比，這些較小的電子部件也需要利用更小區域和/或更低高度的更小封裝件。

因此，已經開始開發諸如層疊封裝件（PoP）的新型封裝技術，其中，具有器件管芯的頂部封裝件接合至具有另一個器件管芯的底部封裝件。通過采用新型封裝技術，可以增加封裝件的集成度。這些用于半導體的相對新型的封裝技術面臨著制造的挑戰。

發明內容

為了解決現有技術中所存在的問題，根據本發明的一個方面，提供了一種管芯封裝件，包括：

半導體管芯，通過模塑料圍繞所述半導體管芯的至少一部分；

襯底，具有互連結構，所述半導體管芯接合至所述襯底且電連接至所述互連結構；

其中，所述模塑料覆蓋所述襯底的表面的第一部分，所述半導體管芯接合至所述表面的第二部分；以及

外部連接件，圍繞所述半導體管芯，所述外部連接件電連接至所述互連結構和所述半導體管芯，所述外部連接件嵌入在所述模塑料中，其中，所述外部連接件包括：

接觸焊盤；

金屬球，所述金屬球接合至所述接觸焊盤；以及

焊膏層，形成在所述金屬球的一部分上方，所述焊膏層的一部分被露出。

在可選實施例中，所述焊膏層的厚度在約10μm至約50μm的范圍內。

在可選實施例中，所述金屬球的頂面位于所述模塑料的表面下方，且與所述模塑料的表面相距約50μm至約200μm范圍內的距離。

在可選實施例中，所述焊膏層的頂面至所述模塑料的表面的距離在約5μm至約40μm的范圍內。

在可選實施例中，所述金屬球的直徑在約100μm至約250μm的范圍內。

在可選實施例中，所述互連結構使所述半導體管芯能夠扇出。

在可選實施例中，第一金屬間化合物（IMC）層形成在所述金屬球和所述焊膏層之間，其中，所述IMC層位于所述模塑料的表面的下方。

在可選實施例中，所述第一IMC層的厚度在約3μm至約8μm的范圍內。

在可選實施例中，第二金屬間化合物（IMC）層形成在所述金屬球和所述接觸焊盤之間，其中，所述第二IMC層的厚度在約2μm至約5μm的范圍內。

在可選實施例中，所述接觸焊盤在接觸所述金屬球的表面上包括焊料。

在可選實施例中，所述金屬球由銅或銅合金制成。

根據本發明的另一個方面，還提供了一種層疊封裝（PoP）結構，包括：

第一管芯封裝件，具有圍繞第一半導體管芯的第一外部連接件，所述外部連接件通過襯底中的互連結構電連接至所述第一半導體管芯，所述外部連接件和所述第一半導體管芯均設置在所述襯底上方并嵌入在模塑料中，并且所述第一外部連接件包括：

接觸焊盤；

金屬球，所述金屬球接合至所述接觸焊盤；和

焊膏層，形成在所述金屬球的一部分上方，所述焊膏層的第一部分被露出，并且所述焊膏層的第二部分位于所述模塑料的最近表面下方；以及

第二管芯封裝件，具有第二外部連接件，所述第二外部連接件在一端處具有焊料層，并且所述第二外部連接件的所述焊料層接合至所述第一外部連接件的所述焊膏層。

在可選實施例中，通過所述第二管芯封裝件的所述第二外部連接件的所述焊料層以及所述第一管芯封裝件的所述第一外部連接件的所述焊膏層形成接合的焊料層。