薄型衬底PoP结构的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及半导体封装以及用于封装半导体器件的方法。更具体地，本发明涉及使用薄型或无芯(coreless)衬底的PoP (层叠封装)。
【背景技术】
[0002]随着在半导体工业中对更低成本、更高性能、更大的集成电路密度和更大的封装密度的要求持续，层叠封装(“PoP”)技术已变得越来越普及。随着对越来越小的封装件的推进增强，裸片(die)和封装件的集成(例如，“预堆叠”或片上系统(“SoC”)技术与存储器技术的集成)允许更薄的封装件。此类预堆叠已成为细小间距PoP封装件的关键组成部分。
[0003]伴随细小间距PoP封装件所出现的问题是，随着PoP封装件中的顶部封装件或底部封装件上的端子(例如，球诸如焊料球)之间的间距减小，可能会发生翘曲。翘曲可能是由用于封装件(例如，衬底和施用于衬底的封装剂(encapsulant))的材料的热特性的差异所导致的。由于顶部封装件不附接到阻止翘曲的任何外部部件，因此顶部封装件可能尤其会出现翘曲问题。例如，可将底部封装件附接到印刷电路板，该印刷电路板有助于阻止底部封装件中的翘曲。
[0004]随着在顶部封装件中使用薄型或无芯衬底，可能进一步增加顶部封装件中的翘曲问题。薄型或无芯衬底可能具有较小的机械强度而不能抵抗由衬底和所施用的封装剂之间的热特性的差异所导致的效应。翘曲问题可能会导致PoP封装件的失效或性能降低和/或利用PoP封装件的设备的可靠性问题。
【发明内容】
[0005]在某些实施例中，一种用于PoP封装件的组装系统包括底部封装件和顶部封装件。底部封装件可包括耦接到裸片的衬底。衬底和裸片可被封装到封装剂中，其中裸片的至少一部分暴露于封装剂上方。裸片的至少一部分暴露于底部封装件衬底上的封装剂上方。顶部封装件可包括衬底，该衬底的前侧(顶部)和背侧(底部)两者上均具有封装剂。因为顶部封装件的两侧上均具有封装剂，所以可基本上平衡该顶部封装件中的热特性。平衡热特性可平衡顶部封装件上的热应力并减小或阻止顶部封装件中的翘曲。
[0006]在某些实施例中，顶部封装件衬底的背侧上的封装剂包括凹陷部。在一些实施例中，衬底的至少一部分暴露于凹陷部中。在其他实施例中，在凹陷部中基本上覆盖衬底。在某些实施例中，当耦接底部封装件和顶部封装件以形成PoP封装件时，顶部封装件中的凹陷部容纳耦接到底部封装件中的衬底的裸片(例如，裸片的至少一部分位于凹陷部中)。在一些实施例中，当将底部封装件耦接到顶部封装件时，底部封装件衬底的顶部上的端子(例如，焊料球)耦接到顶部封装件衬底的底部上的端子。
【附图说明】
[0007]当与附图结合时，参考根据本发明的目前优选的但仅为示例性的实施例的以下详细描述，将更充分地理解本发明的方法与装置的特征和优点，在该附图中:
[0008]图1示出了在组装前针对PoP ( “层叠封装”)封装件的顶部封装件和底部封装件的实例的横截面表示。
[0009]图2示出了 PoP封装件组装系统的实施例的横截面表示。
[0010]图3示出了在衬底上方施用封装剂期间所使用的模具版框的侧视图表示。
[0011]图4示出了PoP封装件组装系统的另选实施例的横截面表示。
[0012]图5示出了顶部封装件的底部视图表示，其中衬底暴露于凹陷部中。
[0013]图6示出了当将底部封装件耦接到顶部封装件时所形成的PoP封装件的实施例的横截面表示。
[0014]尽管本发明易受多种修改形式和替代形式的影响，但附图中以举例的方式示出了其具体实施例并将在本文中详细描述。附图可能不是按比例的。然而，应当理解，附图和详细描述并非旨在将本发明限制于所公开的特定形式，而正相反，其目的在于覆盖落在由所附权利要求所限定的本发明的实质和范围内的所有修改形式、等同形式和替代形式。
【具体实施方式】
[0015]图1示出了在组装前针对PoP ( “层叠封装”)封装件的顶部封装件和底部封装件的实例的横截面表示(例如PoP封装系统)。PoP封装件组装系统100包括底部封装件102和顶部104。底部封装件102包括具有至少部分地覆盖衬底106的封装剂108的衬底。裸片110可使用端子112 (例如焊料球)来耦接到衬底106并至少部分地覆盖于封装剂108中。端子114(例如焊料球)可耦接到衬底106的上(顶部)表面。端子115(例如焊料球)可耦接到衬底106的下(底部)表面。
[0016]顶部封装件104包括具有覆盖衬底116的上(顶部)表面的封装剂118的衬底。端子120(例如焊料球)耦接到衬底116的下(底部)表面。如图1中所示，顶部封装件104可能由于衬底116、封装剂118和端子120之间的不同热特性(例如热膨胀系数(“CTE”)和/或收缩率)而发生翘曲。翘曲可能导致问题，诸如但不限于在组装PoP封装件之后，底部封装件102中的端子114与顶部封装件104中的端子120之间失去连接。如果衬底116是相对薄型的衬底(例如，厚度小于约400 μm)和/或衬底是无芯衬底(例如，仅由电介质聚合物和铜迹线所制成的衬底)，则顶部封装件104中的翘曲问题可能增大。
[0017]图2示出了 PoP( “层叠封装”)封装件组装系统100’的实施例的横截面表示。系统100’包括底部封装件102’和顶部封装件104’。在某些实施例中，底部封装件102’包括衬底106。衬底106可以是例如封装件衬底或用于封装件的基础衬底。在某些实施例中，衬底106为无芯衬底。在一些实施例中，衬底106是带芯的薄型衬底。衬底106可具有小于约400 μ m的厚度。在一些实施例中，衬底106的厚度小于约200 μ m或小于约100 μ m。
[0018]裸片110可使用端子112和/或用于将裸片耦接到衬底的其他机构而被耦接到衬底106的上(顶部、顶侧或前侧)表面。裸片110可以是例如半导体芯片、集成电路裸片或倒装芯片裸片。在某些实施例中，裸片110是片上系统(“SoC”)。在某些实施例中，端子114耦接到衬底106的顶部。端子115可耦接到衬底106的下(底部、底侧或背侧)表面。端子112、114和/或115可包括但不限于由例如焊料或铜所制成的球、柱或塔。
[0019]在将裸片110和端子114耦接到衬底106之后，衬底的顶部(例如上表面)可由封装剂108至少部分地覆盖。封装剂108可以是例如聚合物或模塑化合物。在某些实施例中，封装剂108具有所选定的特性(例如，所选定的热特性)。例如，在一些实施例中，封装剂108具有介于约115°C和约190°C之间的玻璃化转变温度(Tg)。在一些实施例中，封装剂108具有在玻璃化转变温度以下介于约10ppm/°C和约38ppm/°C之间以及在玻璃化转变温度以上介于约40ppm/°C和约145ppm/°C之间的热膨胀系数(CTE)。在一些实施例中，封装剂108具有在25°C下介于约570kgf/mm2和约2400kgf/mm2之间的模量或在约260°C下具有介于约8kgf/mm2和约70kgf/mm2之间的模量。在某些实施例中，封装剂108具有尽可能接近衬底106的热特性的热特性。
[0020]在某些实施例中，裸片110至少部分地覆盖于封装剂108中，并且裸片的至少一部分暴露于封装剂上方，如图2中所示。在某些实施例中，使用模具版框来形成衬底106上方的封装剂108。图3示出了在衬底106上方施用封装剂108期间所使用的模具版框500的侧视图表示。如图3中所示，模具版框500具有当紧贴裸片110放置模具版框时阻止封装剂108覆盖裸片的顶表面的形状。在一些实施例中，在封装工艺期间将保护膜放置于裸片110的顶表面上方。当裸片接触模具版框500时，保护膜可保护裸片110免受损坏。保护膜可以是例如聚合物膜。
[0021]在某些实施例中，如图2中所示，端子114由封装剂108至少部分地覆盖。例如，端子114的至少一部分暴露于封装剂108上方，如图2中所示。在一些实施例中，当向衬底106施用封装剂时，端子114首先被封装剂108覆盖，然后移除封装剂的一部分以暴露端子的部分。例如，可使用诸如但不限于激光钻孔/消融的技术将端子114暴露于空腔中，从而暴露端子的部分，如图2中所示。在其他实施例中，使用平坦型处理来暴露端子114的部分，诸如但不限于机械研磨/切割处理。在一些实施例中，使用膜辅助模具(FAM)工艺来形成模具形状的封装剂108，该封装剂暴露端子114的部分(例如，模具形状具有用于端子的空腔，如图2中所示)。
[0022]在某些实施例中，端子114在衬底106上方具有由虚线122B所表示的高度，其高于由虚线122A所表示的衬底上方的封装剂108的高度。端子114可具有比封装剂108更高的高度，以确保底部封装件102’中的端子与顶部封装件104’中的端子(例如端子120)之间的连接。
[0023]在某些实施例中，顶部封装件104’包括衬底116。衬底116可以是例如封装件衬底或用于封装件的基础衬底。在某些实施例中，衬底116是无芯衬底。在一些实施例中，衬底116是带芯的薄型衬底。衬底116可具有小于约400 μ m的厚度。在一些实施例中，衬底116的厚度小于约200 μ m或小于约100 μ m。
[0024]在某些实施例中，端子120耦接到衬底116的下(底部、底侧或背侧)表面。端子120可包括但不限于例如由焊料或铜所制成的球、柱或塔。可对准端子120以与底部封装件102’中的端子114连接。
[0025]衬底116的上(顶部、顶侧或前侧)表面可由封装剂118至少部分地覆盖。封装剂118可以是与封装剂108相同的材料和/或具有与封