ITUB20155408A1 - Substrato di packaging per dispositivi a semiconduttore, dispositivo e procedimento corrispondenti - Google Patents

Substrato di packaging per dispositivi a semiconduttore, dispositivo e procedimento corrispondenti Download PDF

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ITUB20155408A1
ITUB20155408A1 ITUB2015A005408A ITUB20155408A ITUB20155408A1 IT UB20155408 A1 ITUB20155408 A1 IT UB20155408A1 IT UB2015A005408 A ITUB2015A005408 A IT UB2015A005408A IT UB20155408 A ITUB20155408 A IT UB20155408A IT UB20155408 A1 ITUB20155408 A1 IT UB20155408A1
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IT
Italy
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electrically insulating
insulating layer
substrate
electrically conductive
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English (en)
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Federico Giovanni Ziglioli
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St Microelectronics Srl
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Description

"Substrato di packaging per dispositivi a semiconduttore, dispositivo e procedimento corrispondenti"
TESTO DELLA DESCRIZIONE
Campo tecnico
La descrizione si riferisce ai substrati di packaging per dispositivi a semiconduttore.
Una o più forme di attuazione possono essere applicate per es. ai circuiti integrati (IC, "Integrated Circuit").
Sfondo tecnologico
Veduta la continua crescita dell'industria dei dispositivi a semiconduttore, esiste una richiesta costante di opzioni di packaging migliorate, per es. soluzioni che possano permettere di utilzzare uno stesso substrato/lead frame per die differenti con una specifica dimensione e una gamma più ampia di connessioni di ingresso/uscita (I/O, "Input/Output").
Scopo e sintesi
Uno scopo di una o più forme di attuazione è di contribuire a fornire tali miglioramenti.
Secondo una o più forme di attuazione, tale scopo può essere raggiunto per mezzo di un substrato di packaging per dispositivi a semiconduttore avente le caratteristiche richiamate nelle rivendicazioni che seguono.
Una o più forme di attuazione possono anche essere relative a un corrispondente dispositivo (per es. un circuito integrato) così come a un corrispondente procedimento.
Le rivendicazioni formano parte integrante della descrizione di una o più forme di attuazione come gui fornita.
Una o più forme di attuazione possono fornire un package che comprende zone ( "land") metalliche con due spessori differenti; un tipo di land con due facce esposte rispetto allo strato di compound isolante, 1'altro tipo avente soltanto una faccia esposta rispetto allo strato isolante.
In una o più forme di attuazione, una pista matallica stampata (linea conduttiva) può connettere una superficie superiore di due o più land di metallo ed un wire bonding, creando così una interconnessione tra il die e la pista di metallo.
Una o più forme di attuazione possono offrire uno o più dei seguenti vantaggi:
non è più necessario uno lead frame/substrato specifico per ciascun dispositivo;
- si può realizzare il wire bonding su una finitura dei contatti ( "lead finishing") standard;
si rende disponibile un'elevata flessibilità in termini di soluzioni di routing;
- applicabilità a package con contatti ( "leaded") con supporti dedicati pre-stampati.
Breve descrizione delle figure
Una o più forme di attuazione saranno ora descritte, a puro titolo di esempio, con riferimento alle figure annesse, nelle guali:
- la Figura 1, che comprende porzioni da a) ad e), è esemplificativa di fasi che possono essere coinvolte nelle forme di attuazione;
- la Figura 2, che comprende porzioni da a) a f), è esemplificativa di fasi che possono essere coinvolte nelle forme di attuazione;
- la Figura 3, che comprende le porzioni da a) a c), è esemplificativa di ulteriori fasi che possono essere coinvolte nelle forme di attuazione;
- le Figure 4 e 5 sono viste in pianta di dispositivi a semiconduttore comprendenti forme di attuazione; e
- le Figure 6 e 7 sono ulteriori viste in pianta di esempi di una possibile customizzazione di un substrato secondo forme di attuazione.
Si apprezzerà che per semplicità di rappresentazione le varie figure possono non essere rapresntate nella stessa scala.
Descrizione dettagliata
Nella descrizione che segue sono illustrati uno o più dettagli specifici, allo scopo di fornire una comprensione approfondita di esempi di forme di attuazione. Le forme di attuazione possono essere ottenute senza uno o più dei dettagli specifici, o con altri procedimenti, componenti, materiali, ecc. In altri casi, operazioni, materiali o strutture note non sono illustrate o descritte in dettaglio in modo tale che certi aspetti delle forme di attuazione non saranno resi poco chiari.
Un riferimento a "una forma di attuazione" nel guadro della presente descrizione intende indicare che una particolare configurazione, struttura o caratteristica descritta con riferimento alla forma di attuazione è compresa in almeno una forma di attuazione. Per cui, le frasi come "in una forma di attuazione" che possono essere presenti in uno o più punti della presente descrizione non fanno necessariamente riferimento proprio alla stessa forma di attuazione . Inoltre, particolari conformazioni, strutture o caratteristiche possono essere combinate in un modo adeguato qualsiasi in una o più forme di attuazione.
I riferimenti usati qui sono forniti semplicemente per convenienza e quindi non definiscono 1'ambito di protezione o la portata delle forme di attuazione.
Una o più forme di attuazione possono trarre vantaggio dalla disponibilità di stampanti a inchiostro metallico (per es. stampanti a getto di inchiostro aerosol o aerosol ink jet printer).
Nel settore dell'elettronica, queste stampanti sono usate principalmente per produrre piste di metallo (vale a dire, linee conduttive) su substrati, quali per es. le schede a circuito stampato - PCB ( "Printed Circuit Board").
I sistemi a getto di aerosol possono produrre in modo affidabile circuiti con caratteristiche ultra-fini al di là delle capacità, per es., dei processi a film spesso e a getto di inchiostro.
Per esempio, numerosi materiali possono essere "scritti" con una risoluzione fino a 20 pm, con una lunghezza totale di ciascuna interconnessione per es. di 1,5 mm con un throughput per un singolo ugello che raggiunge fino a 5.000 interconnessioni all'ora. Una testina per stampante a getto di aerosol è molto scalabile e può supportare per es. 2, 3, 5, o più ugelli per volta, in funzione del passo ( "pitch"), permettendo throughput dell'ordine si 25.000 interconnessioni all'ora o più.
A puro titolo di esempio, materiali suscettibili di essere stampati possono comprendere metalli (per es. oro, platino, argento, nichel, rame, alluminio), materiali a inchiostro resistivo (per es. carbonio, rutenato), conduttori non metallici (per es. nanotubi di carbonio a parete singola, nanotubi di carbonio a multi-parete, PEDOT:PSS), materiali dielettrici e adesivi (per es. poliammide, polivinilpirrolidone (PVP), Teon AF, adesivi SU-8, rivestimenti opachi, adesivi UV (acrilici UV), semiconduttori (per es. semiconduttori organici), solventi, acidi e basi, fotoresist e resist per incisione ("etch"), DNA, proteine, enzimi.
Gli schemi delle Figure 1 e 2 sono esemplificativi di modi per produrre un substrato di package 10 in cui il substrato comprende due tipi di porzioni elettricamente conduttive o "land" (per es. di metallo) con due spessori differenti:
- un tipo di land, 12a, è abbastanza spesso da avere due facce opposte che sono esposte su entrambe le superfici (superiore e inferiore, nelle figure) di uno strato di compound isolante 14,
- 1'altro tipo di land, 12b, è meno spesso e così ha soltanto una faccia esposta su una superficie (per es. guella superiore, nelle figure) dello strato di compound isolante 14.
La seguenza di fasi nelle porzioni da a) ad e) della Figura 1 è esemplificativa di un processo basato su incisione (etching-based) per produrre un tale substrato, il processo comprendendo per es.:
a) una prima fase di incidere un supporto 120 laminare, per es. di rame, coprendo nel contempo certe porzioni di un lato (gui, inferiore) del supporto con uno strato di resist 122a in modo tale per cui porzioni rialzate 122 che è previsto che formino dei "precursori" dei primi land 12a rimangano su tale lato come risultato dell'incisione;
b) formare conduttori 124, per es . tramite placcatura delle superfici delle porzioni rialzate 122;
- c) una seconda fase di incidere il supporto di rame 120 coprendo con uno strato di resist 122b le superfici placcate 124 delle porzioni rialzate 122 così come aree selezionate del supporto 120 in modo da formare porzioni incavata (indented) nel supporto 120 tra le aree selettivamente coperte dallo strato di resist 122b;
- d) pre-stampare sulla superficie "scolpita" (qui, inferiore) del supporto 120 un compound di stampaggio di package 14 elettricamente isolante (di un qualsiasi tipo noto adatto a tale scopo) in modo tale che il compound 14 copra la superficie del supporto tra le porzioni rialzate 122 (primi land 12a), penetrando anche nel contempo nelle porzioni incavate formate tra le aree precedentemente coperte dallo strato di resist 122b (che può essere rimosso prima di stampare il compound di stampaggio del package 14 sul supporto 120);
e) rimuovere (per es. mediante levigazione) il materiale del supporto sul lato opposto (qui, superiore) del supporto 120 per uno spessore sufficiente ad esporre il compound di stampaggio (solidificato) 14 nelle porzioni incavate.
Come risultato, le superfici placcate 124 delle porzioni rialzate 122 formeranno - nei primi land 12a - per es. una schiera ( "array") di pad del substrato (per es. pad placcati) 124 su un lato o una superficie (qui, inferiore) del substrato risultante, mentre le porzioni rimanenti del supporto 120 selettivamente coperte dallo strato di resist 122b (si veda la porzione c) della Figura 1) formeranno per es. una schiera di secondi land 12b sull'altro lato o sull'altra superficie (qui, superiore) del substrato risultante, vale a dire per es. una schiera matriciale di bonding pad mutuamente isolati dal compound 14 penetrato nelle porzioni incavate tra di essi.
Tecnologie ed apparecchiature utilizzabili per attuare ciascuna delle fasi della Figura 1 sono note nella tecnica, il che rende superfluo fornire qui una descrizione più dettagliata.
La sequenza di fasi nelle porzioni da a) a f) della Figura 2 è esemplificativo di un processo basato sulla crescita (graoth-based) per produrre un substrato simile, il processo comprendendo per es.:
a) una prima fase di fare crescere (per es. chimicamente) formazioni elettricamente conduttive (per es. di rame) 112a e 12b su un lato (qui, inferiore) di un supporto "sacrificale" 220 per es. di acciaio inossidabile (per es. 100 micron - 100.IO<-6>m) o di altre leghe di metallo adatte con le formazioni 12b (per es. già i secondi land) almeno leggermente più sottili delle formazioni 112a (essendo previsto che queste ultime formino dei "precursori" dei primi land 12a);
- b) mascherare con un materiale di mascheratura 222 il lato del supporto 220 sul quale sono state fatte crescere le formazioni 112a, 12b con un materiale di mascheratura abbastanza spesso da coprire le formazioni 12b, lasciando scoperte nel contempo le formazioni 112a;
c) una seconda fase di fare crescere (per es. chimicamente) un materiale elettricamente conduttivo (per es. rame) 112b sulle formazioni 112a al fine di completare i primi land 12a formando dei conduttori 124, per es. mediante placcatura sulle superfici dei primi land 12a così completati;
d) stampare sulla superficie "scolpita" (qui di nuovo, inferiore) del supporto 220, opzionalmente dopo la rimozione del materiale di maschera 222, un compound di stampaggio del package elettricamente isolante 14 (di un qualsiasi tipo noto adatto a tale scopo), in modo tale che il compound 14 copra la superficie del supporto tra le porzioni rialzate (primi land 12a) penetrando anche nel contempo nelle porzioni incavate formate tra i secondi land 12b;
e) rimuovere (per es. mediante pelatura) il materiale del supporto sacrificale 220.
Come risultato, le superfici placcate 124 delle porzioni rialzate 122 formeranno - in corrispondenza dei primi land 12a - per es. una schiera di pad del substrato (per es. pad placcati) 124 su un lato o una superficie (qui, inferiore) del substrato risultante, mentre i secondi land 12b sull'altra superficie (qui, superiore ) del substrato risultante formeranno per es. una schiera a matrice di bonding pad reciprocamente isolati dal compound 14 penetrato nelle porzioni incavate fra di essi.
Può quindi essere applicata una finitura della superficie superiore come indicato schematicamente in 224 nella porzione f ) della Figura 2, con tale finitura suscettibile di essere effettuata anche dopo la fase della porzione e) della Figura 1.
Qui di nuovo, le tecnologie e le apparecchiature da usare nell'effettuazione di ciascuna delle fasi della Figura 2 sono note nella tecnica, il che rende superfluo fornire qui una descrizione più dettagliata.
In una o più forme di attuazione, entrambi i processi esemplificati nelle Figure 1 e 2 possono rendere possibile produrre un substrato per montare dispositivi a semiconduttore, il substrato comprendendo uno strato elettricamente isolante 14 avente una prima e una seconda superficie opposte (superiore e inferiore, nelle figure), lo strato elettricamente isolante 14 avendo uno spessore tra la prima e la seconda superficie opposte, il substrato comprendendo (per es. una schiera di ) primi land elettricamente conduttivi 12a e (per es. una schiera di) secondi land elettricamente conduttivi 12b (formati, per es. integrati) nello strato elettricamente isolante 14, in cui:
- i primi land 12a si estendono attraverso 1'intero spessore dello strato elettricamente isolante 14 e sono esposti sia sulla prima sia sulla seconda superficie opposte dello strato elettricamente isolante 14,
- i secondi land 12b hanno uno spessore minore dello spessore dello strato elettricamente isolante 14 e sono esposti soltanto sulla prima superficie (per es. superiore) dello strato elettricamente isolante 14.
In una o più forme di attuazione, i primi land 12a e i secondi land 12b possono essere esposti alla prima superficie dello strato elettricamente isolante 14 a filo con essa: si veda per es. la Figura 1, porzione e) o la Figura 2, porzioni e) e f).
In una o più forme di attuazione, i primi land 12a possono comprendere dei pad di contatto 124 in corrispondenza della seconda superficie dello strato elettricamente isolante 14.
In una o più forme di attuazione come esemplificate nella Figura 1, produrre un substrato 10 come esemplificato in precedenza può comprendere:
incidere una superficie di un supporto laminare elettricamente conduttivo (per es. 120) producendo porzioni rialzate in modo da provvedere detti primi land (per es.
12a),
incidere ulteriormente detta superficie di detto supporto laminare in modo da provvedere porzioni incavate in detto supporto tra detti secondi land (per es. 12b),
stampare su detta superficie di detto supporto laminare un materiale di stampaggio elettricamente isolante (per es. 14), per cui il materiale di stampaggio copre detta superficie di detto supporto laminare tra dette porzioni rialzate, penetrando anche nel contempo in dette porzioni incavate, e
- rimuovere il materiale di detto supporto laminare elettricamente conduttivo sulla superficie opposta a detta superficie incisa in modo da esporre il compound di stampaggio in dette porzioni incavate.
In una o più forme di attuazione come esemplificate nella Figura 2, produrre un substrato 10 come esemplificate in precedenza può comprendere:
fare crescere prime e seconde formazioni elettricamente conduttive su una superficie di uno strato di supporto sacrificale (per es. 220), dette seconde formazioni elettricamente conduttive formando detti secondi land (per es. 12b),
- applicare un materiale di mascheratura (per es. 222) su detta superficie di detto strato di supporto sacrificale in modo da coprire dette seconde formazioni, lasciando scoperte nel contempo dette prime formazioni,
fare crescere ulteriormente un materiale elettricamente conduttivo su dette prime formazioni in modo da completare detti primi land (per es. 12a),
stampare su detta superficie di detto strato di supporto sacrificale un materiale di stampaggio elettricamente isolante (per es. 14) in modo da coprire detto strato di supporto sacrificale tra detti primi land e da penetrare nelle porzioni incavata tra detti secondi land, e
- rimuovere lo strato di supporto sacrificale.
Indipendentemente dall'approccio adottato, in una o più forme di attuazione, le strutture ottenute come risultato delle fasi esemplificate nella Figura 1 o nella Figura 2 possono essere sottoposte a fasi ulteriori come esemplificate nella Figura 3 con 1'obiettivo di produrre un package con un substrato 10 dove per es. possono essere stampate piste di metallo 20 (linee elettricamente conduttive), eventualmente con una stampa a getto di inchiostro/getto di inchiostro aerosol, per connettere alle loro superfici superiori (per es. alla superficie superiore dello strato isolante 14) uno o più land 12a, 12b con un wire bonding 22 per provvedere una connessione elettrica tra un dispositivo a semiconduttore (per es. un die di un circuito integrato IC) e tali piste o linee conduttive. Si apprezzerà che, al fine di evidenziare la flessibilità intrinseca di una o più forme di attuazione, la porzione c) della Figura 3 rappresenta deliberatamente una configurazione ( "pattern") differente di secondi land 12b rispetto alla porzione b).
Una o più forme di attuazione possono così comprendere linee elettricamente conduttive 20 sulla prima superficie (per es. superiore) dello strato elettricamente isolante 14 per accoppiare primi land 12a selezionati con secondi land 12b selezionati.
Una o più forme di attuazione possono così provvedere un dispositivo a semiconduttore comprendente un substrato come qui esemplificato, con uno o più die a semiconduttore IC sulla prima superficie dello strato elettricamente isolante 14, con la previsione di un wire bonding 22 per accoppiare elettricamente il die/i die a semiconduttore IC con primi land 12a e/o secondi land 12b selezionati .
In una o più forme di attuazione, le linee o le piste stampate a inchiostro 20 possono avere una larghezza da 50 a 100 micron (da 50 a 100.IO<-6>m) con uno spessore multistrato da 10 a 20 micron (da 10 a 20.IO<-6>m), per es. per quelle applicazioni nelle quali può essere desiderabile una resistività inferiore per uno specifico I/O, con un filo adatto per fare da ponte da differenti pad (con dimensioni appropriate) .
Le Figure 4 e 5 illustrano alcune possibilità ed alcuni esempi schematici di routing con stampa a inchiostro metallico sulle schiere 12a, 12b che può basarsi su specifici requisiti di die, per es. da 100 a 20 micron (da 100 a 20.IO<-6>m) di piste di metallo, 50 micron (50.IO<-6>m) di passo.
Le Figure 6 e 7 illustrano alcuni possibili esempi di customizz azione di un substrato . In base per es. al portafoglio prodotti , alla dimensione del die ed ai requisiti di I/O, si può definire un progetto di un substrato "universale" in modo da soddisfare un grande numero di applicazioni .
Una o più forme di attuazione come qui esemplificate possono cosi offrire uno o più dei seguenti vantaggi:
- uno stesso substrato/lead frame può essere usato per differenti die con dimensione specifiche e una gamma più ampia di connessioni di I/O;
- flessibilità di uso;
- campionamento rapido per 1'effettuazione di prove e la prototipizzazione ;
- routing facilitato secondo requisiti specifici;
- si può sviluppare un progetto ball-grid array (BGA) anche su package con lead frame (LF).
Fermi restando i principi di fondo, i dettagli e le forme di attuazione possono variare , anche in modo apprezzabile , rispetto a quanto è stato descritto puramente a titolo di esempio, senza uscire dall' ambito di protezione .
L'ambito di protezione è definito dalle rivendicazioni annesse .

Claims (10)

  1. RIVENDICAZIONI 1 . Substrato per montare dispositivi a semiconduttore, il substrato comprendendo uno strato elettricamente isolante (14) avente una prima e una seconda superficie opposte , lo strato elettricamente isolante (14) avendo uno spessore tra detta prima e detta seconda superficie opposte , il substrato comprendendo primi (12a) e secondi (12b) land elettricamente conduttivi in detto strato elettricamente isolante (14), in cui: detti primi land (12a) si estendono attraverso 1'intero spessore di detto strato elettricamente isolante (14 ) e sono esposti sia sulla prima sia sulla seconda superficie opposte dello strato elettricamente isolante (14) , - detti secondi land (12b) hanno uno spessore minore dello spessore dello strato elettricamente isolante (14) e sono esposti soltanto nella prima superficie dello strato elettricamente isolante (14).
  2. 2 . Substrato secondo la rivendicazione 1, in cui detti primi land (12a) e detti secondi land (12b) sono esposti su detta prima superficie dello strato elettricamente isolante (14) a filo con essa.
  3. 3. Substrato secondo la rivendicazione 1 o la rivendicazione 2, in cui detti primi land (12a) comprendono dei pad di contatto (124) su detta seconda superficie dello strato elettricamente isolante (14).
  4. 4. Substrato secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti , comprendente linee elettricamente conduttive (20) sulla prima superficie dello strato elettricamente isolante (14) che accoppiano primi land (12a) selezionati con secondi land (12b) selezionati.
  5. 5. Substrato secondo la rivendicazione 4, in cui dette linee elettricamente conduttive (20) comprendono linee stampate .
  6. 6. Substrato secondo la rivendicazione 5, in cui dette linee elettricamente conduttive (20) comprendono linee stampate a getto di inchiostro, preferibilmente linee stampate a getto di inchiostro aerosol.
  7. 7. Dispositivo a semiconduttore , comprendente: un substrato (10) secondo una gualsiasi delle rivendicazioni da 1 a 6, - almeno un die a semiconduttore (IC) su detta prima superficie dello strato elettricamente isolante (14 ), - un wire bonding (22) che accoppia elettricamente detto almeno un die a semiconduttore (IC) con primi land (12a) e/o secondi land (12b) selezionati.
  8. 8. Procedimento per provvedere un substrato per montare dispositivi a semiconduttore , il procedimento comprendendo : - provvedere uno strato elettricamente isolante (14) avente una prima e una seconda superficie opposte , lo strato elettricamente isolante (14) avendo uno spessore tra detta prima e detta seconda superficie opposte, provvedere primi (12a) e secondi (12b) land elettricamente conduttivi nello strato elettricamente isolante (14) , in cui: detti primi land (12a) si estendono attraverso 1'intero spessore di detto strato elettricamente isolante (14) e sono esposti sia sulla prima sia sulla seconda superficie opposte dello strato elettricamente isolante (14), - detti secondi land (12b) hanno uno spessore minore dello spessore dello strato elettricamente isolante (14) e sono esposti soltanto nella prima superficie dello strato elettricamente isolante (14).
  9. 9. Procedimento secondo la rivendicazione 8, comprendente: incidere una superficie di un supporto laminare elettricamente conduttivo (120) producendo porzioni rialzate (122) in modo da provvedere detti primi land (12a), incidere ulteriormente detta superficie di detto supporto laminare (120) in modo da provvedere porzioni incavata in detto supporto (120) tra detti secondi land (12b), stampare su detta superficie di detto supporto laminare (120) un materiale di stampaggio elettricamente isolante (14), per cui il materiale di stampaggio (14) copre detta superficie di detto supporto laminare (120) tra dette porzioni rialzate (122), penetrando anche nel contempo in dette porzioni incavate, e rimuovere detto materiale del supporto laminare elettricamente conduttivo (120) sulla superficie opposta a detta superficie incisa in modo da esporre il compound di stampaggio (14) in dette porzioni incavate.
  10. 10. Procedimento secondo la rivendicazione 8, comprendente: fare crescere prime (112a) e seconde (12b) formazioni elettricamente conduttive su una superficie di uno strato di supporto sacrificale (220), dette seconde formazioni elettricamente conduttive formando detti secondi land (12b), applicare un materiale di mascheratura (222) su detta superficie di detto strato di supporto sacrificale (220) in modo da coprire dette seconde formazioni (12b), lasciando scoperte nel contempo dette prime formazioni (112a), fare crescere ulteriormente un materiale elettricamente conduttivo (112b) su dette prime formazioni (112a) in modo da completare detti primi land (12a), stampare su detta superficie di detto strato di supporto sacrificale (220) un materiale di stampaggio elettricamente isolante (14) in modo da coprire detto strato di supporto sacrificale (220) tra detti primi land (12a) e da penetrare nelle porzioni incavate tra detti secondi land (12b), - rimuovere lo strato di supporto sacrificale (220).
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