JP2010510663A - 半導体デバイスおよび組み立てコネクタをパッケージングする方法 - Google Patents

半導体デバイスおよび組み立てコネクタをパッケージングする方法 Download PDF

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Abstract

第1の主面と第2の主面とを備えた第1のデバイス(12,102)をパッケージングする方法であって、第1のデバイスの第2の主面の上で、第1のデバイスの側の回りに第1の層(14,104)を形成し、露出した前記第1のデバイスの第1の主面を除去するステップであって、第1の層が、封入材およびポリマーからなるグループから選択されることを特徴とする、ステップと、第1のデバイスの第1の主面の上に第1の絶縁層(52,152,170)を形成するステップと、第1の絶縁層にビア(30,32,128)を形成するステップと、第1の絶縁層の一部の上で、ビア内にシード層(38,40,136)を形成するステップと、シード層にコネクタ(82,116)を物理的に接続するステップと、第1の絶縁層の一部の上で、第1のビア内で、第1の相互接続(90,92,144,164)を形成するように前記シード層の上に伝導材料をメッキするステップとを有することを特徴とする方法。
【選択図】 図13

Description

本発明は、一般的には半導体デバイスに関し、特に、半導体デバイスと組み立てコネクタとをパッケージングすることに関する。
典型的には、デバイスは、作動中の保護のためにパッケージングされる。これらのパッケージングされたデバイスは、他のデバイスと共にプリント回路基板(PCB)に配置される。デバイスを伴ったPCBは、コンピュータや携帯電話のような製品に使用される。コンピュータや携帯電話のような製品の寸法を小さくする要求があるので、機能を犠牲にすることなく、PCBおよびパッケージデバイスのサイズを小さくする必要がある。多くの場合では、追加の機能性が求められているが、接続性の容易さも提供する。例えば、
たとえあるとしても製造において最小限を要求する半導体デバイスに接続を提供することを要求する。それゆえ、半導体パッケージの少なくとも他の利点を備える一方で、接続の容易さを提供する方法に関するニーズが存在する。
本発明のある実施形態による処理におけるステージでの半導体デバイスを備えたワークピースの断面図である。 引き続きの処理におけるステージでの図1のワークピースの断面図である。 引き続きの処理におけるステージでの図2のワークピースの断面図である。 引き続きの処理におけるステージでの図3のワークピースの断面図である。 引き続きの処理におけるステージでの図4のワークピースの断面図である。 引き続きの処理におけるステージでの図5のワークピースの断面図である。 引き続きの処理におけるステージでの図6のワークピースの断面図である。 引き続きの処理におけるステージでの図7のワークピースの断面図である。 引き続きの処理におけるステージでの図8のワークピースの断面図である。 引き続きの処理におけるステージでの図9のワークピースの断面図である。 引き続きの処理におけるステージでの図10のワークピースの断面図である。 引き続きの処理におけるステージでの図11のワークピースの断面図である。 引き続きの処理におけるステージでの図12のワークピースの断面図である。 本発明の他の実施形態による処理におけるステージでの半導体デバイスを備えたワークピースの断面図である。 引き続きの処理におけるステージでの図14のワークピースの断面図である。 引き続きの処理におけるステージでの図15のワークピースの断面図である。 引き続きの処理におけるステージでの図16のワークピースの断面図である。 引き続きの処理におけるステージでの図17のワークピースの断面図である。 引き続きの処理におけるステージでの図18のワークピースの断面図である。 引き続きの処理におけるステージでの図19のワークピースの断面図である。 引き続きの処理におけるステージでの図20のワークピースの断面図である。 引き続きの処理におけるステージでの図21のワークピースの断面図である。 引き続きの処理におけるステージでの図15のワークピースの断面図である。
ある態様では、半導体デバイス及び組み立てコネクタは、単一のパッケージで一緒に形成される。組み立てコネクタのピンは、シード層の近位に配置され、引き続いてのメッキステップによって、メッキが、ピンを物理的及び電気的に接続させる。メッキはまた、半導体デバイスとピンとの間を電気的に接続させるように、半導体デバイスと電気的に接続される。絶縁層の引き続いての堆積は、コネクタと半導体デバイスを一緒に保持する物理支持を提供する。
上部を除いて絶縁層14によって取り囲まれた半導体デバイス12を有するワークピース10を図1に示す。点線16によって示したように、単一の領域を画定する単一境界も示す。これは、ワークピース10が、ワークピース10と同じか又は異なる他のワークピースから分離されていることを示す。図10の全体的な構造は、コンテナに配置された複数の単一化されたダイからパッケージを作り上げるプロセスに関するものである。コンタクトを備えた側は、コンタクトを保護するためにテーピングされている。コンタクトダウン構成では、複数のダイにわたって材料が流される。材料が硬化した後、材料によって一緒に保持されたユニットとして複数のダイは、コンテナから除去され、テープは除去される。絶縁層及び伝導層の堆積の引き続いてのステップは、パッケージされた集積回路を形成する。絶縁層14を形成するために流された材料は、図1ではポリマーであるのがこのましいが、エポキシのような他の材料を用いてもよい。それを貫通するビア(via)が形成されるので、このケースではポリマーが好ましい。ビアが貫通して形成されないのであれば、費用対効果から鑑みてエポキシが好ましいであろう。このタイプのパッケージは、ビアを備えた絶縁層に関してはポリマーが一般的には好ましく、ビアを備えない絶縁層に関しては一般的にはエポキシが好ましい。ビアを備えた層は、典型的には約20ミクロンである。厚さは、その量よりも大きくても、小さくてもよく、特に望むのであれば、著しく大きなものも作ることができ得る。半導体デバイス12は、一方の主面(頂部表面)に露出されたコンタクト18,20,22および24を有する。他の主面(底部表面)は、それをカバーする絶縁層14を備える。絶縁層14は、他の側を取り囲む。
半導体デバイス12の頂部表面の上に絶縁層26を堆積させ、コンタクト18,20,22および24をそれぞれ露出させるように、絶縁層を貫通するビア28,30,32および34を形成させた後のワークピース10を図2に示す。
図3では、ビア28,30,32および34において、絶縁層26の上にシード層36,38,40および42をそれぞれ形成し、コンタクト18,20,22および24とそれぞれ接触させた後のワークピース10を示す。シード層36,38,40および42は、薄い金属層を堆積させ、在来のマスク及びエッチング技術を使用して選択的にエッチングすることによる在来のシード層の仕方で形成される。ビアは、約100ミクロンであってよいが、それから著しく変化してもよい。
図4では、シード層36,38,40および42がそれぞれ存在する場所に、伝導層44,46,48および50を形成させるメッキによる金属堆積を実行した後のワークピース10を示す。
図5では、半導体デバイス12の頂部表面の上に絶縁層52を形成、好ましくは堆積させた後のワークピース10を示す。絶縁層52は、単一領域、絶縁層26、および伝導層44,46,48および50の全体にわたって延びる。絶縁層52を堆積した後、ワークピース10は、ひっくり返され、半導体デバイス12の底部表面の方に向かって探すように、伝導層44および50それぞれを露出させるために、絶縁層14および16を貫通してビア54および56が形成される。
図6では、ビア54および56において、絶縁層14にシード層58および60を形成し、伝導層44および50とそれぞれ接触させた後のワークピース10を示す。
図7では、シード層58および60が存在する場所に伝導層62および64を形成させ、絶縁層14および伝導層62および64の上の単一領域全体に絶縁層66を形成させ、伝導層62および64それぞれを露出させるように、絶縁層66を貫通したビア68および70を形成させた後のワークピース10を示す。ビア68および70の形態は、後のプロセスまで遅らせる。
図8は、引き続きのプロセス中に、伝導層62および64を保護するために、絶縁層66およびビア68および70の上にテープ72を適用した後のワークピース10を示す。ワークピース10は、ついで、半導体デバイス12の頂部表面の上を処理するためにひっくり返される。
図9は、伝導層46および48それぞれを露出させるためのビア74および76を形成し、ビア74および76それぞれにおいて絶縁層52の上にシード層78および80を形成し、伝導層46および48と接触させた後のワークピース10を示す。
図10は、シード層78および80それぞれと接触して配置されたピン84および86を備えた組み立てコンテナ82を備えたワークピース10を示す。この例では、シード層78および80が、伝導層84および86条に配置されることを確実にするために、ピン84および86に関してビア74および76から十分に延びている。ピン84および86がそれらの位置の十分な確実性を備えることが保証されるのであれば、別の実施形態では、ビア74および76は、ピン84および86jを受けるのに著しく大きく作られうる。このコンテキストでは、組み立てコンテナとは、少なくとも一方の側が、別のコネクタと摩擦、圧力、又は他の容易に反転できる手段によって電気的接触を維持するように物理的支持を提供することができるコネクタの2つの側の間に電気的接続を提供することができるユニットであることを意味する。かくして、コネクタ接続に対してコネクタを維持するのに、例えば半田を使用するようなボンディング技術は必要ではない。図10に示したように、保護キャップ88が、電気的接続を維持するための物理的支持をも備えたコネクタ82の領域の電気テク接続をカバーする。
図11は、シード層78および80のそれぞれおよびピン84および86のそれぞれの回りに伝導層90および92を形成するために、シード層78および80およびピン84および86に金属を堆積させる効果を有するメッキステップを実行した後のワークピース10を示す。別の実施形態では、コネクタ82のボディ部分に隣接したピン84および86の一部が、絶縁体で被覆され、その結果、メッキはコネクタのボディまで延びなくてもよい。コネクタに依存して、コネクタのボディからメッキの空間に対して信頼性のある理由に関して利点がある。
図12は、絶縁層52の上の単一領域、および伝導層90および92ならびにコネクタ82の側に沿って絶縁層94を堆積した後のワークピース10を示す。これは、伝導層90および92を保護し、適所にコネクタ82を保持するための物理的支持を提供する。
図13は、テープ72を除去し、伝導層62および64のそれぞれと接触するはんだボール96および98を形成し、単一化を実行し、保護キャップ88を除去した後のワークピース10を示す。ワークピース10は、次いで、電気製品に取り付けられる準備をする。保護キャップは、コネクタ82上に残しておいてもよい。めっきの際に、シード及びめっきの両方に関して、好ましい金属は、銅である。はんだボールを形成する場合には、はんだボール96および98のようなはんだボールを形成する前に、銅に犠牲保護コーティングまたはニッケル−金(NiAu)のような介在層を設けるのが好ましい。
図14は、絶縁層104によって頂部側を除いて全ての側を取り囲まれた半導体デバイス102と、半導体デバイス102と単一化ライン114との間にある絶縁層104の一部の上に載せられたコネクタ116とを有するワークピース10を示す。コネクタ116は、例えば、絶縁層104にテープによって接着して保持される。単一領域を画定する単一化境界を点線114によって示す。半導体デバイスは、頂部表面に露出したコンタクト106,108,110および112を備える。コネクタ116は、絶縁層104の上に、そのボディから横に延びたピン118および120を有する。ピン120は、ピン118よりも絶縁層104の頂部表面からより高い。保護カバー122は、電気的接触を支持するための物理的支持を備えたコネクタ116の上の側で電気的コンタクトをカバーする。
図15は、絶縁層104の上でコネクタの回りに、半導体デバイス102の頂部表面の上に絶縁層124を堆積した後のワークピース100を示す。絶縁層124は、コネクタ116に関する物理的支持を提供する。絶縁層124は、絶縁層104の上のピン118とおおよそ同じ厚さである。堆積プロセスにおいて、絶縁層124の薄い層が、ピン118の上に同様に堆積される。この点では、ピン118の上にある絶縁層の一部を除去するのに、マスク無しで、等方性エッチングを実行するのが好ましいであろう。これは、絶縁層124の厚さを低減しうるが、絶縁層124の最初の厚さが、エッチングバックを考慮して選択されることになる。
図16は、コンタクト106、108、110および112を露出させるように絶縁層124を貫通したビア128、130、132および134を形成した後のワークピース100を示す。また、ビアを形成中に、絶縁層124がピン118の側から除去され、その結果、ピン118に対する電気的接触がなされることを保証するように、ピン118の側が露出される。この例では、ピン120は、ピン118の上の絶縁層124を除去するのを困難とさせるように、ピン118と整列させられている。垂直にオフセットされているピンを備えたコネクタは、ピン124の頂部側から絶縁層124の都合のよい除去を可能にする。ピン124の側が露出されることを保証するために、絶縁層124内へのエッチングによって、ピン118の側に隣接したホール126を生じさせる。このホールは、絶縁層104に向かって延びるが、絶縁層104には届かない。
図17は、ビア128、130、132および134において、コンタクト106、108、110および112のそれぞれと接触して、絶縁層124の上にシード層136、138、140および142を形成した後のワークピース100を示す。シード層136は、その側を含むピン118に向かって延びる。
図18は、シード層136、138、140および142のそれぞれが存在する伝導層144、146、148および150を形成するためのメッキをした後のワークピース100を示す。これは、伝導層144がピン118と接触していることを示す。
図19は、絶縁層124の上で、コネクタ116の回りで、伝導層144、146、148および150の上に絶縁層152を形成した後のワークピース100を示す。絶縁層152は、コネクタ116に関する支持を提供する。
図20は、伝導層146,148および150のそれぞれと接触する伝導層154、156および158を形成した後のワークピース100を示す。これは、続くめっきによってビア及びシード層を形成することによって以前に記載したように、達成される。この例では、シード層の一部の選択的な除去のためにマスクを露出するリソグラフィ中に、ピン120からのシャドーイングの為に、ピン120の下で伝導層160が形成されるのとも同様である。伝導層160は、絶縁体によって取り囲まれ、電気的な性能として逆のインパクトを有するべきではない。図20はまた、伝導層154、156および158の上で、コネクタ116を取り囲み、絶縁層152の上に絶縁層162を形成した後のワークピース100を示す。絶縁層162は、コネクタ162に関する物理的な支持を提供する。これは、ピン120の上に絶縁層162の一部も示す。ピン118に関して、絶縁層162のこの部分は、等方性エッチングによって除去されうる。
図21は、ピン118と接触している伝導層144に類似したピン120と接触する伝導層164を形成した後のワークピース100を示す。伝導層156および158のそれぞれと接触した伝導層166および168も示す。
図22は、絶縁層162の上で、コネクタ166を取り囲み、伝導層164、166および168の上に絶縁層170を形成した後のワークピース100を示す。伝導層166および168を露出するために開口したビアも示される。
図23は、伝導層166および168のそれぞれと接触したはんだボール172および174を形成し、ライン114で単一化し、保護キャップ122を除去した後のワークピース100を示す。このケースでは、伝導層166および168は、はんだ付け可能なコンタクトと考えられ、コネクトと同様の側の上に、露出された部分を備える。伝導層は、図1乃至13に示したのと同様の仕方で実装され、その結果、コネクタ116として結果として生じるパッケージされた集積回路に埋め込まれたコネクタを備えた、はんだ付け可能なコンタクトが、コネクタから反対側になされる。同様に、図13のワークピース100は、図14乃至23に示したのと同様の仕方で形成されたコネクタと同じ側の上にはんだ付け可能なコンタクトを有しうる。コネクタ及びはんだ付け可能なコンタクトはまた、その視点からひっくり返されうる。かくして、116または82のいずれのコネクタも、示したような頂部側の代わりに、ダイの底部側になされうる。
かくして、組み立てコネクタには、コネクタが半導体デバイスと電気的に接続されたパッケージ化された集積回路が結果として埋め込まれ、ワークピースの外部に利用可能なはんだ付け可能なコンタクトが、半導体デバイスに接続される。
上述の発明の詳細では、特定の実施形態を参照して本発明を記載してきた。しかしながら、以下の特許請求の範囲に記載された本発明の範囲を逸脱することなく、当業者は種々の修正及び変更をすることができるのは明らかである。例えば、コネクタは、直線のエッジを備えたように示してあるが、コネクタは、のこぎり状のエッジ又は、さもなければ、絶縁層によって更なるアンカーを提供する側方拡張を有してもよい。別の実施形態では、事前に組み立てられたマルチコンタクトポリマーコネクタであってもよい。従って、明細書及び図面は、限定的な意味ではなく単なる例示であり、かかる全ての修正は、本発明の範囲内に含まれるものである。
本明細書で用いられる用語「複数の」とは、2以上のものを意味する。また用語「接続された」とは、連結されたという意味も含み、直接である必要はなく、また、機械的である必要はない。更に、明細書及び特許請求の範囲における用語「前」、「後ろ」、「頂部」、「底部」、「上」、「下」、「側」などは、記載上の便宜的な目的で使用されており、永続的に相対的な位置を意味するものではない。例示の実施形態に沿って、適切な状況で用語を変化させて理解する必要があろう。

Claims (20)

  1. 第1の主面と第2の主面とを備えた第1のデバイスをパッケージングする方法であって、
    前記第1のデバイスの第2の主面の上で、前記第1のデバイスの側の回りに第1の層を形成し、露出した前記第1のデバイスの第1の主面を除去するステップであって、前記第1の層が、封入材およびポリマーからなるグループから選択されることを特徴とする、ステップと、
    前記第1のデバイスの第1の主面の上に第1の絶縁層を形成するステップと、
    前記第1の絶縁層にビアを形成するステップと、
    前記第1の絶縁層の一部の上で、前記ビア内にシード層を形成するステップと、
    前記シード層にコネクタを物理的に接続するステップと、
    前記第1の絶縁層の一部の上で、前記第1のビア内で、第1の相互接続を形成するように前記シード層の上に伝導材料をメッキするステップと
    を有することを特徴とする方法。
  2. 前記第1の絶縁層を形成する前に、前記第1のデバイスの上に第2の絶縁層を形成するステップと、
    前記第2の絶縁層に第2の相互接続を形成するステップであって、前記第2の相互接続が、前記第1の相互接続と接続されることを特徴とする、ステップと、
    前記第2の絶縁層に第3の相互接続を形成するステップであって、前記第3の相互接続が、外部コネクタと結合されることを特徴とする、ステップと
    を更に有することを特徴とする請求項1に記載の方法。
  3. 前記外部コネクタが、はんだボールからなることを特徴とする請求項2に記載の方法。
  4. 前記コネクタが、組み立てコネクタからなることを特徴とする請求項3に記載の方法。
  5. 前記外部コネクタが、前記第1のデバイスの第1の主面の上に形成され、前記コネクタが、前記第1のデバイスの第1の主面の上に形成されることを特徴とする請求項2に記載の方法。
  6. 前記外部コネクタが、前記第1のデバイスの第2の主面の上にあり、前記コネクタが、前記第1のデバイスの第1の主面の上に形成されることを特徴とする請求項2に記載の方法。
  7. 前記シード層にコネクタを物理的に接続するステップが、前記第1のデバイスの第1の主面の上にコネクタを配置することを含み、前記第1のデバイスの第1の主面がコンタクトを有することを特徴とする請求項1の記載の方法。
  8. 前記シード層にコネクタを物理的に接続するステップが、前記第1のデバイスの第2の主面の上にコネクタを配置することを含み、前記第1のデバイスの第1の主面がコンタクトを有することを特徴とする請求項1の記載の方法。
  9. 前記シード層にコネクタを物理的に接続するステップが、
    前記第1の層の上にコネクタを配置するステップを含み、
    前記第1の層は、第2の部分に隣接した第1の部分を有し、
    前記第1のデバイスは、前記第1の層の第1の部分に形成され、
    前記コネクタは、前記第1の層の第2の部分の上に配置され、
    前記コネクタは、側コンタクトを有し、
    前記側コンタクトは、前記シード層に結合される、
    ことを特徴とする請求項1に記載の方法。
  10. 前記側コンタクトが、雌コネクタと雄コネクタとからなるグループから選択されることを特徴とする請求項9に記載の方法。
  11. 第1の主面と第2の主面とを備えた第1のデバイスをパッケージングする方法であって、
    前記第1のデバイスの第1の主面の上に絶縁層を形成するステップと、
    前記絶縁層に第1のビアを形成するステップと、
    前記絶縁層に第2のビアを形成するステップと、
    前記第1のビアに第1のシード層を形成するステップと、
    前記第2のビアに第2のシード層を形成するステップと、
    前記絶縁層の上で第1の外部コネクタの少なくとも一部を配置するステップであって、前記第1のシード層を形成するステップおよび前記第1の外部コネクタの少なくとも一部を配置するステップが、前記第1の外部コネクタを前記第1のデバイスに接続することを特徴とする、ステップと、
    第1の相互接続を形成するために、前記第1のシード層をメッキするステップと、
    第2の相互接続を形成するために、前記第2のシード層をメッキするステップと、
    前記第2の相互接続を第2の外部コネクタに接続するステップと
    を有することを特徴とする方法。
  12. 前記第1の外部コネクタおよび前記第2の外部コネクタが、異なるタイプのコネクタであることを特徴とする請求項11に記載の方法。
  13. 前記第1の外部コネクタが、組み立てコネクタからなり、前記第2の外部コネクタがはんだボールからなることを特徴とする請求項12に記載の方法。
  14. 前記第1の外部コネクタ及び前記第2の外部コネクタが、前記第1のデバイスの第1の主面の上に共に形成され、前記第1の主面がコンタクトを有することを特徴とする請求項13に記載の方法。
  15. 前記第1の外部コネクタが、前記第1のデバイスの第1の主面の上に形成され、前記第1の主面が、コンタクトを有し、前記第2の外部コネクタが、前記第1のデバイスの第2の主面の上に形成され、前記第2の主面が前記第1の主面と対向することを特徴とする請求項14に記載の方法。
  16. 前記第1のシード層が、前記第1の外部コネクタの少なくとも一部を配置するステップの後に形成されることを特徴とする請求項11に記載の方法。
  17. 前記第1のシード層が、前記第1の外部コネクタの少なくとも一部を配置するステップの前に形成されることを特徴とする請求項11に記載の方法。
  18. 第1の主面と第2の主面とを備えた第1のデバイスをパッケージングする方法であって、
    前記第1のデバイスの第2の主面の上で、前記第1のデバイスの側を取り囲む第1の層を形成し、露出した前記第1のデバイスの第1の主面を除去するステップであって、前記第1の層が、封止材およびポリマーからなるグループから選択されることを特徴とするステップと、
    前記第1のデバイスの第1の主面の上に第1の絶縁層を形成するステップと、
    少なくとも前記第1の絶縁層に組み立てコネクタを埋め込むステップであって、該コネクタがピンを含むことを特徴とするステップと、
    前記コネクタのピンに対して、前記第1のデバイスの第1の主面から相互接続を形成するステップと
    を有することを特徴とする方法。
  19. 前記組み立てコネクタを埋め込むステップおよび相互接続を形成するステップが、
    前記第1の絶縁層にビアを形成するステップと、
    前記第1の絶縁層の一部の上で、前記ビア内にシード層を形成するステップと、
    前記組み立てコネクタを前記シード層に物理的に接続するステップと、
    前記シード層の上に伝導材料をメッキするステップと
    を有することを特徴とする請求項18に記載の方法。
  20. 前記第1のデバイスおよび前記組み立てコネクタを単一化するために封止材を切断するステップを更に有することを特徴とする請求項19に記載の方法。
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