JP2014017485A

JP2014017485A - ダイおよび基板を接続する剛性相互接続構造を有するデバイスパッケージならびにその方法

Info

Publication number: JP2014017485A
Application number: JP2013142648A
Authority: JP
Inventors: Foong Yap Weng; フーンヤプウェン; Cheng Law Lai; チェンローライ; Kid Wong Boh; キッドウォンボー
Original assignee: Freescale Semiconductor Inc
Current assignee: NXP USA Inc
Priority date: 2012-07-09
Filing date: 2013-07-08
Publication date: 2014-01-30
Also published as: US8927345B2; EP2685495A2; US20140008811A1

Abstract

【課題】ワイヤ短絡をなくしながら、ＣＴＥ不整合に対する耐性を有するデバイスパッケージを提供する。
【解決手段】デバイスパッケージ１０２は、基板１０４であって、当該基板１０４の第１の表面に配置される第１の複数のボンドパッド１２４を有する、前記基板と、基板１０４の第１の表面と向き合う第１の表面、および第１の表面と反対の第２の表面を有するダイ１０６であって、当該ダイ１０６は、第２の表面に配置される第２の複数のボンドパッド１２２を備える、前記ダイ１０６とを備える。デバイスパッケージ１０２は、絶縁体構造１２８内に包含される複数の導電性相互接続１２６を備える相互接続構造１０８をさらに備え、導電性相互接続１２６の各々は、第１の複数のボンドパッド１２４のうちの対応するボンドパッドおよび第２の複数のボンドパッド１２２のうちの対応するボンドパッドに結合される。
【選択図】図１

Description

本開示は、一般的には半導体デバイスまたは微小電気機械デバイスに関し、より詳細にはそのようなデバイスのパッケージングに関する。

半導体デバイスおよび微小電気機械（ＭＥＭＳ）デバイスの製造は、ダイのボンドパッドをパッケージ基板の対応するボンドパッドに電気的に接続することを含むことが多い。Ｃ４（Controlled Collapse Chip Connection）（口語的には「フリップチップ」とも称される）およびワイヤボンディングが、これらの電気接続を確立するために最も頻繁に使用される相互接続技法のうちの２つである。

米国特許出願公開第２００８／０２４６１６５号明細書米国特許出願公開第２０１０／０２７０６６３号明細書米国特許出願公開第２０１２／００２５４０１号明細書米国特許第７３５５２８９号明細書

ワイヤボンディング技法は、一般的に、ダイとパッケージ基板との間の熱膨張率（ＣＴＥ）不整合により耐性があるが、ワイヤの短絡に起因する高い収率損失の影響を受けやすい。フリップチップ相互接続技法はワイヤボンディングよりもパッケージフットプリントを小さくすることを可能にするが、フリップ・チップ・パッケージ内にキャリア（carrier）がないことによって、ダイの交換または手作業による取り付けが実行不可能になることが多い。その上、フリップチップ相互接続技法は、一般的に据え付けに非常に平坦な表面を必要とし、ダイとパッケージ基板との間のＣＴＥ不整合に起因するはんだ接合亀裂の影響をより受けやすい。

本発明の一側面の方法は、絶縁体構造内に包含される複数の導電性相互接続を含む相互接続構造を提供することであって、前記絶縁体構造は第１の表面にある空洞を含み、各導電性相互接続は、前記空洞の表面にある第１の端部と前記第１の表面にある第２の端部とを含む、前記相互接続構造を提供すること、前記複数の導電性相互接続の各々をパッケージ基板の対応するボンドパッドおよびダイの対応するボンドパッドに結合することを備える。

本発明の一側面の方法は、絶縁体成形コンパウンド内に複数の金属ワイヤを封入して、成形された相互接続構造を形成すること、前記複数の金属ワイヤを封入した後に、前記複数の金属ワイヤの各々をパッケージ基板の対応するボンドパッドおよびダイの対応するボンドパッドに結合することを備える。

本発明の一側面は、デバイスパッケージである。デバイスパッケージは、基板であって、該基板の第１の表面に配置される第１の複数のボンドパッドを有する、前記基板と、前記基板の前記第１の表面と向き合う第１の表面、および該第１の表面と反対の第２の表面を有するダイであって、該ダイは、該ダイの前記第２の表面に配置される第２の複数のボンドパッドをさらに含む、前記ダイと、絶縁体構造内に包含される複数の導電性相互接続を備える相互接続構造であって、前記複数の導電性相互接続の各々は、前記第１の複数のボンドパッドのうちの対応するボンドパッドおよび前記第２の複数のボンドパッドのうちの対応するボンドパッドに結合される、前記相互接続構造と、前記相互接続構造と前記基板の前記第１の表面および前記ダイの前記第１の表面のうちの少なくとも一方との間に配置されるアンダーフィル層とを備える。

本開示の少なくとも１つの実施形態による、ダイのボンドパッドをパッケージ基板のボンドパッドに電気的に接続する剛性相互接続構造を備えるデバイスパッケージの断面図。本開示の少なくとも１つの実施形態による剛性相互接続構造のダイと対向する側の斜視図。本開示の少なくとも１つの実施形態による、剛性相互接続構造内に封入する金属ワイヤ層を準備するプロセスを示す図。本開示の少なくとも１つの実施形態による、封入準備において金属ワイヤ層を積層するプロセスを示す図。本開示の少なくとも１つの実施形態による、剛性相互接続構造を形成するために積層された金属ワイヤ層を成形コンパウンド内に封入するプロセスを示す図。本開示の少なくとも１つの実施形態による、剛性相互接続構造を使用してデバイスパッケージを製造するプロセスを示す図。本開示の少なくとも１つの実施形態による、対応するダイに寸法を合わせた空洞を有する剛性相互接続構造を形成するために、成形フレームを使用して積層された金属ワイヤ層を成形コンパウンド内に封入するプロセスを示す図。本開示の少なくとも１つの実施形態による、積層を使用して剛性相互接続構造を製造するプロセスを示す図。

本開示は、添付の図面を参照することによってよりよく理解されることができ、その多数の特徴および利点が当業者に明らかとなる。
図１〜図８は、剛性相互接続構造（rigid interconnect structure）を使用してダイのボンドパッドをパッケージ基板のボンドパッドと電気的に接続するデバイスパッケージを製造するための例示的な技法を示す。ダイの底面が、パッケージ基板の上面に接合または他の様態で固定される。剛性相互接続構造は、エポキシ樹脂、プラスチック、またはセラミックのような、剛性絶縁体物質内に埋め込まれるかまたは封入される導電性相互接続を含む。導電性相互接続の少なくともサブセットの各々は、剛性相互接続構造の底面に配置され、当該底面を介してアクセス可能な一方の端部と、剛性相互接続構造の底面にある空洞内に配置され、当該空洞を介してアクセス可能な他方の端部とを含む。空洞は、ダイの上部を包含し、それによって、１セットのはんだバンプが空洞内に配置される導電性相互接続の端部をダイの上面にある対応するボンドパッドと電気的に接続し、もう１セットのはんだバンプが、剛性相互接続構造の底面に配置される金属接点の端部をパッケージ基板の上面にある対応するボンドパッドと電気的に接続する。このように、剛性相互接続構造は、ワイヤボンディング技法に多く見られるワイヤ短絡の欠点を低減するかまたはなくしながら、ワイヤボンディング技法によって提供される、さほど平坦ではない表面およびより大きなＣＴＥ不整合に対する耐性の利点を組み合わせる。

一実施形態では、剛性相互接続構造は、成形プロセスを通じて製造され、それによって、対応する金属ワイヤのセットを含む１つまたは複数の金属ワイヤ層が成形フレーム内に配置され、これはその後、エポキシ樹脂またはプラスチックのような成形コンパウンドを充填される。成形コンパウンドが硬化または固まると、結果生じる剛性相互接続構造が成形フレームから取り外され、ダイの上面を剛性相互接続構造内に収容するように、たとえば、研削、化学エッチング、またはレーザアブレーションを通じて空洞が形成される。別の実施形態では、空洞は、成形フレーム内の対応する突出部分（projection）を使用することによって、成形プロセス中に形成される。代替的には、剛性相互接続構造は、積層プロセスにおいて形成されてもよく、それによって、絶縁体部材および導電性相互接続の水平導電性構成要素を形成するために交互になった絶縁体層および導電層が製造される。その後、導電性相互接続の垂直導電性構成要素を提供するために、結果生じる構造内に金属化ビア（metalized via）が形成され得る。

説明を容易にするために、本開示の技法は、単一のダイが剛性相互接続構造を介してパッケージ基板に接続される例示的な文脈において説明される。しかしながら、本開示はこの例示的な文脈には限定されない。そうではなく、本明細書に記載の技法は、本開示の範囲から逸脱することなく、複数のダイをパッケージ基板に電気的に接続する剛性相互接続構造を製造および集積するのに使用され得る。

図１は、本開示の少なくとも１つの実施形態による、デバイスパッケージ１０２を実装する電子デバイス１００の断面図を示す。デバイスパッケージ１０２は、剛性相互接続構造１０８を介して電気的に結合されるパッケージ基板１０４およびダイ１０６を備える。デバイスパッケージ１０２は、電子デバイス１００内に実装するためにプリント回路基板（ＰＣＢ）または他のキャリア１１０に電気的に結合される。電子デバイス１００は、自動車または他の車両の電子制御システム、携帯電話、タブレットコンピュータ、またはノートブックコンピュータのような携帯電子デバイス、デスクトップコンピュータ、サーバなどのようなさまざまな電子デバイスのいずれかを含むことができる。

パッケージ基板１０４は、デバイスパッケージ１０２を、ボールピン１１２のような１つまたは複数の相互接続ピンを介してキャリア１１０に物理的かつ電気的に接続するインターポーザまたは他の基板を含む。パッケージ基板１０４は、たとえば、ＦＲ４エポキシもしくはビスマレイミドトリアジン（ＢＴ）樹脂の１つまたは複数の層から成る剛性基板を含むことができるか、または、パッケージ基板１０４は、たとえば、ポリイミドもしくは他のポリマーから成るテープ基板のような可撓性基板を含むことができる。ダイ１０６は、その上に半導体集積回路デバイスまたは微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）が形成される１つまたは複数の基板層を備える。１つまたは複数の基板層は、たとえば、単結晶シリコンダイ、エピタキシャルダイ、シリコン・オン・インシュレータ（ＳＯＩ）ダイ、または液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）ガラス基板のような絶縁基板の複合ウェハ、および半導体層などを含むことができる。ダイ１０６は、上面１１４および底面１１６（「上」および「底」は図１に示されている向きに対するものである）と符号が付される２つの対向する主面を含む。ダイ１０６は、底面１１６がパッケージ基板１０４の上面１２０に向き合って隣接するように、パッケージ基板１０４に接着接合または他の様態で（ねじ、蝶番（ｃｌａｍ）、またはピンなどを介して）固定される。ダイ１０６は、上面１１４に配置されるボンドパッド１２２を含む。ボンドパッド１２２は、ダイ１０６の対応するＩＣデバイスまたはＭＥＭＳに電気的に結合される。同様に、パッケージ基板１０４は、上面１２０にボンドパッド１２４を含む。

剛性相互接続構造１２８は、剛性絶縁体構造１２８によって封入される複数の導電性相互接続１２６を備える。剛性絶縁体構造１２８は、底面１３２に形成される空洞１３０を有し、それによって、空洞１３０は、底面１３２によって形成される平面と剛性絶縁体構造１２８の上面１３６によって形成される平面との間の平面内に上面１３４を有する。空洞１３０は、ダイ１０６の上部を包含または他の様態で収容するような寸法にされ、それによって、ダイ１０６が挿入または他の様態で空洞１３０内に位置付けられると空洞１３０の上面１３４はダイ１０６の上面１１４に近接する。寸法決定の一部として、空洞１３０は、表面１１４が表面１３４に近接すること、および、表面１３２がパッケージ基板１０４の表面１２０に近接することの両方を許容する深さを含む。はんだ接合部１２２は表面１１４および１３４を分離し、はんだ接合部１４４は表面１２０および１３２を分離するため、この条件は、空洞１３０を、はんだ接合部１４４の高さを差し引いた、表面１２０からの表面１１４の高さと、はんだ接合部１４２の高さとの合計にほぼ等しい深さを有するように製造することによって達成されることができる。

導電性相互接続１２６は各々、空洞１３０の上面１３４に配置される一方の端部（端部１３８）と、底面１３２に配置される第２の端部（端部１４０）とを備える。導電性相互接続１２６の端部１３８は、はんだバンプ１４２を介してダイ１０６の対応するボンドパッド１２２に結合される。導電性相互接続１２８の端部１４０は、はんだバンプ１４４を介して基板１０４の対応するボンドパッド１２４に結合される。剛性相互接続構造１０８、ダイ１０６、およびパッケージ基板１０４の間の任意の間隙は、アンダーフィル構造１５０を形成するようにアンダーフィルプロセスを使用して充填され得る。アンダーフィル構造１５０は、それぞれ、ダイ１０６の上面１１４と剛性相互接続構造１０８の表面１３４との間、および、パッケージ基板１０４の上面１２０と剛性相互接続構造の表面１３２との間に配置されるアンダーフィル層１５１を含む。このアンダーフィル層１５１は、より大きな機械的完全性を提供するように、さらに剛性相互接続構造１０８をダイ１０６およびパッケージ基板１０４に接着し得る。

図３〜図７を参照して下記により詳細に説明されるように、一実施形態では、剛性相互接続構造１０８は、成形フレーム内に金属ワイヤの１つまたは複数の層を位置付け、その後、金属ワイヤを成形コンパウンド内に封入して剛性相互接続構造１０８を形成することによって形成され、それによって、金属ワイヤは、導電性相互接続１２６を含み、そのように成形される成形コンパウンドは剛性絶縁体構造１２８を含む。成形コンパウンドは、たとえば、エポキシ樹脂、有機プラスチック基板、封入液、またはセラミック、および、窒化アルミニウム（ＡＩＮ）、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）、またはベリリア（ＢｅＯ）のようなさまざまな他の化合物を含んでよい。代替的には、図８を参照して下記により詳細に説明されるように、剛性相互接続構造１０８は、従来の半導体処理技法を、複数の交互配置される絶縁体層および金属配線層（metal routing layer）を積層し、その後、金属配線層にある金属トレースを表面１３２および１３４に接続するために導電性ビアを形成するように適合させることによって形成されることができる。したがって、各金属配線層にある金属トレースは、対応する導電性相互接続１２６の水平部材を形成し、導電性ビアは対応する導電性相互接続１２６の垂直部材を形成する（「水平」および「垂直」は図１を見る向きに対するものである）。

図１によって示されているように、導電性相互接続１２６は、従来のワイヤボンディング技法と同様にダイ１０６がパッケージ基板１０４とともに正しい方向に置かれることを可能にするように、ダイ１０６のボンドパッド１２２を（はんだバンプ１４２および１４４を介して）パッケージ基板１２４のボンドパッド１２４に電気的に接続する。しかしながら、従来のワイヤボンディング技法とは異なり、各導電性相互接続１２６を封入する剛性絶縁体構造が各導電性相互接続１２６を他方から電気的かつ機械的に分離するため、剛性相互接続構造１０８は、ワイヤ短絡の影響をより受けにくい。その上、ダイ１０６と剛性絶縁体構造１２８との間、および、パッケージ基板１０４と剛性絶縁体構造１２８との間のＣＴＥ不整合は、ダイ１０６とパッケージ基板１０４との間のＣＴＥ不整合よりも小さいものであるため、剛性相互接続構造１０８を使用してダイ１０６およびパッケージ基板１０４を相互接続する上記の技法は、ダイ１０６およびパッケージ基板１０４を相互接続するために従来のフリップチップ相互接続技法を使用するよりもはんだ接合部亀裂の影響を受けにくい。

図２は、本開示の少なくとも１つの実施形態による剛性相互接続構造１０８の底面１３２の斜視図を示す。図示および上述のように、剛性相互接続構造１０８は、剛性絶縁体構造１２８内に封入される複数の導電性相互接続１２６を含み、それによって、空洞１３０が底面１３２に形成される。同じく上述のように、空洞１３０は、ダイ１０６の上部を収容するような寸法にされる。したがって、空洞１３０は、ダイ１０６の表面１１４を空洞１３０の表面１３４に近接して、および、パッケージ基板１０４の表面１２０を剛性相互接続構造１０８の表面１３２に近接して配置するために、ダイ１０６の上面１１４の幅よりも広い幅２０２、上面１１４の長さよりも長い長さ２０４、および、ダイ１０６が空洞１３０内に挿入されることを許容する深さ２０６を含む。図１を参照して上述したように、この深さ２０６は、はんだ接合部１４４（図１）の高さを差し引いた、表面１１４の表面１２０からの高さとはんだ接合部１４２（図１）の高さとの合計にほぼ等しくすることができる。図２は、空洞１３０が長方形の外周を有する一例を示しているが、空洞１３０はさまざまな形状のうちのいずれかを有してもよい。たとえば、空洞１３０は円形の外周を有し、したがって円柱の容積をとってもよい。

一実施形態では、表面１３２および１３４において露出する導電性相互接続１２６の端部の寸法は、リフローされたはんだを介した信頼可能な電気的結合をもたらすのに十分である。別の実施形態では、はんだ接合を容易にするためにボンドパッド２０８が導電性相互接続１２６の端部に形成されてもよい。さらに、はんだ接合部１２２および１２４（図１）を形成するために、はんだバンプ２１０がボンドパッド２０８に（または、導電性相互接続１２６の露出した端部に直接）形成されてもよく、その後、剛性相互接続構造１０８がダイ１０６およびパッケージ基板１０４の上に位置付けられ、それによって、はんだバンプ２１０がボンドパッド２０８（または導電性相互接続１２６の露出した端部）およびダイ１０６およびパッケージ基板１０４の対応するボンドパッド１２２または１２４の両方と接触するようになる。その後、はんだバンプ２１０はリフローされて導電性相互接続１２６をボンドパッド１２２および１２４に接続する、対応するはんだ接合部が形成され得る。別の実施形態では、はんだ接合部は代わりに、剛性相互接続構造１０８のボンドパッド２０８ではなく、それぞれ、ダイ１０６のボンドパッド１２２およびパッケージ基板１０４のボンドパッド１２４に形成されてもよい。

図３〜図７は、剛性相互接続構造１０８の事前成形実装を使用してデバイスパッケージ１０２を製造するプロセスを示し、それによって、金属ワイヤを含む１つまたは複数の積層金属ワイヤ層を含む金属ワイヤスタック（導電性相互接続１２６の１つの実施形態）が、所望の形状を有する成形フレーム内で硬化または固まる成形コンパウンド内に封入される。

図３は、本開示の少なくとも１つの実施形態による、金属ワイヤ層３００を積層する準備のプロセスを示す。描かれている図において、金属ワイヤ３０２は、空洞１３０（図２）のロケーションに対応する中心領域３０４から広がるように構成される。描かれている例では、金属ワイヤ３０２は４セットにグループ分けされる。別の例として、金属ワイヤ３０２は、中心領域から実質的に円形に放射状に広がってもよい。金属ワイヤ３０２は、主成分としてたとえば、銅（Ｃｕ）、アルミニウム（Ａｌ）、金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）、およびニッケル（Ｎｉ）のうちの１つまたは複数を含むことができる。一実施形態では、積層されたときに金属ワイヤ層３００の金属ワイヤ３０２を物理的に分離して金属ワイヤ３０２間の短絡を防止するとともに、熱可塑性テープまたは非導電性クリップが使用されて金属ワイヤ層３００同士を互いから物理的に分離してもよい。示されている実施形態では、熱可塑性テープの細片３０６が４セットの金属ワイヤ３０２の各々に使用されている。金属ワイヤ層３００を形成するために、金属ワイヤ層３０２は、屈曲または他の様態で操作されて、各金属ワイヤ３０２について水平部材および２つの垂直部材を形成する。他の実施形態では、金属ワイヤ層３００は、結果もたらされる剛性相互接続構造１０８において金属ワイヤ３０２の所望のルーティングを達成するために、垂直部材と水平部材との他の組み合わせになるように操作されてもよい。

図４は、本発明の少なくとも１つの実施形態による、金属ワイヤスタック４００を生成するために金属ワイヤ層を積層するプロセスを示す。描かれている例では、金属ワイヤスタック４００は、図３に関連して説明されたプロセスにしたがって形成され、その後、順次その上に積層された３つの金属ワイヤ層（金属ワイヤ層４０２、４０４、および４０６）を含む。金属ワイヤ層４０２、４０４、および４０６は、各金属ワイヤ層の金属ワイヤ３０２間に十分な物理的分離をもって下方の金属ワイヤ層の上に積み重なることを可能にするように順次寸法が大きくなるようにされるとともに、金属ワイヤ層の各金属ワイヤ３０２の一方の端部が最終的にダイ１０６の対応するボンドパッド１２２のロケーションに対応することになる領域３０４の対応するロケーションに位置付けられ、金属ワイヤ層の各金属ワイヤ３０２の他方の端部が最終的にパッケージ基板１０４の対応するボンドパッド１２４のロケーションに対応することになる領域３０４の周りの対応するロケーションに位置付けられるような寸法にされる。

図５は、本開示の少なくとも１つの実施形態による、金属ワイヤスタック４００の周りに剛性絶縁体構造１２８を成形することによって金属ワイヤスタック４００を封入するプロセスを示す。断面図５０２によって示されているように、離型材（mold release material）が、所望の形状の剛性絶縁体構造１２８を提供するために屈曲成形された成形フレーム５０４に適用され、その後、金属ワイヤスタック４００が成形フレーム５０４内に位置付けられる。断面図５０６によって示されているように、その後、成形コンパウンド５０８が成形フレーム５０４に注入または他の様態で移送され、それによって、金属ワイヤスタック５０４が成形コンパウンド５０８によって封入される。断面図５１０によって示されているように、成形コンパウンド５０８が硬化または固まった後、結果もたらされるワークピース５１２が成形フレーム５０４から取り外される。

成形コンパウンド５０８は、エポキシ樹脂（ＦＲ４もしくはＢＴ樹脂または封入液など）、有機プラスチック基板（ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）、およびポリカーボネートなど）、およびセラミックなどを含むが、これらには限定されない、硬化または固まって剛性構造になるさまざまな絶縁体成形コンパウンドのうちのいずれかを含むことができる。たとえば、成形コンパウンド５０８は、エポキシ樹脂、フェノール系硬化剤、シリカ、触媒、顔料、および離型剤を含むことができる。成形コンパウンド５０８は、たとえば、耐湿性が高く、したがって、プラスチックＩＣパッケージにおける「ポップコーン(popcorn)」破壊の発生を低減する、いわゆる「グリーン成形コンパウンド（green molding compound）」を含むことができる。代替的には、デバイスの動作に影響を与えるα線事象の確率を低減するために、含まれる放射性同位体の量がより少ない低α線成形コンパウンドが使用されてもよい。ワイヤ短絡およびワイヤ流れの問題の可能性を軽減する、結果もたらされる絶縁体構造１２８の剛性に起因して、広範な標準的成形コンパウンドのいずれかが使用されてよい。

図６は、本開示の少なくとも１つの実施形態による、ワークピース５１２から剛性相互接続構造１０８を生成するプロセス、および、結果もたらされる剛性相互接続構造１０８を使用してデバイスパッケージ１０２を製造するプロセスを示す。断面図６０２によって示されているように、物質除去プロセスが使用されて、ワークピース５１２の底面６３２（底面１３２に対応する）に空洞１３０が形成される。空洞１３０は、たとえば、選択的化学エッチング、レーザエッチングもしくはアブレーション、または、たとえば切削工具としてダイヤモンドもしくは炭化ケイ素研削砥石を使用した機械的研削および研磨を通じてそのように形成され得る。さらにまた、物質除去プロセスが、表面６３２に適用されて、表面６３２をより平坦にするか、残されたバリを除去するか、または表面６３２において露出した金属ワイヤ３０２の金属を粗くしてはんだ接着またはボンドパッド接着を向上させてもよい。

断面図６０４によって示されているように、結果もたらされる剛性相互接続構造１０８は、ダイ１０６およびパッケージ基板１０４の上に重なるように位置付けられ、それによって、ダイ１０６は剛性相互接続構造１０８の空洞１３０内に入り込む。描かれている例では、剛性相互接続構造１０８が位置付けられる前に、ダイ１０６およびパッケージ基板１０４の対応するボンドパッドにはんだバンプ６０６が形成されている。上述のように、はんだバンプ６０６は代わりに、剛性相互接続構造１０８の対応するボンドパッドに形成されてもよい。

断面図６０６によって示されているように、剛性相互接続構造１０８を位置付けた後、結果もたらされるワークピースがはんだリフロープロセスを受けてはんだバンプ６０６がリフローされ、したがって、剛性相互接続構造１０８の金属ワイヤ３０２の端部をダイ１０６の対応するボンドパッド１２２（図１）およびパッケージ基板１０４のボンドパッド１２４（図１）に電気的かつ物理的に結合するはんだ接合部が形成される。はんだリフロー後、アンダーフィル構造１５０がアンダーフィルプロセスを使用して形成され、剛性相互接続構造１０８、ダイ１０６、およびパッケージ基板１０４の間の任意の間隙が充填され得、それによって、アンダーフィル構造は、ダイ１０６、パッケージ１０４、および剛性相互接続構造１０８の間に配置されるアンダーフィル層１５１（図１）を含む。この例の目的のために、デバイスパッケージ１０２の製造は完了したとみなされ得、したがって、デバイスパッケージ１０２はバーンイン、検査、および電子デバイス１００（図１）内に実装する準備における他の処理を受け得る。

図７は、本開示の少なくとも１つの実施形態による空洞１３０を形成する代替の手法を示す。空洞１３０を形成するためにワークピース５１２から物質を除去するために物質除去プロセスを採用するのではなく、空洞１３０が代わりに成形プロセスの一部として形成され得る。断面図７０２によって示されているように、意図される空洞１３０の寸法および形状に対応する突出部分７０６を組み込んだ成形フレーム７０４が、金属ワイヤスタック４００の周りに成形コンパウンド５０８を成形するのに使用され得る。断面図７０８に示されているように、空洞１３０は、成形フレーム７０４から除去されるときにワークピース７１２内に突出部分７０６によって形成される。その後、ワークピース７１２は上述の剛性相互接続構造１０８として使用する準備においてさらに処理され得る。

図８は、本開示の少なくとも１つの実施形態による、交互になった絶縁体層および金属層を通じた積層手法を使用してデバイスパッケージ１０２を製造するプロセスを示す。断面図８０２によって示されているように、ワークピース８０４（最終的には結果として剛性相互接続構造１０８になる）が、ベース絶縁体層８１０の上面８０８に金属層８０６を製造することによって形成される。ベース絶縁体層は、シリコンベースの物質、石英ベースの物質、またはセラミックベースの物質のような、さまざまな剛性絶縁体物質のうちのいずれかを含むことができる。金属層８０６は、アルミニウム、銅、銀、金、またはニッケルのようなさまざまな金属または金属の組み合わせのうちのいずれかを含むとともに、たとえば、従来の半導体製造に見られるさまざまな金属化プロセスのうちのいずれかを使用して形成され得る金属トレース８１２を含む。金属トレース８１２の各々は、第１の導電性相互接続層の対応する導電性相互接続１２６（図１）の水平部材を実装する。断面図８１２によって示されているように、第２の絶縁体層８１４が、金属層８０６およびベース絶縁体層８１０の上に重なって形成され、第２の金属層８１６が第２の絶縁体層８１４の上面８１８上に形成され得る。金属層８１６は、第２の導電性相互接続層の対応する導電性相互接続１２６の水平部材を実装する金属トレース８２０を含む。描写８２２によって示されているように、このプロセスは、第２の絶縁体層８１４および金属層８１６の上に重なる第３の絶縁体層８２６の上面に金属トレース８２４を形成するために反復され得る。金属トレース８２４は、第３の導電性相互接続層の対応する導電性相互接続１２６の水平部材を実装する。この例では、合計で３つの導電性相互接続層があり、したがって第３の金属層は第４の絶縁体層８２８または保護層によって封止され得る。

描写８３０によって示されているように、絶縁体層を通じてビア８３２をエッチングまたは他の様態で形成することによってワークピース８０４内に導電性相互接続１２６の垂直部材が形成され、各ビア８３２は、ワークピース８０４の表面８３４からワークピース８０４の金属層のうちの１つにある対応する金属トレースの対応する端部まで延在する。描写８３６によって示されているように、ビア８３２はその後電気めっきまたは他の様態で金属を充填され、それによって、導電性相互接続１２６の垂直部材が形成される。その後、結果もたらされるワークピース８０４が、図６の断面図６０２に関連して上述したように空洞１０３（図１）を形成するために物質除去プロセスを受け、剛性相互接続構造１０８が作成され得る。

本開示の１つの態様によれば、方法は、絶縁体構造内に包含される複数の導電性相互接続を備える相互接続構造を提供することを含み、絶縁体構造は第１の表面にある空洞を備え、各導電性相互接続は、空洞の表面にある第１の端部と第１の表面にある第２の端部とを備える。方法は、複数の導電性相互接続の各々をパッケージ基板の対応するボンドパッドおよびダイの対応するボンドパッドに結合することをさらに含む。一実施形態では、ダイの第１の表面はパッケージ基板の第１の表面と対向し、複数の導電性相互接続の各々を結合することは、複数の導電性相互接続の各々の第１の端部を、ダイの第２の表面にある複数の第１のボンドパッドのうちの対応する第１のボンドパッドに結合するとともに、導電性相互接続の各々の第２の端部を、基板の第１の表面にある複数の第２のボンドパッドのうちの対応する第２のボンドパッドに結合することを含む。複数の導電性相互接続の各々を結合することは、複数の導電性相互接続の各々の第１の端部に第１のはんだバンプを形成するとともに、導電性相互接続の各々の第２の端部に第２のはんだバンプを形成すること、各第１のはんだバンプが対応する第１のボンドパッドの上に重なるとともに、各第２のはんだバンプが対応する第２のボンドパッドの上に重なるように相互接続構造、パッケージ基板、およびダイを位置付けること、複数の導電性相互接続を第１のボンドパッドおよび第２のボンドパッドに結合するためにはんだリフロープロセスを実行することを含むことができる。代替的には、複数の導電性相互接続の各々を結合することは、各第１のボンドパッドに第１のはんだバンプを形成するとともに、各第２のボンドパッドに第２のはんだバンプを形成すること、各第１のはんだバンプが対応する導電性相互接続の第１の端部に近接するとともに、各第２のはんだバンプが対応する導電性相互接続の第２の端部に近接するように相互接続構造、パッケージ基板、およびダイを位置付けること、複数の導電性相互接続を第１のボンドパッドおよび第２のボンドパッドに結合するためにはんだリフロープロセスを実行することを含むことができる。

一実施形態では、複数の導電性相互接続の各々は、第１の導電性ビアによって空洞の表面に接続される一方の端部、および、第２の導電性ビアによって相互接続構造の第１の表面に接続されるもう一方の端部を有する金属トレースを備え、第１の導電性ビアは導電性相互接続の第１の端部を含み、第２の導電性ビアは導電性相互接続の第２の端部を含む。この実施形態では、相互接続構造を形成することは、複数の金属層と交互にされる複数の絶縁体層を形成することであって、各金属層は、導電性相互接続の対応するサブセットの各々の金属トレースを含む、前記形成すること、複数の絶縁体層のうちの１つまたは複数を通じて導電性相互接続の第１の導電性ビアおよび第２の導電性ビアを形成することを含む。

一実施形態では、導電性相互接続は金属ワイヤを含み、絶縁体構造は成形コンパウンドから成り、相互接続構造を形成することは、複数の金属ワイヤ層を成形フレーム内に積層することであって、各金属ワイヤ層は金属ワイヤの対応するサブセットを含み、金属ワイヤ層の各金属ワイヤは同じ金属ワイヤ層および他の金属ワイヤ層の金属ワイヤから電気的に絶縁される、前記積層すること、複数の金属ワイヤ層を封入するために成形コンパウンドを金属フレームに移送することを含む。

複数の導電性相互接続の各々を、パッケージ基板の対応するボンドパッドおよびダイの対応するボンドパッドに結合することは、相互接続構造をダイおよびパッケージ基板に対して、空洞がダイの表面を包含するとともに、相互接続構造の表面が基板の表面に近接するように位置付けること、複数の導電性相互接続の各々の第１の端部を、ダイの表面にある対応するボンドパッドに結合するとともに、複数の導電性相互接続の各々の第２の端部を、パッケージ基板の表面にある対応するボンドパッドに結合するために、はんだリフロープロセスを実行することを含むことができる。

本開示の別の態様によれば、方法は、成形された相互接続構造を形成するために絶縁体成形コンパウンド内に複数の金属ワイヤを封入すること、複数の金属ワイヤを封入した後に、複数の金属ワイヤの各々をパッケージ基板の対応するボンドパッドおよびダイの対応するボンドパッドに結合することを含む。方法は、成形された相互接続構造の第１の表面に空洞を形成することをさらに含むことができ、空洞はダイを収容するような寸法にされるとともに、複数の金属ワイヤの各々の第１の端部へのアクセスを提供する。空洞を形成することは、成形コンパウンド内に複数の金属ワイヤを封入した後に第１の表面において成形された相互接続構造から物質を除去することを含むことができ、成形された相互接続構造から物質を除去することは、機械的研削プロセス、選択的化学エッチングプロセス、またはレーザ・アブレーション・プロセスのうちの少なくとも１つを含む。空洞を形成することは、空洞に対応する突出部分を有する成形フレームを提供することを含むこともでき、絶縁体成形コンパウンド内に複数の金属ワイヤを封入することは、成形フレームを使用して絶縁体成形コンパウンド内に複数の金属ワイヤを封入することを含む。

１つの実施形態では、方法は、成形フレームを提供すること、複数の金属ワイヤを成形フレーム内に位置付けること、絶縁体成形コンパウンドを成形フレームに移送することを含む。複数の金属ワイヤを成形フレーム内に位置付けることは、複数の金属ワイヤ層を成形フレーム内に積層することを含むことができ、各金属ワイヤ層は、複数の金属ワイヤの対応するサブセットを含み、金属ワイヤ層の各金属ワイヤは、同じ金属ワイヤ層および他の金属ワイヤ層の金属ワイヤから電気的に絶縁される。

方法は、ダイの第１の表面を基板の第１の表面に固定すること、複数の金属ワイヤの各々の第１の端部を、ダイの第２の表面にある複数のボンドパッドのうちの対応するボンドパッドに結合するとともに、複数の金属ワイヤの各々の第２の端部を、基板の第１の表面にある複数のボンドパッドのうちの対応するボンドパッドに電気的に結合することをさらに含むことができる。

本開示の別の態様によれば、デバイスパッケージは、基板であって、当該基板の第１の表面に配置される第１の複数のボンドパッドを有する、前記基板と、基板の第１の表面と向き合う第１の表面、および第１の表面と反対の第２の表面を有するダイであって、当該ダイは、当該ダイの第２の表面に配置される第２の複数のボンドパッドをさらに備える、前記ダイと、絶縁体構造内に包含される複数の導電性相互接続を備える相互接続構造であって、複数の導電性相互接続の各々は、第１の複数のボンドパッドのうちの対応するボンドパッドおよび第２の複数のボンドパッドのうちの対応するボンドパッドに結合される、前記相互接続構造と、相互接続構造と基板の第１の表面およびダイの第１の表面のうちの少なくとも一方との間に配置されるアンダーフィル層とを備える。

一実施形態では、相互接続構造は、第１の表面にある空洞であって、当該空洞はダイの少なくとも第２の表面を包含する、前記空洞と、複数の金属層と交互にされる複数の絶縁体層であって、各金属層は１つまたは複数の金属トレースを含む、前記複数の絶縁体層と、導電性ビアであって、各導電性ビアは、金属トレースの対応する端部に接続するために、相互接続構造の第１の表面から複数の絶縁体層のうちの１つまたは複数を通じて延在する、前記導電性ビアとを備え、導電性相互接続の各々は、対応する金属層にある金属トレースのうちの１つと、金属トレースの端部に接続される導電性ビアとを備える。１つの実施形態では、相互接続構造は、基板の第１の表面に近接する第１の表面にある空洞を備え、空洞はダイの少なくとも第２の表面を包含し、絶縁体構造は成形コンパウンドから成り、金属ワイヤスタックは成形コンパウンドによって封入され、当該金属ワイヤスタックは複数の金属ワイヤ層を含み、各金属ワイヤ層は、金属ワイヤスタックの他の金属ワイヤから電気的に絶縁される複数の金属ワイヤを含み、各導電性相互接続は、金属ワイヤスタックの対応するワイヤを含む。複数の金属ワイヤ層は、熱可塑性テープによって分離されることができる。

本明細書において、「第１の」、「第２の」などのような関係語は、或る実体または動作を別の実体または動作から区別するためにのみ使用され得、そのような実体もしくは動作の間の何らかの実際の関係もしくは順序、または、そのような実体および特許請求される要素の間の何らかの実際の関係もしくは順序を必ずしも必要とせず、暗示もしていない。用語「含む」、「有する」またはそれらの任意の変化形は、本明細書において使用される場合、備えるとして定義される。

本開示の他の実施形態、使用、および利点は、当業者には、本明細書、および本明細書において開示されている開示の実践を考慮することから明らかとなろう。本明細書および図面は例示としてのみみなされるべきであり、本開示の範囲は、したがって、以下の特許請求の範囲およびその均等物のみによって限定されることが意図される。

なお、一般的な説明において上述されている活動または要素のすべてが必要であるとは限らず、特定の活動またはデバイスの一部は必要とされない場合があり、記載されているものに加えて、さらなる活動が実行されてもよく、またはさらなる要素が含まれてもよい。またさらに、活動がリストされている順序は、必ずしもそれらが実行される順序であるとは限らない。

また、概念は特定の実施形態に関連して説明されている。しかしながら、下記の特許請求の範囲に明記されているような本開示の範囲から逸脱することなくさまざまな改変および変更を為すことができることを当業者は諒解する。したがって、本明細書および図面は限定的な意味ではなく例示とみなされるべきであり、すべてのこのような改変が本開示の範囲内に含まれることが意図されている。

利益、他の利点、および問題に対する解決策が具体的な実施形態に関連して上記で説明された。しかしながら、利益、利点、問題に対する解決策、および、任意の利益、利点、または解決策を発生させまたはより明白にする任意の特徴（複数の場合もあり）は、特許請求項のいずれかまたはすべての決定的な、必要とされる、または必須の特徴であると解釈されるべきではない。

１０４…パッケージ基板、１０６…ダイ、１０８…相互接続構造、１２２，１２４…ボンドパッド、１２６…導電性相互接続、１２８…絶縁体構造、１３０…空洞。

Claims

方法であって、
絶縁体構造内に包含される複数の導電性相互接続を含む相互接続構造を提供することであって、前記絶縁体構造は第１の表面にある空洞を含み、各導電性相互接続は、前記空洞の表面にある第１の端部と前記第１の表面にある第２の端部とを含む、前記相互接続構造を提供すること、
前記複数の導電性相互接続の各々をパッケージ基板の対応するボンドパッドおよびダイの対応するボンドパッドに結合することを備える、方法。
前記ダイの第１の表面は、前記パッケージ基板の第１の表面と対向し、
前記複数の導電性相互接続の各々を結合することは、
前記複数の導電性相互接続の各々の前記第１の端部を、前記ダイの第２の表面にある複数の第１のボンドパッドのうちの対応する第１のボンドパッドに結合し、且つ前記複数の導電性相互接続の各々の前記第２の端部を、前記基板の前記第１の表面にある複数の第２のボンドパッドのうちの対応する第２のボンドパッドに結合することを含む、請求項１に記載の方法。
前記複数の導電性相互接続の各々を結合することは、
前記複数の導電性相互接続の各々の前記第１の端部に第１のはんだバンプを形成し、且つ前記導電性相互接続の各々の前記第２の端部に第２のはんだバンプを形成すること、
各第１のはんだバンプが対応する第１のボンドパッドの上に重なるとともに、各第２のはんだバンプが対応する第２のボンドパッドの上に重なるように前記相互接続構造、前記パッケージ基板、および前記ダイを位置付けること、
はんだリフロープロセスを実行して前記複数の導電性相互接続を前記第１のボンドパッドおよび前記第２のボンドパッドに結合することを含む、請求項２に記載の方法。
前記複数の導電性相互接続の各々を結合することは、
各第１のボンドパッドに第１のはんだバンプを形成し、且つ各第２のボンドパッドに第２のはんだバンプを形成すること、
各第１のはんだバンプが対応する導電性相互接続の前記第１の端部に近接するとともに、各第２のはんだバンプが対応する導電性相互接続の前記第２の端部に近接するように前記相互接続構造、前記パッケージ基板、および前記ダイを位置付けること、
はんだリフロープロセスを実行して前記複数の導電性相互接続を前記第１のボンドパッドおよび前記第２のボンドパッドに結合することを含む、請求項２に記載の方法。
前記複数の導電性相互接続の各々は、第１の導電性ビアによって前記空洞の前記表面に接続される一方の端部、および、第２の導電性ビアによって前記相互接続構造の前記第１の表面に接続される他方の端部を有する金属トレースを備え、
前記第１の導電性ビアは、前記導電性相互接続の前記第１の端部を含み、
前記第２の導電性ビアは、前記導電性相互接続の前記第２の端部を含み、
前記相互接続構造を形成することは、
複数の金属層と交互にされる複数の絶縁体層を形成することであって、各金属層は、前記導電性相互接続の対応するサブセットの各々の前記金属トレースを含む、前記複数の絶縁体層を形成すること、
前記複数の絶縁体層のうちの１つまたは複数を通じて前記導電性相互接続の前記第１の導電性ビアおよび前記第２の導電性ビアを形成することを含む、請求項１に記載の方法。
前記導電性相互接続は金属ワイヤを含み、
前記絶縁体構造は成形コンパウンドから成り、
前記相互接続構造を形成することは、
複数の金属ワイヤ層を前記成形フレーム内に積層することであって、各金属ワイヤ層は前記金属ワイヤの対応するサブセットを含み、金属ワイヤ層の各金属ワイヤは同じ前記金属ワイヤ層および他の前記金属ワイヤ層の前記金属ワイヤから電気的に絶縁される、前記積層すること、
前記成形コンパウンドを前記金属フレームに移送して前記複数の金属ワイヤ層を封入することを含む、請求項１に記載の方法。
前記複数の導電性相互接続の各々を、パッケージ基板の対応するボンドパッドおよびダイの対応するボンドパッドに結合することは、
前記相互接続構造を前記ダイおよびパッケージ基板に対して、前記空洞が前記ダイの表面を包含するとともに、前記相互接続構造の前記表面が前記基板の表面に近接するように位置付けること、
はんだリフロープロセスを実行して、前記複数の導電性相互接続の各々の前記第１の端部を、前記ダイの前記表面にある対応するボンドパッドに結合するとともに、前記複数の導電性相互接続の各々の前記第２の端部を、前記パッケージ基板の前記表面にある対応するボンドパッドに結合することを含む、請求項１に記載の方法。
請求項１に記載の方法にしたがって製造されるデバイスパッケージ。
方法であって、
絶縁体成形コンパウンド内に複数の金属ワイヤを封入して、成形された相互接続構造を形成すること、
前記複数の金属ワイヤを封入した後に、前記複数の金属ワイヤの各々をパッケージ基板の対応するボンドパッドおよびダイの対応するボンドパッドに結合することを備える、方法。
前記成形された相互接続構造の第１の表面に空洞を形成することをさらに備え、
前記空洞は、前記ダイを収容するような寸法にされるとともに、前記複数の金属ワイヤの各々の第１の端部へのアクセスを提供する、請求項９に記載の方法。
前記空洞を形成することは、前記成形コンパウンド内に前記複数の金属ワイヤを封入した後に前記第１の表面において前記成形された相互接続構造から物質を除去することを含み、
前記成形された相互接続構造から物質を除去することは、機械的研削プロセス、選択的化学エッチングプロセス、またはレーザ・アブレーション・プロセスのうちの少なくとも１つを含む、請求項１０に記載の方法。
前記空洞を形成することは、
前記空洞に対応する突出部分を有する成形フレームを提供することを含み、
前記絶縁体成形コンパウンド内に前記複数の金属ワイヤを封入することは、前記成形フレームを使用して前記絶縁体成形コンパウンド内に前記複数の金属ワイヤを封入することを含む、請求項１０に記載の方法。
成形フレームを提供すること、
前記複数の金属ワイヤを前記成形フレーム内に位置付けること、
絶縁体成形コンパウンドを前記成形フレームに移送することをさらに含む、請求項９に記載の方法。
前記複数の金属ワイヤを前記成形フレーム内に位置付けることは、
複数の金属ワイヤ層を前記成形フレーム内に積層することを含み、
各金属ワイヤ層は、複数の金属ワイヤの対応するサブセットを含み、
金属ワイヤ層の各金属ワイヤは、同じ前記金属ワイヤ層および他の前記金属ワイヤ層の前記金属ワイヤから電気的に絶縁される、請求項１３に記載の方法。
前記ダイの第１の表面を前記基板の第１の表面に固定すること、
前記複数の金属ワイヤの各々の第１の端部を、前記ダイの第２の表面にある複数のボンドパッドのうちの対応するボンドパッドに結合するとともに、前記複数の金属ワイヤの各々の第２の端部を、前記基板の前記第１の表面にある複数のボンドパッドのうちの対応するボンドパッドに電気的に結合することをさらに含む、請求項９に記載の方法。
請求項９に記載の方法にしたがって製造されるデバイスパッケージ。
デバイスパッケージであって、
基板であって、該基板の第１の表面に配置される第１の複数のボンドパッドを有する、前記基板と、
前記基板の前記第１の表面と向き合う第１の表面、および該第１の表面と反対の第２の表面を有するダイであって、該ダイは、該ダイの前記第２の表面に配置される第２の複数のボンドパッドをさらに含む、前記ダイと、
絶縁体構造内に包含される複数の導電性相互接続を備える相互接続構造であって、前記複数の導電性相互接続の各々は、前記第１の複数のボンドパッドのうちの対応するボンドパッドおよび前記第２の複数のボンドパッドのうちの対応するボンドパッドに結合される、前記相互接続構造と、
前記相互接続構造と前記基板の前記第１の表面および前記ダイの前記第１の表面のうちの少なくとも一方との間に配置されるアンダーフィル層とを備える、デバイスパッケージ。
前記相互接続構造は、
第１の表面にある空洞であって、該空洞は前記ダイの少なくとも前記第２の表面を包含する、前記空洞と、
複数の金属層と交互にされる複数の絶縁体層であって、各金属層は１つまたは複数の金属トレースを含む、前記複数の絶縁体層と、
導電性ビアであって、各導電性ビアは、前記相互接続構造の前記第１の表面から前記複数の絶縁体層のうちの１つまたは複数を通じて延在して、金属トレースの対応する端部に接続する、前記導電性ビアとを含み、
前記導電性相互接続の各々は、対応する金属層にある前記金属トレースのうちの１つと、前記金属トレースの前記端部に接続される前記導電性ビアとを含む、請求項１７に記載のデバイスパッケージ。
前記相互接続構造は、前記基板の前記第１の表面に近接する第１の表面にある空洞を含み、
前記空洞は、前記ダイの少なくとも前記第２の表面を包含し、
前記絶縁体構造は、成形コンパウンドから成り、
金属ワイヤスタックは、前記成形コンパウンドによって封入され、
前記金属ワイヤスタックは、複数の金属ワイヤ層を含み、
各金属ワイヤ層は、前記金属ワイヤスタックの他の金属ワイヤから電気的に絶縁される複数の金属ワイヤを含み、
各導電性相互接続は、前記金属ワイヤスタックの対応するワイヤを含む、請求項１７に記載のデバイスパッケージ。
前記複数の金属ワイヤ層は、熱可塑性テープによって分離される、請求項１９に記載のデバイスパッケージ。