JP2016213464A - 積層パッケージ素子およびその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】３次元（３Ｄ）印刷技術を用いて製造された積層パッケージ素子を提供する。【解決手段】積層パッケージ素子の製造方法であって、複数の第２のボンディングパッドを含む第２の基板を、複数の第１のボンディングパッドを含む第１の基板上に接着し、且つ３次元（３Ｄ）印刷を実行し、前記第1の基板と前記第２の基板を被覆する封止層と、その封止層内の、前記複数の第１のボンディングパッドの中の１つに接続された第１部分を含む複数のボンディングワイヤを、同時に形成する。【選択図】 図４
Description
本出願は、２０１５年５月８日に出願された中国特許出願番号第２０１５１０２３０５６８．７号「ＳＴＡＣＫＥＤ ＰＡＣＫＡＧＥ ＤＥＶＩＣＥ ＡＮＤ ＭＥＴＨＯＤ ＦＯＲ ＦＡＢＲＩＣＡＴＩＮＧ ＴＨＥ ＳＡＭＥ」からの優先権を主張するものであり、これらの全ては引用によって本願に援用される。
本発明は、半導体技術に関し、特に、３次元（３Ｄ）印刷技術を用いて製造された積層パッケージ素子およびその製造方法に関するものである。
デジタルカメラ、携帯電話、およびディスプレイなどの電子機器の需要の増加に伴い、半導体技術は、半導体技術を用いて製造されるそれらの製品のために、迅速に発展しなければならない。特に、製品傾向は、半導体チップのサイズの小型化、及び、増加され、より複雑になっている半導体チップの機能性、への要求の高まりに表れている。
一般的に、半導体チップは、相互接続構造を含む集積回路を含む。半導体チップの表面は、相互接続構造に電気的に接続された露出されたボンディングパッドを含む。半導体チップは、これらのボンディングパッドによって外部回路に電気的接続される。半導体チップは、性能要求により、動作上の安定性のために、通常、封止（密封）パッケージ中に配置されている。
通常、ワイヤボンディングと封止成形プロセスが半導体パッケージに実行され、外部回路に電気的に接続された積層パッケージ素子が形成される。ワイヤボンディングプロセスが実行されるとき、金属線は、半導体チップのボンディングパッドから外部回路に接続するように用いられる。封止成形プロセスは、ワイヤボンディングプロセスの後に実行され、半導体チップと金属線を保護する。
しかしながら、金属線は、封止成形プロセスが実行される前に外部環境にさらされるため、酸化しやすい。このため、金属線の抵抗が増加する。また、半導体チップサイズが小型化され、半導体チップの設計の複雑さが増加されることに伴い、封止成形プロセスの際、用いられる成形材料（ｍｏｌｄｉｎｇ ｃｏｍｐｏｕｎｄ）により、金属線の偏移（移動）、架橋（接触、短絡）、および／または断裂（破断、断線）等の問題が起こる可能性があり、積層パッケージ素子の全体的な信頼性を低下させることになる。従って、上述の問題に対応することができる積層パッケージ素子を製造する方法を開発する必要がある。
本発明は、信頼性が高く、製造プロセスを簡潔にし、コストを抑制することができる積層パッケージ素子及びその製造方法を提供することを目的とする。
本発明のいくつかの実施形態では、積層パッケージ素子の製造方法が提供される。本発明の積層パッケージ素子の製造方法は、第２の基板を第１の基板上に接着するステップを含む。第１の基板は、複数の第１のボンディングパッドを含み、第２の基板は、複数の第２のボンディングパッドを含む。３次元（３Ｄ）印刷が実行され、第１の基板と第２の基板を被覆する（カバーする）封止層を形成し、複数のボンディングワイヤを封止層内に形成する。各ボンディングワイヤは、複数の第１のボンディングパッドの中の１つに接続された第１部分を含む。
本発明のいくつかの実施形態では、積層パッケージ素子が提供される。積層パッケージ素子は、複数の第１のボンディングパッドを有する第１の基板を含む。第２の基板は、第１の基板上に接着される。第２の基板は、複数の第２のボンディングパッドを含む。封止層は、第１の基板と第２の基板を被覆する。複数のボンディングワイヤが封止層内に存在する。各ボンディングワイヤは、複数の第１のボンディングパッドの中の１つに接続された第１部分を含む。封止層および複数のボンディングワイヤは、３Ｄ印刷に用いられる材料で形成される。
本発明によれば、信頼性が高く、製造プロセスを簡潔にし、コストを抑制することができる積層パッケージ素子及びその製造方法を提供することができる。
添付の図面とともに、以下の本発明の様々な実施形態の詳細な説明を検討することで、本発明はより完全に理解できる。
図１は、本発明の一実施形態に係る、積層パッケージ素子を製造する方法の一工程を示す断面図である。
図２は、本発明の一実施形態に係る、積層パッケージ素子及びその製造方法を示す断面図である。
図３は、本発明の他の実施形態に係る、積層パッケージ素子及びその製造方法を示す断面図である。
図４は、本発明の実施形態に係る、積層パッケージ素子の製造方法のフローチャートである。
以下の説明では、本発明を実施するベストモードを開示している。この説明は、本発明の一般原理を例示する目的のものであり、本発明を限定するものではない。これらは単に実施例であり、本発明がこれらに制限されるものではないことは勿論である。また、本開示においては、種々の実施例において、同じ参照番号および用語を繰り返し用いている。この反復は、説明の簡素化と明確さのためであって、種々の実施の形態および／または種々の記載された構成の関係を限定的に結び付ける、あるいは限定的に規定するものではない。
図２は、本開示に係る、積層パッケージ素子の例示的な実施形態の断面図を示している。本実施形態の積層パッケージ素子２００は、第１の基板１００、第２の基板１１０、封止層１２０、および複数のボンディングワイヤ１２２を含む。１つの実施形態としては、第１の基板１００は、ＰＣＢ（プリント基板）、ウエハ、チップ、またはその組み合わせを含むことができる。また、第１の基板１００は、その表面上に複数の第１のボンディングパッド１０２を含む。留意すべきは、第１のボンディングパッド１０２の数は、設計上の要求に基づいており、図２に示された数に限定されるものではない。ここでは、図を簡素化するために、２つの第１のボンディングパッド１０２だけが描かれている。
第２の基板１１０は、第１の基板１００上に接着される。第２の基板１１０のサイズは、第１の基板１００のサイズと同じか、それより小さくすることができる。１つの実施形態としては、第２の基板１１０は、ウエハ、チップ、またはその組み合わせを含むことができる。また、第２の基板１１０は、その表面上に複数の第２のボンディングパッド１１２を含む。留意すべきは、第２のボンディングパッド１１２の数は、設計上の要求に基づいており、図２に示された数に限定されるものではない。ここでは、図を簡素化するために、第１のボンディングパッド１０２に対応する２つの第２のボンディングパッド１１２だけが描かれている。
封止層１２０は、第１の基板１００と第２の基板１１０を被覆する。また、複数のボンディングワイヤ１２２は、封止層１２０内にある。本実施形態では、各ボンディングワイヤ１２２は、第１部分１２２ａおよび第２部分１２２ａを有し、ボンディングワイヤ１２２の第１部分１２２ａは、第１の基板１００の複数の第１のボンディングパッド１０２の中の１つに接続され、ボンディングワイヤ１２２の第２部分１２２ｂは、第２の基板１１０の複数の第２のボンディングパッド１１２の中の１つに接続される。
図２に示されるように、ボンディングワイヤ１２２の第１部分１２２ａと第２部分１２２ｂは、封止層１２０によって互いに分離され、ボンディングワイヤ１２２の第１部分１２２ａと第２部分１２２ｂは、封止層１２０から露出された一端をそれぞれ有する。１つの実施形態としては、チップまたはウエハ（図示されていない）は、封止層１２０上に付設されることができる。この場合、ボンディングワイヤ１２２の分離された第１部分１２２ａと第２部分１２２ｂは、このチップまたはウエハ上のボンディングパッドによって接続されることができる。
本実施形態では、封止層１２０と複数のボンディングワイヤ１２２は、３Ｄ印刷で用いられた材料で形成される。例えば、封止層１２０は、３Ｄ印刷技術で用いられる成形材料、セラミック材料、ポリマー材料、樹脂材料、または誘電材料を含むことができる。また、複数のボンディングワイヤ１２２は、３Ｄ印刷技術に用いられる導電材料、例えば、金、銀、銅、アルミニウム、その合金、または他の金属合金を含むことができる。
図３は、本発明に係る、積層パッケージ素子のもう１つの例示的な実施形態の断面図を示している。図３に示す構成要素は、図２に示した構成要素と同じまたは類似するため、記載の簡素化のためここでは詳しくは記述しない。本実施形態では、積層パッケージ素子２００’の構造は、積層パッケージ素子２００’にあるボンディングワイヤ１２２の第１部分１２２ａと第２部分１２２ｂが封止層１２０によって互いに分離されずに、互いに接続されていることを除き、図２に示された積層パッケージ素子２００の構造と同様である。ボンディングワイヤ１２２の第１部分１２２ａと第２部分１２２ｂは、封止層１２０の中に全て配置されるため、封止層１２０から露出されない。即ち、封止層１２０は、ボンディングワイヤ１２２の第１部分１２２ａおよび第２部分１２２ａを完全に被覆する。
次いで、図１、図２、および図４を参照すると、図１と図２は、本発明の一実施形態に係る、積層パッケージ素子を製造する方法を説明するための断面図であり、図４は、本発明の一実施形態に係る、積層パッケージ素子を製造する方法３００のフローチャートである。本実施形態では、方法３００は、第１の基板１００と第２の基板１１０が提供されるステップ３０１で開始する。第２の基板１１０のサイズは、第１の基板１００のサイズと同じか、それより小さくすることができる。ここでは、説明を簡素化するために、図１に示されるように、第１の基板１００のサイズより小さいサイズを有する例示的な第２の基板１１０が描かれている。
１つの実施形態としては、第１の基板１００は、ＰＣＢ、ウエハ、チップ、またはその組み合わせを含むことができる。第１の基板１００は、その表面上に複数の第１のボンディングパッド１０２を含むことができる。また、第２の基板１１０は、ウエハ、チップ、またはその組み合わせを含むことができる。同様に、第２の基板１１０は、その表面上に複数の第２のボンディングパッド１１２を含む。留意すべきは、第１のボンディングパッド１０２の数と第２のボンディングパッド１０２の数は、設計上の要求に基づいており、図１に示された数に限定されるものではない。ここでは、図を簡素化するために、２つの第１のボンディングパッド１０２と第１のボンディングパッド１０２に対応する２つの第２のボンディングパッド１１２だけが描かれている。
次いで、図１と図４を更に参照すると、第２の基板１１０は、第１の基板１００上に接着される。例えば、接着層（図示されていない）が、第１の基板１００の上面、または第２の基板１１０の下面に形成され、その接着層を用いて、第２の基板１１０を第１の基板１００上に接着する。
次いで、図２と図４を参照すると、ステップ３０３では、３Ｄ印刷２０が、３Ｄプリンタ１０を用いて実行され、第１の基板１００と第２の基板１１０を被覆する封止層１２０を形成し、複数のボンディングワイヤ１２２を封止層１２０内に形成する。本実施形態では、封止層１２０と複数のボンディングワイヤ１２２は、３Ｄ印刷２０の実行を開始した後、同時に形成される。例えば、３Ｄ印刷２０の間、３Ｄプリンタ１０は、第１のプリントヘッド１０ａを用いて封止層１２０を形成し、第２のプリントヘッド１０ｂを用いて複数のボンディングワイヤ１２２を形成する。即ち、３Ｄ印刷２０を実行するように用いられる３Ｄプリンタ１０は、少なくとも２つのプリンタヘッドを有し、３Ｄ印刷２０の際には少なくとも２つの異なる材料を同時に形成する。
本実施形態では、封止層１２０は、３Ｄ印刷技術で用いられる成形材料、セラミック材料、ポリマー材料、樹脂材料、または誘電材料を含むことができる。また、複数のボンディングワイヤ１２２は、３Ｄ印刷技術に用いられる導電材料、例えば、金、銀、銅、アルミニウム、その合金、または他の金属合金を含むことができる。
本実施形態では、封止層１２０に形成された各ボンディングワイヤ１２２は、第１部分１２２ａおよび第２部分１２２ａを有し、ボンディングワイヤ１２２の第１部分１２２ａは、第１の基板１００の複数の第１のボンディングパッド１０２の中の１つに接続され、ボンディングワイヤ１２２の第２部分１２２ｂは、第２の基板１１０の複数の第２のボンディングパッド１１２の中の１つに接続される。本実施形態では、形成された封止層１２０は、３Ｄ印刷２０の印刷プログラムを調整することによって、所望の厚さを有するように形成することができる。また、ボンディングワイヤ１２２の第１部分１２２ａと第２部分１２２ｂは、封止層１２０によって互いに分離され、ボンディングワイヤ１２２の第１部分１２２ａと第２部分１２２ｂは、封止層１２０から露出された一端をそれぞれ有する。これにより、図２に示されるように、積層パッケージ素子２００の製造が完了する。
１つの実施形態としては、チップまたはウエハ（図示されていない）は、封止層１２０上に付加的に接着される。この場合、ボンディングワイヤ１２２の分離された第１部分１２２ａと第２部分１２２ｂは、このチップまたはウエハ上のボンディングパッドによって接続されることができる。形成されたボンディングワイヤ１２２は、互いに分離され、且つ封止層１２０の表面から露出された第１部分１２２ａと第２部分１２２ｂを有するため、任意の研磨プロセス（例えば、ＣＭＰプロセス）を行って封止層１２０の表面からボンディングワイヤ１２２を露出する必要がないことは理解されるべきである。
また、図１、図３、および図４を参照すると、図１と図３は、本開示のもう１つの実施形態に係る積層パッケージ素子を形成する方法を説明するための断面図であり、図４は、本開示の実施形態に係る、積層パッケージ素子の製造方法３００のフローチャートである。本実施形態では、方法３００のステップ３０１の後（図１と図４に示されるように）、図３に示された封止層１２０と複数のボンディングワイヤ１２２は方法３００のステップ３０３によって形成し、積層パッケージ素子２００’の製造を完了する。図２の実施形態と異なり、本実施形態では、形成された封止層２０は、第１の基板１００と第２の基板１１０を被覆するだけでなく、複数のボンディングワイヤ１２２も完全に被覆する。また、ボンディングワイヤ１２２の第１部分１２２ａと第２部分１２２ｂは、封止層１２０によって互いに分離されておらず、互いに接続されて第１のボンディングパッド１０２と第２のボンディングパッド１１２にそれぞれ接続される。
上述の実施形態に基づき、封止層と複数のボンディングワイヤは、３Ｄ印刷によって形成されるため、積層パッケージ素子の製造時間は、効果的に短縮される。また、ボンディングワイヤの材料の選択は、高い柔軟性を有し、高延性を有する材料に限定されるものではない。また、封止層と複数のボンディングワイヤは、３Ｄ印刷によって同時に形成されるため、ボンディングワイヤは、酸化、または偏移、架橋、および／または断裂等が発生する問題を防ぐことができる。その結果、積層パッケージ素子の信頼性を向上させることができる。また、従来のワイヤボンディングおよび封止成形プロセスに比べ、素子を形成するプロセスを、効果的に簡素化することができ、製造コストは、３Ｄ印刷を用いて封止層と複数のボンディングワイヤを形成することによって減少させることができる。
本発明は、一実施例及び望ましい実施形態として記述されているが、本発明は開示された実施形態に限定されるものではない。逆に、当業者には自明の種々の変更及び同様の配置をカバーするものである。よって、添付の請求の範囲は、最も広義な解釈が与えられ、全てのこのような変更及び同様の配置を含むべきである。
１０ ３Ｄプリンタ
１０ａ 第１のプリントヘッド
１０ｂ 第２のプリントヘッド
２０ ３Ｄ印刷
１００ 第1の基板
１０２ 第１のボンディングパッド
１１０ 第２の基板
１１２ 第２のボンディングパッド
１２０ 封止層
１２２ ボンディングワイヤ
１２２ａ 第１部分
１２２ｂ 第２部分
２００、２００’ 積層パッケージ素子
３００ 方法
１０ａ 第１のプリントヘッド
１０ｂ 第２のプリントヘッド
２０ ３Ｄ印刷
１００ 第1の基板
１０２ 第１のボンディングパッド
１１０ 第２の基板
１１２ 第２のボンディングパッド
１２０ 封止層
１２２ ボンディングワイヤ
１２２ａ 第１部分
１２２ｂ 第２部分
２００、２００’ 積層パッケージ素子
３００ 方法
Claims (13)
- 積層パッケージ素子の製造方法であって、
複数の第２のボンディングパッドを含む第２の基板を、複数の第１のボンディングパッドを含む第１の基板上に接着し、
３次元（３Ｄ）印刷を実行し、前記第１の基板と前記第２の基板を被覆する封止層を形成し、複数のボンディングワイヤを封止層内に形成し、各ボンディングワイヤは、前記複数の第１のボンディングパッドの中の１つに接続された第１部分を含む積層パッケージ素子の製造方法。 - 前記封止層は、成形材料、セラミック材料、ポリマー材料、樹脂材料、または誘電材料を含む請求項１に記載の積層パッケージ素子の製造方法。
- 前記複数のボンディングワイヤは、金、銀、銅、アルミニウム、または他の合金を含む請求項１に記載の積層パッケージ素子の製造方法。
- 各ボンディングワイヤは、複数の第２のボンディングパッドの中の１つに接続される第２部分を含む請求項１に記載の積層パッケージ素子の製造方法。
- 前記ボンディングワイヤの前記第１部分と前記第２部分は、互いに接続され、前記封止層によって完全に被覆される請求項４に記載の積層パッケージ素子の製造方法。
- 前記ボンディングワイヤの前記第１部分と前記第２部分は、互いに分離され、前記封止層から露出された一端をそれぞれ有する請求項４に記載の積層パッケージ素子の製造方法。
- ３Ｄ印刷を実行するように用いられる３Ｄプリンタは、少なくとも２つのプリンタヘッドを有し、３Ｄ印刷の間に少なくとも２つの異なる材料が同時に形成される請求項１に記載の積層パッケージ素子の製造方法。
- 複数の第１のボンディングパッドを有する第１の基板、
前記第１の基板上に接着され、複数の第２のボンディングパッドを有する第２の基板、
前記第1の基板と前記第２の基板を被覆する封止層、および
前記封止層内にある複数のボンディングワイヤを含み、
各ボンディングワイヤは、前記複数の第１のボンディングパッドの中の１つに接続された第１部分を含み、前記封止層および前記複数のボンディングワイヤは、３Ｄ印刷に用いられる材料で形成される積層パッケージ素子。 - 前記封止層は、成形材料、セラミック材料、ポリマー材料、樹脂材料、または誘電材料を含む請求項８に記載の積層パッケージ素子。
- 前記複数のボンディングワイヤは、金、銀、銅、アルミニウム、または他の合金を含む請求項８に記載の積層パッケージ素子。
- 各ボンディングワイヤは、複数の第２のボンディングパッドの中の１つに接続される第２部分を含む請求項８に記載の積層パッケージ素子。
- 前記ボンディングワイヤの前記第１部分と前記第２部分は、互いに接続され、前記封止層によって完全に被覆される請求項１１に記載の積層パッケージ素子。
- 前記ボンディングワイヤの前記第１部分と前記第２部分は、互いに分離され、前記封止層から露出された一端をそれぞれ有する請求項１１に記載の積層パッケージ素子。
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