JP7181336B2 - 半導体パッケージ方法及び半導体パッケージ構造 - Google Patents

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Description

本発明は、半導体パッケージ方法に関し、より詳しくは、半導体の封止体に溝部を形成する半導体パッケージ方法に関する。
半導体パッケージ(Semiconductor package)は、半導体装置をエポキシ樹脂成形材料(Epoxy Molding Compound、EMC)で被覆した後、エポキシ樹脂成形材料を硬化させて封止体とする。封止体は、半導体装置が外界の環境の衝撃、湿気、或いは静電気の影響を受けないようにするために用いられている。
電子装置は現在軽量薄型の方向に向けて発展しており、このため、エポキシ樹脂成形材料を硬化させた封止体はなるべく薄く成形されている。しかしながら、封止体が薄すぎると半導体パッケージの強度が不足してしまい、運搬や後続のプロセス中に反り(Warpage)が生じる。例えば、ファンアウト型ウエハーレベルパッケージング(Fan out wafer level packaging)では、再配線層(Redistribution layer)によりチップの出力端点をチップ以外の領域に延伸し、単一のチップが出力可能なピン数を増加させている。しかし、薄型化した半導体パッケージでは強度が不足し、再配線層とチップのパッドとの間の対置が難しくなる。或いは、ウェハー支持システムに載置しなければ加工プロセスを実行できなくなってしまい、製造コストが上昇する。
そこで、本発明者は上記の欠点が改善可能と考え、鋭意検討を重ねた結果、合理的設計で上記の課題を効果的に改善する本発明の提案に至った。
本発明は、以上の従来技術の課題を解決する為になされたものである。即ち、本発明の目的は、封止体に溝部を形成し、封止体を薄型化する際に溝部のリング型強化部により半導体パッケージの強度及び平坦性を維持し、半導体パッケージ構造が後続のプロセス中に反り返らないようにする。
上記課題を解決するために、本発明のある態様の半導体パッケージ方法は、キャリアに複数の半導体装置を設置する工程と、前記半導体装置を被覆し、溝部を有する封止体であって、前記溝部は強化部及び凹部を有し、前記強化部は前記凹部から突出し、且つ前記凹部を囲む封止体を前記キャリアに形成する工程と、前記封止体の前記溝部の前記強化部を除去する工程と、を含み、前記溝部の凹溝の底面には複数の強化リブが凸設されている
また、本発明の別の態様は、半導体パッケージ構造である。この半導体パッケージ構造は、キャリアと、複数の半導体装置と、封止体と、を備えている。前記半導体装置は前記キャリアに設置され、前記封止体は前記キャリアに設置されている。前記封止体は前記半導体装置を被覆し、溝部を有している。前記封止体の前記溝部は強化部及び凹部を有し、前記強化部は前記凹部から突出し、且つ前記凹部を囲み、前記溝部の凹溝の底面には複数の強化リブが凸設されている
本発明は封止体に溝部を形成し、溝部の強化部が封止体の強度及び平坦性を維持することで反りが生じないようにしている。また、強化部が支持することで封止体の凹部をさらに薄型化することを可能にすることに加え、後続のプロセス中にウェハー支持システムを使用する必要をなくし、半導体パッケージプロセスの複雑さを大幅に簡略化している。
本明細書及び図面の記載により、少なくとも、以下の事項が明らかとなる。
本発明の第1実施形態による半導体パッケージ方法を示すフローチャートである。 本発明の第1実施形態による半導体パッケージ方法を示すフローチャートである。 本発明の第1実施形態による半導体パッケージ方法を示すフローチャートである。 本発明の第1実施形態による半導体パッケージ方法を示すフローチャートである。 本発明の第1実施形態による半導体パッケージ方法を示すフローチャートである。 本発明の第1実施形態による半導体パッケージ方法を示すフローチャートである。 本発明の第2実施形態による半導体パッケージ方法を示すフローチャートである。 本発明の第2実施形態による半導体パッケージ方法を示すフローチャートである。 本発明の第2実施形態による半導体パッケージ方法を示すフローチャートである。 本発明の第3実施形態による半導体パッケージ方法を示すフローチャートである。 本発明の第3実施形態による半導体パッケージ方法を示すフローチャートである。 本発明の第3実施形態による半導体パッケージ方法を示すフローチャートである。 本発明の第3実施形態による半導体パッケージ方法を示すフローチャートである。 本発明の第3実施形態による半導体パッケージ方法を示すフローチャートである。 本発明の第3実施形態による半導体パッケージ方法を示すフローチャートである。 本発明の第4実施形態による半導体パッケージ方法を示すフローチャートである。 本発明の第4実施形態による半導体パッケージ方法を示すフローチャートである。 本発明の第4実施形態による半導体パッケージ方法を示すフローチャートである。 本発明の第4実施形態による半導体パッケージ方法を示すフローチャートである。 本発明の第4実施形態による半導体パッケージ方法を示すフローチャートである。 本発明の第5実施形態による半導体パッケージ方法を示すフローチャートである。 本発明の第5実施形態による半導体パッケージ方法を示すフローチャートである。 本発明の第5実施形態による半導体パッケージ方法を示すフローチャートである。 本発明の第5実施形態による半導体パッケージ方法を示すフローチャートである。 本発明の一実施形態による半導体パッケージ構造を模式的に示した傾斜図である。 本発明の一実施形態による半導体パッケージ構造を模式的に示した傾斜図である。 本発明の一実施形態による半導体パッケージ構造を模式的に示した断面図である。
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、本発明は以下の例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、任意に変更可能であることは言うまでもない。
(第1実施形態)
図1Aから図1Fは、本発明の第1実施形態による半導体パッケージ方法を示すフローチャートである。図1Aに示されるように、キャリア110が提供され、ピックアンドプレースプロセス(pick and place)により、複数の半導体装置120をキャリア110に設置する。本実施例では、各半導体装置120はチップ121であり、チップ121はアクティブ面121a及び背面121bを有している。アクティブ面121aは複数のパッド121cを有し、キャリア110には粘性を有している接着層111が設置され、これらチップ121がアクティブ面121aによりキャリア110に接触すると、これらチップ121がキャリア110に堅固に粘着する。接着層111は一時的結合剤(Temporary bonding material、TBM)である。
図1Bに示されるように、キャリア110に封止体130を形成し、封止体130はこれら半導体装置120を被覆している。本実施例では、封止体130を形成する製造方法は、まず上型210及び下型220を有している金型200を提供する。キャリア110及び封止剤を下型220に設置し、或いはキャリア110及び封止剤を上型210及び下型220にそれぞれ設置する。続いて、上型210及び下型220を型締してモールドキャビティ230を形成する。モールドキャビティ230が封止剤を圧縮して封止剤がモールドキャビティ230の形状になり、封止剤がこれら半導体装置120を被覆する。最後に、封止剤を高温で硬化させて封止体130を形成する。上型210または下型220は図面中の位置で定義するが、実際のプロセス中の上型及び下型ではない。本実施例では、上型210または下型220の形状の設計により、モールドキャビティ230の形状が凹字形となり、上述のプロセスにより溝部131を有する封止体130を直接形成している。或いは、他の実施例では、離型フィルム(release film)または離型フィルムに設置されているスペーサー(spacer)により、モールドキャビティ230の形状を改変している。離型フィルムはキャリア110を下型220に設置する前に上型210及び下型220に予め敷設され、金型200を型開きする際に封止体130を脱型する。これにより、中心部の厚さが外環の厚さより厚い離型フィルムまたは離型フィルムの中心部に設置されているスペーサーにより、モールドキャビティ230の形状が凹字形となり、封止剤を硬化した後に溝部131を有する封止体130が形成される。但し、全てのパッケージプロセスに離型フィルムを設置する必要があるわけではない。よって、他の実施例では、封止剤とスペーサーとの間に反応が発生しない場合、単純にスペーサーを上型210または下型220の中心部に設置するのみで下型220の形状を凹字形に改変可能である。
図1Cに示されるように、上型210及び下型220を型開きした後に、溝部131を有している半導体パッケージ構造Pを取り出す。溝部131は強化部131a及び凹部131bを有する。強化部131aは凹部131bから突出し、且つ強化部131aは凹部131bを囲み、凹部131bは凹溝の底面131cを有している。好ましくは、凹部131bの凹溝の底面131cと封止体130の下面132との間には500μm未満の第一ピッチD1が設けられ、半導体パッケージ構造Pを薄型化する目的を達成する。本実施例では、第一ピッチD1は400μmまたは500μmであるが、本発明はこれに限られない。強化部131aは上面131dを有する。強化部131aの上面131dと封止体130の下面132との間には第二ピッチD2が設けられ、第二ピッチD2は600μm超であり、凹部131bよりも高い強度を有している。強化部131aが凹部131b全体を囲むことにより構造全体に十分な強度及び平坦性を提供し、これにより後続のプロセスで支持システムを別途設置せずに半導体パッケージ構造Pに対して直接加工が実行可能になる。本実施例では、第二ピッチD2は600μmまたは700μmであるが、本発明はこれに限られない。
図6Aに示されるように、半導体パッケージ構造Pは、円形のウェハーレベル半導体パッケージ(wafer level package)である。或いは、図6Bに示されるように、半導体パッケージ構造Pは、矩形のパネルレベルパッケージ(panel level package)である。2種類の形状は共に溝部131の凹部131bによりパッケージ構造を薄型化し、溝部131の強化部131aによりパッケージ構造の強度を維持している。
好ましくは、図7に示されるように、金型200のモールドキャビティ230の形状の設計により、溝部131の凹溝の底面131cに複数の強化リブ131eを凸設し、半導体パッケージ構造Pの強度をさらに高めている。これら強化リブ131eは、任意の形状またはスクライブラインに沿って設置されている。他の実施例では、二次パッケージ方式により溝部131の凹溝の底面131cにこれら強化リブ131eを形成している。
図1Dに示されるように、キャリア110を除去することでこれらチップ121のこれらパッド121cが露出する。且つ、再配線層140(redistribution layer)をこれらチップ121のアクティブ面121aに設置し、再配線層140をこれらパッド121cに電気的に接続している。再配線層140は、フォトレジスト層のパターン化及び金属電気めっきプロセスにより、これらチップ121のアクティブ面121a上の多層の絶縁層及び金属層に形成され、これらチップ121のこれらパッド121cを他の位置に延伸するために用いられ、後続の複数の接続素子150の接続をガイドしている。
また、図1Eに示されるように、これら接続素子150を再配線層140に設置し、且つ各接続素子150は、再配線層140を介して各パッド121cに電気的に接続している。本実施例では、これら接続素子150は半田ボール(solder ball)であり、或いは、他の実施例では、これら接続素子150はバンプ(bump)であるが、本発明はこれに限られない。
図1Fに示されるように、ダイシングテープ160(dicing tape)に封止体130を貼付すると共に、封止体130のダイシングを行って複数の半導体パッケージ素子を形成している。好ましくは、レーザーダイシング(laser dicing)またはウェハーダイシングソー(wafer saw blade)を使用してダイシングを行う場合、封止体130の強化部131aが同時にこの工程中に切除される。また、溝部131の凹溝の底面131cにこれら強化リブ131eを形成する。且つこれら強化リブ131eがスクライブラインに沿って設置されている場合、これら強化リブ131eも封止体130のダイシングと同時に除去される。但し、これら強化リブ131eが任意のパターンである場合、まずこれら強化リブ131eを研磨ツールにより擦り減らしてから封止体130のダイシングを行うことで、ダイシングを行う際に平坦性に影響を及ぼさないようにしている。
(第2実施形態)
図2Aから図2Cは本発明の第2実施形態による半導体パッケージ方法を示すフローチャートである。第1実施形態との差異は、本実施形態では研磨プロセスにより封止体130の溝部131を形成している点である。図2Aに示されるように、ピックアンドプレースプロセス(pick and place)によりキャリア110の接着層111にこれら半導体装置120を設置している。次いで、図2Bを参照すると、金型200のモールドキャビティ230中にキャリア110を設置し、且つキャリア110に封止体130を形成し、封止体130はこれら半導体装置120を被覆している。図2Cに示されるように、研磨ツールGにより封止体130に対する研磨を行うと共に、辺縁部分を避け、封止体130に溝部131の強化部131a及び凹部131bを形成している。強化部131aが凹部131bを囲むことにより、反りが生じないように凹部131bを支持し、且つ凹部131bの強度及び平坦性を高めている。本実施形態の後続のプロセスは第1実施形態と同じであるため再述はしない。
(第3実施形態)
図3Aから図3Fは本発明の第3実施形態による半導体パッケージ方法を示すフローチャートである。第1実施形態との差異は、各半導体装置120はこれらチップ121の背面121bがキャリア110に接触し、アクティブ面121aがこれらバンプ121dを有し、各バンプ121dが各パッド121cに電気的に接続している点である。また、本実施形態は研磨プロセスにより封止体130の溝部131を形成している。
図3Aに示されるように、まずピックアンドプレースプロセス(pick and place)によりキャリア110にこれら半導体装置120を載置し、これらチップ121の背面121bをキャリア110の接着層111に粘着させている。続いて、図3Bを参照すると、これら半導体装置120を設置しているキャリア110を金型200のモールドキャビティ230に設置すると共に、モールドキャビティ230中に封止剤を注入し、封止剤を加温して硬化させ、封止体130を形成する。図3Cに示されるように、研磨ツールGにより封止体130に対する研磨を行うと共に、辺縁部分を避け、封止体130に溝部131の強化部131a及び凹部131bを形成している。強化部131aが凹部131bを囲むことにより、反りが生じないように凹部131bを支持し、且つ凹部131bの強度及び平坦性を高めている。本実施例では、これらチップ121のこれらバンプ121dが溝部131の凹溝の底面131cに露出するまで研磨ツールGによる研磨を行う。
図3Dに示されるように、溝部131の凹溝の底面131cに再配線層140を設置し、且つ再配線層140はこれらバンプ121dに電気的に接続し、再配線層140はフォトレジスト層のパターン化及び金属電気めっきプロセスにより凹溝の底面131cの多層絶縁層及び金属層に形成されている。続いて、図3Eに示されるように、再配線層140にこれら接続素子150を設置し、各接続素子150は再配線層140を介して各バンプ121dに電気的に接続している。本実施例では、これら接続素子150は半田ボールであり、或いは、他の実施例では、これら接続素子150はバンプであるが、本発明はこれに限られない。最後に、図3Fに示されるように、キャリア110を除去し、ダイシングテープ160に封止体130を貼付すると共に、封止体130のダイシングを行ってこれら半導体パッケージ素子を形成している。
(第4実施形態)
図4Aから図4Eは本発明の第4実施形態による半導体パッケージ方法を示すフローチャートである。第1実施形態との差異は、各半導体装置120がチップ121及び再配線層140である点である。図4Aに示されるように、キャリア110に再配線層140を設置し、且つ再配線層140の第一表面141がキャリア110に接触し、再配線層140はフォトレジスト層のパターン化及び金属電気めっきプロセスによりキャリア110の多層絶縁層及び金属層に形成されている。図4Bに示されるように、再配線層140の第二表面142にこれらチップ121を設置する。チップ121はアクティブ面121a及び背面121bを有し、アクティブ面121aはこれらパッド121c及びこれらバンプ121dを有する。これらバンプ121dはこれらパッド121c及び再配線層140に電気的に接続し、各パッド121cは各バンプ121dを介して再配線層140に電気的に接続している。
図4Cに示されるように、これら半導体装置120が設置されているキャリア110を、金型200のモールドキャビティ230に設置すると共にモールドキャビティ230中に封止剤を注入し、封止剤を加温して硬化させることで封止体130を形成している。本実施例では、上型210または下型220の形状の設計により、モールドキャビティ230の形状を凹字形にし、直接注入及び硬化を行って溝部131を有する封止体130を形成している。図4Dに示されるように、キャリア110を除去すると共に再配線層140の第一表面141にこれら接続素子150を設置し、且つ各接続素子150は再配線層140を介して各バンプ121dに電気的に接続している。本実施例では、これら接続素子150は半田ボールであり、或いは、他の実施例では、これら接続素子150はバンプであるが、本発明はこれに限られない。最後に、図4Eを参照すると、ダイシングテープ160に封止体130を貼付すると共に、封止体130のダイシングを行ってこれら半導体パッケージ素子を形成している。
(第5実施形態)
図5Aから図5Dは本発明の第5実施形態による半導体パッケージ方法を示すフローチャートである。第4実施形態との差異は、本実施形態は研磨プロセスにより封止体130の溝部131を形成している点である。図5Aに示されるように、同様に、フォトレジスト層のパターン化及び金属電気めっきプロセスによりキャリア110に再配線層140を形成している。続いて、図5Bに示されるように、再配線層140の第二表面142にチップ121を設置する。チップ121のこれらバンプ121dをこれらパッド121c及び再配線層140に電気的に接続し、各パッド121cは各バンプ121dを介して再配線層140に電気的に接続している。続いて、図5Cに示されるように、金型200のモールドキャビティ230中にキャリア110を設置し、キャリア110に封止体130を形成し、封止体130はこれら半導体装置120を被覆している。図5Dに示されるように、封止体130を取り出し、研磨ツールGにより封止体130に対する研磨を行うと共に、辺縁部分を避け、封止体130に溝部131の強化部131a及び凹部131bを形成している。強化部131aが凹部131bを囲むことで反りが生じないように凹部131bを支持し、凹部131bの強度及び平坦性を高めている。本実施形態の後続のプロセスは第4実施形態と同じであるため再述はしない。
本発明は封止体130に溝部131を形成し、溝部131の強化部131aにより封止体130の強度及び平坦性を維持することで反りが生じないようにしている。強化部131aが支持することで封止体130の凹部131bをさらに薄型化することが可能になるほか、後続のプロセス中にウェハー支持システムを別途使用する必要をなくし、半導体パッケージプロセスの複雑さを大幅に簡略化している。
上述の実施形態は本発明の技術思想及び特徴を説明するためのものにすぎず、当該技術分野を熟知する者に本発明の内容を理解させると共にこれをもって実施させることを目的とし、本発明の特許請求の範囲を限定するものではない。従って、本発明の精神を逸脱せずに行う各種の同様の効果をもつ改良又は変更は、本発明の特許請求の範囲に含まれるものとする。
110 キャリア
111 接着層
120 半導体装置
121 チップ
121a アクティブ面
121b 背面
121c パッド
121d バンプ
130 封止体
131 溝部
131a 強化部
131b 凹部
131c 凹溝の底面
131d 上面
131e 強化リブ
132 下面
140 再配線層
141 第一表面
142 第二表面
150 接続素子
160 ダイシングテープ
200 金型
210 上型
220 下型
230 モールドキャビティ
D1 第一ピッチ
D2 第二ピッチ
G 研磨ツール
P 半導体パッケージ構造

Claims (14)

  1. キャリアに複数の半導体装置を設置する工程と、
    前記半導体装置を被覆し、溝部を有する封止体であって、前記溝部は強化部及び凹部を有し、前記強化部は前記凹部から突出し、且つ前記凹部を囲む封止体を前記キャリアに形成する工程と、
    前記封止体の前記溝部の前記強化部を除去する工程と、
    を含み、
    前記溝部の凹溝の底面には複数の強化リブが凸設されていることを特徴とする半導体パッケージ方法。
  2. 前記半導体装置は前記溝部の前記凹部に被覆されていることを特徴とする請求項1に記載の半導体パッケージ方法。
  3. 前記強化部は前記半導体装置を被覆していないことを特徴とする請求項2に記載の半導体パッケージ方法。
  4. 前記封止体は下面を有し、前記凹部は前記凹溝の底面を有し、前記凹部の前記凹溝の底面と前記封止体の下面との間には500μm未満の第一ピッチが設けられ、前記強化部は上面を有し、前記強化部の上面と前記封止体の下面との間には600μm超の第二ピッチが設けられていることを特徴とする請求項1に記載の半導体パッケージ方法。
  5. 前記キャリアを除去し、前記封止体をダイシングテープに貼付し、前記封止体のダイシングを行って複数の半導体パッケージ素子を形成する工程を含むことを特徴とする請求項1に記載の半導体パッケージ方法。
  6. 各前記半導体装置はアクティブ面及び背面を有するチップを含み、前記アクティブ面は前記キャリアに接触し、複数のパッドを有し、前記背面は前記封止体により被覆され、
    前記キャリアに前記封止体を形成した後、前記キャリアを除去すると共に、再配線層を前記アクティブ面に設置し、且つ前記再配線層は前記パッドに電気的に接続し、次いで前記再配線層に複数の接続素子を設置し、各前記接続素子は前記再配線層を介して各前記パッドに電気的に接続していることを特徴とする請求項1に記載の半導体パッケージ方法。
  7. 前記キャリアに前記封止体を形成する工程は、
    モールドキャビティを有している金型を提供する工程と、
    複数の前記半導体装置が設置されている前記キャリアを前記金型の前記モールドキャビティ中に設置する工程と、
    凹字形を呈する前記モールドキャビティ中に封止剤を注入する工程と、
    前記封止剤を硬化させて、前記溝部を有している前記封止体を形成する工程と、
    を含むことを特徴とする請求項1またはに記載の半導体パッケージ方法。
  8. 各前記半導体装置はアクティブ面及び背面を有するチップを含み、前記背面は前記キャリアに接触し、前記アクティブ面は複数のバンプを有し、各前記バンプは複数のパッドに電気的に接続し、
    前記キャリアに前記封止体を形成した後、前記封止体を研磨し、前記バンプを前記凹溝の底面に露出させ、次いで前記凹溝の底面に再配線層を設置し、且つ前記再配線層を前記バンプに電気的に接続し、複数の接続素子を前記再配線層に設置し、各前記接続素子は前記再配線層を介して各前記バンプに電気的に接続していることを特徴とする請求項1に記載の半導体パッケージ方法。
  9. 各前記半導体装置はチップ及び再配線層を有し、前記再配線層の第一表面は前記キャリアに接触し、前記チップは前記再配線層の第二表面に設置され、前記チップはアクティブ面及び背面を有し、前記アクティブ面は、複数のパッド、及び、前記パッドと前記再配線層とに電気的に接続する複数のバンプを有し、各前記パッドは各前記バンプを介して前記再配線層に電気的に接続し、
    前記キャリアに前記封止体を形成した後、前記キャリアを除去すると共に、前記再配線層の前記第一表面に、前記再配線層を介して各前記バンプに電気的に接続している複数の接続素子を設置することを特徴とする請求項1に記載の半導体パッケージ方法。
  10. 前記キャリアに前記封止体を形成する工程は、
    モールドキャビティを有している金型を提供する工程と、
    前記半導体装置が設置されている前記キャリアを前記金型の前記モールドキャビティ中に設置する工程と、
    前記モールドキャビティ中に封止剤を注入する工程と、
    前記封止剤を硬化させて前記封止体を形成する工程と、
    研磨プロセスにより前記封止体に前記溝部を形成する工程と、
    を含むことを特徴とする請求項1またはに記載の半導体パッケージ方法。
  11. キャリアと、
    前記キャリアに設置されている複数の半導体装置と、
    前記キャリアに設置され、且つ前記半導体装置を被覆し、溝部を有する封止体と、
    を備え、
    前記封止体の前記溝部は強化部及び凹部を有し、前記強化部は前記凹部から突出し、且つ前記凹部を囲み、
    前記溝部の凹溝の底面には複数の強化リブが凸設されていることを特徴とする半導体パッケージ構造。
  12. 前記半導体装置は前記溝部の前記凹部に被覆されていることを特徴とする請求項1に記載の半導体パッケージ構造。
  13. 前記強化部に前記半導体装置が被覆されていないことを特徴とする請求項1に記載の半導体パッケージ構造。
  14. 前記封止体は下面を有し、前記凹部は前記凹溝の底面を有し、前記凹部の前記凹溝の底面と前記封止体の下面との間には500μm未満の第一ピッチが設けられ、前記強化部は上面を有し、前記強化部の上面と前記封止体の下面との間には600μm超の第二ピッチが設けられていることを特徴とする請求項1に記載の半導体パッケージ構造。
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