TW565874B - Semiconductor device - Google Patents
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565874 A7 B7 五、發明説明(1 ) 發明背景及相關技術 本發明係有關一種多晶片模組(M C Μ )型半導體裝 置。 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) J Ρ—Α - 1 1 一2 2 0 0 7 7揭露其一種基底之熱 擴張係數被調整以抑制一半導體元件或者一塡膠(underfill )層之裂縫。了?—八-2000—40775揭露其塡 膠層之一傾斜表面的形狀被調整以抑制半導體元件之裂縫 。JP — A — 6 — 244238揭露其半導體元件被一個 接一個安裝於一基底上,從最小半導體元件厚度開始相繼 地依半導體元件厚度之順序。 發明目的及槪述 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 本發明之一目的係提供一種多晶片模組(MCM)型 半導體裝置,其具有抵抗MCM型半導體裝置之彎曲變形 的高可靠度,此變形係由於:其實際操作期間之環境溫度 變化、安裝半導體元件至基底上之處理、於其實際操作期 間之其熱產生,等等,由於半導體元件與基底間之線性擴 張係數的差異、其間之溫度的差異、施加至半導體裝置之 外力。 依據本發明,一種多晶片模組型半導體裝置包括第一 及第二半導體元件,每一半導體元件之一主要成分爲半導 體材料以形成一半導體電路於每一半導體元件中、及一基 底,以被安裝至一主機板上且被電連接至主機板,其第一 及第二半導體元件被安裝於此基底上以利電連接至基底, 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS ) Μ規格(210 X 297公釐) -4- 565874 A7 B7 五、發明説明(2 ) 以致其第一及第二半導體元件透過基底而被電連接至主機 板。 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 假如第二半導體元件之厚度小於第一半導體元件之厚 度,當第二半導體之一面積大於第一半導體之一面積(如 以其中每一第一及第二半導體元件及基底被堆疊之堆疊方 向所見)時,及/或長度最長(相較與從堆疊方向所見之 第二半導體元件之其他側的長度)之第二半導體元件的某 一側長度大於長度最長(相較與從堆疊方向所見之第一半 導體元件之其他側的長度)之第一半導體元件的某一側長 度,所以於基底與每一半導體元件間之連接構件(例如, 凸塊(bumps))上的應力(stress )會依據其長度最長( 相較與其他側的長度)之側的面積及/或長度之增加而增 加,而於基底與每一半導體元件間之連接構件(例如,凸 塊)上的應力會依據其每一半導體元件之厚度減小而減小 ,連接點上之裂縫或者介於連接點上之半導體元件與基底 間的分離係藉由減小第二半導體元件之厚度而被有效地避 免。基底上之每一半導體元件的最好是不大於0 . 4mm 〇 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 多晶片模組型半導體裝置可進一步包括一合成樹脂( 相應於塡膠),其係黏合至基底及每一第一與第二半導體 元件、及/或一佈線層,其係介於基底與至少第一與第二 半導體元件之一間,佈線層包含合成樹脂層及一導電構件 (電連接透過基底而至至少第一與第二半導體元件之一) ,其係延伸於一橫切堆疊方向之橫斷面方向,以使得其一 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS ) A4規格(210X297公釐) 565874 A7 B7 五、發明説明(3 ) (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 介於半導體元件與導電構件之間的電連接點係遠離自一介 於導電構件與基底(於橫斷面方向)之間的電連接點。當 每一第一及第二半導體元件包含一面朝基底之第一表面及 一在堆疊方向上爲第一表面之反向表面的第二表面時,其 中每一第一及第二半導體元件以及基底被堆疊,而第二半 導體元件之厚度小於第一半導體元件之厚度,則最好是其 第一半導體元件之第二表面避免爲硏磨修整的表面而第二 半導體元件之第二表面爲硏磨修整的表面。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 假如第一半導體元件之厚度小於第二半導體元件之厚 度,當多晶片模組型半導體裝置進一步包括一黏合至第一 半導體元件及基底之合成樹脂(相應於塡膠)於第一半導 體元件之內部上(如從堆疊方向上所見)時,而一種其楊 氏模數(Young’s modulus )不小於合成樹脂構件之楊氏模 數的合成樹脂(例如,相應於塡膠)被避免黏合至第二半 導體元件及基底,於第二半導體元件之內部(如於堆疊方 向上所見),因爲第一半導體元件與基底之間的連接剛性 (透過凸塊而彼此連接)係大於第二半導體元件與基底之 間的連接剛性(透過凸塊而彼此連接),藉由以合成樹脂 構件以強化介於第一半導體元件與基底之間的連接剛性, 則半導體元件上之應力係隨著半導體元件與基底間之連接 剛性的增加而增加,且半導體元件上之應力係隨著基底上 之其厚度的減小而減小,於其已藉由合成樹脂構件而強化 連接剛性之第一半導體元件上的裂縫或過度應力被有效地 避免。 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS ) A4規格(210X297公釐) ~ 565874 A 7 __B7 五、發明説明(4 ) (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 假如第一半導體元件之厚度小於第二半導體元件之厚 度,當多晶片模組型半導體裝置進一步包括一第一合成樹 脂,透過此樹脂而使基底與第一半導體元件彼此連接、及 一第二合成樹脂,透過此樹脂而使基底與第二半導體元件 彼此連接,且第一合成樹脂(例如,相應於塡膠)之楊氏 模數大於第二合成樹脂(例如,相應於一彈性體應力或變 形吸收層1 3 )之楊氏模數,因爲第一半導體元件與基底 之間的連接剛性(透過凸塊而彼此連接)係大於第二半導 體元件與基底之間的連接剛性(透過凸塊而彼此連接), 藉由相對更爲有效地強化介於第一半導體元件與基底之間 的連接剛性(以其第一合成樹脂與第二合成樹脂間之楊氏 模數有一差異),則半導體元件上之應力係隨著半導體元 件與基底間之連接剛性的增加而增加,且半導體元件上之 應力係隨著基底上之其厚度的減小而減小,於第一半導體 元件(連接剛性係藉由第一合成樹脂與第二合成樹脂間之 楊氏模數差異而相對更有效地被強化)上之裂縫或過度應 力被有效地避免。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 假如第一半導體元件之厚度小於第二半導體元件之厚 度,當多晶片模組型半導體裝置進一步包括一黏合至基底 及第一半導體元件之第一合成樹脂(例如,相應於塡膠) ,於第一半導體元件之內部上(如以堆疊方向上所見)、 及一第二合成樹脂(例如,相應於密封樹脂1 〇及/或支 撐板12),透過此樹脂而使第二半導體元件被連接至基 底,於第二半導體元件之外部上(如以堆疊方向上所見) 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS ) A4規格(210 X297公釐) 一 565874 A7 ______ B7 五、發明説明(5 ) (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 ,而一楊氏模數不小於第一合成樹脂之楊氏模數的合成樹 脂(例如,相應於塡膠)被避免黏合至第二半導體元件及 基底,於第二半導體元件之內部(如以堆疊方向上所見) ,因爲第一半導體元件與基底之間的連接剛性(透過凸塊 而以第一合成樹脂彼此連接,其中此第一合成樹脂(例如 ,相應於塡膠)黏合至基底及第一半導體元件之第一合成 樹脂於第一半導體元件之內部上(如以堆疊方向上所見) 係大於第二半導體元件與基底之間的連接剛性(透過位於 第二半導體元件外部上之第二合成樹脂(如以堆疊方向上 所見)而無其楊氏模數不小於第一合成樹脂之楊氏模數於 第二半導體元件之內部上(如以堆疊方向上所見)的合成 樹脂),以致其介於第二半導體元件與基底間之連接剛性 大致上係由第二合成樹脂之較低剛性所形成,則半導體元 件上之應力係隨著半導體元件與基底間之連接剛性的增加 而增加,且半導體元件上之應力係隨著基底上之其厚度的 減小而減小,於第一半導體元件(其連接剛性係係大於第 二半導體元件與基底間之連接剛性)上之裂縫或過度應力 被有效地避免。 假如第二半導體元件之厚度小於第一半導體元件之厚 度,當第一半導體元件之主要成分爲S i,第二半導體元 件之主要成分爲GaAs,因爲GaAs之楊氏模數大於 S i之楊氏模數,所以其對抗半導體元件之彎曲的剛性隨 著半導體元件之楊氏模數的增加而增加,半導體元件上之 應力隨著其對抗半導體元件之彎曲的剛性增加而增加,且 本紙張尺度適用中國國家標隼(CNS ) A4規格(210X297公釐) "" " 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 565874 A7 B7 五、發明説明(6 ) 半導體元件上之應力隨著基底上之其厚度減小而減小,第 二半導體元件(其對抗彎曲的剛性係因爲第一與第二半導 體元件間之楊氏模數的差異而變得較其對抗第一半導體元 件之彎曲的剛性更大)上的裂縫或過度應力被有效地避免 0 當每一第一及第二半導體元件包含一面朝基底之第一 表面及一在堆疊方向上爲第一表面之反向表面的第二表面 ,且第一半導體元件之第二表面避免爲硏磨修整的表面而 第二半導體元件之第二表面爲硏磨修整的表面時,則來自 每一半導體元件之熱排出的效率可被理想地調整,因爲來 自半導體元件之熱排出的效率係依據介於第二表面與其自 第一表面所形成或處理所得的電路之間的厚度而改變,而 介於第二表面與電路之間的厚度可藉由硏磨修整而被調整 0 假如第二半導體元件之厚度小於第一半導體元件之厚 度,當第二半導體元件之面積小於第一半導體之面積(如 以其中每一第一及第二半導體元件及基底被堆疊的堆疊方 向所見),及/或其長度最小(相較與如堆疊方向所見之 第二半導體元件之其他側的長度)之第二半導體元件的一 側長度小於其長度最小(相較與如堆疊方向所見之第一半 導體元件之其他側的長度)之第一半導體元件的一側長度 時,因爲每一半導體元件之一側表面上的應力(尤其,一 介於側表面與一黏合至基底及半導體元件之塡膠的一暴露 表面終端之間的連接點)係隨著其相較與其他側長度下爲 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS ) A4規格(210X297公釐) (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁)
565874 A7 B7 五、發明説明(7 ) (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 長度最小之側的面積及/或長度的減小而增加,如圖9所 示(第一半導體元件上之裂縫發生的機率大於第一半導體 元件上的機率,當第二半導體元件之厚度大致上等於第一 半導體元件之厚度時),所以其側表面不易透過切割製程 而被正確地形成(以利將半導體晶圓分割爲足以穩固地避 免側表面之應力集中的半導體元件),且半導體元件上之 應力係隨著基底上之其厚度的減小而減小,第二極體元件 之側表面上的裂縫被有效地避免(藉由減小第二半導體元 件之厚度而無須對於第二半導體元件之側表面的過度處理 )0 本發明之其他目的、特徵及優點將從下列本發明之實 施例的描述配合上伴隨之圖形而變得淸楚明白。 圖形簡述 圖1 a係一槪略即視圖,其顯不作爲本發明之第一實 施例的一種多晶片模組(M C Μ )型半導體裝置。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 圖1 b係一槪略橫斷面側視圖,其係沿著圖1 a中之 線段A - A ’所取並顯示作爲第一實施例之多晶片模組( MCM)型半導體裝置。 圖2係一便於理論上地分析之虛擬多晶片模組( M C Μ )型半導體裝置的槪略側視圖。 圖3係一圖表,其顯示數個半導體元件間的關係、介 於半導體元件之間的位置關係、半導體元件上之應力以及 塡膠上之應力。 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS ) Α4規格(210X 297公釐) 565874 A7 B7 五、發明説明(8 ) 圖4係一圖形,其顯示介於一基底寬度與一主應力之 間的關係。 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 圖5係便於理論上地分析之虛擬多晶片模組(M C Μ )型半導體裝置及虛擬塡膠之組合的槪略側視圖。 圖6係一圖表,其顯示塡膠高度、塡膠寬度、於半導 體元件中心部分上之主應力、及於塡膠歪斜表面終端部分 上之主應力之間的關係。 圖7係一圖表,其顯示塡膠歪斜表面形狀、於半導體 元件中心部分上之主應力、及於塡膠歪斜表面終端部分上 之主應力之間的關係。 圖8係一圖表,其顯示塡膠歪斜表面形狀、於半導體 元件中心部分上之主應力、及於塡膠歪斜表面終端部分上 之主應力之間的其他關係。 圖9係一圖形,其顯示介於一半導體元件寬度與一主 應力之間的關係。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 圖1 0 a係一圖形,其顯示介於半導體元件厚度相對 於基底厚度的比率、主應力相對於關鍵主應力的比率、半 導體厚度與基底線性擴張係數(於半導體元件中心部分上 )之間的關係。 圖1 0 b係一圖形,其顯示介於半導體元件厚度相對 於基底厚度的比率、主應力相對於關鍵主應力的比率、半 導體厚度與基底線性擴張係數(於塡膠歪斜表面終端部分 上)之間的關係。 圖1 1 a係一圖形,其顯示介於半導體元件厚度相對 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS ) A4規格(210 X 297公釐) 565874 A7 ____B7 五、發明説明(9 ) (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 於基底厚度的比率、主應力相對於關鍵主應力的比率、塡 膠楊氏模數與塡膠線性擴張係數(於半導體元件中心部分 上)之間的關係。 圖1 1 b係一圖形,其顯示介於半導體元件厚度相對 於基底厚度的比率、主應力相對於關鍵主應力的比率、塡 膠楊氏模數與塡膠線性擴張係數(於塡膠歪斜表面終端部 分上)之間的關係。 圖1 2 a係一槪略前視圖,其顯示作爲本發明之第二 實施例的一種多晶片模組(M C Μ )型半導體裝置。 圖1 2 b係一槪略橫斷面側視圖,其顯示作爲第二實 施例之多晶片模組(M C Μ )型半導體裝置。 圖1 3 a係一槪略前視圖,其顯示作爲本發明之第三 實施例的一種多晶片模組(M C Μ )型半導體裝置。 圖1 3 b係一槪略橫斷面側視圖,其顯示作爲第三實 施例之多晶片模組(M C Μ )型半導體裝置。 圖1 4 a係一槪略前視圖,其顯示作爲本發明之第四 實施例的一種多晶片模組(M C Μ )型半導體裝置。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 圖1 4 b係一槪略橫斷面側視圖,其顯示作爲第四實 施例之多晶片模組(M C Μ )型半導體裝置。 圖1 5包含槪略側視圖,其顯示一半導體元件製造程 序。 圖1 6 a係一槪略前視圖,其顯示作爲本發明之第五 實施例的一種多晶片模組(M C Μ )型半導體裝置。 圖1 6 b係一槪略橫斷面側視圖,其顯示作爲第五實 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS ) A4規格(210X297公釐) -12- 565874 A7 五、發明説明(10 ) 施例之多晶片模組(M C Μ )型半導體裝置。 圖1 7 a係一槪略前視圖,其顯示作爲本發明之第六 實施例的一種多晶片模組(M C Μ )型半導體裝置。 圖1 7 b係一槪略橫斷面側視圖,其顯不作爲第六貫 施例之多晶片模組(M C Μ )型半導體裝置° 圖1 8係一槪略前視圖,其顯示作爲本發明之第七實 施例的一種多晶片模組(M C Μ )型半導體裝置° 主要元件對照表 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 1 半 導 體 元件 2 塡 膠 3 凸塊 4 基 底 5 電 子 零 件 7 光 遮 蔽 板 9 佈 線 層 9 a 絕 緣 層 9 b 導 電 構件 1 0 密 封 樹脂 1 1 強 化 板 1 2 支 撐 板 1 3 應 力 吸收層 1 4 凸 塊 1 5 主 機 板 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)
本紙張尺度適用中國國家標準(CNS ) Α4規格(210Χ 297公釐) _ 3 - 565874 經濟部智慧財產局員工消費合作杜印製 A7 B7 五、發明説明(11 ) 較佳實施例之詳細敘述 於一種多晶片模組(M C Μ )型半導體裝置中,半導 體元件或晶片透過焊錫或者(例如)金之凸塊而被電連接 至一基底,且黏合劑之有機合成樹脂(例如,環氧樹脂) 的塡膠可被插入於半導體元件與基底之間以保護焊錫或凸 塊。基底係由具有線性擴張係數(例如)1 〇 一 2 Ο X 1 0 — 6 Κ — 1之材料所製,以致其介於基底與一 $機板(其 中基底安裝於此主機板上)間之線性擴張係數的差異被減 小,以穩固地維持其間之電連接。另一方面,於此情況下 ,介於基底與半導體元件(包含,例如,矽或另一半導體 材料爲其主要成分)間之線性擴張係數的差異很大。 塡膠不易具有正確地形成的形狀。尤其,當一帶狀( tape shaped )合成樹脂(例如,各向異性的導電樹脂( A C F ))被加熱並冷卻於基底與半導體元件間之一壓縮 下(在被插入其間之後)以形成塡膠時,則塡膠極不易具 有正確形成的形狀。 於一想像的半導體元件(尺寸:〇 . lmmx 〇 . 〇5 mm)之前表面中心部分A上的主應力、及介於半導體元 件與塡膠有限元件(如圖2中所示)的一歪斜表面之間的 主應力(於一 5 5至1 2 5 °C之間的溫度範圍內),係透 過一種二維彈性有限元件分析方法而被計算。如圖3中所 示,半導體元件之數目的差異以及介於半導體元件間之距 離的差異不會造成。如圖4中所示,基底之尺寸的差異不 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS ) A4規格(210X297公釐) " -14 - (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)
565874 A7 B7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明説明(12 ) 會造成主應力之顯著改變於半導體元件中心部分A之上以 及於塡膠歪斜表面終端部分B之上。 當圖5中所示之塡膠的高度h及寬度1改變時,則於 半導體元件中心部分A之上以及於塡膠歪斜表面終端部分 B之上的主應力改變如下。如圖6中所示,於塡膠歪斜表 面終端部分B上之主應力變爲最大,但是於半導體元件中 心部分A上之主應力不會顯著地改變,當塡膠歪斜表面終 端部分B係位於半導體元件之一下表面上且一介於塡膠歪 斜表面與半導體元件之下表面間的角度爲4 5度(h = 1 )時。如圖7中所示,介於半導體元件之一上的塡膠歪斜 表面間的形狀差異不會造成半導體元件之一上的半導體元 件中心部分A上以及每一塡膠歪斜表面終端部分B上之主 應力的顯著改變,而於塡膠歪斜表面終端部分B上之主應 力係依據塡膠歪斜表面終端部分B之一位置以及介於塡膠 歪斜表面與半導體元件之下表面間的角度而被決定或者改 變。如圖8中所示,於半導體元件中心部分A上及塡膠歪 斜表面終端部分B上之主應力不會依據半導體元件間之距 離以及半導體元件間之塡膠形狀而顯著地改變。如圖9中 所示,主應力不會非常顯著地改變,當半導體元件之尺寸 約爲7 - 1 5 m m時;但是會非常顯著地改變,當半導體 元件之尺寸小於7 m m時。隨著半導體元件之尺寸的減小 ,則半導體元件中心部分A上之主應力減小,且塡膠歪斜 表面終端部分B上之主應力增加。 因此,於下列分析中,假設其基底之寬度爲2 5 m m • ^------^-- (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 、τ
本紙張尺度適用中國國家標準(CNS ) A4規格(210X 297公釐) 565874 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 B7五、發明説明(13 ) 、塡膠歪斜表面終端部分B係位於元件之下表面上而介於 塡膠歪斜表面與半導體元件的下表面之間的角度爲4 5度 (h=l)、以及半導體元件之寬度爲7mm。再者,假 設其半導體元件之主要成分爲矽、半導體元件之楊氏模數 爲1 9 0 G P a、半導體元件之線性擴張係數爲 3x 1 0—6K — 1、以及基底之楊氏模數爲20Gp a。 如圖1 0 a及1 〇 b中所示,其中一關鍵的主應力爲 一決定是否有裂縫發生之邊界應力値、塡膠之楊氏模數爲 1 0 G p a、塡膠之線性擴張係數爲3 5 X 1 0 — 6 K — 1、 以及基底之線性擴張係數係改變於1 0 - 2 Ο X 1 0 _ 6 K - 1的範圍內,其係相應於一合成樹脂基底之線性擴張係 數,半導體元件厚度相對於基底厚度之比率越小,則半導 體元件中心部分A上之主應力越小,而半導體元件厚度相 對於基底厚度之比率越小,則塡膠歪斜表面終端部分B上 之主應力越小。 如圖1 1 a及1 1 b中所示,其中塡膠之楊氏模數爲 1〇G p a及6 G p a、塡膠之線性擴張係數爲 3 5x 1 0 一 6K — 1及30x 1 OiK-1、以及基底之線 性擴張係數爲1 5 X 1 0 — 6 Κ _ 1,於半導體元件中心部分 Α上之主應力不會隨著塡膠之線性擴張係數及楊氏模數而 改變,而於塡膠歪斜表面終端部分B上之主應力越小,則 塡膠之線性擴張係數及/或楊氏模數越小。 從圖10a,10b, 11a及lib可得知,最好 是避免其半導體元件厚度小於基底厚度而生之裂縫(且儘 本纸張尺度適用中國國家標準(CNS ) A4規格(210X297公釐) (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) -16- 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 565874 A7 B7 五、發明説明(14 ) 可能的小),以及基底之線性擴張係數、塡膠之線性擴張 係數及塡膠之楊氏模數均爲儘可能的小。 當半導體元件之尺寸小於7 mm時,因爲隨著半導體 元件之尺寸減小,則於半導體元件中心部分A上之主應力 減小而於塡膠歪斜表面終端部分B上之主應力增加,可抑 制裂縫發生,藉由使得一第一半導體元件之厚度小於一第 二半導體元件之厚度,其中第二半導體元件之面積小於第 一半導體元件之面積(如以半導體及基底堆疊方向所見) 。再者,當一上表面(相對於其面對基底之下表面的反面 )之強度小於下表面之強度或者爲極小時,則可抑制裂縫 發生,藉由使得第一半導體元件之厚度小於第二半導體元 件之厚度,其中第二半導體元件之面積小於第一半導體元 件之面積(如以半導體及基底堆疊方向所見),因爲半導 體元件之面積越大,則裂縫發生之機率越大。 於圖1 a及1 b所示之第一實施例中,裸晶之半導體 元件1被安裝並電連接至一基底4。其他的電子零件5 ( 例如,電容)可被配置於基底4之上。半導體元件1 (其 具有相當大的面積或者最小的側邊長度,如以基底及半導 體元件之堆疊方向或者厚度方向所見)之厚度t1小於半 導體元件1 (其具有相當小的面積或者最小的側邊長度, 如以厚度方向所見)之厚度t 2。半導體元件1之厚度爲 介於(例如)一閘極絕緣層與一反向表面(而非一氧化層 )間之殘餘晶圓的厚度。 藉由此實施例,一介於連接部分(例如,介於基底4 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS ) A4規格(210X297公釐) ~ (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁)
經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 565874 A7 B7 五、發明説明(15 ) 與其具有相當大面積及相當小厚度t1之半導體元件1底 下的主機板1 5間之凸塊1 4 )上的應力與連接部分(介 於基底4與其具有相當小面積及相當大厚度t 2之半導體 元件1底下的主機板1 5之間)上的應力之間的差異被減 小,以致其所有凸塊1 4之上的應力分佈可變得相當恆定 。於此實施例中,至少其具有相當小面積及相當大厚度 t 2之半導體元件1最好是具有不大於7mm之寬度,如 從圖9可瞭解。 如圖1 5中所示,裸晶之半導體元件1係藉由切割一 厚度爲t w (例如,約0 . 7 5 m m )之半導體晶圓而製 。半導體元件1之主要成分可爲Si或GaAs。當半導 體元件1之厚度從(例如)t w減至t c時,則如圖1 5 中所示之反向表面(非面朝向基底之表面)上的硏磨修整 被執行在其被安裝至基底4之上以前。導電凸塊3 (用以 將半導體元件1電連接至基底4 )被安裝至半導體元件1 ,在其被安裝至基底4之前。凸塊3之一主要成分可爲 P b - S η焊料(供一般用途),無鉛(P b )的焊料( 最好是供其環境)或者金(A u )(最好是供小凸塊距離 及/或直徑)。當C u而非A 1被使用於半導體元件1之 上的佈線時,則凸塊3之主要成分可爲C u而非A u。基 底4通常係由有機合成樹脂(例如,環氧玻璃等等)所形 成,此等樹脂具有與主機板之線性擴張係數小差異的線性 擴張係數,但是亦可由與半導體元件1之線性擴張係數差 異極小的陶器所形成,以致其半導體元件1之熱應力被減 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS ) A4規格(210X297公釐) (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁)
-18 - 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 565874 Μ __—_ Β7 ______ 五、發明説明(16 ) 小。每一半導體元件1與基底4係藉由焊料之凸塊3的回 流加熱而連接。當凸塊3係由A u所製時,則半導體元件 1被固定至基底4,於其被壓迫於基底4之上並產生一超 音波振動以加熱於其間時。一有機合成樹脂(例如,環氧 樹脂)被插入一空間(0 · 0 1 - 0 _ 1 m m之距離)以 被硬化於每一半導體元件1與基底4之間,以形成一塡膠 2於其間。一帶狀的熱塑合成樹脂(例如,各向異性的導 電樹脂(AC F ))可被插入每一半導體元件1與基底4 之間的空間(在加熱凸塊3之前),以形成塡膠2於其間 〇 於圖1 2 a及1 2 b所示之第二實施例中,半導體元 件1 (其具有相當小的面積或者最小的側邊長度,如以基 底及半導體元件之堆疊方向或者厚度方向所見)之厚度 t 4小於半導體元件1 (其具有相當大的面積或者最小的 側邊長度,如以厚度方向所見)之厚度t 3。半導體元件 1之厚度可藉由在半導體元件1之反向表面(非面朝向基 底之表面)上的硏磨修整而被減至t 4。當裂縫發生於半 導體元件1之一側表面上(因爲側表面之低強度)時,若 反向表面之矩形形狀的最小側邊長度越小,則半導體元件 1之厚度t c越小。 於圖1 3a及1 3 b所示之第三實施例中,半導體元 件1 (其具有主成分,例如S i,之相當高的熱傳導性) 之厚度t 5大於半導體元件1 (其具有主成分,例如 G a A s,之相當低的熱傳導性)之厚度t 6,以致其熱 本纸張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210X297公釐) ~ " Λ (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁)
經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 565874 A7 B7 五、發明説明(17 ) 能被有效地排出自半導體元件1 (其具有相當低的熱傳導 性)以抑制基底4及/或半導體元件1之上的熱集中。 於圖1 4 a及1 4b中所示之晶圓製成封裝(WPP )的第四實施例中,於每一半導體元件1之上,半導體元 件1被連接至凸塊3,透過一包含有機合成樹脂(例如, 聚醯亞胺)絕緣層9 a及一導電構件9 b (其主要成分爲 ,例如,C u或A u,且其剛性極小)之佈線層9,其係 延伸於一橫切堆疊或厚度方向之方向,以使得介於凸塊3 之間的距離及/或凸塊3之直徑被增加(相較與介於半導 體元件的終端閘極之間的距離及/或半導體元件之終端閘 極的直徑)。佈線層9之厚度可爲0 . 0 1 - 〇 . 〇 5 m m。每一半導體元件1之厚度被調整如以上實施例所述 。佈線層9可被安裝至半導體元件1上,在晶圓之厚度藉 由反向表面上之硏磨修整而減小以後。凸塊3係透過佈線 層9而被連接至半導體元件1,換言之,基底4、凸塊3 、佈線層9及半導體元件1被串聯。另一方面,塡膠2將 半導體元件1連接至基底4,以平行的凸塊3。 如圖16a,16b,17a及17b所示之第五實 施例中,一帶狀的晶片尺寸封裝(C S P )及晶圓製程封 裝(WPP)被安裝於基底4之上。CSP可爲一種扇出 的CSP,如圖16及16b中所示,其包含:一帶狀的 支撐板1 2,其係由(例如)聚醯亞胺所製且透過其配置 於半導體元件1之外部的凸塊3而被連接至基底4 (如以 堆疊或厚度方向所見)、一(例如)C u之強化板1 1 ( 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS ) A4規格(210X297公釐) (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)
-20 565874 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明説明(18 ) 用以強化支撐板12)、半導體元件1 (其主要成分爲 S i或G a A s )、及一密封樹脂1 〇,其係從半導體元 件1朝外延伸至支撐板1 2 (其延伸於半導體元件1之外 部),如以堆疊或厚度方向所見,而半導體元件1被避免 連接至基底4 (透過密封樹脂1 〇、支撐板1 2及凸塊3 (於半導體元件1之內部),如以堆疊或厚度方向所見, 以致其介於半導體元件1與支撐板1 2之間的連接剛性因 密封樹脂1 0而減小。C S P可爲一種扇入的C S P,如 圖17a及17b中所示,其包含:帶狀的支撐板12, 其係透過半導體元件1內部所配置之凸塊3而被連接至基 底4(如以堆疊及厚度方向所見)、及一應力吸收層13 ,其係由彈性體(例如,矽氧烷)所製並將支撐板1 2連 接至半導體元件1。透過帶狀的支撐板1 2,其用以將半 導體元件1電連接至凸塊3之極低剛性的導電構件得以延 伸。於此情況下,具有塡膠2介於半導體元件1與基底4 之間的半導體元件1之厚度小於C S P之半導體元件1的 厚度,因爲其透過半導體元件1與基底4間之塡膠2的連 接剛性大於其透過半導體元件1與基底4間之密封樹脂 1 0或應力吸收層1 3 (例如,無塡膠2 )的連接剛性。 極低剛性之導電構件(未顯示)延伸通過及/或沿著密封 樹脂1 0以將半導體元件1電連接至支撐板1 2之下的凸 塊。 於圖1 8所示之第六實施例中,一熱輻射或光遮蔽板 7透過黏合劑而被安裝至半導體元件1之上。因爲黏合劑 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS ) A4規格(ilOX297公釐) (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)
565874 A7 B7 五、發明説明(彳9 ) (1 一 1 0 G p a )之楊氏模數明顯地小於半導體元件及 基底之楊氏模數,所以熱輻射或光遮蔽板並不影響半導體 元件上之應力分佈。熱輻射或光遮蔽板7有效地減小半導 體元件上之應力。 那些熟悉本項技術者應可進一步暸解其前述說明僅針 對本發明之實施例,以及其本發明之各種改變及修飾均可 被實施而不背離本發明之精神及後附申請專利範圍之範圍 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 、言
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Claims (1)
- 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A8 B8 C8 D8 六、申請專利範圍 第9 1 1 06621號專利申請案 中文.申請專利範圍修正本 民國92年4月25日修正 1 · 一種多晶片模組型半導體裝置,包括: 第一及第二半導體元件,每一半導體元件之一主要成 分爲半導體材料以形成一半導體電路於每一半導體元件中 ,及 一基底,以被安裝至一主機板上且被電連接至主機板 ,其第一及第二半導體元件被安裝於此基底上以利電連接 至基底, 其中第二半導體之面積大於第一半導體之面積(如以 其中每一第一及第二半導體元件及基底被堆疊的堆疊方向 所見),且第二半導體元件之厚度小於第一半導體元件之 厚度。 2 ·如申請專利範圍第1項之多晶片模組型半導體裝 置,進一步包括一合成樹脂,其被黏合至基底及每一第一 與第二半導體元件。 3 ·如申請專利範圍第1項之多晶片模組型半導體裝 置,進一步包括一佈線層,其係介於基底與至少第一及第 一半導體兀件之一間,佈線層包含一合成樹脂層及一導電 構件,其係延伸於一橫切堆疊方向(其中每一第一及第二 半導體元件被堆疊)之橫斷面方向,以使得其一介於半導 體元件與導電構件之間的電連接點遠離自一介於導電構件 與基底(於橫斷面方向)之間的電連接點。 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS ) A4規格(210X297公釐) (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁)565874 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 Α8 Β8 C8 D8 夂、申請專利範圍 4 ·如申請專利範圍第1項之多晶片模組型半導體裝 置,其中每一第一及第二半導體元件包含一面朝基底之第 一表面及一在堆疊方向(其中每一第一及第二半導體元件 及基底被堆疊)上爲第一表面之反向表面的第二表面,第 二半導體元件之厚度小於第一半導體元件之厚度,且第一 半導體元件之第二表面避免爲硏磨修整的表面而第二半導 體元件之第二表面爲硏磨修整的表面。 5 ·如申請專利範圍第1項之多晶片模組型半導體裝 置,進一步包括一黏合至第一半導體元件及基底之合成樹 脂構件於第一半導體元件之內部上(如以其中每一第一及 第二半導體元件及基底被堆疊之堆疊方向上所見),而一 楊氏模數不小於合成樹脂構件之楊氏模數的合成樹脂被避 免黏合至第二半導體元件及基底,於第二半導體元件之內 音β (如以堆疊方向上所見),且第一半導體元件之厚度小 於第二半導體元件之厚度。 6 .如申請專利範圍第1項之多晶片模組型半導體裝 置,進一步包括一第一合成樹脂,透過此樹脂而使基底與 第一半導體元件彼此連接、及一第二合成樹脂,透過此樹 脂而使基底與第二半導體元件彼此連接,第一合成樹脂之 楊氏模數大於第二合成樹脂之楊氏模數,而箄一半導體元 件之厚度小於第二半導體元件之厚度。 7 ·如申請專利範圍第1項之多晶片模組型半導體裝 置,進一步包括一黏合至基底及第一半導體元件之第一合 成樹脂,於第一半導體元件之內部上(如以其中每一第一 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS ) Α4規格(210Χ297公釐) (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)565874 A8 B8 C8 D8 六、申請專利範圍 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 及第二半導體元件及基底被堆疊之堆疊方向上所見)、及 一第二合成樹脂,透過此樹脂而使第二半導體元件被連接 至基底,於第二半導體元件之外部上(如以堆疊方向上所 見),而一楊氏模數不小於第一合成樹脂之楊氏模數的合 成樹脂被避免黏合至第二半導體元件及基底,於第二半導 體元件之內部(如以堆疊方向上所見),且第一半導體元 件之厚度小於第二半導體元件之厚度。 8 ·如申請’專利範圍第1項之多晶片模組型半導體裝 置,其中第一半導體元件之主要成分爲S i,第二半導體 元件之主要成分爲G a A s,而第二半導體元件之厚度小 於第一半導體元件之厚度。 9 .如申請專利範圍第1項之多晶片模組型半導體裝 置,其中長度最長(相較與從其中每一第一及第二半導體 元件及基底被堆疊的堆疊方向所見之第二半導體元件之其 他側的長度)之第二半導體元件的一側長度大於長度最長 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 (相較與從堆疊方向所見之第一半導體元件之其他側的長 度)之第一半導體元件的一側長度,且第二半導體元件之 厚度小於第一半導體元件之厚度。 1 〇 .如申請專利範圍第1項之多晶片模組型半導體 裝置,其中每一第一及第二半導體元件包含一面朝基底之 第一表面及一在堆疊方向(其中每一第一及第二半導體元 件及基底被堆疊)上爲第一表面之反向表面的第二表面, 且第一半導體元件之第二表面避免爲硏磨修整的表面而第 二半導體元件之第二表面爲硏磨修整的表面。 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS ) A4規格(210X297公釐) : 565874 A8 B8 C8 D8 六、申請專利範圍 1 1 ·如申請專利範圍第1項之多晶片模組型半導體 裝置,其·中第二半導體之面積小於第一半導體之面積(如 以其中每一第一及第二半導體元件及基底被堆疊的堆疊方 向所見),且第二半導體元件之厚度小於第一半導體元件 之厚度。 1 2 ·如申請專利範圍第1項之多晶片模組型半導體 裝置,其中長度最小(相較與從其中每一第一及第二半導 體元件及基底被堆疊的堆疊方向所見之第二半導體元件之 其他側的長度)之第二半導體元件的一側長度小於長度最 小(相較與從堆疊方向所見之第一半導體元件之其他側的 長度)之第一半導體元件的一側長度,且第二半導體元件 之厚度小於第一半導體元件之厚度。 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 、1T 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS ) A4規格(210X297公釐) -4 -
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