TWI662663B - 半導體封裝結構和基板結構 - Google Patents

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Abstract

本發明公開一種半導體封裝結構，包括：基板，具有第一表面和與該第一表面相對的第二表面，其中該基板包括佈線結構；第一半導體晶粒，設置在該基板的第一表面上，並電耦合至該佈線結構；第二半導體晶粒，設置在該基板的第一表面上，並電耦合至該佈線結構，其中該第一半導體晶粒和該第二半導體晶粒之間設有模制材料分隔；以及第一孔和第二孔，形成在該基板的第二表面上。

Description

半導體封裝結構和基板結構
本發明涉及半導體技術領域，尤其涉及一種半導體封裝結構和基板結構。
半導體封裝不僅可以為半導體晶粒提供環境污染物的保護，而且還可以提供半導體封裝所封裝的半導體晶粒與基板(例如印刷電路板(PCB，printed circuit board))之間的電連接。例如，半導體晶粒可以封裝在封裝材料(encapsulating material)中，並且以跡線(trace)電連接到基板。
然而，這樣的半導體封裝的問題在於在封裝過程中半導體封裝經受了不同的溫度。由於各種基板和半導體晶粒材料的不同熱膨脹係數(CTE，coefficients of thermal expansion)，半導體封裝可能會承受很高地應力。結果，半導體封裝可能會出現翹曲(warping)或破裂(cracking)，從而可能損壞半導體晶粒和基板之間的電連接，並且可能降低半導體封裝的可靠性。
在相對較大的封裝，例如50mm×50mm或更大的封裝的情況中，這種問題更加嚴重。因此，希望有一種新型的半 導體封裝結構。
有鑑於此，本發明提供一種半導體封裝結構和基板結構，以降低半導體封裝出現翹曲或破裂的問題的可能性，提高半導體封裝的可靠性。
根據本發明的第一方面，公開一種半導體封裝結構，包括：基板，具有第一表面和與該第一表面相對的第二表面，其中該基板包括佈線結構；第一半導體晶粒，設置在該基板的第一表面上，並電耦合至該佈線結構；第二半導體晶粒，設置在該基板的第一表面上，並電耦合至該佈線結構，其中該第一半導體晶粒和該第二半導體晶粒之間設有模制材料分隔；以及第一孔和第二孔，形成在該基板的第二表面上。
根據本發明的第二個方面，公開一種半導體封裝結構，包括：基板，具有佈線結構；第一半導體晶粒，設置在該基板上，並電耦合至該佈線結構；第二半導體晶粒，設置在該基板之上，並電耦合至該佈線結構，其中，該第一半導體晶粒和該第二半導體晶粒並排佈置；以及複數個孔，形成在該基板的表面上，其中該孔位於該基板 上的該第一半導體晶粒和該第二半導體晶粒的投影內。
根據本發明的第三個方面，公開一種基板結構，包括：佈線結構，佈置在基板中，其中該佈線結構耦合到佈置在該基板上方的複數個半導體晶粒；以及複數個孔，形成在該基板的表面上，其中該孔位於該基板上的該半導體晶粒的投影內。
本發明的半導體封裝結構由於包括設置在基板的第二表面上的第一孔和第二孔，可以幫助釋放基板中的應力，特別係集中在兩個半導體晶粒之間的介面下方的區域中的應力。由於基板和半導體晶粒的不同熱膨脹係數，半導體封裝結構可能受到很高地應力，形成在基板中的孔可以給基板的形變留出空間，解決由熱膨脹係數不匹配引起的翹曲或開裂的問題。因此，將降低半導體封裝結構內部的電連接損壞的可能性，並且可以提高半導體封裝結構的可靠性和壽命。
100a、100b、200a、200b、300a、300b、400a、400b、500a‧‧‧半導體封裝結構
101、201A、201B、301A、301B、401A、401B‧‧‧基板
101E1‧‧‧第一邊緣
101E2‧‧‧第一邊緣
101C、201C、201C’、301C、301C’、401C、401C’、501C‧‧‧中心
101a‧‧‧第一表面
101b‧‧‧第二表面
103‧‧‧導電焊盤
105‧‧‧導電通孔
107‧‧‧導電層
109‧‧‧導電柱
110a‧‧‧第一孔
110b‧‧‧第二孔
110c‧‧‧第三孔
110d‧‧‧第四孔
111‧‧‧凸塊結構
112‧‧‧黏合層
113‧‧‧框架
115a‧‧‧第一半導體晶粒
115b‧‧‧第二半導體晶粒
117‧‧‧模製材料
119‧‧‧導電結構
120‧‧‧重分佈層結構
121‧‧‧聚合物材料
123‧‧‧底部填充層
125‧‧‧應力緩衝層
C-C’‧‧‧中心線
A、B、C、D、E、F、G、H、I、J、K、L、a、b、c、d、e、f、g、h、i、j、k、l‧‧‧孔
通過閱讀後續的詳細描述和實施例可以更全面地理解本發明，該實施例參照附圖給出，其中：第1A圖係根據本發明的一些實施例的半導體封裝結構的橫截面圖；第1B圖係根據本發明的一些其他實施例的半導體封裝結構的橫截面圖；第1C圖係第1A圖所示的半導體封裝結構的基板中孔的 佈置的平面圖；第2A至2B圖係示出根據本發明的一些實施例的半導體封裝結構的基板中孔的形狀的平面圖；第3A至3B圖係示出根據本發明的一些實施例的半導體封裝結構的基板中的孔的佈置的平面圖；第4A至4B圖係示出根據本發明的一些實施例的半導體封裝結構的基板中的孔的位置的平面圖；第5圖係示出根據本發明的一些實施例的半導體封裝結構的基板中的孔的位置的平面圖。
以下描述為本發明實施的較佳實施例。以下實施例僅用來例舉闡釋本發明的技術特徵，並非用來限制本發明的範疇。在通篇說明書及申請專利範圍當中使用了某些詞彙來指稱特定的元件。所屬領域技術人員應可理解，製造商可能會用不同的名詞來稱呼同樣的元件。本說明書及申請專利範圍並不以名稱的差異來作為區別元件的方式，而係以元件在功能上的差異來作為區別的基準。本發明的範圍應當參考後附的申請專利範圍來確定。本發明中使用的術語“元件”、“系統”和“裝置”可以係與電腦相關的實體，其中，該電腦可以係硬體、軟體、或硬體和軟體的結合。在以下描述和申請專利範圍當中所提及的術語“包含”和“包括”為開放式用語，故應解釋成“包含，但不限定於...”的意思。此外，術語“耦接”意指間接或直接的電氣連接。因此，若文中描述一個裝置耦接至另一裝置，則代表該裝置可直接電氣連接於該另一裝置，或者透過其它裝置或連接手 段間接地電氣連接至該另一裝置。
對這些實施例進行了詳細的描述係為了使本領域的技術人員能夠實施這些實施例，並且應當理解，在不脫離本發明的精神和範圍情況下，可以利用其他實施例進行機械、化學、電氣和程式上的改變。因此，以下詳細描述並非係限制性的，並且本發明的實施例的範圍僅由所附申請專利範圍第限定。
下面將參考特定實施例並且參考某些附圖來描述本發明，但係本發明不限於此，並且僅由申請專利範圍限制。所描述的附圖僅係示意性的而並非限制性的。在附圖中，為了說明的目的，一些元件的尺寸可能被誇大，而不係按比例繪製。在本發明的實踐中，尺寸和相對尺寸不對應於實際尺寸。
第1A圖係根據本發明的一些實施例的半導體封裝結構100a的橫截面圖。第1C圖係第1A圖所示的半導體封裝結構100a的基板101中的孔佈置的平面圖，並且第1A圖係沿著第1C圖中的虛線I-I'截取的半導體封裝結構100a的橫截面圖。
附加的特徵可以添加到半導體封裝結構100a。對於不同的實施例，下面描述的一些特徵可以替換或消除。為了簡化圖示，在第1A圖和第1C圖中僅示出了半導體封裝結構100a的一部分。在一些實施例中，半導體封裝結構100a可以包括晶圓級(wafer-level)半導體封裝，例如倒裝晶片(flip-chip)半導體封裝。
參照第1A至1C圖，半導體封裝結構100a可以安 裝在基座(圖未示)上。在一些實施例中，半導體封裝結構100a可以係系統級晶片(SOC，system-on-chip)封裝結構。而且，基座可以包括印刷電路板(PCB，printed circuit board)並且可以由聚丙烯(PP，polypropylene)形成。在一些實施例中，基座可以包括封裝基板。半導體封裝結構100a通過接合(bonding)製程安裝在基座上。例如，半導體封裝結構100a包括凸塊結構111。在一些實施例中，凸塊結構111可以係導電球結構(例如球柵陣列(BGA，ball grid array))，導電柱(pillar)結構或導電膏(paste)結構，並且通過接合製程電耦合到基座。
在本實施例中，半導體封裝結構100a包括基板101。基板101中具有佈線(wiring)結構。在一些實施例中，基板101中的佈線結構係扇出(fan-out)結構，並且可以包括一個或複數個導電焊盤103、導電通孔105、導電層107和導電柱109。在這種情況下，基板101中的佈線結構可以設置在一個或複數個金屬間介電(IMD，inter-metal dielectric)層中。在一些實施例中，IMD層可以由有機材料形成，所述有機材料包括聚合物基礎材料(polymer base material)，包括氮化矽(SiNx)、氧化矽(SiOx)、石墨烯等的非有機材料(non-organic material)。例如，IMD層由聚合物基材製成。應該注意的係，圖中示出的IMD層、導電焊盤103、導電通孔105、導電層107和導電柱109的數量和構造僅係一些示例，而不係對本發明的限制。
此外，半導體封裝結構100a還包括通過複數個導 電結構119接合到基板101上的第一半導體晶粒115a和第二半導體晶粒115b。基板101具有第一表面101a和與第一表面101a相對的第二表面101b，其中第一表面101a面向第一半導體晶粒115a和第二半導體晶粒115b，並且第二表面101b面向上述基座。導電結構119設置在第一表面101a之上並且在第一半導體晶粒115a和第二半導體晶粒115b之下，並且凸塊結構111設置在基板101的第二表面101b上。
在一些實施例中，第一半導體晶粒115a和第二半導體晶粒115b通過導電結構119和基板101中的佈線結構電耦合到凸塊結構111。另外，導電結構119可以係可控塌陷晶片連接(C4，Controlled Collapse Chip Connection)結構。應該注意的係，整合在半導體封裝結構100a中的半導體晶粒的數量不限於本實施例中公開的半導體晶粒的數量。
在一些實施例中，第一半導體晶粒115a和第二半導體晶粒115b係主動裝置(active device)。例如，第一半導體晶粒115a和第二半導體晶粒115b可以係邏輯晶粒，包括中央處理單元(CPU，central processing unit)，圖形處理單元(GPU，graphics processing unit)，動態隨機存取記憶體(DRAM，dynamic random access memory)控制器或上述這些任意組合。在一些其他實施例中，一個或複數個被動裝置(passive device)也接合到基板101上。
第一半導體晶粒115a和第二半導體晶粒115b並排(side-by-side)佈置。在一些實施例中，第一半導體晶粒115a和第二半導體晶粒115b由模制材料(molding material)117 分隔開。模制材料117圍繞第一半導體晶粒115a和第二半導體晶粒115b，並且毗連(adjoin)於第一半導體晶粒115a和第二半導體晶粒115b的側壁。在一些實施例中，模制材料117包括非導電材料，例如環氧樹脂，樹脂，可模制聚合物或另一合適的模制材料。在一些實施例中，模制材料117在為大量液體時施加，然後通過化學反應固化。在一些其他實施例中，模制材料117係作為凝膠或可延展固體施加的紫外(UV，ultraviolet)固化聚合物或熱固化聚合物，然後通過UV或熱固化過程固化。模制材料117可以用模具(圖未示)固化。
在一些實施例中，第一半導體晶粒115a和第二半導體晶粒115b背對著基板101的第一表面101a的表面由模制材料117暴露，這樣使得散熱裝置(圖未示)可以直接附接到第一半導體晶粒115a和第二半導體晶粒115b的表面。因此，可以提高半導體封裝結構100a的散熱效率，這種結構係大功率應用的優選，特別係對於大尺寸半導體封裝結構，例如50mm×50mm的封裝結構。
半導體封裝結構100a還包括佈置在模制材料117、第一半導體晶粒115a和第二半導體晶粒115b之下，並且在導電結構119之間的聚合物材料121。半導體封裝結構100a還包括插入在基板101的第一表面101a和聚合物材料121之間的底部填充層123。此外，基板101還可以包括重分佈層結構120，重分佈層結構120位於導電柱109之上，並位於底部填充層123之下，重分佈層結構120電連接導電柱109和導電結構119，從而使第一半導體晶粒115a和第二半導體晶粒 115b電耦合到凸塊結構111。在一些實施例中，第一半導體晶粒115a、第二半導體晶粒115b和模制材料117由底部填充層123包圍。聚合物材料121和底部填充層123設置為補償基板101、導電結構119、第一半導體晶粒115a和第二半導體晶粒115b之間的不同熱膨脹係數(CTE，coefficients of thermal expansion)。
另外，半導體封裝結構100a包括通過黏合層(adhesive layer)112附接到基板101的第一表面101a的框架(frame)113。第一半導體晶粒115a和第二半導體晶粒115b由框架113和黏合層112所包圍。在一些實施例中，框架113和黏合層112通過間隙(gap)與底部填充層121分離。基板101具有第一邊緣101E1和與第一邊緣101E1相對的第二邊緣101E2。在一些實施例中，第一邊緣101E1和第二邊緣101E2與框架113的側壁和黏合層112共面。
仍然參照第1A圖，半導體封裝結構100a的基板101包括形成在第二表面101b上的第一孔110a和第二孔110b。在一些實施例中，第一孔110a和第二孔110b中的至少一個從第二表面101b穿透基板101到第一表面101a。儘管第1A圖所示的第一孔110a和第二孔110b貫穿基板101，但在其他一些實施例中，第一孔110a和第二孔110b都不從第二表面101b穿透到第一表面101a。也就係說，第一孔110a和第二孔110b可以係通孔或盲孔，或者其中一個係通孔而另一個係盲孔。並且孔可以係臺階孔、沉孔等。在一些實施例中，第一半導體晶粒115a覆蓋第一孔110a，並且第二半導體晶粒115b 覆蓋第二孔110b。換句話說，第一孔110a位於基板101上的第一半導體晶粒115a的投影內，並且第二孔110b位於基板101上的第二半導體晶粒115b的投影內，其中投影的方向係從第一半導體晶粒115a和第二半導體晶粒115b的上方豎直向下的。
具體地，在第一半導體晶粒115a和第二半導體晶粒115b之間具有中心線C-C’。其中中心線C-C’到第一半導體晶粒115a和第二半導體晶粒115b的距離可以相等。第一孔110a設置為比基板101的第一邊緣101E1更靠近中心線C-C’，並且第二孔110b設置為比基板101的第二邊緣101E2更靠近中心線C-C’。雖然在第1A圖所示的基板101中只有兩個孔，但應該注意的係，本發明的其他實施例中對於在基板101中形成的孔的數目沒有限制。
在一些實施例中，第一孔110a和第二孔110b通過鐳射鑽孔(laser drilling)製程或其他適用的製程形成。應該注意的係，第一孔110a和第二孔110b可以通過與基板101的佈線結構中的導電柱109相同的成形製程來形成。此外，第一半導體晶粒115a和第二半導體晶粒115b係在基板101中形成孔之後再接合到基板101。因此，可以防止第一半導體晶粒115a和第二半導體晶粒115b的損壞。
參考第1C圖，第1C圖係第1A圖中所示的半導體封裝結構100a的基板101中的孔的佈置的平面圖，並且第1A圖係沿著第1C圖中的虛線I-I'截取的半導體封裝結構100a的橫截面圖。應該注意的係，第1C圖係從半導體封裝結構100a 的底部看的平面圖。換句話說，第1C圖係從基板101的第二表面101b看過去的平面圖，而第二表面101b上設置有凸起結構111。特別地，為了簡潔起見第1C圖中省略了凸塊結構111。
如第1C圖所示，基板101包括多於兩個的孔。特別地，基板101還包括形成在第二表面101b上的第三孔110c和第四孔110d。第一半導體晶粒115a覆蓋第三孔110c，並且第二半導體晶粒115b覆蓋第四孔110d。另外，基板101具有中心101C，並且第一孔101a，第二孔101b，第三孔110c以及第四孔110d設置為比基板101的第一邊緣101E1和第二邊緣101E2更靠近中心101C的位置。其中中心101C可以位於中心線C-C’上，並且可以與第一半導體晶粒115a和第二半導體晶粒115b的上下邊緣等距。此外，從一個方向上(例如從圖中的橫向)看，第一孔110a和第二孔110b成一排，第三孔110c和第四孔110d成一排，並且這兩排相互平行且垂直於中心線C-C’。從另一個方向上(例如從圖中的豎向)看，第一孔110a和第三孔110c成一排，第二孔110b和第四孔110d成一排，並且這兩排相互平行且平行於中心線C-C’。也就係每排的孔的數量可以係相同，當然，每排的孔的數量也可以係不同的，還可以設置第五孔、第六孔、第七孔、第八孔等等。此外，第一孔110a可以與第二孔110b關於中心線C-C’對稱地設置，第三孔110c可以與第四孔110d關於中心線C-C’對稱地設置，第一孔110a和第三孔110c可以與第二孔110b和第四孔110d關於中心線C-C’對稱地設置。第一孔110a可以與第四孔110d關於中心101C對稱地設置，第二孔110b可以與第三孔110c關於 中心101C對稱地設置。本實施例中孔對稱地設置可以提高封裝結構的穩定性，並且方便生產製造。
形成在基板101中的孔，例如第一孔110a、第二孔110b、第三孔110c和第四孔110d設計為釋放(release)基板101中的應力，特別係集中於兩個半導體晶粒(即第一半導體晶粒115a和第二半導體晶粒115b)之間的交界面(interface)之下的區域的應力。由於基板101和半導體晶粒的熱膨脹係數(CTE)不同，半導體封裝結構100a可能受到很高地應力，因此形成在基板101中的孔可以解決因CTE不匹配(mismatch)引起的翹曲(warping)或開裂(cracking)的問題。具體地，孔的設置給基板的形變留出了空間。例如當半導體封裝結構受熱時，基板和半導體晶粒會受熱膨脹，因基板和半導體晶粒的熱膨脹係數不同，基板和半導體晶粒產生的形變將不同，若未設置孔，則基板可能形變過大而產生翹曲或開裂，或者與半導體晶粒之間的電接觸出現故障。而本實施例中孔的設置將會給基板的形變提供空間，基板在產生形變時，可以向孔中的區域延伸，從而釋放基板中的應力。因此，半導體封裝結構100a內的電連接可能不會因翹曲或開裂而損壞，半導體封裝結構100a的可靠性可能會增加。
第1B圖係根據本發明的一些其他實施例的半導體封裝結構100b的橫截面圖。為了簡潔起見，在下文實施例中省略了與之前參照第1A圖所描述的相同或相似的元件的描述。
如第1B圖所示，半導體封裝結構100b包括填充在 第一孔110a和第二孔110b中的應力緩衝層125。應力緩衝層125由諸如矽樹脂(silicone resin)或橡膠(rubber)的聚合物材料製成。在一些實施例中，應力緩衝層125由諸如味之素複合薄膜(ABF，Ajinomoto Build-up Film)之類的有機樹脂製成。
此外，應力緩衝層125可以通過旋塗(spin coating)製程形成。在一些其他實施例中，應力緩衝層125的材料可以分配在第一孔110a和第二孔110b中，並且可以去除應力緩衝層125的材料的多餘部分。在一些實施例中，應力緩衝層125可以在將第一半導體晶粒115a和第二半導體晶粒115b接合到基板101之前形成。
在一些實施例中，應力緩衝層125可填充第一孔110a和第二孔110b，並且應力緩衝層125的表面與基板101的第二表面101b齊平。在一些其他實施例中根據實際的製造製程，應力緩衝層125的表面可能不與基板101的第二表面101b齊平。
使用應力緩衝層125填充第一孔110a和第二孔110b可以提供如下優點：在基板101的處理(handling)製程期間防止雜質和灰塵落入第一孔110a和第二孔110b中。此外，半導體封裝結構100b的熱膨脹係數不匹配所導致的翹曲或開裂問題可通過形成於基板101中的孔(包括第一孔110a與第二孔110b)及應力緩衝層125來解決。因此，半導體封裝結構100b內的電連接可能不會因翹曲或開裂而損壞，半導體封裝結構100b的壽命(lifespan)可能會增加。
第2A圖係示出根據本發明一些實施例的半導體封裝結構200a的基板201A中的孔的形狀的平面圖，第2B圖係示出根據本發明一些實施例的半導體封裝結構200b的基板201B中的孔的形狀的平面圖。為了簡潔起見，在下文實施例中省略了與之前參照第1C圖所描述的相同或相似的元件的描述。
參照第2A圖，半導體封裝結構200a具有在基板201A中的孔A，B，C，D，E，F，G，H，I，J，K和L，基板201A中的孔的數量遠大於半導體封裝結構100a的基板101中的孔的數量。如第2A圖所示，第一半導體晶粒115a覆蓋孔A，B，C，D，E和F，並且第二半導體晶粒115B覆蓋孔G，H，I，J，K和L。換句話說，孔A-F位於基板201A上的第一半導體晶粒115a的投影內，並且孔G-L位於基板201A上的第二半導體晶粒115b的投影內。
具體地，孔A，B和C排列成第一排，孔D，E和F排列成第二排，孔G，H和I排列成第三排，孔J，K和L排列在第四排中。第一排，第二排，第三排和第四排平行於第一半導體晶粒115a和第二半導體晶粒115b的中心線C-C’。
參照第2B圖，半導體封裝結構200b中的基板201B具有與基板201A的孔A-L相同的方式佈置的孔a，b，c，d，e，f，g，h，i，j，k和l。基板201A和基板201B之間的區別在於，在平面圖中，孔a-l具有圓形形狀。與在平面圖中具有矩形形狀的基板201A中的孔A-L相比，由於孔a-l為圓形，能夠防止集中在基板201B中的孔A-L的角落處的應力問題。 因此，可以進一步減少半導體封裝結構200b的基板201B產生開裂問題的可能性。
在一些實施例中，應力緩衝層可以可選地形成在半導體封裝結構200a的孔A-L中以及半導體封裝結構200b的孔a-l中。應該注意的係，在第2A圖的平面圖中，孔A-L關於中心線C-C’對稱地設置，並且在第2B圖的平面圖中，孔a-l關於中心線C-C’對稱地設置。在其他一些實施例中，在第2A圖的平面圖中，孔A-L關於基板201A的中心201C對稱地設置，並且在第2B圖的平面圖中，孔a-l關於基板201B的中心201C’對稱地設置。
第3A圖係示出根據與本發明的一些實施例的半導體封裝結構300a的基板301A中的孔的佈置的平面圖，並且第3B圖係示出根據與本發明的一些實施例的半導體封裝結構300b的基板301B中的孔的佈置的平面圖。為了簡潔起見，在下文實施例中省略了與之前參照第2A圖所描述的相同或相似的元件的描述。
參照第3A圖，半導體封裝結構300a在基板301A中具有孔A，B，C，D，E和F。第一半導體晶粒115a覆蓋孔A，B和C，並且第二半導體晶粒115b覆蓋孔D，E和F。換句話說，孔A-C位於基板301A上的第一半導體晶粒115a的投影內，並且孔D-F位於基板301A上的第二半導體晶粒115b的投影內。
應該注意的係，孔A-F徑向地圍繞基板301A的中心301C佈置。也就係說，孔A-F中的每一個的中心到中心301C 的距離係相等的。在一些其他實施例中，孔A-F徑向圍繞中心佈置，並且該中心位於第一半導體晶粒115a和第二半導體晶粒115b之間。
與第2A圖的半導體基板200a相比，具有徑向圍繞排列的孔A-F的半導體封裝結構300a的基板301A中的應力能夠更有效地釋放。換句話說，為了獲得與半導體封裝結構200a相同的應力釋放效果，半導體封裝結構300a的基板301A中的孔的數量可以小於半導體封裝結構200a的基板201A中的孔的數量。然而，具有平行於中心線C-C’排列的孔A-L的半導體封裝結構200a的基板201A比具有徑向圍繞排列的孔A-F的半導體封裝結構300a的基板301A更容易製造。
參考第3B圖，半導體封裝結構300b中的基板301B具有在基板301B中交錯(stagger)佈置的孔a，b，c，d，e，f，g，h，i，j，k，l，m和n。具體而言，孔a-g被第一半導體晶粒115a覆蓋並且沿中心線C-C’的方向交錯佈置，孔h-n被第二半導體晶粒115b覆蓋並且沿著中心線C-C’的方向交錯佈置。具體的，從一個方向上(例如從圖中的橫向)看，孔c、j成一排，孔a、f、h、m成一排，孔d、k成一排，孔b、g、i、n成一排，孔e、l成一排，並且這五排相互平行且垂直於中心線C-C’。從另一個方向上(例如從圖中的豎向)看，孔a、b成一排，孔c、d、e成一排，孔f、g成一排，孔h、i成一排，孔j、k、l成一排，孔m、n成一排，並且這六排相互平行且平行於中心線C-C’。也就係說，每排的孔的數量可以不相同。
與第2A圖中的半導體封裝結構200a以及第3A圖中的半導體封裝結構300a相比，半導體封裝結構300b的基板301B可以結合上述半導體封裝結構200a的基板201A的孔的佈置以及半導體封裝結構300a的基板301A的孔的佈置的有益效果。具體而言，可以容易地製造基板301B中的孔a-n，並且可以高效地釋放基板301B中的應力。
在一些實施例中，應力緩衝層可以可選地形成在半導體封裝結構300a的孔A-F和半導體封裝結構300b的孔a-n中。應該注意的係，孔A-F在第3A圖的平面圖中關於中心線C-C’對稱地設置，並且孔a-n在第3B圖的平面圖中關於中心線C-C’對稱地設置。在其他一些實施例中，在第3A圖的平面圖中孔A-F關於基板301A的中心301C對稱地設置，並且在第3B圖的平面圖中孔a-n關於基板301B的中心301C’對稱地設置。
此外，第5圖係示出根據與本發明的一些實施例的半導體封裝結構500a的基板501A中的孔的佈置的平面圖。為了簡潔起見，在下文實施例中省略了與之前參照第2A圖所描述的相同或相似的元件的描述。
參照第5圖，半導體封裝結構500a在基板501A中具有在基板501A中交錯佈置的孔A，B，C，D，E和F。第一半導體晶粒115a覆蓋孔A，C和E，並且第二半導體晶粒115b覆蓋孔B，D和F。換句話說，孔A，C和E位於基板501A上的第一半導體晶粒115a的投影內，並且孔B，D和F位於基板501A上的第二半導體晶粒115b的投影內。 具體的，從一個方向上(例如從圖中的橫向)看，孔A、B成一排，孔E、F成一排，孔C、D成一排，並且這三排相互平行且垂直於中心線C-C’。從另一個方向上(例如從圖中的豎向)看，孔A、C成一排，孔B、D成一排，並且這兩排相互平行且平行於中心線C-C’，而孔E不與孔A、C在一排，孔F不與孔B、D在一排。也就係說，從一個方向上每排的孔的數量可以係相同的，而從另一個方向上每排的孔的數量可以係不同的。
半導體封裝結構500a的基板501A可以結合上述半導體封裝結構200a的基板201A的孔的佈置以及半導體封裝結構300a的基板301A的孔的佈置的有益效果。具體而言，可以容易地製造基板501A中的孔A-F，並且可以高效地釋放基板501A中的應力。
在一些實施例中，應力緩衝層可以可選地形成在半導體封裝結構500a的孔A-F中。應該注意的係，孔A-F在第5圖的平面圖中關於中心線C-C’對稱地設置。在其他一些實施例中，在第5圖的平面圖中孔A-F關於基板301A的中心301C對稱地設置。
第4A圖係示出了本發明的一些實施例的半導體封裝結構400a的基板401A中的孔的位置的平面圖，並且第4B圖係示出了本發明的一些實施例的半導體封裝結構400b的基板401B中的孔的位置的平面圖。為了簡潔起見，在下文實施例中省略了與之前參照第2A圖所描述的相同或相似的元件的描述。
參照第4A圖，半導體封裝結構400a中的基板401A具有與第2A圖中所示的半導體封裝結構200a中的孔A-L相同的方式佈置的孔A，B，C，D，E，F，G，H，I，J，K和L。孔A-L與基板401A中的中心線C-C’平行地設置。第2A圖和第4A圖不同的係，基板401A中的孔A-L比基板201A中的孔A-L更靠近基板401A的中心401C。
由於最大應力可能集中在基板401A的中心401C處，所以具有位於基板401A的中心401C附近的孔A-L的半導體封裝結構400a的基板401A中的應力可以比半導體封裝結構200a更有效地釋放。
參考第4B圖，半導體封裝結構400b中的基板401B具有沿基板401B的週邊邊緣設置的孔a，b，c，d，e，f，g，h，i和j。換句話說，孔a-j位於遠離基板401B的中心401C’的位置，以在基板401B的中間留出用於佈線的空間。與第4A圖的半導體基板400a相比，第4B圖的半導體基板400b可以為基板401B提供更好的佈線能力。
在一些實施例中，應力緩衝層可以可選地形成在半導體封裝結構400a的孔A-L和半導體封裝結構400b的孔a-j中。應該注意的係，在第4A圖的平面圖中，孔A-L關於中心線C-C’對稱地設置，並且在第4B圖的平面圖中孔a-j關於中心線C-C'對稱地設置。在其他一些實施例中，在第4A圖的平面圖中孔A-L關於基板401A的中心401C對稱地設置，並且在第4B圖的平面圖中孔a-j關於基板401B的中心401C'對稱地設置。
根據上述的實施例，形成在基板中的孔設計為釋放基板中的應力，特別係集中在兩個半導體晶粒之間的介面下方的區域中的應力。由於基板和半導體晶粒的不同熱膨脹係數(CTE)，半導體封裝結構可能受到很高地應力，形成在基板中的孔可以解決由CTE不匹配引起的翹曲或開裂的問題。因此，半導體封裝結構內部的電連接可能不會因翹曲或開裂而損壞，半導體封裝結構的可靠性和壽命可能會增加。
此外，可以對本發明的實施例進行許多變化和/或修改。根據本發明的一些實施例的半導體封裝結構可用于形成三維(3D)封裝，2.5D封裝，扇出(fan-out)封裝或其他合適的封裝。另外，還可以根據應用的類型來調整基板中孔的佈置、形狀和位置。
儘管已經對本發明實施例及其優點進行了詳細說明，但應當理解的係，在不脫離本發明的精神以及申請專利範圍所定義的範圍內，可以對本發明進行各種改變、替換和變更。所描述的實施例在所有方面僅用於說明的目的而並非用於限制本發明。本發明的保護範圍當視所附的申請專利範圍所界定者為准。本領域技術人員皆在不脫離本發明之精神以及範圍內做些許更動與潤飾。

Claims (15)

  1. 一種半導體封裝結構，包括：基板，具有第一表面和與該第一表面相對的第二表面，其中該基板包括佈線結構和重分佈層結構；第一半導體晶粒，設置在該基板的第一表面上，並電耦合至該佈線結構；第二半導體晶粒，設置在該基板的第一表面上，並電耦合至該佈線結構，其中該第一半導體晶粒和該第二半導體晶粒之間設有模制材料分隔；以及第一孔和第二孔，形成在該基板的第二表面上；其中該第一孔和該第二孔中的至少一個穿透該佈線結構和該重分佈層結構。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的半導體封裝結構，其中該第一半導體晶覆蓋粒該第一孔，該第二半導體晶粒覆蓋該第二孔。
  3. 如申請專利範圍第1項所述的半導體封裝結構，其中該第一孔和該第二孔設置為比該基板的邊緣更靠近該第一半導體晶粒和該第二半導體晶粒之間的中心線。
  4. 如申請專利範圍第1項所述的半導體封裝結構，其中該第一孔與該第二孔為矩形或圓形。
  5. 如申請專利範圍第1項所述的半導體封裝結構，其中還包括：第三孔和第四孔，形成在該基板的第二表面上，該第一半導體晶粒覆蓋該第三孔，該第二半導體晶粒覆蓋該第四孔，其中該第一孔、該第二孔、該第三孔和該第四孔徑向地圍繞該基板的中心佈置。
  6. 如申請專利範圍第1項所述的半導體封裝結構，其中還包括：第三孔和第四孔，形成在該基板的第二表面上，該第一半導體晶粒覆蓋該第三孔，該第二半導體晶粒覆蓋該第四孔，其中該第一孔和該第三孔佈置成第一排，並且該第二孔和該第四孔佈置成第二排，該第一排和該第二排平行於該第一半導體晶粒與該第二半導體晶粒之間的中心線。
  7. 如申請專利範圍第6項所述的半導體封裝結構，其中還包括：第五孔和第六孔，形成在該基板的第二表面上，該第一半導體晶粒覆蓋該第五孔，該第二半導體晶粒覆蓋該第六孔，其中該第一孔、該第三孔和該第五孔沿該中心線的方向交錯排列，該第二孔、該第四孔和該第六孔沿該中心線的方向交錯排列。
  8. 如申請專利範圍第1項所述的半導體封裝結構，其中還包括：複數個導電結構，設置在該第一表面之上並且在該第一半導體晶粒和該第二半導體晶粒之下；以及複數個凸塊結構，設置在該基板的第二表面上，其中該第一半導體晶粒和該第二半導體晶粒通過該基板中的導電結構和該佈線結構電耦合至該凸塊結構。
  9. 如申請專利範圍第1項所述的半導體封裝結構，其中還包括：框架，設置在該基板的第一表面上，其中該框架圍繞該第一半導體晶粒和該第二半導體晶粒。
  10. 如申請專利範圍第1項所述的半導體封裝結構，其中該模制材料進一步包圍該第一半導體晶粒及該第二半導體晶粒，並且該第一半導體晶粒及該第二半導體晶粒背對該基板的表面通過該模制材料暴露。
  11. 如申請專利範圍第1項所述的半導體封裝結構，其中還包括：應力緩衝層，填充到該第一孔和第二孔中。
  12. 一種半導體封裝結構，包括：基板，具有佈線結構和重分佈層結構；第一半導體晶粒，設置在該基板上，並電耦合至該佈線結構；第二半導體晶粒，設置在該基板之上，並電耦合至該佈線結構，其中，該第一半導體晶粒和該第二半導體晶粒並排佈置；以及複數個孔，形成在該基板的表面上，其中該孔位於該基板上的該第一半導體晶粒和該第二半導體晶粒的投影內；其中該複數個孔中的至少一個穿透該佈線結構和該重分佈層結構。
  13. 如申請專利範圍第12項所述的半導體封裝結構，其中該孔位於靠近該基板的中心處。
  14. 如申請專利範圍第12項所述的半導體封裝結構，其中該孔沿著該基板的週邊邊緣設置。
  15. 一種基板結構，包括：佈線結構和重分佈層結構，佈置在基板中，其中該佈線結構耦合到佈置在該基板上方的複數個半導體晶粒；以及複數個孔，形成在該基板的表面上，其中該孔位於該基板上的該半導體晶粒的投影內；其中該複數個孔中的至少一個穿透該佈線結構和該重分佈層結構。
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