TWI679095B - 半導體模具化合物傳送系統及相關方法 - Google Patents

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Abstract

本文中揭示模具化合物傳送系統及用於製作模具化合物傳送系統之方法。根據一特定實施例組態之一方法包含將一片狀模具化合物放置於藉由一托盤罩蓋界定之一裝納區域中，及將一粒狀模具化合物施配於該片狀模具化合物上方。該片狀模具化合物可具有一第一密度且該整體粒狀模具化合物可具有小於該第一密度之一第二密度。該方法進一步包括在未使用一離型膜之情況下將承載所施配粒狀物之固體片狀物傳送至一模製機。

Description

半導體模具化合物傳送系統及相關方法
本發明技術係關於用於傳送模具化合物及模製半導體器件結構之系統及方法。特定而言，本發明技術之一些實施例係關於半導體器件結構及封裝之壓縮模製。
封裝半導體器件(諸如記憶體晶片及微處理器晶片)通常包含安裝至一基板且圍封於一保護罩中的一半導體器件。器件包含功能特徵部，諸如記憶體胞、處理器電路及互連電路。保護罩習知地包含沈積於半導體器件封裝上方且囊封於一壓縮模製機中的一模具化合物。如圖1中展示，一習知模具傳送系統10包含沈積至一離型膜14上且堆疊於一托盤罩蓋16之一裝納區域內的一粒狀模具化合物12。堆疊之粒狀模具化合物12包含粒狀模具化合物12之個別粒狀物之間之填隙空間中的截留空氣18。沈積之粒狀模具化合物12延伸超過離型膜14達一厚度(T)。包含離型膜14、托盤罩蓋16及粒狀模具材料12之習知模具傳送系統10經傳送至一模製機且放置於具有複數個半導體器件封裝之一半導體晶圓上方。托盤罩蓋16接著從模製機移除，且離型膜14及粒狀模具材料12保留以經歷壓縮模製。粒狀模具材料12經由壓縮模製熔化以在半導體器件封裝上方形成一囊封劑。在於半導體晶圓上模製粒狀模具材料12之後，移除離型膜14。
上文中描述之習知系統及方法之一個缺點係：當粒狀模具材料12回流時，堆疊之粒狀模具材料12之個別粒狀物之間之截留空氣可能導致空隙。因而，一般需要減少在模製之前之一囊封劑材料內之截留空氣量。習知系統及方法之另一缺點係離型膜無法承受厚半導體封裝模製之高伸長率且因此無法產生大於1.5 mm之模製厚度。另外，全球競爭繼續促使半導體製造商降低成本，改良製造效率，且改良上文中描述之習知系統及方法。
本文中描述用於在一模製機中形成模製半導體器件封裝之方法之數個實施例之特定細節連同相關方法、器件及系統。術語「半導體器件」通常係指包含半導體材料之一固態器件。半導體器件之實例包含邏輯器件、記憶器件及二極體等等。此外，術語「半導體器件」可指代一成品器件或指代處於成為一成品器件之前之各個處理階段之一總成或其他結構。取決於使用其之內容背景，術語「基板」可指代一晶圓級基板、一條帶級基板或一單粒化晶粒級基板。熟習相關技術者將辨識，可在晶圓級、條帶級或晶粒級執行本文中描述之方法之適合步驟。此外，除非背景內容另有指示，否則可使用習知半導體製造技術來形成本文中揭示之結構。
術語「半導體器件封裝」可指代經堆疊或以其他方式併入至一通用封裝中之半導體器件之一總成。半導體封裝可包含部分或完全囊封半導體器件之總成的一外殼。術語「半導體器件總成」可指代半導體器件之一總成。此術語亦可指代半導體器件之一總成及耦合至半導體器件之總成之一支撐基板。支撐基板包含印刷電路板(PCB)或承載半導體器件之總成且提供至半導體器件總成之電連接之其他適合基板。術語「模製機」可指代使用熱及/或壓縮力來至少部分在一或多個半導體器件封裝周圍(例如，上方)模製一囊封劑的一裝置。模製機(舉例而言)可包含具有一上部模套(chase)及一下部模套且使一模具化合物壓縮及/或回流成一所要形狀的任何機器。熟習相關技術者亦將瞭解，技術可具有額外實施例且可在無下文中參考圖2A至圖4C描述之實施例之數個細節之情況下實踐技術。
圖2A及圖2B圖解說明根據本發明技術之選定實施例組態之一模具化合物傳送系統200。一起參考圖2A及圖2B，傳送系統200包含一托盤罩蓋202及定位於一支撐結構(例如，一桌子、模套等) 208上方之一支撐板206。托盤罩蓋202界定一內部裝納區域204。支撐板206可處於一閉合位置(如圖2B中展示)以支撐裝納區域204內之材料或處於一敞開位置(以虛線示意性地展示)以允許材料通過裝納區域204。
在操作中，當支撐板206處於閉合位置時，第一模具化合物210之一片狀物定位於裝納區域204中且至少部分與支撐板206重疊。片狀模具化合物210具有面向支撐板206之一第一側215a及背離支撐板206之一第二側215b。在圖2A及圖2B中展示之實施例中，片狀模具化合物210實質上橫跨裝納區域204之整個寬度。在該片模具化合物210處於適當位置之後，將一第二模具化合物220之粒狀物221沈積於片狀模具化合物210之第二側215b上方。當粒狀物221沈積以形成粒狀模具化合物220之一堆疊時，粒狀物221填入托盤罩蓋202並符合其形狀。粒狀模具化合物220包含個別粒狀物221之間之填隙空間中之截留空氣222。片狀模具化合物210支撐並承載堆疊之粒狀模具化合物220。堆疊之粒狀模具化合物220包含一第一厚度d1 ，且片狀模具化合物210包含等於或大於第一厚度d1 之一第二厚度d2 。片狀模具化合物210及粒狀模具化合物220之一組合厚度d1 +d2 通常大於約3毫米(mm)。在一些實施例中，組合厚度d1 +d2 介於約3 mm與約10 mm之間，或約3 mm與約8 mm之間，或約5 mm與約7 mm之間。相應地，可使用片狀模具化合物210及粒狀模具化合物220來產生大於約3 mm之一模製晶圓或條帶。
片狀模具化合物210可由一可流動樹脂材料或此項技術中通常已知之其他囊封劑材料構成。片狀模具化合物210可係自支撐且經形成以容納於托盤罩蓋206之裝納區域204內的一預壓制固體片狀物。在一些實施例中，片狀模具化合物可包含用於用識別標記雷射來標記個別片狀模具化合物的一玻璃纖維材料。在一些實施例中，片狀模具化合物210類似於由日本Shin-Etsu Chemical Co., Ltd.製造之片狀模具化合物之結構及功能。因而，片狀模具化合物210可具有一設定重量、長度及厚度，且可普遍地用作不同晶圓及/或半導體器件封裝之一囊封劑材料。粒狀模具化合物220可包括如片狀模具化合物210之材料之任一者。因而，片狀模具化合物210及粒狀模具化合物220可由相同材料或由不同材料形成。
片狀模具化合物210通常不包含截留空氣，或至少包含比粒狀模具化合物220中存在之截留空氣少的截留空氣。因而，片狀模具化合物210之密度大於粒狀模具化合物220之密度。此外，由於片狀模具化合物210之厚度d2 大於或等於粒狀模具化合物220之厚度d1 ，因此片狀模具化合物210之重量通常大於粒狀模具化合物220之重量。可基於多個因素來選擇片狀模具化合物210之重量與粒狀模具化合物220之重量之比率。舉例而言，粒狀模具化合物220包含截留空氣222且因此通常應限制粒狀模具化合物220之數量以避免出現空隙。然而，如下文中關於圖3更詳細地說明，需要足夠數量之粒狀材料來適應一特定晶圓或條帶之晶粒及晶粒堆疊之數目。另外，片狀模具化合物210與粒狀模具化合物220之重量比需要足夠高以確保片狀模具化合物210具有足夠強度以支撐粒狀模具化合物220。在一些實施例中，片狀模具化合物210之重量與粒狀模具化合物220之重量之比率係從約3:1至約5:1。在其他實施例中，片狀模具化合物210與粒狀模具化合物220之重量比係約4:1。
根據本發明技術之各種實施例，模具化合物傳送系統200不包含或不需要一離型膜。不同於其中需要一離型膜來將粒狀模具化合物傳送至模製機之習知系統及方法，片狀模具化合物210充當粒狀模具化合物220之一載體。因此，可從程序移除離型膜，從而減少半導體製造商之成本(例如，離型膜之成本)及製程步驟之數目(例如，移除離型膜之步驟)。
本發明技術之另一特徵係相較於相等厚度之僅一粒狀模具化合物，片狀模具化合物210及粒狀模具化合物220中之減少數量之截留空氣。如先前提及，截留空氣222存在於個別粒狀物221之間之多孔空間中且在粒狀模具化合物220熔化以形成一囊封劑時可導致模具空隙。本發明技術減輕此問題，此係因為從不包含截留空氣之預壓制片狀模具化合物210供應用於形成囊封劑之大部分模具化合物。從粒狀模具化合物220供應之模具化合物之剩餘數量明顯小於習知系統及方法中使用之粒狀模具化合物之數量。
本發明技術之又另一特徵係片狀模具化合物210及粒狀模具化合物220之減小厚度。在習知系統及方法中單獨使用粒狀模具化合物具有比片狀模具化合物210低的一密度。因而，片狀模具化合物210及粒狀模具化合物220之組合厚度d1 +d2 小於粒狀模具化合物本身之厚度(例如，圖1中之「T」)。減小之組合厚度d1 +d2 允許片狀模具化合物210及粒狀模具化合物220之更快速且更均勻加熱。減小之厚度亦防止片狀模具化合物210及粒狀模具化合物220在壓縮期間過早凝膠化，此藉此可減少線接合半導體器件406a至406b之甩線(wire sweeping)。
熟習相關技術者將辨識，包含片狀模具化合物210及粒狀模具化合物220之模具化合物傳送系統200之此組合可併入至多種其他系統中。相應地，模具化合物傳送系統200可包含除圖2中圖解說明之彼等特徵及組態以外或代替彼等特徵及組態的特徵及組態。舉例而言，可藉由除托盤罩蓋202以外之一結構形成裝納區域204。類似地，片狀模具化合物210及粒狀模具化合物220之比率及厚度可改變以適應個別晶圓或條帶及半導體器件封裝。
圖3係根據本發明技術之選定實施例之用於將模具化合物傳送至一模製機之一方法300之一流程圖。方法300可包含將片狀化合物210放置於托盤罩蓋202之裝納區域204內(程序部分302)。一旦片狀化合物210被放置於裝納區域204內，便將粒狀模具化合物220施配於片狀模具化合物210上方(程序部分304)。如先前關於圖2A及圖2B提及，片狀模具化合物210可經預壓制且具有一設定厚度及重量(即，設定數量之材料)。舉例而言，一「預壓制」片狀模具化合物210可係在其定位於裝納區域204中之前製成的一預形成片狀物。因而，已知片狀模具化合物210之數量(即，體積)，且粒狀模具化合物220之數量係在判定一特定晶圓或條帶所需之模具化合物之總量時可變之唯一模具化合物。所需粒狀模具化合物220之數量等於所需模具化合物之總量與由片狀模具化合物210供應之數量之間之差。所需粒狀模具化合物220之總量(及因此所需粒狀模具化合物220之數量)可取決於(舉例而言)晶粒厚度、所要模具厚度及各晶圓或條帶上之半導體器件封裝之晶粒及/或晶粒堆疊之數目而改變。因而，對於相同模具厚度之一給定晶圓或條帶，具有多個晶粒之一半導體器件封裝將需要比具有相同厚度之一單一晶粒之一半導體器件封裝少的粒狀模具化合物，此係因為多個晶粒之間存在需要用模具化合物填充之較少填隙空間。舉例而言，若一給定條帶具有附接至其之100個晶粒且在晶粒附接程序期間，條帶上之五個晶粒變得未附接，則需要添加更多粒狀模具化合物以補償五個未附接晶粒之體積且確保滿足條帶之所要模具厚度。
方法300藉由將承載粒狀模具化合物220之片狀模具化合物210傳送至模製機(程序部分306)而繼續。在一些實施例中，將片狀模具化合物210及粒狀模具化合物220傳送至模製機包含將包含托盤罩蓋202及支撐板206之整個模具化合物傳送系統200移動至模製機。將包含片狀模具化合物210及粒狀模具化合物220之模具化合物傳送系統200放置至一模具腔體452中。一旦模具化合物傳送系統200被放置於模製機中，支撐板206便移動至一敞開位置且移除托盤罩蓋202及支撐板206，僅將片狀模具化合物210及粒狀模具化合物220留在模製機上。接著，片狀模具化合物210及粒狀模具化合物220曝露於熱及/或壓縮，且熔化以形成一模製晶圓或條帶(程序部分308)。
圖4A至圖4D圖解說明放置於一模製機400內之片狀模具化合物210及粒狀模具化合物220。模製機400包含朝向彼此移動以在半導體晶粒460a至460b上方形成一囊封劑的一上部模套450及一下部腔體452。如圖4A中展示，包含半導體晶粒406a至406b之一條帶藉由真空固持至上部模套450，且片狀模具化合物210及粒狀模具化合物220被放置於下部腔體452內。當上部模套450及下部腔體452朝向彼此移動時，粒狀模具化合物220熔化以形成一混合模具化合物。熔化之粒狀模具化合物220形成於片狀模具化合物210上方，片狀模具化合物210可維持其自支撐結構至少直至粒狀模具化合物220已熔化之後。接著，片狀模具化合物210熔化以形成一均勻囊封劑材料440。如圖4C中圖解說明，上部模套450及下部腔體452進一步朝向彼此移動直至到達一模製位置。當上部模套450及下部腔體452進一步朝向彼此移動時，囊封劑440流向模製機之外端，如藉由箭頭F指示，且填充個別半導體晶粒460a至460b之間之填隙空間以至少部分囊封條帶。如圖4C中圖解說明，上部模套450及下部腔體452被固持於適當位置達一特定時間(例如，90秒至120秒)以允許均勻囊封材料440模製(即，硬化)。如圖4D中圖解說明，在均勻囊封材料440模製之後，上部模套450及下部腔體452遠離彼此移動。
本發明不意欲係詳盡的或將本發明技術限制於本文中揭示之精確形式。如相關技術之一般技術者將辨識，儘管本文中出於闡釋性目的揭示特定實施例，然各種等效修改在未偏離本發明技術之情況下係可行的。在一些情況中，尚未詳細展示或描述眾所周知的結構及功能以避免不必要地混淆本發明技術之實施例之描述。儘管本文中可依一特定順序呈現方法之步驟，然替代性實施例可依一不同順序執行步驟。類似地，在特定實施例之背景內容中揭示之本發明技術之某些態樣可在其他實施例中組合或免除。此外，雖然與本發明技術之某些實施例相關聯之優點可能已在彼等實施例之背景內容中揭示，但其他實施例亦可展現此等優點，且並非全部實施例必定需要展現此等優點或本文中揭示之其他優點以落在技術之範疇內。相應地，本發明及相關技術可涵蓋本文中未明確展示或描述之其他實施例。
貫穿本發明，單數術語「一(a、an)」及「該」包含複數個參照物，除非背景內容另有明確指示。類似地，除非字詞「或」明確限於僅意謂關於兩個或兩個以上物品之一清單排除其他物品之一單一物品，否則「或」在此一清單中之使用應解釋為包含(a)清單中之任何單一物品、(b)清單中之全部物品、或(c)清單中之物品之任何組合。另外，術語「包括」貫穿全文用於意謂包含至少(若干)所述特徵，使得不排除任何較大數目個相同特徵及/或額外類型之其他特徵。本文中對「一項實施例」、「一實施例」或類似表達之引用意謂結合實施例描述之一特定特徵、結構、操作或特性可包含於本發明技術之至少一項實施例中。因此，此等片語或表達之出現在本文中不一定皆指代相同實施例。此外，在一或多項實施例中可以任何適合方式組合各種特定特徵、結構、操作或特性。
10‧‧‧習知模具傳送系統
12‧‧‧粒狀模具化合物
14‧‧‧離型膜
16‧‧‧托盤罩蓋
18‧‧‧截留空氣
200‧‧‧模具化合物傳送系統
202‧‧‧托盤罩蓋
204‧‧‧內部裝納區域
206‧‧‧支撐板
208‧‧‧支撐結構
210‧‧‧第一模具化合物/片狀模具化合物
215a‧‧‧第一側
215b‧‧‧第二側
220‧‧‧第二模具化合物/粒狀模具化合物
221‧‧‧粒狀物
222‧‧‧截留空氣
300‧‧‧方法
302‧‧‧程序部分
304‧‧‧程序部分
306‧‧‧程序部分
308‧‧‧程序部分
400‧‧‧模製機
406a‧‧‧半導體晶粒
406b‧‧‧半導體晶粒
440‧‧‧均勻囊封劑材料
450‧‧‧上部模套
452‧‧‧下部腔體
460a‧‧‧半導體器件/半導體晶粒
460b‧‧‧半導體器件/半導體晶粒
d1‧‧‧第一厚度
d2‧‧‧第二厚度
T‧‧‧厚度
參考以下圖式可較佳地理解本發明技術之許多態樣。圖式中之組件不一定按比例。代替地，將重點放在清楚地圖解說明本發明技術之原理上。
圖1係根據先前技術之一習知模具化合物傳送系統之一橫截面側視圖。
圖2A係根據本發明技術之選定實施例組態之一模具化合物傳送系統之一橫截面側視圖，且圖2B係圖2A中展示之模具化合物傳送系統之一俯視圖。
圖3係根據本發明技術之選定實施例之用於將模具化合物傳送至一模製機之一方法之一流程圖。
圖4A至圖4D係圖解說明根據本發明技術之選定實施例之用於模製一半導體器件之一方法之選定步驟處之一半導體器件的橫截面側視圖。

Claims (19)

  1. 一種模具化合物傳送系統，其包括：一托盤罩蓋，其界定一裝納區域；一片狀模具化合物，其至少實質上橫跨由該托盤罩蓋界定之該裝納區域；一粒狀模具化合物，其包括藉由該片狀模具化合物承載之複數個個別粒狀物且至少橫跨大部分該片狀模具化合物，其中該片狀模具化合物具有一第一厚度且該粒狀模具化合物具有小於該第一厚度之一第二厚度。
  2. 如請求項1之系統，其中該片狀模具化合物與該粒狀模具化合物之一重量比係介於約3：1與約5：1之間。
  3. 如請求項1之系統，其中該片狀模具化合物與該粒狀模具化合物之一重量比係約4：1。
  4. 如請求項1之系統，其中該片狀模具化合物及該等個別粒狀物具有相同化學組合物。
  5. 如請求項1之系統，其中該片狀模具化合物及該等個別粒狀物各自包含一樹脂材料。
  6. 如請求項1之系統，其中該傳送系統缺少一離型膜。
  7. 如請求項1之系統，其中該片狀模具化合物及該粒狀模具化合物之組合厚度係大於或等於5毫米。
  8. 一種在未使用一離型膜之情況下傳送一模具化合物之方法，該方法包括：將具有一第一重量之一固體片狀物放置於一裝納區域中，其中該固體片狀物包括一第一模具材料；將粒狀物施配於該固體片狀物上方，使得該固體片狀物承載該等粒狀物，其中該等粒狀物具有小於該第一重量之一第二重量，且其中該等粒狀物包括一第二模具材料；及將承載該等所施配粒狀物之該固體片狀物傳送至一模製機。
  9. 如請求項8之方法，其中傳送包含在未使用一離型膜之情況下傳送承載該等所施配粒狀物之該固體片狀物。
  10. 如請求項8之方法，其中該第一模具材料及該第二模具材料各自包含一可流動樹脂。
  11. 如請求項8之方法，其中該第一模具材料及該第二模具材料具有相同化學組合物。
  12. 如請求項8之方法，其中該第一重量比該第二重量大近似三倍至五倍。
  13. 如請求項8之方法，其中該固體片狀物具有一第一厚度且該等所施配粒狀物具有小於或等於該第一厚度之一第二厚度。
  14. 如請求項13之方法，其中組合第一厚度及第二厚度係約5毫米或更大。
  15. 如請求項8之方法，其中傳送包含將承載該等所施配粒狀物之該固體片狀物放置於該模製機中，該方法進一步包括使該固體片狀物及該等所施配粒狀物回流以在晶圓上方形成一均勻模具材料。
  16. 一種形成一模製半導體晶圓之方法，該方法包括：將第一模具化合物之一固體片狀物放置於一裝納區域中；將第二模具化合物之粒狀物放置於該固體片狀物上方，使得該等粒狀物係藉由該固體片狀物承載；在一模製機中壓制該第二模具化合物之該等粒狀物以形成包含第一模具化合物之該固體片狀物及該第二模具化合物之一壓制層之一混合模具化合物；及至少部分基於該第一模具化合物之一第一重量，判定待放置於該第一模具化合物上方之該第二模具化合物之一第二重量。
  17. 如請求項16之方法，其中該混合模具化合物在一或多個晶粒上方界定一囊封劑。
  18. 如請求項16之方法，其進一步包括在壓制該等粒狀物之前，在未使用一離型膜之情況下將該固體片狀物傳送至該模製機。
  19. 如請求項16之方法，其中第一模具化合物之該固體片狀物具有一第一密度且該粒狀模具化合物具有小於該第一密度之一第二密度。
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