專利名稱：具有防止翹曲的結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體封裝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體封裝，且更具體而言，涉及具有新穎結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體封 裝，該結(jié)構(gòu)防止或減小了由于熱應(yīng)力引起的翹曲和焊料球缺陷的發(fā)生。
背景技術(shù)：
如本領(lǐng)域的技術(shù)人員所知，開發(fā)了各種技術(shù)，其允許電子裝置的小型化、 重量輕、高速操作和多功能性。由此開發(fā)了半導(dǎo)體封裝，目的在于減小尺寸
和改善電性能。^求柵陣列(BGA)封裝是典型示例。 常規(guī)的BGA封裝的配置如下所述。
半導(dǎo)體芯片被貼附到具有電路圖案的基板。半導(dǎo)體芯片的鍵合墊和基板
的電極墊通過導(dǎo)電鍵合引線彼此連接。模塑結(jié)構(gòu)(molding structure )形成于 包括半導(dǎo)體芯片和鍵合引線的基板的上表面上以保護半導(dǎo)體芯片和鍵合？ 1
線免受外部環(huán)境影響。用作安裝構(gòu)件的焊料球形成于基板的下表面上，用于 彼此電連接外部電路和半導(dǎo)體芯片。
因為BGA封裝具有與半導(dǎo)體芯片的尺寸相似的總體尺寸，安裝區(qū)域的 尺寸被減小。另外，因為BGA封裝通過焊料球電連接到外部電路，電信號 傳輸路徑的最小化改善了電性能。
然而，在常規(guī)的BGA封裝中，因為模塑結(jié)構(gòu)僅形成于包括半導(dǎo)體芯片 和鍵合引線的基板的上表面上，當(dāng)在隨后的工藝和測試中施加熱時，模塑結(jié) 構(gòu)和基板的熱膨脹系數(shù)之間的差異導(dǎo)致了翹曲。
翹曲在焊料球的連接部分中導(dǎo)致了裂紋且導(dǎo)致了焊料球缺陷。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的實施實施方式涉及一種半導(dǎo)體封裝，其減小了模塑結(jié)構(gòu)和基板 的熱膨脹系數(shù)之間的差異，由此最小化由于熱應(yīng)力引起的翹曲的發(fā)生。
本發(fā)明的另一實施方式涉及一種半導(dǎo)體封裝，其通過抑制翹曲的發(fā)生而 防止焊料球缺陷。在一個實施方式中，半導(dǎo)體封裝包括基板，具有多個連接墊(connection pad)和多個球焊盤(ball land);半導(dǎo)體芯片，貼附到基板的一個表面且具 有連接到基板的對應(yīng)的連接墊的多個鍵合墊(bondingpad);第一模塑結(jié)構(gòu)， 覆蓋基板的上表面，包括鍵合墊和連接墊之間的連接區(qū)域與半導(dǎo)體芯片；第 二模塑結(jié)構(gòu)，與基板的下表面的邊緣相鄰形成；和多個焊料球，貼附到基板 的相應(yīng)的球焊盤。
半導(dǎo)體芯片以面向下型貼附到基板。
鍵合墊設(shè)置于面對基板的半導(dǎo)體芯片的表面上的中間部分中。 基板在其中間部分具有開口 ，其暴露了半導(dǎo)體芯片的鍵合墊。 連接墊在基板的另 一表面上圍繞開口設(shè)置，且球焊盤在基板的另 一表面
上從連接墊向外設(shè)置。
基板的連接墊通過金屬引線電連接到半導(dǎo)體芯片的鍵合墊，金屬引線延
伸通過開口 。
包括金屬引線的基板的開口和圍繞開口的部分通過第 一模塑結(jié)構(gòu)被填 充和覆蓋。
第二模塑結(jié)構(gòu)形成以從與設(shè)置于基板的最外邊緣的球焊盤相鄰的部分 延伸。
第二模塑結(jié)構(gòu)形成以具有小于焊料球的高度的高度。
在另一實施方式中， 一種半導(dǎo)體封裝包括基板，具有多個連接墊和多 個球焊盤，且界定有與其邊緣相鄰的多個通孔；半導(dǎo)體芯片，貼附到基板的 一個表面且具有連接到基板的對應(yīng)的連接墊的多個鍵合墊；第一模塑結(jié)構(gòu)， 覆蓋基板的上表面，包括鍵合墊和連接墊之間的連接區(qū)域與半導(dǎo)體芯片；第 二模塑結(jié)構(gòu)，與基板的下表面的邊緣相鄰形成；第三模塑結(jié)構(gòu)，形成于基板 的相應(yīng)的通孔中；和多個焊料球，貼附到基板的相應(yīng)的球焊盤，其中第一和 第二模塑結(jié)構(gòu)通過第三模塑結(jié)構(gòu)彼此一體連接。
通孔與基板的兩個對邊部分或所有四個邊緣部分相鄰，在該基板上形成 了第二模塑結(jié)構(gòu)。
半導(dǎo)體芯片以面向下方式被貼附到基板。 鍵合墊設(shè)置于面對基板的半導(dǎo)體芯片的表面上的中間部分中。 基板在其中間部分具有開口 ，其暴露了半導(dǎo)體芯片的鍵合墊。 連接墊在基板的另 一表面上圍繞開口設(shè)置，且球焊盤在基板的另 一表面
上從連接墊向外設(shè)置。
基板的連接墊通過金屬引線電連接到半導(dǎo)體芯片的鍵合墊，金屬引線延 伸通過開口 。
包括金屬引線的基板的開口和圍繞開口的部分通過第 一模塑結(jié)構(gòu)被填 充和覆蓋。
第二模塑結(jié)構(gòu)形成以從與設(shè)置于基板的最外邊緣的球焊盤相鄰的部分 延伸。
第二模塑結(jié)構(gòu)形成以具有小于焊料球的高度的高度。


工藝步驟的剖面圖3是示出在條基板上形成根據(jù)本發(fā)明的實施方式的多個半導(dǎo)體封裝的 狀態(tài)的平面圖5是示出根據(jù)本發(fā)明的另一實施方式的用于半導(dǎo)體封裝的基板的平面
圖6A和6B是示出根據(jù)本發(fā)明的另一實施方式的分別沿線X-X'和Y-Y' 在圖5中所述的半導(dǎo)體封裝的剖面圖。
具體實施例方式
在本發(fā)明中，通過形成與基板的下表面的外邊緣相鄰的模塑結(jié)構(gòu)，可以 防止半導(dǎo)體封裝由于熱應(yīng)力而引起翹曲。
通孔的基板。因為模塑結(jié)構(gòu)還形成于通孔中，上和下模塑結(jié)構(gòu)可以彼此連接， 通過其可以進一步防止半導(dǎo)體封裝由于熱應(yīng)力的翹曲。
因此，在本發(fā)明中，通過防止半導(dǎo)體封裝的翹曲，可以防止在焊料球和 球焊盤之間的鍵合部分中產(chǎn)生裂紋，由此改善半導(dǎo)體封裝的可靠性。
其后，將詳細(xì)描述根據(jù)本發(fā)明的實施方式的半導(dǎo)體封裝。
參考圖1,半導(dǎo)體封裝100包括半導(dǎo)體芯片110、基板120、鍵合材料 130、鍵合引線M0、焊料球150、第一模塑結(jié)構(gòu)160和第二模塑結(jié)構(gòu)170。
半導(dǎo)體芯片110在其有源面即當(dāng)它被安裝時其面對基板120的表面上具 有多個鍵合墊112。 4定合墊112形成于半導(dǎo)體芯片IIO的有源面的中間部分 中。半導(dǎo)體芯片110以面向下的方式貼附到基板120。
基板120包括多個連接墊122，電連接到半導(dǎo)體芯片110的鍵合墊112; 多個球焊盤124,電連接到連接墊122;和金屬線(未顯示)，將連接墊122 和球焊盤124彼此連接。
在半導(dǎo)體芯片IIO通過鍵合材料130被安裝到基板120的上表面的狀態(tài) 中，基板120在其中間部分具有開口 C，開口 C具有狹縫的形狀且暴露鍵合 墊112。
基板120的連接墊122和球焊盤124形成于基板120的下表面上，即在 背離貼附半導(dǎo)體芯片IIO的上表面的表面上。連接墊122在基板120的下表 面上設(shè)置于開口 C的兩側(cè)，且球焊盤124設(shè)置于連接墊122和基板120的邊 緣部分之間。
鍵合引線140相互電連接半導(dǎo)體芯片110的鍵合墊112和基板120的連 接墊122。優(yōu)選地，鍵合引線140的第一端結(jié)合到相應(yīng)的鍵合墊122，鍵合 墊122設(shè)置于半導(dǎo)體芯片IIO的下表面上，且鍵合引線140的第二端穿過開 口 C且結(jié)合到連接墊122，連接墊122設(shè)置于基板120的下表面上。
第一模塑結(jié)構(gòu)160形成，從而其覆蓋包括半導(dǎo)體芯片110的基板120的 整個上表面，和包括開口 C和連接墊122的基板120的下表面的一部分。第 一模塑結(jié)構(gòu)160用于保護半導(dǎo)體芯片110、鍵合引線140、和到鍵合墊112 和連接墊122的鍵合引線140的連接部。
第二模塑結(jié)構(gòu)170形成于基板120的下表面上。第二沖莫塑結(jié)構(gòu)170用于 防止基板120和第一沖莫塑結(jié)構(gòu)160由于第一模塑結(jié)構(gòu)160和基板120的熱膨 脹系數(shù)之間的差異在一定方向上引起翹曲。第二模塑結(jié)構(gòu)170沿基板120的 下表面沿邊緣部分形成。詳細(xì)而言，第二模塑結(jié)構(gòu)170從基板120上與最外 球焊盤相鄰的位置朝基板120的邊緣部分延伸，形成為閉環(huán)的方式。第二模 塑結(jié)構(gòu)170具有小于焊料球150的高度的高度，且球焊盤124位于第二模塑 結(jié)構(gòu)170內(nèi)。
第一和第二模塑結(jié)構(gòu)160和170在模塑工藝期間利用環(huán)氧模塑混合物(EMC)同時形成。
焊料球150被貼附到相應(yīng)的球焊盤124,球焊盤124設(shè)置于基板120的 下表面上且用作半導(dǎo)體芯片110的外部連接端子。
其后，將描述根據(jù)本發(fā)明的實施方式的半導(dǎo)體封裝的制造工序。
工藝步驟的剖面圖。
參考圖2A，在其中間部分具有多個鍵合墊112的半導(dǎo)體芯片110通過 鍵合材料130的介質(zhì)貼附到基板120的上表面，從而半導(dǎo)體芯片110的下表 面面對基板120的上表面。此刻，設(shè)置于半導(dǎo)體芯片IIO的下表面上的鍵合 墊112通過界定為狹縫形狀的開口 C被暴露。
由導(dǎo)電材料制成的鍵合引線140彼此電連接半導(dǎo)體芯片110的鍵合墊 112和基板120的連接墊122。
參考圖2B,在其上安裝有半導(dǎo)體芯片110的基板120被引入到模塑單 元180中，模塑單元180包括上模具182和下模具184,從而基板120位于 在模塑單元180的上和下模具182和184之間界定的第一空腔186中。下模 具184具有第二空腔188，第二空腔188具有分別對應(yīng)于形成于基板120的 下表面上的那些模塑結(jié)構(gòu)的剖面形狀。模塑結(jié)構(gòu)由此將覆蓋包括狹縫形狀開 口 C的部分且防止半導(dǎo)體封裝被翹曲。
參考圖2C,上模具182和下模具184被固定在形成模塑結(jié)構(gòu)的位置。
通過驅(qū)動設(shè)置于下模具184內(nèi)的加熱器(未顯示)，例如環(huán)氧模塑混合 物的固態(tài)的模塑樹脂被熔化為液態(tài)。液態(tài)環(huán)氧模塑混合物在預(yù)定的壓力下被 注入到第一和第二空腔186和188中，從而第一和第二空腔186和188用環(huán) 氧模塑混合物填充。
液態(tài)環(huán)氧模塑混合物在高溫下被焙燒預(yù)定的時間。第一模塑結(jié)構(gòu)160形 成以覆蓋包括半導(dǎo)體芯片110的基板120的整個上表面和包括開口 C和連接 墊122的基板120的下表面的一部分。第二模塑結(jié)構(gòu)170沿基板120的下表 面的邊纟彖部分形成,人而形成閉環(huán)。
參考圖2D,焊料球150貼附到設(shè)置于基板120的下表面上的相應(yīng)的球 焊盤124。用作外部連接端子的焊料球150通過在高溫熔化焊料的回流工藝 形成于^求焊盤124上。
通過在具有多個單元基板的條基板上安裝多個半導(dǎo)體芯片，制造了根據(jù)
本發(fā)明的半導(dǎo)體封裝，在每個單元基板上安裝了至少一個半導(dǎo)體芯片。
圖3是示出在條基板上形成才艮據(jù)本發(fā)明的實施方式的多個半導(dǎo)體封裝的
狀態(tài)的平面圖，且圖4是示出根據(jù)本發(fā)明的實施方式的半導(dǎo)體封裝的平面圖。 參考圖3和4，根據(jù)本發(fā)明的實施方式如上述制造的半導(dǎo)體封裝100同
時形成于條基板120a上，條基板120a由多個單元基板120組成，每個包括
開口、連接墊和球焊盤。
參考圖4,形成于條基板120a上的多個半導(dǎo)體封裝IOO被切割且分為單
獨的半導(dǎo)體封裝。
在圖3和4中，參考標(biāo)號150代表焊料球；160代表第一模塑結(jié)構(gòu)；且 170代表第二模塑結(jié)構(gòu)。
在本發(fā)明的實施方式中，因為模塑結(jié)構(gòu)與基板的下表面上的邊緣部分相 鄰形成，當(dāng)在完成模塑工藝之后隨后進行比如回流工藝和測試工藝的工藝 時，即使對半導(dǎo)體封裝施加熱，基板膨脹和收縮的程度也減小。
因此，最小化了半導(dǎo)體封裝中的翹曲的發(fā)生，且結(jié)果，避免了在焊料球 和球焊盤之間的鍵合部分中裂紋的發(fā)生。
在本發(fā)明的另一實施方式中，鄰近基板的邊緣部分界定多個通孔。當(dāng)以 前述實施方式相同的方式在基板的上和下表面上形成模塑結(jié)構(gòu)時，在各個通 孔中填充了環(huán)氧模塑混合物。
由此，在本發(fā)明中，因為形成于基板的上和下表面上的;f莫塑結(jié)構(gòu)通過填 充通孔的環(huán)氧模塑混合物彼此一體連接，可以制造不翹曲和有利地承受熱應(yīng) 力的半導(dǎo)體封裝。
圖5是示出根據(jù)本發(fā)明的另 一 實施方式的用于半導(dǎo)體封裝的基板的平面圖。
參考圖5,用于半導(dǎo)體封裝的基板220a具有當(dāng)在基板220a的主軸方向 上觀看時在其左和右側(cè)或在其上、下、左和右側(cè)界定的通孔B。每個通孔B 具有允許在環(huán)氧模塑工藝期間環(huán)氧模塑混合物充分流入通孔B中的尺寸。通 孔B的尺寸和數(shù)量由封裝的尺寸以及在模塑工藝中所使用的材料的特性決定。
圖6A和6B是示出根據(jù)本發(fā)明的另 一實施方式的半導(dǎo)體封裝的剖面圖。 圖6A顯示了根據(jù)本發(fā)明的另 一實施方式的半導(dǎo)體封裝的基板220a的沿 線X-X'(顯示于圖5中)的剖面圖，和圖6B顯示了基板220a的沿線Y-Y'(顯示于圖5中)的剖面圖。該實施方式的半導(dǎo)體封裝使用在圖5中所示的 基板220a以上述的實施方式的相同方式制造。
.第一模塑結(jié)構(gòu)260和第二模塑結(jié)構(gòu)270通過第三模塑結(jié)構(gòu)2卯相互物理 連接，第三模塑結(jié)構(gòu)290形成于通孔B中，當(dāng)在基板220a的主軸方向上觀 看時通孔B界定于基板220a的上和下側(cè)或上、下、左和右側(cè)。通孔B和在 其內(nèi)形成的第三才莫塑結(jié)構(gòu)290設(shè)置與兩個對邊部分或所有四邊部分相鄰，以 對應(yīng)于第二模塑結(jié)構(gòu)270。
當(dāng)液態(tài)環(huán)氧模塑混合物被注入以形成第一和第二模塑結(jié)構(gòu)260和270 時，形成于通孔B中的第三模塑結(jié)構(gòu)290同時被注入。
因此，由于第一模塑結(jié)構(gòu)260和第二模塑結(jié)構(gòu)270通過形成于通孔B中 的第三模塑結(jié)構(gòu)2卯彼此一體連接的事實，可以形成牢固且抵抗由于熱應(yīng)力 引起的翹曲的半導(dǎo)體封裝。
在圖6A和6B中，參考標(biāo)號200指示半導(dǎo)體封裝；210指示半導(dǎo)體芯片； 212指示鍵合墊；222指示連接墊；224指示球焊盤；230指示鍵合材料；240 指示鍵合引線；250指示焊料球；且C指示開口。
雖然為了說明的目的描述了本發(fā)明的具體的實施方式，然而本領(lǐng)域的技 術(shù)人員可以理解在不脫離由所附的權(quán)利要求所披露的本發(fā)明的精神和范圍 的情況下，可以進行各種改進、添加和替換。
本申請要求分別于2006年11月21日和12月29日提交的韓國專利申 請10-2006-0114932和10-2006-0138467的優(yōu)先權(quán)，其全部內(nèi)容引入于此作為 參考。
權(quán)利要求
1、一種半導(dǎo)體封裝，包括基板，具有多個連接墊和多個球焊盤；半導(dǎo)體芯片，貼附到基板的一個表面且具有連接到基板的對應(yīng)的連接墊的多個鍵合墊；第一模塑結(jié)構(gòu)，覆蓋包括所述鍵合墊與所述連接墊之間的連接區(qū)域和所述半導(dǎo)體芯片的基板的上表面；第二模塑結(jié)構(gòu)，與基板的下表面的邊緣相鄰形成；和多個焊料球，貼附到基板的相應(yīng)的球焊盤。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體封裝，其中所述半導(dǎo)體芯片以面向下 的方式貼附到所述基板。
3、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的半導(dǎo)體封裝，其中所述《建合墊設(shè)置于面對基 板的半導(dǎo)體芯片的表面上的中間部分中。
4、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的半導(dǎo)體封裝，其中所述基板在其中間部分具 有開口，所述開口暴露了所述半導(dǎo)體芯片的所述鍵合墊。
5、 根據(jù)權(quán)利要求4所述的半導(dǎo)體封裝，其中所述連接墊在基板的另一 表面上圍繞所述開口設(shè)置，且所述球焊盤在基板的所述另一表面上從所述連 接墊向外設(shè)置。
6、 根據(jù)權(quán)利要求5所述的半導(dǎo)體封裝，其中所述基板的所述連接墊通 過延伸通過所述開口的金屬引線電連接到所述半導(dǎo)體芯片的所述鍵合墊。
7、 根據(jù)權(quán)利要求6所述的半導(dǎo)體封裝，其中包括金屬引線的基板的開 口和圍繞開口的部分通過所述第一模塑結(jié)構(gòu)被填充和覆蓋。
8、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體封裝，其中所述第二模塑結(jié)構(gòu)形成以 從與基板上設(shè)置于最外面的球焊盤相鄰的部分朝所述基板的邊緣延伸。
9、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體封裝，其中所述第二模塑結(jié)構(gòu)形成以 具有小于所述焊料球的高度的高度。
10、 一種半導(dǎo)體封裝，包括基板，具有多個連接墊和多個球焊盤，且界定有與其邊緣相鄰的多個通孔；半導(dǎo)體芯片，貼附到基板的一個表面且具有連接到基板的對應(yīng)的連接墊的多個鍵合墊；第 一模塑結(jié)構(gòu)，覆蓋包括所述鍵合墊與所述連接墊之間的連接區(qū)域和所述半導(dǎo)體芯片的基板的上表面；第二模塑結(jié)構(gòu)，與基板的下表面的邊緣相鄰形成； 第三模塑結(jié)構(gòu)，形成于基板的相應(yīng)的通孔中；和 多個焊料球，貼附到基板的相應(yīng)的球焊盤，其中所述第 一和第二模塑結(jié)構(gòu)通過所述第三模塑結(jié)構(gòu)彼此一體連接。
11、 根據(jù)權(quán)利要求10所述的半導(dǎo)體封裝，其中與其上形成了第二模塑 結(jié)構(gòu)的基板的兩個相對邊緣部分或所有四個邊緣部分相鄰界定所述通孔。
12、 根據(jù)權(quán)利要求10所述的半導(dǎo)體封裝，其中所述半導(dǎo)體芯片以面向 下方式被貼附到所述基板。
13、 根據(jù)權(quán)利要求12所述的半導(dǎo)體封裝，其中所述4A合墊設(shè)置于面對 基板的半導(dǎo)體芯片的表面上的中間部分中。
14、 根據(jù)權(quán)利要求13所述的半導(dǎo)體封裝，其中所述基板在其中間部分 具有開口，所述開口暴露了所述半導(dǎo)體芯片的所述鍵合墊。
15、 根據(jù)權(quán)利要求14所述的半導(dǎo)體封裝，其中所述連接墊在基板的另 一表面上圍繞所述開口設(shè)置，且球焊盤在基板的所述另一表面上從所述連接 墊向外設(shè)置。
16、 根據(jù)權(quán)利要求15所述的半導(dǎo)體封裝，其中所述基板的所述連接墊 通過延伸通過所述開口的金屬引線電連接到所述半導(dǎo)體芯片的所述鍵合墊。
17、 根據(jù)權(quán)利要求16所述的半導(dǎo)體封裝，其中包括金屬引線的基板的 開口和圍繞開口的部分通過第一模塑結(jié)構(gòu)被填充和覆蓋。
18、 根據(jù)權(quán)利要求10所述的半導(dǎo)體封裝，其中所述第二模塑結(jié)構(gòu)形成 從與基板上設(shè)置于最外面的球焊盤相鄰的部分朝所述基板的邊緣延伸。
19、 根據(jù)權(quán)利要求10所述的半導(dǎo)體封裝，其中所述第二模塑結(jié)構(gòu)形成 以具有小于所述焊料球的高度的高度。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種半導(dǎo)體封裝，其包括基板，具有多個連接墊和多個球焊盤；半導(dǎo)體芯片，貼附到基板的一個表面且具有連接到基板的對應(yīng)的連接墊的多個鍵合墊；第一模塑結(jié)構(gòu)，覆蓋基板的上表面，包括鍵合墊和連接墊之間的連接區(qū)域與半導(dǎo)體芯片；第二模塑結(jié)構(gòu)，與基板的下表面的邊緣相鄰形成；和多個焊料球，貼附到基板的相應(yīng)的球焊盤。所述半導(dǎo)體封裝減小了模塑結(jié)構(gòu)和基板的熱膨脹系數(shù)之間的差異，由此最小化由于熱應(yīng)力引起的翹曲的發(fā)生，并通過抑制翹曲的發(fā)生而防止焊料球缺陷。
文檔編號H01L23/31GK101188215SQ200710112009
公開日2008年5月28日 申請日期2007年6月19日 優(yōu)先權(quán)日2006年11月21日
發(fā)明者裵漢儁, 金載勉 申請人:海力士半導(dǎo)體有限公司