阅读说明：本技术 半导体设备封装及其制造方法 (Semiconductor device package and method of manufacturing the same ) 是由 陈湘祺 林政男 于 2019-05-06 设计创作，主要内容包括：本发明涉及一种半导体设备封装,其包含第一衬底、第二衬底、电接触和支撑元件。所述第一衬底具有第一表面。所述第二衬底具有面向所述第一衬底的所述第一表面的第一表面。所述电接触安置于所述第一衬底与所述第二衬底之间。所述支撑元件安置于所述第一衬底与所述第二衬底之间。所述支撑元件包含热固性材料。(The invention relates to a semiconductor device package comprising a first substrate, a second substrate, electrical contacts and a support element. The first substrate has a first surface. The second substrate has a first surface facing the first surface of the first substrate. The electrical contact is disposed between the first substrate and the second substrate. The support element is disposed between the first substrate and the second substrate. The support member comprises a thermoset material.)

半导体设备封装及其制造方法

技术领域

本公开大体上涉及一种半导体设备封装和一种制造其的方法，且涉及一种包含两个衬底以限定空腔的半导体设备封装和一种制造其的方法。

背景技术

移动通信的发展已引起对于高数据速率和稳定通信质量的需求，且高频无线传输(例如28GHz或60GHz)已变成移动通信行业中的一个最重要的话题。为了实现此类高频无线传输，可在具有约十毫米到约一毫米的波长(“毫米波(millimeter wave/mmWave)”)的频带中传输信号。然而，信号衰减在毫米波传输中是一个问题。

发明内容

在一或多个实施例中，根据一个方面，半导体设备封装包含第一衬底、第二衬底电接触件和支撑元件。第一衬底具有第一表面。第二衬底具有面向第一衬底的所述第一表面的第一表面。电接触件安置于第一衬底与第二衬底之间。支撑元件安置于第一衬底与第二衬底之间。支撑元件包含热固性材料。

在一或多个实施例中，根据另一方面，半导体设备封装包含第一衬底、第二衬底、电接触件和支撑元件。第一衬底具有第一表面。第二衬底具有面向第一衬底的所述第一表面的第一表面。电接触件安置于第一衬底与第二衬底之间。支撑元件安置于第一衬底与第二衬底之间。支撑元件的固化温度高于电接触件的熔点。

在一或多个实施例中，根据另一方面，制造半导体设备封装的方法包含(a)提供具有第一表面的第一衬底；(b)将一或多个支撑元件安置在第一衬底的第一表面上；(c)将第二衬底安置在支撑元件上，第二衬底在第二衬底的面向第一衬底的所述第一表面的第一表面上具有一或多个电接触件；(d)提供第一温度以熔化电接触件；和(e)提供第二温度以固化支撑元件。第二温度高于第一温度。

附图说明

当结合附图阅读时，从以下详细描述最佳地理解本公开的方面。应注意，各种特征可能未按比例绘制，且各种特征的尺寸可出于论述清楚起见而任意增大或减小。

图1A说明根据本公开的一些实施例的半导体设备封装的横截面图。

图1B说明根据本公开的一些实施例的在图1A中所展示的衬底的俯视图。

图1C说明根据本公开的一些实施例的在图1A中所展示的衬底的俯视图。

图1D说明根据本公开的一些实施例的在图1A中所展示的衬底的俯视图。

图1E说明根据本公开的一些实施例的在图1A中所展示的衬底的俯视图。

图1F说明根据本公开的一些实施例的在图1A中所展示的支撑元件的一部分的放大视图。

图2A、图2B和图2C说明根据本公开的一些实施例的半导体设备封装的制造方法。

图3A、图3B、图3C、图3D、图3E和图3F说明根据本公开的一些实施例的制造半导体设备封装的方法。

贯穿图式和详细描述使用共同参考标号来指示相同或类似元件。根据以下结合附图作出的详细描述将容易理解本公开。

具体实施方式

图1A说明根据本公开的一些实施例的半导体设备封装1的横截面图。半导体设备封装1包含衬底10、衬底11、一或多个电接触件12、一或多个支撑元件13、天线图案14、天线图案15和电子组件16。

衬底10可以是(例如)印刷电路板，如纸质铜箔层合物、复合铜箔层合物或聚合物浸渍的玻璃纤维类铜箔层合物。衬底10可包含互连结构10r，如重新分布层(redistribution layer；RDL)或接地元件。在一些实施例中，衬底10可以是单层衬底或多层衬底，所述衬底包含核心层和安置于衬底10的表面101(也可称为顶部表面或第一表面)和表面102(也可称为底部表面或第二表面)上的导电材料和/或结构。所述导电材料和/或结构可包含多个轨迹。衬底10可包含接近衬底10的表面101、邻近于所述衬底的表面或嵌入于所述衬底的表面中且在所述衬底的表面处暴露的一或多个导电衬垫10c。衬底10可包含衬底10的表面101上的防焊剂10r(或防焊罩)，以完全暴露或暴露导电衬垫10c的至少一部分以供电气连接。举例来说，防焊剂10r可覆盖导电衬垫10c的一部分。

天线图案14安置于衬底10的表面101上。在一些实施例中，天线图案14包含多个天线元件。举例来说，天线图案14可包含天线元件的阵列。在一些实施例中，天线图案14可包含天线元件的M×N阵列，其中M和N是大于0的整数。

电子组件16安置于衬底10的表面102上。在一些实施例中，电子组件16经由衬底10内的互连结构10r电连接到天线图案14。电子组件16可以是在其中包含半导体衬底、一或多个集成电路设备和一或多个上覆互连结构的芯片或裸片。集成电路设备可包含如晶体管的主动设备和/或如电阻器、电容器、电感器的非主动设备，或其组合。电子组件16可电连接到衬底10(例如，电连接到导电衬垫)，且电连接可借助于倒装芯片或导线接合技术实现。

衬底11安置于衬底10上且与衬底10间隔开。在一些实施例中，衬底11可取决于设计规范与衬底10相同或不同。衬底11具有表面111和与表面111相对的表面112。衬底11的表面112面向衬底10的表面101。在一些实施例中，衬底11的表面111称为顶部表面或第二表面，且衬底11的表面112称为底部表面或第一表面。在一些实施例中，衬底10的表面101平行于衬底11的表面112。衬底11可包含接近衬底11的表面112、邻近于所述衬底的表面或嵌入于所述衬底的表面中且在所述衬底的表面处暴露的一或多个导电衬垫11c。衬底11可包含衬底11的表面112上的防焊剂11r(或防焊罩)以暴露导电衬垫11c的至少一部分以供电连接。

天线图案15安置于衬底11的表面112上。天线图案15安置于衬底11的对应于安置于衬底10的表面101上的天线图案14(例如，安置于所述天线图案上方)的表面112上。举例来说，天线图案15面向天线图案14。举例来说，天线图案15可与天线图案14对准。在一些实施例中，天线图案15包含多个天线元件。举例来说，天线图案15可包含天线元件的阵列。在一些实施例中，天线图案15可包含天线元件的M×N阵列，其中M和N是大于0的整数。在一些实施例中，天线图案也可取决于设计规范而安置于衬底的表面111上。

电接触件12安置于衬底10与衬底11之间。电接触件12安置于衬底10的表面101与衬底11的表面112之间。电接触件12安置于衬底10的导电衬垫10c和衬底11的导电衬垫11c上。电接触件12与衬底10的导电衬垫10c和衬底11的导电衬垫11c接触。在一些实施例中，电接触件的熔点介于约217℃到约225℃范围内。在一些实施例中，电接触件12可以是或包含焊球。

支撑元件13安置于衬底10之间。支撑元件13安置于衬底10的表面101与衬底11的表面112之间。支撑元件13安置于衬底10的防焊剂10r和衬底11的防焊剂11r上。支撑元件13与衬底10的防焊剂10r和衬底11的防焊剂11r接触。支撑元件13粘附到衬底10和衬底11。在一些实施例中，支撑元件13具有相对强的黏着力或粘合到衬底10和衬底11的防焊剂10r和11r，以避免衬底11在后续工艺中从衬底10剥落或剥离。

在一些实施例中，支撑元件13的固化温度高于电接触件12的熔点。在一些实施例中，支撑元件13的固化温度是约225℃或更高。在一些实施例中，玻璃转化温度(Tg)是约115℃。在一些实施例中，支撑元件13可包含热固性材料，如环氧树脂。在一些实施例中，支撑元件13可包含B级黏着剂或固化的B级黏着剂。在一些实施例中，支撑元件13可包含一种材料，其在室温或小于其Tg(例如，115℃)的温度下处于A级，随后在其Tg(例如，115℃)到其固化温度(例如，225℃)范围内的温度下变为B级，且在高于其固化温度(225℃)的温度下变为C级。在一些实施例中，制造工艺将支撑元件13从其玻璃转化温度加热到其固化温度所需的时间是约200秒。在一些实施例中，支撑元件的粘度是约360Pa·s。

如图1A中所展示，由于电接触件12和支撑元件13安置于衬底10与11之间以限定其之间的高度、距离、一或多个空腔(例如，空气腔)，天线图案14和15的增益、带宽和辐射效率可通过促进天线图案14与天线图案15之间的共振而改进。为了达到共振的所期望水平，空气腔的高度H11(例如，天线图案14与天线图案15之间的距离)和高度H11的容差可控制在某一范围内。举例来说，空气腔的高度H11可介于约230微米(μm)到约280μm范围内且容差小于±28μm。在一些实施例中，空气腔的高度H11基于天线图案14和15的设计(例如，带宽或性能)而确定。

在一些实施例中，电接触件12或支撑元件13可不与天线图案14或15水平地重叠，这可避免干扰天线图案14与15之间的电磁波传输。举例来说，电接触件12或支撑元件13可具有相对于天线图案14或15的水平位移。举例来说，电接触件12或支撑元件13与天线图案14或15水平地间隔开。举例来说，电接触件12或支撑元件13到衬底10的表面101上的投影可不与天线图案14或15到衬底10的表面101上的投影重叠。

在一些比较性实施方案中，支撑元件13可省略，且仅电接触件(例如，焊球)用于支撑衬底11。然而，焊球的尺寸(例如，高度)可在每一回焊工艺后减小。因此，可能难以控制每一焊球在回焊工艺后的大小，且难以控制全部焊球的均一性(其可能是期望的)。因此，对于焊球可存在大的容差。举例来说，可能需要具有对应于所述高度的焊球高度，且上文所描述的问题可引起大于所希望变化范围的变化范围(如±约50μm或更大)，其可减小天线图案的共振效率。因此，焊球可应用于对高度的精度具有相对低需求的堆叠结构。

在一些比较性实施方案中，支撑元件13可通过固态间隔件实施。举例来说，间隔件安置于衬底10与衬底11之间。然而，间隔件将在制造工艺期间维持在固态下，且因此间隔件的形状或高度大体上固定。因此，难以在制造工艺期间控制焊球的量和衬底10与衬底11之间的高度、距离或空腔，这可妨碍衬底10与11之间的连接或粘合。

根据本公开的一些实施例，支撑元件13通过热固性材料实施。在半导体设备封装1的制造工艺期间，工艺温度逐渐增大，当温度达到其熔点(例如，约217℃到约225℃)时电接触件12开始熔化，且接着在温度保持升高到达到其固化温度(例如，约225℃)时支撑元件13固化。在电接触件12的熔化工艺期间，熔化的电接触件可牢固地粘合到衬底10和11的导电衬垫10c和11c且使衬底10和11更靠近，从而为衬底10和11的导电衬垫10c和11c提供自对准功能。另外，当工艺温度达到支撑元件13的固化温度时，支撑元件13固化或固体化，且即使工艺温度在后续制造步骤中减小也保持在固化或固体化状态下，这可允许由电接触件12和支撑元件13限定的空气腔与仅由焊球限定的空气腔相比较具有相对稳定和精确控制的高度。此外，在达到支撑元件13的固化温度前，支撑元件13的高度和形状可调整，这可将由电接触件12和支撑元件13限定的空气腔的高度灵活和精确地控制到期望值。

图1B说明根据本公开的一些实施例的图1A中的半导体设备封装1的衬底10的俯视图。如图1B中所展示，支撑元件13经布置为邻近于衬底10的边缘。支撑元件13彼此分隔开。举例来说，在两个相邻支撑元件13中的每一个之间存在间隙。在一些实施例中，支撑元件13与电接触件12分隔开。

图1C说明根据本公开的一些实施例的图1A中的半导体设备封装1的衬底10的俯视图。除了在图1C中，支撑元件13进一步经布置为邻近于衬底10的中心(这可提供较好或稳定的支撑能力)之外，图1C中的支撑元件13和电接触件12的布置与图1B类似。在一些实施例中，支撑元件13经布置为邻近于衬底10的边缘，且衬底10的中心由相同材料形成。替代地，支撑元件13经布置为邻近于衬底10的边缘，且衬底10的中心由不同材料形成，这可防止弯曲问题。

图1D说明根据本公开的一些实施例的图1A中的半导体设备封装1的衬底10的俯视图。除了在图1D中，支撑元件13经布置以在衬底10的边缘周围形成壁结构(这可防止弯曲问题)之外，图1D中的支撑元件13和电接触件12的布置与图1B类似。

图1E说明根据本公开的一些实施例的图1A中的半导体设备封装1的衬底10的俯视图。除了在图1E中，支撑元件13经布置以在衬底10的边缘周围形成壁结构(这可提供较好或稳定的支撑能力)之外，图1E中的支撑元件13和电接触件12的布置与图1C类似。

图1F说明根据本公开的一些实施例的在图1A中由点线矩形A圈起来的半导体设备封装1的一部分的放大视图。如图1F中所展示，支撑元件13具有内凹侧壁13a。举例来说，支撑元件13的侧壁13a向内凹进。举例来说，支撑元件13具有颈形侧壁。举例来说，与防焊剂10r或11r接触的支撑元件13的厚度大于支撑元件13的中间部分的厚度。

图2A、图2B和图2C是根据本公开的一些实施例的各个制造阶段处的半导体结构的横截面图。各图已简化，以提供对本公开的各方面的较好理解。在一些实施例中，图2A、图2B和图2C中所说明的方法用于形成图1A中的衬底11和电接触件12。

参考图2A，提供包含衬底11的一条衬底。提供具有导电衬垫11c、防焊剂11r和天线图案15的衬底11。电接触件12(例如，焊球)安置或安装在衬底11的导电衬垫11c上。

参考图2B，进行单体化工艺以分隔出如图2C中所展示的个别衬底。也就是说，对包含衬底11的衬底条执行单体化。可(例如)通过使用划片机、激光或其它适当的切割技术执行单体化。

图3A、图3B、图3C、图3D、图3E和图3F是根据本公开的一些实施例的各个制造阶段处的半导体结构的横截面图。各图已简化，以提供对本公开的各方面的较好理解。在一些实施例中，图3A、图3B、图3C、图3D、图3E和图3F中所说明的方法用于形成图1A中的半导体设备封装1。

参考图3A，提供包含衬底10的一条衬底。提供具有导电衬垫10c、防焊剂10r和天线图案14的衬底10。电子组件16和焊球安置或安装在衬底10的表面102上。随后图3A中的结构如图3B中所展示而翻转。

参考图3C，热固性材料13'(A级黏着剂或B级黏着剂)应用于衬底10的防焊剂10c上。在一些实施例中，热固性材料13'在室温或低于其Tg(例如，115℃)的温度下呈凝胶或胶水形式。举例来说，热固性材料13'处于A级。图2C中的结构安置于衬底10的表面101上。举例来说，电接触件12安置或置放于衬底10的导电衬垫10c上。

参考图3D，对图3C中的结构进行热工艺。举例来说，加热图3C中的结构。在一些实施例中，当工艺温度达到电接触件12的熔点(例如，217℃)时，电接触件12开始熔化以牢固地粘合到衬底10和11的导电衬垫10c和11c且使衬底10和11更靠近，从而为衬底10和11的导电衬垫10c和11c提供自对准功能。当工艺温度保持升高到达到热固性材料13'的固化温度(例如，约225℃)时，热固性材料13'固化或固体化以形成支撑元件13。举例来说，热固性材料13'处于C级。即使在后续制造步骤中工艺温度减小，支撑元件13也保持在固化状态或固体化状态下，从而允许由电接触件12和支撑元件13限定的空气腔具有相对稳定的高度。此外，在已经达到支撑元件13的固化温度前，支撑元件13的高度或形状可调整，这可将由电接触件12和支撑元件13限定的空气腔的高度灵活和精确地控制到期望值。在一些实施例中，制造工艺将支撑元件13从其玻璃转化温度(例如，115℃)加热到其固化温度所需的时间是约200秒。

参考图3E，可执行单体化以分隔出如图3F中所展示的个别半导体封装设备。也就是说，对包含衬底10的衬底条执行单体化。可(例如)通过使用划片机、激光或其它适当的切割技术执行单体化。

如本文中所使用，术语“近似”、“大体上”和“约”用于描述和解释小的变化。当与事件或情况结合使用时，所述术语可指事件或情况精确发生的例子以及事件或情况极近似地发生的例子。举例来说，当结合数值使用时，术语可指小于或等于所述数值的±10％的变化范围，如小于或等于±5％、小于或等于±4％、小于或等于±3％、小于或等于±2％、小于或等于±1％、小于或等于±0.5％、小于或等于±0.1％或小于或等于±0.05％。举例来说，如果两个数值之间的差值小于或等于所述值的平均值的±10％，如小于或等于±5％、小于或等于±4％、小于或等于±3％、小于或等于±2％、小于或等于±1％、小于或等于±0.5％、小于或等于±0.1％或小于或等于±0.05％，那么可认为所述两个数值“大体上”相同。举例来说，“大体上”平行可指代相对于0°的小于或等于±10°的角度变化范围，如小于或等于±5°、小于或等于±4°、小于或等于±3°、小于或等于±2°、小于或等于±1°、小于或等于±0.5°、小于或等于±0.1°或小于或等于±0.05°。举例来说，“大体上”垂直可指代相对于90°的小于或等于±10°的角度变化范围，如小于或等于±5°、小于或等于±4°、小于或等于±3°、小于或等于±2°、小于或等于±1°、小于或等于±0.5°、小于或等于±0.1°或小于或等于±0.05°。

如果两个表面之间的位移不超过5μm、不超过2μm、不超过1μm或不超过0.5μm，那么可认为这两个表面是共面的或大体上共面的。

如本文中所使用，术语“导电(conductive)”、“导电(electrically conductive)”和“电导率”指代转移电流的能力。导电材料通常指示展现对于电流流动的极小或零对抗的那些材料。电导率的一个量度是西门子每米(S/m)。通常，导电材料是电导率大于大致10⁴S/m(例如至少10⁵S/m或至少10⁶S/m)的一种材料。材料的电导率有时可随温度而变化。除非另外指定，否则材料的电导率在室温下测量。

如本文所用，除非上下文另外明确规定，否则单数术语“一(a/an)”和“所述”可包含多个指示物。在一些实施例的描述中，设置于另一组件“上”或“上方”的组件可涵盖前一组件直接在后一组件上(例如，与后一组件物理接触)的情况，以及一或多个中间组件位于前一组件与后一组件之间的情况。

尽管已参考本公开的特定实施例描述并说明本公开，但这些描述和说明并不限制本公开。所属领域的技术人员可清晰地理解，在不脱离如由所附权利要求书限定的本公开的真实精神和范围的情况下，可进行各种改变，且可在实施例内取代等效组件。图解可能未必按比例绘制。归因于制造工艺中的变量等等，本公开中的艺术再现与实际设备之间可能存在区别。可存在并未经确切说明的本公开的其它实施例。本说明书和图式被视为说明性而非限制性的。可进行修改，以使特定情形、材料、物质组成、方法或工艺适宜于本公开的目标、精神和范围。所有此类修改意欲在随附权利要求书的范围内。虽然已参看按特定次序执行的特定操作描述本文中所公开的方法，但应理解，可在不脱离本公开的教示的情况下组合、细分或重新排序这些操作以形成等效方法。因此，除非本文中特别指示，否则操作的次序和分组并非本公开的限制。