阅读说明：本技术 包含加固角部支撑件的半导体装置 (Semiconductor device including reinforced corner support ) 是由 刘扬名 叶宁 邱进添 于 2018-06-28 设计创作，主要内容包括：公开了一种半导体装置,其在装置的角部处具有加固支撑。半导体装置可以在装置的下表面上包含焊料球,以将装置焊接到印刷电路板上。在一个示例中,可以由支撑坯替换半导体装置的角部处的焊料球,支撑坯具有更大质量和半导体装置与PCB之间的更大的接触面积。在其他示例中,可以在装置的角部处提供螺钉(取代角部焊料球或附加于角部焊料球)。这些螺钉可放置为穿过半导体装置的角部并进到印刷电路板中。(A semiconductor device is disclosed having reinforcing supports at the corners of the device. The semiconductor device may include solder balls on a lower surface of the device to solder the device to the printed circuit board. In one example, solder balls at corners of the semiconductor device may be replaced by a support blank having a greater mass and a greater contact area between the semiconductor device and the PCB. In other examples, screws may be provided at the corners of the device (instead of or in addition to corner solder balls). These screws may be placed through the corners of the semiconductor device and into the printed circuit board.)

包含加固角部支撑件的半导体装置

技术领域

本发明总体上涉及半导体装置，特别地，涉及包含加固角部支撑件的半导体装置。

背景技术

对于便携式消费电子装置的需求的强劲增长正驱动对于大容量储存装置的需求。诸如闪速存储器储存卡的非易失性半导体存储器装置变得广泛应用，以满足对数字信息储存和交换的日益增长的需求。它们的便携性、多功能以及坚固设计连同它们的高可靠性和大容量，已经使得这样的存储器装置对于在各种电子装置中使用是理想的，电子装置包含例如数码相机、数字音乐播放器、视频游戏控制台、PDA以及蜂窝电话。

虽然已知许多不同封装配置，闪速存储器半导体装置可以总体上制造为系统级封装体(SIP)或多芯片模块(MCM)，其中多个半导体裸芯安装并互连到小足印衬底的上表面。衬底可以总体上包含刚性的、电介质的基部，基部具有在一侧或两侧上蚀刻的导电层。焊料球通常安装在形成在衬底的下表面上的接触垫上，以允许衬底被焊接到诸如印刷电路板的主机装置。一经安装，信号可以在半导体裸芯与主机装置之间经由衬底传输。

在常规板级半导体产品中，常常在衬底垫与PCB(印刷电路板)垫之间的焊料球结合点处产生机械应力。例如，这些应力可能由于例如在板级半导体产品的热循环测试期间的半导体封装体和PCB的不同热膨胀系数产生。这些应力还可能由于例如在半导体装置的处理或掉落测试期间的对焊料球冲击振动而产生。这样的应力倾向于在角部焊料球键合体处较高，并且可能导致这些角部键合体处的板级可靠性(BLR)失效。

发明内容

概括起来，在一个示例中，本技术涉及一种半导体装置，包括：衬底，衬底包括：配置为将半导体装置耦接到主机装置的焊料球，以及衬底的角部处的角部结构支撑件，角部结构支撑件具有比焊料球更高的强度；以及耦接到衬底的一个或多个半导体裸芯。

在另一示例中，本技术涉及一种半导体装置，包括：衬底，衬底包括：配置为将半导体装置耦接到主机装置的焊料球，以及衬底的角部中的每一个处的一个或多个结构坯，一个或多个结构坯具有比焊料球更高的强度；以及耦接到衬底的一个或多个半导体裸芯。

在另一示例中，本技术涉及一种用于接收半导体装置的主机装置，主机装置包括：接触垫的图案，配置为接收半导体装置上的一组接触垫上的多个焊料球；以及主机装置上的接触垫的图案的角部处的结构坯，结构坯配置为与半导体装置上的该组接触垫的角部接触垫配合。

在其他示例中，本技术涉及一种半导体装置，包括：衬底；耦接到衬底的一个或多个半导体裸芯；以及一个或多个半导体裸芯周围的模塑料；其中螺钉孔形成在半导体装置的角部处，穿过衬底和模塑料，螺钉孔配置为接收用于将半导体装置向下拧到主机装置上的螺钉。

在另一示例中，本技术涉及一种半导体装置，包括：衬底，衬底包括：配置为将半导体装置耦接到主机装置的焊料球，以及用于在主机装置上在结构上支撑半导体装置的结构支撑构件，结构支撑构件提供在衬底的角部处且具有比焊料球更高的强度；以及耦接到衬底的一个或多个半导体裸芯。

附图说明

图1是根据本技术的实施例的衬底和使用该衬底的半导体装置的总体制造工艺的流程图。

图2是根据本技术的实施例的在制造工艺中的第一步骤的半导体装置的衬底的侧视图。

图3是图2的衬底的俯视图。

图4是根据本技术的实施例的在制造工艺中的第二步骤的半导体装置的衬底的侧视图。

图5是图4的衬底的俯视图。

图6是图4的衬底的仰视图。

图7是根据本技术的实施例的安装在衬底上的若干半导体裸芯的侧视图。

图8是根据本技术的实施例的安装在衬底上并引线键合到衬底的若干半导体裸芯的立体图。

图9是根据本技术的实施例的半导体装置的侧视图。

图10是安装在主机装置上的完成的半导体装置的侧视图。

图11是穿过图10的线11-11的截面仰视图。

图12至图14是根据本技术的替代实施例的穿过图10的线11-11的截面仰视图。

图15和图16是根据本技术的替代实施例的安装在主机装置上的半导体装置的截面图。

图17和图18是角部支撑结构包括螺钉以将半导体装置固定到主机装置的情况下的立体图。

具体实施方式

现将参考附图描述本技术，其在实施例中涉及一种在装置的角部处具有加固支撑件的半导体装置。半导体装置可以包含装置的下表面上的焊料球，以将装置焊接到PCB(印刷电路板)上。在一个示例中，半导体装置的角部处的焊料球可以用支撑坯替换，支撑坯具有更大的质量和半导体装置与PCB之间的更大的接触面积。在其他示例中，可以在装置的角部处(作为角部焊料球的替代或附加)提供螺钉。这些螺钉可以放置为穿过半导体装置的角部并进入到PCB中。

应理解的是，本技术可以以许多不同形式实施，且不应理解为限制为本文中提出的实施例。反之，提供这些实施例使得本公开将是彻底且完整的，并将向本领域技术人员完全地传达本技术。实际上，本技术意图覆盖这些实施例的替代、修改以及等同，其包含在由所附权利要求所限定的本技术的范围和精神内。另外，在本技术的以下详细描述中，提出了许多具体细节，以便提供本技术的彻底理解。然而，本领域普通技术人员将明白，本技术可以在没有这些具体细节的情况下实践。

如本文中可能使用的术语“顶”和“底”、“上”和“下”和“垂直”和“水平”仅是作为示例和出于说明目的，并且不旨在限制技术的描述，因为涉及的项目可以在位置和取向上交换。另外，如本文中所使用的，术语“实质上”、“近似”和/或“约”是指指定尺寸或参数可以在给定应用的可接受制造公差内变化。在一个实施例中，可接受制造公差是给定尺寸的±0.25％。

现将参考图1的流程图和图2至图18的俯视图、侧视图以及立体图解释本技术的实施例。虽然附图示出了单独的半导体装置150或其一部分，应理解的是，装置150可以在衬底面板上连同多个其他半导体装置批量制造，以实现规模经济效益。衬底面板上的装置150的行和列的数目可以变化。

用于制造半导体装置150的衬底面板开始于多个衬底100(再次地，图2-6中示出了一个这样的衬底)。衬底100可以是多种不同的芯片载体介质，包含印刷电路板(PCB)、引脚框架或带式自动接合(TAB)带。在衬底100是PCB的情况下，衬底可以由如图2中所示的芯102形成。芯102可以由各种电介质材料形成，例如，聚酰亚胺层压体、包含FR4和FR5的环氧树脂、双马来酰亚胺三嗪(bismaleimide triazine，BT)等。芯可以具有40微米(μm)至200μm之间的厚度，虽然芯的厚度在替代实施例中可以在该范围之外变化。芯102在替代实施例中可以是陶瓷或有机的。

在步骤200中，导电层104和105可以形成在电介质芯102的暴露的平坦表面上，分别如图2和图3的边视图和俯视图所示。导电层104、105可以由铜或铜合金、镀覆的铜或镀覆的铜合金、合金42(42Fe/58Ni)、铜镀覆的钢或适于在衬底面板上使用的其他金属和材料形成。导电层104、105可以具有约8μm至40μm的厚度，虽然层的厚度在替代实施例中可以在该范围之外变化。

在步骤202中，通孔、引线和/或垫的导电图案形成在衬底100中且穿过衬底100。可以将衬底100钻孔，以限定穿孔通孔(throug-hole via)106，其随后被镀覆和/或填充有导电金属。然后电迹线108和接触垫110的导电图案可以形成在衬底100的顶和/或底主平坦表面上。图3示出了导电图案的示例，其包含形成在衬底100的第一主平坦表面112上的迹线108和接触垫110。图6示出了导电图案的示例，其包含形成在衬底100的第二主平坦表面114上的迹线108和接触垫110。

附图中在表面112和表面114上所示的通孔106、迹线108以及接触垫110的图案是作为示例，并且衬底100在其他实施例中可以包含更多或更少的通孔、迹线和/或接触垫，并且它们在其他实施例中可以在不同的位置中。衬底100的顶和/或底表面上的导电图案可以通过各种已知工艺形成，包含例如各种光刻法工艺。

根据本技术的方面，可以在衬底100的角部中的每一个处的一个或多个接触垫110a处提供支撑坯，如下面所解释的。接收支撑坯的接触垫110a可以与其他接触垫110相同。然而，在其他实施例中，接触垫110a可以比其他接触垫110更厚、更大和/或由更刚性的材料形成。在实施例中，提供接触垫110a用于结构支撑且不用于信号传输。在这样的实施例中，接触垫110a无需具有与之连接的迹线108。然而，在其他实施例中，接触垫110a可以用于信号通信。

再次参考图1，衬底100可以接下来在步骤204中被检查。此步骤可以包含自动化光学检查(AOI)。一经检查，可以在步骤206中将阻焊掩模118施加到衬底的上表面和/或下表面，分别如图4、5和6的边视图、俯视图以及仰视图所示。在施加阻焊掩模之后，可以在步骤208中以已知的电镀或薄膜沉积工艺将接触垫110以及要被焊接在导电图案上的任何其他区域例如用Ni/Au、合金42等镀覆。衬底100可以接下来在步骤210中经受操作测试，以确保衬底100正确工作。在步骤212中，衬底可以被视觉检查，包含例如自动化视觉检查(AVI)和最终视觉检查(FVI)，以检查污染、划痕以及变色(discoloration)。在其他实施例中，这些步骤中的一个或多个可以省略或以其他顺序进行。

假设衬底100通过检查，无源部件122(图4和图5)可以接下来在步骤214中固定到衬底100。一个或多个无源部件可以包含例如一个或多个电容器、电阻器和/或电感器，虽然可以预期其他部件。示出的无源部件122仅作为示例，并且在其他实施例中数目、类型以及位置可以变化。

上述的衬底100可以具有在0.05mm与0.3mm范围之间的厚度，并且更特别地0.08mm或0.21mm。应理解的是，衬底100在其他实施例中可以具有其他厚度。在上述实施例中，衬底100是双层衬底(夹在电介质层上的两个导电层)。在其他实施例中，衬底100可以包含更多层，例如四层衬底(分散在三个电介质层周围的四个导电层)。

在步骤220中，一个或多个半导体裸芯124可以安装在衬底100上，如图7的边视图中所示。半导体裸芯124可以例如为存储器裸芯，诸如2DNAND闪速存储器或3D BiCS(位成本可规模化)、V-NAND或其他3D闪速存储器，但可以使用其他类型的裸芯124。这些其他类型的半导体裸芯包含但不限于诸如ASIC的控制器裸芯，或诸如SDRAM、DDR SDRAM、LPDDR以及GDDR的RAM。

在包含多个半导体裸芯124的情况下，半导体裸芯124可以以多种配置上下叠置。在一个示例中，裸芯以偏移阶梯式配置堆叠，以形成如例如图7中所示的裸芯堆叠体。通过使用例如每个裸芯之间的间隔体来为电互连(下面解释)留下空间，裸芯可以替代地直接上下叠置。堆叠体中所示的裸芯124的数目仅作为示例，且实施例可以包含不同数目的半导体裸芯，包含例如1、2、4、8、16、32或64个裸芯。在其他实施例中可以存在其他数目的裸芯。裸芯可以使用裸芯贴附膜固定到衬底和/或彼此固定。作为一个示例，裸芯贴附膜可以固化到B阶段以在堆叠体中初步固定裸芯124，并且随后固化到最终的C阶段，以将裸芯124永久固定到衬底100。

在步骤224中，半导体裸芯124可以彼此电互连并电互连到衬底100。图8示出了引线键合体128的立体图，引线键合体128在相应的裸芯124上的对应的裸芯接合垫之间顺堆叠体向下形成，并且然后被接合到衬底100的表面112上的接触垫110。引线键合体可以通过球接合技术形成，但其他引线键合技术是可能的。半导体裸芯124在其他实施例中可以通过其他方法彼此电互连并电互连到衬底100，包含通过硅通孔(TSV)。

在将裸芯124电连接到衬底100之后，半导体装置150可以在步骤228中被封裹在模塑料130中，如图9中所示。模塑料130可以包含例如固体环氧树脂树脂、酚醛树脂、熔融石英、晶体石英、碳黑和/或金属氢氧化物。可预期来自其他制造商的其他模塑料。模塑料可以通过各种已知工艺施加，包含通过压缩模塑、FFT(自由流薄)模塑、传递模塑或注射模塑技术。

在步骤230中，焊料球132可以固定到衬底100的下表面114上的接触垫110，如图11和图12中所示。焊料球132可以用来将半导体装置焊接到主机装置，诸如印刷电路板。图12中在衬底100的底表面114上所示的接触垫110和焊料球132的图案仅作为示例，并且在其他实施例中可以变化。在实施例中，焊料球132的数目可以在50与1000之间的范围内，并且更特别地为70至500。

如背景技术部分所提到的，机械应力在半导体装置与半导体装置附接到的主机装置(例如，PCB)之间产生，特别是在半导体装置的角部处。根据本技术的方面，半导体装置150的角部可以使用高强度固定结构固定到主机装置。

在一个实施例中，可以从角部键合体垫110a省略焊料球132，如例如图9中所示。替代焊料球132，在步骤236中，角部键合体垫110可以接收支撑坯156以加固角部。图10示出了安装到主机装置160的半导体装置150的边视图，主机装置160可以例如为PCB。如图10中和图11中通过线11-11的截面图中所见，支撑坯156比焊料球132更大和/或更牢固，并在半导体装置150的角部处提供更强的支撑。在实施例中，支撑坯156可以由铜形成，但可以由具有比焊料球132更高的拉伸强度和/或剪切强度的其他材料形成。

如图10的截面图中所示，在实施例中，坯可以具有圆形截面，以提供圆柱形坯156。然而，支撑坯在其他实施例中可以具有其他形状。图12示出了支撑坯156具有正方形(或矩形)截面的示例。图13示出了支撑坯156具有“L”形截面的示例。

如提到的，支撑坯可以由诸如铜的材料形成，该材料具有比用于焊料球132的焊料更高的拉伸强度和/或剪切强度。在实施例中，支撑坯可以附加地和/或替代地比焊料球132更大。接收支撑坯的接触垫110a可以是在70μm与150μm之间的正方形。在支撑坯156是圆柱形的情况下，支撑坯156可以具有占据接触垫110a的全部或实质上全部的长度或宽度的直径，例如40μm至150μm的直径。接触垫110a在其他实施例中可以更小或更大，且支撑坯156占据例如接触垫110a的长度或宽度的50％至100％。

在实施例中，提供坯156用于结构支撑且不用于信号传输。在这样的实施例中，坯156所固定到的接触垫110a不需要具有与之连接的迹线108。然而，在其他实施例中，坯156和接触垫110a可以用于信号通信。

如提到的，考虑到支撑坯156的材料和/或大小，支撑坯156提供比焊料球132更高的拉伸强度。在一个示例中，与焊料球的拉伸强度(其为约20-100MPa)相比，每个支撑坯可以具有200-300MPa之间的拉伸强度。支撑坯的拉伸强度在其他实施例中可以比之更高或更低。剪切强度与拉伸强度之间存在相似的线性关联，使得支撑坯156具有比焊料球132更高的剪切强度。

考虑到半导体装置150的角部处的提高的机械应力，支撑坯156可以放置在四个角部处的接触垫110a处。然而，在其他实施例中，支撑坯156可以在多于半导体装置150的末端四个角部处替换焊料球132。图14示出了其他实施例，其中在衬底100的角部101中的每一个处的多于一个接触垫处提供支撑坯。在图14的实施例，每个角部101中的三个接触垫110a各自包含支撑坯156。在其他实施例中，在具有支撑坯156的每个角部中可以存在两个或多于三个接触垫110a。

在实施例中，支撑坯可以初始地安装在主机装置160上的接触垫上，并且然后当半导体装置150安装在主机装置160上时被耦接到接合垫110a(未被阻焊掩模118覆盖)。这样的实施例在图15的边视图中示出。支撑坯156可以在与将其他电子部件162(诸如无源装置)安装在主机装置160上的工艺相同的工艺中安装在主机装置160的接触垫上。然而，在替代实施例中，支撑坯156可以初始地安装在接触垫110a上，并且之后，可以将包含支撑坯156的半导体装置150安装在主机装置160上。这样的实施例在图16的边视图中示出。

如上面提到的，半导体装置150可以形成在衬底的面板上。在支撑坯初始地固定到主机装置160的实施例中，半导体装置150可以在封裹和固定焊料球132之后彼此单体化。之后，半导体装置可以固定到主机装置160和支撑坯156。在支撑坯初始地固定到半导体装置150的实施例中，半导体装置150可以在封裹和固定焊料球132和支撑坯156之后彼此单体化。之后，半导体装置可以固定到主机装置。

半导体装置150可以以多种切割方法中的任意方法单体化，切割方法包含锯割、水射流切割、激光切割、水引导激光切割、干介质切割以及金刚石涂层线切割。虽然直的线切割将限定总体上矩形或正方形形状的半导体装置150，应理解的是，半导体装置150在本技术的其他实施例中可以具有除了矩形和正方形之外的形状。

在上述实施例中，在半导体装置150的角部处提供支撑坯，以提供附加的结构支撑并促进与主机装置160的牢固固定。在其他实施例中可以使用除了支撑坯之外的结构支撑件。图17和图18示出了一个这样的替代实施例，其中螺钉用作半导体装置150的角部处的结构支撑件。

图17是主机装置160和要固定于主机装置160的半导体装置250的分解立体图。在所示的示例中，主机装置160可以是包含电连接体166的PCB，电连接体166装配在主板或其他PCB上的边缘连接体(未示出)内。主机装置160在其他实施例中可以是其他的PCB或电子装置。电连接体166中的一个或多个可以由迹线168耦接到镀覆的穿孔170，穿孔170帮助将电信号路由通过主机装置160。

半导体装置250可以相似于半导体装置150，除了省略了接触垫110a和支撑坯156之外。附加地，螺钉孔252形成在半导体装置250的角部处，穿过模塑料130和衬底100。尽管示出了四个这样的螺钉孔252，它们在其他实施例中可以多于或少于四个螺钉孔。

半导体装置250与半导体装置150之间的一个进一步差异是，可以在衬底100和半导体装置250在螺钉孔252周围区域中的部分中形成禁入区域254(以虚线示出)。即，当在步骤202中在衬底100上形成导电图案时(图1)，通孔106、迹线108或接触垫110不可以形成在半导体装置250的禁入区域254中。替代地，禁入区域254可以包含一个或多个通孔、迹线和/或接触垫，但那些通孔、迹线和/或接触垫不在主机装置160与半导体装置250之间的信号通信中使用。

在实施例中，螺钉孔252穿过模塑料130形成(图9)，但不接触半导体装置150内的半导体裸芯124。特别地，衬底100和模塑料130可以大于半导体裸芯124的堆叠体的足印，使得螺钉孔152可以形成在半导体装置250的角部处，同时与半导体装置250内的半导体裸芯124间隔。

主机装置160上的镀覆的穿孔170可以包含带螺纹的穿孔170a，其可以是带螺纹的，以接收螺钉180。在实施例中，带螺纹的穿孔170a不用于信号通信。

如图18的组装的立体图中所示，螺钉180可以通过半导体装置250中的螺钉孔252装配，并且拧到主机装置160上的带螺纹的穿孔170a中，以将半导体装置250紧固到主机装置160。应注意到，可以附加于耦接到主机装置160上的接触垫172的焊料球132而使用螺钉180。

虽然示出为在半导体装置250的表面上方延伸，螺钉180的头部可以是埋头的，从而与半导体装置250的表面平齐。螺钉180可以是由铜、铝、钢或其他材料形成的微螺钉等。螺钉180具有比焊料球132更高的模量。可以替代角部焊料球132或附加于角部焊料球132提供螺钉180。

使用支撑坯和/或螺钉为半导体装置150和250添加结构支撑，并且起到耗散应力的作用，否则应力可能在半导体装置150和250的角部处产生。从而，改善了板级可靠性(BLR)性能，因为附加的结构支撑件防止焊料球裂开或脱落。支撑坯和/或螺钉还提供的优点在于，可以省略传统上用来将半导体装置连接到主机装置的底部填充(under-fill)层。省略底部填充层减轻在半导体装置150、250下面注射环氧树脂的需要、省略了固化这样的层的需要，并且省略了在施加底部填充层之后清洁半导体装置150、250和/或主机装置的需要。另外，提供结构坯和/或螺钉提供了从半导体装置150和250热耗散的更好的通路。

已经处于说明和描述目的提出了本技术的前述详细描述。其不旨在穷举或将本技术限制为所公开的精确形式。鉴于以上教导，许多修改和变化是可能的。选择所描述的实施例以最好地解释本技术的原理及其实际应用，从而是本领域技术人员能够在各种实施例中并以适于预期的特定应用的各种修改来利用本技术。本技术的范围意图由所附权利要求限定。