[发明专利]半导体封装、衬底、使用这种半导体封装或衬底的电子器件和用于校正半导体封装翘曲的方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体封装，以及在这种半导体封装中使用的衬底。具体地，本发明涉及一种半导体封装，所述半导体封装具有在衬底上通过倒装芯片方法安装的半导体芯片。同样，本发明还涉及使用所述衬底或所述半导体封装的电子器件。另外，本发明还涉及用于校正这种半导体封装翘曲(warping)的方法。

背景技术

随着便携终端尺寸和厚度的持续减小，要求减小半导体封装的尺寸和厚度。为了满足这种要求，需要应用倒装芯片连接技术的半导体封装。所谓的倒装芯片连接技术是这样一种技术：在半导体芯片的电路表面上设置端子、并且使用焊料球将这些端子与衬底上的焊盘直接相连。

另外，要求低截面地安装半导体封装。为此目的，需要半导体芯片和其上安装了半导体芯片的衬底的厚度减小。另一方面，在改进采用这些外部端子的电子器件的性能的步骤中，外部端子的个数倾向于增加。结果，半导体封装倾向于尺寸增加。实质上还减小了设置外部端子的间距，以便限制半导体封装的尺寸增加。为此目的，需要减小焊料球的尺寸，所述焊料球用于进行与所述外部端子的连接。

伴随着半导体封装和和衬底厚度减小的半导体封装的翘曲是成问题的。翘曲是又多种热负荷引起的，所述热负荷在制造过程中由于构成半导体封装的各个元件不同的热膨胀系数而产生。例如，当半导体芯片通过倒装芯片方法与衬底相连时、或当另一个半导体衬底与所述半导体封装相连时当对上述焊料球进行回流(即，对焊料进行回流)时出现热负荷。这里，所安装的半导体芯片表现出约3×10^-6/K的热膨胀系数，而形成所述衬底的一部分的玻璃布(glass cloth)具有约15×10^-6/K的热膨胀系数。

图1示出了这种传统半导体封装的平面图示例。另外，图2A-@c示出了所述半导体封装翘曲时的截面图。在这种结构中，半导体芯片1通过倒装芯片方法与衬底2相连。外部端子3按照格子形式设置在与半导体芯片1相同的衬底表面上，以便围绕半导体芯片1。半导体芯片1和衬底2通过焊块(bump)电连接。另外，底层填料树脂4填充在半导体芯片1和衬底2之间的间隙中。外部端子由半导体球构成。通过使用所述焊料球将半导体封装与另一个衬底相连，形成了包括该半导体封装的新半导体封装。图2A是沿图1的A-A’线得到的示意性截面图，示出了在图1所示的半导体封装制作中，在连接半导体芯片1和衬底2之后、并且在已经填充和固化底层填料树脂4之后，室温下的封装状态。底层填料树脂4通常在从180至250℃范围内的温度下固化，使得在该固化步骤期间实际上将衬底2加热到约150至220℃的温度。在这种温度下，表现出较大热膨胀系数(即，约15×10^-6/K)的衬底2在膨胀的同时与表现出约3×10^-6/K热膨胀系数的半导体芯片1相连。因此，在他们连接之后回到室温时，衬底2的收缩引起沿其上安装了半导体芯片1的表面凸起(参见图2A)的方向的翘曲。另一方面，当另一个衬底与该半导体封装相连时，在衬底2上形成外部端子3，接着是焊料回流步骤。在比焊料的熔点(例如225℃)更高的温度执行焊料回流，例如在240-260℃的范围内。在该焊料回流期间，衬底2再次膨胀。图2B、2C示出了在回流温度范围内的封装的状态，其中图2B是沿图1的A-A’线得到的示意性截面图，图2C是沿图1的B-B’线得到的示意性截面图。因为该回流温度比上述底层填料树脂4的固化温度高，衬底2沿与图2A所示状态相反的方向翘曲(warp)。如可以从图2B所示的沿A-A’线得到的截面图看出的，另一个衬底和外部端子3上的焊料球之间的距离在更靠近封装中心的位置处更大。同样，如可以从图2C所示的沿B-B’线得到的截面图可以看出，即使在封装的外围，另一个衬底与外部端子3的焊料球之间的距离在靠近侧边中心的位置处更大。如果另一个衬底和焊料球之间的空隙没有用提供给焊料球和其他衬底的、并且即使在其中熔化的焊糊(creamsolder)填充，有缺陷的连接增加。同样地，侧边的中心特别易受有缺陷连接的影响。