半导体装置封装及其制造方法与流程

1.本发明系关于半导体装置封装及其制造方法，更具体而言，是关于具有磁性材料的半导体装置封装。


背景技术：

2.变压器包含至少两个电感线圈，且通常包含磁性材料以增加电感值。习知技艺中，变压器并非形成于印刷电路板(printed circuit board)的堆栈线路结构中。此外，习知技艺并没有结合印刷电路板制程与变压器制程的方法。


技术实现要素：

3.本公开的实施例涉及一种半导体装置封装。所述半导体装置封装包括具有第一表面及与所述第一表面相对之第二表面的衬底。所述半导体装置封装还包括第一电性传导层，设置于所述衬底之所述第一表面上方；及绝缘层，设置于所述衬底之所述第一表面上方。所述半导体装置封装还包括磁性传导层，设置于所述第一电性传导层与所述绝缘层之间。所述磁性传导层具有面对所述衬底之所述第一表面的底表面、与所述衬底之所述第一表面相对之顶表面、及在所述磁性传导层之所述底表面与所述磁性传导层之所述顶表面之间延伸的侧表面。
4.本公开的实施例涉及一种半导体装置封装之制造方法。所述方法包括提供衬底、于所述衬底上形成图案化金属层、及于所述衬底上形成图案化磁性材料以覆盖所述图案化金属层。
附图说明
5.当结合附图阅读以下的详细描述时，本公开之若干实施例的态样可被最佳地理解。应注意，各种结构可不按比例绘制。实际上，为了论述清楚起见，各种结构的尺寸可任意放大或缩小。
6.图1a所示为根据本案的某些实施例的半导体装置封装的剖面图；
7.图1b所示为根据本案的某些实施例的半导体装置封装的剖面图；
8.图2a所示为根据本案的某些实施例的半导体装置封装的立体图；
9.图2b所示为根据本案的某些实施例的半导体装置封装的立体图；
10.图3所示为根据本案的某些实施例的半导体装置封装的立体图；及
11.图4a至4d所示为根据本案的某些实施例的半导体装置封装的制造方法中的一或者更多阶段。
12.相同或类似的组件在图式和详细描述中使用同样的参考标号来标示。从以下的详细描述并结合附图，本公开之若干实施例将可被立即地理解。
具体实施方式
13.以下公开提供了用于实施所提供标的的不同特征的许多不同实施例或范例。下文描述了组件和配置的具体实例。当然，这些仅为范例且不欲为限制性的。在本公开中，对在第二特征上方或之上形成第一特征的引用可以包含将第一特征和第二特征形成为直接接触的实施例，并且还可以包含可以在第一特征与第二特征之间形成另外的特征使得第一特征和第二特征可以不直接接触的实施例。此外，本公开可以在各个实例中重复附图标记和/或字母。这种重复是为了简单和清晰起见并且本身并不指示所讨论的各个实施例和/或配置之间的关系。
14.下文详细讨论了本公开的实施例。然而，应当理解的是，本公开提供了许多可以在各种各样的特定环境下具体化的适用概念。所讨论的具体实施例仅是说明性的，而不限制本公开的范围。
15.本公开提供一种半导体装置封装及其制造方法。与比较性实施例(comparative embodiments)相比，本公开的封装结构利用基板中的线路层制作电感线圈，并于基板中至少一线路层藉由钢板印刷形成磁性材料。此制造方法不需要在衬底中钻孔并填充磁性材料。此外，此制造方法整合衬底与变压器制程，而降低制程成本、缩小组件尺寸。
16.参照图1a，图1a所示为根据本案的某些实施例的半导体装置封装1的剖面图。半导体装置封装1包含衬底10、电性传导层(或称图案化金属层)11c及12c、磁性传导层13及15、及绝缘层14及16。
17.衬底10具有表面(或称第一表面)111和与表面111相对的表面(或称第二表面)112。
18.衬底10可以为(或包含)印刷电路板，例如纸基铜箔层压板(paper-based copper foil laminate)、复合铜箔层压板(composite copper foil laminate)或聚合物浸渍的玻璃纤维基铜箔层压板(polymer-impregnated glass-fiber-based copper foil laminate)。例如，如图1a所示，衬底10可以包含核心层(core layer)10d及堆迭于核心层10d上下侧的介电层11d1、11d2、12d1、及12d2。
19.核心层10d、介电层11d1、11d2、12d1、及12d2可包含(但不限于)阻焊层(solder mask)、聚酰亚胺(polyimide，pi)、聚丙烯(polypropylene，pp)、abf基材(ajinomoto build-up film，abf)、模塑料(molding compounds)、预浸渍复合纤维(pre-impregnated composite fibers)(例如，预浸材料)、硼硅酸盐玻璃(borophosphosilicate glass，bpsg)、氧化硅(silicon oxide)、氮化硅(silicon nitride)、氮氧化硅(silicon oxynitride)、经掺杂硅酸盐玻璃(undoped silicate glass，usg)、及其中之组合、或其他类似物。模塑料的实例可包含(但不限于)环氧树脂(epoxy resin)(包含分散其中的填料(fillers))。预浸材料的实例可包含(但不限于)通过堆迭或层压(laminating)多个预浸渍材料及/或片料(sheets)所形成的多层结构。虽然本揭露之图式描绘四层介电层，但本发明之半导体装置封装亦可具有任意数量层数的介电层。例如，本发明之半导体装置封装亦可用于在具有任意数量层数的衬底中形成变压器或电感。
20.电性传导层11c包含包封于(encapsulated)介电层11d2中的电性传导层11c1及设置于衬底10之表面111上方的电性传导层11c2。具体而言，电性传导层11c1设置于核心层10d的一表面上，而介电层11d2覆盖(cover)电性传导层11c1。电性传导层11c1透过传导柱
(conductive via)11v电性连接到电性传导层11c2。传导柱11v从表面111穿过介电层11d1及11d2而与电性传导层11c1接触。传导柱11v之宽度从表面111向核心层10d渐缩。
21.在一些实施例中，电性传导层11c1形成一螺旋电感。在一些实施例中，电性传导层11c1形成的螺旋电感大致上平行于核心层10d的一表面。在一些实施例中，电性传导层11c2形成一螺旋电感。在一些实施例中，电性传导层11c2形成的螺旋电感大致上平行于表面111。从剖面图来看，电性传导层11c2包括彼此分离(separated)或间隔一距离(spaced apart from)的若干个部分。各个部份彼此距离标示为“s”，各个部份可具有标示为“w”的宽度(或称为线宽)。在一些实施例中，线宽w可介于100微米(μm)至500μm。但本发明不限于此，在一些实施例中，线宽w可大于500μm。在一些实施例中，距离s可介于50μm至100μm。但本发明不限于此，在一些实施例中，距离s可大于100μm。
22.电性传导层11c2的每两个部份与表面111形成一凹槽(cavity)，磁性传导层13填充(fill)或容纳(accommodate)于其中。
23.电性传导层11c1及11c2、及传导柱11v可包含(但不限于)铜(cu)、金(au)、银(ag)、铝(al)、镍(ni)、钛(ti)、钨(w)、锡(sn)、或其他金属或合金。
24.磁性传导层13设置于衬底10之表面111上方而覆盖电性传导层11c2。磁性传导层13具有表面(或称顶表面)131、表面(或称底表面)132、及延伸于表面131与表面132之间(extended between)的表面(或称侧表面)133。表面132面对衬底10之表面111。表面131面离(face away from)衬底10之表面111。
25.在一些实施例中，磁性传导层13覆盖电性传导层11c2的部份的侧面(例如，覆盖凹槽的侧壁)。在一些实施例中，磁性传导层13具有一部分位于相邻电性传导层11c2所界定的凹槽中。在一些实施例中，磁性传导层13具有一凹陷部分位于相邻电性传导层11c2所界定的凹槽上方。磁性传导层13与电性传导层11c2接触。例如，磁性传导层13与电性传导层11c2直接接触。例如，磁性传导层13直接形成于电性传导层11c2之上。磁性传导层13与电性传导层11c2直接接触而形成一界面(interface)。所述界面具有一可量測的表面粗糙度(surface roughness)。所述界面具有不平整的表面。
26.磁性传导层13可包含(但不限于)磁粉(magnetic particle)、磁粉混和物(例如与粘合剂、溶剂的混和物)、或磁性涂层(magnetic coating layer)。磁粉可包含(但不限于)铁氧化物(例如fe3o4、γ-fe2o3)、铬氧化物(例如cro2)、其他金属氧化物(例如钴-氧化铁)、或其他可行的材料。例如，磁性传导层13可包含具有液态的磁性材料。例如，磁性传导层13可包含具有磁导性但不导电的材料。
27.绝缘层14设置于衬底10之表面111上方而覆盖磁性传导层13。例如，部分的绝缘层14位于衬底10之表面111上，部分的绝缘层14位于磁性传导层13的表面131上。例如，磁性传导层13设置于绝缘层14及衬底10的表面111之间。例如，绝缘层14覆盖磁性传导层13的表面131及表面133。磁性传导层13的表面132位于衬底10的表面111上方。磁性传导层13的表面132接触衬底10的表面111。
28.绝缘层14具有从衬底10的表面111量测到距离衬底10的表面111最远端点的高度(或称第一高度)h1。磁性传导层13具有从表面132量测到表面131的高度(或称第二高度)h2。在一些实施例中，高度h1大于高度h2。在一些实施例中，高度h2小于高度h1的百分之六十(60％)、50％、40％、30％、或更低百分比。在一些实施例中，绝缘层14可透过压合
(lamination)制程而形成。将磁性传导层13的最大高度控制在绝缘层14的最大高度的60％以内有助于制程的执行，例如有助于形成具有大致上平坦(planar)表面的绝缘层14，并且有助于防止磁性传导层13过厚在压合(lamination)制程中产生变形。
29.在一些实施例中，透过压合而形成的绝缘层14具有大致上平坦的表面。例如，在一些实施例中，位于衬底10之表面111上的绝缘层14具有一最大高度h1以及大致上平坦的表面。在一些实施例中，位于磁性传导层13的表面131上的绝缘层14具有一最大高度h3以及大致上平坦(planar)的表面。因为位于衬底10之表面111上的绝缘层14与位于磁性传导层13的表面131上的绝缘层14因为压合(lamination)制程的结果共平面，最大高度h1会大于最大高度h3。
30.绝缘层14具有从垂直于高度h1之方向上量测的宽度ww'。磁性传导层13具有从垂直于高度h2之方向上量测的宽度ww。在一些实施例中，磁性传导层13的宽度ww小于绝缘层14的宽度ww'。在一些实施例中，磁性传导层13的表面133接触绝缘层14。在一些实施例中，磁性传导层13的表面133(或称侧表面)被绝缘层14覆盖。
31.绝缘层14可具有如上述针对核心层及介电层所列举的材料。绝缘层14可具有与上述核心层及介电层相同或相异的材料。例如，绝缘层14可包含(但不限于)阻焊层、pi、pp、abf基材、模塑料、预浸渍复合纤维(例如，预浸材料)、bpsg、氧化硅、氮化硅、氮氧化硅、usg、及其中之组合、或其他类似物。
32.在核心层10d的另一侧，电性传导层12c1及12c2、及传导柱12v可具有与电性传导层11c1及11c2、及传导柱11v相同或相似的配置，关于电性传导层12c1及12c2、及传导柱12v之详细描述将不再赘述。同样的，磁性传导层15可具有与磁性传导层13相同或相似的配置，而绝缘层16可具有与绝缘层14相同或相似的配置。
33.参照图1b，图1b所示为根据本案的某些实施例的半导体装置封装2的剖面图。图1b所示之半导体装置封装2与图1a所示之半导体装置封装1相同或相似的组件以相同的组件符号标示，关于所述组件之详细描述将不再赘述。
34.半导体装置封装2进一步包括设置于绝缘层14上方的电性传导层21。在一些实施例中，电性传导层21形成一螺旋电感(参照图2a)电性传导层21形成的螺旋电感整体大致上平行于绝缘层14的一表面。在一些实施例中，电性传导层21形成的螺旋电感大致上平行于电性传导层11c1形成的螺旋电感。在一些实施例中，电性传导层21形成的螺旋电感大致上平行于电性传导层11c2形成的螺旋电感。电性传导层21透过传导柱21v电性连接到电性传导层11c2。磁性传导层22设置于绝缘层14上方而覆盖电性传导层21。在一些实施例中，磁性传导层13及磁性传导层22可大致上彼此平行。一些实施例中，传导柱21v穿过(penetrate)部分的磁性传导层13且其侧表面接触磁性传导层13，而连接到电性传导层11c2。
35.图1a及图1b所示之线路(例如电性传导层及传导柱)及其他组件的配置仅为例示性范例，本发明并不限于此。线路及其他组件的配置(包括其数量及位置)可根据需求及装置规格而变化。
36.参照图2a及2b，图2a所示为根据本案的某些实施例的半导体装置封装的立体图，图2b所示为根据本案的某些实施例的半导体装置封装的立体图。在一些实施例中，图1a所示之半导体装置封装1可为图2a所沿x轴或y轴的剖面图。图2a的立体图为简洁之缘故仅绘制电性传导层与上下磁性传导层13与15。图2b的立体图与图2a相似，为简洁之缘故仅绘制
电性传导层11c1、11c2、12c1、12c2。
37.如图2a及2b所示，电性传导层11c1、11c2、12c1、12c2个别地形成螺旋状线圈。在一些实施例中，磁性传导层13与15具有平行z轴的法线方向，各个螺旋状线圈的每一圈大致上平行于由x及y轴形成的表面。
38.参照图3，图3所示为根据本案的某些实施例的半导体装置封装3的立体图。半导体装置封装3包含电性传导层31c及32c、磁性传导层33、及绝缘层34。图3的立体图为简洁之缘故而省略衬底。
39.电性传导层31c透过传导柱31v电性连接到电性传导层32c。电性传导层31c、传导柱31v、及电性传导层32c形成绕着磁性传导层33的螺旋状线圈。例如，电性传导层31c、传导柱31v、及电性传导层32c形成以磁性传导层33为轴心的螺旋状线圈。相较于图2a及2b所示之螺旋状线圈(每一圈与由x及y轴形成的表面平行)，图3所示之螺旋状线圈的每一圈与由x及y轴形成的表面不平行。此外，图2a及2b所示之螺旋状线圈的每一圈并未围绕磁性传导层13，而系透过传导柱(例如图2之21v)电性连接。图3所示之螺旋状线圈的每一圈(包括传导柱31v)则围绕磁性传导层33。
40.参照图4a至4d，图4a至4d所示为根据本案的某些实施例的半导体装置封装的制造方法中的一或者更多阶段。这些附图中的至少一些附图已经简化，俾便更好地理解本公开的态样。
41.参照图4a，所述制造方法包括提供衬底10。衬底10具有表面(或称第一表面)111和与表面111相对的表面(或称第二表面)112。衬底10具有核心层10d、介电层11d1、11d2、12d1、及12d2。
42.所述制造方法包括形成电性传导层(或称图案化金属层)11c1于核心层10d上、形成传导柱11v、及形成电性传导层11c2于衬底10的表面111上。
43.传导柱11v可以通过例如以下形成：藉由蚀刻技术、钻孔技术或雷射钻孔技术在介电层11d1及11d2形成孔隙曝露电性传导层11c1之部分；并将导电材料沉积在孔隙中、沉积电性传导层11c1之曝露部分上。
44.电性传导层11c2可以通过例如以下形成：在衬底10的表面111上涂覆光刻胶薄膜(或掩膜)、通过平版印刷技术将掩膜图案化、将导电材料沉积在经过图案化的掩膜中以及去除掩膜。导电材料可以通过溅射、化学镀、电镀、印刷或其它合适的工艺沉积。掩膜可以通过蚀刻、剥离或其它合适的工艺去除。
45.参照图4b，所述制造方法包括于衬底10的表面111上形成磁性材料以覆盖(cover)电性传导层11c2。在一些实施例中，磁性材料可透过钢板印刷制程而形成，钢板印刷制程可形成图案化磁性材料使其只覆盖介电层11d1及介电层12d2的一部分。
46.参照图4c，将磁性材料预固化(pre-curing)，使磁性材料形成固体。在一些实施例中，预固化方式包括加热及/或压制磁性材料。例如，使磁性材料在一定的温度及/或压力下形成固体。经预固化的磁性材料形成磁性传导层13及15。
47.参照图4d，于磁性传导层13及15上形成绝缘层14及16。在一些实施例中，绝缘层14及16可透过压合(lamination)制程而形成。例如，将绝缘层14及16之材料涂抹于磁性传导层13及15上后，将磁性传导层13及15送进压合机器(例如热压机)，使绝缘层14及16之材料在一定的温度及/或压力下形成半融熔状态而贴合在磁性传导层13及15上。在一些实施例
中，所述压合制程还包括将热压后的磁性传导层13及15送进冷压机，使磁性传导层13及15冷却，避免其氧化或变形。在一些实施例中，经所述压合制程后，可对磁性传导层13及15进行后续处理，例如进行边缘加工以使边缘光滑平整。在一些实施例中，经所述压合制程后，多余的绝缘层材料可从两侧溢胶而流出装置外。在一些实施例中，可执行清除操作以移除多余的绝缘层材料。在一些实施例中，经所述压合制程后，绝缘层14及16的上表面高于磁性传导层13及15的上表面。在一些实施例中，磁性传导层13及15的最大高度h2小于绝缘层14及16的最大高度h1的百分之六十(60％)。在一些实施例中，将磁性传导层13的最大宽度控制在绝缘层14的最大宽度的60％以内有助于压合制程的执行。
48.在本文中可以为了便于描述而使用如“之下”、“下面”、“下部”、“上方”、“上部”、“左侧”、“右侧”等空间相对术语来描述如附图所示的一个组件或特征与另一或多个组件或特征的关系。除了在附图中描绘的定向之外，空间相对术语还旨在涵盖装置在使用时或运行时的不同定向。可以以其它方式定向装置(旋转90度或处于其它定向)，并且同样可以以相应的方式解释本文中使用的空间相对描述语。应理解，当组件被称为“连接到”或“耦接到”另一组件时，其可以直接连接到或耦接到另一组件，或者可以存在中间组件。
49.如本文所使用的，术语“大约”、“基本上”、“基本”和“约”用于描述和解释小的变化。当结合事件或情形使用时，所述术语可以指代事件或情形精确发生的实例以及事件或情形接近发生的实例。如本文关于给定值或范围所使用的，术语“约”总体上意指处于给定值或范围的
±
10％、
±
5％、
±
1％或
±
0.5％内。本文中可以将范围表示为一个端点到另一个端点或介于两个端点之间。本文公开的所有范围都包含端点，除非另外指明。术语“基本上共面”可以指两个表面沿同一平面定位的位置差处于数微米(μm)内，如沿同一平面定位的位置差处于10μm内、5μm内、1μm内或0.5μm内。当将数值或特性称为“基本上”相同时，所述术语可以指处于所述值的平均值的
±
10％、
±
5％、
±
1％或
±
0.5％内的值。
50.前述内容概述了几个实施例的特征和本公开的详细方面。本公开中描述的实施例可以容易地用作设计或修改其它工艺和结构以便于实施相同或类似目的和/或实现本文介绍的实施例的相同或类似优点的基础。此类等同构造不背离本公开的精神和范围，并且在不背离本公开的精神和范围的情况下，可以作出各种改变、替代和变更。
51.符号说明
52.1 半导体装置封装
53.2 半导体装置封装
54.3. 半导体装置封装
55.10 衬底
56.10d 核心层
57.11d1 介电层
58.11d2 介电层
59.12d1 介电层
60.12d2 介电层
61.11c 电性传导层
62.11c1 电性传导层
63.11c2 电性传导层
64.11v 传导柱
65.12c 电性传导层
66.12c1 电性传导层
67.12c2 电性传导层
68.13 磁性传导层
69.14 绝缘层
70.15 磁性传导层
71.16 绝缘层
72.21 电性传导层
73.21v 传导柱
74.22 磁性传导层
75.31c 电性传导层
76.31v 传导柱
77.32c 电性传导层
78.33 磁性传导层
79.34 绝缘层
80.111 表面
81.112 表面
82.131 表面
83.132 表面
84.133 表面
85.h1 高度
86.h2 高度
87.s 距离
88.w 线宽
89.ww 宽度
90.ww' 宽度