具有加强件的半导体封装件的制作方法

具有加强件的半导体封装件
1.相关申请的交叉引用
2.本技术要求于2020年8月18日在韩国知识产权局提交的韩国专利申请no.10-2020-0103278的优先权，其全部公开内容通过引用合并于此。
技术领域
3.本公开的示例性实施例涉及一种具有加强件(stiffener)的半导体封装件。


背景技术：

4.根据对半导体器件的高度集成和小型化的需求，半导体器件的尺寸正在缩小。另外，半导体封装件需要处理大量数据。为此，应用了安装有多个半导体芯片的半导体封装结构。
5.同时，根据半导体器件的高集成度和高性能，会从这种半导体器件散发过多的热。因此，在半导体封装件中可能发生翘曲现象。结果，可能存在无法将半导体封装件安装在基板上的问题。


技术实现要素：

6.本公开的示例性实施例提供了一种能够减少翘曲现象的半导体封装件。
7.根据本公开的示例性实施例的半导体封装件包括：基板；半导体堆叠件，所述半导体堆叠件安装在所述基板上；以及加强件，所述加强件围绕所述半导体堆叠件，所述加强件的上表面的边缘具有八边形形状，并且从所述基板的上表面的一个角点到所述加强件的最小距离是基于所述基板的厚度确定的。
8.根据本公开的示例性实施例的半导体封装件包括：基板；半导体堆叠件，所述半导体堆叠件安装在所述基板上；以及加强件，所述加强件围绕所述半导体堆叠件，从所述基板的上表面的一个角点到所述加强件的最小距离是所述基板的厚度的3.5倍或更多倍，并且所述加强件的宽度为所述基板的厚度的20％以上。
9.根据本公开的示例性实施例的半导体封装件包括：基板；半导体堆叠件，所述半导体堆叠件安装在所述基板上；加强件，所述加强件围绕所述半导体堆叠件；第一热传递材料，所述第一热传递材料设置在所述基板与所述加强件之间；散热板，所述散热板设置在所述加强件上，所述散热板覆盖所述半导体堆叠件；第二热传递材料，所述第二热传递材料设置在所述加强件与所述散热板之间；散热器，所述散热器设置在所述散热板上；以及第三热传递材料，所述第三热传递材料设置在所述散热板与所述散热器之间，从所述基板的上表面的一个角点到所述加强件的最小距离是所述基板的厚度的10.5倍，并且所述加强件的宽度为所述基板的厚度的20％以上。
附图说明
10.图1是根据示例性实施例的半导体封装件的俯视图；
11.图2a和图2b是沿着根据图1中所示的示例性实施例的半导体封装件中的线i-i’截取的截面图；
12.图3至图5分别是根据示例性实施例的半导体封装件的俯视图；
13.图6至图8是根据示例性实施例的半导体封装件的俯视图；和
14.图9至图12是根据示例性实施例的半导体封装件的俯视图。
具体实施方式
15.图1是根据本公开的示例性实施例的半导体封装件的俯视图。图2a和图2b是沿着根据图1中所示的示例性实施例的半导体封装件中的线i-i’截取的截面图。
16.参照图1和图2a，半导体封装件100可以包括基板110、基板连接端子120、半导体堆叠件130和加强件140。基板110的上表面的边缘可以具有四边形形状。例如，基板110的上表面的边缘可以具有正方形形状，如图1所示。或者，基板110的上表面的边缘可以具有矩形形状。基板110的上表面的边缘可以包括角点(angular point)p1。基板110可以包括下焊盘112、上焊盘114和外部连接端子116。在示例实施例中，基板110可以是印刷电路板、柔性印刷电路板(fpcb)、硅基基板、陶瓷基板、玻璃基板和绝缘电路板之一。
17.每个下焊盘112和每个上焊盘114可以分别设置在基板110的下表面处和上表面处。例如，上焊盘114的上表面可以与基板110的上表面共面，下焊盘112的下表面可以与基板110的下表面共面。下焊盘112可以电连接到上焊盘114。外部连接端子116可以设置在基板110的下表面处，同时分别连接到下焊盘112。例如，每个外部连接端子116可以接触相应一个下焊盘112。在示例实施例中，下焊盘112和上焊盘114可以包括al、ti、cr、fe、co、ni、cu、zn、pd、pt、au和ag中的至少一种。每个外部连接端子116可以是焊球或焊块。
18.在本文在涉及方向、布局、位置、形状、大小、数量或其他度量时使用的诸如“相同”、“相等”或“共面”的术语不一定表示完全相同的方向、布局、位置、形状、大小、数量或其他度量，而是旨在涵盖在例如由于制造工艺而可能发生的可接受的变化内的几乎相同的方向、布局、位置、形状、大小、数量或其他度量。除非上下文或其他陈述另有指出，否则术语“基本上”在本文中可以用来强调该含义。例如，被描述为“基本上相同”或“基本上相等”的项可以完全相同或相等，也可以在例如由于制造工艺而发生的可接受的变化内相同或相等。除非上下文另外指出，否则本文中使用的术语“接触”是指直接连接(即，触碰)。
19.基板连接端子120可以设置在基板110上。半导体堆叠件130可以经由基板连接端子120安装在基板110上。每个基板连接端子120可以接触相应一个上焊盘114。例如，基板连接端子120可以分别连接到上焊盘114。基板连接端子120可以将基板110和半导体堆叠件130电连接。基板连接端子120可以包括sn、in、bi、sb、cu、ag、au、zn和pb中的至少一种。
20.半导体堆叠件130可以包括中介层(interposer)132、第一半导体芯片134和第二半导体芯片136。中介层132可以是硅(si)中介层。中介层132中可以包括穿硅通路。例如，中介层132可以包括再分布层。再分布层可以包括电连接基板连接端子120与半导体芯片134和136的导电性再分布图案，并且可以包括覆盖再分布图案的绝缘钝化层。
21.第一半导体芯片134和第二半导体芯片136可以设置在中介层132上。两个第一半导体芯片134可以被设置为在第一水平方向d1上彼此间隔开预定距离。四个第二半导体芯片136可以设置在每个第一半导体芯片134周围。例如，四个第二半导体芯片136可以设置在
第一半导体芯片134的一侧，同时在第一水平方向d1上彼此对准。类似地，四个第二半导体芯片136可以设置在第一半导体芯片134的另一侧，同时在第一水平方向d1上彼此对准。设置在第一半导体芯片134的一侧的第二半导体芯片136和设置在第一半导体芯片134的另一侧的第二半导体芯片136可以在第二水平方向d2上彼此对准。
22.每个第一半导体芯片134可以包括诸如微处理器或微控制器的应用处理器(ap)芯片，或者诸如中央处理单元(cpu)、图形处理单元(gpu)、调制解调器、专用集成电路(asic)或现场可编程门阵列(fpga)的逻辑芯片。每个第二半导体芯片136可以包括诸如动态随机存取存储器(dram)或静态随机存取存储器(sram)的易失性存储器，或者诸如相变随机存取存储器(pram)、磁阻随机存取存储器(mram)、铁电随机存取存储器(feram)或电阻随机存取存储器(rram)的非易失性存储器。
23.尽管在本公开的示例性实施例中将第一半导体芯片134和第二半导体芯片136并排设置在中介层132上的2.5d硅中介层器件示出为半导体堆叠件130，但这仅是说明性的。半导体堆叠件130可以包括需要封装的任何种类的半导体，例如单个半导体芯片、2.1d半导体器件或3d半导体器件。
24.加强件140可以设置在基板110上。当在俯视图中观察时，加强件140可以具有围绕半导体堆叠件130的八边环形形状。即，加强件140的上表面的边缘可以具有八边形形状。加强件140可以包括与基板110的边缘平行地延伸的四个第一边框142，以及将四个第一边框142彼此连接的四个第二边框144。第一边框142和第二边框144可以彼此具有材料连续性。如本文所使用的，术语“材料连续性”可以指同时形成并且由相同材料制成的结构、图案和/或层，而不破坏形成它们的材料的连续性。作为一个示例，具有“材料连续性”或“在材料上连续”的结构、图案和/或层可以是均质的整体结构。在示例实施例中，加强件140可以具有正八边环形形状，其中第一边框142和第二边框144具有相同的长度。第一边框142的外侧壁可以设置成与基板110的边缘对准。从基板110的一个角点p1沿第一水平方向d1延伸到加强件140的第一边缘a1的长度s1可以等于从基板110的该角点p1沿第二水平方向d2延伸到加强件140的第二边缘a2的长度s2。
25.由加强件140的与基板110的角点p1相邻设置的第二边框144的外侧a3与第一边缘a1形成的角度θ1可以等于由加强件140的与基板110的角点p1相邻设置的第二边框144的外侧a3与第二边缘a2形成的角度θ2。在基板110的上表面的与角点p1相对应的拐角处，可以形成等腰三角形，该等腰三角形具有由加强件140的第二边框144的外侧a3形成的斜边和由第一边缘a1和第二边缘a2形成的其余两个边。
26.可以基于基板110的厚度w1来确定从基板110的角点p1到加强件140的最小距离l1。当加强件140的上表面具有八边形形状时，从基板110的角点p1到加强件140的最小距离l1可以是从基板110的角点p1延伸到加强件140的与基板110的角点p1相邻设置的第二边框144的垂线的长度。
27.从基板110的角点p1到加强件140的最小距离l1可以是基板110的厚度w1的3.5倍或更多倍。在示例实施例中，从基板110的角点p1到加强件140的最小距离l1可以是基板110的厚度w1的大约10.5倍。当从基板110的角点p1到加强件140的最小距离l1是基板110的厚度w1的3.5倍或更多倍时，可以避免由半导体堆叠件130的轻、薄、短和小而引起的半导体封装件100中的翘曲现象的发生。因此，可以避免发生半导体封装件100不能接合到板上的非
湿现象(non-wet phenomenon)或者由外部连接端子116因其熔化而导致的接合引起的短路缺陷。
28.可以基于基板110的厚度w1来确定加强件140的厚度w2。例如，加强件140的厚度w2可以等于或大于基板110的厚度w1的20％，但小于基板110的厚度w1的100％。可以基于基板110的厚度w1来确定加强件140的高度h。例如，加强件140的高度h可以等于或大于基板110的厚度w1。加强件140的高度h可以是基板110的厚度w1的100％至200％。加强件140的刚度可以等于或大于基板110的刚度。例如，加强件140可以包括铜和不锈钢(sas)中的至少一种。
29.厚度可以指在平行于基板100的顶表面的方向上测量的厚度或宽度。高度可以指在垂直于基板100的顶表面的方向上测量的高度或距离。
30.第一热传递材料146可以设置在加强件140与基板110之间。加强件140可以通过第一热传递材料146附接并固定到基板110。第一热传递材料146可以接触基板110的上表面和加强件140的下表面。第一热传递材料146的厚度可以与加强件140的厚度w2相同。第一热传递材料146可以包括热界面材料(tim)，该热界面材料包括聚合物、树脂或环氧树脂以及填料(filler)。填料可以包括诸如氧化铝、氧化镁、氮化铝、氮化硼或金刚石粉末的介电填料。填料可以是诸如银、铜、铝等的金属填料。加强件140可以从第一热传递材料146接收在基板110中产生的热。
31.散热板(heat dissipation plate)150可以设置在加强件140的上表面处。散热板150可以包括具有高导热率的材料。例如，散热板150可以包括ag、cu、ni和au中的至少一种。第二热传递材料148可以设置在散热板150与加强板140之间。第二热传递材料148可以接触加强板140的上表面和散热板150的下表面。第二热传递材料148的厚度可以与加强件140的厚度w2相同。第二热传递材料148可以包括热界面材料。散热板150可以通过第二热传递材料148附接并固定到加强件140。散热板150可以经由第二热传递材料148从加强件140接收在基板110中产生的热。散热板150可以经由第二热传递材料148从加强件140接收在半导体堆叠件130中产生的热。第三热传递材料152可以设置在散热板150与半导体堆叠件130之间。第三热传递材料152可以接触半导体堆叠件130的上表面和散热板150的下表面。第三热传递材料152可以包括热界面材料。散热板150可以经由第三热传递材料152接收在半导体堆叠130中产生的热。
32.散热器(heat sink)160可以设置在散热板150的上表面处。散热器160可以包括金属基材料、陶瓷基材料、碳基材料和聚合物基材料中的至少一种。第四热传递材料154可以设置在散热器160与散热板150之间。第四热传递材料154可以接触散热板150的上表面和散热器160的下表面。散热器160可以经由第四热传递材料154从散热板150接收热。热可以包括在基板110中产生的热和在半导体堆叠件130中产生的热中的至少一者。第四热传递材料154可以包括热界面材料。散热器166可以经由第四热传递材料154向外散热。散热器166可以包括更高效地散热的多个凹槽。
33.参照图2b，在一些实施例中，半导体封装件100可以不包括第二热传递材料148、散热板150、第三热传递材料152、第四热传递材料154和散热器160，并且因此可以具有当在俯视图中观察时半导体堆叠件130被暴露的结构。基板110中产生的热和半导体堆叠件130中产生的热可以经由加强件140向外散发。
34.图3至图5分别是根据本公开的示例性实施例的半导体封装件的俯视图。
35.参照图3，半导体堆叠件230可以包括中介层232、设置在中介层232上的一个第一半导体芯片234以及设置在中介层232上的四个第二半导体芯片236。第二半导体芯片236可以围绕第一半导体芯片234设置。例如，第二半导体芯片236可以被设置在第一半导体芯片234的相对侧，同时在第一半导体芯片234的每一侧在第一水平方向d1上彼此间隔开。中介层232可以与中介层132基本上相同，第一半导体芯片234可以与第一半导体芯片134基本上相同，第二半导体芯片236可以与第二半导体芯片136基本上相同。沿图3中线ii-ii’截取的截面图可以与图2a或图2b相同。从基板110的一个角点p1到加强件140的最小距离l1可以是基板110的厚度w1的3.5倍或更多倍。在实施例中，从基板110的角点p1到加强件140的最小距离l1可以是基板110的厚度w1的大约10.5倍。
36.参照图4，沿第一水平方向d1或第二水平方向d2延伸的第一边框142和连接第一边框142的第二边框144可以具有不同的长度。各第二边框144可以具有相同的长度。第一边框142当中的沿第一水平方向d1延伸的每个第一边框142和沿第二水平方向d2延伸的每个第一边框142可以具有不同的长度。
37.从基板110的一个角点p1沿第一水平方向d1延伸到加强件140的第一边缘a1的长度s1可以等于从基板110的角点p1沿第二水平方向d2延伸到加强件140的第二边缘a2的长度s2。在基板110的上表面的与角点p1相对应的拐角处，可以形成等腰三角形，该等腰三角形具有由加强件140的与角点p1相对应的第二边框144的外侧a3形成的斜边以及由第一边缘a1和第二边缘a2形成的其余两个边。
38.从基板110的角点p1到加强件140的最小距离l1可以是基板110的厚度w1的3.5倍或更多倍。在实施例中，从基板110的角点p1到加强件140的最小距离l1可以是基板110的厚度w1的大约10.5倍。
39.参照图5，在示例实施例中，第二边框144的长度可以大于第一边框142的长度。从基板110的一个角点p1沿第一水平方向d1延伸到加强件140的第一边缘a1的长度s1可以与从基板110的该角点p1沿第二水平方向d2延伸到加强件140的第二边缘a2的长度s2不同。由加强件140的与基板110的角点p1相邻设置的第二边框144的外侧a3与第一边缘a1形成的第一角度θ1可以不同于由加强件140的与基板110的角点p1相邻设置的第二边框144的外侧a3与第二边缘a2形成的第二角度θ2。例如，第一角度θ1可以是30
°
至45
°
，第二角度θ2可以是45
°
至60
°
。在基板110的上表面的与角点p1相对应的拐角处，可以形成直角等腰三角形，该直角等腰三角形具有由加强件140的第二边框144的外侧a3形成的斜边以及由第一边缘a1和第二边缘a2形成的其余两个边。
40.从基板110的角点p1到加强件140的最小距离l1可以是基板110的厚度w1的3.5倍或更多倍。在示例实施例中，从基板110的角点p1到加强件140的最小距离l1可以是基板110的厚度w1的大约10.5倍。
41.图6至图8是根据本公开的示例性实施例的半导体封装件的俯视图。
42.参照图6至图8，当在俯视图中观察时，加强件144的第一边框142的至少一部分在其外侧壁处可以在第一水平方向d1和/或第二水平方向d2上与基板110的边缘间隔开，而在其外侧壁处不与基板110的边缘对准。从每个第一边框142的不与基板110的边缘对准的外侧壁到基板110的边缘的最小距离s3可以小于从第一边框142的内侧壁到半导体堆叠件130
的外侧壁的最小距离s4。
43.图9至图12是根据本公开的示例性实施例的半导体封装件的俯视图。
44.参照图9，当在俯视图中观察时，加强件240的上表面的边缘可以具有六边环形形状。当加强件240的上表面的边缘具有六边形形状时，从基板110的一个角点p1到加强件240的最小距离l1可以是从基板110的该角点p1延伸加强件240的上表面的边缘的垂线的长度。从基板110的角点p1到加强件240的最小距离l1可以是基板110的厚度w1的3.5倍或更多倍。在示例实施例中，从基板110的角点p1到加强件240的最小距离l1可以是基板110的厚度w1的大约10.5倍。虽然加强件240的形状可以不同于加强件140的形状，但是在其他方面加强件240可以与加强件140基本上相同。
45.参照图10，当在俯视图中观察时，加强件340的上表面的边缘可以具有十边环形形状。从基板110的一个角点p1到加强件340的最小距离l2可以是从基板110的该角点p1延伸到加强件340的外边缘的角点p2当中的最靠近该角点p1的角点p2的直线的长度。从基板110的角点p1到加强件340的最小距离l2可以是基板110的厚度w1的3.5倍或更多倍。在实施例中，从基板110的角点p1到加强件340的最小距离l2可以是基板110的厚度w1的大约10.5倍。尽管加强件340的形状可以不同于加强件140的形状，但是在其他方面加强件340可以与加强件140基本上相同。
46.参照图11，当在俯视图中观察时，加强件440的上表面的边缘可以具有十二边环形形状。从基板110的一个角点p1到加强件440的最小距离l2可以是从基板110的该角点p1延伸到加强件440的外边缘的角点p2当中的最靠近该角点p1的角点p2的直线的长度。从基板110的角点p1到加强件440的最小距离l2可以是基板110的厚度w1的3.5倍或更多倍。在实施例中，从基板110的角点p1到加强件440的最小距离l2可以是基板110的厚度w1的大约10.5倍。虽然加强件440的形状可以不同于加强件140的形状，但是在其他方面加强件440可以与加强件140基本上相同。
47.参照图12，加强件540可以包括沿着基板110的边缘延伸的第一边框542和将第一边框542彼此连接的第二边框544。每个第二边框544可以具有从基板110的上表面的与第二边框544相对应的角点p1朝向半导体堆叠件130的上表面的中心p3凸出的形状。
48.从基板110的角点p1到加强件540的最小距离l3可以是连接基板110的角点p1和点p4的直线的长度，在该点p4处从基板110的角点p1朝向半导体堆叠件130的中心p3延伸的直线与加强件540的外边缘相交。从基板110的角点p1到加强件540的最小距离l3可以是基板110的厚度w1的3.5倍或更多倍。在实施例中，从基板110的角点p1到加强件540的最小距离l3可以是基板110的厚度w1的大约10.5倍。虽然加强件540的形状可以不同于加强件140的形状，但是在其他方面加强件540可以与加强件140基本上相同。
49.根据本公开的示例性实施例，基板的上表面的一个角点与加强件间隔开，因此，可以减少在将半导体封装件安装在基板上时由在高温下执行的工艺引起的半导体封装件的翘曲现象的发生以及非湿现象的发生。
50.尽管已经参照附图描述了本公开的实施例，但是本领域技术人员应当理解的是，在不脱离本公开的范围和不改变本公开的基本特征的情况下，可以进行各种修改。因此，上述实施例应仅以描述性意义进行考虑，而不是出于限制的目的。