半导体器件和使用支撑框架来堆叠器件的方法与流程

1.本发明总体上涉及半导体器件，并且更特别地涉及半导体器件和使用支撑框架来堆叠器件的方法。


背景技术：

2.半导体器件通常在现代电子产品中被找到。半导体器件执行宽泛范围的功能，诸如信号处理、高速计算、发射和接收电磁信号、控制电子器件、光电、以及为电视显示器创建视觉图像。半导体器件在通信、功率转换、网络、计算机、娱乐和消费产品的领域中被找到。半导体器件也在军事应用、航空、汽车、工业控制器和办公设备中被找到。
3.半导体器件在电气功能方面继续增加。更多的电气功能通常需要更多的内部部件和更多的表面积。然而，pcb上的表面积是非常宝贵的。在给定占用空间（footprint）中实现更多电气功能的常见方法是垂直地堆叠半导体器件。半导体管芯堆叠需要结构支撑和垂直电气互连，其通常利用嵌入在半导体管芯周围的密封剂内的导电通孔来实现。导电通孔和密封剂具有有限的支撑能力、差的热耗散，并且容易翘曲（warpage）。
附图说明
4.图1a-1c图示了具有由锯道（saw street）分开的多个半导体管芯的半导体晶圆；图2a-2r图示了形成具有用于结构支撑的支撑框架的半导体封装的过程；图3a-3e图示了形成具有用于结构支撑的支撑框架的半导体封装的另一方法；图4a-4b图示了具有支撑框架的半导体封装的第二实施例；图5a-5b图示了具有支撑框架的半导体封装的第三实施例；图6a-6b图示了具有支撑框架的半导体封装的第四实施例；以及图7图示了具有安装到印刷电路板（pcb）的表面的不同类型的封装的pcb。
具体实施方式
5.在参考附图的以下描述中，在一个或多个实施例中描述了本发明，其中类似的数字表示相同或相似的元件。虽然在实现本发明目的的最佳模式方面描述了本发明，但是本领域技术人员将领会，本发明旨在覆盖如由所附权利要求及其等同物所限定的本发明的精神和范围内可以包括的替代方案、修改和等同物，所附权利要求及其等同物由以下公开和附图支持。本文中使用的术语“半导体管芯”指代单词的单数和复数形式两者，并且因此可以指代单个半导体器件和多个半导体器件两者。
6.半导体器件通常使用两种复杂的制造过程来制造：前端制造和后端制造。前端制造涉及在半导体晶圆的表面上形成多个管芯。晶圆上的每个管芯包含有源和无源电气部件，其被电连接以形成功能电路。有源电气部件（诸如晶体管和二极管）具有控制电流流动的能力。无源电气部件（诸如电容器、电感器和电阻器）创建了对于执行电路功能所必要的电压与电流之间的关系。
7.后端制造指代将所完成的晶圆切割或单体化成个体半导体管芯，并且封装半导体管芯以用于结构支撑、电气互连和环境隔离。为了使半导体管芯单体化，沿着被称为锯道或划线的晶圆的非功能区对晶圆进行刻划和断裂。使用激光切割工具或锯片对晶圆进行单体化。在单体化之后，个体半导体管芯被安装到封装衬底，该封装衬底包括用于与其他系统部件互连的引脚或接触焊盘。然后，在半导体管芯上形成的接触焊盘连接到封装内的接触焊盘。电连接可以用导电层、凸块、螺柱凸块、导电胶或引线接合来实现。密封剂或其他成型（molding）材料被沉积在封装上，以提供物理支撑和电隔离。然后，将所完成的封装插入到电气系统中，并且使半导体器件的功能对其他系统部件可用。
8.图1a示出了具有基础衬底材料102的半导体晶圆100，所述基础衬底材料102诸如硅、锗、磷化铝、砷化铝、砷化镓、氮化镓、磷化铟、碳化硅、或用于结构支撑的其他块体材料。多个半导体管芯或部件104形成在晶圆100上，由非有源管芯间晶圆区域或锯道106所分开。锯道106提供了切割区域以将半导体晶圆100单体化成个体半导体管芯104。在一个实施例中，半导体晶圆100具有100-450毫米（mm）的宽度或直径。
9.图1b示出了半导体晶圆100的一部分的截面图。每个半导体管芯104具有背部或非有源表面108和有源表面110，所述有源表面110包含被实现为有源器件、无源器件、导电层和电介质层的模拟或数字电路，所述有源器件、无源器件、导电层和电介质层形成在管芯内并且根据管芯的电气设计和功能而电气互连。例如，该电路可以包括在有源表面110内形成的一个或多个晶体管、二极管和其他电路元件，以实现模拟电路或数字电路，诸如数字信号处理器（dsp）、专用集成电路（asic）、存储器或其他信号处理电路。半导体管芯104还可以包含用于rf信号处理的ipd，诸如电感器、电容器和电阻器。
10.使用pvd、cvd、电解电镀、无电镀过程或其他合适的金属沉积过程在有源表面110上形成导电层112。导电层112可以是铝（al）、铜（cu）、锡（sn）、镍（ni）、金（au）、银（ag）或其他合适的导电材料的一个或多个层。导电层112作为与有源表面110上的电路电连接的接触焊盘而操作。
11.使用蒸发、电解电镀、无电镀、球滴或丝网印刷过程来在导电层112上沉积导电凸块材料。凸块材料可以是al、sn、ni、au、ag、pb、bi、cu、焊料及其组合，具有可选的焊剂溶液。例如，凸块材料可以是共晶sn/pb、高铅焊料或无铅焊料。使用合适的附着或接合过程将凸块材料接合到导电层112。在一个实施例中，通过将材料加热到其熔点以上来使凸块材料回流，以形成球或凸块114。在一个实施例中，凸块114形成在具有润湿层、阻挡层和粘合层的凸点下金属化（ubm）上。凸块114也可以压接或热压接至导电层112。凸块114表示可以在导电层112上形成的一种类型的互连结构。互连结构还可以使用接合线、导电胶、螺柱凸块、微凸块或其他电气互连。
12.在图1c中，使用锯片或激光切割工具118通过锯道106将半导体晶圆100单体化成个体半导体管芯104。个体半导体管芯104可以被检查和电测试以用于标识单体化后的kgd。
13.图2a-2r图示了形成具有用于结构支撑的支撑框架的半导体封装的过程。图2a示出了包括导电层122和绝缘层124的互连衬底或pcb 120的截面图。导电层122可以是al、cu、sn、ni、au、ag或其他合适的导电材料的一个或多个层。导电层122提供跨衬底120的水平电气互连以及衬底120的顶表面126和底表面128之间的垂直电气互连。取决于半导体管芯104和其他电气部件的设计和功能，导电层122的部分可以是电公共的或电隔离的。绝缘层124
包含二氧化硅（sio2）、氮化硅（si3n4）、氮氧化硅（sion）、五氧化二钽（ta2o5）、氧化铝（al2o3）、阻焊剂、聚酰亚胺、苯并环丁烯（bcb）、聚苯并噁唑（pbo）以及具有类似绝缘和结构性质的其他材料的一个或多个层。绝缘层124提供导电层122之间的隔离。
14.在图2b中，多个电气部件130a-130c被安装到互连衬底120的表面126，并且电气地和机械地连接到导电层122。使用拾取和放置操作将电气部件130a-130c每个定位在衬底120上。例如，电气部件130a可以是来自图1c的半导体管芯104，其中有源表面110和凸块114朝向衬底120的表面126而定向并且电连接到导电层122。电气部件130b可以是分立的半导体器件134，诸如晶体管、二极管、电容器、电感器或电阻器。分立半导体器件134的端子136电连接到导电层122。电气部件130c可以是半导体管芯140，使得类似于半导体管芯104，具有不同的封装类型和器件功能。半导体管芯140上的凸块142电连接到表面126上的导电层122。替代地，电气部件130a-130c可以包括其他半导体管芯、半导体封装、表面安装器件、分立电气器件、分立晶体管、二极管或ipd。电气部件130a-130c被安装到互连衬底120，如图2c中所示，其中凸块114和142、端子136进行与导电层122的机械和电气连接。
15.图2d图示了支撑框架150的透视图。支撑框架150包括互连的水平支撑通道152、垂直支撑支架154和中心垫156。图2e是来自图2d的支撑框架150的顶视图，该支撑框架150具有水平支撑通道152、垂直支撑支架154和中心垫156，该中心垫156被布置成提供用于电气部件130a-130c的隔室158a-158d。水平支撑通道152和垂直支撑支架154可以由金属板冲压，类似于引线框架，并且用粘合剂接合在一起。替代地，支撑框架150可以由3d成像形成。支撑框架150可以用al、cu、sn、ni、au、ag或其他结构稳定的材料制成。替代地，支撑框架150可以是羰基铁、不锈钢、镍银、低碳钢、硅铁钢、聚合物、环氧树脂、以及能够为半导体封装提供结构支撑的其他金属和复合物。
16.图2f图示了支撑框架150的另一实施例，该支撑框架150具有互连的水平支撑通道152、垂直支撑支架154和中心垫156。图2g是来自图2f的支撑框架150的顶视图，该支撑框架150具有水平支撑通道152、垂直支撑支架154和中心垫156，该中心垫156被布置成提供用于电气部件130a-130c的隔室158a-158e。
17.图2h图示了支撑框架150的又一实施例，该支撑框架150具有互连的水平支撑通道152、垂直支撑支架154和中心垫156。图2i是来自图2h的支撑框架150的顶视图，该支撑框架150具有水平支撑通道152、垂直支撑支架154和中心垫156，该中心垫156被布置成提供用于电气部件130a-130c的隔室158a-158c。
18.图2j图示了支撑框架150的又一实施例，该支撑框架150具有互连的水平支撑通道152、垂直支撑支架154和中心垫156，该中心垫156被布置成提供用于电气部件130a-130c的隔室158a-158d。在这种情况下，实心垂直面板或隔板159为隔室158a-158d中的电气部件130a-130c提供了rfi/emi屏蔽隔离。
19.一旦电气部件130a-130c被安装到互连衬底120，支撑框架150就可以被安装到互连衬底。在图2k中，来自图2d的支撑框架150被定位在互连衬底120的表面126上。支撑框架150在图2k中被示出为沿着来自图2d的线2k-2k的截面图。支撑框架150被降低到使支撑支架154接触电气部件130a-130c之间的表面126的地方，如图2l中所示。粘合剂160将支撑支架154接合到互连衬底120的表面126。特别地，支撑框架150为被设置在支撑框架上方的电气部件、衬底、pcb和半导体封装提供结构支撑。此外，支撑框架150提供电气部件130a-130b
和电气部件130c与外部部件之间的隔离。支撑框架150还可以提供垂直电气互连，即，通过金属垂直支架154。图2m是安装到互连衬底120的支撑框架150的透视图，其中电气部件130a-130c被设置在隔室158a-158d中。图2n是来自图2j的支撑框架150的透视图，该支撑框架150被安装到互连衬底120，其中电气部件130a-130c被设置在隔室158a-158d中，并且由垂直面板159分开以用于rfi/emi隔离和屏蔽。
20.图2o示出了包括导电层172和绝缘层174的互连衬底或pcb 170的截面图。导电层172可以是al、cu、sn、ni、au、ag或其他合适的导电材料的一个或多个层。导电层172提供跨衬底170的水平电气互连以及衬底170的顶表面176和底表面178之间的垂直电气互连。取决于半导体管芯104和其他电气部件的设计和功能，导电层172的部分可以是电公共的或电隔离的。绝缘层174包含sio2、si3n4、sion、ta2o5、al2o3、阻焊剂、聚酰亚胺、bcb、pbo、以及具有类似绝缘和结构性质的其他材料的一个或多个层。绝缘层174提供导电层172之间的隔离。
21.互连衬底170被定位在支撑框架150上，并且被降低到使表面178接触支撑框架150的水平支撑通道152和中心垫156的地方，如图2p中所示。粘合剂可以用于将互连衬底170接合到支撑框架150。替代地，互连衬底170通过分配或焊剂浸渍来接合。因此，支撑框架150为互连衬底170和安装到互连衬底的任何电气部件提供结构支撑。支撑框架150还可以通过水平支撑通道152和垂直支撑支架154在pcb 170与pcb 120之间提供接地连接。在一个实施例中，每个垂直支撑支架154可以是分离的垂直传导路径。
22.在图2q中，使用膏印刷、压缩成型、传递成型、液体密封剂成型、真空层压、旋涂或其他合适的施加器（applicator）来在电气部件130a-130c和互连衬底120的表面126上并且在支撑框架150周围沉积密封剂或模塑料（molding compound）180。支撑框架150在至少两侧上具有开口，以允许密封剂180跨电气部件130a-130c和支撑框架150的自由流动。密封剂180可以是聚合物复合材料，诸如具有填料的环氧树脂、具有填料的环氧丙烯酸酯或具有适当填料的聚合物。密封剂180是不导电的，提供结构支撑，并且在环境上保护半导体器件免受外部元件和污染物的影响。
23.在图2r中，使用蒸发、电解电镀、无电镀、球滴或丝网印刷过程来在互连衬底120的表面128上的导电层122上沉积导电凸块材料。凸块材料可以是al、sn、ni、au、ag、pb、bi、cu、焊料及其组合，具有可选的焊剂溶液。例如，凸块材料可以是共晶sn/pb、高铅焊料或无铅焊料。使用合适的附着或接合过程将凸块材料接合到导电层122。在一个实施例中，通过将材料加热到其熔点以上来使凸块材料回流，以形成球或凸块184。在一个实施例中，凸块184形成在具有润湿层、阻挡层和粘合层的ubm上。凸块184也可以压接或热压接至导电层122。凸块184表示可以在导电层122上形成的一种类型的互连结构。互连结构还可以使用接合线、导电胶、螺柱凸块、微凸块或其他电气互连。
24.图2r中的半导体封装186使用支撑框架150以用于对电气部件130a-130c的结构支撑和隔离。pcb 170被堆叠在包含电气部件130a-130c的pcb 120上，并且提供垂直电气互连。支撑框架150为pcb 170和其他部件垂直堆叠提供刚性结构支撑，同时减少翘曲并且增加通过半导体封装186的热耗散。部件堆叠在小的封装占用空间中增加电气功能。支撑框架150还可以为设置在个体隔室158a-158d中的电气部件130a-130c提供rfi/emi屏蔽，参见图2j、2n。支撑框架150还可以通过垂直支撑支架154在pcb 170与pcb 120和凸块184之间提供
接地连接。
25.图3a-3e图示了形成具有用于结构支撑的支撑框架的半导体封装的另一过程。从图2l-2m继续，使用膏印刷、压缩成型、传递成型、液体密封剂成型、真空层压、旋涂或其他合适的施加器来在电气部件130a-130c和互连衬底120的表面126上并且在支撑框架150周围沉积密封剂或模塑料190，如图3a中所示。支撑框架150在至少两侧上具有开口，以允许密封剂190跨电气部件130a-130c和支撑框架150的自由流动。密封剂190可以是聚合物复合材料，诸如具有填料的环氧树脂、具有填料的环氧丙烯酸酯或具有适当填料的聚合物。密封剂190是不导电的，提供结构支撑，并且在环境上保护半导体器件免受外部元件和污染物的影响。
26.在图3b中，通过研磨机192来去除密封剂190的一部分，以暴露与中心垫156的顶表面196共面的密封剂194的表面194。研磨机192将密封剂190的表面194和中心垫156的顶表面196平面化，如图3c中所示。
27.图3d示出了包括导电层202和绝缘层204的互连衬底或pcb 200的截面图。导电层202可以是al、cu、sn、ni、au、ag或其他合适的导电材料的一个或多个层。导电层202提供跨衬底200的水平电气互连以及衬底200的顶表面206和底表面208之间的垂直电气互连。取决于半导体管芯104和其他电气部件的设计和功能，导电层202的部分可以是电公共的或电隔离的。绝缘层204包含sio2、si3n4、sion、ta2o5、al2o3、阻焊剂、聚酰亚胺、bcb、pbo、以及具有类似绝缘和结构性质的其他材料的一个或多个层。绝缘层204提供导电层202之间的隔离。
28.互连衬底200被定位在支撑框架150和密封剂190上，并且被降低到使表面178接触支撑框架150的水平支撑通道152和中心垫156的地方，类似于图2o和2p。粘合剂可以用于将互连衬底200接合到支撑框架150。因此，支撑框架150为互连衬底200和安装到互连衬底的任何电气部件提供结构支撑。
29.在图3e中，使用蒸发、电解电镀、无电镀、球滴或丝网印刷过程来在互连衬底120的表面128上的导电层122上沉积导电凸块材料。凸块材料可以是al、sn、ni、au、ag、pb、bi、cu、焊料及其组合，具有可选的焊剂溶液。例如，凸块材料可以是共晶sn/pb、高铅焊料或无铅焊料。使用合适的附着或接合过程将凸块材料接合到导电层122。在一个实施例中，通过将材料加热到其熔点以上来使凸块材料回流，以形成球或凸块210。在一个实施例中，凸块210形成在具有润湿层、阻挡层和粘合层的ubm上。凸块210也可以压接或热压接至导电层122。凸块210表示可以在导电层122上形成的一种类型的互连结构。互连结构还可以使用接合线、导电胶、螺柱凸块、微凸块或其他电气互连。
30.图3e中的半导体封装212使用支撑框架150以用于对电气部件130a-130c的结构支撑和隔离。pcb 200被堆叠在包含电气部件130a-130c的pcb 120上，并且提供垂直电气互连。支撑框架150为pcb 200和其他部件垂直堆叠提供刚性结构支撑，同时减少翘曲并且增加通过半导体封装212的热耗散。部件堆叠在小的封装占用空间中增加电气功能。支撑框架150还可以为设置在个体隔室158a-158d中的电气部件130a-130c提供rfi/emi屏蔽，参见图2j、2n。支撑框架150还可以通过垂直支撑支架154在pcb 200与pcb 120和凸块184之间提供接地连接。
31.在形成具有用于结构支撑的支撑框架的半导体封装的另一实施例中，图4a示出了
包括导电层222和绝缘层224的互连衬底或pcb 220的截面图。导电层222可以是al、cu、sn、ni、au、ag或其他合适的导电材料的一个或多个层。导电层222提供跨衬底220的水平电气互连以及衬底220的顶表面226和底表面228之间的垂直电气互连。取决于半导体管芯和其他电气部件的设计和功能，导电层222的部分可以是电公共的或电隔离的。绝缘层224包含sio2、si3n4、sion、ta2o5、al2o3、阻焊剂、聚酰亚胺、bcb、pbo、以及具有类似绝缘和结构性质的其他材料的一个或多个层。绝缘层224提供导电层222之间的隔离。
32.多个电气部件230a-230f被安装到互连衬底220的表面226或被安装在其上，并且电连接到导电层222。使用拾取和放置操作来将电气部件230a-230f每个定位在衬底220上。例如，电气部件230a和230b是堆叠的半导体管芯，使得类似于半导体管芯104，尽管可能具有不同的类型和功能。导电通孔232延伸通过堆叠的电气部件230a-230b。接合线234在电气部件230a与电气部件230b之间进行电连接。凸块236在电气部件230a-230b与互连衬底220之间进行电连接。电气部件230c可以是电连接到导电层122的分立半导体器件，诸如晶体管、二极管、电容器、电感器或电阻器。电气部件230d-230f是堆叠的半导体管芯，使得类似于半导体管芯104，尽管可能具有不同的类型和功能。导电通孔238延伸通过堆叠的电气部件230d-230f。凸块239在电气部件230d-230f和互连衬底220以及其他互连衬底之间进行电连接。在一个实施例中，电气部件230d-230f可以是嵌入式堆叠pcb。在另一实施例中，堆叠的电子部件230d-230f可以是嵌入式天线，例如5g封装内天线（aip）。
33.支撑框架240被定位在互连衬底220的表面226上。支撑框架240遵循支撑框架150的结构和材料，如在图2d-2l中。支撑框架240被降低到使支撑支架244接触电气部件230a-230f之间的表面226的地方，如图4a中所示。粘合剂将支撑支架244接合到互连衬底220的表面226。特别地，支撑框架240为设置在支撑框架上方的电气部件、衬底和半导体封装提供结构支撑。此外，支撑框架240提供电气部件230a-230c和电气部件230d-130f与外部部件之间的隔离。支撑框架240还可以提供垂直电气互连，即，通过金属垂直支架244。
34.在图4b中，使用膏印刷、压缩成型、传递成型、液体密封剂成型、真空层压、旋涂或其他合适的施加器来在电气部件230a-230f和互连衬底220的表面226上并且在支撑框架240周围沉积密封剂或成型化合物246。支撑框架240在至少两侧上具有开口，以允许密封剂246跨电气部件230a-230f和支撑框架240的自由流动。密封剂246可以是聚合物复合材料，诸如具有填料的环氧树脂、具有填料的环氧丙烯酸酯或具有适当填料的聚合物。密封剂246是不导电的，提供结构支撑，并且在环境上保护半导体器件免受外部元件和污染物的影响。
35.类似于图2o-2p，互连衬底或pcb 250被设置在支撑框架240和密封剂246上。导电层252可以是al、cu、sn、ni、au、ag或其他合适的导电材料的一个或多个层。导电层252提供跨衬底250的水平电气互连以及衬底250的顶表面256和底表面258之间的垂直电气互连。取决于半导体管芯和其他电气部件的设计和功能，导电层252的部分可以是电公共的或电隔离的。绝缘层254包含sio2、si3n4、sion、ta2o5、al2o3、阻焊剂、聚酰亚胺、bcb、pbo、以及具有类似绝缘和结构性质的其他材料的一个或多个层。绝缘层254提供导电层252之间的隔离。凸块259在电气部件230a-230b与导电层252之间进行电连接。凸块239在电气部件230d-230f与导电层252之间进行电连接。分立的电气部件260可以嵌入在绝缘层254之间并且电连接到导电层252。替代地，可以在安装互连结构250之前沉积密封剂246，如在图3a-3c中。
36.使用蒸发、电解电镀、无电镀、球滴或丝网印刷过程来在互连衬底220的表面228上
的导电层222上沉积导电凸块材料。凸块材料可以是al、sn、ni、au、ag、pb、bi、cu、焊料及其组合，具有可选的焊剂溶液。例如，凸块材料可以是共晶sn/pb、高铅焊料或无铅焊料。使用合适的附着或接合过程将凸块材料接合到导电层222。在一个实施例中，通过将材料加热到其熔点以上来使凸块材料回流，以形成球或凸块262。在一个实施例中，凸块262形成在具有润湿层、阻挡层和粘合层的ubm上。凸块262也可以压接或热压接至导电层222。凸块262表示可以在导电层222上形成的一种类型的互连结构。互连结构还可以使用接合线、导电胶、螺柱凸块、微凸块或其他电气互连。
37.半导体封装264使用支撑框架240以用于对电气部件230a-230f的结构支撑和隔离。pcb 250被设置在堆叠的电气部件230a-230f上，并且提供垂直电气互连。支撑框架240为pcb 250和堆叠的电气部件230a-230f提供刚性结构支撑，同时减少翘曲并且增加通过半导体封装264的热耗散。部件堆叠在小的封装占用空间中增加电气功能。支撑框架240还可以为设置在个体隔室158a-158d中的电气部件230a-230f提供rfi/emi屏蔽，参见图2j、2n。支撑框架240还可以通过支撑框架240的垂直支撑支架在pcb 250与pcb 220和凸块262之间提供接地连接。
38.作为图5a中的另一实施例，从图4b继续，电气部件或半导体管芯266被安装到互连衬底250的表面256，并且利用凸块268电连接到导电层252，类似于图2b-2c。
39.在图5b中，使用膏印刷、压缩成型、传递成型、液体密封剂成型、真空层压、旋涂或其他合适的施加器来在半导体管芯266上和互连结构250上沉积密封剂或模塑料270。密封剂270可以是聚合物复合材料，诸如具有填料的环氧树脂、具有填料的环氧丙烯酸酯或具有适当填料的聚合物。密封剂270是不导电的，提供结构支撑，并且在环境上保护半导体器件免受外部元件和污染物的影响。
40.电气部件230a-230f可包含易受emi、rfi、谐波失真和器件间干扰所影响或者生成emi、rfi、谐波失真和器件间干扰的ipd。例如，电气部件230a-230f内包含的ipd提供了对于高频应用所需要的电气特性，诸如谐振器、高通滤波器、低通滤波器、带通滤波器、对称hi-q谐振变压器和调谐电容器。在另一实施例中，电气部件230a-230f包含以高频率切换的数字电路，这可能会干扰半导体封装中的ipd的操作。
41.在图5b中，通过对屏蔽材料的保形施加来在密封剂270的表面274上形成或设置电磁屏蔽层272。屏蔽层272可以是al、cu、sn、ni、au、ag或其他合适的导电材料的一个或多个层。替代地，屏蔽层272可以是羰基铁、不锈钢、镍银、低碳钢、硅铁钢、箔、导电树脂、炭黑、铝片、以及能够减少或抑制emi、rfi和其他器件间干扰的影响的其他金属和复合物。此外，屏蔽层272覆盖了密封剂270的侧表面276以及半导体封装279的侧表面。
42.使用蒸发、电解电镀、无电镀、球滴或丝网印刷过程来在互连衬底220的表面228上的导电层222上沉积导电凸块材料。凸块材料可以是al、sn、ni、au、ag、pb、bi、cu、焊料及其组合，具有可选的焊剂溶液。例如，凸块材料可以是共晶sn/pb、高铅焊料或无铅焊料。使用合适的附着或接合过程将凸块材料接合到导电层222。在一个实施例中，通过将材料加热到其熔点以上来使凸块材料回流，以形成球或凸块278。在一个实施例中，凸块278形成在具有润湿层、阻挡层和粘合层的ubm上。凸块278也可以压接或热压接至导电层222。凸块278表示可以在导电层222上形成的一种类型的互连结构。互连结构还可以使用接合线、导电胶、螺柱凸块、微凸块或其他电气互连。
43.半导体封装279使用支撑框架240以用于对电气部件230a-230f的结构支撑和隔离。pcb 250被设置在堆叠的电气部件230a-230f上，并且提供垂直电气互连。支撑框架240为pcb 250和堆叠的电气部件230a-230f以及半导体管芯266提供刚性结构支撑，同时减少翘曲并且增加通过半导体封装279的热耗散。部件堆叠在小的封装占用空间中增加电气功能。支撑框架240还可以为设置在个体隔室158a-158d中的电气部件230a-230f提供rfi/emi屏蔽，参见图2j、2n。支撑框架240还可以通过支撑框架240的垂直支撑支架在pcb 250与pcb 220和凸块278之间提供接地连接。
44.作为图6a中的另一实施例，从图4a继续，垂直互连凸块280形成在互连衬底220上并且电连接到导电层222。凸块280可以具有由聚合物材料制成的内芯280a、以及外导电层280b。
45.使用膏印刷、压缩成型、传递成型、液体密封剂成型、真空层压、旋涂或其他合适的施加器来在电气部件230a-230f和互连衬底220的表面226上并且在支撑框架240周围沉积密封剂或模塑料284。支撑框架240在至少两侧上具有开口，以允许密封剂284跨电气部件230a-230f和支撑框架240的自由流动。密封剂284可以是聚合物复合材料，诸如具有填料的环氧树脂、具有填料的环氧丙烯酸酯或具有适当填料的聚合物。密封剂284是不导电的，提供结构支撑，并且在环境上保护半导体器件免受外部元件和污染物的影响。
46.类似于图2o-2p，互连衬底或pcb 290被设置在支撑框架240和密封剂284上。导电层292可以是al、cu、sn、ni、au、ag或其他合适的导电材料的一个或多个层。导电层292提供跨衬底290的水平电气互连以及衬底290的顶表面296和底表面298之间的垂直电气互连。取决于半导体管芯和其他电气部件的设计和功能，导电层252的部分可以是电公共的或电隔离的。绝缘层294包含sio2、si3n4、sion、ta2o5、al2o3、阻焊剂、聚酰亚胺、bcb、pbo、以及具有类似绝缘和结构性质的其他材料的一个或多个层。绝缘层254提供导电层292之间的隔离。分立的电气部件300可以嵌入在绝缘层294之间并且电连接到导电层292。替代地，可以在安装互连结构290之后沉积密封剂284，如在图2q中。
47.类似于图2b-2c，电气部件或半导体管芯304被安装到互连衬底290的表面296，并且利用凸块308电连接到导电层292。导电通孔310延伸通过半导体管芯304并且电连接到凸块308。
48.在图6b中，多个垂直互连凸块312形成在互连衬底290上并且电连接到导电层292。凸块312可以具有由聚合物材料制成的内芯312a、以及外导电层312b。类似于图2d-2l中的支撑框架150，支撑框架316被安装到互连衬底290。凸块318形成在半导体管芯304上并且电连接到导电通孔310。
49.使用膏印刷、压缩成型、传递成型、液体密封剂成型、真空层压、旋涂或其他合适的施加器来在半导体管芯304和凸块312上沉积密封剂或模塑料320。支撑框架316在至少两侧上具有开口，以允许密封剂320跨电气部件230a-230f和支撑框架316的自由流动。密封剂320可以是聚合物复合材料，诸如具有填料的环氧树脂、具有填料的环氧丙烯酸酯或具有适当填料的聚合物。密封剂320是不导电的，提供结构支撑，并且在环境上保护半导体器件免受外部元件和污染物的影响。
50.类似于图2o-2p，互连衬底或pcb 330被设置在支撑框架316和密封剂320上。导电层332可以是al、cu、sn、ni、au、ag或其他合适的导电材料的一个或多个层。导电层332提供
跨衬底330的水平电气互连以及衬底330的顶表面336和底表面338之间的垂直电气互连。取决于半导体管芯和其他电气部件的设计和功能，导电层332的部分可以是电公共的或电隔离的。绝缘层334包含sio2、si3n4、sion、ta2o5、al2o3、阻焊剂、聚酰亚胺、bcb、pbo、以及具有类似绝缘和结构性质的其他材料的一个或多个层。绝缘层334提供导电层332之间的隔离。
51.使用蒸发、电解电镀、无电镀、球滴或丝网印刷过程来在互连衬底220的表面228上的导电层222上沉积导电凸块材料。凸块材料可以是al、sn、ni、au、ag、pb、bi、cu、焊料及其组合，具有可选的焊剂溶液。例如，凸块材料可以是共晶sn/pb、高铅焊料或无铅焊料。使用合适的附着或接合过程将凸块材料接合到导电层222。在一个实施例中，通过将材料加热到其熔点以上来使凸块材料回流，以形成球或凸块340。在一个实施例中，凸块340形成在具有润湿层、阻挡层和粘合层的ubm上。凸块340也可以压接或热压接至导电层222。凸块340表示可以在导电层222上形成的一种类型的互连结构。互连结构还可以使用接合线、导电胶、螺柱凸块、微凸块或其他电气互连。
52.半导体封装330使用支撑框架240和316以用于对电气部件230a-230f的结构支撑和隔离。pcb 290被设置在堆叠的电气部件230a-230f上，并且提供垂直电气互连。支撑框架240和316为pcb 250和堆叠的电气部件230a-230f以及半导体管芯304和pcb 330提供刚性结构支撑，同时减少翘曲并且增加通过半导体封装342的热耗散。部件堆叠在小的封装占用空间中增加电气功能。支撑框架240和316还可以为设置在个体隔室158a-158d中的电气部件230a-230f提供rfi/emi屏蔽，参见图2j、2n。支撑框架240和316还可以通过支撑框架240和316的垂直支撑支架在pcb 330与pcb 290和凸块340之间提供接地连接。
53.图7图示了具有芯片载体衬底或pcb 402的电子设备400，其中在pcb 402的表面上安装多个半导体封装，包括半导体封装186、212、264、279和330。取决于应用，电子设备400可以具有一种类型的半导体封装或多种类型的半导体封装。
54.电子设备400可以是使用半导体封装来执行一个或多个电气功能的独立系统。替代地，电子设备400可以是更大系统的子部件。例如，电子设备400可以是平板电脑、蜂窝电话、数字相机、通信系统或其他电子设备的一部分。替代地，电子设备400可以是图形卡、网络接口卡、或可以被插入到计算机中的其他信号处理卡。半导体封装可以包括微处理器、存储器、asic、逻辑电路、模拟电路、rf电路、分立器件、或其他半导体管芯或电气部件。小型化和轻量化对于使产品被市场接受是至关重要的。半导体器件之间的距离可以减小，以实现更高的密度。
55.在图7中，pcb 402针对安装在pcb上的半导体封装的结构支撑和电气互连提供了通用衬底。使用蒸发、电解电镀、无电镀、丝网印刷或其他合适的金属沉积过程来在pcb 402的表面上或层内形成导电信号迹线404。信号迹线404提供了半导体封装中的每一个、安装的部件和其他外部系统部件之间的电气通信。迹线404还向半导体封装中的每一个提供电源和接地连接。
56.在一些实施例中，半导体器件具有两个封装级别。第一级封装是用于将半导体管芯机械地和电气地附接到中间衬底的技术。第二级封装涉及将中间衬底机械地和电气地附接到pcb。在其他实施例中，半导体器件可以仅具有第一级封装，其中管芯被机械地和电气地直接安装到pcb。出于说明的目的，在pcb 402上示出了若干类型的第一级封装，包括接合
线封装406和倒装芯片408。另外，若干类型的第二级封装被示出安装在pcb 402上，包括球栅阵列（bga）410、凸块芯片载体（bcc）412、连接盘网格阵列（lga）416、多芯片模块（mcm）或sip模块418、四方无引脚扁平封装（qfn）420、四方扁平封装422、嵌入式晶圆级球栅阵列（ewlb）424和晶圆级芯片尺度封装（wlcsp）426。在一个实施例中，ewlb 424是扇出晶圆级封装（fo-wlp），并且wlcsp 426是扇入晶圆级封装（fi-wlp）。取决于系统要求，以第一和第二级封装风格的任何组合来配置的半导体封装的任何组合以及其他电子部件可以连接到pcb 402。在一些实施例中，电子设备400包括单个附接的半导体封装，而其他实施例要求多个互连的封装。通过在单个衬底上组合一个或多个半导体封装，制造商可以将预制部件并入到电子设备和系统中。因为半导体封装包括复杂的功能，所以可以使用较不昂贵的部件和简化的制造过程来制造电子器件。结果得到的器件较不可能发生故障并且制造起来较不昂贵，从而导致了消费者的较低成本。
57.虽然已经详细说明了本发明的一个或多个实施例，但是技术人员将领会到，在不脱离如以下权利要求中所阐述的本发明的范围的情况下，可以作出对那些实施例的修改和改编。