具有減少的高度的封裝堆疊結構的制作方法
【專利說明】具有減少的高度的封裝堆疊結構
[0001]相關申請的交叉引用
[0002]本申請要求于2013年3月15日提交的美國非臨時申請號13/833,921的優先權，其全部內容通過援引納入于此。
技術領域
[0003]本申請涉及集成電路封裝，尤其涉及封裝堆疊(PoP)結構，其中頂層封裝基底被修改以獲得減少的封裝高度。
[0004]背景
[0005]已經為其中電路板空間必須被節省的應用(諸如蜂窩電話和其他便攜式設備之類)開發了封裝堆疊(PoP)結構。頂層封裝通常是存儲器封裝，而底層封裝通常是處理器封裝。與諸如堆疊管芯電路之類的其他方法相比，封裝堆疊技術已被證明是相當流行的。例如，制造商能容易地在PoP電路中替換不同的存儲器封裝，從而與捆綁于特定存儲器相比這降低了成本。而且，頂層封裝和底層封裝可被獨立測試。相反，在堆疊管芯設計中有壞的管芯就需要拋棄剩下的好的管芯。
[0006]盡管使用PoP結構對集成電路的封裝因此是相當流行的，但是在該封裝工藝中仍然存在挑戰。例如，隨著技術進步，用戶希望PoP疊層有減少的厚度或高度。但是盡管在PoP領域中有技術進步，就減少PoP疊層高度而言仍然存在障礙。參考圖1A和IB可更好地理解關于減少封裝高度的問題。圖1A示出了傳統PoP疊層100。為了構造PoP 100，底層封裝管芯105首先被倒裝安裝到底層封裝基底110，并用模塑復合物層108包裹。然后在模塑復合物層108中形成通孔(諸如通過激光燒蝕等)，以暴露底層封裝結構110上的下層焊球。頂層封裝基底120上對應的上層焊球然后被收入通孔，因此回流焊接工藝通過回流焊接的上層焊球和下層焊球而形成焊點互連115，以將頂層封裝基底120電耦合于底層封裝基底110。
[0007]由于用于形成PoP 100的穿模通孔(through-mold-via)工藝，在上層封裝基底120的下表面與模塑復合物層108的上表面之間存在間隙140。間隙140從而增加了 PoP100的PoP疊層高度。為了實現不會遭受間隙140影響的減少的疊層高度，已經開發了一種替代的PoP架構，它可被表示為模塑嵌入式(ME)PoP 130，如圖1B中所示。在ME-PoP 130中，在頂層封裝基底120和下層封裝基底已通過互連115被接合之后，施加模塑復合物108。以此方式，ME-PoP 130在頂層封裝基底120的下表面和模塑復合物108的上表面之間不具有間隙140。從而與PoP 100相比，Me-PoP 130具有減少的高度。但是不管選擇哪一個架構，可看到頂層封裝基底120的下表面總是在底層管芯105的上表面之上，因為頂層封裝基底120覆蓋底層管芯105。換言之，頂層封裝基底120相對于底層管芯105來層疊。頂層封裝基底120的厚度因此是整體PoP疊層的厚度中的直接因素。
[0008]如果常規PoP中頂層封裝基底的厚度可變薄某個微米數，則PoP的高度可被減少相同的微米數。類似地，底層封裝基底的厚度中的減少也減少了 PoP疊層高度。用于頂層和底層封裝的基底于是被日漸變薄以獲得減少的PoP疊層高度。但是當前最先進的有機基底可被薄化至不少于大約80至90微米。如果使得基底比該最小厚度更薄一點，則會發生不可接受的翹曲。因此頂層和底層封裝基底的最小封裝基底厚度表現出阻礙了 PoP疊層高度減少方面的進一步進步。
[0009]因此，本領域需要具有減少的高度的改進的PoP電路，同時仍然具有對抗基底翹曲的強有力保護。
[0010]概述
[0011]為了實現減少的PoP疊層高度，提供了一種PoP，其中封裝之一的封裝基底包括大小被設置成容納來自剩余封裝的管芯的窗口。盡管該基底窗口被提供在通常被表示為頂層或上層封裝基底的基底中，該頂層封裝在這里也被成為第一封裝。通常將被表示為底層封裝的剩余封裝在這里被稱為第二封裝。就這一點而言，如果PoP上下倒置，本領域認可的術語“頂層封裝”和“底層封裝”并不切換定義。但是為了避免任何歧義，頂層封裝在這里被稱為第一封裝，而底層封裝在這里被稱為第二封裝。第一封裝包括至少一個第一封裝管芯以及包含窗口的第一封裝基底。第二封裝包括第二封裝管芯和第二封裝管芯。多個封裝堆疊互連將第一封裝基底與第二封裝基底互連，使得第一和第二封裝基底被一間隙隔開。第二封裝管芯的厚度或高度大于所述間隙，使得第二封裝管芯至少部分地置于第一封裝基底的窗口內。
[0012]附圖簡述
[0013]圖1A是常規封裝堆疊(PoP)疊層的截面圖。
[0014]圖1B是常規模塑嵌入式PoP疊層的截面圖。
[0015]圖2是減少的高度的PoP的一實施例的第一封裝基底和第二封裝基底的截面圖。
[0016]圖3是具有表面安裝的第二封裝管芯以形成第二封裝的圖2的第二封裝基底的截面圖。
[0017]圖4是耦合于第一封裝基底以形成部分PoP組裝件的圖3的第二封裝的截面圖。
[0018]圖5是在施加了模塑復合物之后圖3的部分PoP組裝件的截面圖。
[0019]圖6是包括圖5的部分PoP組裝件的減少了高度的PoP的截面圖。
[0020]圖7是部分PoP組裝件的替代實施例的截面圖。
[0021]圖8是包括圖7的部分PoP組裝件的減少了高度的PoP的截面圖。
[0022]圖9例示出根據本文公開的實施例的結合了減少了高度的PoP的多個電子系統。
[0023]詳細描述
[0024]為了解決本領域中對具有減少的疊層高度而同時仍然能抵抗翹曲的改進的PoP架構的需要，揭示了一種包括具有大小被設置成容納第二封裝管芯的窗口的第一封裝基底的PoP疊層。如本文所使用的，第一封裝基底窗口被稱為“容納”第二封裝管芯，這是由于在第一封裝基底已被耦合于第二封裝基底之后，第二封裝管芯被至少部分地設置在第一封裝基底的窗口內。
[0025]綜覽
[0026]第一封裝基底包括焊盤，其通過封裝堆疊互連耦合于第二封裝基底上的對應焊盤。在給定了至第一封裝基底的這種封裝堆疊互連的情況下，“第一封裝管芯”在這里被定義為這樣一種管芯，其輸入/輸出(I/o)信號通過第一封裝基底焊盤被傳導。換言之，如此處所使用的“第一封裝管芯”的定義排除了與第二封裝管芯呈穿硅堆疊(TSS)布置的管芯、或與第二封裝基底引線接合的管芯。例如，用于與第二封裝管芯呈TSS堆疊的管芯的I/O信號將在頂層管芯本身上的焊盤而不是第一封裝基底焊盤中被傳導。類似地，用于與第二封裝基底進行引線接合的管芯的I/o信號將不會通過第一封裝基底焊盤而是通過與第二封裝基底的引線接合來被傳導。但是將理解，“第一封裝管芯”的此定義將不排除通過使用穿硅通孔(TSV)而在TSS堆疊中被堆疊在一起的多個第一封裝管芯，只要用于這些管芯的I/o通過第一封裝基底上的焊盤被傳導。
[0027]由于耦合在第一封裝基底和第二封裝基底之間的封裝堆疊互連，第一和第二封裝基底不彼此接觸而是被一間隙間隔開，如在PoP領域中常規的那樣。在現有技術中，第二封裝管芯不可能具有會超過該間隙的高度(也可被表示為厚度)，因為第一封裝基底堆疊在第二封裝管芯之上。例如，再次參考圖1A和1B，如果管芯105在高度上增加，則基底110和120之間的間隙將相應增加。由于基底120被堆疊在管芯105之上，因此管芯105的厚度和基底120的厚度是最終PoP疊層高度中的直接因素。相反，由于本文所揭示的第一封裝基底具有容納第二封裝管芯的窗口，因此第一封裝基底厚度和第二封裝基底厚度不再直接組合來影響最終PoP疊層高度。這是相當有利的，因為第二封裝管芯不再需要被過度薄化來減少PoP疊層高度。這種管芯薄化導致可靠性問題以及增加制造成本。但是本文所揭示的第二封裝管芯被容納在第一封裝基底中的窗口中。第二封裝管芯于是能具有比將第一和第二封裝基底隔開的間隙更大的厚度。由于第二封裝管芯的該高度，該第二封裝管芯就有一部分延伸穿過該間隙。所述窗口充當用于容納第二封裝管芯的該部分的手段。第二封裝管芯的被容納的該部分于是對PoP疊層高度不再起作用。而且，如果第二封裝管芯高度與將第二封裝管芯耦合于第二封裝基底的互連的厚度的組合小于或等于第一和第二封裝基底之間的間隙與第一封裝基底厚度的組合，則第二封裝管芯高度將對最終的PoP疊層高度沒有影響。以此方式，第二封裝管芯可具有強健的厚度以實現可靠性以及降