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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2024116064
(43)【公開日】2024-08-27
(54)【発明の名称】半導体パッケージおよびその形成方法
(51)【国際特許分類】
H01L 23/36 20060101AFI20240820BHJP
H01L 23/12 20060101ALI20240820BHJP
【ＦＩ】
H01L23/36 D
H01L23/12 J
【審査請求】有
【請求項の数】10
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2023199022
(22)【出願日】2023-11-24
(31)【優先権主張番号】18/110,009
(32)【優先日】2023-02-15
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(71)【出願人】
【識別番号】500262038
【氏名又は名称】台湾積體電路製造股▲ふん▼有限公司
【氏名又は名称原語表記】Ｔａｉｗａｎ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ Ｃｏｍｐａｎｙ，Ｌｔｄ．
【住所又は居所原語表記】Ｎｏ．８， Ｌｉ－Ｈｓｉｎ Ｒｄ．６， Ｈｓｉｎｃｈｕ Ｓｃｉｅｎｃｅ Ｐａｒｋ， Ｈｓｉｎｃｈｕ， ＴＡＩＷＡＮ
(74)【代理人】
【識別番号】110003063
【氏名又は名称】弁理士法人牛木国際特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】林 威宏
【テーマコード（参考）】
5F136
【Ｆターム（参考）】
5F136BA30
5F136BB18
5F136BC07
5F136DA25
5F136DA41
5F136FA01
5F136FA12
5F136FA23
5F136FA25
5F136FA51
(57)【要約】 （修正有）
【課題】半導体パッケージの反りを防ぎ、インターポーザモジュール上のサーマルインターフェース材料（ＴＩＭ）層の剥離を防ぐ半導体パッケージ及びその形成方法を提供する。
【解決手段】半導体パッケージ１００は、パッケージ基板１１０上のインターポーザモジュール１２０、インターポーザモジュール上のＴＩＭ層１４０、ＴＩＭ層の側面及びインターポーザモジュールの側面上のＴＩＭ層保護構造１７０並びにインターポーザモジュール、ＴＩＭ層及びＴＩＭ層保護構造上のパッケージリッド１３０を含む。ＴＩＭ層保護構造は、ＴＩＭ層保護構造インターフェース部を含み、ＴＩＭ層保護構造界面部は、ＴＩＭ層とモールディング材料層１２７との間の界面で、ＴＩＭ層の側面及びモールディング材料層の側面と接触し、ＴＩＭ層の側面からモールディング材料層の側面まで連続的に延在し、ＴＩＭ層がモールディング材料層から剥離するのを抑制する。
【選択図】図１Ａ
【解決手段】半導体パッケージ１００は、パッケージ基板１１０上のインターポーザモジュール１２０、インターポーザモジュール上のＴＩＭ層１４０、ＴＩＭ層の側面及びインターポーザモジュールの側面上のＴＩＭ層保護構造１７０並びにインターポーザモジュール、ＴＩＭ層及びＴＩＭ層保護構造上のパッケージリッド１３０を含む。ＴＩＭ層保護構造は、ＴＩＭ層保護構造インターフェース部を含み、ＴＩＭ層保護構造界面部は、ＴＩＭ層とモールディング材料層１２７との間の界面で、ＴＩＭ層の側面及びモールディング材料層の側面と接触し、ＴＩＭ層の側面からモールディング材料層の側面まで連続的に延在し、ＴＩＭ層がモールディング材料層から剥離するのを抑制する。
【選択図】図１Ａ
【特許請求の範囲】
【請求項1】
パッケージ基板上のインターポーザモジュール、
前記インターポーザモジュール上のサーマルインターフェース材料（ＴＩＭ）層、
前記ＴＩＭ層の側面および前記インターポーザモジュールの側面上のＴＩＭ層保護構造、ならびに
前記インターポーザモジュール、前記ＴＩＭ層および前記ＴＩＭ層保護構造上のパッケージリッドを含む半導体パッケージ。
前記インターポーザモジュール上のサーマルインターフェース材料（ＴＩＭ）層、
前記ＴＩＭ層の側面および前記インターポーザモジュールの側面上のＴＩＭ層保護構造、ならびに
前記インターポーザモジュール、前記ＴＩＭ層および前記ＴＩＭ層保護構造上のパッケージリッドを含む半導体パッケージ。
【請求項2】
前記ＴＩＭ層保護構造の厚さと前記インターポーザモジュールの厚さの比は、１．０～３．０の範囲内である請求項１に記載の半導体パッケージ。
【請求項3】
前記パッケージリッドは、第１の水平方向にパッケージリッドの長さを有し、前記ＴＩＭ層保護構造は、前記第１の水平方向にＴＩＭ層保護構造の長さを有し、前記ＴＩＭ層保護構造の長さと前記パッケージリッドの長さの比は、０．３～１．０の間の範囲にある請求項１に記載の半導体パッケージ。
【請求項4】
前記パッケージリッドは、前記第１の水平方向に垂直な第２の水平方向にパッケージリッドの幅を有し、前記ＴＩＭ層保護構造は、前記第２の水平方向にＴＩＭ層保護構造の幅を有し、前記ＴＩＭ層保護構造の幅と前記パッケージリッドの幅の比は、０．３～１．０の間の範囲にある請求項３に記載の半導体パッケージ。
【請求項5】
前記パッケージ基板に接着され、前記インターポーザモジュールの周囲に配置された補強リングをさらに含み、前記ＴＩＭ層保護構造は、前記補強リングと前記インターポーザモジュールによって境界付けられた容積内に形成される請求項１に記載の半導体パッケージ。
【請求項6】
前記パッケージリッドは、前記ＴＩＭ層保護構造上の充填プラグ、および前記ＴＩＭ層保護構造上の脱ガスプラグを含む請求項５に記載の半導体パッケージ。
【請求項7】
前記パッケージリッドは、プレート部と、前記プレート部から延在し、前記インターポーザモジュールの周囲を囲んで前記パッケージ基板と接触する脚部とを含み、前記ＴＩＭ層保護構造は、前記脚部と前記インターポーザモジュールとの間の容積に形成される請求項１に記載の半導体パッケージ。
【請求項8】
半導体パッケージの形成方法であって、前記方法は、
パッケージ基板上にインターポーザモジュールを実装するステップ、
前記インターポーザモジュール上にサーマルインターフェース材料（ＴＩＭ）層を配置するステップ、
前記インターポーザモジュールと前記ＴＩＭ層にパッケージリッドを配置するステップ、および
前記ＴＩＭ層の側面と前記インターポーザモジュールの側面上にＴＩＭ層保護構造を形成するステップを含む方法。
パッケージ基板上にインターポーザモジュールを実装するステップ、
前記インターポーザモジュール上にサーマルインターフェース材料（ＴＩＭ）層を配置するステップ、
前記インターポーザモジュールと前記ＴＩＭ層にパッケージリッドを配置するステップ、および
前記ＴＩＭ層の側面と前記インターポーザモジュールの側面上にＴＩＭ層保護構造を形成するステップを含む方法。
【請求項9】
前記ＴＩＭ層保護構造の形成は、前記パッケージリッドのガス抜き孔によって補強リングと前記インターポーザモジュールによって境界付けられた容積をガス抜きするステップを含む請求項８に記載の方法。
【請求項10】
パッケージ基板上のインターポーザモジュール、
前記インターポーザモジュール上のサーマルインターフェース材料（ＴＩＭ）層、
前記パッケージ基板上および前記インターポーザモジュールと前記ＴＩＭ層の周囲に位置し、３ｐｐｍ／℃と２０ｐｐｍ／℃との間の範囲の熱膨張係数、および１Ｗ／ｍ・Ｋ以上の熱伝導率を有するＴＩＭ層保護構造、
前記パッケージ基板に接着され、前記インターポーザモジュールの周囲に配置され、前記ＴＩＭ層保護構造は、補強リングと前記インターポーザモジュールによって境界付けられた容積内に形成された補強リング、ならびに
前記補強リング、前記インターポーザモジュール、前記ＴＩＭ層、および前記ＴＩＭ層保護構造に位置し、前記ＴＩＭ層の上面および前記ＴＩＭ層保護構造の上面に接触するパッケージリッドを含み、
前記パッケージリッドは、前記ＴＩＭ層保護構造上に、３ｍｍ～１０ｍｍの範囲の直径を有する充填孔、
前記充填孔を塞ぐ充填プラグ、
前記ＴＩＭ層保護構造上に位置し、３ｍｍ～１０ｍｍの範囲の直径を有するガス抜き孔、および
前記ガス抜き孔を塞ぐように用いられるガス抜きプラグを含み、
前記充填孔は、前記ガス抜き孔の反対側に位置する前記インターポーザモジュールの側に位置する半導体パッケージ。
前記インターポーザモジュール上のサーマルインターフェース材料（ＴＩＭ）層、
前記パッケージ基板上および前記インターポーザモジュールと前記ＴＩＭ層の周囲に位置し、３ｐｐｍ／℃と２０ｐｐｍ／℃との間の範囲の熱膨張係数、および１Ｗ／ｍ・Ｋ以上の熱伝導率を有するＴＩＭ層保護構造、
前記パッケージ基板に接着され、前記インターポーザモジュールの周囲に配置され、前記ＴＩＭ層保護構造は、補強リングと前記インターポーザモジュールによって境界付けられた容積内に形成された補強リング、ならびに
前記補強リング、前記インターポーザモジュール、前記ＴＩＭ層、および前記ＴＩＭ層保護構造に位置し、前記ＴＩＭ層の上面および前記ＴＩＭ層保護構造の上面に接触するパッケージリッドを含み、
前記パッケージリッドは、前記ＴＩＭ層保護構造上に、３ｍｍ～１０ｍｍの範囲の直径を有する充填孔、
前記充填孔を塞ぐ充填プラグ、
前記ＴＩＭ層保護構造上に位置し、３ｍｍ～１０ｍｍの範囲の直径を有するガス抜き孔、および
前記ガス抜き孔を塞ぐように用いられるガス抜きプラグを含み、
前記充填孔は、前記ガス抜き孔の反対側に位置する前記インターポーザモジュールの側に位置する半導体パッケージ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本出願は、２０２３年２月１５日に出願された米国仮特許出願番号第１８／１１０００９号からの優先権を主張するものであり、これらの全ては引用によって本願に援用される。
【0002】
本発明は、半導体技術に関するものであり、特に、半導体パッケージおよびその形成方法に関するものである。
【背景技術】
【0003】
半導体パッケージは、インターポーザ上に積層または実装される１つ以上の半導体ダイを含むことができる。動作中、半導体ダイは大量の熱を発生する可能性がある。パフォーマンスを向上させるために、発生した熱を放散することができる。
【0004】
半導体パッケージは、放熱を助けるサーマルインターフェイスマテリアル（ＴＩＭ）層を含むことができる。特に、ＴＩＭ層は、インターポーザから（例えば、インターポーザ上の半導体チップから）半導体パッケージのパッケージリッドへ熱を輸送するのを助けることができる。ＴＩＭ層は、大型の半導体パッケージおよび先進的な半導体パッケージにおいて特に有益である可能性がある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
熱変化（例えば、加熱、冷却）は、典型的な半導体パッケージに反り（例えば、熱応力による反り曲がり）を生じさせる可能性がある。このパッケージの反りは、インターポーザモジュールからのＴＩＭ層の剥離を引き起こす可能性があり、これにより、半導体パッケージの故障となる可能性がある。このようなパッケージの反りの場合、ＴＩＭ層がインターポーザモジュールの角でインターポーザモジュールの上面から剥離する可能性がある。
【課題を解決するための手段】
【0006】
いくつかの実施形態では、半導体パッケージが提供される。半導体パッケージは、パッケージ基板上のインターポーザモジュール、インターポーザモジュール上のサーマルインターフェース材料（ＴＩＭ）層、ＴＩＭ層の側面およびインターポーザモジュールの側面上のＴＩＭ層保護構造、ならびにインターポーザモジュール、ＴＩＭ層、およびＴＩＭ層保護構造上のパッケージリッドを含む。
【0007】
いくつかの実施形態では、半導体パッケージの形成方法が提供される。この方法は、パッケージ基板上にインターポーザモジュールを実装するステップ、インターポーザモジュール上にサーマルインターフェース材料（ＴＩＭ）層を配置するステップ、インターポーザモジュールとＴＩＭ層にパッケージリッドを配置するステップ、およびＴＩＭ層の側面とインターポーザモジュールの側面上にＴＩＭ層保護構造を形成するステップを含む。
【0008】
いくつかの実施形態では、半導体パッケージが提供される。半導体パッケージは、パッケージ基板上のインターポーザモジュール、インターポーザモジュール上のサーマルインターフェース材料（ＴＩＭ）層、パッケージ基板上およびインターポーザモジュールとＴＩＭ層の周囲に位置し、ＴＩＭ層保護構造は、３ｐｐｍ／℃と２０ｐｐｍ／℃との間の範囲の熱膨張係数、および１Ｗ／ｍ・Ｋ以上の熱伝導率を有するＴＩＭ層保護構造、パッケージ基板に接着され、インターポーザモジュールの周囲に配置され、ＴＩＭ層保護構造は、補強リングとインターポーザモジュールによって境界付けられた容積内に形成された補強リング、ならびに補強リング、インターポーザモジュール、ＴＩＭ層、およびＴＩＭ層保護構造に位置し、ＴＩＭ層の上面およびＴＩＭ層保護構造の上面に接触するパッケージリッドを含み、パッケージリッドは、ＴＩＭ層保護構造上に、３ｍｍ～１０ｍｍの範囲の直径を有する充填孔、充填孔を塞ぐ充填プラグ、ＴＩＭ層保護構造上に位置し、３ｍｍ～１０ｍｍの範囲の直径を有するガス抜き孔、およびガス抜き孔を塞ぐように用いられるガス抜きプラグを含み、充填孔は、ガス抜き孔の反対側に位置するインターポーザモジュールの側に位置する。
【発明の効果】
【0009】
本開示の１つ以上の実施形態は、ＴＩＭ層保護構造を含むことができる。ＴＩＭ層保護構造は、ＴＩＭ層を保護し、ＴＩＭ層がインターポーザモジュールから剥離するのを抑制（例えば、防止）するのに役立つことができる。従って、ＴＩＭ層保護構造は、全体の半導体パッケージの向上した信頼性およびより良い放熱性能を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【0010】
本開示の実施形態の態様は、以下の詳細な説明および添付の図面を通じて明確に理解することができる。図面は、業界の標準的な慣行に従って、様々な特徴が縮尺通りに描かれておらず、説明の目的でのみ使用されている。実際、様々な特徴の寸法は、明確に説明できるようにするために、任意に拡大または縮小されることがある。
【発明を実施するための形態】
【0011】
以下の開示は、提供される主題の異なる特徴を実施するための多くの異なる実施形態または例を提供する。本開示を簡潔に説明するために、複数の要素および複数の配列の特定の実施形態が以下に述べられる。これらはもちろん単に例示するためであり、それに限定するという意図はない。例えば、下記の開示において、第１の特徴が第２の特徴の上方または上に形成されるということは、第１と第２の特徴が直接接触して形成される複数の実施形態を含むことができ、且つ第１と第２の特徴が直接接触しないように、付加的な特徴が第１と第２の特徴の間に形成される複数の実施形態を含むこともできる。また、本開示は、複数の例において同じ構成要素の符号または文字を繰り返し用いる可能性がある。繰り返し用いる目的は、簡易化した、明確な説明を提供するためのもので、説明される様々な実施形態および／または構成の関係を限定するものではない。
【0012】
さらに、「下の方」、「下方」、「下部」、「上」、「上方」、「上部」およびこれらに類する語のような、空間的に相対的な用語は、図において１つの要素または特徴と、別の（複数の）要素と（複数の）特徴との関係を記述するための説明を簡潔にするために用いられる。空間的に相対的な用語は、図に記載された方向に加えて、使用または操作する装置の異なる方向を包含することを意図している。装置は、他に方向づけされてもよく（９０度回転、または他の方向に）、ここで用いられる空間的に相対的な記述は、同様にそれに応じて解釈され得る。特に明記しない限り、同じ参照番号を有する各要素は、同じ材料組成を有し、同じ厚さ範囲内の厚さを有するものと推定される。
【0013】
熱変化（例えば、加熱、冷却）は、典型的な半導体パッケージに反り（例えば、熱応力による反り曲がり）を生じさせる可能性がある。このパッケージの反りは、インターポーザモジュールからのＴＩＭ層の剥離を引き起こす可能性があり、これにより、半導体パッケージの故障となる可能性がある。このようなパッケージの反りの場合、ＴＩＭ層がインターポーザモジュールの角でインターポーザモジュールの上面から剥離する可能性がある。
【0014】
本開示の１つ以上の実施形態は、ＴＩＭ層保護構造を含むことができる。ＴＩＭ層保護構造は、ＴＩＭ層を保護し、ＴＩＭ層がインターポーザモジュールから剥離するのを抑制（例えば、防止）するのに役立つことができる。従って、ＴＩＭ層保護構造は、全体の半導体パッケージの向上した信頼性およびより良い放熱性能を提供することができる。ＴＩＭ層保護構造は、インターポーザモジュール（例えば、半導体ダイ／チップ、統合されたファンアウトチップレット、統合された複数のロジックチップレットなど）を囲むエアギャップ、およびパッケージリッドとパッケージ基板（例えば、集積回路（ＩＣ）基板）との間に配置されることができる。
【0015】
１つ以上の実施形態では、ＴＩＭ層保護構造は、パッケージリッドがインターポーザモジュール上のパッケージ基板に取り付けられた後、半導体パッケージに加えられることができる。１つ以上の実施形態では、パッケージリッドは、充填孔およびガス抜き孔を含むことができる。ＴＩＭ層保護構造材料（例えば、液体材料）が充填孔に注入されることができ、ガス（例えば、空気、窒素など）がガス抜き孔を通って半導体パッケージから排出されることができる。
【0016】
ＴＩＭ層保護構造材料は、例えば、アンダーフィル材料などの材料、またはアンダーフィル材料に類似した材料を含むことができる。ＴＩＭ層保護構造は、３ｐｐｍ／℃～２０ｐｐｍ／℃の間の熱膨張係数（ＣＴＥ）を有することができる。ＴＩＭ層保護構造は、１Ｗ／ｍ・Ｋ以上の熱伝導率を有することができる。
【0017】
ＴＩＭ層保護構造材料は硬化して固体のＴＩＭ層保護構造を形成することができる。ＴＩＭ層保護構造は、パッケージリッド、パッケージ基板、およびインターポーザモジュール（例えば、半導体ダイ／チップを含むことができる）の間に強固な接合を形成することができる。ＴＩＭ層保護構造は、パッケージリッドの下方、パッケージ基板の上方、およびインターポーザモジュールを囲んで形成されることができる。
【0018】
ＴＩＭ層保護構造の厚さとインターポーザモジュールの厚さ（例えば、チップの厚さ）の比は、１．０より大きく、３．０より小さいとすることができる。さらに、パッケージリッドは、第１の方向にパッケージリッドの長さを有することができ、ＴＩＭ層保護構造は、第１の水平方向にＴＩＭ層保護構造の長さを有することができる。ＴＩＭ層保護構造の長さとパッケージリッドの長さの比は、０．３～１．０の間の範囲にあることができる。パッケージリッドは、第１の水平方向に垂直な第２の水平方向にパッケージリッドの幅を有し、ＴＩＭ層保護構造は、第２の水平方向にＴＩＭ層保護構造の幅を有することもできる。ＴＩＭ層保護構造の幅とパッケージリッドの幅の比は、０．３～１．０の間の範囲にあることができる。
【0019】
図１Ａ～図１Ｄは、１つ以上の実施形態による、半導体パッケージ１００（例えば、有機／シリコンインターポーザパッケージ）の異なる図を提供する。図１Ａは、１つ以上の実施形態による、半導体パッケージ１００の垂直断面図を示している。図１Ｂは、１つ以上の実施形態による、パッケージリッド１３０の充填孔１３１の拡大垂直断面図を示している。図１Ｃは、１つ以上の実施形態による、パッケージリッド１３０のガス抜き孔１３３の拡大垂直断面図を示している。図１Ｄは、１つ以上の実施形態による、パッケージリッド１３０の平面図を示している。
【0020】
半導体パッケージ１００は、パッケージ基板１１０、パッケージ基板１１０上に実装されたインターポーザモジュール１２０、およびインターポーザモジュール１２０上にあり、パッケージ基板１１０に取り付けられたパッケージリッド１３０を含むことができる。半導体パッケージ１００は、インターポーザモジュール１２０上にＴＩＭ層１４０を含むこともできる。半導体パッケージ１００は、ＴＩＭ層１４０を保護することができるＴＩＭ層保護構造１７０を含むこともできる。特に、ＴＩＭ層保護構造１７０は、インターポーザモジュール１２０の表面からのＴＩＭ層１４０の剥離を抑制または軽減することができる。
【0021】
パッケージ基板１１０は、例えば、コア１１２、コア１１２上（例えば、パッケージ基板１１０の第１の側またはチップ側）に形成されたパッケージ基板上部誘電体層（ｐａｃｋａｇｅ ｓｕｂｓｔｒａｔｅ ｕｐｐｅｒ ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ ｌａｙｅｒ）１１４、およびコア１１２（例えば、パッケージ基板１１０の第２の側または基板側）上に形成されたパッケージ基板下部誘電体層１１６を含むことができる。特に、パッケージ基板１１０は、味の素ビルドアップフィルム（ＡＢＦ）基板などのビルドアップフィルム基板を含むことができる。即ち、少なくとも１つの実施形態では、パッケージ基板上部誘電体層１１４およびパッケージ基板下部誘電体層１１６のそれぞれは、ＡＢＦ層として説明されることができる。
【0022】
コア１１２は、パッケージ基板１１０に剛性を与えることができる。コア１１２は、例えば、ビスマレイミドトリアジンエポキシ（ＢＴエポキシ）などのエポキシ樹脂および／または織ガラスラミネートを含むことができる。コア１１２は、代替的または追加的に、ポリマー材料などの有機材料を含むことができる。特に、コア１１２は、ポリイミド（ＰＩ）、ベンゾシクロブテン（ＢＣＢ）、またはポリベンゾビスオキサゾール（ＰＢＯ）などの誘電ポリマー材料を含むことができる。他の適切な誘電体材料も本開示の意図される範囲内にある。
【0023】
コア１１２は、１つ以上の貫通ビア１１２ａを含むことができる。１つ以上の貫通ビア１１２ａは、コア１１２の下面からコア１１２の上面まで延びることができる。１つ以上の貫通ビア１１２ａは、パッケージ基板上部誘電体層１１４とパッケージ基板下部誘電体層１１６との間の電気接続を可能にすることができる。１つ以上の貫通ビア１１２ａは、例えば、１つ以上の層を含むことができ、金属、金属合金、および／または他の金属含有化合物（例えば、Ｃｕ、Ａｌ、Ｍｏ、Ｃｏ、Ｒｕ、Ｗ、ＴｉＮ、ＴａＮ、ＷＮなど）を含むことができる。他の適切な金属材料も、本開示の意図される範囲内にある。
【0024】
パッケージ基板下部誘電体層１１６は複数の層を含むことができ、特にビルドアップフィルム（例えば、ＡＢＦ）を含むことができる。パッケージ基板下部誘電層１１６は、ポリマー材料などの有機材料を含むことができる。特に、パッケージ基板下部誘電体層１１６は、ポリイミド（ＰＩ）、ベンゾシクロブテン（ＢＣＢ）、またはポリベンゾビスオキサゾール（ＰＢＯ）などの誘電体ポリマー材料の１つ以上の層を含むことができる。他の適切な誘電体材料も、本開示の意図される範囲内にある。
【0025】
パッケージ基板下部誘電体層１１６は、パッケージ基板下部誘電体層１１６の基板側表面上に１つ以上のパッケージ基板下部ボンディングパッド１１６ａを含むことができる。特に、パッケージ基板下部ボンディングパッド１１６ａは、パッケージ基板下部誘電体層１１６の基板側表面上に露出されることができる。パッケージ基板下部誘電体層１１６は、１つ以上の金属相互接続構造１１６ｂも含むことができる。金属相互接続構造１１６ｂは、パッケージ基板下部ボンディングパッド１１６ａおよびコア１１２内の貫通ビア１１２ａに接続されることができる。金属相互接続構造１１６ｂは、金属層（例えば、銅トレース）および金属層を接続する金属ビアを含むことができる。パッケージ基板下部ボンディングパッド１１６ａおよび金属相互接続構造１１６ｂは、例えば、１つ以上の層を含むことができ、金属、金属合金、および／または他の金属含有化合物（例えば、Ｃｕ、Ａｌ、Ｍｏ、Ｃｏ、Ｒｕ、Ｗ、ＴｉＮ、ＴａＮ、ＷＮなど）を含むことができる。金属相互接続構造１１６ｂ用の他の適切な金属材料は、本発明の意図される範囲内にある。
【0026】
パッケージ基板下面層１１０ｂは、パッケージ基板下部誘電体層１１６の基板側表面上に形成されることができる。パッケージ基板下面層１１０ｂは、パッケージ基板下部ボンディングパッド１１６ａを部分的に覆うことができる。パッケージ基板下面層１１０ｂは、パッシベーション層および保護層のうちの１つ以上を含むことができる。パッケージ基板下面層１１０ｂは、例えば、ポリイミド（ＰＩ）、ベンゾシクロブテン（ＢＣＢ）、またはポリベンゾビスオキサゾール（ＰＢＯ）などの誘電性ポリマー材料を含むことができる。パッケージ基板下面層１１０ｂは、代替的または追加的に、酸化シリコン、窒化シリコン、炭素ドープ酸化物などの低ｋ誘電体材料、多孔質炭素ドープ二酸化シリコンなどの極低ｋ誘電体材料、またはそれらの組み合わせを含んでもよい。他の適切な誘電体材料も本開示の意図される範囲内にある。
【0027】
複数のはんだボール１１０ｃを含むボールグリッドアレイ（ＢＧＡ）がパッケージ基板下部誘電体層１１６の基板側表面上に形成されることができる。はんだボール１１０ｃは、半導体パッケージ１００がプリント回路基板（ＰＣＢ）などの基板上にしっかりと取り付けられ、ＰＣＢ基板に電気的に結合されるようにすることができる。はんだボール１１０ｃは、パッケージ基板下部ボンディングパッド１１６ａとそれぞれ接触することができる。
【0028】
パッケージ基板上部誘電層１１４は、コア１１２の上面に形成されることができる。「パッケージ基板上部誘電体層１１４は複数の層を含んでもよく、特に、ビルドアップフィルム（例えば、ＡＢＦ）を含んでもよい」は省略されている。パッケージ基板上部誘電体層１１４は、ポリマー材料などの有機材料を含むこともできる。特に、パッケージ基板上部誘電体層１１４は、ポリイミド（ＰＩ）、ベンゾシクロブテン（ＢＣＢ）、またはポリベンゾビスオキサゾール（ＰＢＯ）などの誘電体ポリマー材料を含むことができる。他の適切な誘電体材料も本開示の意図される範囲内にある。
【0029】
パッケージ基板上部誘電体層１１４は、パッケージ基板上部誘電体層１１４のチップ側表面上に１つ以上のパッケージ基板上部ボンディングパッド１１４ａを含むことができる。特に、パッケージ基板上部ボンディングパッド１１４ａは、パッケージ基板上部誘電体層１１４のチップ側表面上に露出されることができる。少なくとも１つの実施形態では、ボンディングパッド表面層（図示せず）（例えば、金属（例えば、錫、ニッケル、パラジウム、金など）および／または他の材料の１つ以上の層）がパッケージ基板上部ボンディングパッド１１４ａ上に形成され、はんだ接合の信頼性を向上させることができる。
【0030】
パッケージ基板上部誘電体層１１４は、１つ以上の金属相互接続構造１１４ｂを含むこともできる。金属相互接続構造１１４ｂは、金属層（例えば、銅トレース）および金属層を接続する金属ビアを含むことができる。パッケージ基板上部ボンディングパッド１１４ａは、金属相互接続構造１１４ｂ、貫通ビア１１２ａ、金属相互接続構造１１６ｂ、およびパッケージ基板下部ボンディングパッド１１６ａを介してＢＧＡのはんだボール１１０ｃに電気的に接続されることができる。パッケージ基板上部ボンディングパッド１１４ａおよび金属相互接続構造１１４ｂは、例えば、１つ以上の層を含むことができ、金属、金属合金、および／または他の金属含有化合物（例えば、Ｃｕ、Ａｌ、Ｍｏ、Ｃｏ、Ｒｕ、Ｗ、ＴｉＮ、ＴａＮ、ＷＮなど）を含むことができる。他の適切な金属材料も本発明の意図される範囲内にある。
【0031】
パッケージ基板上面層１１０ａは、パッケージ基板上部誘電体層１１４のチップ側面上に形成されることができる。パッケージ基板上面層１１０ａは、コーティング層、ラミネート層などを含んでもよい。パッケージ基板上面層１１０ａは、パッケージ基板上部ボンディングパッド１１４ａを少なくとも部分的に覆うように形成されることができる。
【0032】
少なくとも１つの実施形態では、パッケージ基板上面層１１０ａは、ソルダーレジスト層（例えば、ソルダーマスク層）を含むことができる。ソルダーレジスト層は、ポリマー材料（例えば、エポキシポリマー）の薄層を含むことができる。ソルダーレジスト層は、約５μｍ～５０μｍの範囲の厚さを有することができる。少なくとも１つの実施形態では、ソルダーレジスト層は、約１０μｍ～３０μｍの範囲の厚さを有することができる。より厚いまたはより薄い層のソルダーレジスト層が用いられることができる。ソルダーレジスト層は、パッケージ基板１１０のチップ側表面上のパッケージ基板上部ボンディングパッド１１４ａおよび他の金属フィーチャ（例えば、導電線、銅トレース）を覆うように形成されることができる。ソルダーレジスト層は、パッケージ基板上部ボンディングパッド１１４ａおよび他の金属フィーチャを酸化から保護することができる。ソルダーレジスト層は、間隔が接近した（ｃｌｏｓｅｌｙ ｓｐａｃｅｄ）金属フィーチャの間にソルダーブリッジ（例えば、意図しない電気的接続）が形成されるのを抑制（例えば、防止）することもできる。ソルダーレジスト層は、パッケージ基板上部ボンディングパッド１１４ａ上にソルダーレジスト開口（ＳＲＯ）をそれぞれ含むことができる。パッケージ基板上部ボンディングパッド１１４ａの上面は、ＳＲＯによって露出されることができる。ＳＲＯは、ＳＲＯの直径（Ｘ－Ｙ平面における）がパッケージ基板上部ボンディングパッド１１４ａに向かう方向に減少するように、テーパ状の側壁を有することができる。
【0033】
パッケージ基板上面層１１０ａは、代替的または追加的に、パッシベーション層または保護層などのソルダーレジスト層以外の層を含んでもよい。特に、パッケージ基板上面層１１０ａは、代替的または追加的に、ポリイミド（ＰＩ）、ベンゾシクロブテン（ＢＣＢ）、またはポリベンゾビスオキサゾール（ＰＢＯ）などの誘電性ポリマー材料、酸化シリコン、窒化シリコン、炭素ドープ酸化物などの低ｋ誘電体材料、多孔質炭素ドープ二酸化シリコンなどの極低ｋ誘電体材料、それらの組み合わせ、または他の適切な材料を含んでもよい。パッケージ基板上面層１１０ａは、代替的または追加的に、例えば、化学気相堆積（ＣＶＤ）、物理気相堆積（ＰＶＤ）、スピンコーティング、積層（ｌａｍｉｎａｔｉｏｎ）、または他の適切な堆積技術によって形成されてもよい。
【0034】
インターポーザモジュール１２０は、パッケージ基板１１０内のパッケージ基板上部ボンディングパッド１１４ａ上の制御崩壊チップ接続（ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ ｃｏｌｌａｐｓｅ ｃｈｉｐ ｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎ；Ｃ４）バンプ１２１によって実装されることができる。インターポーザモジュール１２０は、Ｃ４バンプ１２１に電気的に接続された金属相互接続１２２ａを含むことができるインターポーザ誘電体層１２２を含むことができる。インターポーザモジュール１２０は、インターポーザ誘電体層１２２上にそれぞれ実装されることができる第１の半導体ダイ１２３および第２の半導体ダイ１２４も含むことができる。任意の数の半導体ダイがインターポーザ誘電体層１２２上に実装されることができることに留意されたい。
【0035】
第１の半導体ダイ１２３および第２の半導体ダイ１２４は、金属相互接続１２２ａに電気的に接続されることができるマイクロバンプ１２８によってインターポーザ誘電体層１２２上に実装されることができる。パッケージアンダーフィル層１２９は、インターポーザモジュール１２０をパッケージ基板１１０に固定するように、インターポーザモジュール１２０およびＣ４バンプ１２１の下部および周囲に形成されることができる。パッケージアンダーフィル層１２９は、エポキシ系のポリマー材料で形成されることができる。
【0036】
第１の半導体ダイ１２３および第２の半導体ダイ１２４のそれぞれは、例えば、高性能コンピューティング（ＨＰＣ）アプリケーション、人工知能（ＡＩ）アプリケーション、および５Ｇセルラーネットワークアプリケーション用の半導体チップまたはチップレット、ロジックダイ（例えば、モバイルアプリケーションプロセッサ、マイクロコントローラなど）、またはメモリダイ（例えば、ダイナミックランダムアクセスメモリ（ＤＲＡＭ）ダイ、ワイドＩ／Ｏダイ、Ｍ－ＲＡＭダイ、Ｒ－ＲＡＭダイ、ＮＡＮＤダイ、スタティックランダムアクセスメモリ（ＳＲＡＭ）など）、中央処理装置（ＣＰＵ）チップ、グラフィックスプロセッシングユニット（ＧＰＵ）チップ、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）チップ、ネットワーキングチップ、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）チップ、人工知能／ディープニューラルネットワーク（ＡＩ／ＤＮＮ）アクセラレータチップなど、コプロセッサ、アクセラレータ、オンチップメモリバッファ、メモリキューブ（例えば、ＨＢＭ、ＨＭＣなど）、高データレートトランシーバダイ、Ｉ／Ｏインターフェースダイ、ＩＰＤダイ（例えば、集積型パッシブデバイス）、パワーマネージメントダイ（例えば、パワーマネージメント集積回路（ＰＭＩＣ）ダイ）、無線周波数（ＲＦ）ダイ、センサーダイ、微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）ダイ、信号処理ダイ（例えば、デジタル信号処理（ＤＳＰ）ダイ）、フロントエンドダイ（例えば、アナログフロントエンド（ＡＦＥ）ダイ）、モノリシック３Ｄヘテロジニアス（ｈｅｔｅｒｏｇｅｎｅｏｕｓ）チップレットスタッキングダイなどを含むことができる。
【0037】
第１の半導体ダイ１２３および第２の半導体ダイ１２４のそれぞれは、例えば活性領域（図示せず）を含むことができる。活性領域は、様々な電子デバイス（例えば、トランジスタ、抵抗器など）を含む電子回路を含むフロントエンドオブライン（ＦＥＯＬ）領域を含むことができる。特に、ＦＥＯＬ領域は、論理デバイス（例えば、論理ゲート）を含む１つ以上の論理回路、および／またはメモリデバイス（例えば、揮発性メモリ（ＶＭ）デバイスおよび／または不揮発性メモリ（ＮＶＭ）デバイス）を含む１つ以上のメモリ回路を含むことができる。特に、活性領域は、複数の誘電体層を有する層間誘電体を含むことができるバックエンドオブライン（ＢＥＯＬ）領域も含むことができる。誘電体層は、例えば、ＳｉＯ２ 、誘電体ポリマー、または他の適切な誘電体材料を含むことができる。層間誘電体は、その中に形成された１つ以上の金属相互接続構造を含むことができる。金属相互接続構造は、誘電体層内に形成された金属トレースおよび金属ビアを含み、ＦＥＯＬ領域内の電子回路への電気接続を提供することができる。
【0038】
インターポーザアンダーフィル層１２６は、マイクロバンプ１２８の周囲、第１の半導体ダイ１２３とインターポーザ誘電層１２２との間、および第２の半導体ダイ１２４とインターポーザ誘電層１２２との間に形成されることができる。インターポーザアンダーフィル層１２６は、図１Ａに示されるように、第１の半導体ダイ１２３および第２の半導体ダイ１２４の両方の下に連続的に形成されることができる。あるいは、インターポーザアンダーフィル層１２６は、第１の半導体ダイ１２３および第２の半導体ダイ１２４のそれぞれの下に分離した部分として形成されてもよい。インターポーザアンダーフィル層１２６は、第１の半導体ダイ１２３と第２の半導体ダイ１２４との間に形成されてもよい。インターポーザアンダーフィル層１２６は、エポキシ系のポリマー材料で形成されてもよい。
【0039】
モールディング材料層１２７は、第１の半導体ダイ１２３、第２の半導体ダイ１２４、インターポーザアンダーフィル層１２６、およびインターポーザ誘電体層１２２上に形成されることができる。モールディング材料層１２７は、エポキシモールディングコンパウンド（ＥＭＣ）で形成されることができる。
【0040】
ＴＩＭ層１４０は、例えば、ゲルＴＩＭ、グラファイトＴＩＭ、金属ＴＩＭ、はんだＴＩＭ、およびカーボンナノチューブＴＩＭを含むことができる。他のタイプのＴＩＭも本開示の意図される範囲内にある。少なくとも１つの実施形態では、ＴＩＭ層１４０は、３０μｍ～１５０μｍの範囲にあることができる。ＴＩＭ層１４０は、インターポーザモジュール１２０上に形成され、半導体パッケージ１００の動作（例えば、第１の半導体ダイ１２３および第２の半導体ダイ１２４の動作）中に発生した熱を放散することができる。ＴＩＭ層１４０は、例えば、熱伝導性接着剤によってインターポーザモジュール１２０に取り付けることができる。特に、ＴＩＭ層１４０は、第１の半導体ダイ１２３の上面、第２の半導体ダイ１２４の上面、モールディング材料層１２７の上面、および／またはインターポーザアンダーフィル層１２６の上面と接触することができる。ＴＩＭ層１４０は、低いバルク熱インピーダンス（ｌｏｗ ｂｕｌｋ ｔｈｅｒｍａｌ ｉｍｐｅｄａｎｃｅ）と高い熱伝導率を有することができる。ボンドライン厚さ（ｂｏｎｄ－ｌｉｎｅ－ｔｈｉｃｋｎｅｓｓ；ＢＬＴ）（例えば、パッケージリッド１３０とインターポーザモジュール１２０との間の距離）は、約１００μｍ以下であってもよいが、これより大きいまたは小さい距離が用いられてもよい。
【0041】
半導体パッケージ１００は、シリコン接着剤またはエポキシ接着剤などの接着剤１６０によってパッケージ基板１１０に固定されることができる補強リング１５０も含むことができる。他の接着剤も本開示の意図される範囲内にある。補強リング１５０は、ニッケルコーティングを施した銅、またはアルミニウム合金などの金属で形成されることができる。あるいは、補強リング１５０は、セラミック材料または硬質プラスチック（ポリマー）材料で形成されてもよい。補強リング１５０は、ｘ－ｙ平面においてインターポーザモジュール１２０を囲むようにパッケージ基板１１０上に形成されることができる。補強リング１５０は、パッケージ基板１１０から実質的に垂直方向（例えば、ｚ方向）に延在することができる。補強リング１５０は、パッケージ基板１１０およびインターポーザモジュール１２０に剛性を与えるのに役立つことができる。
【0042】
パッケージリッド１３０は、インターポーザモジュール１２０を覆うように補強リング１５０に接続されることができる。パッケージリッド１３０は、接着剤１６１（例えば、シリコン接着剤またはエポキシ接着剤）によって補強リング１５０に固定されることができる。パッケージリッド１３０は、ＴＩＭ層１４０の少なくとも一部に接触することができる。１つ以上の実施形態では、パッケージリッド１３０は、ＴＩＭ層１４０の上面全体に直接接触することができる。パッケージリッド１３０は、例えば、金属、セラミック、またはポリマー材料で形成されることができる。パッケージリッド１３０は、板状（例えば、平面状）を有し、パッケージ基板１１０の上面と実質的に平行であることができる。パッケージリッド１３０は、例えば、図１Ａのｘ－ｙ平面内に延在することができる。パッケージリッド１３０は、インターポーザモジュール１２０の中央部分と実質的にｚ方向に整列した中央部分を含むことができる。
【0043】
パッケージリッド１３０は、底面１３０ａと、ｚ方向において底面１３０ａに対向する上面１３０ｂとを含むことができる。パッケージリッド１３０は厚さＴ１３０を有することができる。パッケージリッド１３０の底面１３０ａは、補強リング１５０の対向する側の間でパッケージリッド１３０を横切って延在し、ＴＩＭ層１４０に接触することができる。ＴＩＭ層１４０は、パッケージリッド１３０の底面１３０ａとインターポーザモジュール１２０の上面との間で圧縮されることができる。パッケージリッド１３０の底面１３０ａは、接着剤１６１によって補強リング１５０に固定されることができる。底面１３０ａは実質的に平面であることができる。特に、パッケージ基板上面層１１０ａからの底面１３０ａの高さ（例えば、ｚ方向）は、底面１３０ａの全体にわたって実質的に均一であることができる。あるいは、パッケージリッド１３０は、底面１３０ａから突出してＴＩＭ層１４０と接触することができる底部 段差領域（図示せず）を含むこともできる。底部段差領域は、底面１３０ａから実質的に垂直方向に延在することができる。底部段差領域は、パッケージリッド１３０の中央領域の周囲に形成されることができる。
【0044】
半導体パッケージ１００は、ＴＩＭ層保護構造１７０も含むことができる。ＴＩＭ層保護構造１７０は、ＴＩＭ層１４０を保護するのに役立ち、特に、ＴＩＭ層１４０がインターポーザモジュール１２０から剥離するのを抑制（例えば、防止）するのに役立つことができる。従って、ＴＩＭ層保護構造１７０は、半導体パッケージ１００の向上した信頼性およびより良い放熱性能を提供することができる。
【0045】
ＴＩＭ層保護構造１７０は、パッケージアンダーフィル層１２９および／またはインターポーザアンダーフィル層１２６と実質的に同様の材料を含むことができる。少なくとも１つの実施形態では、ＴＩＭ層保護構造１７０は、ポリマー材料、特に、エポキシ系のポリマー材料を含むことができる。少なくとも１つの実施形態では、ＴＩＭ層保護構造１７０は、ＴＩＭ層保護構造１７０の特性（例えば、熱伝導率、ＣＴＥなど）を改善するための追加の材料（例えば、充填材料）を含むことができる。追加される材料は、例えば、金属粉末、金属酸化物粉末などを含むことができる。ＴＩＭ層保護構造１７０内の他の材料は、本開示の意図される範囲内にある。
【0046】
ＴＩＭ層保護構造１７０は、インターポーザモジュール１２０を囲む空間（例えば、エアギャップ）、インターポーザモジュール１２０と補強リング１５０の間、およびパッケージリッド１３０とパッケージ基板１１０の間に位置することができる。少なくとも１つの実施形態では、ＴＩＭ層保護構造１７０は、インターポーザモジュール１２０を囲む空間（例えば、エアギャップ）を実質的に充填することができる。
【0047】
少なくとも１つの実施形態では、ＴＩＭ層保護構造１７０は、３ｐｐｍ／℃～２０ｐｐｍ／℃の間の熱膨張係数（ＣＴＥ）を有することができる。少なくとも１つの実施形態では、ＴＩＭ層保護構造は、１Ｗ／ｍ・Ｋ以上の熱伝導率を有することができる。少なくとも１つの実施形態では、ＴＩＭ層保護構造は、ＴＩＭ層のＣＴＥよりも大きいＣＴＥを有することができる。少なくとも１つの実施形態では、ＴＩＭ層保護構造は、ＴＩＭ層の熱伝導率よりも大きい熱伝導率を有することができる。少なくとも１つの実施形態では、ＴＩＭ層保護構造１７０は、硬化して硬い固体構造を形成することができる硬化性材料で形成されることができる。ＴＩＭ層保護構造１７０の厚さＴ１７０とインターポーザモジュール１２０の厚さＴ１２０（例えば、チップ厚さ）の比は、１．０より大きく３．０より小さいことができる。ＴＩＭ層保護構造１７０は、パッケージリッド１３０、パッケージ基板１１０、およびインターポーザモジュール１２０の間に強固な接合を形成することができる。少なくとも一実施形態では、ＴＩＭ層保護構造１７０は、パッケージリッド１３０の底面１３０ａ、パッケージ基板１１０の上面、ＴＩＭ層１４０の外側面（側壁）、インターポーザモジュール１２０の外側面（側壁）、補強リング１５０の内側面（側壁）、パッケージアンダーフィル層１２９、接着剤１６０、および接着剤１６１のうちの１つ以上に接合されることができる。
【0048】
少なくとも１つの実施形態では、ＴＩＭ層保護構造１７０は、パッケージリッド１３０の充填孔１３１によって半導体パッケージ１００に追加されることができる。パッケージリッド１３０は、ＴＩＭ層保護構造１７０の追加を容易にするために、ガス抜き孔１３３を含むこともできる。パッケージリッド１３０は、充填孔１３１とガス抜き孔１３３をそれぞれ塞ぐための充填プラグ１３２およびガス抜きプラグ１３４もさらに含むことができる。充填プラグ１３２およびガス抜きプラグ１３４は、ポリマー材料、特に、エポキシ系のポリマー材料を含むことができる。他の材料は本開示の意図される範囲内にある。
【0049】
図１Ｂに示すように、充填孔１３１は、３ｍｍ～１０ｍｍの範囲の直径Ｄ１３１（例えば、幅）を有することができる。直径Ｄ１３１は、充填孔１３１の高さ（ｚ方向において）において実質的に均一であることができる。少なくとも１つの実施形態では、直径Ｄ１３１は、充填孔１３１の高さ（ｚ方向において）において変化することができる。図１Ｂに示されるように、充填孔１３１は、パッケージリッド１３０に対して実質的に垂直なｚ方向に延在することができる。あるいは、充填孔１３１はパッケージリッド１３０に対して傾斜していてもよい。
【0050】
充填孔１３１は、ＴＩＭ層保護構造１７０の中央領域に位置することができる。充填孔１３１は、内側長さＬ１３１ｉだけインターポーザモジュール１２０から分離されることができる。充填孔１３１は、外側長さＬ１３１ｏだけ補強リング１５０から分離されることができる。少なくとも１つの実施形態では、充填孔１３１は、インターポーザモジュール１２０と補強リング１５０との間で等距離にあることができる（例えば、Ｌ１３１ｉ＝Ｌ１３１ｏ）。
【0051】
充填プラグ１３２は、パッケージリッド１３０の底面１３０ａからパッケージリッド１３０の上面１３０ｂまで延在することができる。充填プラグ１３２の上面は、パッケージリッド１３０の上面１３０ｂと実質的に同一平面であることができる。充填プラグ１３２の底面は、パッケージリッド１３０の底面１３０ａと実質的に同一平面であることができる。従って、充填プラグ１３２の厚さは、パッケージリッド１３０の厚さＴ１３０と実質的に同じであることができる。充填プラグ１３２は、充填孔１３１の全体を充填し、充填孔１３１を完全に密封することができる。充填プラグ１３２は、充填孔１３１の全体にわたって充填孔１３１の壁に接着して接合することができる。
【0052】
図１Ｂにさらに示されように、ＴＩＭ層保護構造１７０は、ＴＩＭ層保護構造インターフェース部１７０ｉを含むことができる。ＴＩＭ層保護構造界面部１７０ｉは、ＴＩＭ層１４０とモールディング材料層１２７との間の界面で、ＴＩＭ層１４０の側面およびモールディング材料層１２７（例えば、インターポーザモジュール１２０）の側面と接触することができる。ＴＩＭ層保護構造界面部１７０ｉは、ＴＩＭ層１４０の側面からモールディング材料層１２７の側面まで連続的に延在し、それにより、ＴＩＭ層１４０がモールディング材料層１２７から剥離するのを抑制（例えば、防止）するのに役立つことができる。
【0053】
図１Ｃに示すように、ガス抜き孔１３３は、３ｍｍ～１０ｍｍの範囲の直径Ｄ１３３（例えば、幅）を有してもよい。直径Ｄ１３３は、ガス抜き孔１３３の高さ（ｚ方向において）において実質的に均一であることができる。少なくとも１つの実施形態では、直径Ｄ１３３は、ガス抜き孔１３３の高さ（ｚ方向において）において変化することができる。少なくとも１つの実施形態では、ガス抜き孔１３３の直径Ｄ１３３は、充填孔１３１の直径Ｄ１３１とは異なっていてもよい（例えば、それより小さくてもよい）。図１Ｃに示されるように、ガス抜き孔１３３は、パッケージリッド１３０に対して実質的に垂直なｚ方向に延在することができる。あるいは、ガス抜き孔１３３はパッケージリッド１３０に対して傾斜していてもよい。
【0054】
ガス抜き孔１３３は、ＴＩＭ層保護構造１７０の中央領域に位置することができる。ガス抜き孔１３３は、内側長さＬ１３３ｉだけインターポーザモジュール１２０から分離されることができる。ガス抜き孔１３３は、外側長さＬ１３３ｏだけ補強リング１５０から分離されることができる。少なくとも１つの実施形態では、ガス抜き孔１３１は、インターポーザモジュール１２０と補強リング１５０との間で等距離にあることができる（例えば、Ｌ１３１ｉ＝Ｌ１３１ｏ）。少なくとも１つの実施形態では、内側長さＬ１３１ｉは、外側長さＬ１３３ｏより大きくてもよい（例えば、Ｌ１３１ｉ＞Ｌ１３１ｏ）。即ち、ガス抜き孔１３３は、インターポーザモジュール１２０よりも補強リング１５０に近いパッケージリッド１３０に位置することができる。
【0055】
ガス抜きプラグ１３４は、パッケージリッド１３０の底面１３０ａからパッケージリッド１３０の上面１３０ｂまで延在することもできる。ガス抜きプラグ１３４の上面は、パッケージリッド１３０の上面１３０ｂと実質的に同一平面であることができる。ガス抜きプラグ１３４の底面は、パッケージリッド１３０の底面１３０ａと実質的に同一平面であることができる。従って、ガス抜きプラグ１３４の厚さは、パッケージリッド１３０の厚さＴ１３０と実質的に同じであることができる。ガス抜きプラグ１３４は、ガス抜き孔１３３の全体を充填し、ガス抜き孔１３３を完全に密封することができる。ガス抜きプラグ１３４は、ガス抜き孔１３３の全体にわたってガス抜き孔１３３の壁に接着して接合することができる。
【0056】
図１Ｄに示すように、パッケージリッド１３０は、破線で示された補強リング１５０、インターポーザモジュール１２０（およびＴＩＭ層１４０）、およびＴＩＭ層保護構造１７０のそれぞれの位置で示されている。図１Ｄに示されるように、パッケージリッド１３０は長方形の形状を有することができる。他の形状は本開示の意図される範囲内にある。
【0057】
特に、パッケージリッド１３０は、第１の水平方向（即ち、ｘ方向）に長さＬ１３０を有し、第２の水平方向（即ち、ｙ方向）に幅Ｗ１３０を有することができる。ＴＩＭ層保護構造１７０は、インターポーザモジュール１２０およびＴＩＭ層１４０の周囲全体を囲んで形成されることができる。ＴＩＭ層保護構造１７０は、第１の水平方向（即ち、ｘ方向）に長さＬ１７０を有し、第２の水平方向（即ち、ｙ方向）に幅Ｗ１７０を有することができる。ＴＩＭ層保護構造１７０の長さＬ１７０とパッケージリッド１３０の長さＬ１３０の比Ｒ１は、０．３～１．０の間の範囲にあることができる。ＴＩＭ層保護構造１７０の幅Ｗ１７０とパッケージリッド１３０の幅Ｗ１３０の比Ｒ２は、０．３～１．０の間の範囲にあることができる。比Ｒ１および比Ｒ２は、０．３～１．０の間の範囲にあることができ、ＴＩＭ層保護構造１７０がパッケージリッド１３０、パッケージ基板１１０およびインターポーザモジュール１２０の間に十分な接合を提供することを保証する。
【0058】
図１Ｄに示されるように、充填孔１３１（および充填プラグ１３２）およびガス抜き孔１３３（およびガス抜きプラグ１３４）は、パッケージリッド１３０の対向する角および／またはインターポーザモジュール１２０の対向する角と実質的に位置合わせされることができる。充填孔１３１（および充填プラグ１３２）およびガス抜き孔１３３（およびガス抜きプラグ１３４）の他の位置は、本発明の意図される範囲内にある。充填孔１３１およびガス抜き孔１３３のそれぞれは、円形の断面形状を有することができる。他の形状（例えば、楕円形、線形、長方形）も、本開示の意図される範囲内にある。少なくとも１つの実施形態では、充填孔１３１（および充填プラグ１３２）の断面形状は、ガス抜き孔１３３（およびガス抜きプラグ１３４）の断面形状と異なることができる。
【0059】
充填孔１３１の直径Ｄ１３１およびガス抜き孔１３３の直径Ｄ１３３は、パッケージリッド１３０の厚さによって決まることができることに留意されたい。少なくとも１つの実施形態では、直径Ｄ１３１および直径Ｄ１３３は、パッケージリッド１３０の厚さが増加するにつれて増加することができる。直径Ｄ１３１および直径Ｄ１３３は、ＴＩＭ層保護構造１７０によって充填された空間の容積（即ち、内側補強リング１５０およびインターポーザ１２０、パッケージ基板１１０の上面、およびパッケージリッド１３０の底面によって画定される容積）によって決まることもできる。少なくとも１つの実施形態では、直径Ｄ１３１および直径Ｄ１３３は、空間の容積が増加するにつれて増加することができる。
【0060】
図２Ａ～図２Ｉは、１つ以上の実施形態による、半導体パッケージ１００の形成方法を示している。図２Ａは、１つ以上の実施形態による、パッケージ基板上部ボンディングパッド１１４ａおよびパッケージ基板下部ボンディングパッド１１６ａを含む中間構造の垂直断面図である。パッケージ基板上部ボンディングパッド１１４ａは、例えば、パッケージ基板上部誘電体層１１４の最上層の誘電体層上に形成されることができる。パッケージ基板上部ボンディングパッド１１４ａは、金属相互接続構造１１４ｂと接触するように形成されることができる。パッケージ基板上部ボンディングパッド１１４ａは、パッケージ基板上部誘電体層１１４の最上部の誘電体層上に金属層（例えば、銅、アルミニウム、または他の適切な導電性材料）を堆積することによって形成されることができる。次いで、金属層は、エッチング（例えば、ウェットエッチング、ドライエッチングなど）によってパターン化され、これにより、パッケージ基板上部ボンディングパッド１１４ａを形成することができる。他の適切な金属層材料およびエッチングプロセスも、本開示の意図される範囲内にあることができる。
【0061】
パッケージ基板下部ボンディングパッド１１６ａは、例えば、パッケージ基板下部誘電体層１１６の最下層の誘電体層上に形成されることができる。パッケージ基板下部ボンディングパッド１１６ａは、金属相互接続構造１１６ｂと接触するように形成されることができる。パッケージ基板下部ボンディングパッド１１６ａは、パッケージ基板上部誘電体層１１４の最下層の誘電体層上に金属層（例えば、銅、アルミニウム、または他の適切な導電性材料）を堆積することによって形成されることができる。次いで、金属層は、エッチング（例えば、ウェットエッチング、ドライエッチングなど）によってパターン化され、パッケージ基板下部ボンディングパッド１１６ａを形成することができる。他の適切な金属層材料およびエッチングプロセスも、本開示の意図される範囲内にあることができる。
【0062】
形成後、パッケージ基板上部ボンディングパッド１１４ａおよびパッケージ基板下部ボンディングパッド１１６ａは、表面粗化処理（例えば、銅ザラザラ（ＣＺ）処理とも呼ばれることができる銅表面粗化処理）を任意に受けることができる。表面粗化処理では、パッケージ基板上部ボンディングパッド１１４ａの表面（例えば、銅表面）およびパッケージ基板下部ボンディングパッド１１６ａの表面（例えば、銅表面）が有機酸系マイクロエッチング液によりエッチングされ、超粗化表面（例えば、銅表面）を形成することができる。パッケージ基板上部ボンディングパッド１１４ａおよびパッケージ基板下部ボンディングパッド１１６ａの独特の粗化銅表面トポグラフィー（ｕｎｉｑｕｅｌｙ－ｒｏｕｇｈｅｎｅｄ ｃｏｐｐｅｒ ｓｕｒｆａｃｅ ｔｏｐｏｇｒａｐｈｙ）は、銅と樹脂との高い接着力を実現するのに役立つことができる。
【0063】
図２Ｂは、１つ以上の実施形態による、パッケージ基板上面層１１０ａおよびパッケージ基板下面層１１０ｂを含む中間構造の垂直断面図である。少なくとも１つの実施形態では、パッケージ基板上面層１１０ａは、ソルダーマスクとも呼ばれるソルダーレジスト層（例えば、ポリマー材料）を含むことができる。パッケージ基板上面層１１０ａは、上部ソルダーレジスト層１１０ａとも呼ばれることができ、パッケージ基板下面層１１０ｂは下部ソルダーレジスト層１１０ｂとも呼ばれることができる。
【0064】
パッケージ基板上面層１１０ａとパッケージ基板下面層１１０ｂは同時に適用されてもよい。パッケージ基板上面層１１０ａとパッケージ基板下面層１１０ｂは、例えば、液状感光性フィルム（ｌｉｑｕｉｄ ｐｈｏｔｏ－ｉｍａｇｅａｂｌｅ ｆｉｌｍ）として適用されることができる。液状感光性フィルムは、例えば、液状感光性フィルムをパッケージ基板１１０の表面上にシルクスクリーン印刷またはスプレーすることによって適用されることができる。液状感光性フィルムは、パッケージ基板上部ボンディングパッド１１４ａおよびパッケージ基板下部ボンディングパッド１１６ａ上に適用されることができる。パッケージ基板上面層１１０ａおよびパッケージ基板下面層１１０ｂは、パッケージ基板１１０の表面上、およびパッケージ基板上部ボンディングパッド１１４ａとパッケージ基板下部ボンディングパッド１１６ａ上にそれぞれ真空ラミネートされる（ｖａｃｕｕｍ－ｌａｍｉｎａｔｅｄ）ことができるドライフィルム感光性フィルムとして代替的に適用されることができる。
【0065】
パッケージ基板上面層１１０ａおよびパッケージ基板下面層１１０ｂは、パッケージ基板上部ボンディングパッド１１４ａおよびパッケージ基板下部ボンディングパッド１１６ａの厚さより若干厚い厚さを有するようにそれぞれ適用されることができる。あるいは、パッケージ基板上面層１１０ａおよびパッケージ基板下面層１１０ｂは、パッケージ基板上部ボンディングパッド１１４ａおよびパッケージ基板下部ボンディングパッド１１６ａの上面と実質的に同一平面上にある上面を有するようにそれぞれ適用されることができる。
【0066】
図２Ｃは、１つ以上の実施形態による、パッケージ基板上面層１１０ａの開口Ｏ１１０ａおよびパッケージ基板下面層１１０ｂの開口Ｏ１１０ｂを含む中間構造の垂直断面図である。
【0067】
開口Ｏ１１０ａは、パッケージ基板上部ボンディングパッド１１４ａの上面を露出させるようにパッケージ基板上面層１１０ａに形成されることができる。開口Ｏ１１０ｂは、パッケージ基板下部ボンディングパッド１１６ａの上面を露出させるようにパッケージ基板下面層１１０ｂに形成されることができる。開口Ｏ１１０ｂおよび開口Ｏ１１０ｂは、例えば、フォトリソグラフィプロセスを用いることにより形成されることができる。少なくとも１つの実施形態では、開口Ｏ１１０ｂと開口Ｏ１１０ｂは、別のフォトリソグラフィプロセスで形成されることができる。
【0068】
開口Ｏ１１０ａを形成するように用いられるフォトリソグラフィプロセス（例えば、複数のプロセス）は、パッケージ基板上面層１１０ａ上にパターン化されたフォトレジストマスク（図示せず）を形成するステップ、およびフォトレジストマスクの開口によって露出したパッケージ基板上面層１１０ａの上面をエッチング（例えば、ウェットエッチング、ドライエッチングなど）するステップを含むことができる。フォトレジストマスクは、その後、フォトレジストマスクをアッシング、溶解することによって、またはエッチングプロセス中にフォトレジストマスクを消費（ｃｏｎｓｕｍｉｎｇ）することによって除去することができる。
【0069】
開口Ｏ１１０ｂを形成するように用いられるフォトリソグラフィプロセス（例えば、複数のプロセス）は、パッケージ基板下面層１１０ｂ上にパターン化されたフォトレジストマスク（図示せず）を形成するステップ、およびフォトレジストマスクの開口によって露出したパッケージ基板下面層１１０ｂの上面をエッチング（例えば、ウェットエッチング、ドライエッチングなど）するステップを含むことができる。フォトレジストマスクは、その後、フォトレジストマスクをアッシング、溶解することによって、またはエッチングプロセス中にフォトレジストマスクを消費（ｃｏｎｓｕｍｉｎｇ）することによって除去することができる。
【0070】
開口Ｏ１１０ａがパッケージ基板上面層１１０ａに形成され、開口Ｏ１１０ｂがパッケージ基板下面層１１０ｂに形成された後、パッケージ基板上面層１１０ａ（上部ソルダーレジスト層）およびパッケージ基板下面層１１０ｂは、例えば、熱硬化または紫外線（ＵＶ）硬化によって硬化されることができる。
【0071】
図２Ｄは、１つ以上の実施形態による、インターポーザモジュール１２０がパッケージ基板１１０上に実装されることができる（例えば、フリップチップボンディング（ＦＣＢ）プロセスを介して）中間構造の垂直断面図を示している。図２Ｄに示されるように、インターポーザモジュール１２０のＣ４バンプ１２１がパッケージ基板１１０のパッケージ基板上部ボンディングパッド１１４ａ上に位置され、加熱されて、Ｃ４バンプ１２１をパッケージ基板上部ボンディングパッド１１４ａに接合するようにさせることができる。
【0072】
図２Ｅは、１つ以上の実施形態による、パッケージアンダーフィル層１２９がパッケージ基板１１０上に形成されることができる中間構造の垂直断面図を示している。パッケージアンダーフィル層１２９は、エポキシ系のポリマー材料で形成されることができる。図２Ｅに示されるように、パッケージアンダーフィル層１２９は、インターポーザモジュール１２０をパッケージ基板１１０に固定するように、インターポーザモジュール１２０およびＣ４バンプ１２１の下および周囲に形成（例えば、注入）されることができる。次いで、パッケージアンダーフィル層１２９は、例えば、ボックスオーブン内で１２０℃～１８０℃の範囲の温度で約６０分～１２０分間硬化されて、パッケージアンダーフィル層１２９に十分な剛性と機械的強度を提供することができる。
【0073】
図２Ｆは、１つ以上の実施形態による、ＴＩＭ層１４０がインターポーザモジュール１２０の上面に取り付けられることができる中間構造の垂直断面図を示している。ＴＩＭ層１４０は、例えば、ゲルＴＩＭ、グラファイトＴＩＭ、金属ＴＩＭ、はんだＴＩＭ、およびカーボンナノチューブＴＩＭを含むことができる。ＴＩＭ層１４０は、熱伝導性接着剤をインターポーザモジュール１２０の上面（またはＴＩＭ層１４０の底面）に塗布し、次いでＴＩＭ層１４０をインターポーザモジュール１２０上にプレスすることにより、インターポーザモジュール１２０の上面に取り付けられることができる。
【0074】
図２Ｇは、１つ以上の実施形態による、接着剤１６０がパッケージ基板１１０に塗布されることができる中間構造の垂直断面図を示している。接着剤は、例えば、シリコン接着剤またはエポキシ接着剤を含むことができる。接着剤は、補強リング１５０の位置に対応する位置に、補強リング１５０をパッケージ基板１１０に確実に接着するのに十分な量で、パッケージ基板１１０上に位置されることができる。
【0075】
図２Ｈは、１つ以上の実施形態による、補強リング１５０がパッケージ基板１１０に取り付けられる（例えば、実装される）ことができる中間構造の垂直断面図を示している。上述のように、補強リング１５０は、金属、セラミック、またはプラスチックで構成されることができる。補強リング１５０は、例えば、コンピュータ数値制御（ＣＮＣ）フライス盤（ｍｉｌｌｉｎｇ ｍａｃｈｉｎｅ）を用いてフライス加工することにより、または成形もしくはスタンピングにより形成されることができる。
【0076】
図２Ｈでは、インターポーザモジュール１２０を有するパッケージ基板１１０は、表面上に配置され、補強リング１５０はインターポーザモジュール１２０上でパッケージ基板１１０上に下降されることができる。次いで、補強リング１５０は、パッケージ基板１１０上に形成された接着剤１６０（例えば、接着材料のリング）と位置合わせされることができる。次いで、補強リング１５０は、補強リング１５０の上面に下向きの押圧力を加えて下方に押し下げ、これにより、補強リング１５０は接着剤１６０によりパッケージ基板１１０に確実に固定されることができる。あるいは、補強リング１５０は表面（例えば、平坦面）上に配置され、パッケージ基板１１０上のインターポーザモジュール１２０は反転されて補強リング１５０に挿入されてもよい。次いで、下向きの力がパッケージ基板１１０を補強リング１５０に接合させるために、パッケージ基板１１０のパッケージ基板下面層１１０ｂに加えられることができる。
【0077】
図２Ｉは、１つ以上の実施形態による、パッケージリッド１３０が補強リング１５０に取り付けられることができる中間構造の垂直断面図を示している。図２Ｉに示されるように、半導体パッケージを形成する方法のこのとき、パッケージリッド１３０は、充填孔１３１およびガス抜き孔１３３を含むことができる。このとき、充填プラグ１３２およびガス抜きプラグ１３４はパッケージリッド１３０に含まれないことができる。
【0078】
接着剤１６１は、補強リング１５０の上面（例えば、上面全体）に塗布されることができる。あるいは、接着剤１６１は、補強リング１５０の位置に対応する位置でパッケージリッド１３０の底面１３０ａに塗布されてもよい。次いで、パッケージリッド１３０は補強リング１５０と位置合わせされ、補強リング１５０およびＴＩＭ層１４０上に下降されることができる。次いで、パッケージリッド１３０は、パッケージ基板１１０に一定時間クランプされ、接着剤１６１および接着剤１６０を硬化させ、パッケージ基板１１０と、補強リング１５０と、パッケージリッド１３０との間に確実な接合を形成することができる。例えば、ヒートクランプモジュールを用いてパッケージ基板１１０へのパッケージリッド１３０のクランプが実行されることができる。ヒートクランプモジュールは、パッケージリッド１３０の上面にわたって均一な力を加えることができる。図５に示すように、以下により詳細に図示および説明するように、いくつかの実施形態では、補強リング１５０は、単一構造でパッケージリッド１３０と一体的に形成されてもよい。
【0079】
図２Ｊは、１つ以上の実施形態による、ＴＩＭ層保護構造１７０が半導体パッケージ１００に加えられた中間構造の垂直断面図を示している。少なくとも１つの実施形態では、ＴＩＭ層保護構造１７０を形成するための材料（例えば、硬化性材料、液体材料）が、充填孔１３１によって半導体パッケージに加えられることができる。特に、材料は、半導体パッケージ１００内に注入（例えば、手動注入）され、これにより、インターポーザモジュール１２０の周囲の容積（例えば、エアギャップ）を充填し、補強リング１５０およびパッケージリッド１３０によって拘束される（ｃｏｎｓｔｒａｉｎｅｄ）ようにすることができる。材料の注入と同時に、ガス（例えば、空気、窒素など）が、パッケージリッド１３０のガス抜き孔１３３によって半導体パッケージ１００から出ることができる。
【0080】
少なくとも１つの実施形態では、ＴＩＭ層保護構造１７０の材料は、ＴＩＭ層保護構造１７０の材料がガス抜き孔１３３に達するまで充填孔１３１に注入されることができる。即ち、ＴＩＭ層保護構造１７０の材料がガス抜き孔１３３に達したとき、材料の注入が停止されることができる。少なくとも１つの実施形態では、ＴＩＭ層保護構造１７０の最上面が、底面１３０ａ、充填孔１３１の底端、およびガス抜き孔１３３の底端と実質的に同一平面上にあるとき、材料の注入を停止することができる。少なくとも１つの実施形態では、材料の注入は、ＴＩＭ層保護構造１７０がインターポーザモジュール１２０と補強リング１５０との間の容積全体を充填したとき、停止することができる。
【0081】
図２Ｋは、１つ以上の実施形態による、パッケージ基板１００上のＴＩＭ層保護構造１７０を含む中間構造の平面図を示している。パッケージリッド１３０は説明を容易にするために、図２Ｋから省略されている。充填孔１３１の位置およびガス抜き孔１３３の位置は、図２Ｋに破線で示されている。
【0082】
図２Ｋの方向矢印は、ＴＩＭ層保護構造１７０の材料が充填孔１３１内に注入されるときの、その材料の流れの方向を示している。さらに図示されるように、材料は最初に充填孔１３１の周囲に局所的に広がることができる。材料は、パッケージ基板上面層１１０ａに沿ってインターポーザモジュール１２０に向かって広がることができる。材料の第１の部分は、インターポーザモジュール１２０によって、最初にｘ方向にインターポーザモジュール１２０の周りを流れることができる。材料の第２の部分は、インターポーザモジュール１２０によって、最初にｙ方向にインターポーザモジュール１２０の周りを流れることができる。第１の部分の流量と第２の部分の流量は実質的に同じであることができる。第１の部分と第２の部分は、実質的に同時にガス抜き孔１３３に達することができる。
【0083】
少なくとも１つの実施形態では、ＴＩＭ層保護構造１７０の材料の充填は自動化されることができる。特に、充填プロセスの様々な態様は、制御システム（例えば、電子制御システム、中央処理装置（ＣＰＵ））によってコンピュータ制御されることができる。少なくとも１つの実施形態では、材料の注入の開始、材料の注入の流量、および材料の注入の停止は、制御システムによって制御されることができる。
【0084】
少なくとも１つの実施形態では、真空ラインがガス抜き孔１３３に接続され、インターポーザモジュール１２０の周囲の容積が真空になるようにすることができる。撮像装置（例えば、カメラ）が、ガス抜き孔１３３内に挿入された真空ラインの一部に接続されることができる。真空ラインおよび撮像装置も制御システムによって制御されることができる。撮像装置は、ＴＩＭ層保護構造１７０の材料のレベルを検出することができる。撮像装置の出力は、制御システムに送信される（例えば、有線または無線信号によって）ことができる。制御システムは、撮像装置の出力が、材料が半導体パッケージ１００内の特定のレベルに達したことを示したとき（例えば、材料がガス抜き孔１３３に達したとき）、材料の注入を停止させ、真空ライン内の真空を停止させることができる。
【0085】
あるいは、制御システムは、様々な入力パラメータに基づいて所定量の材料を注入するようにプログラムされてもよい。入力パラメータは、例えば、インターポーザモジュール１２０の周囲の空間の容積、インターポーザモジュール１２０のサイズ、パッケージリッド１３０のサイズ、補強リング１５０のサイズなどを含むことができる。
【0086】
少なくとも１つの実施形態では、ＴＩＭ層保護構造１７０を形成するための材料（例えば、エポキシ系のポリマー材料）は、毛細管材料（例えば、毛細管アンダーフィルタイプの材料）を含むことができる。材料は低粘度を有することができる。特に、材料の粘度は、パッケージアンダーフィル層１２９の材料の粘度よりも低くてもよい。少なくとも１つの実施形態では、粘度は１０ｒｐｍで約５，０００ｃＰ以下であることができる。少なくとも１つの実施形態では、材料は、プレポリマー内の熱伝導性材料（例えば、金属、金属酸化物）の低粘度懸濁液を含むことができる。低粘度は、インターポーザモジュール１２０の周囲およびインターポーザモジュール１２０の周囲の空間全体にわたる材料の輸送を促進するのに役立つことができる。低粘度は、ＴＩＭ層保護構造１７０でのボイドの形成を回避するのにも役立つことができる。少なくとも１つの実施形態では、ＴＩＭ層保護構造１７０は実質的にボイドがないことができる。
【0087】
ＴＩＭ層保護構造１７０の材料を追加するプロセスにおいて、材料はパッケージ基板上面層１１０ａ（例えば、ソルダーレジスト層）の表面に接触し、その上を流れることができる。パッケージ基板上面層１１０ａの表面は、低い表面粗さを有することができる。特に、パッケージ基板上面層１１０ａの表面粗さは、パッケージリッド１３０の底面１３０ａの表面粗さより小さいことができる。少なくとも１つの実施形態では、パッケージ基板上面層１１０ａの表面粗さ（算術平均粗さ（Ｒａ））は、１．０ｎｍ以下（Ｒａ＜１．０ｎｍ）であることができる。低い表面粗さは、インターポーザモジュール１２０の周囲の空間における材料の流れ（輸送）を促進するのに役立つことができる。表面粗さ値は、例えば、算術平均粗さ（Ｒａ）、十点平均粗さ（Ｒｚ）、平均線からのプロファイルの逸脱（ｔｈｅ ｄｅｐａｒｔｕｒｅｓ ｏｆ ｔｈｅ ｐｒｏｆｉｌｅ ｆｒｏｍ ｔｈｅ ｍｅａｎ ｌｉｎｅ）の二乗平均平方根（ｒｏｏｔ－ｍｅａｎ－ｓｑｕａｒｅ；ｒｍｓ）値（Ｒｑ）、および／または最大のさまたは深さ（Ｒｍａｘ）を含むことができる。しかしながら、粗さの他の測定は、本開示の範囲内にあることができる（例えば、プロファイルの不規則性（ｐｒｏｆｉｌｅ ｉｒｒｅｇｕｌａｒｉｔｉｅｓ）の平均間隔（Ｓｍ）、プロファイルの局所的ピークの平均間隔（Ｓ）、およびプロファイルベアリング長さ比（ｐｒｏｆｉｌｅ ｂｅａｒｉｎｇ ｌｅｎｇｔｈ ｒａｔｉｏ；ｔｐ））。
【0088】
図２Ｌは、１つ以上の実施形態による、充填プラグ１３２およびガス抜きプラグ１３４を含む中間構造の垂直断面図を示している。ＴＩＭ層保護構造１７０を形成するための材料が追加された（例えば、空間に充填された）後、充填プラグ１３２が充填孔１３１に追加される（例えば、注入される、挿入される）ことができる。ガス抜きプラグ１３４は、パッケージリッド１３０のガス抜き孔１３３に追加される（例えば、注入される、挿入される）こともできる。充填プラグ１３２およびガス抜きプラグ１３４は、ＴＩＭ層保護構造１７０の材料と同じ材料を含むことができる。少なくとも１つの実施形態では、充填プラグ１３２は、プラグ材料（エポキシ系のポリマー材料）を充填孔１３１内に注入することにより充填孔１３１に形成されることができる。ガス抜きプラグ１３４は、プラグ材料（エポキシ系のポリマー材料）をガス抜き孔１３３内に注入することによりガス抜き孔１３３に形成されることができる。少なくとも１つの実施形態では、充填プラグ１３２およびガス抜きプラグ１３４は、ＴＩＭ層保護構造１７０の形成と同時に形成されることができる。
【0089】
代替実施形態では、充填プラグ１３２の材料は、ガス抜きプラグ１３４の材料と異なっていてもよい。例えば、充填プラグ１３２およびガス抜きプラグ１３４のうちの一方の材料は、シリコン系の材料を含むことができ、充填プラグ１３２およびガス抜きプラグ１３４のうちの他方の材料は、エポキシ系のポリマー材料を含むことができる。別の代替実施形態では、充填プラグ１３２および／または脱ガスプラグ１３４の材料は、ＴＩＭ層保護構造１７０の材料と異なっていてもよい。
【0090】
図２Ｍは、１つ以上の実施形態による、複数のはんだボール１１０ｃがパッケージ基板１１０に形成されることができる中間構造の垂直断面図を示している。複数のはんだボール１１０ｃは、パッケージ基板下面層１１０ｂの開口によって下部ボンディングパッド１１６ａ上に形成されることができる。はんだボール１１０ｃは、例えば、電気めっきプロセスにより形成されることができる。はんだボール１１０ｃは、例えば、補強リング１５０の下およびインターポーザモジュール１２０の下に位置するように形成されることができる。複数のはんだボール１１０ｃは、半導体パッケージ１００がプリント回路基板などの基板上に確実に実装され（例えば、表面実装技術（ＳＭＴ）により）、基板に電気的に結合されるようにすることができるボールグリッドアレイ（ＢＧＡ）を構成することができる。はんだボール１１０ｃの形成は、半導体パッケージ１００の形成を完了することができる。
【0091】
図３は、１つ以上の実施形態による、半導体パッケージの形成方法を示すフローチャートである。ステップ３１０は、パッケージ基板上にインターポーザモジュールを実装することを含む。ステップ３２０は、インターポーザモジュール上にサーマルインターフェース材料（ＴＩＭ）層を配置することを含む。ステップ３３０は、インターポーザモジュールおよびＴＩＭ層上にパッケージリッドを配置することを含む。ステップ３４０は、パッケージリッドの充填孔によって、ＴＩＭ層およびインターポーザモジュールの側面上にＴＩＭ層保護構造を形成することを含む。
【0092】
図４Ａ～図４Ｃは、１つ以上の実施形態による、パッケージリッド１３０の代替設計の平面図を示している。特に、図４Ａは、１つ以上の実施形態によるパッケージリッド１３０の第１の代替設計の平面図を示している。第１の代替設計では、ガス抜き孔１３３と補強リング１５０の隣接する角との間の距離は、充填孔１３１と補強リング１５０の隣接する角との間の距離より小さくてもよい。この設計は、材料がガス抜き孔１３３に達する前に、インターポーザモジュール１２０と補強リング１５０との間の空間が、より多くのＴＩＭ層保護構造１７０の材料で充填されるようにするのに役立つことができる。
【0093】
図４Ｂは、１つ以上の実施形態によるパッケージリッド１３０の第２の代替設計の平面図を示している。第２の代替設計では、充填孔１３１およびガス抜き孔１３３は、ｘ方向においてインターポーザモジュール１２０（およびＴＩＭ層１４０）の反対側に位置することができる。ｘ方向は、パッケージリッド１３０の長手方向を含むことができる。少なくとも１つの実施形態では、充填孔１３１およびガス抜き孔１３３は、インターポーザモジュール１２０（およびＴＩＭ層１４０）の中央領域と実質的に位置合わせされることができる。
【0094】
図４Ｃは、１つ以上の実施形態によるパッケージリッド１３０の第３の代替設計の平面図を示している。第３の代替設計では、充填孔１３１および充填プラグ１３２は、楕円形または楕円形の断面形状を有することができる。充填孔１３１および充填プラグ１３２の長手方向は、パッケージリッド１３０の対向する角と交差する対角線に対して実質的に垂直であってもよい。ガス抜き孔１３３（およびガス抜きプラグ１３４）は、円形の断面形状を有してもよい。
【0095】
図５は、１つ以上の実施形態による、パッケージリッド１３０の第４の代替設計の垂直断面図を示している。図５に示されるように、図１Ａの元の設計におけるパッケージリッド１３０と補強リング１５０のツーピースユニット（ｔｗｏ－ｐｉｅｃｅ ｕｎｉｔ）は、補強リング１５０の代わりに外側脚部１３０ｃを有する一体型のパッケージリッド１３０に置き換えられることができる。特に、第４の代替設計のパッケージリッド１３０（例えば、一体型パッケージリッド１３０）は、プレート部１３０ｐ、およびプレート部１３０ｐから延在する外側脚部１３０ｃを含むことができる。外側脚部１３０ｃは、プレート部１３０ｐとユニットとして一体的に形成されることができ（例えば、ＣＮＣプロセスにより）、プレート部１３０ｐの周囲を囲んでプレート部１３０ｐから垂直に突出することができる。
【0096】
図５に示されるように、充填孔１３１およびガス抜き孔１３３は、外側脚部１３０ｃの内側（例えば、ｘ方向）に位置することができる。従って、ＴＩＭ層保護構造１７０は、外側脚部１３０ｃ、プレート部１３０ｐ、パッケージ基板１１０、およびインターポーザモジュール１２０（およびＴＩＭ層１４０）により境界付けられた空間内に形成されることができる。第４の代替設計は、パッケージリッド１３０を補強リング１５０に接合するステップを省略することができ、それにより、図１Ａのパッケージリッド１３０の元の設計よりも必要な処理時間を短縮することができる。
【0097】
図６は、１つ以上の実施形態による、パッケージリッド１３０の第５の代替設計の垂直断面図を示している。図６に示されるように、第５の代替設計におけるパッケージリッド１３０は、第４の代替設計と同様であってもよいが、追加的に内側脚部１３０ｄを含んでもよい。特に、第５の代替設計のパッケージリッド１３０は、プレート部１３０ｐ、およびプレート部１３０ｐとユニットとして一体的に形成された外側脚部１３０ｃを含んでもよい。外側脚部１３０ｃは、プレート部１３０ｐの周囲を囲んでプレート部１３０ｐから垂直に突出することができる。
【0098】
第５の代替設計におけるパッケージリッド１３０は、外側脚部１３０ｃの内側に形成された内側脚部１３０ｄも含むこともできる。内側脚部１３０ｄは、プレート部１３０ｐから実質的に垂直に突出することができる。内側脚部１３０ｄは、ｚ方向において外側足部１３０ｃと同じ長さ、または異なる長さを有してもよい。内側脚部１３０ｄは、接着剤１６０によりパッケージ基板１１０に接続されることもできる。
【0099】
図６に示されるように、充填孔１３１およびガス抜き孔１３３は、内側脚部１３０ｄの内側（例えば、ｘ方向）に位置することができる。従って、ＴＩＭ層保護構造１７０は、内側脚部１３０ｄ、プレート部１３０ｐ、パッケージ基板１１０、およびインターポーザモジュール１２０（およびＴＩＭ層１４０）により境界付けられた容積内に形成されることができる。結果として、第５の代替設計は、図１Ａのパッケージリッド１３０の元の設計と比較して、インターポーザモジュール１２０の周囲の容積を充填するために必要な材料が少なくなり、容積を充填するのに必要な時間が短縮されることができる。
【0100】
図１Ａ～図６に示されるように、半導体パッケージ１００は、パッケージ基板１１０上のインターポーザモジュール１２０、インターポーザモジュール１２０上のサーマルインターフェース材料（ＴＩＭ）層１４０、ＴＩＭ層１４０の側面とインターポーザモジュール１２０の側面上のＴＩＭ層保護構造１７０、インターポーザモジュール１２０上のパッケージリッド１３０、ＴＩＭ層１４０、およびＴＩＭ層保護構造１７０を含むことができる。ＴＩＭ層保護構造１７０の厚さとインターポーザモジュール１２０の厚さの比は、１．０～３．０の範囲内であることができる。パッケージリッド１３０は第１の水平方向にパッケージリッド長さＬ１３０を有することができ、ＴＩＭ層保護構造１７０は第１の方向にＴＩＭ層保護構造長さＬ１７０を有することができ、ＴＩＭ層保護構造の長さＬ１７０とパッケージリッドの長さＬ１３０の比Ｒ１は、０．３～１．０の間の範囲にあることができる。パッケージリッド１３０は、第１の水平方向に垂直な第２の水平方向にパッケージリッドの幅Ｗ１３０を有することができ、ＴＩＭ層保護構造１７０は、第２の方向にＴＩＭ層保護構造の幅Ｗ１７０を有することができ、ＴＩＭ層保護構造の幅Ｗ１７０とパッケージリッドの幅Ｗ１３０の比Ｒ２は、０．３～１．０の間の範囲にあることができる。ＴＩＭ層保護構造１７０は、３ｐｐｍ／℃と２０ｐｐｍ／℃との間の範囲の熱膨張係数を有することができる。ＴＩＭ層保護構造１７０は、１Ｗ／ｍ・Ｋ以上の熱伝導率を有することができる。パッケージリッド１３０は、ＴＩＭ層１４０の上面およびＴＩＭ層保護構造体１７０の上面に接触することができる。ＴＩＭ層保護構造１７０は、ＴＩＭ層１４０の周囲を囲んで形成されることができる。ＴＩＭ層保護構造１７０は、ＴＩＭ層１４０とインターポーザモジュール１２０の成形材料層１２７との間の界面を横切って延在することができる。半導体パッケージ１００は、インターポーザモジュール１２０の周囲のパッケージ基板１１０に接着された補強リング１５０をさらに含むことができ、ＴＩＭ層保護構造１７０は、補強リング１５０とインターポーザモジュール１２０によって境界付けられた容積内に形成されることができる。ＴＩＭ層保護構造１７０は、補強リング１５０に接合されることができ、補強リング１５０からインターポーザモジュール１２０まで連続的に延在することができる。ＴＩＭ層保護構造１７０は、パッケージリッド１３０およびパッケージ基板１１０に接合されることができ、パッケージリッド１３０からパッケージ基板１１０まで連続的に延在することができる。パッケージリッド１３０は、ＴＩＭ層保護構造１７０上の充填プラグ１３２、およびＴＩＭ層保護構造１７０上の脱ガスプラグ１３４を含むことができる。パッケージリッド１３０は、プレート部１３０ｐと、プレート部１３０ｐから延在し、インターポーザモジュール１２０の周囲を囲んでパッケージ基板１１０と接触する脚部１３０ｃ、１３０ｄとを含むことができ、ＴＩＭ層保護構造１７０は、脚部１３０ｃ、１３０ｄとインターポーザモジュール１２０との間の空間に形成されることができる。
【0101】
再度、図１Ａ～図６に示すように、半導体パッケージ１００の形成方法は、パッケージ基板１１０上にインターポーザモジュール１２０を実装するステップ、インターポーザモジュール１２０上にサーマルインターフェース材料（ＴＩＭ）層を配置するステップ、インターポーザモジュール１２０およびＴＩＭ層１４０上にパッケージリッド１３０を配置するステップ、およびパッケージリッド１３０内の充填孔１３１によって、ＴＩＭ層１４０の側面とインターポーザモジュール１２０の側面上にＴＩＭ層保護構造１７０を形成するステップを含むことができる。ＴＩＭ層保護構造１７０の形成は、パッケージリッド１３０のガス抜き孔１３３によって補強リング１５０とインターポーザモジュール１２０との間の空間をガス抜きすることを含むことができる。この方法は、パッケージリッド１３０の充填孔１３１を塞ぐステップ、およびパッケージリッド１３０のガス抜き孔１３３を塞ぐステップをさらに含むことができる。ＴＩＭ層保護構造１７０の形成は、ＴＩＭ層保護構造材料がガス抜き孔１３３に達するまで、充填孔１３１にＴＩＭ層保護構造材料を注入することを含むことができる。ＴＩＭ層保護構造１７０の形成は、ＴＩＭ層保護構造材料を充填孔１３１に注入し、これにより、ＴＩＭ層保護構造材料の上面がＴＩＭ層１４０の周囲を囲んでパッケージリッド１３０の底面に接触するようにすることを含むことができる。
【0102】
再度、図１Ａ～図６に示すように、半導体パッケージ１００は、パッケージ基板１１０上のインターポーザモジュール１２０、インターポーザモジュール１２０上のサーマルインターフェース材料（ＴＩＭ）層、ならびにパッケージ基板上およびインターポーザモジュールとＴＩＭ層の周囲のＴＩＭ層保護構造１７０を含むことができ、ＴＩＭ層保護構造１７０は、３ｐｐｍ／℃と２０ｐｐｍ／℃の間の範囲の熱膨張係数、および１Ｗ／ｍ・Ｋ以上の熱伝導率を有することができ、補強リング１５０は、インターポーザモジュール１２０の周囲のパッケージ基板１１０に接着され、ＴＩＭ層保護構造１７０は、補強リング１５０とインターポーザモジュール１２０によって境界付けられた容積内に形成されることができ、パッケージリッド１３０は、補強リング１５０、インターポーザモジュール１２０、ＴＩＭ層１４０、およびＴＩＭ層保護構造１７０上に位置し、パッケージリッド１３０は、ＴＩＭ層１４０の上面およびＴＩＭ層保護構造１７０の上面に接触することができる。パッケージリッド１３０は、ＴＩＭ層保護構造１７０上に、３ｍｍ～１０ｍｍの範囲の直径を有する充填孔１３１を含むことができ、充填プラグ１３２は充填孔１３１を塞ぐように用いられ、ガス抜き孔１３３はＴＩＭ層保護構造１７０上に位置し、３ｍｍ～１０ｍｍの範囲の直径を有し、ガス抜きプラグ１３４は、ガス抜き孔１３３を塞ぐように用いられ、充填孔１３１は、ガス抜き孔１３３の反対側に位置することができるインターポーザモジュール１２０の側に位置することができる。
【0103】
前述の内容は、当業者が本開示の態様をよりよく理解できるように、いくつかの実施形態の特徴を概説している。当業者は、同じ目的を実行するため、および／または本明細書に導入される実施形態の同じ利点を達成するための他のプロセスおよび構造を設計または修正するための基礎として本開示を容易に使用できることを理解できる。当業者はまた、そのような同等の構造が本開示の趣旨および範囲から逸脱せず、且つそれらは、本開示の趣旨および範囲から逸脱することなく、本明細書で様々な変更、置換、および代替を行うことができることを理解するべきである。
【符号の説明】
【0104】
１００ 半導体パッケージ
１１０ パッケージ基板
１１０ａ パッケージ基板上面層
１１０ｂ パッケージ基板上面層
１１０ｃ はんだボール
１１２ コア
１１２ａ 貫通ビア
１１４ パッケージ基板上部誘電体層
１１４ａ パッケージ基板上部ボンディングパッド
１１４ｂ 金属相互接続構造
１１６ パッケージ基板下部誘電体層
１１６ａ パッケージ基板下部ボンディングパッド
１１６ｂ 金属相互接続構造
１２０ インターポーザモジュール
１２１ 制御崩壊チップ接続バンプ
１２２ インターポーザ誘電体層
１２２ａ 金属相互接続
１２３ 第１の半導体ダイ
１２４ 第２の半導体ダイ
１２６ インターポーザアンダーフィル層
１２７ モールディング材料層
１２８ マイクロバンプ
１２９ パッケージアンダーフィル層
１３０ パッケージリッド
１３０ａ 底面
１３０ｂ 上面
１３０ｃ、１３０ｄ 脚部
１３０ｐ プレート部
１３１ 充填孔
１３２ 充填プラグ
１３３ ガス抜き孔
１３４ ガス抜きプラグ
１４０ ＴＩＭ層
１５０ 補強リング
１６０、１６１ 接着剤
１７０ ＴＩＭ層保護構造
１７０ｉ ＴＩＭ層保護構造インターフェース部
３１０、３２０、３３０、３４０ ステップ
Ｄ１３１、Ｄ１３３ 直径
Ｌ１３０、Ｌ１３１ｉ、Ｌ１３１ｏ、Ｌ１３３ｉ、Ｌ１３３ｏ、Ｌ１７０ 長さ
Ｏ１１０ａ、Ｏ１１０ｂ 開口
Ｔ１２０、Ｔ１３０、Ｔ１７０ 厚さ
Ｗ１３０、Ｗ１７０ 幅
Ｘ、Ｙ、Ｚ 軸
１１０ パッケージ基板
１１０ａ パッケージ基板上面層
１１０ｂ パッケージ基板上面層
１１０ｃ はんだボール
１１２ コア
１１２ａ 貫通ビア
１１４ パッケージ基板上部誘電体層
１１４ａ パッケージ基板上部ボンディングパッド
１１４ｂ 金属相互接続構造
１１６ パッケージ基板下部誘電体層
１１６ａ パッケージ基板下部ボンディングパッド
１１６ｂ 金属相互接続構造
１２０ インターポーザモジュール
１２１ 制御崩壊チップ接続バンプ
１２２ インターポーザ誘電体層
１２２ａ 金属相互接続
１２３ 第１の半導体ダイ
１２４ 第２の半導体ダイ
１２６ インターポーザアンダーフィル層
１２７ モールディング材料層
１２８ マイクロバンプ
１２９ パッケージアンダーフィル層
１３０ パッケージリッド
１３０ａ 底面
１３０ｂ 上面
１３０ｃ、１３０ｄ 脚部
１３０ｐ プレート部
１３１ 充填孔
１３２ 充填プラグ
１３３ ガス抜き孔
１３４ ガス抜きプラグ
１４０ ＴＩＭ層
１５０ 補強リング
１６０、１６１ 接着剤
１７０ ＴＩＭ層保護構造
１７０ｉ ＴＩＭ層保護構造インターフェース部
３１０、３２０、３３０、３４０ ステップ
Ｄ１３１、Ｄ１３３ 直径
Ｌ１３０、Ｌ１３１ｉ、Ｌ１３１ｏ、Ｌ１３３ｉ、Ｌ１３３ｏ、Ｌ１７０ 長さ
Ｏ１１０ａ、Ｏ１１０ｂ 開口
Ｔ１２０、Ｔ１３０、Ｔ１７０ 厚さ
Ｗ１３０、Ｗ１７０ 幅
Ｘ、Ｙ、Ｚ 軸
【図1A】
【図1B】
【図1C】
【図1D】
【図2A】
【図2B】
【図2C】
【図2D】
【図2E】
【図2F】
【図2G】
【図2H】
【図2I】
【図2J】
【図2K】
【図2L】
【図2M】
【図3】
【図4A】
【図4B】
【図4C】
【図5】
【図6】