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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】P2024134513
(43)【公開日】2024-10-03
(54)【発明の名称】半導体パッケージ
(51)【国際特許分類】
   H01L 23/36 20060101AFI20240926BHJP
   H01L 23/12 20060101ALI20240926BHJP
   H01L 25/07 20060101ALI20240926BHJP
   H01L 23/29 20060101ALI20240926BHJP
   H05K 7/20 20060101ALI20240926BHJP
【FI】
H01L23/36 Z
H01L23/12 501P
H01L25/08 Y
H01L23/36 A
H05K7/20 F
【審査請求】未請求
【請求項の数】20
【出願形態】OL
(21)【出願番号】P 2023220350
(22)【出願日】2023-12-27
(31)【優先権主張番号】10-2023-0035750
(32)【優先日】2023-03-20
(33)【優先権主張国・地域又は機関】KR
(71)【出願人】
【識別番号】390019839
【氏名又は名称】三星電子株式会社
【氏名又は名称原語表記】Samsung Electronics Co.,Ltd.
【住所又は居所原語表記】129,Samsung-ro,Yeongtong-gu,Suwon-si,Gyeonggi-do,Republic of Korea
(74)【代理人】
【識別番号】110000051
【氏名又は名称】弁理士法人共生国際特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】姜 聖 求
(72)【発明者】
【氏名】金 載 春
(72)【発明者】
【氏名】文 聖 昊
(72)【発明者】
【氏名】朴 桓 柱
【テーマコード(参考)】
5E322
5F136
【Fターム(参考)】
5E322AA02
5E322AA11
5E322AB11
5E322FA04
5F136BA30
5F136BC03
5F136BC07
5F136DA25
5F136DA44
5F136FA02
5F136FA03
5F136FA51
(57)【要約】      (修正有)
【課題】半導体パッケージにヒートスラグを適用する時、半導体パッケージのサイズを維持することができる半導体パッケージを提供する。
【解決手段】本発明による半導体パッケージ100は、基板と、基板上の半導体ダイ140と、半導体ダイを覆い、上板部160C、ベース部160A及び上板部とベース部とを連結する側壁部160Bを含むヒートスラグ160と、を有し、上板部及び側壁部は、下部のキャビティ(cavity)により規定(define)される。ベース部は、基板上に配置され、側壁部の外側面から水平方向に延在し、複数の第1貫通ホール160AHを含み、側壁部の下部面と同一レベルの下部面を有し、側壁部の高さ以下の最下部から最上部までの垂直方向の高さを有する。
【選択図】図1
【特許請求の範囲】
【請求項1】
基板と、
前記基板上の半導体ダイと、
前記半導体ダイを覆い、上板部、ベース部、及び前記上板部と前記ベース部とを連結する側壁部を含むヒートスプレッダと、を有し、
前記上板部及び前記側壁部は、下部のキャビティ(cavity)により規定(define)され、
前記ベース部は、前記基板上に配置され、前記側壁部の外側面から水平方向に延在し、複数の第1貫通ホールを含み、前記側壁部の下部面と同一レベルの下部面を有し、前記側壁部の高さ以下の最下部から最上部までの垂直方向の高さを有することを特徴とする半導体パッケージ。
【請求項2】
前記ヒートスプレッダは、前記複数の第1貫通ホールの内のそれぞれの第1貫通ホールの内側面にコンフォーマルに配置される絶縁層を含むことを特徴とする請求項1に記載の半導体パッケージ。
【請求項3】
前記上板部は、貫通開口を含むことを特徴とする請求項1に記載の半導体パッケージ。
【請求項4】
前記垂直方向に直交する第1方向の前記貫通開口の幅は、前記第1方向の前記キャビティの幅より小さいことを特徴とする請求項3に記載の半導体パッケージ。
【請求項5】
前記側壁部は、前記側壁部の下部から前記側壁部の上部に行くほど内側方向に傾斜する傾きを有することを特徴とする請求項1に記載の半導体パッケージ。
【請求項6】
前記ヒートスプレッダは、前記上板部又は前記側壁部を貫通する複数の第2貫通ホールをさらに含むことを特徴とする請求項1に記載の半導体パッケージ。
【請求項7】
前記ヒートスプレッダは、導電性材料を含むことを特徴とする請求項1に記載の半導体パッケージ。
【請求項8】
前記複数の第1貫通ホールの内のそれぞれの第1貫通ホールは、水平方向に円形、楕円形、又は多角形の断面形状を有することを特徴とする請求項1に記載の半導体パッケージ。
【請求項9】
前記複数の第1貫通ホールの内のそれぞれの第1貫通ホールは、55μm~315μmの幅を有することを特徴とする請求項1に記載の半導体パッケージ。
【請求項10】
パッケージ基板を形成する第1再配線構造体と、
前記第1再配線構造体上の第1半導体ダイと、
上板部、側壁部及び支持部を含むヒートスプレッダと、
ここで、前記上板部及び前記側壁部は、下部のキャビティ(cavity)により規定(Define)され、
前記上板部は、第1半導体ダイの少なくとも一部を覆い、
前記支持部は、前記第1再配線構造体上に配置され、前記側壁部の外側面から水平方向に延在し、複数の第1貫通ホールを含み、前記側壁部の下部面と同一レベルの下部面を有し、前記側壁部の高さ以下の高さを有し、
前記第1再配線構造体上の複数の導電性ポストと、
ここで、前記複数の導電性ポストの内のそれぞれの導電性ポストは、前記複数の第1貫通ホールの内のそれぞれの第1貫通ホールを通過し、
前記第1再配線構造体上で、前記第1半導体ダイ、前記ヒートスプレッダ、及び前記複数の導電性ポストをモールディングするモールディング材と、
前記モールディング材及び複数の導電性ポスト上の第2再配線構造体と、
前記第2再配線構造体上の第2半導体ダイと、を有することを特徴とする半導体パッケージ。
【請求項11】
一つ以上の受動素子をさらに有し、
前記支持部は、前記一つ以上の受動素子が配置される一つ以上の貫通開口をさらに含むことを特徴とする請求項10に記載の半導体パッケージ。
【請求項12】
前記複数の第1貫通ホールの内のそれぞれの第1貫通ホールの内側面上にコンフォーマルに配置される絶縁部材をさらに有し、
前記導電性ポストは、それぞれの前記絶縁部材により前記ヒートスプレッダから離隔されることを特徴とする請求項10に記載の半導体パッケージ。
【請求項13】
前記第1半導体ダイは、システムオンチップ(System On Chip:SOC)であることを特徴とする請求項10に記載の半導体パッケージ。
【請求項14】
前記第2半導体ダイは、メモリ半導体チップであることを特徴とする請求項10に記載の半導体パッケージ。
【請求項15】
前面再配線構造体と、
前記前面再配線構造体上の第1半導体ダイ及び前記第1半導体ダイ上の第2半導体ダイを含む3次元集積回路(Three Dimensional Integrated Circuit:3D IC)構造体と、
上板部、側壁部、及びベース部を含むヒートスラグと、
ここで、前記上板部及び前記側壁部は、下部のキャビティ(cavity)により規定(define)され、
前記上板部は、前記第1半導体ダイ上に配置され、前記第2半導体ダイが配置される貫通開口を含み、
前記ベース部は、前記前面再配線構造体上に配置され、前記側壁部の外側面から水平方向に延在し、複数の第1貫通ホールを含み、
前記前面再配線構造体上の複数の導電性ポストと、
ここで、前記複数の導電性ポストの内のそれぞれの導電性ポストは、前記複数の第1貫通ホールの内のそれぞれの第1貫通ホールを通過し、
前記前面再配線構造体上で、前記3次元集積回路構造体、前記ヒートスラグ、及び前記複数の導電性ポストをモールディングするモールディング材と、
前記モールディング材及び複数の導電性ポスト上の後面再配線構造体と、
前記後面再配線構造体上の第3半導体ダイと、を有することを特徴とする半導体パッケージ。
【請求項16】
前記上板部と第1半導体ダイとの間の熱界面材料(TIM)をさらに有することを特徴とする請求項15に記載の半導体パッケージ。
【請求項17】
前記ベース部と前記前面再配線構造体との間の接着部材をさらに有することを特徴とする請求項15に記載の半導体パッケージ。
【請求項18】
前記ヒートスラグは、前記上板部又は前記側壁部に複数の第2貫通ホールを含み、
前記複数の第2貫通ホールは、前記モールディング材で満たされることを特徴とする請求項15に記載の半導体パッケージ。
【請求項19】
前記第1半導体ダイは、中央処理ユニット(Central Processing Unit:CPU)又はグラフィック処理ユニット(Graphic Processing Unit:GPU)であることを特徴とする請求項15に記載の半導体パッケージ。
【請求項20】
前記第2半導体ダイは、通信チップ又はセンサーであることを特徴とする請求項15に記載の半導体パッケージ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、半導体パッケージに関し、特に、半導体パッケージにヒートスラグを適用する時、半導体パッケージのサイズを維持することができる半導体パッケージに関する。
【背景技術】
【0002】
半導体産業分野は、集積回路が形成された半導体チップを保護する半導体パッケージを軽量化、薄型化、小型化、高速化、及び多機能化する傾向にある。
半導体パッケージが軽量化、薄型化、小型化、高速化、及び多機能化されると、半導体パッケージの単位体積当たり消費する電力がより多くなり、これにより半導体パッケージ内部の温度が増加するようになる。
【0003】
このような半導体パッケージの温度増加に対応して半導体パッケージに生成される熱を効率的に放出できない場合、パッケージ構造上に熱応力差が発生してパッケージに反り(Warpage)が発生することがあり、半導体パッケージの動作速度が遅くなって製品信頼性が悪化することがある。
このような問題点を解決するために、例えば、半導体パッケージ内にヒートスラグ(ヒートスプレッダ)を使用する。
ヒートスラグは、熱伝導度が高い金属材料で構成され、半導体パッケージで生成される熱を放出して半導体パッケージの熱的特性を改善する役割を果たす。
【0004】
特に、パッケージオンパッケージ(Package-on-Package:POP)デバイスは、モールディングされた半導体ダイの下部に前面再配線構造体(Front Side Redistribution Layer:FRDL)が配置され、モールディングされた半導体ダイの上部に後面再配線構造体(Back Side Redistribution Layer:BRDL)及び上部半導体パッケージが配置される構造的特性を有するため、半導体ダイ及び各配線で生成される熱を効率的に放出し難いという問題を有する。
【0005】
したがって、パッケージオンパッケージ(PoP)デバイスの熱的特性を改善するために、例えば、パッケージオンパッケージ(PoP)デバイスにヒートスラグを適用する。
しかし、パッケージオンパッケージ(PoP)デバイスにヒートスラグを適用するためには、上部半導体パッケージと下部半導体パッケージを連結する導電性ポストを避けてヒートスラグが配置され、導電性ポストを避けてヒートスラグを配置する場合、ヒートスラグのサイズだけパッケージオンパッケージ(PoP)デバイスのサイズが大きくなるという問題が発生する。
したがって、パッケージオンパッケージ(PoP)デバイスのサイズを維持しながらパッケージオンパッケージ(PoP)デバイスにヒートスラグを適用することができる新たなパッケージ技術の開発が課題となっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0006】
【特許文献1】特開2009-81261号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0007】
本発明は上記従来の半導体パッケージにおける課題に鑑みてなされたものであって、本発明の目的は、半導体パッケージにヒートスラグを適用する時、半導体パッケージのサイズを維持することができる半導体パッケージを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0008】
本発明の半導体パッケージは、半導体パッケージにヒートスラグを適用する時、半導体パッケージのサイズが維持され得るように、半導体パッケージは、上板部、側壁部及び複数の貫通ホールを有する支持部を含み、貫通ホール内に導電性ポスト又は受動素子が配置されるヒートスラグを含む。
【0009】
上記目的を達成するためになされた本発明による半導体パッケージは、基板と、前記基板上の半導体ダイと、前記半導体ダイを覆い、上板部、ベース部、及び前記上板部と前記ベース部とを連結する側壁部を含むヒートスプレッダと、を有し、前記上板部及び前記側壁部は、下部のキャビティ(cavity)により規定(define)され、前記ベース部は、前記基板上に配置され、前記側壁部の外側面から水平方向に延在し、複数の第1貫通ホールを含み、前記側壁部の下部面と同一レベルの下部面を有し、前記側壁部の高さ以下の最下部から最上部までの垂直方向の高さを有することを特徴とする。
【0010】
また、上記目的を達成するためになされた本発明による半導体パッケージは、パッケージ基板を形成する第1再配線構造体と、前記第1再配線構造体上の第1半導体ダイと、上板部、側壁部及び支持部を含むヒートスプレッダと、ここで、前記上板部及び前記側壁部は、下部のキャビティ(cavity)により規定(Define)され、前記上板部は、第1半導体ダイの少なくとも一部を覆い、前記支持部は、前記第1再配線構造体上に配置され、前記側壁部の外側面から水平方向に延在し、複数の第1貫通ホールを含み、前記側壁部の下部面と同一レベルの下部面を有し、前記側壁部の高さ以下の高さを有し、前記第1再配線構造体上の複数の導電性ポストと、ここで、前記複数の導電性ポストの内のそれぞれの導電性ポストは、前記複数の第1貫通ホールの内のそれぞれの第1貫通ホールを通過し、前記第1再配線構造体上で、前記第1半導体ダイ、前記ヒートスプレッダ、及び前記複数の導電性ポストをモールディングするモールディング材と、前記モールディング材及び複数の導電性ポスト上の第2再配線構造体と、前記第2再配線構造体上の第2半導体ダイと、を有することを特徴とする。
【0011】
また、上記目的を達成するためになされた本発明による半導体パッケージは、前面再配線構造体と、前記前面再配線構造体上の第1半導体ダイ及び前記第1半導体ダイ上の第2半導体ダイを含む3次元集積回路(Three Dimensional Integrated Circuit:3D IC)構造体と、上板部、側壁部、及びベース部を含むヒートスラグと、ここで、前記上板部及び前記側壁部は、下部のキャビティ(cavity)により規定(define)され、前記上板部は、前記第1半導体ダイ上に配置され、前記第2半導体ダイが配置される貫通開口を含み、前記ベース部は、前記前面再配線構造体上に配置され、前記側壁部の外側面から水平方向に延在し、複数の第1貫通ホールを含み、前記前面再配線構造体上の複数の導電性ポストと、ここで、前記複数の導電性ポストの内のそれぞれの導電性ポストは、前記複数の第1貫通ホールの内のそれぞれの第1貫通ホールを通過し、前記前面再配線構造体上で、前記3次元集積回路構造体、前記ヒートスラグ、及び前記複数の導電性ポストをモールディングするモールディング材と、前記モールディング材及び複数の導電性ポスト上の後面再配線構造体と、前記後面再配線構造体上の第3半導体ダイと、を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【0012】
本発明に係る半導体パッケージによれば、ヒートスラグを含む半導体パッケージにおいて、ヒートスラグは、上板部、側壁部及び貫通ホールを有する支持部を含み、ヒートスラグの支持部の貫通ホール内に導電性ポストを配置したり貫通開口内に受動素子を配置することができる。
これにより、半導体パッケージにヒートスラグを適用する時、半導体パッケージのサイズを維持することができる。
【0013】
また、ヒートスラグを含む半導体パッケージにおいて、パッケージオンパッケージ(PoP)の下部半導体パッケージ内の半導体ダイの構造及び導電性ポストの配置に合わせて、多様な形状のヒートスラグをパッケージオンパッケージ(PoP)の下部半導体パッケージ内に配置することによって半導体パッケージの熱的特性を改善することができる。
また、半導体パッケージにおいて、ヒートスラグは、上板部、側壁部及び支持部を含み、ヒートスラグの上板部又は側壁部にモールディング材が移動することができる貫通ホールを形成し、貫通ホールを通じてヒートスラグ内側にモールディング材を移動させて半導体ダイを保護することができる。
【図面の簡単な説明】
【0014】
図1】本発明の実施形態による、第1貫通ホールを有する支持部、第2貫通ホールを有し、傾斜して延在する側壁部、及び貫通開口を有する上板部を含むヒートスラグを含む半導体パッケージを示す断面図であり、図3及び図4の平面図をC-C’線に沿って切断して示した断面図である。
図2】本発明の実施形態による、第1貫通ホールと貫通開口を有する支持部、傾斜して延在する側壁部、及び貫通開口を有する上板部を含むヒートスラグを含む半導体パッケージを示す断面図であり、図3及び4の平面図をD-D’線に沿って切断して示した断面図である。
図3図1及び図2の半導体パッケージの断面図をA-A’線に沿って切断して、ヒートスラグの内の第2貫通ホールを有する側壁部及び貫通開口を有する上板部を示す平面図である。
図4図1及び図2の半導体パッケージの断面図をB-B’線に沿って切断して、ヒートスラグの内の第1貫通ホールを有する支持部を示す平面図である。
図5図4で支持部の第1貫通ホールを拡大して示す図である。
図6】本発明の実施形態による、第1貫通ホールを有する支持部、第2貫通ホールを有し、傾斜して延在する側壁部、及び第4半導体ダイを覆う上板部を含むヒートスラグを含む半導体パッケージを示す断面図であり、図7及び図8の平面図をC-C’線に沿って切断して示す断面図である。
図7図6の半導体パッケージの断面図をA-A’線に沿って切断して、ヒートスラグの内の第2貫通ホールを有する側壁部及び第4半導体ダイを覆う上板部を示す平面図である。
図8図6の半導体パッケージの断面図をB-B’線に沿って切断して、ヒートスラグの内の第1貫通ホールを有する支持部を示す平面図である。
図9】本発明の実施形態による、第1貫通ホールを有する支持部、第2貫通ホールを有し、垂直に延在する側壁部、及び貫通開口を有する上板部を含むヒートスラグを含む半導体パッケージを示す断面図である。
図10】本発明の実施形態による、第1貫通ホールを有する支持部、第2貫通ホールを有し、垂直に延在する側壁部、及び半導体ダイを覆う上板部を含むヒートスラグを含む半導体パッケージを示す断面図である。
図11】本発明の実施形態による、第1貫通ホールを有し、上板部の最上面の高さまで延在する支持部、垂直に上板部の最上面の高さまで延在する側壁部、及び第3貫通ホールと貫通開口を有する上板部を含むヒートスラグを含む半導体パッケージを示す断面図である。
図12】本発明の実施形態による、第1貫通ホールを有し、上板部の最上面の高さまで延在する支持部、垂直に上板部の最上面の高さまで延在する側壁部、及び第3貫通ホールを有し、第4半導体ダイを覆う上板部を含むヒートスラグを含む半導体パッケージを示す断面図である。
図13】本発明の実施形態による半導体パッケージの製造方法を説明するための断面図であり、キャリア上に前面再配線構造体を形成する段階を示す断面図である。
図14】本発明の実施形態による半導体パッケージの製造方法を説明するための断面図であり、前面再配線構造体上に第1半導体ダイを実装する段階を示す断面図である。
図15】本発明の実施形態による半導体パッケージの製造方法を説明するための断面図であり、第1半導体ダイ上に第2半導体ダイを実装する段階を示す断面図である。
図16】本発明の実施形態による半導体パッケージの製造方法を説明するための断面図であり、前面再配線構造体及び第1半導体ダイ上にヒートスラグを付着する段階を示す断面図である。
図17】本発明の実施形態による半導体パッケージの製造方法を説明するための断面図であり、ヒートスラグの第1貫通ホールに導電性ポストを形成する段階を示す断面図である。
図18】本発明の実施形態による半導体パッケージの製造方法を説明するための断面図であり、前面再配線構造体上で第1半導体ダイ、第2半導体ダイ、ヒートスラグ及び導電性ポストをモールディングする段階を示す断面図である。
図19】本発明の実施形態による半導体パッケージの製造方法を説明するための断面図であり、モールディング材上に後面再配線構造体を形成する段階を示す断面図である。
図20】本発明の実施形態による半導体パッケージの製造方法を説明するための断面図であり、後面再配線構造体上に第3半導体ダイを実装する段階を示す断面図である。
図21】本発明の実施形態による半導体パッケージの製造方法を説明するための断面図であり、前面再配線構造体からキャリアを除去する段階を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【0015】
次に、本発明に係る半導体パッケージを実施するための形態の具体例を図面を参照しながら説明する。
【0016】
本発明は、多様な異なる形態に具現することができ、ここで説明する本実施形態に限定されない。
図面において、本発明を明確に説明するために説明上不必要な部分は省略し、明細書全体にわたって同一又は類似の部分については同一の参照符号を付した。
また、図面に示した各構成の大きさ及び厚さは、説明の便宜のために任意に示したため、本発明は必ずしも図示されたものに限定されるのではない。
明細書全体で、ある構成要素が他の構成要素に「連結」されたり「カップリング」されるか、「上」にあると言及される時、それは他の構成要素に直接連結されたりカップリングされ得るか、介される構成要素が存在し得る。
反対に、ある構成要素が他の構成要素と「直接連結されている」又は「直接カップリングされている」と表現したり、他の構成要素と「接触する」、「接触している」と(又は「接触する」という単語の如何なる形態を使用して)言及する場合、接触地点に介される構成要素がなくてもよい。
また、ある部分がある構成要素を「含む」という時、これは特に反対になる記載がない限り、他の構成要素を除くのではなく、他の構成要素をさらに含むことができることを意味する。
【0017】
基準となる部分「上」にあるということは、基準となる部分の上又は下に位置することであり、必ずしも重力反対方向側に「上に」位置することを意味するのではない。
また、「下に」、「下」、「下部」、「上」、「上部」、「トップ」、「ボトム」、「前面」、「後面」などのような空間的に相対的な用語が使用され得る。
例えば、図面に例示したような位置関係を記述するための説明の容易性のために本明細書で使用され得る。
空間的に相対的な用語は図面に示した方向以外にも装置の多様な方向を含むということが理解され得る。
また、明細書全体で、「平面上」という時、これは対象部分を上方から見た時を意味し、「断面上」という時、これは対象部分を垂直に切断した断面を側方から見た時を意味する。
【0018】
「第1」、「第2」、「第3」などのような序数は、特定の構成要素、段階などを互いに区別するために特定の構成要素、段階などのラベルとして単純に使用する。
本明細書で「第1」、「第2」などを使用しない用語でも請求の範囲では「第1」又は「第2」と記載され得る。
また、特定の序数(例えば、特定の請求項の「第1」)と言及した用語は、他の部分で他の序数(例えば、明細書又は他の請求項の「第2」)と記載され得る。
方向、レイアウト、位置、形状、サイズ、構成、量又はその他寸法を言及する時、本明細書で使用した「同一」、「等しい」、「平面型」又は「同一平面型」のような用語は、必ずしも正確に同一の方向、レイアウト、位置、形状、サイズ、構成、量又はその他寸法を意味するのではないが、例えば、製造工程により発生し得る受け入れ可能な変形の範囲内でのほぼ同一の方向、レイアウト、位置、形状、サイズ、構成、量又は許容されるその他寸法を含むように意図している。
「実質的に」という用語は、文脈や他の説明が別途に示さない限り、本明細書で意味を強調するために使用され得る。
例えば、「実質的に同一である」、「実質的に等しい」又は「実質的に平面的」と記述された項目は、正確に同一である、等しい、又は平面的であってもよく、例えば製造工程により発生し得る受け入れ可能な変形の範囲内での同一である、等しい、又は平面的であり得る。
【0019】
以下、図面を参照して本発明の実施形態による半導体パッケージ及び半導体パッケージ製造方法を説明する。
図1は、第1貫通ホール160AHを有する支持部160A、第2貫通ホール160BHを有し、傾斜して延在する側壁部160B、及び貫通開口160COを有する上板部160Cを含むヒートスラグ(ヒートスプレッダ)160を含む半導体パッケージ100を示した断面図である。
図1は、図3及び図4の平面図をC-C’線に沿って切断して示した断面図である。
本明細書の全般にわたって議論する支持部は、追加的にベースプレート、ベースプレート部分、又は外部部分と称され得る。
本明細書の全般にわたって議論された側壁部は、追加的に連結部、連結壁、又は中間連結部と称され得る。
本明細書の全般にわたって議論された上板部は、追加的にトッププレート又はトッププレート部分、又は内部部分と称され得る。
外部、中間、内部は平面図の方向を示す。
【0020】
図1を参照すると、半導体パッケージ100は、前面再配線構造体110、外部接続構造体120、第1半導体ダイ140と第2半導体ダイ150を含む3次元集積回路(Three Dimensional Integrated Circuit:3D IC)構造体130、ヒートスラグ160、導電性ポスト170、モールディング材180、後面再配線構造体190、及び第3半導体ダイ210を含む。
本明細書の他の部分にも説明するように、本明細書で説明する半導体ダイは、ウエハーから形成され、その上に集積回路を含む半導体チップである。
例えば、特定のチップは、メモリチップ、ロジックチップ、コントローラーチップ、又はプロセッサーチップであり得る。
【0021】
一実施形態で、半導体パッケージ100は、パッケージオンパッケージ(PoP)デバイスを含む。
一実施形態で、半導体パッケージ100は、ファンアウトウエハーレベルパッケージ(Fan Out Wafer Level Package:FOWLP)又はファンアウトパネルレベルパッケージ(Fan Out Panel Level Package:FOPLP)を含む。
【0022】
前面再配線構造体110は、第1誘電体層111、第1誘電体層111内にある第1再配線ビア112、第1再配線ライン113、及び第2再配線ビア114を含む。
他の実施形態で、より少ない又はより多い数の再配線ライン及び再配線ビアを含む再配線構造体が本発明の範囲に含まれる。
第1誘電体層111は、第1再配線ビア112、第1再配線ライン113、及び第2再配線ビア114を保護し、絶縁する。
第1誘電体層111の上部面には、第1半導体ダイ140及び第2半導体ダイ150を含む3次元集積回路(3D IC)構造体130、ヒートスラグ160、及び導電性ポスト170が配置される。
第1誘電体層111の下部面には、外部接続構造体120が配置される。
第1再配線ビア112は、第1再配線ライン113と外部接続構造体120の導電性パッド121との間に配置される。
【0023】
複数で表示された多様な構成要素は、本明細書で複数又は単数で説明される。
第1再配線ビア112は、垂直方向に第1再配線ライン113と導電性パッド121を電気的に接続する。
第1再配線ライン113は、第1再配線ビア112と第2再配線ビア114との間に配置される。
第1再配線ライン113は、水平方向に第1再配線ビア112と第2再配線ビア114を電気的に接続する。
第2再配線ビア114の一部は、第1再配線ライン113と導電性ポスト170との間に配置される。
第2再配線ビア114は、垂直方向に第1再配線ライン113と導電性ポスト170を電気的に接続する。
後述するように、第2再配線ビア114の残りは、第1再配線ライン113と接続部材141との間に配置される。
【0024】
外部接続構造体120は、前面再配線構造体110の下部面上に配置される。
外部接続構造体120は、導電性パッド121、絶縁層122、及び外部接続部材(外部接続端子又はパッケージ接続端子)123を含む。
導電性パッド121は、前面再配線構造体110の第1再配線ビア112と外部接続部材123を電気的に接続する。
絶縁層122は、ソルダリングのための複数の開口を含む。
絶縁層122は、外部接続部材123が短絡することを防止する。
外部接続部材123は、半導体パッケージ100を外部デバイスに電気的に接続させる。
単独で説明したり、外部接続構造体120と組み合わせて説明する前面再配線構造体110は、本明細書でパッケージ基板又はパッケージオンパッケージ基板と説明される。
【0025】
3次元集積回路(3D IC)構造体130は、前面再配線構造体110の上部面上に配置される。
3次元集積回路(3D IC)構造体130は、第1半導体ダイ140及び第2半導体ダイ150を含む。
一実施形態で、3次元集積回路(3D IC)構造体130は、システムオンチップ(System On Chip:SOC)であるか、メモリチップのスタック又はコントローラーチップを含むメモリチップのスタックであり得る。
第1半導体ダイ140は、前面再配線構造体110の上部面上に配置される。
一実施形態で、第1半導体ダイ140は、中央処理ユニット(Central Processing Unit:CPU)又はグラフィック処理ユニット(Graphic Processing Unit:GPU)を含む。
【0026】
第1半導体ダイ140は、接続部材(導電性接続端子、外部接続端子、又はチップ接続端子)141を含み、接続部材141を通じて前面再配線構造体110の第2再配線ビア114と電気的に接続される。
一実施形態で、接続部材141は、マイクロバンプであり得る。
第1半導体ダイ140と第1半導体ダイ140上の第2半導体ダイ150とを含む3次元集積回路(3D IC)構造体130で、第2半導体ダイ150が信号及び電力を伝達する前面再配線構造体110から離隔して配置されるため、第1半導体ダイ140内にシリコン貫通電極(Through Silicon Via:TSV、図示せず)を配置し、シリコン貫通電極(TSV、図示せず)を第2半導体ダイ150に連結して、第2半導体ダイ150の信号及び電力が伝達され、応答する速度を高めることができる。
【0027】
第2半導体ダイ150は、第1半導体ダイ140の上部面上に配置される。
一実施形態で、第2半導体ダイ150は、通信チップ又はセンサーを含む。
第2半導体ダイ150は、接続部材(導電性接続端子)151を含み、接続部材151を通じて第1半導体ダイ140と電気的に接続される。
一実施形態で、接続部材151は、マイクロバンプであり得る。
絶縁部材152は、第1半導体ダイ140と第2半導体ダイ150との間で接続部材151を囲んで絶縁する役割を果たす。
【0028】
ヒートスラグ160は、支持部(ベースプレート又はベース部)160A、側壁部(接続部分)160B、及び上板部(トッププレート又はトッププレート部分)160Cに区分される。
ヒートスラグ160は、ヒートシンク(Heat Sink)、ヒートスプレッダ(Heat Spreader)、ヒートスプレッダカバー(Heat Spreader Cover)、又はヒートスプレッダフード(Heat Spreader Hood)という用語と称され得る。
ヒートスラグ160は、半導体パッケージ100内に配置され、各半導体ダイ又は各配線から生成される熱を放出して半導体パッケージの熱的特性を改善させる。
【0029】
支持部160Aは、前面再配線構造体110上に付着されてヒートスラグ160全体を支持する。
支持部160Aの下部面は、接着部材181により前面再配線構造体110上に接着される。
一実施形態で、接着部材181は、熱伝達特性に優れた材料を使用する。
接着部材181は、接着層とも称し、支持部160Aの下部面及び前面再配線構造体110の上部面の両方に接触される。
支持部160Aは、側壁部160Bの外側面から水平方向に延在し、側壁部160Bの下部面と同一レベルの下部面を有し、側壁部160Bの外側面の最下部から側壁部160Bの外側面の少なくとも一部までの高さ(垂直厚さ)を有する。
例えば、支持部160Aは、側壁部160Bの高さ(最下部から最上部までの垂直高さ)以下の高さ(最下部から最上部までの垂直高さ)を有する。
支持部160Aの最上部は、前面再配線構造体110の上部面の上の(垂直方向の)高さを有し、本実施形態では前面再配線構造体110の上部面の上の側壁部160Bの最上面の高さより低い高さを有する。
【0030】
支持部160Aは、垂直方向に形成された第1貫通ホール160AHを含む。
各第1貫通ホール160AHは、内部に導電性ポスト170が配置される。
従来は、パッケージオンパッケージ(PoP)デバイスにヒートスラグを適用するためには、上部半導体パッケージと下部半導体パッケージを連結する導電性ポストを避けてヒートスラグを配置しなければならないため、ヒートスラグのサイズの分、パッケージオンパッケージ(PoP)デバイスのサイズが大きくなるという問題があった。
しかし、本発明の実施形態によりヒートスラグ160の支持部160Aに導電性ポスト170を配置できる第1貫通ホール160AHを形成すれば、パッケージオンパッケージ(PoP)デバイスのサイズを維持しながらパッケージオンパッケージ(PoP)デバイスの熱的特性を改善させることができる。
【0031】
絶縁部材(絶縁層又は絶縁膜)161は、第1貫通ホール160AHの内側面にコンフォーマルに配置される。
一実施形態で、絶縁部材161は、エポキシ樹脂のような熱硬化性樹脂であるか、熱硬化性樹脂を含む。
一実施形態で、絶縁部材161は、MUF(Molded Under-Fill)である。
一実施形態で、絶縁部材161は、シリコン酸化物又はシリコン窒化物であるか、シリコン酸化物又はシリコン窒化物を含み得る。
他の実施形態で、ヒートスラグ160の第1貫通ホール160AHの内側面と導電性ポスト170との間は、絶縁部材161なしにエアー(Air)で満たされる。
本明細書で議論する用語「エアー」は、大気空気、又は製造工程中に存在し得るその他ガスを意味し得る。
一般に、本明細書に記述した絶縁部材又は絶縁層は、電気的絶縁部材又は電気的絶縁層を称する。
このような絶縁部材又は絶縁層は、含まれている材料により依然として熱を伝導する。
絶縁部材161をヒートスラグ160の第1貫通ホール160AHの内側面と導電性ポスト170との間に配置して、ヒートスラグ160の第1貫通ホール160AHに配置される導電性ポスト170をヒートスラグ160の第1貫通ホール160AHの内側面から電気的に、そして物理的に離隔するようにし、導電性ポスト170とヒートスラグ160が短絡することを防止する。
【0032】
側壁部(接続部分)160Bは、前面再配線構造体110上に付着されてヒートスラグ160の上板部160Cを支持し、支持部160Aから上板部160Cまで延在する。
側壁部160Bの下部面は、接着部材181により前面再配線構造体110上に接着される。
側壁部160Bは、支持部160Aの内部境界B1から水平方向に延在し、そしてまた内部境界B1から傾斜した対角線方向に延在する。
支持部160Aの下部面と同一レベルの下部面を有し、支持部160Aの高さ以上の高さを有する。
図1では側壁部160Bの高さが支持部160Aの高さより大きい、一実施形態を示している。
側壁部160Bは、支持部160Aと上板部160Cとの間の水平方向における段差を考慮して下部から上部に行くほど内側方向に傾斜する傾きを有する。
【0033】
側壁部160Bは、上板部160Cと共に下部のキャビティ(Cavity)により規定(Define)される。
側壁部160Bは、第2貫通ホール160BHを含む。
第2貫通ホール160BH内部は、モールディング材180により満たされる。
モールディング材180は、第2貫通ホール160BHを通じてヒートスラグ160内側に伝達されて第1半導体ダイ140を囲む。
上板部160Cは、第1半導体ダイ140上に配置され、側壁部160B上部の内部境界B2から水平に延在される。
他の実施形態で、側壁部160Bの第2貫通ホール160BHを代替して、又は側壁部160Bの第2貫通ホール160BHに追加して、上板部160Cは第3貫通ホール160CHを含む。
【0034】
上板部160Cの下部面は、熱界面材料(Thermal Interface Material:TIM)182により第1半導体ダイ140に付着される。
熱界面材料(TIM)は、熱を発散する装置(例えば、第1半導体ダイ)140と放熱装置(例えば、ヒートスラグ)160との間で熱結合を向上させるために挿入される材料である。
熱界面材料(TIM)は、熱を発散する装置と放熱装置との間の接触面の空気層を埋めて熱接触抵抗を減らす役割を果たす。
上板部160Cは、貫通開口160COを含む。
上板部160Cの貫通開口160CO内に第2半導体ダイ150が配置される。
上板部160Cは、第2半導体ダイ150の側面を囲む。
【0035】
上板部160Cの内側面は、第2半導体ダイ150から離隔し、上板部160Cの内側面と第2半導体ダイ150の側面との間は、モールディング材180で満たされる。
上板部160Cの貫通開口160COの幅は、側壁部160Bと上板部160Cを規定するキャビティの幅より小さい。
ヒートスラグ160の上板部160Cが貫通開口160COを有するため、3次元集積回路(3D IC)構造体130で上部に配置される第2半導体ダイ150を上板部160Cの貫通開口160CO内に配置することができ、3次元集積回路(3D IC)を含むパッケージオンパッケージ(PoP)デバイスの垂直サイズを増加させることなく、パッケージオンパッケージ(PoP)デバイスにヒートスラグ160を適用することができる。
【0036】
ヒートスラグ160は、銅又はアルミニウムなどの高い熱伝導度を有する金属素材を含むか、金属素材で形成され得る。
テストの結果、ヒートスラグ160を含まないパッケージオンパッケージ(PoP)の下部ダイでの温度は、105℃に測定されたが、パッケージオンパッケージ(PoP)デバイスのサイズの増加なしにヒートスラグ160を含むパッケージオンパッケージ(PoP)デバイスの下部ダイでの温度は、91℃に測定されて14℃が減少した。
これにより、パッケージオンパッケージ(PoP)デバイスにヒートスラグ160を適用すれば、パッケージオンパッケージ(PoP)で生成される熱を効率的に放出することができ、パッケージオンパッケージ(PoP)の熱的特性を改善することができる。
【0037】
導電性ポスト170は、前面再配線構造体110の上部面上に配置される。
導電性ポスト170は、ヒートスラグ160の支持部160Aの第1貫通ホール160AHを貫通して配置される。
導電性ポスト170は、前面再配線構造体110の第2再配線ビア114と後面再配線構造体190の第3再配線ビア192を電気的に接続する。
モールディング材180は、前面再配線構造体110上で、第1半導体ダイ140と第2半導体ダイ150を含む3次元集積回路(3D IC)構造体130、ヒートスラグ160、及び導電性ポスト170をモールディングする。
ヒートスラグ160の内側に配置される第1半導体ダイ140は、ヒートスラグ160の側壁部160Bの第2貫通ホール160BHを通じて移動したモールディング材180によりモールディングされる。
したがって、モールディング材180は、ヒートスラグ160の下部、ヒートスラグ160の上部、及びヒートスラグ160を貫通して配置される。
【0038】
後面再配線構造体190は、モールディング材180上に配置される。
後面再配線構造体190は、第2誘電体層191、第2誘電体層191内にある第3再配線ビア192、第2再配線ライン193、及び第4再配線ビア194を含む。
他の実施形態で、より少ない又はより多い数の再配線ライン及び再配線ビアを含む再配線構造体が本発明の範囲に含まれる。
第2誘電体層191は、第3再配線ビア192、第2再配線ライン193、及び第4再配線ビア194を保護し、絶縁する。
第2誘電体層191の上部面には第3半導体ダイ210が配置される。
第2誘電体層191の下部面にはモールディング材180及び導電性ポスト170が配置される。
【0039】
第3再配線ビア192は、導電性ポスト170と第2再配線ライン193との間に配置される。
第3再配線ビア192は、垂直方向に導電性ポスト170と第2再配線ライン193を電気的に接続する。
第2再配線ライン193は、第3再配線ビア192と第4再配線ビア194との間に配置される。
第2再配線ライン193は、水平方向に第3再配線ビア192と第4再配線ビア194を電気的に接続する。
第4再配線ビア194は、第2再配線ライン193と第3半導体ダイの接続部材(接続端子)213との間に配置される。
第4再配線ビア194は、垂直方向に第2再配線ライン193と第3半導体ダイの接続部材213を電気的に接続する。
【0040】
第3半導体ダイ210は、後面再配線構造体190上に配置される。
第3半導体ダイ210は、DRAMチップのような単一チップ又は高帯域幅メモリ(High Bandwidth Memory:HBM)のようなマルチチップの内の一つであり得る。
第3半導体ダイ210は、接続部材213及び絶縁層212を含む。
接続部材213は、第3半導体ダイ210と後面再配線構造体190を電気的に接続する。
一実施形態で、接続部材213は、マイクロバンプ又はソルダボールであるか、マイクロバンプ又はソルダボールを含み得る。
絶縁層212は、ソルダリングのための複数の開口を含む。
絶縁層212は、接続部材213が短絡することを防止する。
一実施形態で、絶縁層212は、ソルダレジストであるか、ソルダレジストを含む。
【0041】
図2は、第1貫通ホール160AHと貫通開口160AOを有する支持部160A、傾斜して延在する側壁部160B、及び貫通開口160COを有する上板部160Cを含むヒートスラグ160を含む半導体パッケージ100を示す断面図である。
図2は、図3及び4の平面図をD-D’線に沿って切断して示す断面図である。
図2を参照すると、受動素子211は、前面再配線構造体110上でヒートスラグ160の支持部160Aの貫通開口160AO内に配置される。
受動素子211は、SMD(Surface-Mount Device)であり得る。
【0042】
一実施形態で、受動素子211は、キャパシタ又は抵抗であり得る。
絶縁部材161は、貫通開口160AOの内側面にコンフォーマルに配置される。
絶縁部材161は、受動素子211を囲む。
他の実施形態で、ヒートスラグ160の貫通開口160AOの内側面と受動素子211との間は、絶縁部材161なしにエアー(Air)で満たされる。
絶縁部材161は、ヒートスラグ160の貫通開口160AOの内側面と受動素子211との間に配置され、ヒートスラグ160の貫通開口160AOに配置される受動素子211をヒートスラグ160の貫通開口160AOの内側面から離隔するようにし、受動素子211とヒートスラグ160が短絡することを防止する。
図2で受動素子211以外の他の構成は、図1に記載した構成と同一である。
したがって、図2で受動素子211以外の他の構成については、図1に記載した内容が同一に適用され得る。
【0043】
図3は、図1及び図2の半導体パッケージ100の断面図をA-A’線に沿って切断し、ヒートスラグ160の示す第2貫通ホール160BHを有する側壁部160B及び貫通開口160COを有する上板部160Cを示す平面図である。
図3を参照すると、内側から外側に順次に、第2半導体ダイ150、モールディング材180、ヒートスラグ160、モールディング材180、及び導電性ポスト170が配置される。
第1半導体ダイ140及び熱界面材料(TIM)182は、A-A’線より下部に配置されるため、点線で示した。
ヒートスラグ160に、例えば、ヒートスラグを貫通して第2貫通ホール160BHが配置される。
第2貫通ホール160BHの内部は、モールディング材180で満たされる。
【0044】
図3での実施形態によれば、ヒートスラグ160の各面に円形の形状を有する3個の第2貫通ホール160BHを示したが、第2貫通ホール160BHは、ヒートスラグ160内部にモールディング材180を伝達するための役割を有するため、位置、大きさ、形状、及び個数に制限がない。
したがって、多様な位置に配置され、楕円形、多角形などの多様な形状、より少ない又はより多い数、及び多様なサイズを有する第2貫通ホール160BHが本発明の範囲に含まれる。
導電性ポスト170は、モールディング材180に囲まれてヒートスラグ160周囲に配置される。
一実施形態で、それぞれの導電性ポスト170は、約50μm~約300μmの幅を有する。
他の実施形態で、より少ない又はより多い数の導電性ポスト170を含む半導体パッケージ100が本発明の範囲に含まれる。
【0045】
図4は、図1及び図2の半導体パッケージ100の断面図をB-B’線に沿って切断し、ヒートスラグ160の内の第1貫通ホール160AHを有する支持部160Aを示す平面図である。
図4を参照すると、内側から外側に順次に、第1半導体ダイ140、モールディング材180、ヒートスラグ160、絶縁部材161、導電性ポスト170、受動素子211、及びモールディング材180が配置される。
第2半導体ダイ150及び熱界面材料(TIM)182は、B-B’線より上部に配置されるため、点線で示した。
ヒートスラグ160に第1貫通ホール160AHが配置される。
【0046】
図4での実施形態によれば、第1貫通ホール160AHは、円形の形状を有するように示したが、第1貫通ホール160AHの形状は制限がない。
一実施形態で、第1貫通ホール160AHは、水平方向に円形、楕円形、又は多角形の断面形状を含み得る。
また、図4での実施形態によれば、一つの受動素子211が配置されるものと示したが、受動素子211の位置、形状、個数、及び大きさには制限がない。
したがって、多様な位置に配置され、多様な形状、より少ない又はより多い数、及び多様なサイズを有する受動素子211が本発明の範囲に含まれる。
第1貫通ホール160AHの内側面にコンフォーマルに配置される絶縁部材161は、第1貫通ホール160AHの内側面の形状と同一形状を有する外側面、及び導電性ポスト170の外側面の形状と同一形状を有する内側面を有する。
貫通開口160AOの内側面にコンフォーマルに配置される絶縁部材161は、貫通開口160AO内側面の形状と同一形状を有する外側面、及び受動素子211の外側面の形状と同一形状を有する内側面を有する。
【0047】
図5は、図4で支持部160Aの第1貫通ホール160AHを拡大して示す図である。
図5を参照すると、導電性ポスト170は、絶縁部材161内に配置され、絶縁部材161は、円形の第1貫通ホール160AH内に配置される。
一実施形態で、導電性ポスト170は、約50μm~約300μmの幅W1を有する。
一実施形態で、絶縁部材161は、約5μm~約15μmの厚さW2を有する。
一実施形態で、第1貫通ホール160AHは、約55μm~約315μmの幅(W1+2W2)を有する。
【0048】
図6は、第1貫通ホール160AHを有する支持部160A、第2貫通ホール160BHを有し、傾斜して延在する側壁部160B、及び第4半導体ダイ153を覆う上板部160Cを含むヒートスラグ160を含む半導体パッケージ100を示す断面図である。
図6は、図7及び図8の平面図をC-C’線に沿って切断して示す断面図である。
図6を参照すると、ヒートスラグ160の上板部160Cは、第4半導体ダイ153を覆う。
【0049】
図1とは異なり、ヒートスラグ160の上板部160Cは、貫通開口を含まない。
熱界面材料(TIM)182は、第4半導体ダイ153の上部面の全体に配置されてヒートスラグ160の下部面に付着される。
ヒートスラグ160の上板部160Cは、第4半導体ダイ153の上部面の全体を覆うため、第4半導体ダイ153から生成される熱を効率的に放出することができ、パッケージオンパッケージ(PoP)デバイスの熱的特性を改善することができる。
一実施形態で、第4半導体ダイ153は、システムオンチップ(System On Chip:SOC)を含む。
一実施形態で、第4半導体ダイ153は、中央処理ユニット(Central Processing Unit:CPU)、グラフィック処理ユニット(Graphic Processing Unit:GPU)、メモリ、コントローラー、コーデック、センサー及び通信チップの内の少なくとも一つを含み得る。
【0050】
図6でヒートスラグ160の上板部160C、熱界面材料(TIM)182、及び第4半導体ダイ153以外の他の構成は、図1に記載した構成と同一である。
したがって、図6でヒートスラグ160の上板部160C、熱界面材料(TIM)182、及び第4半導体ダイ153以外の他の構成については、図1に記載した内容が同一に適用される。
また、図6の実施形態では受動素子211を示していないが、他の実施形態では受動素子211を含み得る。
【0051】
図7は、図6の半導体パッケージ100の断面図をA-A’線に沿って切断し、第2貫通ホール160BHを有する側壁部160B及び第4半導体ダイ153を覆う上板部を示す平面図である。
図7を参照すると、内側から外側に順次に、ヒートスラグ160、モールディング材180、及び導電性ポスト170が配置される。
第4半導体ダイ153は、A-A’線より下部に配置されるため、点線で示した。
ヒートスラグ160に第2貫通ホール160BHが配置される。
第2貫通ホール160BHの内部は、モールディング材180で満たされる。
図7でヒートスラグ160の上板部160C、熱界面材料(TIM)182、及び第4半導体ダイ153以外の他の構成は、図3に記載した構成と同一である。
したがって、図7でヒートスラグ160の上板部160C、熱界面材料(TIM)182、及び第4半導体ダイ153以外の他の構成については、図3に記載した内容が同一に適用される。
【0052】
図8は、図6の半導体パッケージ100の断面図をB-B’線に沿って切断し、ヒートスラグ160の内の第1貫通ホール160AHを有する支持部160Aを示す平面図である。
図8を参照すると、内側から外側に順次に、第4半導体ダイ153、モールディング材180、ヒートスラグ160、絶縁部材161、導電性ポスト170、及びモールディング材180が配置される。
熱界面材料(TIM)182は、B-B’線より上部で、第4半導体ダイ153と同一サイズを有し、第4半導体ダイ153上に配置される。
ヒートスラグ160に第1貫通ホール160AHが配置される。
図8の実施形態では受動素子211を示していないが、他の実施形態では受動素子211を含み得る。
図8で第4半導体ダイ153以外の他の構成は、図4に記載した構成と同一である。
したがって、図8で第4半導体ダイ153以外の他の構成については、図4に記載した内容が同一に適用される。
【0053】
図9は、第1貫通ホール160AHを有する支持部160A、第2貫通ホール160BHを有し、垂直に延在する側壁部160B、及び貫通開口160COを有する上板部160Cを含むヒートスラグ160を含む半導体パッケージ100を示す断面図である。
図9を参照すると、側壁部160Bは、支持部160Aと上板部160Cの水平方向における段差を考慮して垂直方向に延在される。
例えば、図1の実施形態で、3次元集積回路(3D IC)構造体130と反対方向におけるヒートスラグ160の外側表面は、少なくとも側壁部160Bで垂直及び水平方向に対して傾斜した表面を有する。
図9(及び一部の他の実施形態)の実施形態で、3次元集積回路(3D IC)構造体130と反対方向におけるヒートスラグ160の外側表面は、垂直及び水平方向に対する傾斜した表面を含まず、その代わりに垂直及び水平表面だけを含む。
図9で垂直方向に延在した側壁部160B以外の他の構成は、図1に記載した構成と同一である。
したがって、図9で垂直方向に延在された側壁部160B以外の他の構成については、図1に記載した内容が同一に適用される。
【0054】
図10は、第1貫通ホール160AHを有する支持部160A、第2貫通ホール160BHを有し、垂直に延在する側壁部160B、及び第4半導体ダイ153を覆う上板部160Cを含むヒートスラグ160を含む半導体パッケージ100を示す断面図である。
図10を参照すると、側壁部160Bは、支持部160Aと上板部160Cの水平方向における段差を考慮して垂直方向に延在される。
図10で垂直方向に延在された側壁部160B以外の他の構成は、図6に記載した構成と同一である。
したがって、図10で垂直方向に延在された側壁部160B以外の他の構成については、図6に記載した内容が同一に適用される。
図1図6図9、及び図10の実施形態で、ヒートスラグ160の側壁部160Bに第2貫通ホール160BHが対角線方向に延在して側壁部160Bを貫通する。
【0055】
図11は、第1貫通ホール160AHを有し、上板部160Cの最上面の高さまで延在する支持部160A、垂直に上板部160Cの最上面の高さまで延在する側壁部160B、及び第3貫通ホール160CHと貫通開口160COを有する上板部160Cを含むヒートスラグ160を含む半導体パッケージ100を示す断面図である。
図11を参照すると、ヒートスラグ160の支持部160Aと側壁部160B、及び支持部160A内の第1貫通ホール160AH内の絶縁部材161が上板部160Cの最上面の高さまで延在される。
本発明の一実施形態によれば、下部パッケージ内でヒートスラグ160が占める体積を増加させ、モールディング材180が占める体積を減少させることで、パッケージオンパッケージ(PoP)ディバイスで生成される熱をより効率的に放出させ、パッケージオンパッケージ(PoP)の熱的特性を改善することができる。
【0056】
上板部160Cは、モールディング材180をヒートスラグ160内側に移動させる第3貫通ホール160CHを含む。
第3貫通ホール160CHは、垂直に延在される。
他の実施形態で、上板部160Cの第3貫通ホール160CHを代替して、又は上板部160Cの第3貫通ホール160CHに追加して、側壁部160Bが第2貫通ホール160BHを含み得る。
図11でヒートスラグ160の支持部160Aと側壁部160B、及び支持部160A内の第1貫通ホール160AH内の絶縁部材161が上板部160Cの最上面の高さまで延在した以外の他の構成は、図9に記載した構成と同一である。
したがって、図11でヒートスラグ160の支持部160Aと側壁部160B、及び支持部160A内の第1貫通ホール160AH内の絶縁部材161が上板部160Cの最上面の高さまで延在した以外の他の構成については、図9に記載した内容が同一に適用される。
【0057】
図12は、第1貫通ホール160AHを有し、上板部160Cの最上面の高さまで延在する支持部160A、垂直に上板部160Cの最上面の高さまで延在する側壁部160B、及び第3貫通ホール160CHを有し、第4半導体ダイ153を覆う上板部160Cを含むヒートスラグ160を含む半導体パッケージ100を示す断面図である。
図12を参照すると、ヒートスラグ160の支持部160Aと側壁部160B、及び支持部160A内の第1貫通ホール160AH内の絶縁部材161が上板部160Cの最上面の高さまで延在される。
本発明の一実施形態によれば、下部パッケージ内でヒートスラグ160が占める体積を増加させ、モールディング材180が占める体積を減少させることで、パッケージオンパッケージ(PoP)で生成される熱をより効率的に放出させ、パッケージオンパッケージ(PoP)の熱的特性を改善することができる。
【0058】
上板部160Cは、モールディング材180をヒートスラグ160内側に移動させる第3貫通ホール160CHを含む。
他の実施形態で、上板部160Cの第3貫通ホール160CHを代替して、又は上板部160Cの第3貫通ホール160CHに追加して、側壁部160Bが第2貫通ホール160BHを含み得る。
図12でヒートスラグ160の支持部160Aと側壁部160B、及び支持部160A内の第1貫通ホール160AH内の絶縁部材161が上板部160Cの最上面の高さまで延在した以外の他の構成は、図10に記載した構成と同一である。
したがって、図12でヒートスラグ160の支持部160Aと側壁部160B、及び支持部160A内の第1貫通ホール160AH内の絶縁部材161が上板部160Cの最上面の高さまで延在した以外の他の構成については、図10に記載した内容が同一に適用される。
【0059】
図13図21では、本発明の実施形態による図1の半導体パッケージの製造方法を示す。
図1の半導体パッケージと、図2図6図9図10図11、及び図12の半導体パッケージは、ヒートスラグの形状で相違があり、ある場合には二つのダイ(140、150)が使用されるか一つのダイ153が使用されるかの相違があるに過ぎず、他の構成は同一であるため、図13図21の半導体パッケージの製造方法は、図2図6図9図10図11、及び図12の半導体パッケージにも適用される。
【0060】
図13は、本発明の実施形態による半導体パッケージ100の製造方法を説明するための断面図であり、キャリア220上に前面再配線構造体110を形成する段階を示す断面図である。
図13を参照すると、キャリア220上に前面再配線構造体110を形成する。
キャリア220は、例えば、ガラス又はシリコン酸化物のようなシリコン系材料、有機材料、又はアルミニウム酸化物のような他の材料、これら材料の任意の組み合わせなどであるか、これらを含み得る。
まず、キャリア220上に第1誘電体層111を形成する。
一実施形態で、第1誘電体層111は、感光性ポリマー層を含む。
感光性ポリマーは、フォトリソグラフィ工程を適用して微細パターンを形成することができる素材である。
【0061】
一実施形態で、第1誘電体層111は、再配線工程で使用されるフォトイメージアブル絶縁体(感光性絶縁体、Photoimageable Dielectric、:PID)であるか、これらを含み得る。
一実施形態として、フォトイメージアブル絶縁体(PID)は、ポリイミド系感光性ポリマー、ノボラック系感光性ポリマー、ポリベンズオキサゾール、シリコン(Silicone)系ポリマー、アクリレート系ポリマー、又はエポキシ系ポリマーであるか、これらを含み得る。
他の実施形態で、第1誘電体層111は、シリコン窒化物、シリコン酸化物などのような無機誘電体材料で形成される。
一実施形態で、第1誘電体層111は、CVD、ALD、又はPECVD工程で形成される。
【0062】
第1誘電体層111を形成した後、第1誘電体層111を選択的にエッチングしてビアホールを形成し、ビアホールに導電物質を満たして第1再配線ビア112を形成する。
その後、第1再配線ビア112及び第1誘電体層111上に第1誘電体層111を追加蒸着し、追加蒸着された第1誘電体層111を選択的にエッチングして開口を形成し、開口に導電物質を満たして第1再配線ライン113を形成する。
その後、第1再配線ライン113及び第1誘電体層111上に第1誘電体層111を追加蒸着し、追加蒸着された第1誘電体層111を選択的にエッチングしてビアホールを形成し、ビアホールに導電物質を満たして第2再配線ビア114を形成する。
【0063】
一実施形態で、第1再配線ビア112、第1再配線ライン113、及び第2再配線ビア114は、銅、アルミニウム、タングステン、ニッケル、金、スズ、チタン、及びこれらの合金の内の少なくとも一つであるか、これらを含み得る。
一実施形態で、第1再配線ビア112、第1再配線ライン113、及び第2再配線ビア114は、スパッタリング(Sputtering)工程を行って形成される。
他の実施形態で、第1再配線ビア112、第1再配線ライン113、及び第2再配線ビア114は、シード金属層を形成した後に電解メッキ工程を行って形成される。
【0064】
図14は、本発明の実施形態による半導体パッケージ100の製造方法を説明するための断面図であり、前面再配線構造体110上に第1半導体ダイ140を実装する段階を示す断面図である。
図14を参照すると、第1半導体ダイ140を前面再配線構造体110上に実装する。
第1半導体ダイ140の接続部材141が前面再配線構造体110の第2再配線ビア114にボンディングされて、第1半導体ダイ140と前面再配線構造体110が電気的に接続される。
一実施形態で、接続部材141は、マイクロバンプであるか、これらを含み得る。
【0065】
図15は、本発明の実施形態による半導体パッケージ100の製造方法を説明するための断面図であり、第1半導体ダイ140上に第2半導体ダイ150を実装する段階を示す断面図である。
図15を参照すると、第2半導体ダイ150を第1半導体ダイ140上に実装する。
第2半導体ダイ150は、接続部材151により第1半導体ダイ140にボンディングされる。
一実施形態で、接続部材151は、マイクロバンプを含み得る。
第1半導体ダイ140と第2半導体ダイ150との間に絶縁部材152を配置して接続部材151を囲む。
【0066】
絶縁部材152を第1半導体ダイ140と第2半導体ダイ150との間に配置して、第1半導体ダイ140と第2半導体ダイ150との間で発生するストレスを緩和させる。
一実施形態で、絶縁部材152は、非電導性フィルム(Non-Conductive Film:NCF)を含む。
一実施形態で、絶縁部材152は、MUF(Molded Under-Fill)を含む。
図6図10図12の実施形態で、二つのダイ(140、150)よりは一つのダイ153が使用される。
【0067】
図16は、本発明の実施形態による半導体パッケージ100の製造方法を説明するための断面図であり、前面再配線構造体110及び第1半導体ダイ140上にヒートスラグ160を付着する段階を示す断面図である。
図16を参照すると、前面再配線構造体110及び第1半導体ダイ140上にヒートスラグ160を付着する。
ヒートスラグ160の支持部160Aと側壁部160Bは、接着部材181により前面再配線構造体110上に付着される。
一実施形態で、接着部材181は、接着テープ、銀ペースト(Ag paste)、エポキシ樹脂又はポリイミドであるか、これらを含み得る。
ヒートスラグ160の上板部160Cは、熱界面材料(TIM)182により第1半導体ダイ140の上部面上に付着される。
一実施形態で、熱界面材料(TIM)182は、サーマルペースト、サーマルパッド、PCM(Phase Change Material)又は金属材料であるか、これらを含み得る。
一実施形態で、熱界面材料(TIM)182は、グリース(Grease)であるか、これらを含み得る。
【0068】
図16の実施形態によれば、ヒートスラグ160の第1貫通ホール160AH内に導電性ポスト170が配置される前にヒートスラグ160の第1貫通ホール160AHに絶縁部材161が予め形成されるが、他の実施形態で、ヒートスラグ160の第1貫通ホール160AH内に導電性ポスト170が配置された後にヒートスラグ160の第1貫通ホール160AHに絶縁部材161が形成され得る。
ヒートスラグ160を形成する時、一実施形態で、単一のヒートスラグ160は、初期に孔や開口がなくてもよい一体型統合部品で形成される。
次に、開口部160CO(図3参照)と第1及び第2(又は第3)貫通ホール(160AH、160BH(又は160CH))を形成した後、前面再配線構造体110及び第1半導体ダイ140(又は第4半導体ダイ153)上にヒートスラグ160を配置する。
絶縁部材161は、第1貫通ホール160AHが形成された後にヒートスラグ160が前面再配線構造体110及び第1半導体ダイ140(又は第4半導体ダイ153)上に配置される前に形成することもでき、ヒートスラグ160が前面再配線構造体110及び第1半導体ダイ140(又は第4半導体ダイ153)上に配置された後に形成することもできる。
【0069】
図17は、本発明の実施形態による半導体パッケージ100の製造方法を説明するための断面図であり、ヒートスラグ160の第1貫通ホール160AHに導電性ポスト170を形成する段階を示す断面図である。
図17を参照すると、ヒートスラグ160の第1貫通ホール160AHに導電性ポスト170を形成する。
導電性ポスト170は、前面再配線構造体110の上にボンディングされて垂直方向に形成される。
導電性ポスト170は、絶縁部材161によりヒートスラグ160の支持部160Aから離隔するように第1貫通ホール160AH内に配置される。
一実施形態で、導電性ポスト170は、スパッタリング(Sputtering)工程を行って形成される。
他の実施形態で、導電性ポスト170は、シード金属層を形成した後に電解メッキ工程を行って形成される。
一実施形態で、導電性ポスト170は、銅、アルミニウム、タングステン、ニッケル、金、銀、クロム、アンチモン、スズ、チタン、及びこれらの合金の内の少なくとも一つであるか、これらを含み得る。
【0070】
図18は、本発明の実施形態による半導体パッケージ100の製造方法を説明するための断面図であり、前面再配線構造体110上で第1半導体ダイ140、第2半導体ダイ150、ヒートスラグ160及び導電性ポスト170をモールディングする段階を示す断面図である。
図18を参照すると、第1半導体ダイ140、第2半導体ダイ150、ヒートスラグ160、及び導電性ポスト170を、前面再配線構造体110上でモールディング材180によりモールディングする。
モールディング材180は、第2貫通ホール160BHを通じてヒートスラグ160の内側に移動して第1半導体ダイ140をモールディングする。
【0071】
一部の実施形態として、モールディング材180でモールディングする工程は、圧縮モールディング(Compression Molding)又はトランスファモールディング(Transfer Molding)工程を含み得る。
一実施形態で、モールディング材180は、エポキシ樹脂(Epoxy resin)のような熱硬化性樹脂で形成される。
他の実施形態で、モールディング材180は、エポキシモールディングコンパウンド(EMC)であるか、エポキシモールディングコンパウンド(EMC)を含み得る。
モールディング工程後、モールディング材180の上部面のレベルを合わせるために化学的機械的研磨(chemical mechanical polishing:CMP)を行って、モールディング材180の上部面を平坦化する。
【0072】
図19は、本発明の実施形態による半導体パッケージ100の製造方法を説明するための断面図であり、モールディング材180上に後面再配線構造体190を形成する段階を示す断面図である。
図19を参照すると、モールディング材180上に後面再配線構造体190を形成する。
まず、モールディング材180上に第2誘電体層191を形成する。
一実施形態で、第2誘電体層191は、感光性ポリマー層であるか、これを含み得る。
感光性ポリマーは、フォトリソグラフィ工程を適用して微細パターンを形成することができる素材である。
【0073】
一実施形態で、第2誘電体層191は、再配線工程で使用されるフォトイメージアブル絶縁体(感光性絶縁体、Photoimageable Dielectric:PID)であるか、これを含み得る。
一実施形態として、フォトイメージアブル絶縁体(PID)は、ポリイミド系感光性ポリマー、ノボラック系感光性ポリマー、ポリベンズオキサゾール、シリコン(Silicone)系ポリマー、アクリレート系ポリマー、又はエポキシ系ポリマーであるか、これらを含み得る。
他の実施形態で、第2誘電体層191は、シリコン窒化物、シリコン酸化物などのような無機誘電体材料で形成される。
一実施形態で、第2誘電体層191は、CVD、ALD、又はPECVD工程で形成される。
【0074】
第2誘電体層191を形成した後、第2誘電体層191を選択的にエッチングしてビアホールを形成し、ビアホールに導電物質を満たして第3再配線ビア192を形成する。
その後、第3再配線ビア192及び第2誘電体層191上に第2誘電体層191を追加蒸着し、追加蒸着された第2誘電体層191を選択的にエッチングして開口を形成し、開口に導電物質を満たして第2再配線ライン193を形成する。
その後、第2再配線ライン193及び第2誘電体層191上に第2誘電体層191を追加蒸着し、追加蒸着された第2誘電体層191を選択的にエッチングしてビアホールを形成し、ビアホールに導電物質を満たして第4再配線ビア194を形成する。
一実施形態で、第3再配線ビア192、第2再配線ライン193、及び第4再配線ビア194は、銅、アルミニウム、タングステン、ニッケル、金、スズ、チタン及びこれらの合金の内の少なくとも一つで形成されるか、これらを含み得る。
一実施形態で、第3再配線ビア192、第2再配線ライン193、及び第4再配線ビア194は、スパッタリング(Sputtering)工程を行って形成される。
他の実施形態で、第3再配線ビア192、第2再配線ライン193、及び第4再配線ビア194は、シード金属層を形成した後に電解メッキ工程を行って形成される。
【0075】
図20は、本発明の実施形態による半導体パッケージ100の製造方法を説明するための断面図であり、後面再配線構造体190上に第3半導体ダイ210を実装する段階を示す断面図である。
図20を参照すると、第3半導体ダイ210を後面再配線構造体190上に実装する。
第3半導体ダイ210の接続部材213が後面再配線構造体190の第4再配線ビア194にボンディングされて、第3半導体ダイ210と後面再配線構造体190が電気的に接続される。
一実施形態で、接続部材213は、マイクロバンプ又はソルダボールであるか、これらを含み得る。
【0076】
図21は、本発明の実施形態による半導体パッケージ100の製造方法を説明するための断面図であり、前面再配線構造体110からキャリア220を除去する段階を示す断面図である。
図21を参照すると、前面再配線構造体110の下部面からキャリア220を除去する。
【0077】
尚、本発明は、上述の実施形態に限られるものではない。本発明の技術的範囲から逸脱しない範囲内で多様に変更実施することが可能である。
【符号の説明】
【0078】
100 半導体パッケージ
110 前面再配線構造体
111 第1誘電体層
112 第1再配線ビア
113 第1再配線ライン
114 第2再配線ビア
120 外部接続構造体
121 導電性パッド
122、212 絶縁層
123 外部接続部材
130 3次元集積回路構造体
140 第1半導体ダイ
141、151、181、213 接続部材
150 第2半導体ダイ
152、161 絶縁部材
160 ヒートスラグ
160A 支持部
160AH 第1貫通ホール
160AO 貫通開口
160B 側壁部
160BH 第2貫通ホール
160C 上板部
160CO 貫通開口
170 導電性ポスト
180 モールディング材
182 熱界面材料(TIM)
190 後面再配線構造体
191 第2誘電体層
192 第3再配線ビア
193 第2再配線ライン
194 第4再配線ビア
210 第3半導体ダイ
211 受動素子
図1
図2
図3
図4
図5
図6
図7
図8
図9
図10
図11
図12
図13
図14
図15
図16
図17
図18
図19
図20
図21