(57)【要約】【課題】ボトムパッケージの増大した半導体デバイス密度を実現することができるスタック半導体パッケージアセンブリを提供する。【解決手段】基板には、周縁のはんだボールZ相互接続を用いてスタック可能なパッケージが設置されるボトムパッケージのモールドキャップを収容できるように寸法取りされた開口が設けられている。【選択図】図５
2008226863.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
その上にスタック可能なパッケージが設置されるパッケージのモールドキャップを収容できるように形成されて寸法取りされた略中央に位置する開口を具備することを特徴とするスタック可能なパッケージ基板。
【請求項２】
その上にスタック可能なパッケージが設置されるパッケージのモールドキャップを収容できるように形成されて寸法取りされた略中央に位置する開口を具備する基板の上に設けられるダイを備えることを特徴とするスタック可能なパッケージ。
【請求項３】
その上にスタック可能なパッケージが設置されるパッケージのモールドキャップを収容できるように形成されて寸法取りされた略中央に位置する開口を有する基板の上に設けられるダイを備えるパッケージを具備することを特徴とするスタックパッケージアセンブリ。
【請求項４】
周縁のはんだボールZ相互接続を用いて第1パッケージに設置される第2パッケージを備えるスタックパッケージアセンブリであって、前記第1パッケージは、第1パッケージ基板のダイ取付面に貼り付けられる少なくとも1つの第1パッケージダイを備え、前記第1パッケージダイは、モールドキャップによって封入され、前記第2パッケージは、枠基板のダイ取付面に設置される少なくとも1つの第2パッケージダイを備え、前記枠基板は、開口を囲む枠形状であり、該開口は、パッケージが設置された際に前記ボトムパッケージの前記モールドキャップを収容できるように形成されて寸法取りされていることを特徴とするスタックパッケージアセンブリ。
【請求項５】
前記枠基板は、少なくとも前記開口端部に近接した周縁のダイ取付端をダイ取付面に備えることを特徴とする請求項4に記載のスタックパッケージアセンブリ。
【請求項６】
前記枠基板は、前記第2パッケージダイの電気的相互接続のために、少なくとも1つの外側枠端縁に沿う少なくとも1つのワイヤボンドサイトの列を前記ダイ取付面に備えることを特徴とする請求項4に記載のスタックパッケージアセンブリ。
【請求項７】
前記枠基板は、前記第1パッケージの前期基板の対応するZ相互接続パッドと位置が合うように配置される複数のZ相互接続ボールパッドを前記ダイ取付面とは反対側の面に備えることを特徴とする請求項4に記載のスタックパッケージアセンブリ。
【請求項８】
前期枠基板の前記開口は、パッケージが設置された際に、前記ボトムパッケージの前記モールドキャップを収容できるように形成されて寸法取りされていることを特徴とする請求項4に記載のスタックパッケージアセンブリ。
【請求項９】
前記モールドキャップは、前期枠基板の開口のスペース内に突出していることを特徴とする請求項4に記載のスタックパッケージアセンブリ。
【請求項１０】
前記開口は、略四角形であることを特徴とする請求項4に記載のスタックパッケージ。
【請求項１１】
前記開口は、略正方形であることを特徴とする請求項10に記載のスタックパッケージ。
【請求項１２】
前記開口は、少なくとも前記モールドキャップのフットプリントと同じ大きさであることを特徴とする請求項4に記載のスタックパッケージ。
【請求項１３】
前記開口は、少なくとも前記モールドキャップ面と同じ大きさであることを特徴とする請求項4に記載のスタックパッケージ。
【請求項１４】
前記モールドキャップのフットプリントは、モールドキャップ面よりも大きく、前記開口は、モールドキャップフットプリントの大きさとモールドキャップの上面の大きさとの間の範囲内に寸法取りされていることを特徴とする請求項4に記載のスタックパッケージ。
【請求項１５】
前記第1パッケージは、ボールグリッド配列パッケージであることを特徴とする請求項4に記載のスタックパッケージ。
【請求項１６】
前記第1パッケージは、ワイヤボンドにて第1パッケージ基板上に設置されて相互接続される少なくとも1つのダイを備えることを特徴とする請求項4に記載のスタックパッケージ。
【請求項１７】
前記第1パッケージは、フリップチップ相互接続にて第1パッケージ基板上に設置される少なくとも1つのダイを備えることを特徴とする請求項4に記載のスタックパッケージ。
【請求項１８】
スタック可能な半導体パッケージの製造方法であって、
ダイ取付面と反対面とモールドキャップを収容できるように形成して寸法取りされる開口とを備え、前記反対面上の列または配列にZ相互接続はんだボールパッドを備える枠基板を形成し、
該枠基板のダイ取付面のダイ取付領域に少なくとも1つのダイを設置すると共にワイヤボンドによって前記基板のダイ取付面上にダイを電気的に相互接続し、前期枠基板のダイ取付面上のダイと相互接続とをカプセル化し、反対面上の前記はんだボールパッドにZ相互接続はんだボールを設置することを特徴とするスタック可能な半導体パッケージの製造方法。
【請求項１９】
スタックパッケージアセンブリの製造方法であって、
モールドキャップ側に周縁のZ相互接続はんだボールパッドを有する第1パッケージ基板のモールドキャップ側に設置されるダイを備えるモールドされた第1パッケージを形成し；
請求項１８に記載の製造方法によってスタック可能な第2パッケージを形成し；
前期枠基板の反対面上の前記はんだボールパッドにZ相互接続はんだボールを設置し；
前記第2パッケージのZ相互接続はんだボールが前記第1パッケージのそれぞれのはんだボールパッドに位置合わせされるように第2パッケージを第1パッケージと位置合わせし；
前記ボールパッドに前記はんだボールを接触させると共に第1及び第2パッケージ基板の設置と電気的相互接続とを完成するようリフローすることを特徴とするスタックパッケージアセンブリの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本出願は、「くりぬかれた基板を備えるスタック半導体パッケージアッセンブリ」と題される2005年5月31日にファイルされた米国仮出願No.60/686,283に基づく優先権を主張する。該仮出願は、ここに参照することによってここに組込まれる。
【０００２】
本発明は、半導体パッケージングに関する。
【背景技術及び発明が解決しようとする課題】
【０００３】
携帯電話、モバイル・コンピューティング、及び様々な消費者製品などのポータブル電気製品は、最も低いコストで制限されたフットプリントと最小厚さ及び重量とにおいてより高い半導体機能と性能とを必要としている。このことは、個々の半導体チップの一体化を増大させるように産業を動かした。
【０００４】
パッケージの機能と性能とを増大させる1つのアプローチにおいて、一体化は「Z軸」上、すなわち、チップを積み重ねることによって実行され、1つのパッケージに最大7つのチップのスタックが利用されている。このことは、1つのチップパッケージのフットプリントを備えると共に継続的に減少する厚さを得る密度の高いチップ構成をもたらす。スタックダイパッケージのコストは、単一のダイパッケージのコストより単に増加して高くなるだけで、アセンブリ体は、個々のパッケージにてダイをパッケージするのに比べて優位な最終コストを保証するのに十分に高くなっている。
【０００５】
スタックダイパッケージにおいて積み重ねられ得るチップ数に関する実用的な制限は、スタックダイパッケージの低い最終試験体である。必然的に、パッケージのダイのいくつかはある程度不完全になるであろうし、従って、最終的なパッケージ試験体は、それぞれが常に100%より小さい個々のダイ試験体になるであろう。このことは、例え2つのダイのみがパッケージにスタックされるとしても、それらのうちの一方が設計の複雑さまたは技術のために低い生産物となり、特に問題である。
【０００６】
「Z軸」上で一体化することへの他のアプローチは、マルチパッケージモジュールを形成するようにダイパッケージをスタックすることである。スタックされたパッケージは、スタックダイパッケージに比べてたくさんの利点をもたらす。例えば、従来のスタックボールグリッド配列パッケージの例は、「スタックパッケージ間のワイヤボンド相互接続を具備する半導体マルチパッケージモジュール」と題され、2003年8月2日にファイルされた米国出願No.10/632,549の背景技術にて説明される。それは、ここに参照されることによってここに組み込まれる。
【０００７】
例えば、そのダイを有する個々のパッケージは、パッケージがスタックされる前に、電気的にテストされると共にそれが申し分ない性能を示すまで拒絶される。結果的に、最終的なスタックマルチパッケージモジュールの生産高は最大化する。
【０００８】
各ダイまたは複数のダイは、性能を最大化しコストを最小化するように、ワイヤボンドまたはフリップチップなどのチップタイプと構成とに対して最も効率的な第一レベル相互接続技術を用いて、スタックにてそれぞれのパッケージにパッケージされる。
【０００９】
スタックマルチパッケージモジュールのパッケージ間のZ相互接続は、製造可能性、設計柔軟性、およびコストの観点から重大な技術である。提案されているZ相互接続は、周縁のはんだボール接続を含んでいる。スタックマルチパッケージモジュールにてZ相互接続に周縁のはんだボールを利用することは、形成され得る接続の数を制限すると共に設計柔軟性を制限し、結果としてより厚くより高いコストのパッケージを生じる。
【００１０】
図1は、一般に「パッケージ−オン−パッケージ」アセンブリとして知られている従来のマルチパッケージモジュールの例の構成を示す断面概略図であり、その中では、スタックパッケージ間のZ相互接続は、はんだボールによって形成されている。この例における第1パッケージ(「ボトム」パッケージ)は、ダイ取付接着剤を用いて「ボトム」パッケージ基板12のダイ取付面上に設置されるダイを有する従来のボールグリッド配列パッケージとしてもよい。ボトムパッケージ基板は、少なくとも1つの金属層(2つは図1に例示される)を有する。ボトムパッケージダイは、ワイヤボンドによってボトム基板に電気的に接続され、ボトムパッケージダイとワイヤボンドとは、モールドキャップに封入される。ボトムパッケージ基板は、例えば、その中にパッケージが配備されるデバイスのマザーボード(図示しない)などの電気回路に、この例においては第二レベル相互接続はんだボール18によって電気的に相互接続される。この例において、第2パッケージ（「トップ」パッケージ）は、一方が他方の上に設置され、ダイ取付接着剤を使って「トップ」パッケージ基板14上に貼り付けられる2のダイを有する。ボトムパッケージ基板は、少なくとも1つの金属層(図1では2つが例示される)を有する。トップパッケージダイは、ワイヤボンドによってトップ基板に電気的に相互接続され、トップ基板のダイ取付面とそれに設置されたすべての構成とはカプセル化される。従って、この例において、トップパッケージは、ボトムパッケージ上にスタックされ、トップパッケージ基板のボトムパッケージのモールドキャップとの干渉なしでZ相互接続を達成するようにトップパッケージのZ相互接続はんだボール16がトップパッケージ基板14の周縁に配置されていることを除いて、ボトムパッケージに構成において類似する。
【００１１】
はんだマスクは、電気接続のためのボンドサイト、例えばワイヤボンドとはんだボールとをボンディングするためのワイヤボンドサイト及びボンドパッドにて基礎的な金属を露出するように基板12，14の面にて金属層上に模様付けされる。
【００１２】
図1のパッケージ−オン−パッケージモジュールにおけるZ相互接続は、トップパッケージ基板14の下側の金属層上の周縁のボンディングパッドに取付けられたはんだボール16を、ボトムパッケージ基板12の上側の金属層上の周縁のボンディングパッド上へリフローすることによって成される。この構成において、トップ及びボトムパッケージの間の距離hは、少なくともボトムパッケージのモールドキャップの高さと同じくらい大きくなければならず、その距離は(他の要素のボトムパッケージダイの厚さとモールド材料の流動率とに依存している)、0.3mm以上でもよく、一般に0.5mmと1.5mm以上との間の範囲である。従って、Z相互接続はんだボール16は、それらがリフローされる際にボトム基板のボンディングパッドとの良好な接触状態を形成するよう、十分に大きい直径でなければならない；すなわち、Z相互接続はんだボールの直径は、カプセル体の高さより大きくなければならない。より大きなボールの直径は、より大きなボールピッチをもたらし、パッケージ間で形成し得るZ相互接続の数を制限して、利用可能なスペースに適合し得るボールの数を次々と制限する。与えられたピッチでのより多くのボールは、ボールの追加の列を足すことによって対応される；しかし、これは、更なる基板領域をZ相互接続に費やすことを必要とし、このことは、結果として、与えられたボトムパッケージダイの大きさに対してパッケージフットプリントの増大を生じる。前記問題は、ボトムパッケージが2つ以上の積み重ねられたダイを備える場合に、追加のダイが全体的なモールドキャップ厚さを増大させるので悪化する。いくつかのボトムパッケージの構成については、周縁のはんだボールZ相互接続を用いた従来のパッケージ−オン−パッケージ構成は実行不可能であるかもしれない。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明は、「くりぬかれた」基板を備えるスタック可能な半導体パッケージに関する；すなわち、基板には、周縁のはんだボールZ相互接続を用いてスタック可能なパッケージが設置されるボトムパッケージのモールドキャップを収容できるように寸法取りされた開口が設けられている。
【００１４】
1つの一般的な側面において、本発明は、その上にスタック可能なパッケージが設置されるパッケージのモールドキャップを収容できるように形成されて寸法取りされた概ね中央に位置した開口を具備するスタック可能なパッケージ基板を特徴とする。それに応じて、前記基板は、開口を取り囲む枠形状である。ダイ取付面において、枠基板は、周縁のダイ取付端が少なくとも開口端部付近に対応し、そして、枠上に設置されるダイの電気的相互接続のために、少なくとも1つの外側枠端縁に略平行に2列以上配置又は配列したワイヤボンドサイトのうち少なくとも1つの列に対応している。前記ダイ取付面の反対面において、前記枠基板は、スタック可能なパッケージが設置されるパッケージの基板上の対応するZ相互接続パッドに位置が合うように配置または配列されるZ相互接続ボールパッドのうち少なくとも1つの列を提供する。
【００１５】
他の一般的な側面において、本発明は、そのような枠基板を備えるスタック可能なパッケージを特徴とする。
【００１６】
他の一般的な側面において、本発明は、周縁のはんだボールZ相互接続を用いて第1パッケージに設置された第2パッケージを具備するスタックパッケージアセンブリを特徴とする。第1パッケージ(「ボトム」パッケージと称される)は、モールドキャップによってダイが封入される第1パッケージ基板のダイ取付面に貼り付けられる少なくとも1つのダイを具備する。第2パッケージ(「トップ」パッケージと称される)は、枠基板に設置される少なくとも1つのダイを具備する。枠基板は、開口を取り囲む枠形状をなしている。ダイ取付面において、枠基板は、周縁のダイ取付端が少なくとも開口端部付近に対応し、そして、枠上に設置されるダイの電気的相互接続のために、少なくとも1つの外側枠端縁に略平行に2列以上配置または配列したワイヤボンドサイトのうち少なくとも1つの列に対応している。前記ダイ取付面の反対面において、前記枠基板は、スタック可能なパッケージが設置されるパッケージの基板上の対応するZ相互接続パッドに位置が合うように配置または配列されるZ相互接続ボールパッドのうち少なくとも1つの列を提供する。基板の前記開口は、前記パッケージが設置される際に、ボトムパッケージのモールドキャップを収容できるように形成されて寸法取りされる；すなわち、前記アセンブリにおいて、モールドキャップは枠基板の開口にて形成されるスペース内に突出する。
【００１７】
いくつかの実施形態において、前記開口は、略長方形または正方形のモールドキャップを収容できるように、例えば略正方形の略四角形である。前記開口は、Z相互接続が完成された際に、突出しているモールドキャップを収容できるように少なくとも十分な大きさでなければならない。いくつかの実施形態において、前記開口は、少なくともモールドキャップのフットプリントと同じくらいの大きさである。ここで、前記モールドキャップは下側のパッケージ基板面に接触する；いくつかの実施形態において、前記モールドキャップが傾斜面を有する場合、前記開口は、モールドキャップフットプリントの大きさとモールドキャップの上面の大きさとの間の範囲内に寸法取りすることで、モールドキャップフットプリントより多少小さくすることができる。
【００１８】
いくつかの実施形態において、前記第1(ボトム)パッケージは、ボールグリッド配列パッケージであり、ワイヤボンドによって第1パッケージ基板上に設置されて相互接続される1つ以上のダイを具備する、或いは、フリップチップ相互接続によって基板上に設置される1つ以上のダイを具備する。
【００１９】
他の一般的な側面において、本発明は、スタックパッケージ−オン−パッケージアセンブリの製造方法を特徴とする：ダイとモールドキャップとが形成される面上の列または配列の中に周縁のZ相互接続はんだボールパッドを有するモールドされた第1パッケージを形成し；ダイ取付面と反対面と前記モールドキャップを収容できるように形成して寸法取りされる開口とを備え、前期反対面上の列または配列の中にZ相互接続はんだボールパッドを備える枠基板を形成し、前記枠基板のダイ取付面に少なくとも1つのダイを設置してワイヤボンドによって前記基板のダイ取付面上に前記ダイを電気的に相互接続し、前記枠基板のダイ取付面上の前記ダイと相互接続とをカプセル化し、前記反対面上のはんだボールパッドにZ相互接続はんだボールを設置することによって、スタック可能な第2パッケージを形成し；前記第2パッケージのZ相互接続はんだボールが前記第1パッケージのそれぞれのはんだボールパッドに位置合わせされるように第2パッケージを第1パッケージと位置合わせし、そして、前記ボールパッドに前記はんだボールを接触させると共に第1及び第2パッケージ基板の設置と電気的相互接続とを完成するようリフローする。いくつかの実施形態において、アセンブリはオーバーモールドされ得る。
【００２０】
本発明に係るスタック可能なパッケージ基板は、その上にスタック可能なパッケージが設置されるパッケージのモールドキャップを収容できるように形成されて寸法取りされた略中央に位置する開口を具備することを特徴とする。
【００２１】
また、本発明に係るスタック可能なパッケージは、その上にスタック可能なパッケージが設置されるパッケージのモールドキャップを収容できるように形成されて寸法取りされた略中央に位置する開口を具備する基板の上に設けられるダイを備えることを特徴とする。
【００２２】
また、本発明に係るスタックパッケージアセンブリは、その上にスタック可能なパッケージが設置されるパッケージのモールドキャップを収容できるように形成されて寸法取りされた略中央に位置する開口を有する基板の上に設けられるダイを備えるパッケージを具備することを特徴とする。
【００２３】
また、本発明に係るスタックパッケージアセンブリは、周縁のはんだボールZ相互接続を用いて第1パッケージに設置される第2パッケージを備えるスタックパッケージアセンブリであって、前記第1パッケージは、第1パッケージ基板のダイ取付面に貼り付けられる少なくとも1つの第1パッケージダイを備え、前記第1パッケージダイは、モールドキャップによって封入され、前記第2パッケージは、枠基板のダイ取付面に設置される少なくとも1つの第2パッケージダイを備え、前記枠基板は、開口を囲む枠形状であり、該開口は、パッケージが設置された際に前記ボトムパッケージの前記モールドキャップを収容できるように形成されて寸法取りされていることを特徴とする。
【００２４】
更に、請求項4に記載のスタックパッケージアセンブリにおいて、前記枠基板は、少なくとも前記開口端部に近接した周縁のダイ取付端をダイ取付面に備えることが好ましい。
【００２５】
また更に、請求項4に記載のスタックパッケージアセンブリにおいて、前記枠基板は、前記第2パッケージダイの電気的相互接続のために、少なくとも1つの外側枠端縁に沿う少なくとも1つのワイヤボンドサイトの列を前記ダイ取付面に備えることが好ましい。
【００２６】
更に、請求項4に記載のスタックパッケージアセンブリにおいて、前記枠基板は、前記第1パッケージの前期基板の対応するZ相互接続パッドと位置が合うように配置される複数のZ相互接続ボールパッドを前記ダイ取付面とは反対側の面に備えることが好ましい。
【００２７】
また更に、請求項4に記載のスタックパッケージアセンブリにおいて、前期枠基板の前記開口は、パッケージが設置された際に、前記ボトムパッケージの前記モールドキャップを収容できるように形成されて寸法取りされていることが好ましい。
【００２８】
更に、請求項4に記載のスタックパッケージアセンブリにおいて、前記モールドキャップは、前期枠基板の開口のスペース内に突出していることが好ましい。
【００２９】
また更に、請求項4に記載のスタックパッケージにおいて、前記開口は、略四角形であることが好ましい。
【００３０】
更に、請求項10に記載のスタックパッケージにおいて、前記開口は、略正方形であることが好ましい。
【００３１】
また更に、請求項4に記載のスタックパッケージにおいて、前記開口は、少なくとも前記モールドキャップのフットプリントと同じ大きさであることが好ましい。
【００３２】
更に、請求項4に記載のスタックパッケージにおいて、前記開口は、少なくとも前記モールドキャップ面と同じ大きさであることが好ましい。
【００３３】
また更に、請求項4に記載のスタックパッケージにおいて、前記モールドキャップのフットプリントは、モールドキャップ面よりも大きく、前記開口は、モールドキャップフットプリントの大きさとモールドキャップの上面の大きさとの間の範囲内に寸法取りされていることが好ましい。
【００３４】
更に、請求項4に記載のスタックパッケージにおいて、前記第1パッケージは、ボールグリッド配列パッケージであることが好ましい。
【００３５】
また更に、請求項4に記載のスタックパッケージにおいて、前記第1パッケージは、ワイヤボンドにて第1パッケージ基板上に設置されて相互接続される少なくとも1つのダイを備えることが好ましい。
【００３６】
更に、請求項4に記載のスタックパッケージにおいて、前記第1パッケージは、フリップチップ相互接続にて第1パッケージ基板上に設置される少なくとも1つのダイを備えることが好ましい。
【００３７】
また、本発明に係るスタック可能な半導体パッケージの製造方法は、スタック可能な半導体パッケージの製造方法であって、
ダイ取付面と反対面とモールドキャップを収容できるように形成して寸法取りされる開口とを備え、前記反対面上の列または配列にZ相互接続はんだボールパッドを備える枠基板を形成し、
該枠基板のダイ取付面のダイ取付領域に少なくとも1つのダイを設置すると共にワイヤボンドによって前記基板のダイ取付面上にダイを電気的に相互接続し、前期枠基板のダイ取付面上のダイと相互接続とをカプセル化し、反対面上の前記はんだボールパッドにZ相互接続はんだボールを設置することを特徴とする。
【００３８】
また、スタックパッケージアセンブリの製造方法であって、
モールドキャップ側に周縁のZ相互接続はんだボールパッドを有する第1パッケージ基板のモールドキャップ側に設置されるダイを備えるモールドされた第1パッケージを形成し；
請求項１８に記載の製造方法によってスタック可能な第2パッケージを形成し；
前期枠基板の反対面上の前記はんだボールパッドにZ相互接続はんだボールを設置し；
前記第2パッケージのZ相互接続はんだボールが前記第1パッケージのそれぞれのはんだボールパッドに位置合わせされるように第2パッケージを第1パッケージと位置合わせし；
前記ボールパッドに前記はんだボールを接触させると共に第1及び第2パッケージ基板の設置と電気的相互接続とを完成するようリフローすることが好ましい。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３９】
本発明は、本発明の選択的な実施形態を示す図面を参照することによって、ここにさらに詳しく説明される。図は、本発明の特徴と、それらと他の特徴及び構成との関係とを示す概略図であり、一定の比率ではない。説明の一層の明確化のために、本発明の実施形態を示す図において、他の図面において示される要素と一致する要素すべては、すべての図においてすぐに同一視可能であるが、特に名称を付けているわけではない。
【００４０】
ここで図2に変って、本発明の1側面にかかるスタックパッケージアセンブリの例の断面図が示されている。この例において、第1(「ボトム」)パッケージ21は、モールドされたスタックされたダイボールグリッド配列パッケージである。それは2つのダイを含み、下側のダイは「ボトム」パッケージ基板22のダイ取付面上に搭載され、上側のダイは下側のダイ上に搭載される。この例におけるボトムパッケージ基板は、2つの金属層、誘電体層のそれぞれの面の層を有する。金属層は、バイアスによって接続される。はんだマスクは、金属層のそれぞれに横たわり、ワイヤボンドサイトやはんだのボールパッドなどの電気接続のための金属層上のサイトを露出するように模様付けされる。前記ダイは、ダイ取付エポキシ樹脂またはフィルム接着剤などのダイ取付接着剤を用いて設置される。前記ダイは、ボトム基板のダイ取付面の金属層上で露出されたサイトにダイ上のパッドを接続しているワイヤボンドによってボトム基板22に電気的に相互接続され、ダイとワイヤボンドとはモールドキャップのカプセル体によって封入されている。
【００４１】
標準のボールグリッド配列パッケージは、例えば、「スタックされたパッケージ間にワイヤボンド相互接続を具備する半導体マルチパッケージモジュール」と題される2003年8月2日にファイルされた米国特許出願番号10/632,549の背景技術にて説明される。それは、ここに参照することによってここに読み込まれる。
【００４２】
図2の本発明の実施形態において、「トップ」パッケージ23は、「枠」基板24上に2つのダイを有する。すなわち、前記トップパッケージ基板24は、図4(A)及び図4(B)の断面図と平面図とで示される開口を取り囲む枠形状を成している。前記ダイ取付面（「上位」側）では、前期枠基板は、周縁のダイ取付領域が少なくとも開口端部に近接して対応している；そして、前記枠に設置されたダイの電気的相互接続のために、少なくとも1つの外側枠端縁に沿って配置または配列されたワイヤボンドサイトのうち少なくとも1つの列に対応している。この例において、前記開口は、パッケージが設置された場合に、略正方形状のボトムパッケージモールドキャップを収容できるように寸法取りされて略正方形状になっている；すなわち、前記アセンブリにおいては、モールドキャップは前記枠基板の開口にて形成されるスペース内に突出している。また、この例において、前記ダイ取付領域は、正方形の開口のうち4つの側部すべての端部を含んでいる。前記第1ダイは、FIG. 4(B)に示す破線46によって示される領域内で前記開口端部にダイ取付接着剤を用いて貼り付けられる。前記第2ダイは、ダイ取付接着剤を用いて前記第1ダイに貼り付けられ、ダイは前記トップ基板のダイ取付面の金属層上で露出されたサイトにダイ上のパッドを接続するワイヤボンドによってトップ基板24に相互接続される。ダイ取付面と反対側の面では、枠基板24は、ボトムパッケージの基板の対応するZ相互接続パッドと位置が合うように配置または配列された少なくとも1つのZ相互接続ボールパッドの列に対応している。Z相互接続はんだボール26は、ボールパッドに搭載されて、その後、トップ24及びボトム22基板の間で前記相互接続を形成するためにリフローされる。第二レベル相互接続はんだボール28は、マザーボードなどの基礎的な電気回路をなすアセンブリの相互接続のための前記ボトム基板22の下面(「ランド」)の第二レベル相互接続サイトに取付けられる。
【００４３】
ここで特に図4(A)と4(B)とを参照すると、枠基板44は、開口40を有して示されている。該枠基板は、周囲に配置されたボンドフィンガー48が設けられるダイ取付（上位）面45を具備している。この例においては、ボンドフィンガー48は基板44の外側端縁43にて隣接している。図4(B)において破線46で規定されたダイ取付領域は、枠基板44の内側端部に枠基板44の開口40の端縁41に隣接して配置される。
【００４４】
図2において示す本発明にかかるアセンブリのように、ボトムパッケージモールドキャップは、枠基板の開口の中に突出している。前記はんだボールは、モールドキャップのトップとトップパッケージの第1ダイの下面との間の開口でのクリアランスを形成するのに十分な大きさとなっている；そして、前記開口は、開口端縁とモールドキャップとの間にクリアランスが存在するように寸法取りされている。いくつかの実施形態(例えば図6)において、前記アセンブリはオーバーモールドされており、そのような実施形態においては、カプセル化処理中にモールディングコンパウンドが流れるように、モールドキャップとダイとの間及びモールドキャップと開口端縁との間に十分な距離が形成されなければならない。
【００４５】
また、図2に示すように、この例において、図1の従来のパッケージのように、前記Zレベル相互接続はんだボールは、トップ及びボトムパッケージの間の距離hを形成するような大きさとされている。本発明に係るトップパッケージ基板は枠基板であるので、図2の例においては、従来のパッケージ−オン−パッケージモジュールにて適応することができるモールドキャップよりもずっと厚いモールドキャップ(この例において、2つのスタックされたダイをカバーしている)が適用される。これは、前記アセンブリのボトムパッケージの増大した半導体デバイス密度を実現する。
【００４６】
図2に例示するように、アセンブリが形成されると共にZ相互接続が完成すると、前記第二レベル相互接続ボール28は、アセンブリが配備されるデバイスの電気回路(図示しないマザーボードなど)とのアセンブリの相互接続のために、第1パッケージ基板の下面のはんだボールパッドに設置される。
【００４７】
本発明の他の実施形態の例が図3に示されている。本実施形態において、前記ボトムパッケージ31は1つのダイを備え、前記モールドキャップは、図1で例示する従来のパッケージ−オン−パッケージモジュールと同じ厚さになっている。しかし、ここでは、本発明に係る前記トップパッケージ基板24は枠基板であるので、モールドキャップは開口内に収容される。それに応じて、トップ及びボトム基板の間の距離tは、従来のパッケージ−オン−パッケージアセンブリのそれ(h)より小さく形成されている。これは、より小さなZ相互接続はんだボール36の利用を可能にする。言い換えると、より小さなZ相互接続ボールの使用は、より小さなボールピッチを許容し、より密度の高い相互接続ルーティングの利用を可能にし、従って、相互接続するためのいかなる追加基板領域の貢献も必要とせずに(または、いくつかのデザインにおいて、相互接続するためのより少ない基板領域の貢献を必要とせずに)、従来のアセンブリよりも多くのパッケージ間相互接続を実現している。第二レベル相互接続はんだボール38は、マザーボードなどの基礎的な電気回路への前記アセンブリの相互接続のために前記ボトム基板32の下面(「ランド」)上の第二レベル相互接続サイトに取付けられる。
【００４８】
本発明に係るトップパッケージは、概ね図5(A)乃至5(E)で例示されるようなステージ（段階）にて形成され、本発明に係るアセンブリは、図5(E)、図5(F)、および図5(G)で例示されるようにして形成される。図5(A)は、金属層が適切に模様付けされる従来の基板素材から形成されるトップ基板フレーム44を示し、前記開口は、従来のツールを用いて打抜かれ又は切られて形成されている。ここで示される例の基板は、間に誘電体層を具備する2つの金属層を備え、該金属層は誘電体層を通してバイアスによって接続される。他の基板タイプは、トップ基板に用いられてもよく、例えば、2乃至6つの金属層を具備するラミネート、或いは4乃至8つの金属層を具備する積層基板、或いは1または2つの金属層を具備する柔軟なポリイミドテープ、或いはセラミック多層基板を含む。一般に、基板は、従来の模様付け方法と積層方法とによって、金属層のデザインについて開口を考慮して構成され得、そして、開口は、切られて又は打抜かれて形成される。通常、基板は、ストリップにおいて基板の列または配列として形成され、それから、個々のパッケージは、完成への何れかの段階で切断または打抜きがなされる。
【００４９】
第1ダイ514は、図5(B)に示すように、前記枠基板の開口端縁の余白部分でダイ取付領域にダイ取付接着剤513を用いて設置される。ダイはアクティブ面を上にして設置される。いくつかの実施形態において、ダイは、開口端縁全体(またはすべてのエッジ)に隣接して余白部分に取付けられる。他の実施形態において、ダイは、1つの寸法において開口より幅狭にしてもよく、そのような実施形態においては、ダイは、例えば略長方形または正方形の開口の対向端縁のような開口の一部分のみでの端縁に隣接する余白部分に取り付けられてもよい。第2ダイ524は、前記第1ダイの上方に面するアクティブ面上にダイ取付接着剤523を用いてアクティブ面を上向きにして取り付けられる。第1及び第2ダイは、図5(C)に示すように、ダイのパッドとトップ基板の上面の金属層上で模様付けされたはんだマスクにて露出しているワイヤボンドサイトとの間のワイヤボンド58によって枠基板に接続され、そして、図5(D)に示すように、ダイとワイヤとを含むトップ枠基板のダイ取付面とダイ取付面に搭載されたすべての機能とは、カプセル化素材57を用いてカプセル化される。その後、図5(E)に示すように、Z相互接続はんだボール26は、トップスタック可能パッケージ24を形成するように、トップ枠基板の反対面のはんだボールパッドに設置される。
【００５０】
図5(E)に示すように、その後、トップスタック可能パッケージは、ボトムモールドパッケージ22と位置合わせされ、図5(E)の破断矢にて示されるように、2つのパッケージは、トップパッケージ上のZ相互接続はんだボールをボトムパッケージのダイ取付面上の対応するZ相互接続はんだボールパッドと接触状態にするように、一緒に動かされる。その後、はんだボールは、前記相互接続を完成するようにリフローされ、図5(F)に示すアセンブリ50を形成する。
【００５１】
図5(E)に示す例において、前記ボトムパッケージ22は、ボトムパッケージ基板に搭載されると共にワイヤボンドによってボトムパッケージ基板と相互接続される第1及び第2ダイ214を備えるスタックダイパッケージである。前記ボトムパッケージは、モールドキャップ217を形成するようにモールドされる。他のモールドボトムパッケージ構成は、本発明によって予期される；例えば、前記ボトムパッケージは単に1つのダイを備えてもよく、或いは2つ以上のダイを備えてもよい；そして、例えば、ボトムパッケージの少なくとも1つのダイがフリップチップダイであってもよい。
【００５２】
高く評価されるべきことは、前記アセンブリは、図5(F)に示すような段階にて形成されてもよいが、第二レベル相互接続ボール28を省略してもよい。他のデバイスまたはモジュールが配備されるデバイスの電気回路へのモジュールの相互接続は、はんだボール相互接続以外の方法によって形成されてもよい；例えば、最終用途の環境に依存してパッドまたはワイヤボンドが採用されてもよい。
【００５３】
実際に、トップ及びボトムパッケージの両方は、列または配列基板ストリップを発端に列または配列にて形成される。本発明に係るトップパッケージは、列または配列基板ストリップを発端に形成され、図5(C)に示す段階までストリップ上で形成される；その後、パッケージの全ての列または配列はカプセル化され、カプセル体は硬くなり、個々のパッケージは個々に切断される。ボトムパッケージは、モールドキャップを形成するキャビティモールディングの段階までに、列または配列基板ストリップを発端に形成される。その時、ボトムパッケージ上へのトップパッケージの組付けは、ストリップまたはボトムパッケージの配列にて行われ、その後、前記アセンブリは、ボトム基板を通して(例えば)打抜いて小分けにされる。
【００５４】
いくつかの実施形態において、前記アセンブリはオーバーモールドされる；すなわち、成形コンパウンドまたはカプセル化素材67は、図6で例示するオーバーモールドモジュール60を形成するために、トップ及びボトムパッケージの間のスペースに加えてトップパッケージの側面及び上面での薄い層のスペースをも満たすように設けられている。オーバーモールドモジュールが要求されると共にアセンブリがストリップまたは配列形式にて形成される場合には、前記カプセル化は、アセンブリの全てのストリップまたは配列をカプセル化し、その後、図6に示すように個々のモジュールを得るために個々に切断することによって完成される。
【００５５】
本発明のマルチパッケージモジュールは、例えば、コンピュータやポータブル通信デバイスや消費者製品など、多様な種類のアプリケーションの何れにおいても用いられ得る。
【００５６】
ここに参照されたすべての特許及び特許出願は、ここに参照されることによってここに組み込まれる。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】パッケージ基板間に周縁のはんだボールによるZ相互接続を具備する従来の「パッケージ−オン−パッケージ」マルチパッケージモジュールを示す断面概略図である。
【図２】トップパッケージ基板を通る開口がスタックダイボトムパッケージのモールドキャップを収容できるように寸法取りされた本発明の1側面に係るパッケージ−オン−パッケージアセンブリの例を示す断面概略図である。
【図３】トップパッケージ基板を通る開口がより小さい直径のZ相互接続ボールの使用を可能にして、ボトムパッケージのモールドキャップを収容できるように寸法取りされてい本発明の1側面に係るパッケージ−オン−パッケージアセンブリの例を示す断面概略図である。
【図４】(A)は、周縁のはんだボールによってスタック可能なパッケージが設置されるパッケージのモールドキャップ収容できる開口を具備する本発明の1側面に係るスタック可能なパッケージ基板を示す断面概略図である。(B)は、(A)に示す基板を示す平面概略図である。
【図５】(A)乃至(F)は、本発明の1側面に係るスタック可能なトップパッケージの製造段階を示す断面概略図である。
【図６】オーバーモールディングを具備する図2に示す例に類似する本発明の1側面に係るパッケージ−オン−パッケージアセンブリの例を示す断面概略図である。
【符号の説明】
【００５８】
24…トップパッケージ基板、40…開口、44…枠基板
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【外国語明細書】
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【Ｆig１】
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【Ｆig２】
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【Ｆig３】
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【Ｆig４】
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【Ｆig５】
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【Ｆig６】
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