具有电磁干扰屏蔽的半导体装置及其制造方法技术领域
本发明涉及一种半导体装置。
背景技术
对便携式消费电子的需求的大量增长推动对高容量存储器件的需求。诸
如闪存存储卡的非易失性半导体存储器件，正变得被广泛使用以满足数字信
息存储和交换的日益增长的需求。它们的便携性、多功能性和坚固耐用的设
计以及它们的高可靠和大容量使得这样的存储器件对于在多种电子装置中
使用是理想的。
随着电子部件变得更小并且在更高频率工作，由电磁干扰(EMI)和射
频干扰(RFI)引起的噪声和串扰更加成为问题。电磁(EM)辐射被携带快
速变化的信号的电路作为其正常操作的副产品发射。这样的电磁辐射将EMI
和/或RFI引入到其它电路，导致不期望的干扰或噪声。
已经作出了努力来在带级别或者单独的单元级别施加导电镀膜进行屏
蔽EM和/或RF辐射的发射和接收。图1是在带级别施加EMI屏蔽的传统
的方法的流程图。如图1所示，在裸芯粘附步骤110中，多个半导体裸芯被
安装在排列于基板带中的各个单独的基板上。接着，在引线键合步骤120中，
形成多个引线键合体以电连接各个半导体裸芯和基板。接着，在模塑步骤130
中，模塑料形成在整个基板带之上以包封半导体裸芯和引线键合体。然后，
在EMI屏蔽涂覆步骤140中，EMI屏蔽层被施加到模塑料的顶表面上。最
后，在单片化步骤150中，通过在邻近的半导体装置之间切开EMI屏蔽层、
模塑料和基板，基板带被分隔以单片化为封装形式的单独的半导体器件。按
此方法，可以在带级别更加有效地提供EMI屏蔽，但是仅在单独的半导体
器件的顶表面上提供EMI屏蔽，因此半导体器件仍缺少在其侧表面上的EMI
屏蔽。
图2是在单元级别施加EMI屏蔽的传统的方法的流程图。如图2所示，
在类似于图1中所述的裸芯粘附步骤210、引线键合步骤220和模塑步骤230
之后，在单片化步骤240中单片化为单独的半导体器件。接着在封装体粘附
步骤250中，单独半导体器件被转移并通过例如使用双面胶被粘附到共同的
载体上。然后在EMI屏蔽涂覆步骤260中，例如通过溅镀工艺，在每个半
导体装置的暴露的外表面用EMI屏蔽层镀膜。然后，在封装体释放步骤270
中，具有EMI屏蔽层380的单独的半导体器件被从位于下面的载体释放以
进行进一步的工艺。按此方法，EMI屏蔽可以不仅提供在半导体器件的顶表
面上，而且提供在半导体器件的侧表面上。
图3是通过图2中示出的单元级别方法制造的具有EMI屏蔽的半导体
装置300的侧视图。半导体装置300包括基板310和基板310上的多个半导
体裸芯320，半导体裸芯320堆叠为例如阶梯构造。基板310和半导体裸芯
320经由引线键合体330电性耦合，引线键合体330形成在基板310的(多
个)接触垫314和半导体裸芯320的(多个)裸芯垫324之间。半导体装置
300还包括绝缘模塑料340，其包封基板310上的半导体裸芯320、引线键合
体330和其它的元件，例如模拟元件(未示出)。半导体装置300还包括
EMI屏蔽层350，其覆盖模塑料340的外表面以及基板300的侧表面。EMI
屏蔽层350电连接至暴露于基板310的侧表面上的接地层312。为了满足半
导体装置的严格的尺寸要求，EMI屏蔽层350被典型的制造为更薄，上表面
上的EMI屏蔽层350具有大约6μm至12μm的厚度，而侧表面上的EMI
屏蔽层350具有大约2.4μm至4.8μm的厚度。如此薄的EMI屏蔽层会经受
机械损伤，例如操作期间的刮擦，并且由于其薄厚度，不能满足半导体装置
的愈发严格的EMI屏蔽需求。以上描述的单元级别的工艺还具有一些缺点，
例如由于单元级别上操作的带来的低效率，以及额外的污染，其例如来自封
装体贴附步骤250中使用的双面胶带。
发明内容
本技术一个方面，提供一种半导体装置，其包括：具有第一侧的基板；
多个电元件，其设置在该基板的第一侧上，使得该基板和该多个电元件具有
在该基板的第一侧上暴露的表面；以及导电模塑料，其包封该基板和该多个
电元件在该基板的第一侧上的暴露的表面，并为所述多个电元件提供电磁干
扰(EMI)屏蔽。
在一些实施例中，电元件还包括一个或多个半导体裸芯；一个或多个模
拟元件；以及在该一个或多个半导体裸芯、该一个或多个模拟元件以及该基
板之间电连接的一个或多个电传导元件，该基板和该多个电元件在该基板的
第一侧上暴露的表面涂覆有绝缘材料层。该基板包括位于该基板的第一侧上
的一个或多个接地接触图案，该一个或多个接地接触图案与该导电模塑料电
连接。该基板包括印刷电路板(PCB)、引线框以及带自动键合(TAB)带。
绝缘材料可以包括裸芯连接膜(DAF)或引线嵌入膜(WEF)材料。
在一些实施例中，导电模塑料包括分散有导电填料的聚合物基质。导电
填料包括金颗粒、铜颗粒、碳颗粒、包括碳纳米纤维的碳纳米结构(CNS)，
或者不锈钢纤维。
在一些实施例中，一个或多个电传导元件包括以下所述的至少一种：形
成在基板上的电路图案或者接触垫、形成在半导体裸芯上的键合垫、以及引
线键合体，引线键合体包括形成在相应的半导体裸芯之间或相应的半导体裸
芯和基板之间的键合引线。
在一些实施例中，一个或多个半导体裸芯包括控制器裸芯和存储器裸芯
中的至少一个。一个或多个半导体裸芯包括堆叠为阶梯构造或垂直构造的多
个半导体裸芯。
在本发明的另一方面，提供一种半导体装置的制造方法。该方法包括以
下步骤：制备半导体装置带，该半导体装置带包括基板带，该基板带包括设
置为阵列的多个基板，以及在该基板带的第一侧设置在每个基板上的多个电
元件，该基板和该多个电元件具有在该基板带的第一侧上的暴露的表面；以
及采用导电模塑料包封该基板和该多个电元件的在该基板带的第一侧上的
暴露的表面，为每个基板上的所述多个电元件提供电磁干扰(EMI)屏蔽。
在一些实施例中，在包封该基板和该多个电元件的在该基板带的第一侧
上的暴露的表面的步骤之前，该方法还包括施加绝缘材料层至该基板和该多
个电元件的在该基板带的第一侧上的暴露的表面的步骤。在施加绝缘材料的
步骤之后，该方法还包括通过移除施加在该至少一个接地接触图案上的绝缘
材料层以暴露每个基板上的该至少一个接地接触图案的步骤。在包封该基板
和该多个电元件的在该基板带的第一侧上的暴露的表面的步骤之后，该方法
还包括通过刀片切割或激光切割以单体化该半导体装置的步骤。
在一些实施例中，施加绝缘材料层至该基板和该多个电元件的暴露的表
面的步骤还包括：将该半导体装置带浸渍在绝缘材料的溶液中，使得该基板
带的第一侧上的该基板和该多个电元件的在该基板带的第一侧上的暴露的
表面与该绝缘材料的溶液直接接触；将该半导体装置带由该绝缘材料的溶液
中取出，使得该绝缘材料层贴附于该基板和该多个电元件的在该基板带的第
一侧上的暴露的表面；以及固化贴附于该基板和该多个电元件的在该基板带
的第一侧上的暴露的表面上的该绝缘层。可以重复以上步骤。
在一些实施例中，绝缘材料层的固化是通过热固化或光固化来实施。绝
缘材料的溶液包括分散在液体溶剂中的裸芯连接膜(DAF)或引线嵌入膜
(WEF)的绝缘材料的颗粒。
附图说明
图1是具有EMI屏蔽层的半导体装置的常规制造方法的流程图。
图2是具有EMI屏蔽层的半导体装置的另一种常规制造方法的流程图。
图3是具有EMI屏蔽层的常规半导体装置的示意性侧视图。
图4是根据本技术的实施例的半导体装置的示意性侧视图。
图5是根据本技术的实施例的半导体装置的制造方法的流程图。
图6A至图6J是根据本技术的实施例的半导体装置的制造方法的不同阶
段的示意性侧视图和俯视图。
具体实施方式
现在将参考图4到6J描述涉及半导体装置的实施例。应理解的是，本
技术可以以多种不同的形式实现并且不应被理解为限制在这里所提出的实
施例中。而是，提供这些实施例使得本公开是清楚的和完整的并且向本领域
技术人员充分表达本技术。事实上，本技术意欲覆盖包括在由所附权利要求
定义的本发明的范围和精神中的替换例、修改例以及这些实施例的等同物。
此外，在本技术的下述详细描述中，提出多个具体细节以提供对本技术透彻
的理解。但是，本领域普通技术人员应清楚的是，本技术可以不需要这些具
体的细节而被实现。
如这里可能所使用的术语“左”、“右”、“顶”、“底”、“上”、
“下”、“垂直的”和/或“横向的”仅是为了方便和说明的目的，并且不旨
在限制本技术的说明书，与所引用的项目一样多的项目可以交换位置。此外，
除非上下文清楚地另外指明，如这里所使用的，冠词“一”和“一个”旨在
包括单数和复数形式两者。术语"基本上"和/或"大约"意味着指定的尺寸或参
数可以在对于给定的应用的可以接受的制造容差中变化。在一实施例中，可
以接受的制造容差是±0.25％。
贯穿附图，相同或相似的部件用相同的最后两位数字的相同的方式标
记。
将参考图4来描述根据本技术的实施例的半导体装置。图4是根据本技
术的实施例的半导体装置400的示意性侧视图。如图4中所示，半导体装置
包括基板410，其例如具有接地的连续导电中间层412以及接地接触图案
416，该接触图案416暴露于基板410的上表面，并连接至导电中间层412。
半导体装置400还可以包括设置在基板410的上表面上的多个电元件。例如，
这些电元件可以包括设置在基板410的上表面上的一个或多个半导体裸芯
420以及一个或多个模拟元件(未示出)。这些电元件还可以包括一个或多
个电传导元件以电连接半导体裸芯420、模拟元件和基板410。例如，这些
电传导元件包括基板410的上表面上的电路图案(未示出)、形成在基板410
的上表面上的一个或多个接触垫414、形成在相应的半导体裸芯420的暴露
的上表面上的一个或多个键合垫424、和/或一个或多个引线键合体430，引
线键合体430包括形成在相应的半导体裸芯420的键合垫424之间以及相应
的半导体裸芯420的键合垫424和基板410的接触垫414之间的键合引线。
在该情形，基板410和多个电元件在基板410的上侧具有暴露的表面446。
在基板410的上侧的暴露的表面446包括了基板410的没有被半导体裸芯
420和模拟元件占据的上表面区域、基板410上的半导体裸芯420和模拟元
件的全部外表面、以及引线键合体430的全部外表面。
半导体装置400还包括导电模塑料440，其包封基板410的上表面上的
电元件以及基板410的暴露的上表面446。即基板410的上表面上的电元件
被封闭在导电模塑料440内。在该情形，导电模塑料440为基板410的上表
面上的电元件提供了电磁干扰(EMI)屏蔽，并且可电连接至暴露于基板410
的上表面上的接地接触图案416。半导体装置400还可以包括涂覆在基板410
的上表面上的电元件上的绝缘材料层450，以在基板410上的电元件和导电
模塑料440之间提供绝缘。半导体装置400的细节将在下文进一步描述。
基板410可以是引线板，例如是柔性印刷电路板(FPCB)，其具有介
电质芯和形成在上侧和下侧的导电图案。该芯可以由多种介电材料形成，例
如是聚酰亚胺层压片(polyimide laminates)、包括FR4和FR5的环氧树脂、
双马来酰亚胺三嗪(bismaleimide triazine，BT)等。在另外的实施例中，该
芯可以是陶瓷的或有机的。
接地接触图案416连接至接地电势，例如经由设置在基板410中的接地
中间层412。接地接触图案416进一步电连接至导电模塑料440以提供接地
电势，并为基板410上的电元件提供对外部EM辐射更好的EMI屏蔽。接
地导电图案416可以设计为多种构造。例如，接地导电图案416包括基板410
的上表面上的一个或多个接触垫，或者基板410的上表面上的一个或多个连
续的或分段的迹线。在一示例中，接地导电图案415可以是连续的迹线，其
沿基板410的周围设置以允许与基板上的导电模塑料440更好的电连接，其
继而增强EMI屏蔽。接地导电图案416以及接地中间层412可以由金属制
成，典型的为铜或镀金的铜。另外，接地导电图案416也可具有粗糙的表面
来改善与导电模塑料440的电连接和接合强度。接地导电图案416具有与基
板410的上表面大致上共面或稍微更低的上表面。上文所描述的接地导电图
案仅为示例目的，而其它实施例中的基板410上的接地导电图案416的构造
可以变化。
设置在基板410上的半导体裸芯420可以包括存储器裸芯或者控制器裸
芯。半导体裸芯420可以堆叠为如图4中所示的阶梯构造，其中半导体裸芯
420以彼此间相对的位移来堆叠以暴露相应的键合垫424，这有利于相应的
键合垫424上的引线键合工艺。可替代的，半导体裸芯垫420可以堆叠为垂
直构造，其中半导体裸芯垫420垂直的上下堆叠以减少它们在基板410上的
足印。电耦合半导体裸芯420和基板410的引线键合体430包括任何本领域
技术人员已知的引线键合结构，且不做进一步详细的描述。
导电模塑料440包括分散有导电填料444的聚合物基质442。例如，聚
合物基质442可以包括环氧树脂，例如双苯环氧(bi-phenyl epoxy，BPH)、
环氧甲酚甲醛树脂(epoxy cresol novolac，ECN)或者多功能环氧树脂
(multi-functional epoxy，MFR)。导电填料444包括导电颗粒或者导电纤
维，例如金颗粒、铜颗粒、碳颗粒、包括碳纳米纤维的碳纳米结构(CNS)，
或者不锈钢纤维等。模塑料440中的导电填料444形成导电网络，使得模塑
料440可起到导电体的作用，其为封闭于模塑料440中的电元件提供EMI
屏蔽。导电模塑料440中的导电填料444的含量和分布可以基于填充材料的
种类和EMI屏蔽的要求来调整。例如，导电膜塑料440可以包括大约0.5-5
wt％的碳纳米结构(CNS)作为导电填充物444。导电填充物444可以均匀
的分布在基质中,使得模塑料440在整体上具有均匀的导电率。在这种情况
下，整个模塑料440作为EMI屏蔽，其可以具有大约大于150μm的厚度。
与常规的半导体装置300所具有的数微米厚度的EMI屏蔽层相比，根据本
技术的半导体装置400具有极大改进的EMI屏蔽能力和可靠性。可替代的，
导电填充物444也可以在接近模塑料440的外表面处具有更大的浓度，使得
模塑料440在表面部分具有比内部部分更大的导电率。在这种情况下，因为
模塑料的内部的较低导电率，模塑料440可以具有更低的使包封和嵌入的模
塑料440的电元件短路的风险，而且在模塑料440的外表面部分提供充足的
EMI屏蔽保护。可以通过如上文所述的基板410上的包封的导电图案416，
或者外部的接地元件来提供模塑料440的接地电势。导电填充物44也可以
提高模塑料440的导热率，使得能够改善半导体装置400的散热。
模塑料440可以进一步包括其他类型的填充物(未示出)，例如熔融石
英，以改善模塑料400的可塑性并减少模塑料440和基板400之间的热膨胀
差异。该导电模塑料可以进一步包括本领域技术人员已知的偶联剂、释放剂、
催化剂、染料、阻燃剂等成分。
涂覆在基板410的上表面上的电元件上的绝缘材料层450可以由用于裸
芯连接膜(DAF)或者引线嵌入膜(WEF)的绝缘材料制成，以防止基板
410上的电元件相对于彼此短路。例如，层450可以施加在与模塑料440接
触的基板410和基板410上的电元件的暴露的表面上。例如，基板410上的
暴露的电路图案(未示出)、基板410的接触垫414、半导体裸芯424的键
合垫424、以及包括键合引线的引线键合体被绝缘层450覆盖，以将这些电
元件与模塑料440绝缘，并继而使得这些电元件彼此绝缘。可选的，接地接
触图案416可以暴露于模塑料440以提供接地电势，而不在接地接触图案416
上设置绝缘层450。
根据本技术，半导体装置的基板上的电元件嵌入至导电模塑料中，模塑
料可提供保护和EMI屏蔽，而无需在常规的半导体装置中形成在模塑料的
外表面上的任何额外的EMI屏蔽层。因此形成EMI屏蔽层的工艺时间和成
本都可以被减少。另外，由于与常规的半导体装置的较薄的EMI屏蔽层相
比，根据本技术的半导体装置的EMI屏蔽模塑料的厚度较厚，所以可增强
EMI屏蔽能力和可靠性。另外，根据本技术的半导体装置还可以使用在带级
别上施加EMI屏蔽的半导体装置的制造工艺，其将在下文进一步详细的描
述。
图5是根据本技术的实施例的半导体装置的制造方法的流程图。图6A
至图6J是根据本技术的实施例的半导体装置的制造方法的不同步骤的示意
性侧视图和俯视图。
如图5和图6A中所示，在步骤510中，提供半导体装置带600。半导
体装置带600包括基板带602，基板带602包括设置为阵列且通过它们的之
间的划线来划界的多个基板610。每个基板610包括至少一个接地导电图案
616，例如图6A中所示的接地连接垫。基板610的细节与上文所述的基本相
同，且因此不在此处赘述。图6A中示出的基板带602中的基板610的数量
是示例目的，并且可以相应的调节。电元件，例如半导体裸芯620、引线键
合630体等也可通过本领域技术人员熟知的裸芯贴附工艺和引线键合工艺设
置在基板带602中的每个基板610上，这些工艺在此不再进一步详细描述。
然后在步骤520中，绝缘材料层被可选择的施加在半导体装置带600的
上侧的暴露的表面上。在图6B的一个示例中，半导体装置带600可以贴附
在载体660上，其利用由载体660中连接真空泵(未示出)的管道662施加
的吸力。可替代的，半导体装置带600可以经由粘合剂层(例如双面胶带(未
示出))来贴附至载体660。然后，如图6C中所示，载体660被放置在容
器670的上面，使得半导体装置带660被放置于容器670的腔室中。容器670
经由阀672连接至绝缘材料的溶液的储器(未示出)。随后，绝缘材料的溶
液680经由阀672注入容器670的腔室中。这样，如图6D中所示，半导体
装置带600被浸渍在绝缘材料的溶液680中，使得半导体装置带600的暴露
表面与溶液680直接接触。该暴露表面包括接地接触图案616、半导体裸芯
620的整个外表面以及引线键合体630的整个外表面，绝缘材料的溶液680
包括分散在液体溶剂中的用于裸芯连接膜(DAF)或者引线嵌入膜(WEF)
的绝缘材料的颗粒。绝缘材料的溶液680可以进一步包括由以下的组中选择
的添加剂，该组包括：甲酚线型酚醛双酚环氧树脂(cresol novolak bisphenol
epoxy resin)、硅烷偶联剂(silane coupling agent)、二氧化硅填料(silica filler)、
表面活性剂、热或光引发剂等。然后，将半导体装置带600从绝缘材料的溶
液680中取出，使得绝缘材料层贴附至半导体装置带600的暴露表面上。该
绝缘材料层可以通过热固化或光固化工艺来固化。这样，绝缘材料层650被
施加于半导体装置带600的整个暴露的上表面，如图6E的侧视图和图6F的
俯视图所示，在俯视图中灰色指示了施加了绝缘材料层650的区域。应当注
意的是，包括将半导体装置带浸渍在绝缘材料的溶液中、将半导体装置带从
绝缘材料的溶液中取出、以及固化绝缘材料层的该施加绝缘材料的方法可以
重复一至三次以增强绝缘材料覆盖程度，从而最小化最终的半导体装置的短
路风险。施加绝缘材料层650的方法不限于以上描述的方法，本领域技术人
员也可以设想其它的方法，例如喷涂或气相沉积。
然后，如图5、图6G、图6H中所示，在步骤530中，通过移除施加在
接地接触图案616上的绝缘材料层650，使得每个基板610中的至少一个接
地接触图案616暴露。绝缘材料层650可以通过例如激光烧蚀的方法来移除。
该激光烧蚀还可以在移除绝缘材料层650时提高接触图案616的表面粗糙
度。这有利于与随后的步骤中施加的导电模塑料640的电连接和接合强度。
然后，如图5和图6I中所示，在步骤540中，半导体装置带600的暴
露表面按照本领域技术人员已知的典型模塑工艺由导电模塑料640包封。这
样，可以在带级别上将EMI屏蔽施加于半导体装置的顶面和侧面上。导电
模塑料640的细节大致上与上文所述的相同，且因此不在此处赘述。
然后，如图5和图6J中所示，在步骤550中，可以通过使用刀片切割
或激光切割的方法沿划线604切割，将半导体装置带600单片化为单独的半
导体装置690。
根据本技术的制造方法，通过导电模塑料形成的EMI屏蔽可以在带级
别施加至半导体装置的顶面和侧面。因此，具有EMI屏蔽的半导体装置的
良率、效率和可靠性可以被改善。
前述对本发明详细的描述仅为了说明和描述的目的而呈现。并不旨在是
穷举性的或将本发明限制在所公开的精确形式中。根据上述教导可以有许多
修改和变化。所述的实施例被选择以最好地解释本发明的原理及其实际应
用，从而使得本领域技术人员在各种实施例中最好地利用本发明，且适于预
期的特定使用来设想各种修改。本发明的范围旨在由在此附上的权利要求限
定。