一種層疊封裝結構及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及半導體制造【技術領域】，尤其涉及一種層疊封裝結構及其制備方法，通過互連線實現(xiàn)上層封裝體和下層封裝體的電互連，且由于不需要植焊球，減少了封裝過程中的回流次數(shù)，從而使得工藝簡單化，在降低成本的同時，提高了封裝結構的可靠性。
【專利說明】一種層疊封裝結構及其制備方法

【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及半導體制造【技術領域】，尤其涉及一種層疊封裝結構及其制備方法。

【背景技術】
[0002]層疊封裝(package on package,簡稱POP)是把封裝后的芯片進行二次封裝(即將各個子封裝進行3D堆疊，最后得到一個單一的封裝體)，從而可以減小PCB板的面積，增加封裝密度；而且將封裝芯片進行3D堆疊后，縮短了芯片之間的互連距離，提高了電性能，因此層疊封裝技術得到了越來越多的重視，特別是在手持終端設備中得到了廣泛的開發(fā)與應用。
[0003]目前，POP封裝上封裝和下封裝大都采用焊球相連，然而采用焊球互連的層疊封裝工藝復雜且成本高昂、可靠性低且不利于多個封裝的堆疊，這是本領域技術人員所不愿看到的。


【發(fā)明內容】

[0004]針對上述存在的問題，本發(fā)明公開一種層疊封裝結構及其制備方法。
[0005]一種層疊封裝結構，包括:
[0006]多個子封裝結構，且每個所述子封裝結構中均設置有半導體器件單元；
[0007]半固化片，設置在相鄰的兩所述子封裝結構之間，以形成堆疊結構；
[0008]互連線，貫穿所述子封裝結構和所述半固化片，以將相鄰的所述子封裝結構中的所述半導體器件單元之間電連接。
[0009]上述的層疊封裝結構，其中，所述子封裝結構包括:
[0010]基板,包括第一表面和背對該第一表面的第二表面，且所述基板中設置有金屬互連層；
[0011]芯片，覆蓋在所述基板的第一表面上，且該芯片上設置有所述半導體器件單元；
[0012]塑封層，覆蓋所述基板暴露的第一表面以及所述芯片暴露的表面。
[0013]上述的層疊封裝結構，其中，所述互連線貫穿所述堆疊結構或停止在位于所述堆疊結構最底層的子封裝結構的基板上。
[0014]上述的層疊封裝結構，其中，形成所述互連線的工藝包括:
[0015]于所述堆疊結構中采用鉆孔工藝形成通孔后，對所述通孔進行金屬化工藝形成所述互連線。
[0016]一種層疊封裝結構的制備方法，包括如下步驟:
[0017]步驟SI，提供多個子封裝結構，且每個所述子封裝結構中均設置有半導體器件單元;
[0018]步驟S2，將多個所述子封裝結構通過半固化片垂直堆疊在一起形成一堆疊結構；
[0019]步驟S3，采用鉆孔工藝于所述堆疊結構中形成通孔，并對所述通孔進行金屬化形成互連線，以實現(xiàn)相鄰的所述子封裝結構中的所述半導體器件單元的電互連。
[0020]上述的層疊封裝結構的制備方法，其中，所述子封裝結構包括:
[0021]基板,包括第一表面和背對該第一表面的第二表面，且所述基板中設置有金屬互連層；
[0022]芯片，覆蓋在所述基板的第一表面上，且該芯片上設置有所述半導體器件單元；
[0023]塑封層，覆蓋所述基板暴露的第一表面以及所述芯片暴露的表面。
[0024]上述的層疊封裝結構的制備方法，其中，所述通孔貫穿所述堆疊結構或停止在位于所述堆疊結構最底層的子封裝結構的基板上。
[0025]上述的層疊封裝結構的制備方法，其中，在所述步驟S3中，采用機械鉆孔工藝或激光鉆孔工藝于所述堆疊結構中形成所述通孔。
[0026]上述的層疊封裝結構的制備方法，其中，在所述步驟S3中，對所述通孔進行金屬化形成互連線包括:于所述通孔中填充金屬或采用樹脂塞孔工藝形成所述互連線。
[0027]上述的層疊封裝結構的制備方法，其中，通過加熱金屬絲的方式形成所述互連線。
[0028]上述發(fā)明具有如下優(yōu)點或者有益效果:
[0029]本發(fā)明公開了一種層疊封裝結構及其制備方法，在通過半固化片形成堆疊結構之后，采用互連線實現(xiàn)上層子封裝結構和下層子封裝結構的電互連，且在封裝過程中不需要植焊球，從而減少了封裝過程中的回流次數(shù)，使得層疊封裝工藝簡單化，且在降低了成本的同時，提高了層疊封裝結構的可靠性。
[0030]具體

【專利附圖】

【附圖說明】
[0031]通過閱讀參照以下附圖對非限制性實施例所作的詳細描述，本發(fā)明及其特征、夕卜形和優(yōu)點將會變得更加明顯。在全部附圖中相同的標記指示相同的部分。并未可以按照比例繪制附圖，重點在于示出本發(fā)明的主旨。
[0032]圖1是本發(fā)明實施例中層疊封裝結構的結構示意圖；
[0033]圖2-5是本發(fā)明實施例中層疊封裝結構的制備方法的流程結構示意圖。

【具體實施方式】
[0034]下面結合附圖和具體的實施例對本發(fā)明作進一步的說明，但是不作為本發(fā)明的限定。
[0035]如圖1所示，本發(fā)明公開了一種層疊封裝結構，包括多個子封裝結構(每個子封裝結構均采用倒封裝形式(Flip Chip, FC)封裝，圖中僅示出了兩個子封裝結構)、半固化片105和互連線106 ;其中，每個子封裝結構中均設置有半導體器件單元，半固化片105設置在相鄰的兩個子封裝結構之間，以形成堆疊結構，即本發(fā)明中相鄰子封裝結構之間通過半固化片(prepreg,簡稱pp) 105垂直堆疊在一起；互連線106貫穿子封裝結構和半固化片105,以將相鄰的子封裝結構中的半導體器件單元之間電連接。在本發(fā)明的實施例中，該層疊封裝結構下方還植有焊球107以形成單顆散出型封裝單元體。
[0036]具體的，在本發(fā)明的實施例中，每個子封裝結構均包括:基板101，該基板101包括第一表面和背對該第一表面的第二表面；芯片103,覆蓋在基板101的第一表面上,且該芯片103上設置有半導體器件單元；塑封層104，覆蓋基板101暴露的第一表面以及芯片103暴露的表面，在本發(fā)明的實施例中，基板101為有機基板，且該有機基板中設置有多個金屬互連層102。
[0037]進一步的，相鄰子封裝結構之間通過半固化片105垂直堆疊在一起，即下層子封裝結構的塑封層104的上表面和上層子封裝結構中基板101的第二表面通過半固化片連接在一起。
[0038]優(yōu)選的，半固化片105為加熱固化的樹脂材料。
[0039]優(yōu)選的，互連線106可以貫穿堆疊結構或停止在位于堆疊結構最底層的子封裝結構的基板101上；具體的，互連線106可以貫穿整個堆疊結構，也可以不貫穿位于堆疊結構最底層的子封裝結構，而停留在位于堆疊結構最底層的子封裝結構的基板101上(互連線106不貫穿位于堆疊結構最底層的子封裝結構的示例并未于圖中示出)。
[0040]在本發(fā)明的實施例中，形成互連線的工藝可以包括:采用機械、激光等多種鉆孔方式于層疊封裝結構中形成通孔(采用機械鉆孔方式形成的通孔的直徑為ΙΟΟμπι左右，而采用于激光鉆孔方式形成的通孔的最小直徑可以為30um左右，甚至更小)后，對通孔進行金屬化工藝形成互連線106 ;優(yōu)選的，對通孔進行金屬化工藝形成互連線106，可以是在通孔中填充金屬形成互連線106，也可以是采用樹脂塞孔工藝形成互連線106。在本發(fā)明的其他實施例中，通孔和金屬化也可以一次形成，例如可以通過加熱金屬絲(例如熱鎢絲)刺穿整個層疊粉狀結構，然后冷卻后，形成互連線106。
[0041]其中，通孔的金屬化(一般是用銅)的具體流程如下:1、化學鍍，在孔壁和底部長種子層；2、然后是電鍍金屬加厚金屬層；3a接下來可以選擇繼續(xù)電鍍，用金屬填滿孔、3b或者用樹脂塞孔；填滿孔后，最后表層再金屬化。簡而言之樹脂塞孔只是一種中間的工藝，還是需要先金屬化的。
[0042]此外，在本發(fā)明的其他實施例中，假設位于層疊封裝結構最上方的子封裝結構為頂部子封裝結構，則位于該為頂部子封裝結構下方的子封裝結構也可以不設置塑封層，即該子封裝結構的芯片可以不經塑封工藝，直接在裸露芯片上堆疊多層半固體片，用半固體片包裹住裸芯片，以實現(xiàn)對芯片的機械保護。
[0043]如圖2-5所示，本發(fā)明還公開了一種層疊封裝結構的制備方法，具體包括如下步驟:
[0044]步驟一，提供多個子封裝結構(每個子封裝結構均采用倒封裝形式(FC)封裝，圖中僅示出了一個子封裝結構)，每個子封裝結構中均設置有半導體器件單元。
[0045]在本發(fā)明的實施例中，如圖2所示，每個子封裝結構包括:每個子封裝結構均包括:基板I，該基板I包括第一表面和背對該第一表面的第二表面；芯片3,覆蓋在基板I的第一表面上，且該芯片3上設置有半導體器件單元；塑封層4，覆蓋基板I暴露的第一表面以及芯片3暴露的表面，在本發(fā)明的實施例中，基板I為有機基板，且該有機基板中設置有多個金屬互連層2。
[0046]步驟二，將多個子封裝結構通過半固化片5垂直堆疊在一起形成一層疊封裝結構，即將多個子封裝結構在垂直方向上通過半固化片5壓在一起形成堆疊結構，優(yōu)選的，半固化片5為加熱固化的樹脂材料，如圖3所示的結構。
[0047]步驟三，采用鉆孔工藝于層疊封裝結構中形成通孔(采用機械鉆孔方式形成的通孔的直徑為100 μ m左右，而采用于激光鉆孔方式形成的通孔的最小直徑可以為30um左右，甚至更小)，并對通孔進行金屬化形成互連線6，以實現(xiàn)相鄰的子封裝結構中的半導體器件單元的電互連。
[0048]在本發(fā)明的實施例中，采用機械鉆孔工藝或激光鉆孔工藝于層疊封裝結構中形成通孔。
[0049]進一步的，通孔可以貫穿堆疊結構或停止在位于堆疊結構最底層的子封裝結構的基板I上；即互連線6可以貫穿整個堆疊結構，也可以不貫穿位于堆疊結構最底層的子封裝結構，而停留在位于堆疊結構最底層的子封裝結構的基板I上(互連線6不貫穿位于堆疊結構最底層的子封裝結構的示例并未于圖中示出)。
[0050]在本發(fā)明的實施例中，對通孔進行金屬化工藝形成互連線106，可以是在通孔中填充金屬形成互連線106，也可以是采用樹脂塞孔工藝形成互連線106 (通孔進行金屬化工藝的具體流程可以參照上述層疊封裝結構的實施例，在此便不予贅述)。在本發(fā)明的其他實施例中，通孔和金屬化也可以一次形成，例如可以通過加熱金屬絲(例如熱鎢絲)刺穿整個堆疊結構，然后冷卻后，形成互連線106。
[0051]步驟四，于上述層疊封裝結構下方植焊球7以形成單顆散出型封裝單元體，如圖5所示的結構。
[0052]同樣的，在本發(fā)明的其他實施例中，假設位于層疊封裝結構最上方的子封裝結構為頂部子封裝結構，則位于該為頂部子封裝結構下方的子封裝結構也可以不設置塑封層，即該子封裝結構的芯片可以不經塑封工藝，直接在裸露芯片上堆疊多層半固體片，用半固體片包裹住裸芯片，以實現(xiàn)對芯片的機械保護。
[0053]不難發(fā)現(xiàn)，本實施例為與上述層疊封裝結構的實施例相對應的方法實施例，本實施例可與上述層疊封裝結構的實施例互相配合實施。上述層疊封裝結構的實施例中提到的相關技術細節(jié)在本實施例中依然有效，為了減少重復，這里不再贅述。相應地，本實施方式中提到的相關技術細節(jié)也可應用在上述層疊封裝結構的實施例中。
[0054]綜上，本發(fā)明公開了一種層疊封裝結構及其制備方法，通過互連線實現(xiàn)上層子封裝結構和下層子封裝結構的電互連，且由于不需要植焊球，從而減少了封裝過程中的回流次數(shù)；且該發(fā)明工藝簡單易行，與傳統(tǒng)工藝的兼容性強，易于實現(xiàn)。
[0055]本領域技術人員應該理解，本領域技術人員在結合現(xiàn)有技術以及上述實施例可以實現(xiàn)變化例，在此不做贅述。這樣的變化例并不影響本發(fā)明的實質內容，在此不予贅述。
[0056]以上對本發(fā)明的較佳實施例進行了描述。需要理解的是，本發(fā)明并不局限于上述特定實施方式，其中未盡詳細描述的設備和結構應該理解為用本領域中的普通方式予以實施；任何熟悉本領域的技術人員，在不脫離本發(fā)明技術方案范圍情況下，都可利用上述揭示的方法和技術內容對本發(fā)明技術方案作出許多可能的變動和修飾，或修改為等同變化的等效實施例，這并不影響本發(fā)明的實質內容。因此，凡是未脫離本發(fā)明技術方案的內容，依據(jù)本發(fā)明的技術實質對以上實施例所做的任何簡單修改、等同變化及修飾，均仍屬于本發(fā)明技術方案保護的范圍內。
【權利要求】
1.一種層疊封裝結構，其特征在于，包括: 多個子封裝結構，且每個所述子封裝結構中均設置有半導體器件單元； 半固化片，設置在相鄰的兩所述子封裝結構之間，以形成堆疊結構； 互連線，貫穿所述子封裝結構和所述半固化片，以將相鄰的所述子封裝結構中的所述半導體器件單元之間電連接。
2.如權利要求1所述的層疊封裝結構，其特征在于，所述子封裝結構包括: 基板，包括第一表面和背對該第一表面的第二表面，且所述基板中設置有金屬互連層； 芯片，覆蓋在所述基板的第一表面上，且該芯片上設置有所述半導體器件單元； 塑封層，覆蓋所述基板暴露的第一表面以及所述芯片暴露的表面。
3.如權利要求2所述的層疊封裝結構，其特征在于，所述互連線貫穿所述堆疊結構或停止在位于所述堆疊結構最底層的子封裝結構的基板上。
4.如權利要求1所述的層疊封裝結構，其特征在于，形成所述互連線的工藝包括: 于所述堆疊結構中采用鉆孔工藝形成通孔后，對所述通孔進行金屬化工藝形成所述互連線。
5.一種層疊封裝結構的制備方法，其特征在于，包括如下步驟: 步驟SI，提供多個子封裝結構，且每個所述子封裝結構中均設置有半導體器件單元； 步驟S2，將多個所述子封裝結構通過半固化片垂直堆疊在一起形成一堆疊結構； 步驟S3，采用鉆孔工藝于所述堆疊結構中形成通孔，并對所述通孔進行金屬化形成互連線，以實現(xiàn)相鄰的所述子封裝結構中的所述半導體器件單元的電互連。
6.如權利要求5所述的層疊封裝結構的制備方法，其特征在于，所述子封裝結構包括: 基板，包括第一表面和背對該第一表面的第二表面，且所述基板中設置有金屬互連層； 芯片，覆蓋在所述基板的第一表面上，且該芯片上設置有所述半導體器件單元； 塑封層，覆蓋所述基板暴露的第一表面以及所述芯片暴露的表面。
7.如權利要求6所述的層疊封裝結構的制備方法，其特征在于，所述通孔貫穿所述堆疊結構或停止在位于所述堆疊結構最底層的子封裝結構的基板上。
8.如權利要求5所述的層疊封裝結構的制備方法，其特征在于，在所述步驟S3中，采用機械鉆孔工藝或激光鉆孔工藝于所述堆疊結構中形成所述通孔。
9.如權利要求5所述的層疊封裝結構的制備方法，其特征在于，在所述步驟S3中，對所述通孔進行金屬化形成互連線包括:于所述通孔中填充金屬或采用樹脂塞孔工藝形成所述互連線。
10.如權利要求5所述的層疊封裝結構的制備方法，其特征在于，通過加熱金屬絲的方式形成所述互連線。
【文檔編號】H01L21/60GK104299964SQ201410491944
【公開日】2015年1月21日 申請日期:2014年9月23日 優(yōu)先權日:2014年9月23日
【發(fā)明者】何曉鋒, 黃建冬 申請人:武漢新芯集成電路制造有限公司