本發(fā)明涉及半導(dǎo)體封裝技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種集成供電系統(tǒng)的封裝件及封裝方法。

背景技術(shù)：

所有的計(jì)算和通信系統(tǒng)都需要供電系統(tǒng)。供電系統(tǒng)會(huì)將電源的高電壓轉(zhuǎn)換成系統(tǒng)中離散器件所需的許多不同的低電壓。供電系統(tǒng)的效率決定了向下轉(zhuǎn)換的電力損失，而供電軌數(shù)決定了可支持的離散電壓供應(yīng)或器件的數(shù)量。

目前的供電技術(shù)面臨著如下挑戰(zhàn)：

一、隨著過程中節(jié)點(diǎn)的收縮，設(shè)備電壓的減小，電力輸送的效率會(huì)隨之降低，使功率消耗更大。

二、添加更多的供電軌道需要復(fù)制更多的供電組件，如增加元件數(shù)量、增大電路板尺寸、增加電路板的層數(shù)、加大系統(tǒng)體積、成本和重量。

三、由于再布線層的線距、線寬的限制，需要增加封裝尺寸。

因此，如何提高電力輸送效率，增加不同電壓軌道的可用數(shù)量，已成為本領(lǐng)域技術(shù)人員亟待解決的一個(gè)重要技術(shù)問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

鑒于以上所述現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明的目的在于提供一種集成供電系統(tǒng)的封裝件及封裝方法，用于解決現(xiàn)有技術(shù)中的種種問題。

為實(shí)現(xiàn)上述目的及其他相關(guān)目的，本發(fā)明提供一種集成供電系統(tǒng)的封裝件，包括：

用電系統(tǒng)裸芯和位于所述用電系統(tǒng)裸芯下方的供電系統(tǒng)裸芯；

其中，所述供電系統(tǒng)裸芯包括有源模塊、無源模塊和再布線層，所述有源模塊和無源模塊封裝成型，所述再布線層位于封裝成型的所述有源模塊和無源模塊之上，實(shí)現(xiàn)有源模塊和無源模塊之間電連接，并提供多條對(duì)接所述用電系統(tǒng)裸芯的供電軌道；

所述用電系統(tǒng)裸芯與多條所述供電軌道對(duì)接，并封裝固定在所述再布線層上；

外部電源直接通過所述供電系統(tǒng)裸芯向所述用電系統(tǒng)裸芯供電。

可選地，所述供電系統(tǒng)裸芯為高壓供電系統(tǒng)裸芯，將外部電源的高電壓轉(zhuǎn)換成所述用電系統(tǒng)裸芯中需要的多個(gè)不同的低電壓，并提供多條對(duì)接所述用電系統(tǒng)裸芯的低壓供電軌道。

可選地，所述有源模塊包括控制器和降壓轉(zhuǎn)換器，所述無源模塊包括電容、電感和電阻。

可選地，所述有源模塊與所述無源模塊橫向排列。

可選地，所述供電系統(tǒng)裸芯下方設(shè)有底座焊料凸塊，在所述底座焊料凸塊與所述再布線層之間設(shè)有金屬引線，所述供電系統(tǒng)裸芯通過所述底座焊料凸塊固定在封裝基底上并通過所述金屬引線和所述底座焊料凸塊實(shí)現(xiàn)與外部器件的電連接。

可選地，所述有源模塊和所述無源模塊與所述再布線層通過微凸塊連接或金屬焊盤直接焊接。

可選地，所述用電系統(tǒng)裸芯與所述再布線層通過多個(gè)微凸塊連接。

為實(shí)現(xiàn)上述目的及其他相關(guān)目的，本發(fā)明還提供一種上述集成供電系統(tǒng)的封裝件的封裝方法，包括以下步驟：

提供一載體；

在所述載體上形成再布線層；

在所述再布線層上安裝供電系統(tǒng)裸芯的有源模塊和無源模塊，并形成金屬引線，所述再布線層實(shí)現(xiàn)有源模塊和無源模塊之間電連接，并提供多條對(duì)接用電系統(tǒng)裸芯的供電軌道；

將所述有源模塊和無源模塊以及所述金屬引線在所述再布線層上封裝成型；

形成連接所述金屬引線的底座焊料凸塊；

去除所述載體；

將用電系統(tǒng)裸芯安裝在所述再布線層上，實(shí)現(xiàn)用電系統(tǒng)裸芯與多條所述供電軌道的對(duì)接，并將所述用電系統(tǒng)裸芯封裝固定在所述再布線層上。

可選地，所述再布線層包括：金屬連線、通孔以及設(shè)于所述金屬連線和通孔周圍的介電層，所述金屬連線實(shí)現(xiàn)所述有源模塊、無源模塊和金屬引線之間的電連接，并通過所述通孔實(shí)現(xiàn)多層金屬連線之間的層間連接。

可選地，所述再布線層上設(shè)有凸塊下金屬層，所述有源模塊、無源模塊、金屬引線以及用電系統(tǒng)裸芯通過所述凸塊下金屬層與所述再布線層電連接。

可選地，所述供電系統(tǒng)裸芯為高壓供電系統(tǒng)裸芯，將外部電源的高電壓轉(zhuǎn)換成所述用電系統(tǒng)裸芯中需要的多個(gè)不同的低電壓，并提供多條對(duì)接所述用電系統(tǒng)裸芯的低壓供電軌道。

可選地，所述有源模塊包括控制器和降壓轉(zhuǎn)換器，所述無源模塊包括電容、電感和電阻。

可選地，所述有源模塊與所述無源模塊橫向排列。

可選地，所述有源模塊和所述無源模塊與所述再布線層通過微凸塊連接或金屬焊盤直接焊接。

可選地，每根所述金屬引線包含多條金屬絲，所述金屬絲采用引線鍵合的方法在所述再布線層上形成。

可選地，將所述有源模塊和無源模塊以及所述金屬引線在所述再布線層上封裝成型的方法為壓縮成型、傳遞模塑、液封成型、真空層壓或旋涂。

可選地，將所述有源模塊和無源模塊以及所述金屬引線在所述再布線層上封裝成型之后，研磨掉覆蓋所述有源模塊和無源模塊以及所述金屬引線的多余封裝成型材料。

可選地，所述用電系統(tǒng)裸芯與所述再布線層通過多個(gè)微凸塊連接。

如上所述，本發(fā)明的集成供電系統(tǒng)的封裝件及封裝方法，具有以下有益效果：

本發(fā)明提供了一種將整個(gè)供電系統(tǒng)集成到封裝中的新方法，通過使用三維芯片堆疊技術(shù)，提高了電力輸送效率，增加了不同電壓軌道的可用數(shù)量。

本發(fā)明采用現(xiàn)有的有源元件和無源元件形成2.5D中間層，再將用電系統(tǒng)裸芯如ASIC集成到2.5D中間層的頂部得到3D堆棧結(jié)構(gòu)，通過直接在用電系統(tǒng)裸芯下方緊密集成供電系統(tǒng)裸芯，解決了現(xiàn)有供電系統(tǒng)面臨的問題。供電系統(tǒng)裸芯能夠提供數(shù)千條低壓供電軌道與用電系統(tǒng)通過微凸塊直接對(duì)接；由于集成了無源元件，可以消除PCB板的寄生電阻，提高了供電控制的供電效率和響應(yīng)時(shí)間，通過減少壓降和噪聲提高了保真度，減少了所需的設(shè)計(jì)余量。

附圖說明

圖1顯示為本發(fā)明實(shí)施例提供的集成供電系統(tǒng)的封裝件結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2顯示為本發(fā)明實(shí)施例提供的集成供電系統(tǒng)的封裝件的供電原理示意圖。

圖3顯示為本發(fā)明實(shí)施例提供的集成供電系統(tǒng)的封裝件的封裝方法示意圖。

圖4a-4h顯示為本發(fā)明實(shí)施例提供的集成供電系統(tǒng)的封裝件的封裝方法的工藝流程示意圖。

元件標(biāo)號(hào)說明

101 載體

1011 黏附層

200 再布線層

201 金屬連線

202 介電層

301 金屬引線

401 有源模塊

402 無源模塊

4021 電感元件

4022 電容元件

501 底座焊料凸塊

502 保護(hù)層

601 用電系統(tǒng)裸芯

602 微凸塊

700 封裝基底

S1～S7 步驟

具體實(shí)施方式

以下通過特定的具體實(shí)例說明本發(fā)明的實(shí)施方式，本領(lǐng)域技術(shù)人員可由本說明書所揭露的內(nèi)容輕易地了解本發(fā)明的其他優(yōu)點(diǎn)與功效。本發(fā)明還可以通過另外不同的具體實(shí)施方式加以實(shí)施或應(yīng)用，本說明書中的各項(xiàng)細(xì)節(jié)也可以基于不同觀點(diǎn)與應(yīng)用，在沒有背離本發(fā)明的精神下進(jìn)行各種修飾或改變。需說明的是，在不沖突的情況下，以下實(shí)施例及實(shí)施例中的特征可以相互組合。

需要說明的是，以下實(shí)施例中所提供的圖示僅以示意方式說明本發(fā)明的基本構(gòu)想，遂圖式中僅顯示與本發(fā)明中有關(guān)的組件而非按照實(shí)際實(shí)施時(shí)的組件數(shù)目、形狀及尺寸繪制，其實(shí)際實(shí)施時(shí)各組件的型態(tài)、數(shù)量及比例可為一種隨意的改變，且其組件布局型態(tài)也可能更為復(fù)雜。

為了克服現(xiàn)有技術(shù)中供電系統(tǒng)面臨的問題，本發(fā)明提出了一種通過使用三維芯片堆疊技術(shù)將整個(gè)供電系統(tǒng)集成到封裝中的新技術(shù)。請(qǐng)參閱圖1，本發(fā)明提供一種集成供電系統(tǒng)的封裝件，包括：用電系統(tǒng)裸芯601和位于所述用電系統(tǒng)裸芯601下方的供電系統(tǒng)裸芯；

其中，所述供電系統(tǒng)裸芯包括有源模塊401、無源模塊402和再布線層200，所述有源模塊401和無源模塊402封裝成型，所述再布線層200位于封裝成型的所述有源模塊401和無源模塊402之上，實(shí)現(xiàn)有源模塊401和無源模塊402之間電連接，并提供多條對(duì)接所述用電系統(tǒng)裸芯601的供電軌道；

所述用電系統(tǒng)裸芯601與多條所述供電軌道對(duì)接，并封裝固定在所述再布線層200上；

外部電源直接通過所述供電系統(tǒng)裸芯向所述用電系統(tǒng)裸芯601供電。

在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，所述用電系統(tǒng)裸芯601可以為專用集成電路裸芯(ASIC Die)，例如可以是GPU和DRAM等芯片。

在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，所述供電系統(tǒng)裸芯為高壓供電系統(tǒng)裸芯，將外部電源的高電壓轉(zhuǎn)換成所述用電系統(tǒng)裸芯601中需要的多個(gè)不同的低電壓，并提供多條對(duì)接所述用電系統(tǒng)裸芯的低壓供電軌道。具體地，所述供電系統(tǒng)裸芯的有源模塊401可以包括控制器和降壓轉(zhuǎn)換器，所述無源模塊402可以包括電容、電感和電阻。

在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，所述供電系統(tǒng)裸芯的有源模塊401與被動(dòng)元件402橫向排列，這樣有源模塊401與無源模塊402封裝在同一平層中，便于上層的再布線層200的電連接和布圖設(shè)計(jì)。

在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，所述供電系統(tǒng)裸芯下方設(shè)有底座焊料凸塊501，在所述底座焊料凸塊501與所述再布線層200之間設(shè)有金屬引線301，可以通過所述底座焊料凸塊501將整個(gè)封裝件固定在封裝基底700上，所述供電系統(tǒng)裸芯可以通過與所述底座焊料凸塊501連接的所述金屬引線301實(shí)現(xiàn)與外部器件的電連接。具體地，所述供電系統(tǒng)裸芯下方的所述底座焊料凸塊501可以為球狀引腳柵格陣列(Ball Grid Array，BGA)焊球。

在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，所述有源模塊401和所述無源模塊402與所述再布線層200之間可以通過微凸塊(μ-Bumps)連接或金屬焊盤直接焊接，具體的連接方式是多樣的，例如，可以通過超聲鍵合、熱壓鍵合或普通的回流焊等方法。

在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，所述用電系統(tǒng)裸芯601與所述再布線層200可以通過多個(gè)微凸塊602連接，具體的連接方式可以是超聲鍵合、熱壓鍵合或普通的回流焊等。

本發(fā)明提供的集成供電系統(tǒng)的封裝件，采用現(xiàn)有的有源元件和無源元件形成2.5D中間層，再將用電系統(tǒng)裸芯如ASIC集成到2.5D中間層的頂部得到3D堆棧結(jié)構(gòu)，從而直接在用電系統(tǒng)裸芯下方緊密集成供電系統(tǒng)裸芯。供電方式如圖2所示，外部高壓電源直接向封裝件供電，封裝件的供電系統(tǒng)將高電壓轉(zhuǎn)化為符合用電系統(tǒng)需要的電壓，并通過多條供電軌道通過微凸塊或凸塊直接供給用電系統(tǒng)裸芯。采用本發(fā)明的技術(shù)方案，供電系統(tǒng)裸芯能夠提供數(shù)千條低壓供電軌道與用電系統(tǒng)通過微凸塊直接對(duì)接；由于集成了無源元件，可以消除采用傳統(tǒng)PCB板產(chǎn)生的寄生電阻，提高了供電控制的供電效率和響應(yīng)時(shí)間，通過減少壓降和噪聲提高了保真度，減少了所需的設(shè)計(jì)余量，從而可有效的解決傳統(tǒng)供電系統(tǒng)面臨的問題。

請(qǐng)參閱圖3，本發(fā)明還提供一種上述集成供電系統(tǒng)的封裝件的封裝方法，包括以下步驟：

S1提供一載體；

S2在所述載體上形成再布線層；

S3在所述再布線層上安裝供電系統(tǒng)裸芯的有源模塊和無源模塊，并形成金屬引線，所述再布線層實(shí)現(xiàn)有源模塊和無源模塊之間電連接，并提供多條對(duì)接用電系統(tǒng)裸芯的供電軌道；

S4將所述有源模塊和無源模塊以及所述金屬引線在所述再布線層上封裝成型；

S5形成連接所述金屬引線的底座焊料凸塊；

S6去除所述載體；

S7將用電系統(tǒng)裸芯安裝在所述再布線層上，實(shí)現(xiàn)用電系統(tǒng)裸芯與多條所述供電軌道的對(duì)接，并將所述用電系統(tǒng)裸芯封裝固定在所述再布線層上。

下面通過具體實(shí)例來詳細(xì)說明上述封裝方法。

首先，如圖4a所示，提供一載體101。所述載體101的材料可以選自玻璃、不銹鋼、硅、氧化硅、金屬或陶瓷中的一種或多種，或其他類似物。所述載體101可以為平板型。例如，所述載體101可以為具有一定厚度的玻璃圓形平板。本實(shí)施例中，在所述載體101表面形成黏附層1011用于黏附固定所述再布線層200。具體地，可以采用膠水或膠帶的方式黏附所述再布線層200。后續(xù)去除所述載體101時(shí)，黏附層1011也一并去除。例如，黏附層1011可以是采用加熱或UV解膠的雙面膠帶，剝離時(shí)可以一面采用UV解膠另一面采用加熱解膠，或者一面采用加熱解膠另一面直接撕去，兩面膠帶解除粘性的方法不同。或者，黏附層1011也可以是鐳射解膠的犧牲層，形成這層犧牲層后，在犧牲層上涂膠水可以黏附固定所述再布線層200。剝離時(shí)，可采用鐳射去除犧牲層，然后再清除膠水。犧牲層可以在載體101上采用CVD沉積，也可以涂覆LTHC(light to heat)材料得到，膠水可以采用化學(xué)試劑清除。

然后，如圖4b所示，在所述載體101上形成再布線層200。具體地，所述再布線層200可以包括：金屬連線201、通孔以及設(shè)于所述金屬連線201和通孔周圍的介電層202，所述金屬連線201用于實(shí)現(xiàn)所述有源模塊401、無源模塊402和金屬引線301之間的電連接，并可以通過所述通孔實(shí)現(xiàn)多層金屬連線201之間的層間連接。其中，金屬連線201的材料包括Cu、Al、Ag、Au、Sn、Ni、Ti、Ta中的一種或多種，或其他適合的導(dǎo)電金屬材料。例如，金屬連線201可以為Cu線，制作Cu線的種子層可以為Ti/Cu層。形成所述金屬連線201的方法可以包括電解鍍、化學(xué)鍍、絲網(wǎng)印刷中的一種或多種，或其他適合的金屬沉積工藝。所述通孔的形成方法可以為激光鉆孔、機(jī)械鉆孔、反應(yīng)離子刻蝕、納米壓印或其他適合的開孔方法。所述通孔的填充材料可以為焊料或Cu，填充方法可以為電解鍍、化學(xué)鍍、絲網(wǎng)印刷、引線鍵合或其他適合在通孔中填充導(dǎo)電材料的方法。

本實(shí)施例中，所述再布線層200上還可以設(shè)有凸塊下金屬層(UBM)，所述有源模塊401、無源模塊402、金屬引線301以及用電系統(tǒng)裸芯601可以通過所述凸塊下金屬層與所述再布線層200電連接。

隨后，如圖4c所示，在所述再布線層200上安裝供電系統(tǒng)裸芯的有源模塊401和無源模塊402，并形成金屬引線301，使所述再布線層200實(shí)現(xiàn)有源模塊401和無源模塊402之間電連接，并提供多條對(duì)接用電系統(tǒng)裸芯601的供電軌道。

本實(shí)施例中，供電系統(tǒng)裸芯可以為高壓供電系統(tǒng)裸芯，將外部電源的高電壓轉(zhuǎn)換成所述用電系統(tǒng)裸芯中需要的多個(gè)不同的低電壓，并提供多條對(duì)接所述用電系統(tǒng)裸芯的低壓供電軌道。所述有源模塊401可以包括控制器和降壓轉(zhuǎn)換器，所述無源模塊402可以包括電容、電感和電阻，本實(shí)施例中，無源模塊402包括電容元件4022、電感元件4021和電阻(圖中未示出)等。有源模塊401與電容元件4022、電感元件4021等無源模塊402可以橫向地排列在同一平層中，便于再布線層200的電連接和布圖設(shè)計(jì)，具體排布的位置可以根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行設(shè)計(jì)，本發(fā)明對(duì)此不作限制。

本實(shí)施例中，安裝供電系統(tǒng)裸芯的有源模塊401和無源模塊402時(shí)，所述有源模塊401和所述無源模塊402與所述再布線層200之間可以通過微凸塊(μ-Bumps)連接或金屬焊盤直接焊接，具體的連接方式是多樣的，例如，可以通過超聲鍵合、熱壓鍵合或普通的回流焊等方法。

在所述再布線層200上形成金屬引線301是為了實(shí)現(xiàn)所述供電系統(tǒng)裸芯與外部器件的電連接。在所述再布線層200與后續(xù)制作的底座焊料凸塊501之間將會(huì)隔著一層含有源模塊401和無源模塊402的封裝層，所述再布線層200可利用穿過這層封裝層的金屬引線301實(shí)現(xiàn)與底座焊料凸塊501的電連接。在本實(shí)施例中，所述金屬引線301為豎直柱狀，所述金屬引線301可以為多根，每根金屬引線301可以包含多條金屬絲，這些金屬絲可采用引線鍵合(wire bond)的方法在所述再布線層200上形成，例如可以在一處打多條金絲或銅絲作為一根金屬引線301。由于采取引線鍵合的打線方法，每次打的金屬絲較細(xì)，因此需要打多條金屬絲作為一根金屬引線以便與后續(xù)的底座焊料凸塊501連接。

接下來，如圖4d所示，將所述有源模塊401、無源模塊402以及所述金屬引線301在所述再布線層200上封裝成型。封裝成型之后，可以研磨掉覆蓋所述有源模塊401和無源模塊402以及所述金屬引線301的多余封裝成型材料。具體地，所述封裝成型方法可以為壓縮成型、傳遞模塑、液封成型、真空層壓、旋涂或其他適合的方法。封裝成型的材料可以為環(huán)氧類樹脂、液體型熱固性環(huán)氧樹脂、塑料成型化合物或類似物。研磨的方法可以包括機(jī)械研磨、化學(xué)拋光、刻蝕中的一種或多種。

然后，如圖4e所示，形成連接所述金屬引線301的底座焊料凸塊501。本實(shí)施例中，所述底座焊料凸塊501可以是焊錫球等，本實(shí)施例采用球狀引腳柵格陣列(Ball Grid Array，BGA)焊球。所述封裝件通過所述底座焊料凸塊501可以實(shí)現(xiàn)在封裝基底上的固定以及與外部器件的電連接。

接著，如圖4f所示，去除所述載體101，并在所述底座焊料凸塊501上形成保護(hù)層502。具體地，去除所述載體101的方法可以包括機(jī)械研磨、化學(xué)拋光、刻蝕、紫外線剝離、機(jī)械剝離中的一種或多種，或其他適合的方法。本實(shí)施例中，可以通過解膠的方式去除黏附層1011，從而去除所述載體101。本實(shí)施例中，在所述底座焊料凸塊501上先形成一層保護(hù)層502可以保護(hù)所述底座焊料凸塊501在后續(xù)工藝中不被破壞。所述保護(hù)層502可以采用膠帶等類似物。

接下來，如圖4g所示，將用電系統(tǒng)裸芯601安裝在所述再布線層200上，實(shí)現(xiàn)與多條所述供電軌道的對(duì)接，然后可以通過底部填充將所述用電系統(tǒng)裸芯601封裝固定在所述再布線層200上。本實(shí)施例中，所述用電系統(tǒng)裸芯可以為專用集成電路裸芯(ASIC Die)。具體地，所述用電系統(tǒng)裸芯601與所述再布線層200可以通過多個(gè)微凸塊602連接，具體的連接方式可以是超聲鍵合、熱壓鍵合或普通的回流焊等。所述底部填充可以為毛細(xì)管底部填充(CUF，Capillary Underfill)或成型材料底部填充(MUF，Molding UnderFill)。最后，如圖4h所示，去除保護(hù)層502后即可將所述封裝件安裝到封裝基底上應(yīng)用。

綜上所述，本發(fā)明通過使用三維芯片堆疊技術(shù)將整個(gè)供電系統(tǒng)集成到器件封裝中，供電系統(tǒng)裸芯能夠提供數(shù)條低壓供電軌道與用電系統(tǒng)通過微凸塊直接對(duì)接；由于集成了無源元件，可以消除PCB板的寄生電阻，提高了供電控制的供電效率和響應(yīng)時(shí)間，通過減少壓降和噪聲提高了保真度，減少了所需的設(shè)計(jì)余量。本發(fā)明的集成供電系統(tǒng)的封裝件及封裝方法提高了電力輸送效率，增加了不同電壓軌道的可用數(shù)量，解決了現(xiàn)有供電系統(tǒng)面臨的多種問題。所以，本發(fā)明有效克服了現(xiàn)有技術(shù)中的種種缺點(diǎn)而具高度產(chǎn)業(yè)利用價(jià)值。

上述實(shí)施例僅例示性說明本發(fā)明的原理及其功效，而非用于限制本發(fā)明。任何熟悉此技術(shù)的人士皆可在不違背本發(fā)明的精神及范疇下，對(duì)上述實(shí)施例進(jìn)行修飾或改變。因此，舉凡所屬技術(shù)領(lǐng)域中具有通常知識(shí)者在未脫離本發(fā)明所揭示的精神與技術(shù)思想下所完成的一切等效修飾或改變，仍應(yīng)由本發(fā)明的權(quán)利要求所涵蓋。