一種三維圓片級(jí)扇出PoP封裝結(jié)構(gòu)及其制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及微電子封裝技術(shù)以及三維集成技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種三維圓片級(jí)扇出PoP封裝技術(shù)及其制造方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著電子封裝產(chǎn)品向高密度、多功能、低功耗、小型化方向的不斷發(fā)展，采用三維集成技術(shù)的系統(tǒng)級(jí)封裝(System in Package，SiP)取得了突飛猛進(jìn)的發(fā)展。娃通孔(Through Silicon Via，TSV)技術(shù)方案，由于具有堆疊密度最高，外形尺寸最小，極大提升芯片速度和降低功耗等特點(diǎn)，是實(shí)現(xiàn)三維集成技術(shù)的最優(yōu)方案。然而，目前TSV技術(shù)面臨的制造難度、工藝成本以及成品良率、可靠性等問(wèn)題及其突出?，F(xiàn)有成熟的三維集成技術(shù)主要為堆疊封裝(Package on Package，PoP)，其中上、下封裝體通常為采用印刷電路基板的封裝結(jié)構(gòu)。由于印刷電路基板具有一定的厚度，而且成本較高，導(dǎo)致整個(gè)PoP封裝的高度和成本難以得到有效降低，難以滿足高密度和低成本的要求?，F(xiàn)有的PoP封裝的由于上、下封裝體結(jié)構(gòu)的差異，導(dǎo)致制造工藝過(guò)程中封裝翹曲難以得到有效控制，嚴(yán)重影響焊球互聯(lián)結(jié)構(gòu)的可靠性。現(xiàn)有PoP封裝的制造工藝由于采用傳統(tǒng)的非圓片級(jí)封裝制造模式，導(dǎo)致效率低而且成本高，不利于PoP封裝的推廣。
[0003]因此，仍然需要新的封裝結(jié)構(gòu)和制造技術(shù)，以解決現(xiàn)有技術(shù)所存在的問(wèn)題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明針對(duì)三維PoP封裝技術(shù)提出一種封裝結(jié)構(gòu)和制造方法，以解決現(xiàn)有PoP封裝技術(shù)所存在的封裝密度、成本和可靠性問(wèn)題。
[0005]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用下述技術(shù)方案:
[0006]—種三維圓片級(jí)扇出PoP封裝結(jié)構(gòu)，通過(guò)至少一個(gè)扇出PoP封裝單元堆疊形成；一個(gè)扇出PoP封裝單元由兩個(gè)相同結(jié)構(gòu)的封裝體構(gòu)成；
[0007]所述一個(gè)封裝體包括有第一金屬凸點(diǎn)結(jié)構(gòu)、IC芯片、凸點(diǎn)、第一塑封材料、第二金屬凸點(diǎn)結(jié)構(gòu)、第一再布線金屬走線層、第一金屬層、第一介電材料層、第二再布線金屬走線層、第二介電材料層、第二金屬層；所述IC芯片帶有凸點(diǎn)，凸點(diǎn)連接于第一金屬凸點(diǎn)結(jié)構(gòu)上，與凸點(diǎn)未連接的第一金屬凸點(diǎn)結(jié)構(gòu)連接有第二金屬凸點(diǎn)結(jié)構(gòu)，第一塑封材料包圍了第一金屬凸點(diǎn)結(jié)構(gòu)、IC芯片、凸點(diǎn)和第二金屬凸點(diǎn)結(jié)構(gòu)，IC芯片和第二金屬凸點(diǎn)結(jié)構(gòu)與第一再布線金屬走線層連接，第一再布線金屬走線層上制作有第一金屬層，第一介電材料層包圍第一再布線金屬走線層，并涂覆在IC芯片、第二金屬凸點(diǎn)結(jié)構(gòu)和第一塑封材料同一側(cè)面；在第一金屬凸點(diǎn)結(jié)構(gòu)和第一塑封材料另一個(gè)側(cè)面涂覆有第二介電材料層，第二介電材料層包圍第二再布線金屬走線層，第二再布線金屬走線層與第一金屬凸點(diǎn)結(jié)構(gòu)相連，第二再布線金屬走線層上制作有第一金屬層；
[0008]兩個(gè)相對(duì)放置的封裝體的第二金屬層由第一焊球連接，并在一個(gè)封裝體的第一金屬層上連接第二焊球，形成一個(gè)扇出PoP封裝單元；
[0009]所述扇出PoP封裝單元的第二焊球再連接有一個(gè)相對(duì)放置的扇出PoP封裝單元的第一金屬層，所述未植球部分的第一金屬層、第一焊球及其連接的一對(duì)第二金屬層、第二焊球及其連接的一對(duì)第一金屬層包圍有第二塑封材料，形成一個(gè)三維圓片級(jí)扇出PoP封裝結(jié)構(gòu)。
[0010]利用該結(jié)構(gòu)，首先封裝體由于無(wú)基板結(jié)構(gòu)，直接通過(guò)再布線金屬走線層實(shí)現(xiàn)與外部環(huán)境的互聯(lián)，因此整體封裝體厚度可以得到大幅降低，制造成本也得到降低；進(jìn)一步地，低成本的模塑料通孔TMV具有TSV同樣的上、下結(jié)構(gòu)互聯(lián)導(dǎo)通的功能，因此可取代TSV結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)距互聯(lián)端口，從而使上、下封裝體之間，以及與外部結(jié)構(gòu)的I/O互聯(lián)通道數(shù)量和密度得到大幅提高，提升了封裝的密度；另外，三維圓片級(jí)扇出PoP封裝結(jié)構(gòu)的扇出(Fan-Out)特性可顯著增加PoP封裝的I/O互聯(lián)通道數(shù)量。最后，由于三維圓片級(jí)扇出PoP封裝結(jié)構(gòu)中所有的扇出PoP封裝單元相同，而且都通過(guò)面對(duì)面方式進(jìn)行堆疊回流焊，因此三維圓片級(jí)扇出PoP封裝具有高度對(duì)稱(chēng)性，從而可極大改善封裝的翹曲。
[0011]采用模塑料通孔實(shí)現(xiàn)上、下封裝體之間，以及與外部結(jié)構(gòu)的三維集成互聯(lián)。
[0012]第一金屬凸點(diǎn)結(jié)構(gòu)可以是但不局限于銅、銅合金、鐵、鐵合金、鎳、鎳合金、鎢等金屬材料。
[0013]第二金屬凸點(diǎn)結(jié)構(gòu)可以是但不局限于銅、銅合金、鐵、鐵合金、鎳、鎳合金、鎢等金屬材料、或者釬焊料材料。
[0014]第一再布線金屬走線層和第二再布線金屬走線層可以是但不局限于銅、銅合金、鐵、鐵合金、鎳、鎳合金、鎢等金屬材料。
[0015]第一介電材料層和第二介電材料層可以是但不局限于熱固性塑封材料、塞孔樹(shù)月旨、油墨以及阻焊綠油等絕緣材料。
[0016]IC芯片的背面、第一塑封材料的上表面與第二金屬凸點(diǎn)結(jié)構(gòu)的上表面在同一平面上。
[0017]三維圓片級(jí)扇出PoP封裝通過(guò)至少一個(gè)扇出PoP封裝單元堆疊形成，相鄰扇出PoP封裝單元之間通過(guò)第二焊球?qū)崿F(xiàn)互聯(lián)。
[0018]第一塑封材料中通孔采用激光或者機(jī)械開(kāi)孔，或者塑封工藝時(shí)采用特制塑封模具直接形成。
[0019]IC芯片的凸點(diǎn)可以為但不局限于銅柱凸點(diǎn)。
[0020]一種三維圓片級(jí)扇出PoP封裝結(jié)構(gòu)的制造方法，其特征在于，按照以下步驟進(jìn)行:
[0021]步驟1:準(zhǔn)備第一載體圓片，通過(guò)第一粘貼材料將金屬基材圓片配置于第一載體圓片上；
[0022]步驟2:在金屬基材圓片的上表面采用蝕刻或者電鍍方法制作第一金屬凸點(diǎn)結(jié)構(gòu)；
[0023]步驟3:將具有凸點(diǎn)的IC芯片倒裝貼裝配置于第一金屬凸點(diǎn)結(jié)構(gòu)上；
[0024]步驟4:采用高溫加熱注塑方法，將第一塑封材料包覆密封具有凸點(diǎn)的IC芯片和第一金屬凸點(diǎn)結(jié)構(gòu)，并裸露出IC芯片的背面，塑封后進(jìn)行烘烤后固化；
[0025]步驟5:采用激光或者機(jī)械開(kāi)孔方法在第一塑封材料中制作通孔，裸露出第一金屬凸點(diǎn)結(jié)構(gòu)的上表面；
[0026]步驟6:采用電鍍或者液態(tài)金屬填充方法在制作的通孔中形成第二金屬凸點(diǎn)結(jié)構(gòu)，第一金屬凸點(diǎn)結(jié)構(gòu)和第二金屬凸點(diǎn)結(jié)構(gòu)共同組成模塑料通孔；
[0027]步驟7:在IC芯片的背面、第二金屬凸點(diǎn)結(jié)構(gòu)的上表面和第一塑封材料的上表面涂覆第一介電材料層，采用電鍍或者化學(xué)鍍方法制作第一再布線金屬走線層，在第一再布線金屬走線層上制作第一金屬層，采用第一介電材料層涂覆包裹第一再布線金屬走線層；
[0028]步驟8:通過(guò)第三粘貼材料將上述步驟7制作形成的結(jié)構(gòu)配置于第二載體圓片上;
[0029]步驟9:通過(guò)機(jī)械、蝕刻或者曝光等方法去除第一載體圓片和第一粘貼材料；
[0030]步驟10:采用與步驟2相同的蝕刻方法對(duì)金屬基材圓片的下表面進(jìn)行蝕刻，形成第二再布線金屬走線層，在第二再布線金屬走線層上制作第二金屬層，采用第二介電材料層涂覆包裹第二再布線金屬走線層；
[0031]步驟11:在第二金屬層上進(jìn)行植球工藝，并進(jìn)行回流焊工藝，得到呈陣列排布的第一焊球；
[0032]步驟12:將上述步驟11制作形成的結(jié)構(gòu)進(jìn)行面對(duì)面堆疊回流焊工藝，第一焊球成為上、下結(jié)構(gòu)的互聯(lián)結(jié)構(gòu)；
[0033]步驟13:通過(guò)機(jī)械、蝕刻或者曝光等方法去除第二載體圓片和第三粘貼材料；
[0034]步驟14:在第一金屬層上進(jìn)行植球和回流焊工藝，得到呈陣列排布的第二焊球，形成扇出PoP封裝單元；
[0035]步驟15:將至少一個(gè)扇出PoP封裝單元進(jìn)行堆疊回流焊，第二焊球成為上、下相鄰扇出PoP封裝單元的互聯(lián)結(jié)構(gòu)；
[0036]步驟16:采用高溫加熱注塑方法，將第二塑封材料進(jìn)行包覆密封，塑封后進(jìn)行烘烤后固化工藝，形成三維圓片級(jí)扇出PoP封裝；
[0037]步驟17:采用刀片切割方法分離三維圓片級(jí)扇出PoP封裝的產(chǎn)品陣列，形成單個(gè)三維圓片級(jí)扇出PoP封裝。
[0038]所述步驟5中第一塑封材料中通孔采用特制塑封模具直接形成。
【附圖說(shuō)明】
[0039]圖1是在第一載體圓片上配置金屬基材圓片的示意圖；
[0040]圖2是在金屬基材圓片上制作第一金屬凸點(diǎn)結(jié)構(gòu)的示意圖；
[0041]圖3是在金屬基材圓片上配置IC芯片的不意圖；
[0042]圖4是將IC芯片、凸點(diǎn)和金屬凸點(diǎn)結(jié)構(gòu)包覆密封在第一塑封材料內(nèi)，并裸露出IC芯片的背面的示意圖；
[0043]圖5是在第一塑封材料上制作通孔的示意圖；
[0044]圖6是在通孔中制作第二金屬凸點(diǎn)結(jié)構(gòu)的示意圖；
[0045]圖7是制作第一再布線金屬走線層，在第一再布線金屬走線層上制作第一金屬層，采用第一介電材料層涂覆包裹第一再布線金屬走線層的示意圖；
[0046]圖8是配置第二載體圓片的示意圖；
[0047]圖9是去除第一載體圓片的不意圖；
[0048]圖10是采用蝕刻方法對(duì)金屬基材圓片的下表面進(jìn)行蝕刻，形成第二再布線金屬走線層，在第二再布線金屬走線層上制作第二金屬層，采用第二介電材料層涂覆包裹第二再布線金屬走線層的示意圖；
[0049]圖11是在第二金屬層上進(jìn)行植球和回流焊工藝，得到第