扇出型芯片封裝器件及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及芯片封裝的技術(shù)領(lǐng)域，更具體而言，涉及芯片封裝器件及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著信息技術(shù)和半導(dǎo)體技術(shù)的不斷發(fā)展，手機(jī)、PAD、智能手表等電子設(shè)備逐漸呈現(xiàn)輕型化且功能相互融合的趨勢(shì)。這對(duì)芯片的集成度要求越來越高，進(jìn)而對(duì)芯片的封裝帶來前所未有的挑戰(zhàn)。不斷增長的互連間距的失配、加入具有不同功能的各種芯片以及在同樣的占用面積下減少封裝尺寸以便增加電池大小延長使用時(shí)間等均已為創(chuàng)新嵌入封裝技術(shù)打開了窗口。
[0003]受益于3D硅通孔(TSV)技術(shù)的開發(fā)，扇出型晶圓級(jí)封裝(FOWLP)目前被認(rèn)為最適合高要求的移動(dòng)/無線市場(chǎng)，并且對(duì)其它關(guān)注高性能和小尺寸的市場(chǎng)，也具有很強(qiáng)的吸引力。扇出型晶圓級(jí)封裝是晶圓級(jí)加工的嵌入式封裝，它不用基板而在一個(gè)封裝中實(shí)現(xiàn)垂直和水平方向的多芯片集成。
[0004]在目前主流的扇出型晶圓級(jí)封裝中，芯片被合適的材料圍繞，這些材料將封裝所占面積擴(kuò)展到芯片以外。芯片用晶圓級(jí)塑封技術(shù)嵌入人造塑料晶圓(重組晶圓)內(nèi)。然后用前道絕緣和金屬化工藝，以晶圓級(jí)光刻和制圖方法將互連扇出到周圍區(qū)域。再次在晶圓上應(yīng)用焊球并進(jìn)行并行測(cè)試。然后把重組晶圓切割為獨(dú)立單元，包裝和發(fā)運(yùn)。
[0005]然而，利用這種基于晶圓工藝基礎(chǔ)上塑封方式的扇出型封裝所制作的芯片封裝器件的熱管理性能有很大的限制，另外工藝方面也是具有成本高、工藝復(fù)雜等不足，所以導(dǎo)致了成本尚和性能不尚等缺陷。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]有鑒于此，本發(fā)明實(shí)施例旨在解決扇出型晶圓級(jí)封裝中前述的一種或多種問題，提供一種性能改進(jìn)的扇出型芯片封裝結(jié)構(gòu)。
[0007]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式，提供一種扇出型芯片封裝器件。該扇出型芯片封裝器件包括:芯板；芯片，嵌置在所述芯板的開窗中，從而所述芯板包圍所述芯片；在所述芯片和所述芯板的嵌置結(jié)構(gòu)的正面的電介質(zhì)層；以及在所述芯片和所述芯板的嵌置結(jié)構(gòu)的背面的電介質(zhì)層。通過擠壓所述芯片和所述芯板的嵌置結(jié)構(gòu)以及所述電介質(zhì)層，使得所述電介質(zhì)層的材料填充到所述芯片與所述芯板之間的間隙中。通過在所述芯片的背面區(qū)域處進(jìn)行控深劃切，而去除與所述芯片的背面的大部分區(qū)域?qū)?yīng)的所述電介質(zhì)層以及貼裝在所述芯片的背面的可剝離材料層，而使所述芯片的背面至少部分地裸露。
[0008]根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，進(jìn)行控深劃切而去除的所述芯片的背面的大部分區(qū)域可以為一個(gè)連續(xù)的區(qū)域，也可以為不連續(xù)的多個(gè)區(qū)域。
[0009]根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，所述可剝離材料層(72)可以為PI高溫膠帶，也可以為其他可剝離的臨時(shí)鍵合材料。
[0010]根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，所述電介質(zhì)層可以是PP樹脂層、ABF樹脂層或環(huán)氧樹脂層。
[0011]根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施方式，提供一種扇出型芯片封裝器件的制備方法。該方法包括:提供背面貼裝有可剝離材料層的芯片；將所述芯片嵌置入芯板的開窗中，從而所述芯板包圍所述芯片，其中所述芯板的所述開窗適于嵌置所述芯片；在所述芯片和所述芯板的嵌置結(jié)構(gòu)的正面布置電介質(zhì)層；在所述芯片和所述芯板的嵌置結(jié)構(gòu)的背面布置電介質(zhì)層；通過擠壓所述芯片和所述芯板的嵌置結(jié)構(gòu)以及所述電介質(zhì)層，使得所述電介質(zhì)層的材料填充到所述芯片與所述芯板之間的間隙中；以及通過在所述芯片的背面區(qū)域處進(jìn)行控深劃切，而去除與所述芯片的背面的至少部分對(duì)應(yīng)的所述電介質(zhì)層以及貼裝在所述芯片的背面的可剝離材料層，而使所述芯片的背面至少部分地裸露。
[0012]根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式的扇出型芯片封裝器件及其制備方法，由于采用了芯片背面部分或全部裸露的結(jié)構(gòu)，使得該封裝器件的散熱效果得以改進(jìn)。另外，由于采用了材料均為有機(jī)基板的板材的層壓方式而形成的對(duì)稱性結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，避免了在通過塑封技術(shù)進(jìn)行的晶圓級(jí)封裝過程中容易出現(xiàn)的翹曲的問題。
[0013]根據(jù)結(jié)合附圖的本說明書的以下詳細(xì)描述，本發(fā)明各種實(shí)施方式的這些和其他優(yōu)點(diǎn)與特征都將變得更加明顯。
【附圖說明】
[0014]圖1-圖13示出形成根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方式的芯片封裝裝置的步驟橫截面圖。
[0015]圖14示出根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方式的與圖10和圖11對(duì)應(yīng)的芯片封裝裝置的俯視圖。
[0016]圖15示出根據(jù)本發(fā)明另一個(gè)實(shí)施方式的芯片封裝裝置的截面圖。
[0017]圖16示出根據(jù)本發(fā)明另一個(gè)實(shí)施方式的與圖15對(duì)應(yīng)的芯片封裝裝置的俯視圖。
【具體實(shí)施方式】
[0018]下文將參考附圖更完整地描述本公開內(nèi)容，其中在附圖中顯示了本公開內(nèi)容的實(shí)施方式。但是這些實(shí)施方式可以用許多不同形式來實(shí)現(xiàn)并且不應(yīng)該被解釋為限于本文所述的實(shí)施方式。相反地，提供這些實(shí)例以使得本公開內(nèi)容將是透徹和完整的，并且將全面地向本領(lǐng)域的熟練技術(shù)人員表達(dá)本公開內(nèi)容的范圍。應(yīng)當(dāng)注意，雖然在下文將描述一個(gè)相對(duì)完整的芯片封裝器件的制作工藝，但是其中有的工藝步驟是可選的，并且存在替換的實(shí)施方式。
[0019]貫穿本公開內(nèi)容，相同的附圖標(biāo)記表示相同的元件。
[0020]本發(fā)明實(shí)施方式的核心構(gòu)思包括:首先，對(duì)芯片應(yīng)用可剝離材料并且將其和芯片一同嵌置至封裝芯片的芯板的開窗中，通過最后的工藝將芯片上面的結(jié)構(gòu)進(jìn)行開槽后然后進(jìn)行剝離從而將芯片背面進(jìn)行裸露，而后可選地進(jìn)行散熱裝置的貼裝，從而形成具有高散熱性能的封裝結(jié)構(gòu)，解決了傳統(tǒng)制作方法中器件的熱管理性能不足的問題。其次，采用基于基板層壓的工藝開展，在工藝過程中基于對(duì)稱結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，從而避免了在工藝過程中以及封裝完成后可能存在的翹曲的問題，避免了很多工藝以及后面微組裝過程中可能面臨的困難。最后，基于封裝基板的工藝開展，相對(duì)于基于晶圓的工藝極大地降低了生產(chǎn)成本，并且應(yīng)用了成熟的基板工藝方法適合于大規(guī)模量產(chǎn)的需求。
[0021]下面參考圖1-圖12來描述用于制造芯片封裝器件10的工藝流程。圖1-圖12示出形成根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方式的芯片封裝裝置的步驟橫截面圖。
[0022]在圖1中，執(zhí)行該工藝流程的第一步驟，提供用于封裝芯片的芯板51。芯板51內(nèi)部具有空心區(qū)域，也稱作開窗81，適于容納待封裝的芯片。
[0023]在圖1所示的示例中，提供封裝嵌置芯片的芯板51。芯板的厚度與芯片的厚度相對(duì)應(yīng)，可以相等也可以稍大于其厚度。芯板的開窗81的大小設(shè)置為與對(duì)待封裝的芯片進(jìn)行扇出操作而與芯板51之間的間隙處在允許的誤差范圍之內(nèi)。開窗81可以通過機(jī)械加工或激光加工的方式而形成。
[0024]芯板51可以采用導(dǎo)熱率高的BT樹脂材料作為最終的芯片封裝結(jié)構(gòu)橫向散熱的介質(zhì)層。應(yīng)當(dāng)理解，本發(fā)明實(shí)施方式中的芯板51也可以采用起支撐作用且優(yōu)選地具有橫向散熱效果的其他材料。
[0025]在圖2中，執(zhí)行該工藝流程的第二步驟，預(yù)處理待封裝的芯片71，包括在芯片71背面貼裝可剝離材料層72。
[0026]在圖2所示的示例中，待封裝的芯片71正面制作有金屬凸點(diǎn)73，其材料可以為銅或金，然后再背面貼裝上可剝離材料層72，比如PI高溫膠帶。PI高溫膠帶通常用于PCB板線路的保護(hù)，其在用完后可以被撕下，而被保護(hù)物表面不會(huì)產(chǎn)生殘膠，而且其還具有抗撕裂、粘著力強(qiáng)、撕去后被遮蔽表面不留殘膠的特點(diǎn)。應(yīng)當(dāng)理解，本發(fā)明實(shí)施方式中的可剝離材料層72也可以采用其他適當(dāng)?shù)牟牧蠈?，比如其他可剝離的臨時(shí)鍵合材料，其能夠在被劃切時(shí)保護(hù)芯片背面以免被劃傷并且能夠易于連同其剝離其上附接的其他材料層。
[0027]在圖3和圖4中，執(zhí)行該工藝流程的第三步驟，將待封裝的芯片71嵌入芯板51的開窗81中，同時(shí)通過在芯片71和芯板51的組裝件的正面和背面對(duì)稱地布置電介質(zhì)層52、53而進(jìn)行堆疊層壓操作。
[0028]在圖3和圖4所示的示例中，電介質(zhì)層52、53采用半固化片層(PP片)，還在電介質(zhì)層52、53的外側(cè)對(duì)稱地布置銅箔54、55。從上到下依次疊層銅箔54、電介質(zhì)層52、芯板51、芯片71、電介質(zhì)層53、銅箔55進(jìn)行層壓。銅箔54、55用于輔助層壓，并在后續(xù)起到支撐作用。
[0029]半固化片大多采用玻璃纖維布做增強(qiáng)材料，經(jīng)過處理的玻璃纖維布浸漬上樹脂膠液，再經(jīng)熱處理預(yù)烘制成的薄片材料稱為半固化片，其在加熱加壓下會(huì)軟化，冷卻后會(huì)反應(yīng)固化。電介質(zhì)層也可以使用諸如純膠體的ABF樹脂層、FR-4(環(huán)氧樹脂覆銅板)層、RCC(涂覆樹脂覆銅板)層。具體使用的電介質(zhì)層可以根據(jù)應(yīng)用需要而進(jìn)行選擇。應(yīng)當(dāng)注意，在電介質(zhì)層52、53使用FR-4和RCC等的覆銅板的情況下，其外側(cè)的銅箔54、55是不必要的。
[0030]在圖4所示的示例中，應(yīng)用高溫壓機(jī)或真空壓膜機(jī)進(jìn)行半固化片的層壓從而形成了具有對(duì)稱的芯片嵌置的封裝結(jié)構(gòu)。通過高溫層壓，電介質(zhì)層的半固化片材料會(huì)軟化而流入到芯板51與芯片71的間隙56中，進(jìn)而，在冷卻固化后能夠穩(wěn)定所嵌置的芯片71。
[0031]在圖5中，執(zhí)行該工藝流程的第四步驟，涉及在目前形成的芯片封裝結(jié)構(gòu)的正面的操作，在芯片71的正面進(jìn)行盲孔74的鉆孔制作，所制作的盲孔74對(duì)準(zhǔn)芯片71的金屬凸點(diǎn)73。
[0032]在圖5所示的示例中，可選地，在第三步驟中使用了 PP片和銅箔54和55或者在電介質(zhì)層外側(cè)使用銅箔的情況下，進(jìn)行減銅操作，蝕刻掉銅箔54和55或者外側(cè)使用的銅箔。銅箔54和55在PP片的情形下在第三步驟中用于輔助層壓。而后，使用機(jī)械鉆孔或激光鉆孔的方式在芯片71的正面制作盲孔，使得所制作的盲孔74對(duì)準(zhǔn)芯片71的金屬凸點(diǎn)73。
[0033]在圖6中，執(zhí)行該工藝流程的第五步驟，涉及在目前形成的芯片封裝結(jié)構(gòu)的正面的操作，金屬化盲孔74，在目前形成的芯片封裝結(jié)構(gòu)的正面形成表面線路金屬層，以及在目前形成的芯片封裝結(jié)構(gòu)的正面進(jìn)行線路制作，形成金屬線路圖案59。
[0034]在圖6所示的示例中，可選地，還在目前形成的芯片封裝結(jié)構(gòu)的背面形成表面線路金屬層57。形成表面線路金屬層57，可以為在后續(xù)步驟中標(biāo)記出控深劃切的位置提供便利，也可以使得金屬層的厚度與后續(xù)步驟中在芯片封裝結(jié)構(gòu)的正面形成金屬層的厚度大致相當(dāng)，以防止可能出現(xiàn)的翹曲。