控制球高且避免掉球的PoP堆疊封裝工藝的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種PoP封裝工藝，尤其是一種控制球高且避免掉球的PoP堆疊封裝工藝。
【背景技術(shù)】
[0002]作為目前封裝高密集成的主要方式，PoP (package on package，層疊封裝)得到越來(lái)越多的重視。芯片的堆疊是提高電子封裝高密化的主要途徑之間，PoP設(shè)計(jì)已經(jīng)在業(yè)界得到比較廣泛的開發(fā)和應(yīng)用。
[0003]PoP封裝采用焊球?qū)崿F(xiàn)封裝體之間的互連，現(xiàn)有技術(shù)中，采用異質(zhì)核心焊球經(jīng)過(guò)基板植球并被塑封材料包裹的方案(如圖1所示)，在后續(xù)的回流過(guò)程中，焊球Ia表面的焊錫2a會(huì)溢出塑封材料3a表面，從而在塑封材料與核心之間形成孔隙，影響后續(xù)工藝及可靠性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，提供一種控制球高且避免掉球的PoP堆疊封裝工藝，銅球表面不含有焊料，能夠精確控制球高和避免掉球，確保植球的良率。
[0005]按照本發(fā)明提供的技術(shù)方案，所述控制球高且避免掉球的PoP堆疊封裝工藝，其特征是，包括以下步驟:
(1)在第一封裝元件中基板的第一表面的焊盤上涂覆含有助焊劑的焊膏；
(2)在步驟(I)得到的焊膏上植銅球并回流，實(shí)現(xiàn)銅球和基板第一表面的焊盤互連；所述銅球表面預(yù)先包裹一層抗氧化膜；
(3)在第一封裝元件中基板的第一表面以倒裝方式貼放芯片，并通過(guò)回流實(shí)現(xiàn)倒裝芯片和基板第一表面焊盤的鍵合；
(4)將芯片和銅球用塑封材料進(jìn)行塑封包裹，并保證銅球上部露出設(shè)定的高度；
(5)在第一封裝元件中基板的第二表面的焊盤上植焊球并進(jìn)行回流；
(6)切割基板，形成多個(gè)單獨(dú)的第一封裝元件；
(7)清除第一封裝元件塑封材料表面銅球露出部分的氧化物和殘留的抗氧化膜；然后在銅球露出的部分涂覆助焊劑或焊膏；
(8)將第二封裝元件底部預(yù)制的焊球與第一封裝元件基板第一表面露出的銅球?qū)ξ唬⒒亓餍纬苫ミB，最后清洗殘留的助焊劑。
[0006]進(jìn)一步的，所述抗氧化膜為OSP (Organic Solderability Preservatives)膜，厚度為100?500nm。
[0007]進(jìn)一步的，所述抗氧化膜為SAM (Self Assembled Monolayer)膜，厚度為0.5?5nm0
[0008]進(jìn)一步的，所述步驟(7)采用等離子體清洗的方式清除第一封裝元件塑封材料表面銅球露出部分的氧化物和殘留的抗氧化膜。
[0009]進(jìn)一步的，所述步驟(4)中塑封采用薄膜輔助塑封工藝(Film Assistant Mold)。
[0010]本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn):
(1)本發(fā)明采用的銅球表面沒有焊料，只是被納米級(jí)厚度的有機(jī)自保護(hù)層(0SP膜或SAM膜)包裹，可以避免銅的氧化，而這層有機(jī)自保護(hù)層在回流時(shí)被助焊劑分解(0SP膜)或自動(dòng)分解(SAM膜)，從而可以確保植球的良率；
(2)OSP膜能承受180°C高溫，可以避免銅球在塑封過(guò)程中氧化；
(3)由于銅球表面的有機(jī)自保護(hù)層在基板背面植球或回流(200°C以上)后分解，高度由銅球的原始高度決定，從而能夠保持良好高度特性；
(4)由于銅球表面不含有焊料，因而在基板背面植球和回流時(shí)保持固態(tài)，仍然被EMC或MUF牢固把持，可以避免掉球現(xiàn)象。
【附圖說(shuō)明】
[0011]圖1為現(xiàn)有技術(shù)中采用異質(zhì)核心焊球的PoP封裝結(jié)構(gòu)的示意圖。
[0012]圖2為在第一封裝元件基板的焊盤上涂覆焊膏的示意圖。
[0013]圖3為在焊膏上植球回流的示意圖。
[0014]圖4為在第一封裝元件上倒裝芯片的示意圖。
[0015]圖5為對(duì)銅球和芯片進(jìn)行塑封的示意圖。
[0016]圖6為在第一封裝元件的背面進(jìn)行植焊球的示意圖。
[0017]圖7為切割基板的不意圖。
[0018]圖8為清除塑封材料表面氧化物的示意圖。
[0019]圖9為第二封裝元件和第一封裝元件進(jìn)行堆疊的示意圖。
[0020]圖2?圖9中序號(hào):第一封裝元件10、焊膏20、銅球30、芯片40、塑封材料50、焊球60、第二封裝元件70。
【具體實(shí)施方式】
[0021]下面結(jié)合具體附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。
[0022]本發(fā)明所述控制球高且避免掉球的PoP堆疊封裝工藝，包括以下步驟:
(1)如圖2示，在第一封裝元件10中基板的第一表面的焊盤上涂覆含有助焊劑的焊膏
20 ；
(2)如圖3所示，在步驟(I)得到的焊膏20上植銅球30并回流，實(shí)現(xiàn)銅球30和基板第一表面的焊盤互連；所述銅球的直徑經(jīng)過(guò)嚴(yán)格篩選，誤差±5%，銅球表面預(yù)先包裹一層OSP膜或SAM膜，OSP膜的厚度為100?300，SAM膜的厚度為0.5?5nm ;
(3)如圖4所示，在第一封裝元件10中基板的第一表面以倒裝方式貼放芯片40，并通過(guò)回流實(shí)現(xiàn)倒裝芯片40和基板第一表面焊盤的鍵合；
(4)如圖5所示，采用塑封方式在第一封裝元件10基板的第一表面，將芯片40和銅球30用塑封材料50進(jìn)行塑封包裹，并保證銅球30上部露出設(shè)定的高度；所述塑封采用薄膜輔助塑封工藝(Film Assistant Mold)，可以保證塑封后銅球上部露出設(shè)定高度；
(5)如圖6所示，在第一封裝元件10中基板的第二表面的焊盤上植焊球60并進(jìn)行回流; (6)如圖7所示，切割基板，形成多個(gè)單獨(dú)的第一封裝元件10;
(7)如圖8所示，采用等離子體清除第一封裝元件10塑封材料50表面銅球30露出部分的氧化物和殘留的SAM膜或OSP膜；然后在銅球30露出的部分涂覆助焊劑；
(8)如圖9所示，將第二封裝元件70底部預(yù)制的焊球與第一封裝元件10基板第一表面露出的銅球30對(duì)位，并回流形成互連，最后清洗殘留的助焊劑。
[0023]本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn):
(1)本發(fā)明彩和的銅球表面沒有焊料，只是被納米級(jí)厚度的有機(jī)自保護(hù)層(0SP膜或SAM膜)包裹，可以避免銅的氧化，而這層有機(jī)自保護(hù)層在回流時(shí)被助焊劑分解(0SP膜)或自動(dòng)分解(SAM膜)，從而可以確保植球的良率；
(2)OSP膜能承受180°C高溫，可以避免銅球在EMC或MUF過(guò)程中氧化；
(3)PoP堆疊體的間隙高度由銅球的原始高度決定，從而能夠保持良好高度特性；
(4)由于銅球表面不含有焊料，因而在基板背面植球和回流時(shí)保持固態(tài)，仍然被塑封料牢固包裹，可以避免掉球現(xiàn)象。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種控制球高且避免掉球的PoP堆疊封裝工藝，其特征是，包括以下步驟: (1)在第一封裝元件中基板的第一表面的焊盤上涂覆含有助焊劑的焊膏； (2)在步驟(I)得到的焊膏上植銅球并回流，實(shí)現(xiàn)銅球和基板第一表面的焊盤互連；所述銅球表面預(yù)先包裹一層抗氧化膜； (3)在第一封裝元件中基板的第一表面以倒裝方式貼放芯片，并通過(guò)回流實(shí)現(xiàn)倒裝芯片和基板第一表面焊盤的鍵合； (4)將芯片和銅球用塑封材料進(jìn)行塑封包裹，并保證銅球上部露出設(shè)定的高度； (5)在第一封裝元件中基板的第二表面的焊盤上植焊球并進(jìn)行回流； (6)切割基板，形成多個(gè)單獨(dú)的第一封裝元件； (7)清除第一封裝元件塑封材料表面銅球露出部分的氧化物和殘留的抗氧化膜；然后在銅球露出的部分涂覆助焊劑或焊膏； (8)將第二封裝元件底部預(yù)制的焊球與第一封裝元件基板第一表面露出的銅球?qū)ξ?，并回流形成互連，最后清洗殘留的助焊劑。2.如權(quán)利要求1所述的控制球高且避免掉球的PoP堆疊封裝工藝，其特征是:所述抗氧化膜為OSP膜，厚度為100?500nmo3.如權(quán)利要求1所述的控制球高且避免掉球的PoP堆疊封裝工藝，其特征是:所述抗氧化膜為SAM膜，厚度為0.5?5nm。4.如權(quán)利要求1所述的控制球高且避免掉球的PoP堆疊封裝工藝，其特征是:所述步驟(7)采用等離子體清洗的方式清除第一封裝元件塑封材料表面銅球露出部分的氧化物和殘留的抗氧化膜。5.如權(quán)利要求1所述的控制球高且避免掉球的PoP堆疊封裝工藝，其特征是:所述步驟(4)中塑封采用薄膜輔助塑封工藝(Film Assistant Mold)。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種控制球高且避免掉球的PoP堆疊封裝工藝，其特征是，包括以下步驟：（1）在第一封裝元件基板第一表面的焊盤上涂覆焊膏；（2）在焊膏上植銅球并回流，銅球表面預(yù)先包裹抗氧化膜；（3）在第一封裝元件基板的第一表面倒裝貼放芯片；（4）芯片和銅球進(jìn)行塑封包裹，銅球上部露出設(shè)定的高度；（5）在第一封裝元件基板第二表面的焊盤上植焊球并回流；（6）切割基板，形成單獨(dú)的第一封裝元件；（7）清除銅球露出部分的氧化物和殘留的抗氧化膜，在銅球露出的部分涂覆助焊劑或焊膏；（8）將第二封裝元件底部的焊球與第一封裝元件基板第一表面的銅球?qū)ξ?，回流形成互連。本發(fā)明能夠精確控制球高和避免掉球，確保植球的良率。
【IPC分類】H01L21/60
【公開號(hào)】CN105161435
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510391233
【發(fā)明人】張文奇, 劉一波
【申請(qǐng)人】華進(jìn)半導(dǎo)體封裝先導(dǎo)技術(shù)研發(fā)中心有限公司
【公開日】2015年12月16日
【申請(qǐng)日】2015年7月6日