一種埋入式半導(dǎo)體芯片扇出型封裝結(jié)構(gòu)及其制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種埋入式半導(dǎo)體芯片扇出型封裝結(jié)構(gòu)及其制作方法。該封裝結(jié)構(gòu)包括半導(dǎo)體基板、芯片。芯片的正面設(shè)置有若干導(dǎo)電墊，半導(dǎo)體基板開設(shè)有容納槽，芯片收容在容納槽內(nèi)且正面朝外。每個導(dǎo)電墊上長有金屬柱，且金屬柱高于半導(dǎo)體基板的上表面。容納槽與芯片之間的間隙、上表面及金屬柱的四周由絕緣層填充或包覆。所有金屬柱頂面均連接一條金屬重布線，至少有一條金屬重布線延伸至芯片的表面之外。本發(fā)明通過在芯片上長金屬柱，并用聚合物材料覆蓋住芯片及金屬柱，再使用平坦化工藝，將芯片的金屬柱露出，保證封裝體表面的平整度；同時凹槽的尺寸范圍可擴(kuò)大。本發(fā)明還公開了該埋入式半導(dǎo)體芯片扇出型封裝結(jié)構(gòu)的制作方法。
【專利說明】
一種埋入式半導(dǎo)體芯片扇出型封裝結(jié)構(gòu)及其制作方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及半導(dǎo)體封裝技術(shù)領(lǐng)域的一種芯片扇出型封裝結(jié)構(gòu)及其制作方法，尤其涉及一種埋入式半導(dǎo)體芯片扇出型封裝結(jié)構(gòu)及其制作方法。
【背景技術(shù)】
[0002]本公司一直注重芯片封裝技術(shù)的研究，如發(fā)明專利申請?zhí)枮?01510486674.1、申請日為2015年08月11號、公開號為CN105023900A、【公開日】為2015年11月04號的《埋入硅基板扇出型封裝結(jié)構(gòu)及其制造方法》。然而，芯片埋入硅基板時，由于工藝或設(shè)計(jì)原因，芯片可能低于或高出基板表面，難以保證所有芯片表面與基板表面保持一致。如高度差較大，會導(dǎo)致其上絕緣層上金屬線路不平整，增加金屬線路上的應(yīng)力，存在金屬線路被拉斷的隱患。并且后續(xù)長錫球時，芯片上的錫球與扇出到基板上的錫球存在高度差，芯片焊接到外電路板時也會有可靠性問題。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0003]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種埋入式半導(dǎo)體芯片扇出型封裝結(jié)構(gòu)及其制作方法。
[0004]本發(fā)明的解決方案是:一種埋入式半導(dǎo)體芯片扇出型封裝結(jié)構(gòu)，其包括半導(dǎo)體基板、至少一個芯片；芯片的正面設(shè)置有若干導(dǎo)電墊，半導(dǎo)體基板開設(shè)有至少一個容納槽，至少一芯片收容在容納槽內(nèi)且正面朝外;每個導(dǎo)電墊上連接一金屬柱，且金屬柱高于半導(dǎo)體基板的上表面;容納槽與芯片之間的間隙、上表面及金屬柱的四周由絕緣層填充或包覆;所有金屬柱頂面均連接一條金屬重布線，至少有一條金屬重布線延伸至芯片的表面之外。
[0005]作為上述方案的進(jìn)一步改進(jìn)，半導(dǎo)體基板為硅基板。
[0006]作為上述方案的進(jìn)一步改進(jìn)，芯片的背面采用粘結(jié)劑層固定在容納槽的底部。
[0007]作為上述方案的進(jìn)一步改進(jìn)，絕緣層采用模塑料、環(huán)氧樹脂、聚合物基樹脂薄膜、硅酮或硅酮基材料、感光材料中的至少一種材料制成。
[0008]作為上述方案的進(jìn)一步改進(jìn)，金屬重布線和金屬柱的材質(zhì)均包括鋁、鈦、鉻、鎢、銅、鎳、金、銀、錫中的至少一種。
[0009]作為上述方案的進(jìn)一步改進(jìn)，金屬柱(110)直接長在導(dǎo)電墊上，或通過一層導(dǎo)電線路連接導(dǎo)電墊。
[0010]作為上述方案的進(jìn)一步改進(jìn)，該導(dǎo)電墊上鋪有一層絕緣緩沖層，金屬柱形成于該絕緣緩沖層在該導(dǎo)電墊位置的開口處。
[0011]作為上述方案的進(jìn)一步改進(jìn)，絕緣層上鋪有覆蓋金屬重布線的防焊層。
[0012]優(yōu)選地，每個金屬重布線預(yù)設(shè)一個導(dǎo)電體，防焊層在金屬重布線預(yù)設(shè)導(dǎo)電體的位置開口并在開口處制備相應(yīng)導(dǎo)電體。
[0013]本發(fā)明還提供上述任意埋入式半導(dǎo)體芯片扇出型封裝結(jié)構(gòu)的制作方法，其包括以下步驟:
[0014]步驟一、提供一包含若干芯片的晶圓，在晶圓正面導(dǎo)電墊上長金屬柱，分離單顆芯片；
[0015]步驟二、提供一半導(dǎo)體基板，在半導(dǎo)體基板的上表面挖若干容納槽，每個容納槽中將至少一芯片背面朝下貼于相應(yīng)容納槽的槽底；
[0016]步驟三、在半導(dǎo)體基板的上表面上覆蓋絕緣層，絕緣層包裹芯片的金屬柱；
[0017]步驟四、平坦化絕緣層，并暴露出金屬柱；
[0018]步驟五、在絕緣層上設(shè)置若干金屬重布線，且布線范圍超出芯片的面積區(qū)域；
[0019]步驟六、在每個金屬重布線上制作一個導(dǎo)電體，并切割半導(dǎo)體基板，形成單顆封裝體。
[0020]本發(fā)明的有益效果為:通過在芯片上長金屬柱，并用聚合物材料覆蓋住芯片及金屬柱，再使用平坦化工藝，將芯片的金屬柱露出，這樣保證了封裝體表面的平整度；同時凹槽的尺寸范圍可擴(kuò)大。通過調(diào)節(jié)不同芯片金屬柱的高度，可實(shí)現(xiàn)不同厚度的芯片同時埋入至容納槽中實(shí)現(xiàn)扇出封裝，擴(kuò)大埋入硅基板扇出封裝的應(yīng)用范圍。
【附圖說明】
[0021]圖1是本發(fā)明實(shí)施例1的埋入式半導(dǎo)體芯片扇出型封裝結(jié)構(gòu)的剖面示意圖。
[0022]圖2是圖1中芯片導(dǎo)電墊與金屬柱直接連接的剖面示意圖。
[0023]圖3是圖1中芯片導(dǎo)電墊與金屬柱通過導(dǎo)電線路連接的剖面示意圖。
[0024]圖4是圖1中埋入式半導(dǎo)體芯片扇出型封裝結(jié)構(gòu)的制作方法的流程圖。
[0025]圖5是圖4中制作方法的步驟示意圖:提供一長有金屬柱的芯片晶圓。
[0026]圖6是圖4中制作方法的步驟示意圖:切割形成單顆芯片。
[0027]圖7是圖4中制作方法的步驟示意圖:提供一基板晶圓，在基板上表面挖若干容納槽。
[0028]圖8是圖7的部分剖視圖。
[0029]圖9是圖4中制作方法的步驟示意圖:將芯片非金屬柱面朝下貼于容納槽底部。
[0030]圖10是圖4中制作方法的步驟示意圖:在基板上表面覆蓋絕緣層，絕緣層包裹芯片的金屬柱。
[0031]圖11是圖4中制作方法的步驟示意圖:研磨去除部分絕緣層，暴露出金屬柱。
[0032]圖12是圖4中制作方法的步驟示意圖:在絕緣層上重布線，至少一條線路超出芯片的投影區(qū)域。
[0033]圖13是圖4中制作方法的步驟示意圖:在金屬線路合適位置制作導(dǎo)電體.
[0034]圖14是本發(fā)明實(shí)施例2的埋入式半導(dǎo)體芯片扇出型封裝結(jié)構(gòu)的剖面示意圖，其中，容納槽內(nèi)放入兩個尺寸相同芯片。
[0035]圖15是本發(fā)明實(shí)施例3的埋入式半導(dǎo)體芯片扇出型封裝結(jié)構(gòu)的剖面示意圖，其中，容納槽內(nèi)放入兩個尺寸不同芯片。
[0036]圖16是本發(fā)明實(shí)施例4的埋入式半導(dǎo)體芯片扇出型封裝結(jié)構(gòu)的剖面示意圖，其中，封裝體背部研磨。
【具體實(shí)施方式】
[0037]下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。
[0038]圖1繪示根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施方式的埋入式半導(dǎo)體芯片扇出型封裝結(jié)構(gòu)的剖面圖。如圖1、圖2、圖3所示，埋入式半導(dǎo)體芯片扇出型封裝結(jié)構(gòu)包含至少一個芯片100(在本實(shí)施例中以I個為例)、半導(dǎo)體基板200。芯片100的正面設(shè)置有若干導(dǎo)電墊，每個導(dǎo)電墊上長有金屬柱110，使得芯片100表面具有金屬柱110，金屬柱110高于半導(dǎo)體基板200的上表面202。半導(dǎo)體基板200開設(shè)有至少一個容納槽201 (在本實(shí)施例中以I個為例)，芯片100收容在容納槽201內(nèi)且正面朝外，故半導(dǎo)體基板200表面具有埋入芯片100的容納槽201，帶金屬柱110的芯片100，非金屬柱面朝下放置于半導(dǎo)體基板200的容納槽201內(nèi)。在其他實(shí)施例中，容納槽201還可以收容多個芯片100，每個芯片100的形狀、大小等尺寸均可不同。半導(dǎo)體基板200優(yōu)選為硅基板。芯片100的背面可采用粘結(jié)劑層120固定在容納槽201的底部，故芯片100的非金屬柱面可用粘結(jié)劑固定在半導(dǎo)體基板200的容納槽201的底部。
[0039]容納槽201與芯片100之間的間隙、上表面202及金屬柱110的四周由絕緣層301填充或包覆，故絕緣層301覆蓋芯片100的表面、半導(dǎo)體基板200額表面及金屬柱110的側(cè)壁。所有金屬柱110頂面均連接一條金屬重布線400，至少有一條金屬重布線400延伸至芯片100的正面的投影面積之外，故金屬線路即金屬重布線400鋪于絕緣層301上，且至少一條金屬線路從金屬柱110末端延伸到超出芯片100正投影區(qū)域的部分。
[0040]絕緣層301可以為一種材料，也可以有多層材料組成，材料不限于模塑料、環(huán)氧樹月旨、聚合物基樹脂薄膜、硅酮或硅酮基材料、感光材料。金屬線路和金屬柱110材質(zhì)均可包括招、欽、絡(luò)、媽、銅、銀、金、銀、錫中的一種或幾種。
[0041 ] 在本實(shí)施方式中，芯片100可為多I/O端口的IC芯片，I/O端口為位于芯片100表面的導(dǎo)電墊111，導(dǎo)電墊111表面上形成有金屬柱110，金屬柱110電性連接芯片100的導(dǎo)電墊111，如圖2所示。本實(shí)施方式中，芯片100導(dǎo)電墊面上可以鋪一絕緣緩沖層，金屬柱110形成于該絕緣緩沖層在導(dǎo)電墊位置的開口處。優(yōu)選的，金屬柱110的高度范圍為5μπι?150μπι。其他實(shí)施例中，金屬柱110可以通過一層導(dǎo)電線路112連接導(dǎo)電墊111，金屬柱110通過導(dǎo)電線路112重新分布導(dǎo)電墊111的導(dǎo)電位置，如圖3所示。
[0042]本實(shí)施例金屬線路上覆蓋有防焊層500，每個金屬重布線400預(yù)設(shè)一個導(dǎo)電體410，防焊層500在金屬線路預(yù)設(shè)導(dǎo)電體410的位置開口，并在開口處制備導(dǎo)電體410。該導(dǎo)電體410可以是焊球(solder ball)、焊料凸點(diǎn)(solder bump)或金屬柱凸點(diǎn)(pillar)，其材質(zhì)包括鈦、鉻、鎢、銅、鎳、金、銀、錫中的一種或幾種。如圖1所示的導(dǎo)電體以錫球?yàn)槔?br>[0043]請參閱圖4，本發(fā)明的埋入式半導(dǎo)體芯片扇出型封裝結(jié)構(gòu)的制作方法包括以下步驟:
[0044]步驟一、提供一包含若干芯片100的晶圓，在晶圓正面導(dǎo)電墊111上長金屬柱110(如圖5所示)，分離單顆芯片100(如圖6所示)；
[0045]步驟二、提供一半導(dǎo)體基板200，在半導(dǎo)體基板200的上表面202挖若干凹槽即容納槽201(如圖7及圖8所示)，每個容納槽201中將一芯片100背面朝下貼于相應(yīng)容納槽201的槽底(如圖9所示)；
[0046]步驟三、在半導(dǎo)體基板200的上表面202上覆蓋絕緣層301，絕緣層301包裹芯片100的金屬柱110(如圖10所示)；
[0047 ] 步驟四、平坦化絕緣層301，并暴露出金屬柱110(如圖11所示)；
[0048]步驟五、在絕緣層301上設(shè)置若干金屬重布線400，且布線范圍超出芯片100的表面積區(qū)域(如圖12所示)；
[0049]步驟六、在每個金屬重布線400上制作一個導(dǎo)電體410(如圖13所示)，并切割半導(dǎo)體基板200，形成單顆封裝體。
[0050]在步驟一中，金屬柱110可以以電鍍或化鍍方式形成，金屬柱110為一種金屬，或多種金屬沉積而成，如從導(dǎo)電墊111接觸位置到遠(yuǎn)離導(dǎo)電墊111位置，分別為鈦、銅、錫銀，各層金屬沉積厚度相同或不同。分離芯片前可減薄晶圓到設(shè)定厚度，分離芯片方式包括切割，刻蝕或激光燒蝕等。
[0051 ]在步驟二中，保證芯片100黏貼到容納槽201后，金屬柱110頂部高出硅基板表面。
[0052]在步驟三中，絕緣層301形成方法不限于(真空)涂布絕緣膠、(真空)貼干膜、塑封等。
[0053]在步驟四中，平坦化絕緣層301的方法不限于研磨、拋光等。步驟四過后，金屬柱110的四周依舊被絕緣層301包覆。
[0054]在步驟五中，絕緣層301上的金屬重布線400中的線路，至少一條延伸到芯片100投影面積之外。
[0055]在步驟六中，在重布線合適位置制作導(dǎo)電體410之前，還可在重布線上覆蓋一層保護(hù)層或防焊層500，并打開預(yù)設(shè)導(dǎo)電體410位置，以便導(dǎo)電體410與保護(hù)層或防焊層500下的金屬重布線路400連接。
[0056]其他實(shí)施例中，容納槽201中可以放置多顆芯片100，多顆芯片100可以為相同芯片(如圖14所示的實(shí)施例2)，也可為不同芯片，各芯片尺寸可相同或不同(如圖15所示的實(shí)施例3)。
[0057]其他實(shí)施例中，完成的封裝體背部可研磨暴露出芯片基材(如圖16所示的實(shí)施例
4)，增加散熱效果。并可以在該面設(shè)一保護(hù)膜，保護(hù)芯片100不受損傷。
[0058]顯然，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對本發(fā)明進(jìn)行各種改動和變型而不脫離本發(fā)明的精神和范圍。這樣，倘若本發(fā)明的這些修改和變型屬于本發(fā)明權(quán)利要求及其等同技術(shù)的范圍之內(nèi)，則本發(fā)明也意圖包含這些改動和變型在內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種埋入式半導(dǎo)體芯片扇出型封裝結(jié)構(gòu)，其包括半導(dǎo)體基板(200)、至少一個芯片(100);芯片(100)的正面設(shè)置有若干導(dǎo)電墊，半導(dǎo)體基板(200)開設(shè)有至少一個容納槽(201)，至少一個芯片(100)收容在容納槽(201)內(nèi)且正面朝外；其特征在于，每個導(dǎo)電墊上連接一金屬柱(110)，且金屬柱(110)高于半導(dǎo)體基板(200)的上表面(202);容納槽(201)與芯片(100)之間的間隙、上表面(202)及金屬柱(110)的四周由絕緣層(301)填充或包覆;所有金屬柱(110)頂面均連接一條金屬重布線(400)，至少有一條金屬重布線(400)延伸至芯片(100)的表面之外。2.如權(quán)利要求1所述的埋入式半導(dǎo)體芯片扇出型封裝結(jié)構(gòu)，其特征在于:半導(dǎo)體基板(200)為硅基板。3.如權(quán)利要求1所述的埋入式半導(dǎo)體芯片扇出型封裝結(jié)構(gòu)，其特征在于:芯片(100)的背面采用粘結(jié)劑層(120)固定在容納槽(201)的底部。4.如權(quán)利要求1所述的埋入式半導(dǎo)體芯片扇出型封裝結(jié)構(gòu)，其特征在于:絕緣層(301)采用模塑料、環(huán)氧樹脂、聚合物基樹脂薄膜、硅酮或硅酮基材料、感光材料中的至少一種材料制成。5.如權(quán)利要求1所述的埋入式半導(dǎo)體芯片扇出型封裝結(jié)構(gòu)，其特征在于:金屬重布線(400)和金屬柱(110)的材質(zhì)均包括鋁、鈦、鉻、鎢、銅、鎳、金、銀、錫中的至少一種。6.如權(quán)利要求1所述的埋入式半導(dǎo)體芯片扇出型封裝結(jié)構(gòu)，其特征在于:金屬柱(110)直接長在導(dǎo)電墊上，或通過一層導(dǎo)電線路連接導(dǎo)電墊。7.如權(quán)利要求1所述的埋入式半導(dǎo)體芯片扇出型封裝結(jié)構(gòu)，其特征在于:該導(dǎo)電墊上鋪有一層絕緣緩沖層，金屬柱(110)形成于該絕緣緩沖層在該導(dǎo)電墊位置的開口處。8.如權(quán)利要求1所述的埋入式半導(dǎo)體芯片扇出型封裝結(jié)構(gòu)，其特征在于:絕緣層(301)上鋪有覆蓋金屬重布線(400)的防焊層(500)。9.如權(quán)利要求8所述的埋入式半導(dǎo)體芯片扇出型封裝結(jié)構(gòu)，其特征在于:每個金屬重布線(400)預(yù)設(shè)一個導(dǎo)電體(410)，防焊層(500)在金屬重布線(400)預(yù)設(shè)導(dǎo)電體(410)的位置開口并在開口處制備相應(yīng)導(dǎo)電體(410)。10.—種如權(quán)利要求1至9中任意一項(xiàng)所述的埋入式半導(dǎo)體芯片扇出型封裝結(jié)構(gòu)的制作方法，其特征在于:其包括以下步驟: 步驟一、提供一包含若干芯片(100)的晶圓，在晶圓正面導(dǎo)電墊上長金屬柱(110)，分離單顆芯片(100); 步驟二、提供一半導(dǎo)體基板(200)，在半導(dǎo)體基板(200)的上表面(202)挖若干容納槽(201)，每個容納槽(201)中將至少一芯片(100)背面朝下貼于相應(yīng)容納槽(201)的槽底； 步驟三、在半導(dǎo)體基板(200)的上表面(202)上覆蓋絕緣層(301)，絕緣層(301)包裹芯片(100)的金屬柱(110); 步驟四、平坦化絕緣層(301 )，并暴露出金屬柱(110); 步驟五、在絕緣層(301)上設(shè)置若干金屬重布線(400)，且布線范圍超出芯片(100)的面積區(qū)域； 步驟六、在每個金屬重布線(400)上制作一個導(dǎo)電體(410)，并切割半導(dǎo)體基板(200)，形成單顆封裝體。
【文檔編號】H01L21/60GK106098664SQ201610408852
【公開日】2016年11月9日
【申請日】2016年6月12日
【發(fā)明人】翟玲玲, 于大全
【申請人】華天科技（昆山）電子有限公司