雙面扇出型晶圓級封裝結(jié)構(gòu)的制作方法
【專利摘要】本實用新型提供一種雙面扇出型晶圓級封裝結(jié)構(gòu)，包括基底、第一重新布線層、第二重新布線層、通孔電極、第一器件、第一電極凸塊、第一固化材料、第二器件、第二電極凸塊以及第二固化材料，所述第一、第二重新布線層通過通孔電極連接，各電極露出于固化材料表面。本實用新型通過制作電極通孔實現(xiàn)雙面器件的互連，并可實現(xiàn)多層封裝結(jié)構(gòu)的垂直互連，實現(xiàn)不同電子設(shè)備功能；重新布線層制作于芯片附著之前，避免芯片移位；將結(jié)構(gòu)粘合于載體上，避免結(jié)構(gòu)翹曲；用電極凸塊作為互連引出，為多種不同器件的集成提供了保證；通過控制固化材料的厚度來控制電極凸塊的引出，節(jié)省了固化材料的研磨工藝；通過雙面扇出型封裝，大大提高器件的集成度。
【專利說明】
雙面扇出型晶圓級封裝結(jié)構(gòu)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本實用新型屬于半導(dǎo)體封裝領(lǐng)域，特別是涉及一種雙面扇出型晶圓級封裝方法及封裝結(jié)構(gòu)。
【背景技術(shù)】
[0002]扇出型晶圓級封裝(Fan-out Wafer Level package，F(xiàn)OWLP)是一種晶圓級加工的嵌入式芯片封裝方法，是目前一種輸入/輸出端口(I/O)較多、集成靈活性較好的先進(jìn)封裝方法之一。扇出型晶圓級封裝相較于常規(guī)的晶圓級封裝具有其獨特的優(yōu)點:①I/o間距靈活，不依賴于芯片尺寸;②只使用有效die，產(chǎn)品良率提高;③具有靈活的3D封裝路徑，即可以在頂部形成任意陣列的圖形;④具有較好的電性能及熱性能;⑤高頻應(yīng)用;⑥容易在重新布線層(RDL)中實現(xiàn)高密度布線。
[0003]現(xiàn)有的扇出型晶圓級封裝方法一般為:提供載體，在載體表面形成粘合層;將半導(dǎo)體芯片正面朝上貼裝于粘合層表面;涂布介電層;光刻、電鍍出重新布線層(RDL);采用注塑工藝將半導(dǎo)體芯片塑封于塑封材料層中；塑封研磨、開口；光刻、電鍍出球下金屬層;進(jìn)行植球回流，形成焊球陣列;移除載體。而且，現(xiàn)有技術(shù)在成型工藝以及后續(xù)的焊料回流等工藝的過程中，容易出現(xiàn)翹曲、破裂等缺陷，從而降低封裝產(chǎn)品的成品率。雙面扇出型芯片封裝技術(shù)能夠?qū)⑿酒瑫r封裝于同一個基底的兩個表面上，可以大大提高器件的集成度，降低成本。同時通過載體的應(yīng)用，減少翹曲，提高成品率鑒于以上原因，提供一種步驟簡單、低成本、且有效提高集成度，成品率的雙面扇出型晶圓級封裝方法及封裝結(jié)構(gòu)實屬必要。
【實用新型內(nèi)容】
[0004]鑒于以上所述現(xiàn)有技術(shù)的特點，本實用新型的目的在于提供一種新型雙面扇出型晶圓級封裝方法及封裝結(jié)構(gòu)，用于提高現(xiàn)有技術(shù)中封裝成品的集成度，降低成本。
[0005]為實現(xiàn)上述目的及其他相關(guān)目的，本實用新型提供一種雙面扇出型晶圓級封裝方法，包括步驟:步驟I)，提供一基底，于所述基底第一表面制作第一重新布線層;步驟2)，將第一器件附著于所述第一重新布線層，并實現(xiàn)第一器件與第一重新布線層的電性連接;步驟3)，于所述第一重新布線層上制作第一電極凸塊;步驟4)，對第一器件進(jìn)行成型工藝，成型后露出所述第一電極凸塊;步驟5)，基于粘合層將露出有第一電極凸塊的一面粘合于一載體上;步驟6)，于所述基底中形成貫穿于所述第一重新布線層及基底的第二表面之間的通孔電極;步驟7)，于所述基底的第二表面制作第二重新布線層，并實現(xiàn)各通孔電極與第二重新布線層的電性連接;步驟8)，將第二器件附著于所述第二重新布線層，并實現(xiàn)第二器件與第二重新布線層的電性連接;步驟9)，于所述第二重新布線層上制作第二電極凸塊;步驟10)，對第二器件進(jìn)行成型工藝，成型后露出所述第二電極凸塊;步驟11)，去除所述粘合層以及載體。
[0006]作為本實用新型的雙面扇出型晶圓級封裝方法的一種優(yōu)選方案，所述第一重新布線層以及第二重新布線層包括圖形化的介質(zhì)層以及圖形化的金屬布線層。
[0007]優(yōu)選地，所述介質(zhì)層的材料包括環(huán)氧樹脂、硅膠、P1、I3BO、BCB、氧化硅、磷硅玻璃，
含氟玻璃中的一種或兩種以上組合。
[0008]優(yōu)選地，所述金屬布線層的材料包括銅、鋁、鎳、金、銀、鈦中的一種或兩種以上組入口 ο
[0009]作為本實用新型的雙面扇出型晶圓級封裝方法的一種優(yōu)選方案，所述第一器件以及第二器件包括裸芯片以及封裝好的芯片中的一種或兩種組合。
[0010]作為本實用新型的雙面扇出型晶圓級封裝方法的一種優(yōu)選方案，步驟3)包括:步驟3-1)，于所述第一重新布線層上制作銅柱;步驟3-2)，于所述銅柱上制作鎳層;步驟3-3)，于所述鎳層上制作焊料金屬，并進(jìn)行高溫回流形成焊料球，以完成第一電極凸塊的制備。
[0011]作為本實用新型的雙面扇出型晶圓級封裝方法的一種優(yōu)選方案，步驟4)及步驟10)的成型工藝所采用的固化材料包括聚酰亞胺、硅膠以及環(huán)氧樹脂中的一種。
[0012]作為本實用新型的雙面扇出型晶圓級封裝方法的一種優(yōu)選方案，所述載體的材料包括硅、玻璃、氧化硅、陶瓷、聚合物以及金屬中的一種或兩種以上的復(fù)合材料。
[0013]作為本實用新型的雙面扇出型晶圓級封裝方法的一種優(yōu)選方案，所述粘合層包含一層分離層，步驟10)中可以通過UV照射或激光將其去除，使得器件與載體分離;剩余的粘合層通過化學(xué)試劑去除，使得粘合層與第一凸塊分離。
[0014]作為本實用新型的雙面扇出型晶圓級封裝方法的一種優(yōu)選方案，步驟9)包括:步驟9-1)，于所述第二重新布線層上制作銅柱;步驟9-2)，于所述銅柱上制作鎳層;步驟9-3)，于所述鎳層上制作焊料金屬，并進(jìn)行高溫回流形成焊料球，以完成第二電極凸塊的制備。
[0015]本實用新型還提供一種雙面扇出型晶圓級封裝結(jié)構(gòu)，包括:基底，所述基底的第一表面形成有第一重新布線層，第二表面形成有第二重新布線層，且所述基底中形成有連接所述第一重新布線層及第二重新布線層的通孔電極;第一器件，固定于所述第一重新布線層，且與第一重新布線層的電性連接;第一電極凸塊，形成于所述第一重新布線層上;第一固化材料，覆蓋于所述第一器件表面，且露出有所述第一電極凸塊;第二器件，固定于所述第二重新布線層，且與第二重新布線層的電性連接;第二電極凸塊，形成于所述第二重新布線層上;第二固化材料，覆蓋于所述第二器件表面，且露出有所述第二電極凸塊。
[0016]作為本實用新型的雙面扇出型晶圓級封裝結(jié)構(gòu)的一種優(yōu)選方案，所述第一重新布線層以及第二重新布線層包括圖形化的介質(zhì)層以及圖形化的金屬布線層。
[0017]作為本實用新型的雙面扇出型晶圓級封裝結(jié)構(gòu)的一種優(yōu)選方案，所述介質(zhì)層的材料包括環(huán)氧樹脂、硅膠、P1、PB0、BCB、氧化硅、磷硅玻璃，含氟玻璃中的一種或兩種以上組入口 ο
[0018]作為本實用新型的雙面扇出型晶圓級封裝結(jié)構(gòu)的一種優(yōu)選方案，所述金屬布線層的材料包括銅、鋁、鎳、金、銀、鈦中的一種或兩種以上組合
[0019]作為本實用新型的雙面扇出型晶圓級封裝結(jié)構(gòu)的一種優(yōu)選方案，所述第一器件以及第二器件包括裸芯片以及封裝好的芯片中的一種或兩種組合。
[0020]作為本實用新型的雙面扇出型晶圓級封裝結(jié)構(gòu)的一種優(yōu)選方案，所述固化材料包括聚酰亞胺、硅膠以及環(huán)氧樹脂中的一種。
[0021]作為本實用新型的雙面扇出型晶圓級封裝結(jié)構(gòu)的一種優(yōu)選方案，所述第一電極凸塊以及第二電極凸塊包括銅柱、形成于所述銅柱上的鎳層以及形成于所述鎳層上的焊料球。
[0022]如上所述，本實用新型的雙面扇出型晶圓級封裝方法及封裝結(jié)構(gòu)，具有以下有益效果:
[0023]I)通過在基底上制作電極通孔實現(xiàn)雙面器件之間的互連，這種結(jié)構(gòu)可以實現(xiàn)多層封裝結(jié)構(gòu)的垂直互連，實現(xiàn)不同的電子設(shè)備功能；
[0024]2)重新布線層制作于芯片附著之前，可以避免在成型過程中的芯片移位，避免連線異常；
[0025]3)將結(jié)構(gòu)粘合于載體上，避免了制作重新布線層及焊料球的過程中造成的結(jié)構(gòu)翹曲、破裂等缺陷；
[0026]4)采用電極凸塊作為互連引出，為多種不同器件的集成提供了有效的保證；
[0027]5)通過控制固化材料的厚度來控制電極凸塊的引出，節(jié)省了固化材料的研磨等工
-H-
O
【附圖說明】
[0028]圖1?圖15顯示為本實用新型的雙面扇出型晶圓級封裝方法各步驟所呈現(xiàn)的結(jié)構(gòu)示意圖，其中，圖15顯示為本實用新型的雙面扇出型晶圓級封裝結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0029]元件標(biāo)號說明
[0030]101基底
[0031]102第一重新布線層
[0032]103裸芯片
[0033]104封裝好的芯片
[0034]105第一電極凸塊
[0035]106第一固化材料
[0036]107粘合層
[0037]108載體
[0038]109通孔電極
[0039]HO第二重新布線層
[0040]111封裝好的芯片[0041 ]112裸芯片
[0042]113第二電極凸塊
[0043]114第二固化材料
【具體實施方式】
[0044]以下通過特定的具體實例說明本實用新型的實施方式，本領(lǐng)域技術(shù)人員可由本說明書所揭露的內(nèi)容輕易地了解本實用新型的其他優(yōu)點與功效。本實用新型還可以通過另外不同的【具體實施方式】加以實施或應(yīng)用，本說明書中的各項細(xì)節(jié)也可以基于不同觀點與應(yīng)用，在沒有背離本實用新型的精神下進(jìn)行各種修飾或改變。
[0045]請參閱圖1?圖15。需要說明的是，本實施例中所提供的圖示僅以示意方式說明本實用新型的基本構(gòu)想，遂圖示中僅顯示與本實用新型中有關(guān)的組件而非按照實際實施時的組件數(shù)目、形狀及尺寸繪制，其實際實施時各組件的型態(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。
[0046]如圖1?圖15所示，本實施例提供一種雙面扇出型晶圓級封裝方法，包括步驟:
[0047]如圖1?圖2所示，首先進(jìn)行步驟I)，提供一基底101，于所述基底101第一表面制作第一重新布線層102。
[0048]作為示例，所述基底1I可以為硅、二氧化硅、BCB板、陶瓷、玻璃、聚合物等材料制成。
[0049]作為示例，所述第一重新布線層102包括圖形化的介質(zhì)層以及圖形化的金屬布線層。所述介質(zhì)層的材料包括環(huán)氧樹脂、硅膠、P1、PBO、BCB、氧化硅、磷硅玻璃，含氟玻璃中的一種。所述金屬布線層的材料包括銅、鋁、鎳、金、銀、鈦中的一種或兩種以上組合。
[0050]如圖3所示，然后進(jìn)行步驟2)，將第一器件附著于所述第一重新布線層102，并實現(xiàn)第一器件與第一重新布線層102的電性連接。
[0051]作為示例，所述第一器件包括裸芯片以及封裝好的芯片中的一種或多種組合。在本實施例中，所述第一器件包括兩種器件，其中，一種器件為裸芯片103，另一種器件為封裝好的芯片104，所述第一器件可以是實現(xiàn)任意功能的器件結(jié)構(gòu)，并不限于此處所列舉的示例。
[0052]如圖4所示，接著進(jìn)行步驟3)，于所述第一重新布線層102上制作第一電極凸塊105。
[0053]作為示例，步驟3)包括:
[0054]步驟3-1)，于所述第一重新布線層102上制作銅柱；
[0055]步驟3-2)，于所述銅柱上制作鎳層；
[0056]步驟3-3)，于所述鎳層上制作焊料金屬，并進(jìn)行高溫回流形成焊料球，以完成第一電極凸塊105的制備。作為示例，所述焊料金屬為銀錫合金。
[0057]如圖5所示，然后進(jìn)行步驟4)，對第一器件進(jìn)行成型工藝，成型后露出所述第一電極凸塊105.
[0058]作為示例，通過控制所述成型工藝的第一固化材料的厚度，實現(xiàn)所述第一電極凸塊105的露出，以節(jié)省后續(xù)研磨以將第一電極凸塊露出的工藝，大大節(jié)約了工藝成本。
[0059]作為示例，本步驟的成型工藝所采用的第一固化材料106包括聚酰亞胺、硅膠以及環(huán)氧樹脂中的一種。
[0060]作為示例，成型工藝可以包括旋涂工藝、注塑工藝、壓縮成型工藝、印刷工藝、傳遞模塑工藝、液體密封劑固化成型工藝、以及真空層壓工藝等。作為示例，此處使用壓縮成型工藝。
[0061]如圖6所示，接著進(jìn)行步驟5)，基于粘合層107將露出有第一電極凸塊105的一面粘合于一載體108上。
[0062]作為示例，所述載體108的材料包括硅、玻璃、氧化硅、陶瓷、聚合物以及金屬中的一種或兩種以上的復(fù)合材料。
[0063]作為示例，所述粘合層107可以為膠帶、環(huán)氧樹脂、UV粘合膠等，后續(xù)的去除工藝可以為曝光法、激光燒蝕、溶液腐蝕等。在本實施例中，所述粘合層107包括一分離層，在后續(xù)的步驟10)中，采用激光燒蝕去除分離層，再用化學(xué)試劑去除剩余的粘合層以實現(xiàn)其與第一電極凸塊105的分離。
[0064]如圖7?圖10所示，然后進(jìn)行步驟6)，減薄所述基底101，于所述基底101中形成貫穿于所述第一重新布線層102及基底101的第二表面之間的通孔電極109。
[0065]具體地，該步驟包括:
[0066]如圖7所示，首先進(jìn)行步驟6-1)，通過研磨方法減薄所述基底101;
[0067]如圖8所示，然后進(jìn)行步驟6-2)，通過光刻-刻蝕或者是激光等方法于所述基地中形成通孔；
[0068]如圖9所示，接著進(jìn)行步驟6-3)，于所述通孔內(nèi)沉積金屬材料，如銅、鋁等；
[0069]如圖10所示，最后進(jìn)行步驟6-4)，去除基底101表面多余的金屬材料，可以采用為拋光法或者腐蝕法等。
[0070]如圖11所示，接著進(jìn)行步驟7)，于所述基底101的第二表面制作與第二重新布線層110，并實現(xiàn)各通孔電極109與第二重新布線層110的電性連接。
[0071]作為示例，所述第二重新布線層110包括圖形化的介質(zhì)層以及圖形化的金屬布線層。所述介質(zhì)層的材料包括環(huán)氧樹脂、硅膠、P1、PBO、BCB、氧化硅、磷硅玻璃，含氟玻璃中的一種。所述金屬布線層的材料包括銅、鋁、鎳、金、銀、鈦中的一種或兩種以上組合。
[0072]如圖12所示，然后進(jìn)行步驟8)，將第二器件附著于所述第二重新布線層110，并實現(xiàn)第二器件與第二重新布線層110的電性連接。
[0073]作為示例，所述第二器件包括裸芯片以及封裝好的芯片中的一種或多種組合。在本實施例中，所述第二器件包括兩種不同的器件，一種為裸芯片112，另一種為封裝好的芯片111，其中，所述第二器件與第一器件可以為相同的芯片，也可以為不同的芯片，可以依據(jù)需要選擇不同功能的器件進(jìn)行集成，以滿足不同的應(yīng)用需求。
[0074]如圖13所示，然后進(jìn)行步驟9)，于所述第二重新布線層110上制作第二電極凸塊113。
[0075]作為示例，步驟9)包括:
[0076]步驟9-1)，于所述第二重新布線層110上制作銅柱；
[0077]步驟9-2)，于所述銅柱上制作鎳層；
[0078]步驟9-3)，于所述鎳層上制作焊料金屬，并進(jìn)行高溫回流形成焊料球，以完成第二電極凸塊113的制備。在本實施例中，所述焊料金屬為銀錫合金。
[0079]如圖14所示，接著進(jìn)行步驟10)，對第二器件進(jìn)行成型工藝，成型后露出所述第二電極凸塊113。
[0080]作為示例，通過控制所述成型工藝的第二固化材料的厚度，實現(xiàn)所述第二電極凸塊113的露出，以節(jié)省后續(xù)研磨以將第二電極凸塊露出的工藝，大大節(jié)約了工藝成本。
[0081]作為示例，成型工藝所采用的第二固化材料114包括聚酰亞胺、硅膠以及環(huán)氧樹脂中的一種。
[0082]如圖15所示，最后進(jìn)行步驟11)，去除所述粘合層107以及載體108。
[0083]作為示例，所述粘合層107包含一層分離層，采用激光燒蝕去除分離層，再用化學(xué)試劑去除剩余的粘合層，使得載體與第一電極凸塊105分離。如圖15所示，本實施例還提供一種雙面扇出型晶圓級封裝結(jié)構(gòu)，包括:基底101，所述基底101的第一表面形成有第一重新布線層102，第二表面形成有第二重新布線層110，且所述基底101中形成有連接所述第一重新布線層102及第二重新布線層110的通孔電極109;第一器件，固定于所述第一重新布線層102，且與第一重新布線層102的電性連接;第一電極凸塊105，形成于所述第一重新布線層102上;第一固化材料106，覆蓋于所述第一器件表面，且露出有所述第一電極凸塊105;第二器件，固定于所述第二重新布線層110，且與第二重新布線層110的電性連接;第二電極凸塊113，形成于所述第二重新布線層110上;第二固化材料114，覆蓋于所述第二器件表面，且露出有所述第二電極凸塊113。
[0084]作為示例，所述第一重新布線層102以及第二重新布線層110包括圖形化的介質(zhì)層以及圖形化的金屬布線層。
[0085]作為示例，所述介質(zhì)層的材料包括環(huán)氧樹脂、硅膠、P1、PBO、BCB、氧化硅、磷硅玻璃，含氟玻璃中的一種或兩種以上組合。
[0086]作為示例，所述金屬布線層的材料包括銅、鋁、鎳、金、銀、鈦中的一種或兩種以上組合。
[0087]作為示例，所述第一器件以及第二器件包括裸芯片以及封裝好的芯片中的一種或兩種組合。
[0088]作為示例，所述固化材料包括聚酰亞胺、硅膠以及環(huán)氧樹脂中的一種。
[0089]作為示例，所述第一電極凸塊105以及第二電極凸塊113包括銅柱、形成于所述銅柱上的鎳層以及形成于所述鎳層上的焊料球。
[0090]如上所述，本實用新型的雙面扇出型晶圓級封裝方法及封裝結(jié)構(gòu)，具有以下有益效果:
[0091]I)通過在基底101上制作電極通孔實現(xiàn)雙面器件之間的互連，這種結(jié)構(gòu)可以實現(xiàn)多層封裝結(jié)構(gòu)的垂直互連，實現(xiàn)不同的電子設(shè)備功能；
[0092]2)重新布線層制作于芯片附著之前，可以避免在成型過程中的芯片移位，避免連線異常；
[0093]3)將結(jié)構(gòu)粘合于載體108上，避免了制作重新布線層及焊料球的過程中造成的結(jié)構(gòu)翹曲、破裂等缺陷；
[0094]4)采用電極凸塊作為互連引出，為多種不同器件的集成提供了有效的保證；
[0095]5)通過控制固化材料的厚度來控制電極凸塊的引出，節(jié)省了固化材料的研磨等工
-H-
O
[0096]所以，本實用新型有效克服了現(xiàn)有技術(shù)中的種種缺點而具高度產(chǎn)業(yè)利用價值。
[0097]上述實施例僅例示性說明本實用新型的原理及其功效，而非用于限制本實用新型。任何熟悉此技術(shù)的人士皆可在不違背本實用新型的精神及范疇下，對上述實施例進(jìn)行修飾或改變。因此，舉凡所屬技術(shù)領(lǐng)域中具有通常知識者在未脫離本實用新型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)由本實用新型的權(quán)利要求所涵蓋。
【主權(quán)項】
1.一種雙面扇出型晶圓級封裝結(jié)構(gòu)，其特征在于，包括: 基底，所述基底的第一表面形成有第一重新布線層，第二表面形成有第二重新布線層，且所述基底中形成有連接所述第一重新布線層及第二重新布線層的通孔電極； 第一器件，固定于所述第一重新布線層，且與第一重新布線層的電性連接； 第一電極凸塊，形成于所述第一重新布線層上； 第一固化材料，覆蓋于所述第一器件表面，且露出有所述第一電極凸塊； 第二器件，固定于所述第二重新布線層，且與第二重新布線層的電性連接； 第二電極凸塊，形成于所述第二重新布線層上； 第二固化材料，覆蓋于所述第二器件表面，且露出有所述第二電極凸塊。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙面扇出型晶圓級封裝結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述第一重新布線層以及第二重新布線層包括圖形化的介質(zhì)層以及圖形化的金屬布線層。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的雙面扇出型晶圓級封裝結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述介質(zhì)層為環(huán)氧樹脂介質(zhì)層、娃膠介質(zhì)層、PI介質(zhì)層、PBO介質(zhì)層、BCB介質(zhì)層、氧化娃介質(zhì)層、磷娃玻璃介質(zhì)層，含氟玻璃介質(zhì)層中的一種。4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的雙面扇出型晶圓級封裝結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述金屬布線層為銅布線層、鋁布線層、鎳布線層、金布線層、銀布線層、鈦布線層中的一種。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙面扇出型晶圓級封裝結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述第一器件以及第二器件包括裸芯片以及封裝好的芯片中的一種或兩種組合。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙面扇出型晶圓級封裝結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述固化材料為聚酰亞胺、硅膠以及環(huán)氧樹脂中的一種所形成的固化材料。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙面扇出型晶圓級封裝結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述第一電極凸塊以及第二電極凸塊包括銅柱、形成于所述銅柱上的鎳層以及形成于所述鎳層上的焊料球。
【文檔編號】H01L21/60GK205582933SQ201620076472
【公開日】2016年9月14日
【申請日】2016年1月26日
【發(fā)明人】蔡奇風(fēng), 林正忠
【申請人】中芯長電半導(dǎo)體（江陰）有限公司