CN114050111B

CN114050111B - 一种扇出型封装方法及扇出型封装结构

Info

Publication number: CN114050111B
Application number: CN202111358610.5A
Authority: CN
Inventors: 陈文军; 潘明东; 张中; 梅万元
Original assignee: Jiangsu Silicon Integrity Semiconductor Technology Co Ltd
Current assignee: Jiangsu Silicon Integrity Semiconductor Technology Co Ltd
Priority date: 2021-11-16
Filing date: 2021-11-16
Publication date: 2024-11-19
Anticipated expiration: 2041-11-16
Also published as: CN114050111A

Abstract

本发明公开了一种扇出型封装方法及扇出型封装结构，采用圆片级封装工艺制备塑封晶圆，贴膜后切割成无数颗独立封装体；将封装体与被动元件焊接在预先准备的基板上；在基板空余位置涂上密封胶，在封装体背面涂敷散热胶，通过按压的方式将金属散热板安装在基板上；翻转安装完散热板的基板，在基板背面通过植球、回流工艺得到金属球。本发明充分利用扇出型封装工艺的特点，解决了被动元件结构与高温工艺不兼容以及芯片散热的问题，封装结构更稳定；并通过三维堆叠的方式有效利用了垂直方向的空间；实现功能芯片间的三维扇出型互联，用更小尺寸形成高密度互联，集成度更高且更有利于实现。

Description

一种扇出型封装方法及扇出型封装结构

技术领域

本发明属于半导体封装技术领域，尤其涉及一种扇出型封装方法及扇出型封装结构。

背景技术

扇出型的英文全称为（Fan-Out Packaging；FOP），中文全称为（扇出型封装），其采取将芯片内引脚拉线出来的方式，让多种不同裸晶埋进去，通过高密度再布线相连，提高互联密度，并缩短了芯片之间距离，降低了封装厚度并节省空间，提高了互联性能。

但是高封装密度条件下芯片的散热问题得不到及时有效的解决，尤其在为了实现高密度将多芯片堆叠的封装体内。此外，一般被动元件被塑封在封装体内后，还需要进行多个高温工艺，这些高温工艺过程可能会影响被动元件结构，进一步导致封装结构被破坏，无法进行后续封装工艺。

发明内容

发明目的：为了解决现有技术中，针对扇出型封装工艺中芯片的散热问题及被动元件的封装问题，本发明提供一种扇出型封装方法。

本发明另一目的是提供一种扇出型封装结构。

技术方案：一种扇出型封装方法，包括以下步骤：

步骤一：采用圆片级封装工艺制备塑封晶圆，贴膜后切割成无数颗独立封装体；

步骤二：在预先准备的基板上焊接第一被动元件，将切割成的独立封装体通过倒装、回流工艺焊接在基板上；

步骤三：将封装体和基板间的空隙用填充料填充；

步骤四：在基板空余位置涂上密封胶，在封装体背面涂敷散热胶，通过按压的方式将金属散热板安装在基板上；

步骤五：翻转安装完散热板的基板，在基板背面通过植球、回流工艺得到金属球。

进一步地，步骤一中，采用圆片级封装工艺制备塑封晶圆包括以下步骤：

（1）取一透光材质的载板，在载板上表现涂敷复合分离层；

（2）在复合分离层上溅射金属层；

（3）在溅射的金属层上方通过光刻、溅射、电镀工艺形成钝化层和第一金属柱，载板的钝化层表面设置有芯片预留区域；

（4）在第一层芯片上通过晶圆级金属微凸块技术制作第二金属柱，第二金属柱与第一层芯片实现电信连接；

（5）通过减薄工艺将第一层芯片整体减薄至目标厚度，贴膜后再切割成无数颗独立的芯片嵌入体；

（6）采用倒装、焊接工艺将芯片嵌入体焊接在载板的钝化层表面的芯片预留区域；

（7）用塑封料对载板和芯片嵌入体及第一金属柱进行第一次塑封，形成第一塑封层，第一塑封层高度不低于第一金属柱的高度，第一塑封层尺寸小于晶圆尺寸；

（8）通过磨片、抛光工艺，将第一金属柱、第二金属柱裸露出来，在上方通过光刻、溅射、电镀工艺形成绝缘层、再布线金属线路层、再布线金属线路层焊盘；

（9）采用倒装、焊接工艺将拥有独立上层金属焊盘的第二层芯片通过上层金属焊盘与再布线金属线路层焊盘对准焊接；

（10）第二层芯片与再布线金属线路层之间的空隙用填充料填充；

（11）用塑封料对第一塑封层、第二层芯片、再布线金属线路层进行第二次塑封，形成第二塑封层，第二塑封层的尺寸大于第一塑封层且小于晶圆尺寸；

（12）对塑封晶圆进行解键合，去掉载板；

（13）在无载板的塑封晶圆原来载板的一面贴上热玻璃膜；

（14）对贴上热玻璃膜的塑封晶圆翻转，进行第三次塑封，形成第三塑封层，第三次塑封尺寸等于晶圆尺寸；

（15）再次翻转塑封晶圆，采用热解键合技术去除热玻璃膜，通过减薄工艺将背面塑封料打磨掉，露出第二层芯片的背面；

（16）腐蚀掉步骤二中溅射的金属层，露出钝化层内的导线；

（17）依次采用溅射、光刻、电镀工艺形成金属凸块，金属凸块与钝化层内的导线连通，制备成塑封晶圆待用。

进一步地，步骤（1）中，所述载板为玻璃、蓝宝石中的一种或多种；步骤（2）中，溅射的金属层为铝、钛、铜中的一种或多种。

进一步地，步骤（12）中，解键合包括：先在第一塑封层上表面黏附紫外膜，并固定在金属圆环上，再用特定波长激光照射塑封晶圆进行激光解键合，并利用外力拿掉载板，再通过紫外光照射塑封晶圆黏附的紫外膜，扯下紫外膜，得到无载板的塑封晶圆，并进行去胶清洗。

进一步地，步骤（8）中，再布线金属线路层采用多次光刻、溅射、电镀工艺制成；再布线金属线路层焊盘通过晶圆级金属微凸块技术在再布线金属线路层上表面制成。

进一步地，步骤（9）中，上层金属焊盘通过在芯片上采用晶圆级金属微凸块技术进行划片形成。

进一步地，步骤一中，贴膜后不进行去膜处理。

进一步地，步骤五中，还包括在基板背面焊接第二被动元件。

一种扇出型封装结构，包括封装体、第一被动元件、基板、第二填充层、金属球及金属散热板，所述封装体内包括多个芯片；封装体、第一被动元件均与基板焊接，第二填充层位于封装体与基板之间；金属散热板安装在封装体背面及基板空余位置；金属球位于基板另一面，金属球与封装体、第一被动元件之间通过基板形成互联结构。

进一步地，所述封装体为多芯片堆叠的三维封装体，所述封装体包括第一层芯片、第二层芯片、再布线金属线路层、金属凸块、钝化层、第一金属柱、第二金属柱、第一填充层、第一塑封层、第二塑封层及第三塑封层，第一层芯片通过第二金属柱与再布线金属线路层的正面连接，第二层芯片通过再布线金属线路层焊盘与再布线金属线路层的背面连接，金属凸块设置在钝化层上，金属凸块通过第一金属柱与再布线金属线路层实现电信连接；第一填充层填充在第二层芯片与再布线金属线路层之间；第一塑封层填充在钝化层与再布线金属线路层之间，且包裹第一层芯片、第一金属柱及第二金属柱；第二塑封层位于第一填充层外部，且包裹第一填充层；第三塑封层位于第二塑封层外部，且包裹第二塑封层。

有益效果：本发明提供一种扇出型封装方法及扇出型封装结构，相比较现有技术，充分利用扇出型封装工艺中高密度引脚芯片扇出成低密度引脚的封装特点，将金属散热板延伸到基板上空余位置，增大了散热板的面积，散热效果更好；被动元件没有塑封在封装体内，而是焊接在基板上，减少了高温工艺对其的负面影响；兼顾扇出型封装布线密度大，互联间距小的优点，并通过三维堆叠的方式有效利用了垂直方向的空间；实现功能芯片间的三维扇出型互联，用更小尺寸形成高密度互联，相比传统的扇出型封装结构或三维堆叠工艺，该方案集成度更高且更有利于实现。

附图说明

图1为扇出型封装结构的实施例的剖面示意图；

图2A至图2U为图1的实施例的高密度扇出封装方法的制作流程示意图；

封装体1、第一被动元件2、基板3、第二填充层4、金属球5、金属散热板6、芯片7、第一层芯片71、第二层芯片72、再布线金属线路层8、金属凸块9、钝化层10、第一金属柱11、第二金属柱12、第一填充层13、第一塑封层14、第二塑封层15、第三塑封层16，第二被动元件17、载板18、复合分离层19、金属层20、紫外膜21、热玻璃膜22。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

本申请实施例提供一种扇出型封装结构，如图1所示，包括封装体1、第一被动元件2、基板3、第二填充层4、金属球5及金属散热板6，所述封装体1内包括多个芯片7；封装体1、第一被动元件2均与基板3焊接，第二填充层4位于封装体1与基板3之间；金属散热板6安装在封装体1背面及基板3空余位置；金属球5位于基板3另一面，金属球5与封装体1、第一被动元件2之间通过基板3形成互联结构。金属散热板6紧贴芯片背面，且充分利用高密度引脚芯片扇出成低密度引脚的封装特点，将金属散热板6延伸到基板上空余位置，金属散热板6面积足够大，散热效果好。第一被动元件2没有塑封在封装体内，而是焊接在基板3上，受高温工艺影响小，保证扇出封装结构的稳定性。

所述封装体1为多芯片封装的封装体，本实施例中封装体为多芯片堆叠的三维封装体，以充分利用垂直方向的空间。所述封装体1包括第一层芯片71、第二层芯片72、再布线金属线路层8、金属凸块9、钝化层10、第一金属柱11、第二金属柱12、第一填充层13、第一塑封层14、第二塑封层15及第三塑封层16，第一层芯片71通过第二金属柱12与再布线金属线路层8的正面连接，第二层芯片72通过再布线金属线路层焊盘与再布线金属线路层8的背面连接，金属凸块9设置在钝化层10上，金属凸块9通过第一金属柱11与再布线金属线路层8实现电信连接；第一填充层13填充在第二层芯片72与再布线金属线路层8之间；第一塑封层14填充在钝化层10与再布线金属线路层8之间，且包裹第一层芯片71、第一金属柱11及第二金属柱12；第二塑封层15位于第一填充层13外部，且包裹第一填充层13；第三塑封层16位于第二塑封层15外部，且包裹第二塑封层15。

所述封装体1还可以包括第二被动元件17，所述第二被动元件17焊接在基板3具有金属球5的一面。

本申请另一实施例提供一种扇出型封装方法，先制备独立的封装体1，然后再将封装体1、被动元件2焊接在预先准备的基板3上，并安装金属散热板6，本实施例以多芯片堆叠的三维封装体为例进行说明，如图2A至图2U所示，具体包括以下步骤：

（1）如图2A，取一透光材质的载板18，如玻璃、蓝宝石等，在载板18上表现涂敷复合分离层19，采用透光材质的载板，是为了能够顺利实现激光解键合，使复合分离层受激光照射发生光化学反应。

（2）如图2B，在复合分离层19上溅射金属层20，如铝、钛、铜等，目的是在用激光解键合时可以遮挡激光，以免激光直接照射在线路层上损伤线路层。

（3）如图2C，在溅射的金属层20上方通过光刻、溅射、电镀工艺形成钝化层10和第一金属柱11，载板的钝化层表面设置有芯片预留区域，芯片预留区域可以设置在载板中间，第一金属柱11设置在芯片预留区域外围。

（4）如图2D，在第一层芯片71上通过晶圆级金属微凸块技术制作第二金属柱12，第二金属柱12与第一层芯片71实现电信连接；

（5）通过减薄工艺将第一层芯片71整体减薄至目标厚度，贴膜后再切割成无数颗独立的芯片嵌入体；

（6）如图2E，采用倒装、焊接工艺将芯片嵌入体焊接在载板的钝化层表面的芯片预留区域；

（7）如图2F，用塑封料对载板18和芯片嵌入体及第一金属柱11进行第一次塑封，形成第一塑封层14，第一塑封层14高度不低于第一金属柱11的高度，第一塑封层14尺寸小于晶圆尺寸，本实施例中第一塑封层14尺寸为293mm，因为在后续叠层塑封过程中要留有足够的距离再进行两次塑封；

（8）通过磨片、抛光工艺，将第一金属柱11、第二金属柱12裸露出来，在上方通过光刻、溅射、电镀工艺形成绝缘层、再布线金属线路层8、再布线金属线路层焊盘，再布线金属线路层8采用多次光刻、溅射、电镀工艺制成；再布线金属线路层焊盘通过晶圆级金属微凸块技术在再布线金属线路层8上表面制成，如图2G。

（9）如图2H，采用倒装、焊接工艺将拥有独立上层金属焊盘的第二层芯片72通过上层金属焊盘与再布线金属线路层焊盘对准焊接，其中，上层金属焊盘通过在芯片上采用晶圆级金属微凸块技术进行划片形成。

（10）第二层芯片72与再布线金属线路层8之间的空隙用填充料通过毛细现象填充，形成第一填充层13, 如图2I。

（11）用塑封料对第一塑封层14、第二层芯片72、再布线金属线路层8进行第二次塑封，形成第二塑封层15，第二塑封层15的尺寸大于第一塑封层14且小于晶圆尺寸，如图2J，本实施例中第二塑封层15尺寸为296mm，因为塑封过程要留有一定距离进行压边；

（12）对塑封晶圆进行解键合，去掉载板；

其中，解键合的方法包括：如图2K，在第二塑封层15上表面黏附紫外膜21，并固定在金属圆环上；用特定波长的激光照射塑封晶圆进行激光解键合，载板18上涂敷的复合分离层19材料在激光的激发下发生光化学反应，使复合分离层分解，载板18与金属层20分开，利用外力拿掉载板；再通过紫外光照射塑封晶圆黏附的紫外膜21，紫外膜21受紫外光照射后失去粘性，扯下紫外膜，如图2L，得到无载板的塑封晶圆，并进行去胶清洗，去掉复合分离层发生光化学反应产生的物质。

实际上，现有工艺也可实现不需要铁环、紫外膜工艺，直接将塑封圆片送至激光解键合机台，进行解键合，将透明载板与塑封晶圆分离，结果一样。

（13）如图2M，在无载板的塑封晶圆原来载板的一面贴上热玻璃膜22，用来保护线路层底部，防止底部破损。

（14）如图2N，对贴上热玻璃膜22的塑封晶圆翻转，进行第三次塑封，形成第三塑封层16，第三次塑封16尺寸等于300mm，确保与正常晶圆尺寸一致。

（15）如图2O，再次翻转塑封晶圆，采用热解键合技术去除热玻璃膜22，就得到线路层和芯片焊接在一起的一个塑封晶圆，通过减薄工艺将背面塑封料打磨掉，露出第二层芯片72的背面。

（16）如图2P，腐蚀掉步骤二中溅射的金属层20，露出底部钝化层内的导线。

（17）依次采用溅射、光刻、电镀工艺形成金属凸块9，如图2Q，金属凸块9与钝化层10内的导线连通，制备成多芯片封装的塑封晶圆待用。

（18）将塑封晶圆贴膜后切割成无数颗独立封装体1，贴膜后不进行去膜处理；

（19）如图2R，在预先准备的基板3上焊接第一被动元件（SMT器件）2，将切割成的独立封装体1（没有去膜）通过倒装、回流工艺焊接在基板3上。

（20）将封装体1和基板3间的空隙用填充料通过毛细现象填充，形成第二填充层4，如图2S。

（21）在基板3空余位置涂上密封胶，在封装体1背面涂敷散热胶，通过按压的方式将金属散热板6安装在基板3和封装体1上，如图2T。

（22）翻转安装完散热板的基板3，在基板背面通过植球、回流工艺得到金属球5，如图2U，可根据需要在基板背面特定位置通过焊接的方式焊接第二被动元件（SMT器件）17。

本方法充分利用扇出型封装工艺中高密度引脚芯片扇出成低密度引脚的封装特点，将金属散热板延伸到基板上空余位置，增大了散热板的面积，散热效果更好；被动元件没有塑封在封装体内，而是焊接在基板上，减少了高温工艺对其的负面影响；兼顾扇出型封装布线密度大，互联间距小的优点，并通过三维堆叠的方式有效利用了垂直方向的空间；实现功能芯片间的三维扇出型互联，用更小尺寸形成高密度互联，集成度更高且更有利于实现。

Claims

1.一种扇出型封装方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一：采用圆片级封装工艺制备塑封晶圆，贴膜后切割成无数颗独立封装体；采用圆片级封装工艺制备塑封晶圆包括以下步骤：

（1）取一透光材质的载板，在载板上表现涂敷复合分离层；

（2）在复合分离层上溅射金属层；

（12）对塑封晶圆进行解键合，去掉载板；

（13）在无载板的塑封晶圆原来载板的一面贴上热玻璃膜；

（17）依次采用溅射、光刻、电镀工艺形成金属凸块，金属凸块与钝化层内的导线连通，制备成塑封晶圆待用；

步骤三：将封装体和基板间的空隙用填充料填充；

2.根据权利要求1所述的扇出型封装方法，其特征在于，步骤（1）中，所述载板为玻璃、蓝宝石中的一种或多种；步骤（2）中，溅射的金属层为铝、钛、铜中的一种或多种。

3.根据权利要求1所述的扇出型封装方法，其特征在于，步骤（12）中，解键合包括：先在第一塑封层上表面黏附紫外膜，并固定在金属圆环上，再用特定波长激光照射塑封晶圆进行激光解键合，并利用外力拿掉载板，再通过紫外光照射塑封晶圆黏附的紫外膜，扯下紫外膜，得到无载板的塑封晶圆，并进行去胶清洗。

4.根据权利要求1所述的扇出型封装方法，其特征在于，步骤（8）中，再布线金属线路层采用多次光刻、溅射、电镀工艺制成；再布线金属线路层焊盘通过晶圆级金属微凸块技术在再布线金属线路层上表面制成。

5.根据权利要求1所述的扇出型封装方法，其特征在于，步骤（9）中，上层金属焊盘通过在芯片上采用晶圆级金属微凸块技术进行划片形成。

6.根据权利要求1至5任一所述的扇出型封装方法，其特征在于，步骤一中，贴膜后不进行去膜处理。

7.根据权利要求1至5任一所述的扇出型封装方法，其特征在于，步骤五中，还包括在基板背面焊接第二被动元件。

8.一种扇出型封装结构，其特征在于，包括封装体、第一被动元件、基板、第二填充层、金属球及金属散热板，所述封装体内包括多个芯片；封装体、第一被动元件均与基板焊接，第二填充层位于封装体与基板之间；金属散热板安装在封装体背面及基板空余位置；金属球位于基板另一面，金属球与封装体、第一被动元件之间通过基板形成互联结构，所述封装体由塑封晶圆贴膜后切割而成，所述塑封晶圆采用圆片级封装工艺制备而成，制备采用以下步骤：

（1）取一透光材质的载板，在载板上表现涂敷复合分离层；

（2）在复合分离层上溅射金属层；

（12）对塑封晶圆进行解键合，去掉载板；

（13）在无载板的塑封晶圆原来载板的一面贴上热玻璃膜；

9.根据权利要求8所述的扇出型封装结构，其特征在于，所述封装体为多芯片堆叠的三维封装体，所述封装体包括第一层芯片、第二层芯片、再布线金属线路层、金属凸块、钝化层、第一金属柱、第二金属柱、第一填充层、第一塑封层、第二塑封层及第三塑封层，第一层芯片通过第二金属柱与再布线金属线路层的正面连接，第二层芯片通过再布线金属线路层焊盘与再布线金属线路层的背面连接，金属凸块设置在钝化层上，金属凸块通过第一金属柱与再布线金属线路层实现电信连接；第一填充层填充在第二层芯片与再布线金属线路层之间；第一塑封层填充在钝化层与再布线金属线路层之间，且包裹第一层芯片、第一金属柱及第二金属柱；第二塑封层位于第一填充层外部，且包裹第一填充层；第三塑封层位于第二塑封层外部，且包裹第二塑封层。