TW201832297A

TW201832297A - 封裝堆疊構造及其製造方法

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Publication number: TW201832297A
Application number: TW106105525A
Authority: TW
Inventors: 王啓安; 徐宏欣; 陳裕緯
Original assignee: 力成科技股份有限公司
Priority date: 2017-02-20
Filing date: 2017-02-20
Publication date: 2018-09-01

Abstract

本發明提供一種封裝堆疊構造，包括第一封裝結構、中介層、導熱層以及第二封裝結構。第一封裝結構包括第一晶片以及第一絕緣密封體。第一絕緣密封體密封第一晶片且暴露出第一晶片的上表面。中介層配置於第一封裝結構上，且與第一封裝結構電性連接。導熱層夾置於第一封裝結構與中介層之間，且覆蓋第一晶片的至少部分上表面。導熱層與第一晶片以及中介層直接接觸。第二封裝結構配置於中介層上，且與中介層電性連接。本發明還提供一種封裝堆疊構造的製造方法。

Description

封裝堆疊構造及其製造方法

本發明是有關於一種封裝堆疊構造及其製造方法，且特別是有關於一種具有導熱層的封裝堆疊構造及其製造方法。

近年來，積體電路的積集度（integration）不斷提升。隨著封裝件的體積越來越小，多晶片堆疊的半導體封裝結構，例如堆疊式封裝（package on package，PoP）的應用亦快速地成長。

堆疊式封裝是將不同的晶片封裝單元相互堆疊，並在這些晶片封裝單元之間夾置中介層。舉例來說，將記憶體晶片封裝單元堆疊於中介層上，並在中介層上堆疊邏輯晶片封裝單元。在現有的封裝疊加製程中，中介層與下層封裝結構之間具有間隙，而使得封裝結構中的晶片外露與空氣接觸。然而，由於空氣的對流現象不易散熱，故會導致晶片過熱而使得晶片處理速度變慢。此外，中介層與下層封裝結構之間的間隙會使得堆疊式封裝結構在信賴性測試中容易產生接點斷裂（crack）的現象。

本發明提供一種封裝堆疊構造及其製造方法，能夠有效地提升散熱效率並防止接點斷裂等問題。

本發明提供一種封裝堆疊構造，其包括第一封裝結構、中介層、導熱層以及第二封裝結構。第一封裝結構包括第一晶片以及第一絕緣密封體。第一絕緣密封體密封第一晶片且暴露出第一晶片的上表面。中介層配置於第一封裝結構上，且與第一封裝結構電性連接。導熱層夾置於第一封裝結構與中介層之間，且覆蓋第一晶片的至少部分上表面。導熱層與第一晶片以及中介層直接接觸。第二封裝結構配置於中介層上，且與中介層電性連接。

本發明提供一種封裝堆疊構造的製造方法，其至少包括以下步驟。首先，形成第一封裝結構，其中第一封裝結構包括第一晶片以及第一絕緣密封體，第一絕緣密封體密封第一晶片且暴露出第一晶片的上表面。接著，在第一晶片的至少部分上表面上形成導熱層。然後，在導熱層以及第一封裝結構上形成中介層，其中中介層與第一封裝結構電性連接，且導熱層夾置於第一封裝結構與中介層之間，並與第一晶片以及中介層直接接觸。在中介層上形成第二封裝結構，其中第二封裝結構與中介層電性連接。

基於上述，藉由將導熱層填入第一封裝結構與中介層之間的間隙，能夠使得第一封裝結構中的第一晶片所產生的熱能藉由導熱層傳導並散熱，因而大幅提升封裝堆疊構造的散熱效率。此外，由於導熱層與第一晶片以及中介層直接接觸，在進行信賴性測試時，導熱層可以分散中介層導電端子接收到的應力，故可以防止封裝堆疊構造接點斷裂的問題。

為讓本發明的上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。

圖1A至圖1H是依照本發明的一實施例的一種封裝堆疊構造的製造過程的剖面示意圖。

請參考圖1A，提供第一載板110。第一載板110具有第一表面S1以及相對於第一表面S1的第二表面S2。第一載板110包括第一核心層112、位於第一表面S1的第一線路層114、位於第二表面S2的第二線路層116以及多個導通孔118。第一核心層112為第一載板110的中間層，且其材料例如包括玻璃、環氧樹脂、聚醯亞胺（polyimide；PI）、雙馬來醯亞胺-三氮雜苯（Bismaleimide Triazine；BT）樹脂、FR4或其他合適的材料。第一載板110具有主動區A以及環繞主動區A的周邊區R。第一線路層114包括位於主動區A內的多個接墊114a以及位於周邊區R內的多個接墊114b，而第二線路層116則包括多個接墊116a。接墊114a、接墊114b以及接墊116a的材料例如包括銅、錫、金、鎳或其他導電材料。此外，接墊114a、接墊114b以及接墊116a的形成方法例如包括微影蝕刻製程，然而，本發明不限於此。其他適合形成接墊114a、接墊114b以及接墊116a的材料及方法亦可用於本發明。導通孔118穿透第一核心層112而使至少部分的接墊114a、接墊114b透過導通孔118與接墊116a電性連接。導通孔118的材料可以與接墊114a、接墊114b以及接墊116a的材料相同或不同。換言之，導通孔118的材料例如包括銅、錫、金、鎳或其他導電材料。值得注意的是，圖1A省略繪示了第一載板110中的一些電路層。在其他實施例中，除了第一線路層114以及第二線路層116之外，第一載板110還可以包括嵌入在第一核心層112中的其他電路層。

請參考圖1B，在第一載板110的第二表面S2上形成多個第一導電端子120。第一導電端子120與第一載板110的第二線路層116電性連接。具體來說，第一導電端子120對應接墊116a設置而與接墊116a以及至少部分的導通孔118電性連接。在一些實施例中，第一導電端子120例如包括錫球，然而本發明不限於此。呈現其他形狀或材料的導電結構亦可以做為第一導電端子120。舉例來說，在其他實施例中，第一導電端子120是導電柱或是導電凸塊。在一些實施例中，第一導電端子120可以藉由例如植球以及回銲製程形成。

請參考圖1C，在第一載板110的第一表面S1上形成第一晶片130以及多個導電結構140。第一晶片130位於主動區A內，而導電結構140位於周邊區R內。在一些實施例中，第一晶片130包括多個第一導電凸塊132，且第一晶片130藉由第一導電凸塊132而以覆晶（flip-chip）的方式與第一載板110的接墊114a連接。舉例來說，第一導電凸塊132可為銅柱凸塊，且可以使用銲料（未繪示）銲接第一導電凸塊132的端面至第一載板110的接墊114a。除此之外，在一些實施例中，第一晶片130與第一載板110之間更包括底部填充劑（underfill；未繪示）以密封第一導電凸塊132並增加第一晶片130與第一載板110的接合製程的可靠性。在一些實施例中，第一晶片130例如是特殊應用積體電路（Application-Specific Integrated Circuit；ASIC）。舉例來說，第一晶片130可以是用來執行邏輯運用程序，但本發明不限於此。在其他實施例中，第一晶片130亦可以是其他合適的主動元件。

導電結構140環繞第一晶片130。在一些實施例中，導電結構140對應接墊114b設置，故導電結構140與第一載板110的第一線路層114以及至少部分的導通孔118電性連接。在本實施例中，如圖1C所示，導電結構140為橢圓形，但本發明不限於此。在其他實施例中，導電結構140亦可以是柱體、球體或其他幾何形狀。在一些實施例中，導電結構140可以在第一載板110上形成密集排列的陣列，以達到後續製程中細間距（fine pitch）走線的需求。導電結構140的材料包括銅、錫、金、鎳或其他導電材料，且導電結構140可以為單層或多層結構。舉例來說，導電結構140可以是銅、金、鎳或是銲料等所構成的單層結構，也可以是銅-銲料、銅-鎳-銲料等所構成的多層結構。儘管圖1C繪示了導電結構140的高度大於第一晶片130的高度，但本發明不限於此。在其他實施例中，導電結構140的高度以及第一晶片130的高度之間的比例可以為1：1。

請參考圖1D，在第一載板110的第一表面S1上形成第一絕緣密封體150以將第一晶片130以及導電結構140密封。在一些實施例中，第一絕緣密封體150可藉由模塑製程形成於第一載板110上，且第一絕緣密封體150例如是環氧模封化合物（Epoxy Molding Compound；EMC）、樹脂（resin）或其他合適的絕緣材料。

請參考圖1E，研磨第一絕緣密封體150以及導電結構140直到暴露出第一晶片130的上表面T為止。在此步驟中，第一封裝結構100的製造流程已大致完成。值得注意的是，在一些實施例中，在第一晶片130的上表面T被暴露出之後，可以繼續研磨第一晶片130以進一步減薄第一封裝結構100的整體厚度。如前所述，由於第一晶片130是藉由覆晶的方式配置，其主動表面會朝向第一載板110，故第一晶片130的上表面T實際上為第一晶片130的非主動表面。因此，就算部分的非主動表面被移除也不會影響到第一晶片130的性能。研磨第一絕緣密封體150以及導電結構140的方法包括機械研磨（Mechanical grinding）、化學機械研磨（Chemical-Mechanical Polishing，CMP）、蝕刻或其他合適的製程。在一些實施例中，研磨程序可以將導電結構140的高度減少約50至100µm。

在一些實施例中，由於導電結構140是中間較寬而頂端及底端較窄的橢圓形或圓形結構，故當導電結構140被移除的高度接近完整導電結構140高度的一半時，導電結構140能有較大的面積被第一絕緣密封體150暴露出來。值得注意的是，儘管圖1B以及圖1C繪示了在第一導電端子120形成之後才在第一載板110的第一表面S1上形成第一晶片130以及導電結構140，但本發明並不限於此順序。在其他實施例中，也可以在形成第一晶片130以及多個導電結構140之後（如圖1C所示）或是研磨完第一絕緣密封體150以及導電結構140（如圖1E所示）之後再將第一導電端子120形成在第一載板110的第二表面S2上。

請參考圖1F，在第一封裝結構100的主動區A上形成導熱層200。在本實施例中，導熱層200完全覆蓋第一晶片130的上表面T，且導熱層200的側壁與第一晶片130的側壁對齊。也就是說，導熱層200僅位於主動區A中。由於第一晶片130與第一絕緣密封體150之間沒有間隙，因此，導熱層200不會與第一晶片130的側面接觸。在一些實施例中，導熱層200的材料包括黏合劑（binder）以及分散於黏合劑中的導熱粉體。黏合劑的材料包括環氧樹脂、醇酸樹脂、丙烯酸樹脂、聚氨酯樹脂、酚醛樹脂、氯乙烯-醋酸乙烯共聚樹脂或其組合。另一方面，導熱粉體例如是金屬、鑽石、其組合或其他高導熱係數的材料。在一些實施例中，導熱層200可以藉由旋轉塗佈、噴墨塗佈或微影蝕刻等方法形成。

請參考圖1G，在導熱層200以及第一封裝結構100上形成中介層300。導熱層200夾置於第一封裝結構100與中介層300之間，並與第一晶片130以及中介層300直接接觸。中介層300包括中介層基板310以及多個中介層導電端子320。中介層基板310包括中介核心層312、第三線路層314、第四線路層316以及導通孔318。第三線路層314位於中介層基板310的一側，而第四線路層316位於中介層基板310的另一側。第三線路層314包括多個接墊314a，而第四線路層316則包括多個接墊316a。接墊314a與接墊316a的材料及形成方法例如與接墊114a、接墊114b以及接墊116a的材料及形成方法類似，故在此不再贅述。導通孔318穿透中介核心層312而使至少部分的接墊314a透過導通孔318與接墊316a電性連接。在一些實施例中，導通孔318的材料可以與接墊314a以及接墊316a的材料相同或不同。

中介層導電端子320配置於中介層基板310上，並與至少部分接墊316a連接。具體來說，中介層導電端子320對應第一封裝結構100的導電結構140設置，以使得中介層300與第一封裝結構100電性連接。換句話說，中介層導電端子320配置於第一封裝結構100的周邊區R上。中介層導電端子320的材料及形成方法例如與第一導電端子120的材料及形成方法類似，故在此不再贅述。在一些實施例中，中介層導電端子320的高度H1會與導熱層200的厚度H2相同，以使得導熱層200與第一晶片130以及中介層300直接接觸。舉例來說，在一些實施例中，導熱層200與第一晶片130以及中介層300的接墊316a直接接觸，故第一晶片130在運作過程中所散發出的熱能可以透過接墊316a傳導至其他散熱結構或是空氣中，藉此更進一步提升散熱效率。此外，導熱層可以在後續的信賴性測試中分散中介層導電端子320接收到的應力，故可以防止接點斷裂的問題。

請參考圖1H，在中介層300上形成第二封裝結構400，且第二封裝結構400與中介層300電性連接。第二封裝結構400類似於第一封裝結構100，故關於第二封裝結構400內的各元件的材料以及形成方法在此就不再贅述。第二封裝結構400以及第一封裝結構100的差異點在於第二封裝結構400可以不包括如同第一封裝結構100的導電結構140且可以不經過如同第一封裝結構100的研磨程序。具體來說，第二封裝結構400包括第二載板410、第二晶片430、第二絕緣密封體450以及多個第二導電端子420。第二載板410具有第三表面S3以及相對於第三表面S3的第四表面S4。第二晶片430配置於第三表面S3上。第二絕緣密封體450配置於第三表面S3上且密封第二晶片430。多個第二導電端子420配置於第四表面S4上，且與中介層300的至少部分接墊314a電性連接。

第二載板410包括第二核心層412、位於第三表面S3的第五線路層414、位於第四表面S4的第六線路層416以及多個導通孔418。第五線路層414包括多個接墊414a，而第六線路層416則包括多個接墊416a。導通孔418穿透第二核心層412而使至少部分的接墊414a透過導通孔418與接墊416a電性連接。值得注意的是，圖1H省略繪示了第二載板410中的一些電路層。然而，在其他實施例中，除了第五線路層414以及第六線路層416之外，第二載板410還可以包括嵌入在第二核心層412中的其他電路層。

在一些實施例中，第二晶片430包括多個第二導電凸塊432，且第二晶片430藉由第二導電凸塊432而以覆晶的方式與第二載板410的接墊414a連接。除此之外，在一些實施例中，第二晶片430與第二載板410之間更包括底部填充劑（未繪示）以密封第二導電凸塊432並增加第二晶片430與第二載板410的接合製程的可靠性。在一些實施例中，第二晶片430例如是類似於第一晶片130的特定功能積體電路，但本發明不限於此。在其他實施例中，第二晶片430亦可以是其他合適的主動元件。

基於上述，藉由將導熱層200填入第一封裝結構100與中介層300之間的間隙，能夠使得第一封裝結構100中的第一晶片130所產生的熱能藉由導熱層200傳導並散熱，因而大幅提升封裝堆疊構造10的散熱效率。此外，由於導熱層200與第一晶片130以及中介層300直接接觸，在進行信賴性測試時，導熱層200可以分散中介層導電端子320接收到的應力，故可以防止封裝堆疊構造10接點斷裂的問題。

圖2是依照本發明另一實施例的一種封裝堆疊構造的剖面示意圖。在此必須說明的是，圖2的實施例沿用圖1的實施例的元件標號與部分內容，其中採用相同的標號來表示相同或近似的元件，並且省略了相同技術內容的說明。關於省略部分的說明可參考前述實施例，下述實施例不再重複贅述。圖2的封裝堆疊構造20與圖1H的封裝堆疊構造10的差異在於：封裝堆疊構造20的導熱層200A的面積大於第一晶片130的面積。

請參考圖2，在本實施例中，導熱層200A的面積大於第一晶片130的面積。換句話說，導熱層200A完全覆蓋第一晶片130的上表面T，且從主動區A延伸至周邊區R以覆蓋部分第一絕緣密封體150的上表面。由於第一絕緣密封體150的上表面與第一晶片130的上表面共面（coplanar），因此，導熱層200A可以平整地形成於第一晶片130與第一絕緣密封體150上。

基於上述，藉由將導熱層200A填入第一封裝結構100與中介層300之間的間隙，能夠使得第一封裝結構100中的第一晶片130所產生的熱能藉由導熱層200傳導並散熱，因而大幅提升封裝堆疊構造20的散熱效率。此外，由於導熱層200A與第一晶片130以及中介層300直接接觸，在進行信賴性測試時，導熱層200A可以分散中介層導電端子320接收到的應力，故可以防止封裝堆疊構造20接點斷裂的問題。此外，由於本實施例的導熱層200A的面積大於第一晶片130的面積，因此能獲得更佳的散熱效果。

圖3是依照本發明再一實施例的一種封裝堆疊構造的剖面示意圖。在此必須說明的是，圖3的實施例沿用圖1的實施例的元件標號與部分內容，其中採用相同的標號來表示相同或近似的元件，並且省略了相同技術內容的說明。關於省略部分的說明可參考前述實施例，下述實施例不再重複贅述。圖3的封裝堆疊構造30與圖1H的封裝堆疊構造10的差異在於：封裝堆疊構造30的導熱層200B的面積小於第一晶片130的面積。

請參考圖3，在本實施例中，導熱層200B的面積小於第一晶片130的面積。換句話說，導熱層200B並未完全覆蓋第一晶片130且暴露出第一晶片130的部分上表面T。

基於上述，藉由將導熱層200B填入第一封裝結構100與中介層300之間的間隙，能夠使得第一封裝結構100中的第一晶片130所產生的熱能藉由導熱層200傳導並散熱，因而大幅提升封裝堆疊構造30的散熱效率。此外，由於導熱層200B與第一晶片130以及中介層300直接接觸，在進行信賴性測試時，導熱層200B可以分散中介層導電端子320接收到的應力，故可以防止封裝堆疊構造30接點斷裂的問題。

綜上所述，藉由將導熱層填入第一封裝結構與中介層之間的間隙，能夠使得第一封裝結構中的第一晶片所產生的熱能藉由導熱層傳導並散熱，因而大幅提升封裝堆疊構造的散熱效率。此外，由於導熱層與第一晶片以及中介層直接接觸，在進行信賴性測試時，導熱層可以分散中介層導電端子接收到的應力，故可以防止封裝堆疊構造接點斷裂的問題。

雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明的精神和範圍內，當可作些許的更動與潤飾，故本發明的保護範圍當視後附的申請專利範圍所界定者為準。

10、20、30‧‧‧封裝堆疊構造

100‧‧‧第一封裝結構

110‧‧‧第一載板

112‧‧‧第一核心層

114‧‧‧第一線路層

116‧‧‧第二線路層

114a、114b、116a、314a、316a、414a、416a‧‧‧接墊

118、318、418‧‧‧導通孔

120‧‧‧第一導電端子

130‧‧‧第一晶片

132‧‧‧第一導電凸塊

140‧‧‧導電結構

150‧‧‧第一絕緣密封體

200、200A、200B‧‧‧導熱層

300‧‧‧中介層

310‧‧‧中介層基板

312‧‧‧中介核心層

314‧‧‧第三線路層

316‧‧‧第四線路層

320‧‧‧中介層導電端子

400‧‧‧第二封裝結構

410‧‧‧第二載板

412‧‧‧第二核心層

414‧‧‧第五線路層

416‧‧‧第六線路層

420‧‧‧中介層導電端子

430‧‧‧第二晶片

432‧‧‧第二導電凸塊

450‧‧‧第二絕緣密封體

A‧‧‧主動區

R‧‧‧周邊區

H1‧‧‧高度

H2‧‧‧厚度

T‧‧‧上表面

S1‧‧‧第一表面

S2‧‧‧第二表面

S3‧‧‧第三表面

S4‧‧‧第四表面

圖1A至圖1H是依照本發明一實施例的一種封裝堆疊構造的製造過程的剖面示意圖。圖2是依照本發明另一實施例的一種封裝堆疊構造的剖面示意圖。圖3是依照本發明再一實施例的一種封裝堆疊構造的剖面示意圖。

Claims

一種封裝堆疊構造，包括：第一封裝結構，包括第一晶片以及第一絕緣密封體，其中所述第一絕緣密封體密封所述第一晶片且暴露出所述第一晶片的上表面；中介層，配置於所述第一封裝結構上，且與所述第一封裝結構電性連接；導熱層，夾置於所述第一封裝結構與所述中介層之間，且覆蓋所述第一晶片的至少部分所述上表面，其中所述導熱層與所述第一晶片以及所述中介層直接接觸；以及第二封裝結構，配置於所述中介層上，且與所述中介層電性連接。
如申請專利範圍第1項所述的封裝堆疊構造，其中所述第一封裝結構更包括：第一載板，具有第一表面與相對於所述第一表面的第二表面，其中所述第一晶片以及所述第一絕緣密封體配置於所述第一表面上；多個導電結構，配置於所述第一表面上且環繞所述第一晶片，其中所述導電結構嵌入於所述第一絕緣密封體中，且所述第一絕緣密封體暴露出所述導電結構；以及多個第一導電端子，配置於所述第二表面上。
如申請專利範圍第2項所述的封裝堆疊構造，其中所述中介層包括：中介層基板；以及多個中介層導電端子，配置於所述中介層基板上，其中所述中介層導電端子對應所述第一封裝結構的所述導電結構設置，以與所述第一封裝結構電性連接。
如申請專利範圍第3項所述的封裝堆疊構造，其中所述中介層導電端子的高度與所述導熱層的厚度相同。
如申請專利範圍第1項所述的封裝堆疊構造，其中所述第二封裝結構包括：第二載板，具有第三表面以及相對於所述第三表面的第四表面；第二晶片，配置於所述第三表面上；第二絕緣密封體，配置於所述第三表面上且密封所述第二晶片；以及多個第二導電端子，配置於所述第四表面上，且與所述中介層電性連接。
如申請專利範圍第1項所述的封裝堆疊構造，其中所述導熱層包括黏合劑（binder）以及分散於所述黏合劑中的導熱粉體，其中所述黏合劑的材料包括環氧樹脂、醇酸樹脂、丙烯酸樹脂、聚氨酯樹脂、酚醛樹脂、氯乙烯-醋酸乙烯共聚樹脂或其組合，所述導熱粉體的材料包括金屬、鑽石或其組合。
如申請專利範圍第1項所述的封裝堆疊構造，其中所述導熱層完全覆蓋所述第一晶片。
一種封裝堆疊構造的製造方法，包括：形成第一封裝結構，其中所述第一封裝結構包括第一晶片以及第一絕緣密封體，所述第一絕緣密封體密封所述第一晶片且暴露出所述第一晶片的上表面；在所述第一晶片的至少部分所述上表面上形成導熱層；在所述導熱層以及所述第一封裝結構上形成中介層，其中所述中介層與所述第一封裝結構電性連接，且所述導熱層夾置於所述第一封裝結構與所述中介層之間並與所述第一晶片以及所述中介層直接接觸；以及在所述中介層上形成第二封裝結構，其中所述第二封裝結構與所述中介層電性連接。
如申請專利範圍第8項所述的封裝堆疊構造的製造方法，其中形成所述第一封裝結構的步驟包括：提供第一載板，其中所述第一載板具有第一表面以及相對於所述第一表面的第二表面；在所述第二表面上形成多個第一導電端子；在所述第一表面上形成所述第一晶片以及多個導電結構，且所述導電結構環繞所述第一晶片；藉由所述第一絕緣密封體將所述第一晶片以及所述導電結構密封；以及研磨所述第一絕緣密封體以及所述導電結構直到暴露出所述第一晶片的所述上表面為止。
如申請專利範圍第8項所述的封裝堆疊構造的製造方法，其中形成所述導熱層的方法包括旋轉塗佈、噴墨塗佈或微影蝕刻。