TWI789241B

TWI789241B - 晶粒封裝結構及其製作方法

Info

Publication number: TWI789241B
Application number: TW111105342A
Authority: TW
Inventors: 李海濤; 戴洪海
Original assignee: 瑞昱半導體股份有限公司
Priority date: 2022-01-20
Filing date: 2022-02-15
Publication date: 2023-01-01
Also published as: US12089346B2; US20230232543A1; TW202331858A; CN116525547A

Abstract

本發明公開一種晶粒封裝結構及其製作方法。晶粒封裝結構的製作方法包括下列步驟：將第一晶粒固定在封装底座上；將軟性印刷電路板的第一鏤空焊墊與第一晶粒的第一焊墊對齊，並固定軟性印刷電路板；將第一鏤空焊墊焊接於第一焊墊；將第二晶粒固定在軟性印刷電路板上，且與第一晶粒重疊；摺疊軟性印刷電路板，以使軟性印刷電路板的第二鏤空焊墊與第二晶粒的第二焊墊對齊，並露出軟性印刷電路板的訊號測試焊墊；將軟性印刷電路板固定在第二晶粒上；將第二鏤空焊墊焊接於第二焊墊；將金屬線焊接到訊號測試焊墊；以及將封裝接腳焊接於金屬線。

Description

晶粒封裝結構及其製作方法

本發明涉及一種封裝結構及其製作方法，特別是涉及一種晶粒封裝結構及其製作方法。

將多顆晶粒(Die)放入同一個封裝(Package)中，是比較常見的一種封裝方式。但是存在封裝尺寸較大，成本較高，晶粒上的訊號無法測量的問題。

在一個封裝結構中使用多顆晶粒，並且多顆晶粒上的電氣訊號需要互連時，晶粒上方通常設置有焊墊以便進行互連，且通常的封裝方式有兩種：

第一種方案是將兩顆晶粒水平放置在封裝結構中，焊墊通過金屬線進行互連（例如銅線）。然而，兩個晶粒的焊墊在互連時由於順序不同，互連時會造成金屬線交叉，進而提升短路風險。

為了避免金屬線交叉，需要在其中一顆晶粒上設置金屬層，以在該金屬層內設置走線來改變晶粒上焊墊的位置及順序，以利於無交叉的互連。然而，此方案的封裝結構的尺寸較大，且晶粒上需要額外增加金屬層，導致成本增加。且在兩晶粒互連而傳輸的訊號爲高速訊號(速率高於1Gpbs)時，因金屬層內連線空間有限，並且無法爲高速訊號設計分支，導致無法增加訊號測試點。

另一種方案爲將兩晶粒進行堆疊。然而，此方案受限於晶粒上設置的金屬層僅能提供一層走線層，在需要多個焊墊進行互連時，需額外增加金屬層的面積，而導致堆疊上方的晶粒懸空，而需再額外增加僞晶粒層以填充懸空處，雖可讓封裝結構的尺寸變小，但仍無法有效解決第一種方案中的無法增加訊號測試點以及成本增加等缺點。

本發明所要解決的技術問題在於，針對現有技術的不足提供一種晶粒封裝結構及其製作方法。

為了解決上述的技術問題，本發明所採用的其中一技術方案是提供一種晶粒封裝結構的製作方法，其包括：將一第一晶粒固定在一封装底座上；將一軟性印刷電路板設置在該第一晶粒上方，使該軟性印刷電路板的多個第一鏤空焊墊與該第一晶粒的多個第一焊墊對齊；將該軟性印刷電路板固定於該第一晶粒上方；將該些第一鏤空焊墊焊接於該些第一焊墊；將一第二晶粒固定在該軟性印刷電路板上，且與該第一晶粒重疊；摺疊該軟性印刷電路板，以使該軟性印刷電路板的多個第二鏤空焊墊與該第二晶粒的多個第二焊墊對齊，並露出該軟性印刷電路板的多個訊號測試焊墊，其中，該些第二鏤空焊墊分別與該些第一鏤空焊墊電性連接；將該軟性印刷電路板固定在該第二晶粒上；將該些第二鏤空焊墊焊接於該些第二焊墊；將多個金屬線焊接到該些訊號測試焊墊；以及將多個封裝接腳焊接於該些金屬線。

為了解決上述的技術問題，本發明所採用的另外一技術方案是提供一種晶粒封裝結構，其包括封装底座、第一晶粒、軟性印刷電路板、第二晶粒、多個金屬線及多個封裝接腳。第一晶粒，設置在該封装底座上。軟性印刷電路板，具有一第一部分及一第二部分，該第一部分設置在該第一晶粒上方，且該軟性印刷電路板的多個第一鏤空焊墊與該第一晶粒的多個第一焊墊對齊且焊接連接。第二晶粒，設置在該軟性印刷電路板的該第一部分上，且與該第一晶粒重疊，其中，該軟性印刷電路板係經過摺疊以使該第二部分設置於該二晶粒上方，且該軟性印刷電路板的多個第二鏤空焊墊與該第二晶粒的多個第二焊墊對齊且焊接連接，且露出該軟性印刷電路板的多個訊號測試焊墊，其中，該些第二鏤空焊墊分別與該些第一鏤空焊墊電性連接。多個金屬線，分別連接於該些訊號測試焊墊。多個封裝接腳，分別連接於該些金屬線。

本發明的其中一有益效果在於，本發明所提供的晶粒封裝結構及其製作方法，採用具有適當配置的多個鏤空焊墊的軟性印刷電路板，經摺疊後可在兩晶粒的電性路徑上提供訊號測試點，並縮小封裝結構體積，還可降低成本。

為使能更進一步瞭解本發明的特徵及技術內容，請參閱以下有關本發明的詳細說明與圖式，然而所提供的圖式僅用於提供參考與說明，並非用來對本發明加以限制。

以下是通過特定的具體實施例來說明本發明所公開有關“晶粒封裝結構及其製作方法”的實施方式，本領域技術人員可由本說明書所公開的內容瞭解本發明的優點與效果。本發明可通過其他不同的具體實施例加以施行或應用，本說明書中的各項細節也可基於不同觀點與應用，在不背離本發明的構思下進行各種修改與變更。另外，本發明的附圖僅為簡單示意說明，並非依實際尺寸的描繪，事先聲明。以下的實施方式將進一步詳細說明本發明的相關技術內容，但所公開的內容並非用以限制本發明的保護範圍。另外，本文中所使用的術語“或”，應視實際情況可能包括相關聯的列出項目中的任一個或者多個的組合。

圖1為本發明一實施例的晶粒封裝結構的製作方法的流程圖。參閱圖1所示，本發明一實施例提供一種晶粒封裝結構的製作方法，其包括下列步驟：

步驟S10：將第一晶粒固定在封装底座上。請參閱圖2，其為本發明一實施例的步驟S10的俯視示意圖。在圖2中，第一晶粒10可例如爲一裸晶，是以半導體材料製作而成、未經封裝的一小塊積體電路本體，其上設置有多個第一焊墊，例如第一焊墊101、102、103，用於讓第一晶粒10與外部元件進行訊號傳輸。第一晶粒10係透過一般的黏晶製程，例如，藉由施加使用膠水、熱、壓力或超音波等方式固定在封装底座12之上。封装底座12可例如爲方形框體結構的積體電路底座，其一般在邊緣預留有多個孔位用於設置電性接腳。

步驟S11：將軟性印刷電路板設置在第一晶粒上方，使軟性印刷電路板的多個第一鏤空焊墊與第一晶粒的多個第一焊墊對齊，並固定軟性印刷電路板。

可一併參考圖3A、圖3B、圖4A及圖4B。圖3A為本發明一實施例的步驟S11的俯視示意圖，圖3B為本發明一實施例的步驟S11的剖面示意圖，圖4A為本發明一實施例的軟性印刷電路板的俯視示意圖，圖4B為本發明一實施例的軟性印刷電路板的剖面示意圖。

可先參考圖4A及圖4B，軟性印刷電路板14具有與第一晶粒10接觸的第一面S1及相對於第一面S1的第二面S2，軟性印刷電路板14可例如包括銅箔基板、核心層(例如聚醯亞胺)以及用於表面絕緣的保護膜。

如圖4A以及沿著剖面線A-A的圖4B的剖面圖所示，軟性印刷電路板14具有多個第一鏤空焊墊(例如第一鏤空焊墊141、142、143)及多個第二鏤空焊墊(例如第二鏤空焊墊144、145、146)，其中，第一鏤空焊墊141、142、143係貫穿第一面S1及第二面S2設置在軟性印刷電路板14中。

從圖4A的俯視圖來看，第一鏤空焊墊141、142、143各包括第一回型環狀(rectangular loop shape)金屬，其內圈尺寸小於對應的第一焊墊的尺寸，其外圈尺寸大於對應的第一焊墊的尺寸。例如，第一鏤空焊墊141將與第一焊墊101對齊，其內圈面積，亦即，鏤空部分的面積，小於第一焊墊101的面積，其外圈(外側邊緣形成的矩形)的面積大於第一焊墊101的面積。

另一方面，第二鏤空焊墊144、145、146分別與第一鏤空焊墊141、143、142電性連接。類似的，第二鏤空焊墊144、145、146貫穿第一面S1及第二面S2設置在軟性印刷電路板14中，且分別通過軟性印刷電路板14中的多條金屬走線147-1、147-2、147-3、147-4、147-5、147-6與第一鏤空焊墊141、143、142電性連接。

在一些實施例中，雖然第二鏤空焊墊144、145、146在特定方向依序對應於第一鏤空焊墊141、142、143，然而，爲了滿足電路設計需求，需要將第二鏤空焊墊144、145、146以分別與第一鏤空焊墊141、143、142依序電性連接，以使第一晶粒10上的第一焊墊101、102、103可以連接到特定的焊墊。

此外，金屬走線147-1、147-2、147-3爲軟性印刷電路板14中的頂層金屬走線，金屬走線147-4、147-5、147-6爲軟性印刷電路板14中的底層金屬走線，並且金屬走線147-1通過通孔V1與金屬走線147-4電性連接，金屬走線147-2通過通孔V2與金屬走線147-6電性連接，金屬走線147-3通過通孔V3與金屬走線147-5電性連接。通過此方式，可避免額外設置金屬層來提供訊號路徑。在訊號線較多的情況下，軟性印刷電路板14中可以設置4或6層以上的金屬平面，以用來進行訊號連接。換言之，上述的金屬走線147-1、147-2、147-3不限於頂層金屬走線，金屬走線147-4、147-5、147-6也不限於底層金屬走線，也就是說，軟性印刷電路板14中的所有金屬平面均可用於進行訊號連接。

再者，訊號測試焊墊T1、T2及T3分別位於金屬走線147-4、147-5、147-6形成的電性路徑上，且位於軟性印刷電路板14的第一面S1上。需要說明的是，在第一面S1上，保護層一般會覆蓋在金屬走線147-4、147-5、147-6以作爲絕緣保護，而保護層可保留多個裸露區域，以供訊號測試焊墊T1、T2及T3分別與金屬走線147-4、147-5、147-6電性連接。

接著，可參考圖3A的俯視圖以及沿著剖面線B-B繪示的圖3B的剖面圖。如圖3A、3B所示，當軟性印刷電路板14的一部分(第一部分)設置在第一晶粒10上方時，第一焊墊101、102、103分別與第一鏤空焊墊141、142、143對齊。

步驟S12：將該些第一鏤空焊墊焊接於該些第一焊墊。

可參考圖3B，可將焊料從第一鏤空焊墊141、142、143的鏤空處灌入，並通過焊接製程將第一鏤空焊墊141、142、143分別焊接於第一焊墊101、102、103。此外，亦可使用任何可將第一鏤空焊墊141、142、143分別電性連接於第一焊墊101、102、103的方式，本發明不限於此。由於第一回型環狀金屬的內圈尺寸小於對應的第一焊墊的尺寸，其外圈尺寸大於對應的第一焊墊的尺寸，因此在焊接完成時，將可確保第一鏤空焊墊141、142、143與第一焊墊101、102、103的電性接觸是良好的，且可降低焊接失敗機率。

步驟S13：將第二晶粒固定在軟性印刷電路板上，且與第一晶粒重疊。

請參考圖5，其為本發明一實施例的步驟S13的俯視示意圖。如圖5所示，可在軟性印刷電路板14上方塗抹固定材料，例如環氧塑封料(Epoxy Molding Compound)，以將第二晶粒16固定在軟性印刷電路板14的第二面S2上。與第一晶粒10類似，第二晶粒16可例如爲一裸晶，是以半導體材料製作而成、未經封裝的一小塊積體電路本體，其上設置有多個第二焊墊，例如第二焊墊161、162、163，用於讓第二晶粒16與第一晶粒10或外部元件進行訊號傳輸。需要說明的是，圖5中第二焊墊161、162、163 的位置僅為示意，而不侷限於設置在第二晶粒16的最左側。由俯視圖來看，第二晶粒16與第一晶粒10的垂直投影區域重疊，且由於兩者重疊，可藉此減少封裝結構的整體使用面積。

步驟S14：摺疊軟性印刷電路板形成摺疊部分，以使軟性印刷電路板的多個第二鏤空焊墊與第二晶粒的多個第二焊墊對齊，並露出軟性印刷電路板的多個訊號測試焊墊。

請一併參考圖5、圖6A及圖6B，圖6A為本發明一實施例的步驟S14的俯視示意圖，圖6B為本發明一實施例的步驟S14的剖面示意圖。

如圖5所示，與第一鏤空焊墊141、142、143類似，第二鏤空焊墊144、145、146各包括第二回型環狀金屬，其內圈尺寸小於對應的第二焊墊的尺寸，其外圈尺寸大於對應的第二焊墊的尺寸。例如，第二鏤空焊墊144將與第二焊墊161對齊，其內圈面積，亦即，鏤空部分的面積，小於第二焊墊161的面積，其外圈(外側邊緣形成的矩形)的面積第一焊墊161的面積。

接著，參考圖6A及沿著剖面線C-C繪示的圖6B，當沿著圖5的摺線FL將軟性印刷電路板14右側的部分(第二部分)向左側摺疊並讓第二鏤空焊墊144、145、146與第二焊墊161、162、163對齊時，位於第一面S1上的訊號測試焊墊T1、T2、T3將會顯露於最上方。換言之，即便第一焊墊101、102、103及第二焊墊161、162、163均已經因設計需求而被遮擋，仍可通過訊號測試焊墊T1、T2、T3對訊號進行測試，而無需另外針對第一焊墊101、102、103及第二焊墊161、162、163額外設置測試線路。

需要說明的是，訊號測試焊墊T1、T2、T3的位置可以視實際的應用情況進行調整。例如，在超過兩個以上的晶粒進行堆疊時，若測試焊墊T1、T2、T3在其中一個晶粒的正上方，就有可能被位於上方的晶粒擋住。因此，可將訊號測試焊墊T1、T2、T3設置在軟性印刷電路板14的摺線FL處，也就是整個晶粒堆疊的側面，例如，圖6B中對應於第一鏤空焊墊141、142的位置。其優勢在於，即使多個晶粒堆疊，在晶粒堆疊的側面仍然可以將訊號測試焊墊T1、T2、T3通過金屬線引出以進行測試。

步驟S15：將軟性印刷電路板的摺疊部分固定在第二晶粒上。

詳細而言，此步驟係將軟性印刷電路板14位於第二晶粒16上方的部分固定在第二晶粒16上，例如，藉由施加使用膠水、熱、壓力或超音波等方式將軟性印刷電路板14固定在第二晶粒16之上。

步驟S16：將該些第二鏤空焊墊焊接於該些第二焊墊。

可參考圖6B，可將焊料從第二鏤空焊墊144、145、146的鏤空處灌入，並通過焊接製程將第二鏤空焊墊144、145、146分別焊接於第二焊墊161、162、163。此外，亦可使用任何可將第二鏤空焊墊144、145、146分別電性連接於第二焊墊161、162、163的方式，本發明不限於此。由於第二回型環狀金屬的內圈尺寸小於對應的第二焊墊的尺寸，其外圈尺寸大於對應的第二焊墊的尺寸，因此在焊接完成時，將可確保第二鏤空焊墊144、145、146與第二焊墊161、162、163的電性接觸是良好的，且可降低焊接失敗機率。

步驟S17：將多個金屬線焊接到該些訊號測試焊墊。

步驟S18：將多個封裝接腳焊接於該些金屬線。

請參考圖7，其為本發明一實施例的步驟S17及S18的俯視示意圖。例如，可通過打線的方式從訊號測試焊墊T1、T2、T3朝外側分別設置金屬線M1、M2、M3，並將封裝接腳P1、P2、P3分別焊接於金屬線M1、M2、M3。金屬線M1、M2、M3可例如爲銅導線，旦本發明不限於此。在特定的測試應用下，金屬線M1、M2、M3也可與封裝接腳P1、P2、P3焊接，而是直接將金屬線M1、M2、M3延伸至封裝體外，並進行訊號測試。

於此，本發明亦提供一種晶粒封裝結構1，已然由圖1的流程所形成，並繪示於圖7之中，其包括封裝底座12、第一晶粒10、第二晶粒16及軟性印刷電路板14。其中，封裝底座12、第一晶粒10、第二晶粒16及軟性印刷電路板14的設置方式已在上文中，在此不再贅述。需要說明的是，本發明的晶粒封裝結構及其製作方法並不限於兩個晶粒，亦可適用於多晶粒堆疊的情形。

請復參考圖1。使用者可依據需求繼續以類似架構向上堆疊，或是可參考圖8，其為本發明一實施例的步驟S19的剖面示意圖。晶粒封裝結構的製作方法進入步驟S19：以封裝蓋體覆蓋封裝底座、第一晶粒、第二晶粒及軟性印刷電路板。如圖8所示，封裝蓋體2具有容置空間，可將晶粒封裝結構1包覆在內，並與封裝底座12結合。

[實施例的有益效果]

以上所公開的內容僅為本發明的優選可行實施例，並非因此侷限本發明的申請專利範圍，所以凡是運用本發明說明書及圖式內容所做的等效技術變化，均包含於本發明的申請專利範圍內。

1:晶粒封裝結構 2:封裝蓋體 10:第一晶粒 12:封裝底座 14:軟性印刷電路板 16:第二晶粒 101、102、103:第一焊墊 141、142、143:第一鏤空焊墊 144、145、146:第二鏤空焊墊 147-1、147-2、147-3、147-4、147-5、147-6:金屬走線 161、162、163:第二焊墊 A-A、B-B、C-C:剖面線 FL:摺線 M1、M2、M3:金屬線 P1、P2、P3:封裝接腳 S1:第一面 S2:第二面 T1、T2、T3:訊號測試焊墊 V1、V2、V3:通孔

圖1為本發明一實施例的晶粒封裝結構的製作方法的流程圖。

圖2為本發明一實施例的步驟S10的俯視示意圖。

圖3A為本發明一實施例的步驟S11的俯視示意圖。

圖3B為本發明一實施例的步驟S11的剖面示意圖。

圖4A為本發明一實施例的軟性印刷電路板的俯視示意圖。

圖4B為本發明一實施例的軟性印刷電路板的剖面示意圖。

圖5為本發明一實施例的步驟S13的俯視示意圖。

圖6A為本發明一實施例的步驟S14的俯視示意圖。

圖6B為本發明一實施例的步驟S14的剖面示意圖。

圖7為本發明一實施例的步驟S17及S18的俯視示意圖。

圖8為本發明一實施例的步驟S19的剖面示意圖。

代表圖為流程圖，故無符號簡單說明。

Claims

一種晶粒封裝結構的製作方法，其包括：將一第一晶粒固定在一封装底座上；將一軟性印刷電路板設置在該第一晶粒上方，使該軟性印刷電路板的多個第一鏤空焊墊與該第一晶粒的多個第一焊墊對齊，並固定該軟性印刷電路板；將該些第一鏤空焊墊焊接於該些第一焊墊；將一第二晶粒固定在該軟性印刷電路板上，且與該第一晶粒重疊；摺疊該軟性印刷電路板以形成一摺疊部分，以使該軟性印刷電路板的多個第二鏤空焊墊與該第二晶粒的多個第二焊墊對齊，並露出該軟性印刷電路板的多個訊號測試焊墊，其中，該些第二鏤空焊墊分別與該些第一鏤空焊墊電性連接；將該軟性印刷電路板的該摺疊部分固定在該第二晶粒上；將該些第二鏤空焊墊焊接於該些第二焊墊；將多個金屬線焊接到該些訊號測試焊墊；以及將多個封裝接腳焊接於該些金屬線。
如請求項1所述的晶粒封裝結構的製作方法，其中，該軟性印刷電路板具有與該第一晶粒接觸的一第一面及相對於該第一面的一第二面，該些第一鏤空焊墊係貫穿該第一面及該第二面設置在該軟性印刷電路板中。
如請求項2所述的晶粒封裝結構的製作方法，其中，將該第二晶粒固定在該軟性印刷電路板上的步驟更包括將該第二晶粒固定在該軟性印刷電路板的該第二面上，且與該第一晶粒在該軟性印刷電路板上的垂直投影區域重疊。
如請求項2所述的晶粒封裝結構的製作方法，其中，摺疊該軟性印刷電路板的步驟更包括摺疊該軟性印刷電路板以露出位於該第一面上的該些訊號測試焊墊。
如請求項2所述的晶粒封裝結構的製作方法，其中，該些第二鏤空焊墊係貫穿該第一面及該第二面設置在該軟性印刷電路板中，分別通過該軟性印刷電路板中的多條金屬走線與該些第一鏤空焊墊電性連接，且該些訊號測試焊墊分別位於該些金屬走線形成的多個電性路徑上。
如請求項1所述的晶粒封裝結構的製作方法，其中，將該軟性印刷電路板固定在該第二晶粒上的步驟更包括將該軟性印刷電路板位於該第二晶粒上方的部分固定在該第二晶粒上。
如請求項2所述的晶粒封裝結構的製作方法，其中，該些第一鏤空焊墊各包括一第一回型環狀金屬，其內圈尺寸小於對應的該第一焊墊的尺寸，其外圈尺寸大於對應的該第一焊墊的尺寸。
如請求項2所述的晶粒封裝結構的製作方法，其中，該些第二鏤空焊墊各包括一第二回型環狀金屬，其內圈尺寸小於對應的該第二焊墊的尺寸，其外圈尺寸大於對應的該第二焊墊的尺寸。
一種晶粒封裝結構，其包括：一封装底座；一第一晶粒，設置在該封装底座上；一軟性印刷電路板，具有一第一部分及一第二部分，該第一部分設置在該第一晶粒上方，且該軟性印刷電路板的多個第一鏤空焊墊與該第一晶粒的多個第一焊墊對齊且焊接連接；一第二晶粒，設置在該軟性印刷電路板的該第一部分上，且與該第一晶粒重疊，其中，該軟性印刷電路板係經過摺疊以使該第二部分設置於該二晶粒上方，且該軟性印刷電路板的多個第二鏤空焊墊與該第二晶粒的多個第二焊墊對齊且焊接連接，且露出該軟性印刷電路板的多個訊號測試焊墊，其中，該些第二鏤空焊墊分別與該些第一鏤空焊墊電性連接；多個金屬線，分別連接於該些訊號測試焊墊；以及多個封裝接腳，分別連接於該些金屬線。
如請求項9所述的晶粒封裝結構，其中，該軟性印刷電路板具有與該第一晶粒接觸的一第一面及相對於該第一面的一第二面，該些第一鏤空焊墊係貫穿該第一面及該第二面設置在該軟性印刷電路板中。