一種圓片級芯片扇出封裝方法及其封裝結(jié)構(gòu)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種圓片級芯片扇出封裝方法及其封裝結(jié)構(gòu)，屬于半導(dǎo)體封裝【技術(shù)領(lǐng)域】。其首先在硅晶圓上刻蝕淺硅腔體并順次在硅晶圓表面制作介電層和再布線層Ⅰ，其次在所述硅晶圓的上表面的再布線層Ⅰ上制備若干個金屬凸塊，接著將制備有芯片表面金屬凸點的待封裝芯片倒裝放置到淺硅腔體里，并將整個硅晶圓進行塑封，然后將塑封體頂部研磨拋光并將金屬凸塊的上表面露出，再在塑封體的上表面制備再布線層Ⅱ，將金屬凸塊的輸出端重布成陣列并放置焊錫球，最后切割成單顆封裝體。本發(fā)明圓片級芯片扇出封裝方法避免了待封裝芯片在塑封工藝中的偏移問題，并降低了封裝工藝過程中圓片的翹曲問題，從而降低了工藝難度，并提升了封裝產(chǎn)品的可靠性。
【專利說明】一種圓片級芯片扇出封裝方法及其封裝結(jié)構(gòu)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種圓片級芯片扇出封裝方法及其封裝結(jié)構(gòu)，屬于半導(dǎo)體封裝【技術(shù)領(lǐng)域】。
【背景技術(shù)】
[0002]圓片級芯片尺寸封裝是在整個晶圓上進行再布線和焊錫球凸點制備，最后再切割為單顆芯片的一種制作方式。該種封裝的最終封裝尺寸與芯片尺寸相當(dāng)，可以實現(xiàn)封裝的小型化和輕量化，在便攜式設(shè)備中有著廣泛的應(yīng)用。隨著半導(dǎo)體硅工藝的發(fā)展，芯片的關(guān)鍵尺寸越來越小，為了降低成本，在進行芯片制作時傾向于選擇較先進的集成度更高的芯片制作工藝，這就使得芯片的尺寸越來越小，芯片表面的I/o密度也越來越高。但是，與此同時印刷電路板的制造工藝和表面貼裝技術(shù)并沒有很大的提升。對于這種I/O密度比較高的芯片，如若進行圓片級封裝，為了確保待封裝芯片與印刷線路板能夠形成互連必須將高密度的I/o扇出為低密度的封裝引腳，亦即進行圓片級芯片扇出封裝。
[0003]目前，在圓片級芯片扇出封裝中最主要的是由英飛凌公司開發(fā)的eWLP封裝，此封裝技術(shù)主要包含下述工藝過程:首先將芯片2正面通過膠帶粘接在襯底晶圓上，進行晶圓級塑封，將襯底晶圓剝離，然后在芯片2正面進行再布線，形成再布線層3，并植焊錫球5，最后將封裝體切成單顆。這種封裝技術(shù)由于采用膠帶進行粘接，在塑封的高溫過程中其粘合力較難保證，這就導(dǎo)致芯片2在塑封過程中在塑封料模流的沖擊下會產(chǎn)生位移，從而影響后續(xù)再布線工藝，因而封裝工藝難管控且良率不高。另外，芯片2直接嵌入到塑封體I中，由于芯片2與塑封體I熱膨脹系數(shù)不同，在封裝過程中，溫度的變化勢必會產(chǎn)生應(yīng)力，使圓片易出現(xiàn)較大的翹曲度，從而影響封裝產(chǎn)品的可靠性以及到后續(xù)封裝工藝，而在使用過程中，由于應(yīng)力的存在，也易出現(xiàn)芯片2在塑封體I中脫落的失效，影響封裝產(chǎn)品在使用過程中的可靠性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]承上所述，本發(fā)明的目的在于克服上述圓片級芯片扇出封裝方法的不足，提供一種圓片級芯片扇出封裝方法及其封裝結(jié)構(gòu)，以避免待封裝芯片在塑封工藝中的偏移問題，并降低封裝工藝過程中圓片的翹曲問題，從而降低工藝難度，提升封裝產(chǎn)品在使用過程中的可靠性。
[0005]本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的:
本發(fā)明一種圓片級芯片扇出封裝方法，該方法包括:
取一硅晶圓，在所述硅晶圓上刻蝕若干個陣列排布的淺硅腔體；
在所述硅晶圓的上表面及淺硅腔體的表面設(shè)置介電層，再在所述介電層的表面選擇性地設(shè)置再布線層I;
在所述硅晶圓的上表面的再布線層I上制備若干個金屬凸塊，所述金屬凸塊與再布線層I固連； 將制備有芯片表面金屬凸點的若干個待封裝芯片倒裝至所述淺硅腔體的底部，并與所述再布線層I形成電氣連接；
對制備有金屬凸塊和完成待封裝芯片倒裝的硅晶圓進行塑封，形成塑封體；
將所述塑封體的頂部進行研磨拋光，形成研磨面并露出金屬凸塊的上表面；
在塑封體的研磨面選擇性地制備再布線層II，所述再布線層II與上述金屬凸塊的上表面固連；
在再布線層II的表面設(shè)置鈍化層，并形成若干個鈍化層開口，所述鈍化層開口內(nèi)設(shè)置焊錫球；
將硅晶圓的下表面進行研磨減??；
將上述完成封裝的硅晶圓切割成單顆封裝體。
[0006]本發(fā)明所述淺硅腔體的刻蝕深度為100微米到200微米。
[0007]本發(fā)明對制備有金屬凸塊和完成待封裝芯片倒裝的硅晶圓進行塑封前還包括步驟:用底填料對待封裝芯片與淺硅腔體之間的空間進行填充。
[0008]本發(fā)明將所述塑封體的頂部進行研磨拋光，形成研磨面并露出金屬凸塊的上表面還包括步驟:通過激光燒蝕或刻蝕方法在金屬凸塊的上方開設(shè)塑封開口，露出金屬凸塊的上表面。
[0009]本發(fā)明所述金屬凸塊和芯片表面金屬凸點的材質(zhì)為銅。
[0010]本發(fā)明所述金屬凸塊呈陣列排布。
[0011]本發(fā)明所述金屬凸塊的上表面高于待封裝芯片的背面，其邊界尺寸大于80微米。
[0012]本發(fā)明所述金屬凸塊的高度為50到100微米。
[0013]本發(fā)明所述芯片表面金屬凸點的高度為15微米到35微米，其邊界尺寸大于60微米。
[0014]本發(fā)明所述芯片表面金屬凸點呈陣列排布。
[0015]本發(fā)明形成的封裝結(jié)構(gòu)背面有硅基體做支撐，并且刻蝕了淺硅腔體用于承載待封裝芯片，淺硅腔體與金屬凸塊、芯片表面金屬凸點的有機結(jié)合，有效地壓縮了待封裝芯片的占用空間，使塑封形成的塑封體比較薄，有利于減小待封裝芯片與塑封體熱膨脹系數(shù)不同的影響。
[0016]本發(fā)明有益效果是:
本發(fā)明在進行塑封時用比較薄的塑封體進行圓片級塑封，減小了待封裝芯片與塑封體熱膨脹系數(shù)不同的影響，同時將待封裝芯片完全包裹在塑封料里，其與再布線層1、再布線層II通過Bump (指金屬凸塊、芯片表面金屬凸點)互聯(lián)，不僅避免了待封裝芯片在塑封工藝中的偏移問題，而且減小了整個圓片的翹曲度，降低了封裝工藝難度，提高了封裝產(chǎn)品的可靠性。
[0017]為了讓本發(fā)明的上述特征和優(yōu)點能更明顯易懂，下文特舉實施例，并配合所附圖式作詳細說明如下。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0018]圖1為現(xiàn)有圓片級芯片扇出封裝結(jié)構(gòu)不意圖；
圖2為本發(fā)明一種圓片級芯片扇出封裝結(jié)構(gòu)的實施例一的剖面示意圖； 圖3到圖7為圖2的實施例一的一種圓片級芯片扇出封裝方法的制做流程示意圖；
圖8為本發(fā)明一種圓片級芯片扇出封裝結(jié)構(gòu)的實施例二的剖面示意圖；
圖9至圖10為圖8的實施例二的一種圓片級芯片扇出封裝方法的制做流程的部分示意圖；
圖11為本發(fā)明一種圓片級芯片扇出封裝結(jié)構(gòu)的待扇出芯片與淺硅腔體、焊錫球位置關(guān)系和數(shù)目關(guān)系的示意圖。
[0019]主要元件符號說明 硅晶圓100
硅基體110 淺硅腔體111 切割道112 介電層120 再布線層I 131 再布線層II 132 金屬凸塊140 塑封體150 塑封開口 151 鈍化層160 鈍化層開口 161 焊錫球170 待封裝芯片210 芯片表面金屬凸點220 焊錫帽230。
【具體實施方式】
[0020]現(xiàn)在將在下文中參照附圖更加充分地描述本發(fā)明，在附圖中示出了本發(fā)明的示例性實施例，從而本公開將本發(fā)明的范圍充分地傳達給本領(lǐng)域的技術(shù)人員。然而，本發(fā)明可以以許多不同的形式實現(xiàn)，并且不應(yīng)被解釋為限制于這里闡述的實施例。
[0021]實施例一，參見圖2
一種圓片級芯片扇出封裝結(jié)構(gòu)，其在娃基體110的上表面設(shè)有下凹的淺娃腔體111，一般呈倒梯形。淺硅腔體111的深度為100微米到200微米，以承載待封裝芯片210。在硅基體110的上表面和淺硅腔體111的表面覆蓋介電層120，該介電層120為有機或者無機材料，主要起絕緣作用。在介電層120的表面選擇性地設(shè)置再布線層I 131，再布線層I 131沿淺硅腔體111的底部向上延伸至同側(cè)的硅基體110的上表面，再布線層I 131通過圓片級再布線工藝可以實現(xiàn)單層或多層分布。待封裝芯片210的正面設(shè)置有若干個芯片表面金屬凸點220，芯片表面金屬凸點220的一端分別與待封裝芯片210的輸入/輸出端子連接，且每一待封裝芯片210的輸入/輸出端子對應(yīng)不只一個芯片表面金屬凸點220。芯片表面金屬凸點220的橫截面通常呈圓形，其直徑不大于60微米，其高度為15微米到35微米，為微型金屬凸點。芯片表面金屬凸點220為導(dǎo)電金屬，通常采用銅，制成芯片表面銅凸點。芯片表面金屬凸點220的另一端有焊錫帽230。
[0022]待封裝芯片210通過芯片表面金屬凸點220倒裝至淺硅腔體111內(nèi)與再布線層I 131實現(xiàn)電氣互連，焊錫帽230起連接固定作用。再布線層I 131在彼此相鄰的兩個待封裝芯片210的輸入/輸出端子之間選擇性不連續(xù)。在硅基體110的上表面的再布線層I 131的表面設(shè)置若干個圓柱體狀的金屬凸塊140，其直徑不小于80微米。金屬凸塊140的上表面高于待封裝芯片210的背面，以給待封裝芯片210提供足夠的高度空間。一般以金屬凸塊140的高度為50到100微米為佳。金屬凸塊140的材質(zhì)為導(dǎo)電金屬,通常為銅，制成銅柱凸塊。對待封裝芯片210、金屬凸塊140和再布線層I 131所在的空間采用塑封工藝進行塑封，形成塑封體150,塑封體150的上表面(一般為研磨面)與金屬凸塊140的上表面齊平。在塑封體150的表面設(shè)置再布線層II 132，并與金屬凸塊140形成電氣互連。在再布線層II 132的表面覆蓋鈍化層160，并選擇性地設(shè)置若干個呈陣列排布的鈍化層開口161，以供焊錫球170通過鈍化層開口 161與再布線層II 132形成電氣互連。形成的焊錫球170 —般也呈陣列排布。
[0023]上述實施例一的圓片級芯片扇出封裝結(jié)構(gòu)的封裝方法如下:
如圖4之圖A和圖4之圖B所示，取一硅晶圓100，在硅晶圓100的上表面制備光刻膠保護層，并通過曝光顯影的方式在要形成淺硅腔體111的地方形成光刻膠開口圖形，然后通過反應(yīng)離子刻蝕或濕法腐蝕的方式在硅晶圓100上形成規(guī)則排列的淺硅腔體111，如圖3所示，圖4之圖B為圖3的A-A剖視示意圖，淺硅腔體111的尺寸根據(jù)待扇出待封裝芯片210的尺寸而定。
[0024]如圖4之圖C所示，在硅晶圓100的上表面及淺硅腔體111的表面制備一層介電層 120。
[0025]如圖4之圖D所示，在介電層120上面依次通過濺射、光刻和電鍍的方式選擇性地制備再布線層I 131，該再布線層I 131的連接端位置根據(jù)待扇出的待封裝芯片210的輸入/輸出端子即芯片表面金屬凸點220的位置確定，并從淺硅腔體111的底部延伸至同側(cè)的硅晶圓100的上表面。
[0026]如圖5之圖E所示，在硅晶圓100的上表面的再布線層I 131上制作金屬凸塊140，金屬凸塊140采用常規(guī)的bump制作工藝:依次通過濺射、光刻、電鍍、腐蝕工藝成形。該金屬凸塊140的直徑大于80微米，高度為50到100微米。金屬凸塊140的橫截面的形狀由光刻圖形決定。
[0027]如圖5之圖F所示，將制備有芯片表面金屬凸點220的待封裝芯片倒裝連接到淺硅腔體111的底部的對應(yīng)再布線層I 131上，通過回流工藝將芯片表面金屬凸點220與再布線層I 131的連接端固連。
[0028]如圖5之圖G所示，對完成倒裝的待封裝芯片的硅晶圓100進行晶圓級塑封，在硅晶圓100上形成塑封體150，塑封體150包裹金屬凸塊140、待封裝芯片210和再布線層I 131及其周圍空間。
[0029]如圖6之圖H所示，對塑封體150的頂部進行研磨拋光減薄，并使得塑封體150的研磨面與金屬凸塊140的上表面齊平。
[0030]如圖6之圖1所示，在塑封體150的上表面制備再布線層II 132，使其與芯片表面金屬凸點220或待封裝芯片210的電氣關(guān)系對應(yīng)，并通過再排布工藝，使再布線層II 132的連接端成陣列排布，在再布線層II 132的表面覆蓋起到保護作用的鈍化層160，并于再布線層II 132的連接端上方形成鈍化層開口 161，鈍化層開口 161露出再布線層II 132的連接端，
如圖6之圖J所示，在鈍化層開口 161處植焊錫球170，形成最終的球柵陣列。
[0031]如圖6之圖K所示，將硅晶圓100背面研磨減薄到目標厚度，再沿切割道112進行封裝體切割，如圖3所示，最終形成本發(fā)明所述一種圓片級芯片扇出封裝結(jié)構(gòu)，如圖7所示。
[0032]實施例二，參見圖8
本發(fā)明一種圓片級芯片扇出封裝結(jié)構(gòu)，其在硅基體110的上表面設(shè)有下凹的淺硅腔體111，淺硅腔體111的深度為100微米到200微米。在硅基體110的上表面和淺硅腔體111的表面覆蓋介電層120，該介電層120為有機或者無機材料，主要起絕緣作用。在介電層120的表面選擇性地設(shè)置再布線層I 131，再布線層I 131沿淺硅腔體111的底部向上延伸至同側(cè)的硅基體110的上表面，再布線層I 131通過圓片級再布線工藝可以實現(xiàn)單層或多層分布。待封裝芯片210的正面設(shè)置有若干個芯片表面金屬凸點220，芯片表面金屬凸點220的一端分別與待封裝芯片210的輸入/輸出端子連接，且每一待封裝芯片210的輸入/輸出端子對應(yīng)不只一個芯片表面金屬凸點220。芯片表面金屬凸點220的橫截面通常呈圓形，其直徑不大于60微米,其高度為15微米到35微米,為微型金屬凸點。芯片表面金屬凸點220為導(dǎo)電金屬，通常采用銅。芯片表面金屬凸點220的另一端有焊錫帽230。
[0033]待封裝芯片210通過芯片表面金屬凸點220倒裝至淺硅腔體111內(nèi)與再布線層I 131實現(xiàn)電氣互連，焊錫帽230起連接固定作用。再布線層I 131在彼此相鄰的兩個待封裝芯片210的輸入/輸出端子之間選擇性不連續(xù)。在硅基體110的上表面的再布線層I 131的表面設(shè)置若干個圓柱體狀的金屬凸塊140，其直徑不小于80微米。金屬凸塊140的上表面高于待封裝芯片210的背面，以給待封裝芯片210提供足夠的高度空間。一般以金屬凸塊140的高度為50到100微米為佳。金屬凸塊140的材質(zhì)為導(dǎo)電金屬，通常為銅，制成銅柱凸塊。對待封裝芯片210、金屬凸塊140和再布線層I 131所在的空間采用塑封工藝進行塑封，形成塑封體150。塑封體150于金屬凸塊140的頂部留有一定厚度h，并開設(shè)塑封開口 151，僅露出金屬凸塊140的上表面。該厚度h由實際工藝設(shè)計確定，一般為10至20微米，如圖9之圖H’所示。
[0034]如圖9之圖1’至圖9之圖K’所示，在塑封體150的表面設(shè)置再布線層II 132，并與金屬凸塊140通過塑封開口 151形成電氣互連，在再布線層II 132的表面覆蓋鈍化層160，并選擇性地設(shè)置若干個呈陣列排布的鈍化層開口 161，露出再布線層II 132的連接端，以供焊錫球170通過鈍化層開口 161與再布線層II 132形成電氣互連。形成的焊錫球170一般也呈陣列排布，如圖10所示。
[0035]本發(fā)明一種圓片級芯片扇出封裝結(jié)構(gòu)在同一淺硅腔體內(nèi)設(shè)置的待封裝芯片210的數(shù)目可以不止一個，如圖11所示，淺硅腔體111內(nèi)并排設(shè)置兩個待封裝芯片210，此兩個待封裝芯片210的功能可以相同，也可以不同。待封裝芯片210的數(shù)目和在淺硅腔體111內(nèi)的相對位置根據(jù)實際需要設(shè)計。數(shù)個焊錫球170足以滿足圓片級芯片扇出封裝結(jié)構(gòu)與線路板的連接需要。
[0036]本發(fā)明一種圓片級芯片扇出封裝結(jié)構(gòu)，待封裝芯片210倒裝于淺硅腔體111之后，因待封裝芯片210與淺硅腔體111之間的空間較狹小、結(jié)構(gòu)層次較復(fù)雜，通常情況下，需要用底填料采用底填工藝先對待封裝芯片210淺硅腔體111之間的空間進行填充，以防止直接塑封可能存在的虛塑封，然后再進行晶圓級塑封，這種工藝過程和封裝結(jié)構(gòu)也包含在本發(fā)明專利中。
[0037]本發(fā)明一種圓片級芯片扇出封裝方法及其封裝結(jié)構(gòu)不限于上述優(yōu)選實施例，如芯片表面金屬凸點220的橫截面除了可以呈圓形外，三角形、四邊形等其它多邊形都可以，只要其橫截面的尺寸邊界不大于60微米；金屬凸塊140的橫截面除了可以呈圓形外，三角形、四邊形等其它多邊形也可以，只要其橫截面的尺寸邊界不大于80微米；焊錫球170也可以是其它連接件，以實現(xiàn)與線路板連接。金屬凸塊140與焊錫球170的個數(shù)、位置、形狀等的靈活設(shè)置，給圓片級芯片扇出封裝結(jié)構(gòu)提供了更多設(shè)計空間。
[0038]因此任何本領(lǐng)域技術(shù)人員在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實質(zhì)對以上實施例所作的任何修改、等同變化及修飾，均落入本發(fā)明權(quán)利要求所界定的保護范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種圓片級芯片扇出封裝方法，該方法包括: 取一硅晶圓，在所述硅晶圓上刻蝕若干個陣列排布的淺硅腔體； 在所述硅晶圓的上表面及淺硅腔體的表面設(shè)置介電層，再在所述介電層的表面選擇性地設(shè)置再布線層I; 在所述硅晶圓的上表面的再布線層I上制備若干個金屬凸塊，所述金屬凸塊與再布線層I固連； 將制備有芯片表面金屬凸點的若干個待封裝芯片倒裝至所述淺硅腔體的底部，并與所述再布線層I形成電氣連接； 對制備有金屬凸塊和完成待封裝芯片倒裝的硅晶圓進行塑封，形成塑封體； 將所述塑封體的頂部進行研磨拋光，形成研磨面并露出金屬凸塊的上表面； 在塑封體的研磨面選擇性地制備再布線層II，所述再布線層II與上述金屬凸塊的上表面固連； 在再布線層II的表面設(shè)置鈍化層，并形成若干個鈍化層開口，所述鈍化層開口內(nèi)設(shè)置焊錫球； 將硅晶圓的下表面進行研磨減??； 將上述完成封裝的硅晶圓切割成單顆封裝體。
2.如權(quán)利要求1所述的一種圓片級芯片扇出封裝方法，其特征在于:所述淺硅腔體的刻蝕深度為100微米到200微米。
3.如權(quán)利要求1所述的一種圓片級芯片扇出封裝方法，其特征在于:對制備有金屬凸塊和完成待封裝芯片倒裝的硅晶圓進行塑封前還包括步驟:用底填料對待封裝芯片與淺硅腔體之間的空間進行填充。
4.如權(quán)利要求1所述的一種圓片級芯片扇出封裝方法，其特征在于:將所述塑封體的頂部進行研磨拋光，形成研磨面并露出金屬凸塊的上表面還包括步驟:通過激光燒蝕或刻蝕方法在金屬凸塊的上方開設(shè)塑封開口，露出金屬凸塊的上表面。
5.如權(quán)利要求1所述的一種圓片級芯片扇出封裝結(jié)構(gòu)，其特征方法:所述金屬凸塊和芯片表面金屬凸點的材質(zhì)為銅。
6.如權(quán)利要求5所述的一種圓片級芯片扇出封裝方法，其特征在于:所述金屬凸塊呈陣列排布。
7.如權(quán)利要求1至6中任一項所述的一種圓片級芯片扇出封裝方法，其特征在于:所述金屬凸塊的上表面高于待封裝芯片的背面，其邊界尺寸大于80微米。
8.如權(quán)利要求7所述的一種圓片級芯片扇出封裝方法，其特征在于:所述金屬凸塊的高度為50到100微米。
9.如權(quán)利要求1至5中任一項所述的一種圓片級芯片扇出封裝方法，其特征在于:所述芯片表面金屬凸點的高度為15微米到35微米，其邊界尺寸大于60微米。
10.如權(quán)利要求9所述的一種圓片級芯片扇出封裝方法，其特征在于:所述芯片表面金屬凸點呈陣列排布。
【文檔編號】H01L21/98GK104037133SQ201410288940
【公開日】2014年9月10日 申請日期:2014年6月26日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月26日
【發(fā)明者】郭洪巖, 張黎, 陳錦輝, 賴志明 申請人:江陰長電先進封裝有限公司