系統級晶圓封裝結構的製作方法

2023-05-26 22:03:17 2

本實用新型涉及晶圓封裝技術，具體涉及一種系統級晶圓封裝結構。

背景技術：

將多個具有不同功能的晶片集成在一個單元中能夠形成一個系統級晶片，實現電氣功能。在現有技術中，系統級晶片的封裝過程通常採用晶圓級封裝，具體是：在襯底晶圓上鍵合一個轉接板，再將多個功能晶片分次貼片（通過助焊劑等粘接在轉接板上）、鍵合，最後整體封裝起來，封裝後再進行切片形成一個獨立的系統級晶片。現有技術中存在的問題是每種功能晶片均要在轉接板上進行一次貼片、鍵合，最後做整體封裝，工藝流程長、速度慢，效率低下。

技術實現要素：

為了解決上述問題，本實用新型的目的在於提供一種系統級晶圓封裝結構，能夠顯著提高生產良率和生產效率。

本實用新型採用的技術方案為：一種系統級晶圓封裝結構，包括形成有電路的襯底晶圓；設置在襯底晶圓上的轉接板；設置在轉接板上高度一致的多個功能晶片；以及用於將多個功能晶片封裝起來的封裝體，在所述功能晶片下表面和轉接板上表面還分別形成有用於將功能晶片卡合固定在轉接板上的定位凸點和定位凹槽或者定位凹槽和定位凸點。

優選地，所述多個功能晶片是通過焊料凸點共晶鍵合設置在轉接板上的，所述焊料凸點形成於轉接板上表面和/或功能晶片下表面的鍵合位置上，共晶鍵合後形成功能晶片和轉接板之間的信號傳輸通道。

優選地，所述襯底晶圓是單層晶圓或者是多層晶圓鍵合在一起的多層堆疊晶圓。

優選地，所述定位凸點和定位凹槽的形狀是方形或圓形柱狀。

優選地，所述每個功能晶片對應於的定位凸點和定位凹槽的個數是2~4個。

優選地，所述定位凸點和定位凹槽的材料是氮化矽、SU8或BCB厚膠。

優選地，所述封裝體是塑料、金屬或陶瓷封蓋。

本實用新型的有益效果在於：

1）採用轉接板和功能晶片上的定位凸點和定位凹槽的卡合代替傳統貼片方式能夠顯著提高貼片對位精度，同時避免在鍵合過程中出現功能晶片的偏移，顯著提高生產良率；

2）由於定位凸點和定位凹槽結構，使得在貼片和鍵合過程中可以一次性地將所有功能晶片卡合併共晶鍵合至轉接板上，避免傳統方式的多次貼片和鍵合，大量減少工藝步驟，顯著提高生產效率。

附圖說明

圖1是本實用新型系統級晶圓封裝結構示意圖；

圖2是圖1中沿A-A方向剖視示意圖1；

圖3是圖1中沿A-A方向剖視示意圖2；

圖4是本實用新型系統級晶圓封裝方法流程圖；

圖5是本實用新型系統級晶圓封裝方法流程示意圖1；

圖6是本實用新型系統級晶圓封裝方法流程示意圖2。

具體實施方式

以下結合附圖對本實用新型作進一步描述。

參見圖1，一種系統級晶圓封裝結構，包括形成有電路的襯底晶圓10，所述襯底晶圓可以是單層晶圓或者是多層晶圓鍵合在一起的多層堆疊晶圓；設置在襯底晶圓10上的轉接板20；設置在轉接板20上高度一致的多個功能晶片30；還包括用於將多個功能晶片封裝起來的封裝體70，所述封裝體70可以是塑料、金屬或陶瓷封蓋。

本實用新型的關鍵在於：所述功能晶片30下表面和轉接板20上表面還分別形成有定位凸點40和定位凹槽50或者定位凹槽50和定位凸點40,用於在貼片過程中將功能晶片30卡合固定在轉接板20上。即，如果轉接板表面帶有定位凹槽，功能晶片表面就需要帶有定位凸點，反之，如果轉接板表面帶有定位凸點，功能晶片表面就帶有定位凹槽。具體地，所述定位凸點40和定位凹槽50的尺寸相當，作為對位標記，凸點能夠準確嵌入到凹槽中，不會發生位移，其形狀可以是方形，如圖2所示；或者是圓形柱狀，如圖3所示，當然還可以是其他形狀，例如多邊形柱狀等等，本實用新型不做限定。

進一步地，所述多個功能晶片30是通過焊料凸點60進行共晶鍵合設置在轉接板20上的，具體地，所述焊料凸點60可以選用市場上常用的共晶鍵合焊料，例如金、錫或銀等其他焊接材料，分別形成於轉接板20上表面和功能晶片30下表面的鍵合位置上，或者僅形成於轉接板20上表面或者功能晶片30下表面的鍵合位置上，所述焊料凸點60在共晶鍵合後形成功能晶片30和轉接板20之間的信號傳輸通道。

在本實用新型的附圖中，每個功能晶片30對應的定位凸點40和定位凹槽50的個數是2個，如圖2和3所示，當然還可以增加其個數來進一步增加定位精度，但更多的定位凸點和凹槽會增加製造工藝複雜性，應當酌情考慮。另外，所述定位凸點和定位凹槽可以是將氮化矽材料利用沉積工藝沉積在轉接板或功能晶片上，也可以是用SU8或BCB等厚膠製作的三維結構，還可以是採用晶片表面基材蝕刻的方式獲得。

作為優選的方案，本實用新型中定位凸點和定位凹槽的高度保持一致，以便實現準確的卡合定位，而所述焊料凸點60的高度和應當大於定位凸點和定位凹槽的高度，小於定位凸點和定位凹槽的高度的兩倍，以便於共晶鍵合以及在功能晶片置於轉接板上時能將定位凸點和定位凹槽卡合上。

參見圖4至圖6，基於上述系統級晶圓封裝結構，本實用新型還提供一種系統級晶圓的封裝方法，包括

步驟S1：準備形成有電路的襯底晶圓10和上表面形成有定位凹槽50，或定位凸點40的轉接板20，將轉接板20設置在襯底晶圓10上，例如，可以是通過鍵合設在襯底晶圓上；

步驟S2：準備多個下表面形成有定位凸點40或定位凹槽50且高度一致的功能晶片30，採用高精度貼片機一次性將多個功能晶片30通過定位凹槽50和定位凸點40的對準卡合固定在轉接板20上，作為優選的方案，本實用新型中定位凸點和定位凹槽的高度保持一致，以便實現準確的卡合定位；

步驟S3：在真空鍵合機中將卡合在轉接板20上的多個功能晶片30通過轉接板上表面和/或功能晶片下表面鍵合位置上形成的焊料凸點一次性共晶鍵合在轉接板20上，具體地，所述焊料凸點60可以選用市場上常用的共晶鍵合焊料，例如金、錫或銀等其他焊接材料，分別形成於轉接板20上表面和功能晶片30下表面的鍵合位置上，或者僅形成於轉接板20上表面或者功能晶片30下表面的鍵合位置上，所述焊料凸點60在共晶鍵合後形成功能晶片30和轉接板20之間的信號傳輸通道；所述焊料凸點60的高度和應當大於定位凸點和定位凹槽的高度，小於定位凸點和定位凹槽的高度的兩倍，以便共晶鍵合以及在功能晶片置於轉接板上時能將定位凸點和定位凹槽卡合上；

步驟S4：將轉接板20上的多個功能晶片30封裝起來，所述封裝可以是塑料、金屬或陶瓷封裝；

步驟S5：將封裝後的晶圓片進行切片形成獨立的系統級晶片。

優選地，所述定位凸點40和定位凹槽50的形狀是方形，如圖2所示；或者是圓形柱狀，如圖3所示，當然還可以是其他形狀，例如多邊形柱狀等等，本實用新型不做限定。

本實用新型採用轉接板和功能晶片上的定位凸點和定位凹槽的卡合代替傳統貼片方式能夠顯著提高貼片對位精度，同時避免在鍵合過程中出現功能晶片的偏移，顯著提高生產良率；另外，由於定位凸點和定位凹槽結構，使得在貼片和鍵合過程中可以一次性地將所有功能晶片卡合併共晶鍵合至轉接板上，避免傳統方式的多次貼片和鍵合，大量減少工藝步驟，顯著提高生產效率。

需要說明的是，本實用新型所有附圖是上述系統級晶圓封裝結構的簡略示意圖，只為清楚描述本方案體現了與實用新型點相關的結構，對於其他的與實用新型點無關的結構是現有結構，在附圖中並未體現或只體現部分。

總之，以上僅為本實用新型較佳的實施例，並非用於限定本實用新型的保護範圍，在本實用新型的精神範圍之內，對本實用新型所做的等同變換或修改均應包含在本實用新型的保護範圍之內。