帶焊球面陣列四邊無引腳ic晶片堆疊封裝件的製作方法

2023-09-17 22:53:05 3

帶焊球面陣列四邊無引腳ic晶片堆疊封裝件的製作方法
【專利摘要】一種帶焊球面陣列四邊無引腳IC晶片堆疊封裝件，包括設有凹槽和多個安放槽的裸銅框架，倒裝帶凸點的晶片，晶片凸點與安放槽之間填下填料，凹槽兩側分別為通過鈍化體相連的第一引腳和第二引腳；引腳和安放槽底部有連接層，所有連接層底部設有錫焊球並固封第一塑封體；帶凸點晶片上依次堆疊兩層晶片，下方晶片通過鍵合線與兩個引腳相連；上方晶片通過鍵合線與下方晶片和第一引腳相連。晶圓減薄劃片，刻蝕引腳凹槽和安放槽、上芯、焊線、第一次塑封、處理裸銅框架背面、塗覆鈍化層、高頻濺射金屬層等工序，製得堆疊封裝件。該封裝件的體積更小，封裝密度更高、功能更多，可以替代部分BGA堆疊封裝及CSP堆疊封裝。
【專利說明】帶焊球面陣列四邊無引腳IC晶片堆疊封裝件【技術領域】
[0001]本實用新型屬於電子信息自動化元器件【技術領域】，涉及一種IC晶片堆疊封裝件，具體涉及一種帶焊球面陣列四面扁平無引腳(Area Array Quad Flat No Lead Package,簡稱 AAQFN) IC 晶片堆疊封裝(Package In Package，簡稱 PiP)件。
【背景技術】
[0002]雖然近2年國內已開始研發多圈QFN，由於框架製造工藝難度較大，只有個別國外供應商能設計、生產，但還是受相關公司專利的限制，相對引腳較少，研發周期長，並且封裝多圈QFN限於引線框架製造商，不能滿足短、平、快，不同晶片的靈活應用的要求。也不能滿足高密度、多I/ O封裝的需求。

【發明內容】

[0003]本實用新型的目的是提供一種帶焊球面陣列四面扁平無引腳IC晶片堆疊封裝件，不受限於引線框架，滿足高密度、多I/ O封裝以及不同晶片封裝的要求。
[0004]為實現上述目的，本實用新型所採用的技術方案是:一種帶焊球面陣列四邊無引腳IC晶片堆疊封裝件，包括裸銅框架，裸銅框架上設有第一凹槽和多個安放槽，相鄰兩個安放槽之間設有隔牆，裸銅框架正面倒裝有帶凸點的IC晶片，該IC晶片上的晶片凸點伸入安放槽內，晶片凸點與安放槽之間的空隙填充有下填料，裸銅框架正麵塑封有第二塑封體，第一凹槽兩側分別為第一 引腳和第二引腳；第一凹槽底部與鈍化體相連，第一引腳通過鈍化體與第二引腳相連接，第一引腳底部設有第二連接層；與第二引腳相鄰的安放槽底部通過第一連接層與第二引腳底部相連接，其餘安放槽底部均設有第一連接層，所有的第一連接層和所有的第二連接層均不相連，每個第一連接層底部和每個第二連接層底部均設有錫焊球，所有鈍化體表面和所有連接層表麵塑封有第一塑封體，所有的錫焊球均露出第一塑封體外；帶凸點的IC晶片依次堆疊有兩層IC晶片，位於下方的IC晶片通過第一鍵合線與第二引腳相連，同時通過第四鍵合線與第一引腳相連；位於上方的IC晶片通過第二鍵合線與位於下方的IC晶片相連,位於上方的IC晶片通過第三鍵合線與第一引腳相連。
[0005]本實用新型IC晶片堆疊封裝件消了傳統多圈QFN外圍引線結構的引腳限制，滿足高密度，多I/ O封裝的需求。雖然比不上採用基板生產焊球作為輸出的BGA封裝的I/O多，但相比採用基板生產焊球作為輸出的BGA封裝，引線框架帶焊球的AAQFN封裝效率高，而且成本相對低，運用靈活。並且在此基礎開發面陣列QFN IC晶片堆疊封裝(PiP)，其產品體積更小，封裝密度更高、功能更多，可以替代部分BGA堆疊封裝及CSP堆疊封裝，實現IC晶片靈活應用於引線框架的CSP封裝，縮短開發期周期，其生產成本和開發周期遠低於基板封裝，具有較大的優勢。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0006]圖1是本實用新型IC晶片堆疊封裝件的結構示意圖。[0007]圖2是生產本實用新型封裝件時，在裸銅框架上塗覆光刻膠及曝光顯影堅膜後的剖面示意圖。
[0008]圖3是生產本實用新型封裝件時，在裸銅框架上刻蝕出第一凹槽和第四凹槽後的剖面示意圖。
[0009]圖4是生產本實用新型封裝件時，塗覆第一鈍化層、刻蝕UBM1窗口及框架焊盤窗口後的剖面示意圖。
[0010]圖5是生產本實用新型封裝件時，高頻濺射多層金屬形成UBM1層及框架焊盤後的剖面示意圖。
[0011]圖6是圖5的P處放大圖。
[0012]圖7是生產本實用新型封裝件時，倒裝上芯及下填充後的剖面示意圖。
[0013]圖8是生產本實用新型封裝件時，堆疊第二 IC晶片及第一次鍵合後的剖面示意圖。
[0014]圖9是生產本實用新型封裝件時，堆疊第三IC晶片及第二次鍵合後的剖面示意圖。
[0015]圖10是生產本實用新型封裝件時，第一次塑封及後固化後的剖面示意圖。
[0016]圖11是生產本實用新型封裝件時，塗覆第二鈍化層及刻蝕第五凹槽和第六凹槽後的剖面示意圖。
[0017]圖12是生產本實用新型封裝件時，在裸銅框架背面刻蝕出第七凹槽及第八凹槽後的剖面示意圖。
[0018]圖13是生產本實用新型封裝件時，塗覆第三鈍化層及刻蝕第九凹槽後的剖面示意圖。
[0019]圖14是生產本實用新型封裝件時，高頻濺射銅金屬層及刻蝕第十凹槽後的剖面示意圖。
[0020]圖15是生產本實用新型封裝件時，塗覆第四鈍化層及刻蝕UBM2窗口後的剖面示意圖。
[0021]圖16是生產本實用新型封裝件時，引腳底部濺射多層金屬形成UBM2層後的剖面示意圖。
[0022]圖17是生產本實用新型封裝件時，植球及回流焊後的剖面示意圖。
[0023]圖中:1.裸銅框架，2.鈍化體，3.第一連接層，4.第一塑封體，5.錫焊球，6.焊料，
7.晶片凸點，8.隔牆，9.第一 IC晶片，10.下填料，11.第一凹槽，12.第一鍵合線，13.第二鍵合線，14.第一 DAF片，15.第二 IC晶片，16.第二 DAF片，17.第三IC晶片，18.第三鍵合線，19.第四鍵合線，20.第二塑封體，21.框架焊盤，22.第二連接層，23.第一引腳，24.第二引腳，25.光刻膠層，26.第二凹槽，27.第三凹槽，28.第四凹槽，29.第一鈍化層，30.UBMi窗口，31.框架焊盤窗口，32.UBM1層，33.第二鈍化層，34.第五凹槽，35.第六凹槽，37.第七凹槽，38.第八凹槽，39.第三鈍化層，40.第九凹槽，41.銅金屬層，42.第十凹槽，43.第四鈍化層，44.UBM2窗口，45.UBM2層。
[0024]a.第一金屬層，b.第二金屬層，c.第三金屬層。
【具體實施方式】[0025]下面結合附圖和【具體實施方式】對本實用新型進行詳細說明。
[0026]如圖1所示，本實用新型IC晶片堆疊封裝件，包括裸銅框架1，裸銅框架I上設有第一凹槽11和多個安放槽，第一凹槽11和多個安放槽並排設置，第
[0027]一凹槽11兩側分別為第一引腳23和第二引腳24，第二引腳24位於第一凹槽11和與第一凹槽11相鄰的安放槽之間；第一凹槽11底部與鈍化體2相連，第一引腳23通過鈍化體2與第二引腳24相連接，第一引腳23底部設有第二連接層22 ;相鄰兩個安放槽之間設有隔牆8，與第二引腳24相鄰的安放槽底部通過第一連接層3與第二引腳24底部相連接，其餘安放槽底部均設有第一連接層22，所有的第一連接層3和所有的第二連接層22均不相連，每個第一連接層3底部和每個第二連接層22底部均設有錫焊球5，錫焊球5通過焊料6與對應的連接層相連接，所有鈍化體2表面和所有連接層表麵塑封有第一塑封體4，所有的錫焊球5均露出第一塑封體4外；裸銅框架I正面倒裝有第一 IC晶片9，第一 IC晶片9為帶凸點的IC晶片，第一 IC晶片9上的晶片凸點7伸入安放槽內，並通過焊料6與安放槽底部相連接，晶片凸點7與安放槽之間的空隙填充有下填料10 ;第一 IC晶片9上堆疊有第二 IC晶片15，第二 IC晶片15通過第一 DAF片14與第一 IC晶片9粘接，第二 IC晶片15上堆疊有第三IC晶片17，第三IC晶片17通過DAF片16與第二 IC晶片15粘接；第一引腳23和第二引腳24上均設有框架焊盤21 ;第二 IC晶片15通過第一鍵合線12與第二引腳24上的框架焊盤21相連，第二 IC晶片15通過第四鍵合線19與第一引腳23上的框架焊盤相連;第三IC晶片17通過第二鍵合線13與第二 IC晶片15相連，第三IC晶片17通過第三鍵合線18與第一引腳23上的框架焊盤21相連；裸銅框架I正麵塑封有第二塑封體20 ;裸銅框架I正面、所有的IC晶片、所有的鍵合線以及所有的框架焊盤21均封裝於第二塑封體20內，第二塑封體20嵌入第一凹槽11內。
[0028]本實用新型IC晶片堆疊封裝件的生產工藝流程:
[0029]減薄劃片一裸銅框架塗膠、曝光顯影堅膜、刻蝕第一凹槽和第四凹槽一塗覆第一鈍化層並刻蝕UBM1窗口及框架焊盤窗口一高頻濺射多層金屬形成UBM1層及框架焊盤一倒裝上芯及下填充一堆疊第二 IC晶片及第一次鍵合一堆疊第三IC晶片及第二次鍵合一第一次塑封及後固化一磨削框架背面一塗覆第二鈍化層刻蝕第五凹槽和第六凹槽一框架上蝕刻第七凹槽和第八凹槽並去除第二鈍化層一塗覆第三鈍化層並刻蝕第九凹槽一高頻濺射銅金屬層並蝕刻第十凹槽一塗覆第四鈍化層並蝕刻UBM2窗口一底部濺射多層金屬形成UBM2層一植球及回流焊一第二次塑封及後固化。
[0030]本實用新型IC晶片堆疊封裝件的具體生產方法:
[0031]步驟1:使用8吋~12吋減薄機，採用粗磨、細精磨拋光防翹曲工藝，將帶凸點晶片的晶圓減薄到180 μ m~200 μ m,粗磨速度6 μ m/s,精磨速度1.0 μ m/s ;採用粗磨、細精磨拋光防翅曲工藝，將不帶凸點晶片的晶圓減薄到50μηι~75μηι,粗磨速度2ym/s,精磨速度6.0 μ m/min ;採用防止晶片翅曲工藝；
[0032]採用A-WD-300TXB劃片機對減薄後的晶圓進行劃片，劃片進刀速度≤10mm/s ；
[0033]步驟2:在勻膠機或塗覆機上，在裸銅框架I正面均勻塗覆一層厚度> 10 μ m的光刻膠(正負性均可)，形成光刻膠層25 ;在60°C~70°C的溫度下烘烤25±5分鐘；然後在曝光機上對已塗覆光刻膠層25的裸銅框架I進行對準曝光、顯影、定影，在光刻膠層25上形成多個第二凹槽26和多個第三凹槽27，如圖2所示，第二凹槽26和第三凹槽27對應的裸銅框架I上顯示出圖案，在120°c ±5°C的溫度下堅膜30±5分鐘；然後在蝕刻、清洗一體機上，通過向下噴淋酸性腐蝕液或鹼性腐蝕液，在第二凹槽26對應的裸銅框架I正面蝕刻出需要的附圖形的第一凹槽11，第一凹槽11為引腳凹槽，第三凹槽27對應的裸銅框架I正面蝕刻出需要的附圖形的第四凹槽28，相鄰兩個第四凹槽28之間形成隔牆8，如圖3所示，去除光刻膠層25 ；
[0034]步驟3:塗覆機內，在裸銅框架I蝕刻出第一凹槽11和第四凹槽28的表面均勻塗覆第一鈍化層29，第一鈍化層29同時覆蓋第一凹槽11表面和第三凹槽28表面；然後在第四凹槽28底部的第一鈍化層29上刻蝕出UBM1窗口 30，在第一凹槽11兩側裸銅框架I表面的第一鈍化層29上刻蝕出框架焊盤窗口 31，如圖4所示；
[0035]步驟4:在第四凹槽28內表面高頻濺射多金屬層，形成UBM1層32 ;在框架焊盤窗口 31上高頻濺射多金屬層，形成框架焊盤21，通過光刻、蝕刻步驟，去除多餘的金屬層，使得相鄰第四凹槽28內的UBM1層32不相連，框架焊盤窗口 31與UBM1層32不相連，如圖7所示，第四凹槽28和該第四凹槽28內的UBM1層32構成安放槽ABM1層32的結構與框架焊盤21的結構相同，均由三層金屬層或者兩層金屬層構成，當採用三層金屬層時，該三層金屬層為依次設置的第一金屬層a、第二金屬層b和第三金屬層c ；當採用兩層金屬層時，該兩層金屬層為依次設置的第一金屬層a和第三金屬層c ;第一金屬層a為Cu層、Ni層或Cr層，第二金屬層b為Ni層、Cr層,第三金屬層c為Au層；第一金屬層a與第一鈍化層29和第四凹槽28底面相連接，如圖6所示；
[0036]步驟5:採用倒裝上芯機，在帶凸點的第一 IC晶片9的晶片凸點7上沾上焊料6，將第一 IC晶片9倒裝上芯於裸銅框架I上，使晶片凸點7伸入安放槽內，晶片凸點7頂部通過焊料6與安放槽內的UBM1層32相連；然後採用帶真空吸附的下填充模具對晶片凸點7與安放槽之間的空隙進行下填充，使晶片凸點7與框架通過下填料10絕緣，如圖7所示；
[0037]步驟6:在帶凸點的IC晶片，即第一 IC晶片9背面通過第一 DAF片14堆疊第二IC晶片15，烘烤，然後從第二 IC晶片15上的焊盤向位於第一凹槽11和安放槽之間框架焊盤21打第一鍵合線12，從第二 IC晶片15上的焊盤向位於第一凹槽11外側的框架焊盤21打第四鍵合線19，如圖8所示；
[0038]步驟7:在第二 IC晶片15上堆疊第三IC晶片17，第三IC晶片17通過第二 DAF片16與第二 IC晶片15粘接，烘烤，然後從第三IC晶片17上的焊盤向第二 IC晶片15的焊盤打第二鍵合線13，再從第三IC晶片17上的焊盤向裸銅框架I上位於第一凹槽11外側的框架焊盤21上打第三鍵合線18，如圖9所示；
[0039]步驟8:使用全自動包封機，採用低應力U1 ( I)、低吸溼(吸水率〈0.25%)的符合歐盟Weee、R0HS標準和Sony標準環保型塑封料對裸銅框架I正面進行第一次塑封，形成第二塑封體20，第二塑封體20覆蓋了第一 IC晶片9、第二 IC晶片15、第三IC晶片17、第一DAF片14、第二 DAF片16以及所有的鍵合線，第二塑封體20嵌入第一凹槽11內，與裸銅框架I牢固結合，如圖10所示；塑封后按通用防離層工藝進行後固化；
[0040]步驟9:磨削設備上，磨削裸銅框架I背面，磨削去的厚度為裸銅框架I厚度的1/3?1/4,清洗乾淨、烘乾；
[0041]步驟10:採用塗覆曝光一體機，在磨削後的裸銅框架I背面塗覆第二鈍化層33，然後在光刻機上曝光、顯影、定影，在第二鈍化層33上蝕刻出第五凹槽34和第六凹槽35，第五凹槽34位於第一凹槽11的下方，每個隔牆8的下方均有一個第六凹槽35，如圖11所示；
[0042]步驟11:沿第五凹槽34和第六凹槽35刻蝕裸銅框架1，在第五凹槽34對應的裸銅框架I上刻蝕出第七凹槽36，使第七凹槽36與第一凹槽11相通，在第六凹槽35對應的裸銅框架I上刻蝕出第八凹槽37，使隔牆8下方的第八凹槽37與對應的隔牆8相通，其餘位置的第八凹槽37的深度與隔牆8下方第八凹槽37的深度相同，相鄰兩個凹槽之間為引腳，如圖12所示，去除第二鈍化層33，露出引腳底面；
[0043]步驟12:塗覆機上，在裸銅框架I背面塗覆第三鈍化層39，第三鈍化層39既要填滿裸銅框架I背面所有的第七凹槽36和所有的第八凹槽38，還要在所有引腳背面覆蓋一層，然後在引腳相對的第三鈍化層39和需要的位置的第三鈍化層39上刻蝕出附圖形的第九凹槽40,如圖13所示；
[0044]步驟13:在裸銅框架I背面高頻濺射銅金屬層41，然後在銅金屬層41上蝕刻出第十凹槽42，第十凹槽42與第三鈍化層39相通，如圖14所示；
[0045]步驟14:在銅金屬層41表面塗覆第四鈍化層43，第四鈍化層43同時填充第十凹槽42，然後在第四鈍化層43上刻蝕出UBM2窗口 44，UBM2窗口 44與銅金屬層41相通，如圖15所示；
[0046]步驟15:在UBM2窗口 44上高頻濺射多層金屬，形成UBM2層45，UBM2層45的結構與UBM1層32的結構相同，見圖16 ；
[0047]步驟16:通過植球機，在UBM2層45上刷上焊料6，然後將錫焊球5放置在焊料6上，通過回流焊使錫焊球5、焊料6和UBM2層45牢固結合，如圖17所示，最後進行清洗；
[0048]步驟17:通過全自動塑封機和第二次塑封模具，在第四鈍化層43表面進行第二次塑封，形成第一塑封體4，所有的錫焊球5均露出第二塑封體4外，第二塑封體4牢固固定錫焊球5 ;然後列印、切割分離、測試，製得圖1所示的帶焊球面陣列四面扁平無引腳IC晶片堆疊封裝件。列印、切割分離時採用與QFN相同工序的設備及工藝，測試時採用與BGA封裝相同的設備及工藝。
[0049]本實用新型IC晶片堆疊封裝件生產方法中採用了晶片製造中的光刻(製版、塗膠、顯影、堅膜)、在裸銅框架I上蝕刻圖形；採用塗覆鈍化層、蝕刻UBM1窗口 30，使用高頻濺射多層金屬形成UBM1層32和框架焊盤21，使用帶凸點的第一 IC晶片9，採用封裝工藝中的倒裝上芯及下填充；採用DAF片堆疊粘接第二 IC晶片15及第一次壓焊、採用DAF片堆疊粘接第三IC晶片17及第二次壓焊、第一次塑封及後固化工藝，完成封裝件正面生產。框架背面採用磨削工藝，減薄了框架厚度。繼續採用晶片生產工藝的鈍化和蝕刻工藝，通過塗覆第二鈍化層33、蝕刻第五凹槽34和第六凹槽35、繼續蝕刻第五凹槽34和第六凹槽35在裸銅框架I上形成第一凹槽11、第七凹槽36與第八凹槽37，並去除第二鈍化層33露出引腳底面。塗覆第三鈍化層39並刻蝕出第九凹槽40，高頻濺射銅金屬層41並刻蝕出第十凹槽42，塗覆第四鈍化層43刻蝕出UBM2窗口 44，高頻濺射多金屬層形成UBM2層45。採用封裝的印刷、植球回流焊工藝，使焊球、引腳底面、服112層45牢固相連，最後進行第二次塑封牢固固定焊球。該方法可以替代基板生產的部分BGA和CPS，實現IC晶片靈活應用於引線框架的CSP封裝，降低生產成本，縮短研發周期。
[0050]雖然結合優選實例已經示出並描述了本實用新型，本領域技術人員可以理解，在不違背所附權利要求限定的本實用新型的精神和範圍的前提下，可以進行修改和變換。
【權利要求】
1.一種帶焊球面陣列四邊無引腳IC晶片堆疊封裝件，包括裸銅框架(I)，裸銅框架(I)上設有第一凹槽(11)和多個安放槽，相鄰兩個安放槽之間設有隔牆(8)，裸銅框架(I)正面倒裝有帶凸點的第一 IC晶片(9)，該IC晶片上的晶片凸點(7)伸入安放槽內，晶片凸點(7)與安放槽之間的空隙填充有下填料(10)，裸銅框架(I)正麵塑封有第一塑封體(20)，其特徵在於，第一凹槽(11)兩側分別為第一引腳(23)和第二引腳(24);第一凹槽(11)底部與鈍化體(2)相連，第一引腳(23)通過鈍化體(2)與第二引腳(24)相連接，第一引腳(23)底部設有第二連接層(22);與第二引腳(24)相鄰的安放槽底部通過第一連接層(3)與第二引腳(24)底部相連接，其餘安放槽底部均設有第一連接層(22)，所有的第一連接層(3)和所有的第二連接層(22)均不相連，每個第一連接層(3)底部和每個第二連接層(22)底部均設有錫焊球(5)，所有鈍化體(2)表面和所有連接層表麵塑封有第一塑封體(4)，所有的錫焊球(5)均露出第一塑封體(4)外；帶凸點的IC晶片依次堆疊有兩層IC晶片，位於下方的IC晶片通過第一鍵合線(12)與第二引腳(24)相連，同時通過第四鍵合線(19)與第一引腳(23)相連；位於上方的IC晶片通過第二鍵合線(13)與位於下方的IC晶片相連,位於上方的IC晶片通過第三鍵合線(18)與第一引腳(23)相連。
【文檔編號】H01L23/495GK203674204SQ201320891485
【公開日】2014年6月25日 申請日期:2013年12月31日 優先權日:2013年12月31日
【發明者】慕蔚, 李習周, 邵榮昌, 王永忠 申請人:天水華天科技股份有限公司