一種矽基圓片級扇出封裝方法及其封裝結構的製作方法

2023-05-02 22:17:46 5

一種矽基圓片級扇出封裝方法及其封裝結構的製作方法
【專利摘要】本發明涉及一種矽基圓片級扇出封裝方法及其封裝結構，屬於半導體晶片封裝【技術領域】。其封裝結構包括矽基本體（110）和帶有若干個電極（210）的IC晶片（200），每一電極（210）上設置若干個金屬柱/金屬塊（300），IC晶片（200）的另一面通過貼片膠（700）與矽基本體（110）連接；通過塑封層封裝，金屬柱/金屬塊（300）的端面露出塑封層，並在其端面設置布線走向獨立的再布線金屬層（500），相鄰的再布線金屬層（500）向電極（210）外側延伸，並在再布線金屬層（500）的終端的表面設置焊球凸點（600）。本發明的圓片級封裝方法能夠使封裝結構與後段工藝的引腳節距相匹配，同時能夠使晶圓廠發揮其先進的製程工藝將IC晶片的尺寸做得更小。
【專利說明】一種矽基圓片級扇出封裝方法及其封裝結構【技術領域】
[0001]本發明涉及一種矽基圓片級扇出封裝方法及其封裝結構，屬於半導體晶片封裝【技術領域】。
【背景技術】
[0002]電子封裝已經成為半導體行業極其重要的一個組成部分。近幾十年封裝技術的發展，各個封裝工廠均將封裝的小型化和高密度作為主要的研發方向，一大批先進的封裝方法和封裝結構被應用於量產。
[0003]作為廣泛應用的單顆晶片封裝技術，傳統封裝目前已經逐漸呈現出封裝效率低下和成本持續攀升的弊端。圓片級封裝作為一種新型的封裝方式，因能夠較大地減少晶片封裝尺寸，而被業界廣泛採用。但是，任何封裝工藝都必須與後續的SMT和PCB工藝相對應，而圓片級WLCSP封裝的引腳節距一般為0.4mm或0.5mm，這就使得晶圓廠必須考慮與後段工藝的匹配問題。圓片級WLCSP封裝的引腳節距的限制，不利於晶圓廠利用其先進的製程工藝將晶片的尺寸做得更小。

【發明內容】
[0004]本發明的目的在於克服上述不足，提供一種能夠與後段工藝的引腳節距相匹配、同時能夠使晶圓廠發揮其先進的製程工藝將晶片的尺寸做得更小的矽基圓片級扇出封裝方法及其封裝結構。
[0005]本發明的目的是這樣實現的:
本發明一種矽基圓片級扇出封裝方法，包括以下工藝步驟:
提供帶有陣列排布的IC晶片的IC圓片，在所述IC晶片的電極上形成垂直電極的金屬柱/金屬塊陣列；
將完成金屬柱/金屬塊陣列的IC圓片的背面減薄並切割成單顆的帶有若干個金屬柱/金屬塊的IC晶片；
提供載體圓片，將IC晶片通過貼片膠與載體圓片粘合；
用塑封料塑封IC晶片、金屬柱/金屬塊和貼片膠，並減薄形成塑封層，金屬柱/金屬塊的端面露出塑封層；
在露出塑封層的金屬柱/金屬塊的端面設置再布線金屬層，在所述再布線金屬層的終端的表面設置焊球凸點；
將完成封裝的載體圓片減薄，並切割成單顆的矽基圓片級扇出封裝結構。
[0006]進一步地，在所述IC晶片的電極上形成垂直電極的金屬柱/金屬塊陣列，通過如下工藝步驟形成:
1)在IC圓片上塗覆光刻膠；
2)在光刻膠上通過曝光、顯影等光刻工藝在對應的電極上形成光刻膠開口圖形；
3)在光刻膠開口圖形內電鍍金屬，並通過研磨去除光刻膠表面無效的金屬； 4)用去膠工藝去掉剩餘的光刻膠，露出IC圓片上的金屬柱/金屬塊陣列。
[0007]本發明一種矽基圓片級扇出封裝方法形成的矽基圓片級扇出封裝結構，包括矽基本體和帶有若干個電極的IC晶片，每一所述電極上設置若干個金屬柱/金屬塊，所述IC晶片的另一面通過貼片膠與矽基本體連接；還包括塑封層，所述塑封層將IC晶片、IC晶片上的金屬柱/金屬塊和貼片膠封裝於其內，所述金屬柱/金屬塊的端面露出塑封層，並在其端面設置布線走向獨立的再布線金屬層，相鄰的所述再布線金屬層向電極外側延伸，並在所述再布線金屬層的終端的表面設置焊球凸點，所述IC晶片的電極的節距L2小於焊球凸點的節距LI。
[0008]可選地，所述再布線金屬層的布線間距不小於20um。
[0009]可選地，所述再布線金屬層的布線間距為25?30um。
[0010]可選地，所述矽基本體呈平板狀。
[0011]可選地，所述金屬柱/金屬塊的橫截面呈圓形、矩形、六邊形或多邊形。
[0012]可選地，所述焊球凸點呈陣列排布。
[0013]可選地，所述焊球凸點的節距LI為0.4mm或0.5mm。
[0014]可選地，所述IC晶片為兩顆或兩顆以上，其型號相同或不同。
[0015]本發明的IC晶片通過貼片膠與平板狀的矽基本體連接，並將IC晶片、金屬柱/金屬塊以及貼片膠塑封於塑封層內，通過再布線金屬層的向電極外側延伸的走向，擴展IC晶片的電極的節距，形成矽基圓片級扇出封裝結構。IC晶片通過再布線金屬層及焊球凸點與外界連接，矽基本體和塑封層給予IC晶片足夠的強度、硬度保護。
[0016]本發明的有益效果是:
1、本發明的封裝流程簡單，整個封裝過程在圓片上通過圓片級工藝完成，生產效率更高，符合封裝產業發展的趨勢；
2、本發明通過IC晶片的電極、金屬柱/金屬塊和再布線金屬層構成的圓片級扇出結構可以使更小尺寸的晶片實現與後段工藝的引腳節距相匹配，以使晶圓廠發揮其先進的製程工藝將晶片的尺寸做得更小；
3、本發明將引腳(即IC晶片的電極)間距更小的數個晶片整合在一個封裝體中，通過IC晶片的電極、金屬柱/金屬塊和再布線金屬層構成的圓片級扇出結構可以實現現有
0.4_和0.5mm的常規節距進行封裝，能夠克服SMT和PCB工藝局限，實現系統級封裝，滿足高密度和小尺寸封裝的要求，符合集成電路的封裝趨勢。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0017]圖1為本發明一種矽基圓片級扇出封裝方法的流程圖；
圖2為本發明一種矽基圓片級扇出封裝結構的實施例一的示意圖；
圖3為圖2的中IC晶片的電極與焊球凸點的扇出位置關係的示意圖；
圖4?圖13為本發明一種娃基圓片級扇出封裝方法(以實施例一為例)的不意圖；
圖14為本發明一種矽基圓片級扇出封裝結構的實施例二的示意圖；
圖中:
載體圓片AlUOO 矽基本體110 IC圓片A2 IC晶片200 電極210
金屬柱/金屬塊300 塑封料400 塑封層410、410』
再布線金屬層500 介電層510 介電層開口 511 金屬層520 焊球凸點600 貼片膠700。
【具體實施方式】
[0018]參見圖1，本發明一種矽基圓片級扇出封裝方法，包括以下工藝步驟:
步驟SlOl:提供帶有陣列排布的IC晶片的IC圓片，在所述IC晶片的電極上形成垂直電極的金屬柱/金屬塊陣列；
步驟S102:將完成金屬柱/金屬塊陣列的IC圓片的背面減薄並切割成單顆的帶有若干個金屬柱/金屬塊的IC晶片；
步驟S103:提供載體圓片，將IC晶片通過貼片膠與載體圓片粘合；
步驟S104:用塑封料塑封IC晶片、金屬柱/金屬塊和貼片膠，並減薄形成塑封層，金屬柱/金屬塊的端面露出塑封層；
步驟S105:在露出塑封層的金屬柱/金屬塊的端面設置再布線金屬層，在所述再布線金屬層的終端的表面設置焊球凸點；
步驟S106:將完成封裝的載體圓片減薄，並切割成單顆的矽基圓片級扇出封裝結構。
[0019]本發明一種娃基圓片級扇出封裝方法,可以形成如下娃基圓片級扇出封裝結構: 實施例一，參見圖2和圖3
本發明一種矽基圓片級扇出封裝結構，包括呈平板狀的矽基本體110和帶有若干個電極210的IC晶片200，電極210的節距為L2，節距L2因IC晶片200的大小或電極210的個數而異。IC晶片200的非電極面通過貼片膠700與矽基本體110連接，貼片膠700為一種改性的高分子材料的鍵合膠，同時起絕緣作用，可根據工藝需求進行靈活的調配，滿足點膠、噴膠等設備需求。IC晶片200的每個電極210上設置若干個金屬柱/金屬塊300，金屬柱/金屬塊300的橫截面呈圓形、矩形、六邊形或多邊形，其材質為銅、銅/鎳複合層等導電性能良好的金屬。採用塑封工藝，將IC晶片200、IC晶片200上的金屬柱/金屬塊300和貼片膠700塑封起來，形成塑封層410，金屬柱/金屬塊300的端面露出塑封層410，並在其端面設置布線走向獨立的再布線金屬層500。相鄰的再布線金屬層500向電極210外側延伸，在再布線金屬層500的終端的表面設置焊球凸點600，焊球凸點600呈陣列排布，並且焊球凸點600的節距LI為固定值，LI 一般為0.4_或0.5_。晶圓廠利用其先進的製程工藝可以將IC晶片200的尺寸做得越來越小，電極210的節距L2越來越小，同時再布線金屬層500的布線間距可以做到不小於20um，優選地，再布線金屬層500的布線間距可以為25um?30um，從而實現在IC晶片200很小的情況下，IC晶片200的電極210的節距L2小於焊球凸點600的節距LI時同樣完成與後段SMT或PCB工藝的匹配。再布線金屬層500由介電層和單層金屬層構成或者由多層介電層和多層疊加且相鄰層之間彼此電性連接的金屬層構成。圖中以一層介電層510和一層金屬層520為例。多層金屬層的材質為金屬銅或鈦/銅、鈦鎢/銅、鋁/鎳/金、鋁/鎳/鈀/金等多層金屬結構。介電層的材質為具有光刻特徵的樹脂，根據各層的樹脂成分以及工藝的實際需要調整UV係數。該封裝結構可以通過焊球凸點600與外部基板或者PCB等電路板實現連接。
[0020]本發明實施例一的矽基圓片級扇出封裝方法，包括以下工藝步驟:
如圖4所示，提供帶有陣列排布的IC晶片200的IC圓片A2，其基體材質為矽，每個IC晶片200帶有若干個電極210。
[0021]如圖5和圖6所示，在IC晶片200的電極210上形成垂直電極210的金屬柱/金屬塊陣列，每個金屬柱/金屬塊300的橫截面呈圓形；金屬柱/金屬塊陣列通過如下工藝步驟形成:
1)在IC圓片A2上塗覆不低於要形成的金屬柱/金屬塊300高度的光刻膠；
2)在光刻膠上通過曝光、顯影等工藝在對應的電極210上形成光刻膠開口圖形，光刻膠開口圖形呈中空的圓形；
3)在光刻膠開口圖形內電鍍金屬銅或金屬鎳，並通過研磨去除光刻膠表面無效的金屬，使金屬的表面與光刻膠的表面齊平；
4)用去膠工藝去掉剩餘的光刻膠，形成IC圓片A2上的金屬柱/金屬塊300。
[0022]將上述IC圓片A2的背面減薄並切割成單顆的各帶有若干個金屬柱/金屬塊300的IC晶片200。
[0023]如圖7和圖8所示，提供載體圓片Al，將IC晶片200通過貼片膠700貼在載體圓片Al上，IC晶片200在載體圓片Al上呈陣列排列。
[0024]如圖9所示，用塑封料400對載體圓片Al上的上述結構進行塑封，塑封料400將IC晶片200、金屬柱/金屬塊300和貼片膠700包埋在其內。
[0025]如圖10所示，對金屬柱/金屬塊300端面之上的塑封料400進行減薄處理，直至露出金屬柱/金屬塊300的端面,形成塑封層410』。
[0026]如圖11所示，在上述結構的金屬柱/金屬塊300的端面形成再布線金屬層500，圖中以一層介電層510和一層金屬層520的單層的再布線金屬層500為例，介電層510在金屬層520的終端表面開設介電層開口 511。
[0027]如圖12所示，在介電層開口 511內設置焊球凸點600，焊球凸點600的節距為
0.4mm 或 0.5mm。
[0028]如圖13所示，將上述封裝結構的載體圓片Al減薄，並切割形成單顆的矽基圓片級扇出封裝結構。
[0029]實施例二，參見圖14
該實施例二與實施例一具有類似的封裝結構，兩者的區別在於:設置於矽基本體110的IC晶片200的個數為兩顆或兩顆以上。IC晶片200設置於矽基本體110的一側，呈二維平面排布，IC晶片200型號可以相同，也可以是不同，以實現封裝結構的功能的多樣化。該封裝結構可以通過焊球凸點600與外部基板或者PCB等電路板實現連接。
[0030]本發明的矽基圓片級扇出封裝方法及其封裝結構不限於上述實施例，任何本領域技術人員在不脫離本發明的精神和範圍內，依據本發明的技術實質對以上實施例所作的任何修改、等同變化及修飾，均落入本發明權利要求所界定的保護範圍內。
【權利要求】
1.一種矽基圓片級扇出封裝方法，包括以下工藝步驟: 提供帶有陣列排布的IC晶片(200)的IC圓片(A2)，在所述IC晶片(200)的電極(210)上形成垂直電極(210)的金屬柱/金屬塊陣列； 將完成金屬柱/金屬塊陣列的IC圓片(A2)的背面減薄並切割成單顆的帶有若干個金屬柱/金屬塊(300)的IC晶片(200)； 提供載體圓片(Al)，將IC晶片(200)通過貼片膠(700)與載體圓片(Al)粘合； 用塑封料(400)塑封IC晶片(200)、金屬柱/金屬塊(300)和貼片膠(700)，並減薄形成塑封層(410),金屬柱/金屬塊(300)的端面露出塑封層(410)； 在露出塑封層(410)的金屬柱/金屬塊(300)的端面設置再布線金屬層(500)，在所述再布線金屬層(500)的終端的表面設置焊球凸點(600)； 將完成封裝的載體圓片(Al)減薄，並切割成單顆的矽基圓片級扇出封裝結構。
2.根據權利要求1所述的矽基圓片級扇出封裝方法，其特徵在於:在所述IC晶片(200)的電極(210)上形成垂直電極(210)的金屬柱/金屬塊陣列，通過如下工藝步驟形成: 1)在IC圓片(A2)上塗覆光刻膠； 2)在光刻膠上通過曝光、顯影等光刻工藝在對應的電極(210)上形成光刻膠開口圖形； 3)在光刻膠開口圖形內電鍍金屬，並通過研磨去除光刻膠表面無效的金屬； 4)用去膠工藝去掉剩餘的光刻膠，露出IC圓片(A2)上的金屬柱/金屬塊陣列。
3.—種如權利要求1或2所述的矽基圓片級扇出封裝結構，其特徵在於:包括矽基本體(110 )和帶有若干個電極(210 )的IC晶片(200 )，每一所述電極(210 )上設置若干個金屬柱/金屬塊(300)，所述IC晶片(200)的另一面通過貼片膠(700)與矽基本體(110)連接；還包括塑封層(410)，所述塑封層(410)將IC晶片(200)、IC晶片(200)上的金屬柱/金屬塊(300 )和貼片膠(700 )封裝於其內，所述金屬柱/金屬塊(300 )的端面露出塑封層(410)，並在其端面設置布線走向獨立的再布線金屬層(500)，相鄰的所述再布線金屬層(500)向電極(210)外側延伸，並在所述再布線金屬層(500)的終端的表面設置焊球凸點(600)，所述IC晶片(200)的電極(210)的節距L2小於焊球凸點(600)的節距LI。
4.根據權利要求3所述的矽基圓片級扇出封裝結構，其特徵在於:所述再布線金屬層(500)的布線間距不小於20um。
5.根據權利要求4所述的矽基圓片級扇出封裝結構，其特徵在於:所述再布線金屬層(500)的布線間距為25~30um。
6.根據權利要求3所述的矽基圓片級扇出封裝結構，其特徵在於:所述矽基本體(110)呈平板狀。
7.根據權利要求3所述的矽基圓片級扇出封裝結構，其特徵在於:所述金屬柱/金屬塊(300)的橫截面呈圓形、矩形、六邊形或多邊形。
8.根據權利要求3所述的矽基圓片級扇出封裝結構，其特徵在於:所述焊球凸點(600)呈陣列排布。
9.根據權利要求8所述的矽基圓片級扇出封裝結構，其特徵在於:所述焊球凸點(600)的節距LI為0.4mm或0.5_。
10.根據權利要求3至9中任一項所述的矽基圓片級扇出封裝結構，其特徵在於:所述IC晶片(200)為兩顆或兩顆以上，其型號`相同或不同。
【文檔編號】H01L23/48GK103681371SQ201310729414
【公開日】2014年3月26日 申請日期:2013年12月26日 優先權日:2013年12月26日
【發明者】陳海傑, 陳棟, 張黎, 賴志明, 陳錦輝 申請人:江陰長電先進封裝有限公司