埋入硅基板扇出型3D封装结构制造技术

本发明专利技术公开了一种埋入硅基板扇出型3D封装结构，该封装结构中，功能芯片嵌入到硅基板正面上的凹槽内，在硅基板正面凹槽外的区域制备有垂直导电通孔，通过导电通孔，功能芯片可以把电性导出至硅基板的背面，在硅基板的正面和背面可以制备有再布线和焊球。这个结构的好处是：由于硅基板和芯片之间的热膨胀系数接近，封装结构具有良好的可靠性；该结构可以进行实现3D封装互连；采用硅基板，可以制作细线条，高密度布线，可以满足高密度互连的需要；该封装结构可以更容易实现小型化，薄型化，制备方法成熟，工艺可行。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及电子封装
，具体是涉及一种埋入硅基板扇出型3D封装结构。
技术介绍
在当前的半导体行业中，电子封装已经成为行业发展的一个重要方向，几十年封装技术的发展，使高密度、小尺寸的封装要求成为封装的主流方向。晶圆级扇出封装，其通过重构圆片和圆片级再布线方式，把I/O通过再布线面阵列布满封装表面，以便于扩大I/O节距，满足下一级互连的节距要求。目前，重构圆片的材料主要是模塑料，或者用于基板封装的半固化片等有机材料，实现功能芯片扇出结构的塑封，最终切割成单颗封装体。目前，通过多年的研发和产业化推动，晶圆级扇出封装被认为是一种I/O数较多、集成灵活性好的先进封装技术。随着智能手机的发展，对扇出型封装提出了三维堆叠的技术需求。比如原来利用PoP封装集成微处理器芯片和存储芯片，其PoP下封装体是利用BGA封装形式。现在通过在模塑料上制作垂直通孔形成微处理3D扇出型封装结构，可以取代PoP下封装形式，可以做到更高密度，更小尺寸的互连。而且在产业链角度来看，直接在代工厂或封装厂就可以完成，无需基板材料。随着电子产品向更薄、更轻、更高引脚密度、更低成本、系统集成方面发展，采用单颗功能芯片封装技术已经逐渐无法满足产业需求，而扇出晶圆级封装技术的出现为封装行业想低成本封装发展提供了契机。这样，扇出晶圆级技术目前正在发展成为下一代主要的封装技术。但是目前的扇出型封装突出的问题是使用模塑料来重构晶圆，对模塑料晶圆进行工艺加工与传统硅圆片的制成存在巨大的差异。在硅片上进行光刻，显影，曝光，制作精细金属线路，植球等非常成熟。但模塑料本身非常不适合进行上述工艺，特别是代工厂，因此为开发基于模塑料圆片的扇出工艺要克服很多工艺挑战，需要定制化的相关设备，以解决易于翘曲的模塑料圆片的拿持以及在模塑料表面的精细线路制备难题。进一步地，从结构本身来看，模塑料与硅的热膨胀系数差别较大，会带来可靠性问题，已有报道说明扇出型结构不适合超高12X12mm2的封装;对于功耗较大的芯片，模塑料的散热也是一个问题。专利号为ZL201210243958.4专利文献，公开了一种扇出型圆片级功能芯片封装方法，包括功能芯片、金属微结构、高密度布线层、硅腔体、键合层和焊球凸点，在功能芯片上通过溅射、光刻、电镀等工艺形成金属微结构，将功能芯片倒装在高密度布线层上，用光学掩膜、刻蚀等方法在硅腔体上形成下凹的硅腔，所述硅腔体将功能芯片扣置在硅腔体内，所述高密度布线层与硅腔体通过键合层键合，加热使包封料层和键合层固化成形。但该专利技术工艺复杂，成本高，不适合薄型封装工艺。专利号为:ZL201110069815.1的专利文献，公开了一种扇出系统封装方法，包括以下步骤:提供载板，在载板上形成剥离膜，在剥离膜上形成保护层，在保护层中形成再布线金属层，在保护层上形成与再布线金属层导通的布线封装层，在布线封装层上形成引线键合封装层，各组封装层之间相互电连接，去除载板及剥离膜，裸露出第一保护层中的再布线金属，在裸露的再布线金属上形成金属焊球。该专利的技术方案可以降低系统内电阻、电感以及功能芯片间的干扰因素。专利号为ZL201110032264.1的专利文献，公开了一种高集成度晶圆扇出封装结构，包括:被封装单元，由功能芯片及无源器件组成，所述被封装单元具有功能面;与被封装单元的功能面相对的另一面形成有封料层，所述封料层对被封装单元进行封装固化，所述封料层表面对应于被封装单元之间设有凹槽。中国专利201110032519.7公开了一种高集成度晶圆扇出封装方法，包括步骤如下:(I)在载板上形成胶合层；(2)将由功能芯片和无源器件组成的被封装单元的功能面贴于所述胶合层上；(3)将载板贴有功能芯片和无源器件的一面形成封料层，进行封装固化，所述封料层表面对应于被封装单元之间设有凹槽；(4)去除所述载板和胶合层。以上专利可以避免封料层在晶圆封装的后续制程中出现翘曲变形，提尚晶圆封装成品的质量。上述现有技术虽然对封装方法进行了改进，但并未解决扇出晶圆级工艺中的工艺复杂、成本高的问题，不适合三维集成。
技术实现思路
为了解决上述技术问题，本专利技术提出一种埋入硅基板扇出型3D封装结构，使用硅基板取代模塑料或者其他非硅材料作为扇出的基体，解决了模塑料材料重构圆片带来的一系列问题，如翘曲，热膨胀系数不匹配;利用硅基上成熟的工艺来制备制作高密度布线；可以采用多种方法在硅基上制作垂直导电通孔，以实现三维垂直互连。本专利技术的技术方案是这样实现的:一种埋入硅基板扇出型3D封装结构，包括一硅基板和至少一功能芯片，所述硅基板具有至少一个凹槽，所述功能芯片功能面向上嵌入在所述凹槽中，所述功能芯片与所述凹槽之间通过聚合物粘结，所述硅基板上凹槽位置外形成有至少一个穿透硅基板的导电通孔，至少有一个所述导电通孔与所述功能芯片上的焊垫电连接;所述硅基板正面和背面均具有电性导出结构。进一步的，所述功能芯片是集成电路芯片或MEMS芯片。进一步的，所述凹槽的竖直截面形状为矩形或梯形，且所述凹槽的深度不大于所述硅基板的厚度。进一步的，所述导电通孔的轴向垂直所述硅基板的正面。进一步的，所述导电通孔内填充的金属为钛、钽、铬、钨、铜、铝、镍、金中的一种或几种。进一步的，所述导电通孔内填充的金属为低熔点焊料锡、锡银、锡铜、锡金、锡铟和锡银铜中的一种。进一步的，所述导电通孔内由导电胶填充。进一步的，所述导电通孔与所述硅基板之间电绝缘。进一步的，所述电性导出结构为焊球、金属凸点、导电胶中的一种。进一步的，所述硅基板正面和背面形成有至少一层金属布线。本专利技术的有益效果是:本专利技术提供一种埋入硅基板扇出型3D封装结构，该封装结构中，功能芯片通过有机聚合物粘连嵌入到材质相同的硅基板凹槽中，在硅基板正面不包含凹槽的区域制备有垂直导电通孔，通过导电通孔，功能芯片可以把电性导出至硅基板的背面，在硅基板的正面和背面可以制备有金属布线和焊球。这个结构的优点有:首先，由于硅基板和芯片之间的热膨胀系数接近，封装结构具有良好的可靠性;其次，该结构可以进行实现3D封装互连;再次，采用硅基板，可以制作细线条，高密度布线，可以满足高密度互连的需要;最后，该封装结构可以更容易实现小型化，薄型化。【附图说明】图1为本专利技术娃基板为晶圆时埋入功能芯片的俯视图；图2为本专利技术在晶圆正面埋入芯片，并于其上制备第一绝缘层的剖面示意图；图3为本专利技术在第一绝缘层上通过光刻/刻蚀形成硅盲孔的结构示意图；图4为本专利技术在第一绝缘层及硅盲孔内制备第二绝缘层，并通过光刻/刻蚀暴露出芯片焊垫的结构示意图；图5为本专利技术在娃盲孔填充金属和表面上形成第一金属重布线的结构不意图；图6为本专利技术在第一金属重布线上形成第一钝化层并在金属布线上打开相应钝化层开口的结构示意图；图7为本专利技术对硅基板圆片背面减薄，暴露出硅盲孔内金属的结构示意图；图8为本专利技术在减薄后的硅晶圆圆片背面铺设第三绝缘层，并暴露出硅盲孔内的第一金属重布线的结构示意图；图9为本专利技术在第三绝缘层上进行重布线，形成连接导电通孔金属的结构示意图；图10为本专利技术在第二金属重布线上铺设第二钝化层，并在金属布线上打开相应钝化层开口的结构示意图；图11为本专利技术在硅基板圆片第一、背面的第一、第二金属重布线钝化层开口上形成焊球的结构示意图。结合附图，作以下说本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种埋入硅基板扇出型3D封装结构，其特征在于：包括一硅基板(1)和至少一功能芯片(2)，所述硅基板(1)具有至少一个凹槽(103)，所述功能芯片(2)功能面向上嵌入在所述凹槽中，所述功能芯片(2)与所述凹槽之间通过聚合物粘结，所述硅基板(1)上凹槽位置外形成有至少一个穿透硅基板的导电通孔(104)，至少有一个所述导电通孔(104)与所述功能芯片(2)上的焊垫(201)电连接；所述硅基板(1)正面(101)和背面(102)均具有电性导出结构(7)。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：于大全，
申请(专利权)人：华天科技昆山电子有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32