一种系统级封装方法及封装结构技术方案

本发明专利技术提供一种系统级封装方法及封装结构，包括：提供PCB板，具有相对的正面和背面，正面具有多个裸露的第一焊垫，背面具有多个裸露的第三焊垫，正面形成第一空腔，至少部分第一焊垫位于第一空腔的下方；提供第一芯片，其表面具有多个裸露的第二焊垫并通过连接层键合至第一空腔底部，第一焊垫与第二焊垫相对以围成空隙；提供第二芯片，其表面具有多个裸露的第四焊垫并通过连接层键合至PCB背面，第三焊垫与第四焊垫相对以围成空隙；通过电镀工艺在空隙中形成导电凸块，分别电连接第一焊垫与第二焊垫以及第三焊垫与第四焊垫。通过在PCB板的正面和背面均键合有芯片，并省去传统的将芯片键合在晶圆上的步骤，简化工艺，降低工艺难度，提高集成度。提高集成度。提高集成度。

【技术实现步骤摘要】
一种系统级封装方法及封装结构


[0001]本专利技术涉及半导体
，尤其涉及一种系统级封装方法及封装结构。

技术介绍

[0002]系统级封装采用任何组合，将多个具有不同功能和采用不同工艺制备的有源元/器件、无源元/器件、MEMS器件、分立的KGD(Known Good Die)诸如光电芯片、生物芯片等，在三维(X方向、Y方向和Z方向)集成组装成为具有多层器件结构，并且可以提供多种功能的单个标准封装件，形成一个系统或者子系统。
[0003]倒装芯片(FC，Flip
‑
Chip)焊接为目前比较常用的一种系统级封装方法。该系统级封装的方法包括：提供PCB电路板，其中PCB电路板上形成有按一定要求排列的焊球(利用植球工艺形成)；在电路板上浸蘸助焊剂，然后将芯片倒装贴片在电路板上；利用回流焊工艺将芯片上的焊垫(pad)与电路板上的焊球进行焊接后电连接；之后，在芯片底部和电路板之间充填灌胶，以增加整个结构的机械强度；但是，现有的系统级封装的方法，存在以下缺点：1、工艺复杂，造成封装效率低；2、需要将各个芯片依次焊接在焊球上，封装效率低；3、封装高度较高、集成度低。
[0004]因此，期待一种新的系统级封装方法及封装结构，可以解决工艺控制的难度大、封装尺寸大、集成度低以及封装效果差等技术问题。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于提供一种系统级封装方法及封装结构，能够解决工艺控制的难度大、封装尺寸大、集成度低以及封装效果差等技术问题。
[0006]为了实现上述目的，本专利技术提供一种系统级封装方法，包括：提供PCB板，所述PCB板包括相对的正面和背面，所述PCB板正面的表面具有多个裸露的第一焊垫，所述PCB板背面的表面具有多个裸露的第三焊垫，所述PCB板正面的表面形成第一空腔，至少部分所述第一焊垫位于所述第一空腔的下方；
[0007]提供第一芯片，所述第一芯片的表面具有多个裸露的第二焊垫；
[0008]将所述第一芯片通过连接层键合至所述第一空腔底部，所述第一焊垫与所述第二焊垫相对以围成空隙；
[0009]提供第二芯片，所述第二芯片的表面具有多个裸露的第四焊垫，将所述第二芯片通过连接层键合至所述PCB背面，所述第三焊垫与所述第四焊垫相对以围成空隙；
[0010]通过电镀工艺在所述空隙中形成导电凸块，所述第一焊垫与所述第二焊垫以及第三焊垫与第四焊垫通过所述导电凸块电连接。
[0011]本专利技术还提供一种系统级封装结构，包括：PCB板，所述PCB板包括相对的正面和背面，在所述PCB板的正面具有多个裸露的第一焊垫和第一空腔，至少部分所述第一焊垫位于所述第一空腔的下方；所述PCB板的背面具有多个裸露的第三焊垫；
[0012]第一芯片，所述第一芯片的表面具有多个裸露的第二焊垫，所述第一芯片通过连
接层键合在所述第一空腔底部，所述第一焊垫与所述第二焊垫相对设置；
[0013]第二芯片，所述第二芯片的表面具有多个裸露的第四焊垫，所述第二芯片通过连接层键合在所述PCB板背面，所述第三焊垫与所述第四焊垫相对设置；
[0014]导电凸块，通过电镀工艺形成于所述第一焊垫和所述第二焊垫之间以及第三焊垫和第四焊垫之间以电连接所述第一焊垫和所述第二焊垫以及第三焊垫和第四焊垫。
[0015]本专利技术的有益效果在于：
[0016]本专利技术通过在PCB板正面上形成第一空腔，通过键合工艺将所述第一芯片通过连接层键合在所述第一空腔底部，实现第一芯片与PCB板正面的连接；提供第二芯片，通过键合工艺将所述第二芯片通过连接层键合在所述PCB背面，降低了器件集成的高度，提高空间利用率，提高器件的集成度；另外，本专利技术完全避开了传统的利用焊接实现芯片与PCB板电连接的封装工艺，本专利技术通过电镀工艺形成导电凸块，以实现第一芯片和第二芯片与PCB板的电连接，第一，简化了工艺流程，提高了封装效率；其次，通过电镀工艺在芯片与PCB板之间形成导电凸块，省去传统的将芯片键合在晶圆上的步骤，简化工艺，降低工艺难度，提高集成度，提高封装结构的导电性能。
[0017]进一步的，将所有的芯片均键合在PCB板上之后，通过电镀工艺形成每一芯片与所述PCB板的电连接，相较于传统的每个芯片单独焊接与PCB板实现电连接，极大的提高了封装效率。
[0018]进一步的，第一芯片、第二芯片与PCB板之间通过可光刻键合材料实现物理连接且覆盖所述导电凸块外围的区域，可以省去现有技术的充填灌胶工艺。在后续进行塑封工艺时，塑封材料无需填充第一芯片、第二芯片与PCB板之间的间隙，从而节省了塑封工艺的时间。另外，可光刻键合材料由于弹性模量比较小，在受到热应力时可以很容易变形而不至于破损，从而减小第一芯片、第二芯片与PCB板的结合应力。
[0019]进一步的，可光刻键合材料可以定义导电凸块的位置，防止电镀工艺中导电凸块横向外溢。
[0020]进一步地，通过在第一芯片和/或第二芯片上键合第三芯片，提高了空间利用率并提高器件的多功能性。
附图说明
[0021]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0022]图1至图7为本专利技术实施例1所提供的系统级封装方法中不同步骤对应的结构示意图；
[0023]图8至图9为本专利技术实施例2所提供的系统级封装方法中不同步骤对应的结构示意图；
[0024]图10为本专利技术实施例5所提供的系统级封装结构的示意图；
[0025]图11为本专利技术实施例6所提供的系统级封装结构的示意图。
[0026]附图标记：附图标记：10、第一空腔；11、第二空腔；21、基板；22、介质层；31、第一连
接块；32、导电插塞；40、第一焊垫；41、第三焊垫；42、第四焊垫；50、可光刻键合材料；51、第三空腔；60、第二焊垫；61、第五焊垫；62、第六焊垫；70、导电凸块；70a、空隙；100、第一芯片；200、第二芯片；300、第三芯片；400、塑封层。
具体实施方式
[0027]以下结合附图和具体实施例对本专利技术的系统级封装方法及封装结构作进一步详细说明。根据下面的说明和附图，本专利技术的优点和特征将更清楚，然而，需说明的是，本专利技术技术方案的构思可按照多种不同的形式实施，并不局限于在此阐述的特定实施例。附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本专利技术实施例的目的。
[0028]在说明书和权利要求书中的术语“第一”“第二”等用于在类似要素之间进行区分，且未必是用于描述特定次序或时间顺序。要理解，在适当情况下，如此使用的这些术语可替换，例如可使得本文所述的本专利技术实施例能够以不同于本文所述的或所示的其他顺序来操作。类似的，如果本文所述的方法包括一系列步骤，且本文所呈现的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种系统级封装方法，其特征在于，包括：提供PCB板，所述PCB板包括相对的正面和背面，所述PCB板正面的表面具有多个裸露的第一焊垫，所述PCB板背面的表面具有多个裸露的第三焊垫，所述PCB板正面的表面形成第一空腔，至少部分所述第一焊垫位于所述第一空腔的下方；提供第一芯片，所述第一芯片的表面具有多个裸露的第二焊垫；将所述第一芯片通过连接层键合至所述第一空腔底部，所述第一焊垫与所述第二焊垫相对以围成空隙；提供第二芯片，所述第二芯片的表面具有多个裸露的第四焊垫，将所述第二芯片通过连接层键合至所述PCB背面，所述第三焊垫与所述第四焊垫相对以围成空隙；通过电镀工艺在所述空隙中形成导电凸块，所述第一焊垫与所述第二焊垫以及第三焊垫与第四焊垫通过所述导电凸块电连接。2.根据权利要求1所述的系统级封装方法，其特征在于，所述PCB板背面的表面形成有第二空腔，所述第二空腔至少暴露出部分所述第三焊垫，所述第二芯片通过连接层键合至所示第二空腔的底部。3.根据权利要求1所述的系统级封装方法，其特征在于，所述PCB板包括：至少一层板，每层板至少包括基板以及位于所述基板内的互连结构，所述第一焊垫位于顶层基板上与所述互连结构电连接；在所述顶层基板上形成介质层，刻蚀所述介质层形成第一空腔并暴露部分所述第一焊垫。4.根据权利要求1所述的系统级封装方法，其特征在于，包括：所述第一芯片的两侧与所述第一空腔侧壁的距离为40
‑
100μm。5.根据权利要求1所述的系统级封装方法，其特征在于，所述连接层包括可光刻键合材料，芯片粘结膜，金属，介质层，或聚合物材料之一或组合。6.根据权利要求5所述的系统级封装方法，其特征在于，所述可光刻键合材料的厚度为60
‑
160μm。7.根据权利要求5所述的系统级封装方法，其特征在于，所述可光刻键合材料覆盖所述导电凸块外围的区域。8.根据权利要求1所述的系统级封装方法，其特征在于，所述连接层具有第一开口，所述第一开口被所述第一芯片和/或所述PCB板正面围成第三空腔，所述第三空腔作为所述第一芯片的工作腔；和/或，所述第一开口被所述第二芯片和/或所述PCB板背面围成第四空腔，所述第四空腔作为所述第二芯片的工作腔。9.根据权利要求6所述的系统级封装方法，其特征在于，所述第三空腔和/或第四空腔贯穿所述连接层或者贯穿部分所述连接层。10.根据权利要求1所述的系统级封装方法，其特征在于，所述导电凸块的横截面积大于10平方微米。11.根据权利要求5所述的系统级封装方法，其特征在于，所述可光刻键合材料包括膜状干膜或液态干膜。12...

【专利技术属性】
技术研发人员：蔺光磊，
申请(专利权)人：芯知微上海电子科技有限公司，
类型：发明
国别省市：