一种扇出型封装结构及封装方法技术

本发明专利技术属于芯片封装技术领域，具体涉及扇出型封装结构及封装方法。现有的多芯片封装结构仍存在散热效果不理想的情况，本发明专利技术提供了一种高散热性能扇出型封装结构及封装方法，通过在晶圆的背面以及重构后的晶圆背面均进行背面金属化，同时在两层金属层之间制造金属通孔，直接连接两层金属层，起到了减小热阻，提升散热效率，明显改善了散热效果，提升了扇出型封装的应用领域，使大功率芯片采用多芯片扇出型晶圆级封装成为可能。型晶圆级封装成为可能。型晶圆级封装成为可能。

【技术实现步骤摘要】
一种扇出型封装结构及封装方法


[0001]本专利技术涉及芯片封装
，特别是涉及一种扇出型封装结构及封装方法。

技术介绍

[0002]随着封装技术的不断发展以及功能集成的需求持续增加，单一芯片的功能越来成为一个短板，多芯片封装不仅能实现多种功能的集成，还可以实现不同晶圆工艺节点的集成，越来越成为目前封装技术发展的一个大势所趋。多芯片集成有很多种实现形式如倒装芯片（Flip Chip）、系统级封装（System in Package）以及扇出型晶圆级封装（Fan
‑
out wafer level scale package,FOWLP）等。其中扇出型晶圆级封装由于无需基板、封装方式灵活、芯片尺寸不受限制、可以进行多芯片合封、可以和传统的晶圆级封装（wafer level package）共用产线等优势，越来越受到封装行业的广泛关注，近年来增长趋势非常迅猛。同时由于采用扇出型封装可以缩小芯片的尺寸，降低晶圆的需求数量，在晶圆产能和基板产能紧张的背景下，越来越具有巨大的优势。但是由于扇出型封装多采用塑封材料进行保护，芯片的背面散热通道受到了很大的影响，这些对芯片的散热性能带来了很大的挑战，也限制了大功率芯片采用多芯片扇出型晶圆级封装的可能性。针对散热问题，业界也出现了很多方案来提升封装的散热能力，如在芯片背面贴散热片等方案，但是由于结合问题以及界面问题，对于散热的改善都没有达到理想的效果。

技术实现思路

[0003]有鉴以上所述现有技术的缺点，本专利技术的目的在于提供一种高散热扇出型封装结构及其封装方法，用于解决目前扇出型封装结构散热困难的问题，拓宽扇出型封装的应用领域。
[0004]为实现上述目的，本专利技术提供了一种扇出型封装方法，提供二种及以上晶圆，对所述每一种晶圆的硅表面金属化，形成覆盖所述硅表面的第一层背面金属层；切割晶圆为晶粒，对晶粒进行塑封重构；减薄塑封重构后的塑封层表面，在所述减薄后的塑封层表面穿孔若干至所述第一层背面金属层，并再次金属化，形成覆盖塑封层和填充并覆盖所述穿孔的第二层背面金属层；所述第一层背面金属层与所述第二层背面金属层通过所述若干穿孔相接。本专利技术通过两层金属层以及连接两层金属层的金属穿孔，使散热面积增大，热阻减小，散热效率提升，明显改善了散热效果。
[0005]本专利技术中每一种晶圆都包含多个相同的芯片基底，所述芯片基底均包含有相对的第一表面和第二表面；所述芯片基底第一表面具有焊垫以及覆盖所述第一表面的钝化层，所述钝化层具有露出所述焊垫的第一窗口；所述芯片基底第二表面为硅表面；所述钝化层主要是氮化硅和二氧化硅；焊垫的材料可以是铝铜合金、铜等。
[0006]进一步地，若所提供的晶圆为原始厚度，在硅表面金属化之前，需要将晶圆减薄至指定厚度，通常减薄至70
‑
120um。
[0007]进一步地，所述第一层背面金属层包括第一层种子层和第一层电镀金属层，所述
硅表面金属化的步骤为：在所述硅表面通过物理沉积方法沉积形成第一层种子层，所述种子层的材料为钛、钛钨等；然后再通过涂光刻胶、曝光、显影和化学电镀，在第一层种子层表面电镀第一层电镀金属层，所述第一层电镀金属层的材料为具有导热性的金属，如铜、银或金等。
[0008]在相邻芯片基底之间的切割道位置切割晶圆，形成各个晶粒，将多个晶粒的第一表面向下贴装在载板上，对芯片除第一表面外的位置进行塑封，以对芯片进行应力保护，所述载板可以是玻璃载板；塑封完成后去除玻璃载板，形成包含多个芯片的重构晶圆；所述重构晶圆同样包含有相对的第一表面和第二表面；所述重构晶圆的第一表面由包含的多个芯片基底的第一表面组成，所述重构晶圆的第二表面为塑封层的平坦表面，减薄塑封层表面。
[0009]通过物理方法在所述减薄后的塑封层表面穿孔若干至第一层电镀金属层，所述穿孔可以通过激光镭射的物理方法形成。
[0010]进一步地，所述第二层背面金属层包括第二层种子层和第二层电镀金属层，所述再次金属化的步骤为：在通过所述若干穿孔露出的第一层背面金属层的第一层电镀金属层和塑封层表面通过物理沉积方法沉积形成第二层种子层，所述第二层种子层的材料为钛、钛钨等，然后再通过涂光刻胶、曝光、显影和化学电镀，在第二层种子层表面电镀第二层电镀金属层，所述第二层电镀金属层的材料为具有导热性的金属，如铜、银或金等；去掉光刻胶。所述第一层种子层与第二层种子层金属材料可以相同，也可以不同；所述第一层电镀金属层与第二层电镀金属层的金属材料可以相同，也可以不同。
[0011]进一步地，减薄所述重构晶圆的塑封层表面，采用物理研磨的方法减薄至指定厚度。
[0012]在塑封层中间穿孔，并通过物理沉积和化学电镀的方法在孔中填充金属，联通了所述第一层金属层和所述第二层金属层，可以直接进行热传导，提升了散热效率。
[0013]在所述重构晶圆的第一表面形成布线层，并在所述布线层上植上锡球。所述布线层是在钝化层和焊垫之上生长第一层绝缘层、再布线层、第二层绝缘层以及UBM（under ball metal）层，并在所述UBM层上植上锡球，用来与外部线路的连接。
[0014]上述方法所形成的新的扇出型封装结构，可以封装多颗芯片。
[0015]进一步地，切割上述获得的重构晶圆可得到所需的芯片。
[0016]本专利技术还提供一种扇出型封装结构，包括：芯片基底，所述芯片基底包含相对的第一表面和第二表面；第一层背面金属层，覆盖所述芯片基底的第二表面层；塑封层，所述塑封层填满所述芯片基底之间的间隙并覆盖所述第一层背面金属层，在所述第一层背面金属层与塑封层有若干穿孔，所述穿孔，不限制形状，从第一层背面金属层贯穿所述塑封层；塑封可以对芯片进行应力保护；塑封材料可以是环氧塑封料、ABF膜材料或其他干膜材料，将所述芯片基底除第一表面外封裹塑封。
[0017]第二层背面金属层，位于所述第一层背面金属层一侧的塑封层外侧，并填充满所述塑封层的若干穿孔与第一层背面金属层相接；布线层，位于所述芯片基底第一表面之上，并与所述芯片基底第一表面电连接；锡球，位于所述布线层上，并与布线层电连接。
[0018]进一步地，所述芯片基底第一表面指覆盖在芯片基底上的钝化层以及未被钝化层覆盖的焊垫；所述芯片基底第二表面为硅表面。
[0019]进一步地，所述第一层背面金属层包含第一层种子层和第一层电镀金属层；所述第二层背面金属层包含第二层种子层和第二层电镀金属层；所述第一层种子层与芯片基底的第二表面相接，所述第一层电镀金属层在穿孔位置与第二层种子层相接，所述第二层种子层与第二电镀金属层相接；所述第一层电镀金属层在非穿孔位置与塑封层相接。
[0020]进一步地，所述布线层包括第一层绝缘层、再布线层、第二层绝缘层以及UBM层，与所述芯片基底第一表面的焊垫电连接。
[0021]进一步地，所述锡球与所述布线层的UBM层连接。
[0022]本专利技术提供了高散热扇出型封装结构及其封装方法，通过物理沉积和化学电镀的方法在原来晶圆的背面以及重构后的晶圆本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种扇出型封装方法，其特征在于，提供二种及以上晶圆，对所述每一种晶圆的硅表面金属化，形成覆盖所述硅表面的第一层背面金属层；切割晶圆为晶粒，对晶粒进行塑封重构；减薄塑封重构后的塑封层表面，在所述减薄后的塑封层表面穿孔若干至所述第一层背面金属层，并再次金属化，形成覆盖塑封层和填充并覆盖所述穿孔的第二层背面金属层。2.根据权利要求1所述的扇出型封装方法，其特征在于，所述第一层背面金属层包括第一层种子层和第一层电镀金属层，所述硅表面金属化的步骤为：在所述硅表面通过物理沉积方法沉积形成第一层种子层，然后在第一层种子层表面电镀第一层电镀金属层，所述第一层电镀金属层的材料为具有导热性的金属。3.根据权利要求1所述的扇出型封装方法，其特征在于，所述第二层背面金属层包括第二层种子层和第二层电镀金属层，所述再次金属化的步骤为：在通过所述若干穿孔露出的第一层背面金属层和塑封层表面通过物理沉积方法沉积形成第二层种子层，然后在第二层种子层表面电镀第二层电镀金属层，所述第二层电镀金属层的材料为具有导热性的金属。4.根据权利要求1所述的扇出型封装方法，其特征在于，在硅表面金属化之前，将晶圆减薄至指定的厚度，所述厚度为70
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120um。5.根据权利要求1
‑
3任一项所述的扇出型封装方法，其特征在于，所述塑封层表面穿孔通过激光镭射的物理方法形成。6.一种扇出型封装结构，其特征在于，包...

【专利技术属性】
技术研发人员：李作胜，林媛，熊海峰，
申请(专利权)人：上海泰矽微电子有限公司，
类型：发明
国别省市：