一种晶圆级系统封装结构及封装方法技术方案

本发明专利技术提供了一种晶圆级系统封装结构及封装方法，其中，封装方法包括：提供第一器件晶圆，所述第一器件晶圆内部形成有多个第一器件模块，所述第一器件晶圆具有正面和背面，所述正面暴露出电连接所述第一器件模块并凹陷于所述正面的多个第一焊垫；提供第二器件晶圆，所述第二器件晶圆内部形成有多个第二器件模块，所述第二器件晶圆包括相对的上表面和下表面，所述上表面暴露出电连接所述第二器件模块并凹陷于所述上表面的多个第二焊垫；键合所述第一器件晶圆和所述第二器件晶圆，使所述第一焊垫和所述第二焊垫相对围成空隙；采用电镀工艺在所述空隙中形成导电凸块，以电连接所述第一焊垫和所述第二焊垫。一焊垫和所述第二焊垫。一焊垫和所述第二焊垫。

A wafer level system packaging structure and packaging method

【技术实现步骤摘要】
一种晶圆级系统封装结构及封装方法


[0001]本专利技术涉及半导体封装领域，尤其涉及一种晶圆级系统封装结构及封装方法。

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。
[0004]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、需要利用焊接工艺实现芯片与PCB板的电连接，无法与封装前段的工艺兼容；4、浸蘸助焊剂过程中稍有不慎施以较大压力时容易造成电路板压裂。
[0005]因此，期待一种新的晶圆级系统封装结构及封装方法。可以提高封装效率。

技术实现思路

[0006]本专利技术揭示了一种晶圆级系统封装结构及封装方法，能够解决封装效率低的问题。
[0007]为解决上述技术问题，本专利技术提供了一种晶圆级系统封装方法，包括：
[0008]提供第一器件晶圆，所述第一器件晶圆内部形成有多个第一器件模块，所述第一器件晶圆具有正面和背面，所述正面暴露出电连接所述第一器件模块并凹陷于所述正面的多个第一焊垫；
[0009]提供第二器件晶圆，所述第二器件晶圆内部形成有多个第二器件模块，所述第二器件晶圆包括相对的上表面和下表面，所述上表面暴露出电连接所述第二器件模块并凹陷于所述上表面的多个第二焊垫；
[0010]键合所述第一器件晶圆和所述第二器件晶圆，使所述第一焊垫和所述第二焊垫相对围成空隙；
[0011]采用电镀工艺在所述空隙中形成导电凸块，以电连接所述第一焊垫和所述第二焊垫。
[0012]本专利技术还提供了一种晶圆级系统封装结构，包括：
[0013]第一器件晶圆，所述第一器件晶圆内部形成有多个第一器件模块，所述第一器件晶圆具有正面和背面，所述正面具有电连接所述第一器件模块并凹陷于所述正面的多个第
一焊垫；
[0014]第二器件晶圆，通过粘合层键合于所述第一器件晶圆的正面，所述第二器件晶圆内部形成有多个第二器件模块，所述第二器件晶圆包括相对的上表面和下表面，所述上表面具有电连接所述第二器件模块并凹陷于所述上表面的多个第二焊垫；
[0015]导电凸块，通过电镀工艺形成于相对设置的所述第一焊垫和所述第二焊垫之间。
[0016]本专利技术的有益效果在于：
[0017]本专利技术通过电镀工艺形成导电凸块，以实现第一焊垫与第二焊垫的电连接。第一、相对于传统的通过植球工艺形成导电凸快的方法，本专利技术工艺流程简单，封装效率高；第二、多个第一器件模块位于第一器件晶圆中，多个第二器件模块位于第二器件晶圆中，通过键合第一器件晶圆与第二器件晶圆，实现了相较于传统的每个第一器件模块与第二器件模块单独粘合相比，极大的提高了封装效率。第三、电镀工艺与封装前段的工艺兼容，可以利用传统的芯片制造工艺实现晶圆级的系统封装。
[0018]进一步地，第一器件晶圆与第二器件晶圆之间通过可光刻键合材料实现物理连接，而且可光刻键合材料覆盖所述导电凸块外围的区域，直接增强了整个结构的机械强度，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器件模块与第二器件晶圆之间的间隙，从而节省了塑封工艺的时间。另外，干膜材料的可光刻键合材料，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，从而减小第一器件晶圆与第二器件晶圆的结合应力。进一步的，可光刻键合材料可以限制导电凸块的位置，防止电镀工艺中导电凸块横向外溢。
[0019]进一步地，第一焊垫与第二焊垫在垂直于第一器件晶圆表面方向上采用错位设计，重叠区域的面积大于第一焊垫或第二焊垫面积的一半，错位设计可以防止电镀导电凸块时，导电凸块填充不满空隙。错位设计在保证导电凸块填满空隙的基础上，同时保证一定的结合强度。
[0020]进一步地，当空隙的高度为5
‑
200微米时，既满足了电镀液容易进入空隙进行电镀，也避免了空隙高度太高而导致电镀时间长的问题，从而兼顾了电镀效率与电镀的良率。
[0021]进一步地，形成可光刻的键合材料时，其投影以第一器件模块的中心为中心，覆盖面积大于第一器件模块面积的10％，优选覆盖第一器件模块的全部下表面(除第一焊垫所在的区域)，这样，在后续工艺形成塑封层时，保证第一器件模块下方没有空隙，提高结合强度，提高成品率。
附图说明
[0022]通过结合附图对本专利技术示例性实施例进行更详细的描述，本专利技术的上述以及其它目的、特征和优势将变得更加明显，在本专利技术示例性实施例中，相同的参考标号通常代表相同部件。
[0023]图1至图4示出了本专利技术实施例1的一种晶圆级系统封装方法的不同步骤对应的结构示意图。
[0024]图5示出了本专利技术实施例2的一种晶圆级系统封装方法的不同步骤对应的结构示意图。
[0025]图6示出了本专利技术实施例3的一种晶圆级系统封装方法的不同步骤对应的结构示
意图。
[0026]图7、8、9示出了本专利技术实施例4的一种晶圆级系统封装方法的不同步骤对应的结构示意图。
[0027]附图标记说明：
[0028]10
‑
第二器件晶圆；101
‑
第二器件模块；11
‑
第二焊垫；12
‑
介质层；13
‑
第二电连接结构；20
‑
第一器件晶圆；201
‑
第一器件模块；21
‑
第一焊垫；22
‑
第一电连接结构；30
‑
导电凸块；40
‑
可光刻的键合材料；50
‑
第一芯片；51
‑
第二芯片；100
‑
第四器件晶圆。60
‑
塑封层；61
‑
导电结构
具体实施方式
[0029]以下结合附图和具体实施例对本专利技术作进一步详细说明。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。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种晶圆级系统封装方法，其特征在于，包括：提供第一器件晶圆，所述第一器件晶圆内部形成有多个第一器件模块，所述第一器件晶圆具有正面和背面，所述正面暴露出电连接所述第一器件模块并凹陷于所述正面的多个第一焊垫；提供第二器件晶圆，所述第二器件晶圆内部形成有多个第二器件模块，所述第二器件晶圆包括相对的上表面和下表面，所述上表面暴露出电连接所述第二器件模块并凹陷于所述上表面的多个第二焊垫；键合所述第一器件晶圆和所述第二器件晶圆，使所述第一焊垫和所述第二焊垫相对围成空隙；采用电镀工艺在所述空隙中形成导电凸块，以电连接所述第一焊垫和所述第二焊垫。2.如权利要求1所述的晶圆级系统封装方法，其特征在于，通过可光刻的键合材料，芯片粘结膜，金属，介质层，或聚合物材料之一或组合键合所述第一器件晶圆和所述第二器件晶圆。3.如权利要求2所述的晶圆级系统封装方法，其特征在于，所述可光刻键合材料的厚度为5
‑
200μm。4.如权利要求2所述的晶圆级系统封装方法，其特征在于，所述可光刻的键合材料在所述第二器件晶圆表面方向上的投影以所述第一器件模块的中心为中心，并至少覆盖所述第一器件模块面积的10％。5.如权利要求2所述的晶圆级系统封装方法，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，所述可光刻键合材料留有连通所述空隙的流体通道，以使外部电镀液体流入所述空隙。6.如权利要求1所述的晶圆级系统封装方法，其特征在于，所述第一器件模块的背面具有第一电连接结构，所述方法还包括：提供第一芯片或第三器件晶圆，将所述第一芯片或第三器件晶圆与所述第一电连接结构电连接。7.如权利要求1或6所述的晶圆级系统封装方法，其特征在于，所述第二器件模块的下表面具有第二电连接结构，所述方法还包括：提供第二芯片或第四器件晶圆，将所述第二芯片或第四器件晶圆与所述第二电连接结构电连接。8.如权利要求1所述的晶圆级系统封装方法，其特征在于，所述第一焊垫与所述第二焊垫在垂直于所述第二器件晶圆表面方向上的投影相互交错，且所述投影重叠区域的面积大于所述第一焊垫或所述第二焊垫面积的一半。9.如权利要求1所述的晶圆级系统封装方法，其特征在于，所述空隙的高度为5
‑
200微米，和/或所述导电凸块的横截面积大于10平方微米。10.如权利要求1所述的晶圆级系统封装方法，其特征在于，还包括，以所述第二器件晶圆和/或临时载板为支撑切割所述第一器件晶圆，和/或以所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄河，向阳辉，刘孟彬，
申请(专利权)人：中芯集成电路宁波有限公司，
类型：发明
国别省市：