一种芯粒的晶圆级集成封装结构与方法技术

本发明专利技术公开了一种芯粒的晶圆级集成封装结构与方法

【技术实现步骤摘要】
一种芯粒的晶圆级集成封装结构与方法


[0001]本专利技术属于半导体制造与封装领域，涉及一种芯粒的晶圆级集成封装结构与方法
。

技术介绍

[0002]伴随着集成电路的工艺制程节点的不断降低，集成度的不断提高，芯片制造已经逼近物理极限
。
摩尔定律在逐渐失效的同时，芯粒技术逐渐成为后摩尔时代最具有前景的

。
由于芯粒的灵活性，片上系统
(IC)
可以分为不同的模块，不同工艺的芯粒
。
尺寸较小的芯粒提高了制造的良率与可靠性，应用来自不同供应商的经过验证的芯粒也极大提升了系统的开发速度并降低了开发成本
。
另一方面达到或者接近
IC
的性能，芯粒之间需要高密度
、
低损耗的封装
。
[0003]当前已经出现了一些适应于芯粒的封装方案，一些报道基于平面
2D
集成方式，采用
InFO(Integrated Fan
‑
Out)
的方案，在单个芯粒或者多个芯粒的有源面叠层黏合层
、
固化层
、
重布线层，完成芯粒间的互联与扇出
。InFO
封装方式提高了片间通信的速度，提高了集成度，但对于超大规模的芯粒集成与晶圆级大尺寸的封装，无载板材料导致进一步与基板或
PCB
等键合的困难
。
基于
2.5D
芯粒集成的
CoWoS(Chipr/>‑
on
‑
Wafer
‑
on
‑
Substrate)
在现有技术中能够达到相对而言最大的连线数量与封装尺寸
。
现有的
CoWoS
工艺采用：
①
将芯粒与硅转接板的其中一面通过为微金属凸块键合，并填入底填胶固定
②
通过硅通孔，芯粒信号被引至背面，将芯粒与硅转接板复合体反转，减薄至露出硅通孔
③
在复合体的背面制作重布线层与金属凸块
④
键合复合体与有机基板，并塑封
。
由于减薄后的硅转接板的刚性不足，目前的技术方案仍然无法解决大尺寸下的集成问题
。
另一方面减薄较厚的复合体对减薄设备的要求较高，生产成本高，良率低
。
[0004]由于硅转接板与芯粒材料相同而与基板或
PCB
材料不同，相对的，芯粒与硅转接板键合过程对于翘曲的承受度高于芯粒
‑
硅转接板复合体与基板或
PCB
键合过程对翘曲的承受度
。
因此，使用支撑载板可以大幅度提高良率；同时金属支撑载板作为芯粒的散热器，可采用直接塑封的方式而无须再进行解键合的工艺流程，但未见有相关报道
。

技术实现思路

[0005]为了解决
技术介绍
中的问题，本专利技术提供了一种芯粒的晶圆级集成封装结构
。
[0006]本专利技术采取的技术方案如下：
[0007]首先，本专利技术提供了一种芯粒的晶圆级集成封装结构，其包括至少两个芯粒，以及硅转接板
、
微金属凸块
、
支撑载板
、
基板
、
金属凸块
、
底填胶
(underfill)
与塑封层；
[0008]所述芯粒具有在芯粒有源面二维矩阵排列的芯粒金属焊盘；所述硅转接板为双面的晶圆；所述硅转接板与芯粒键合的面为第一表面，硅转接板与基板键合的面为第二表面；硅转接板上的两面均分布有凸块下金属与重布线层；芯粒表面的金属焊盘与硅转接板的第一表面的第一凸块下金属通过微金属凸块相键合，形成电连接；硅转接板的第二表面上的
第二凸块下金属与基板表面的基板金属焊盘通过金属凸块相键合，形成电连接；芯粒之间通过硅转接板的第一表面的第一重布线层进行连接从而实现信号互联；芯粒的供电与外部输入输出端口通过第一表面的第一重布线层
、
硅通孔与第二表面的第二重布线层扇出至基板；
[0009]所述芯粒均匀紧密的在硅转接板上二维排布；底填胶完全填充微金属凸块之间的空隙，塑封层完全包覆填充芯粒之间的间隙；其中，芯粒无源面上方的塑封层形成一个完整机械平面；支撑载板黏附于上述机械平面，支撑载板的面积覆盖芯粒且不大于硅转接板的面积
。
[0010]根据本专利技术的优选方案，所述基板为有机基板
、
陶瓷基板或
PCB。
[0011]根据本专利技术的优选方案，所述支撑载板材料为1‑
5mm
厚度的金属刚性平板
。
[0012]根据本专利技术的优选方案，所述的硅转接板两面均具有重布线层
(RDL)
与凸块下金属
(UBM)
；位于不同侧表面的重布线层通过硅通孔相连接
。
[0013]根据本专利技术的优选方案，所述塑封层所用材料为聚酰亚胺
、
硅胶或环氧树脂中的一种
。
[0014]本专利技术还提供了一种实现所述封装结构的封装方法，其包括以下步骤：
[0015]步骤
1)
：将完整的硅晶圆作为硅转接板，并在第一表面进行硅通孔光刻
、
硅通孔刻蚀
、
硅通孔电镀，再在硅转接板第一表面制作第一重布线层
、
第一凸块下金属；
[0016]步骤
2)
：将硅转接板第一表面与用于临时键合的第一临时载板键合，硅转接板的第二表面减薄至露出硅通孔的导电柱；在第二表面制作第二重布线层
、
第二凸块下金属；
[0017]步骤
3)
：将硅转接板第二表面与另一用于临时键合的第二临时载板键合；
[0018]步骤
4)
：将硅转接板第一表面与第一临时载板解键合，露出第一表面的第一重布线层
、
第一凸块下金属；
[0019]步骤
5)
：在硅转接板第一表面电镀微金属凸块，将所有芯粒的金属焊盘与硅转接板第一表面对应的第一凸块下金属对正放置，回流键合；
[0020]步骤
6)
：使用底填胶完全填充芯粒与硅转接板键合的微金属凸块之间的间隙；
[0021]步骤
7)
：将芯粒与硅转接板进行塑封固定，并剥离部分塑封层至剩余塑封层在芯粒无源面上方形成平整平面；
[0022]步骤
8)
：将支撑载板与步骤
7)
所得平整平面相黏合，形成支撑载板
‑
芯粒
‑
硅转接板
‑
第二临时载板复合体；
[0023]步骤
9)
：将硅转接板第二表面解键合，剥离第二临时硅载板，露出硅转接板第二表面的第二重布线层<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种芯粒的晶圆级集成封装结构，其特征在于，包括至少两个芯粒，以及硅转接板
、
微金属凸块
、
支撑载板
、
基板
、
金属凸块
、
底填胶
(underfill)
与塑封层；所述芯粒具有在芯粒有源面二维矩阵排列的芯粒金属焊盘；所述硅转接板为双面的晶圆；所述硅转接板与芯粒键合的面为第一表面，硅转接板与基板键合的面为第二表面；硅转接板上的两面均分布有凸块下金属与重布线层；芯粒表面的金属焊盘与硅转接板的第一表面的第一凸块下金属通过微金属凸块相键合，形成电连接；硅转接板的第二表面上的第二凸块下金属与基板表面的基板金属焊盘通过金属凸块相键合，形成电连接；芯粒之间通过硅转接板的第一表面的第一重布线层进行连接从而实现信号互联；芯粒的供电与外部输入输出端口通过第一表面的第一重布线层
、
硅通孔与第二表面的第二重布线层扇出至基板；所述芯粒均匀紧密的在硅转接板上二维排布；底填胶完全填充微金属凸块之间的空隙，塑封层完全包覆填充芯粒之间的间隙；其中，芯粒无源面上方的塑封层形成一个完整机械平面；支撑载板黏附于上述机械平面，支撑载板的面积覆盖芯粒且不大于硅转接板的面积
。2.
根据权利要求1所述的芯粒的晶圆级集成封装结构，其特征在于，所述基板为有机基板
、
陶瓷基板或
PCB。3.
根据权利要求1所述的芯粒的晶圆级集成封装结构，其特征在于，所述支撑载板材料为1‑
5mm
厚度的金属刚性平板
。4.
根据权利要求1所述的芯粒的晶圆级集成封装结构，其特征在于，所述的硅转接板两面均具有重布线层
(RDL)
与凸块下金属
(UBM)
；位于不同侧表面的重布线层通过硅通孔相连接
。5.
根据权利要求1所述的芯粒的晶圆级集成封装结构，其特征在于，所述塑封层所用材料为聚酰亚胺
、
硅胶或环氧树脂中的一种
...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱晓雷，孙崇惠，马德，金孝飞，潘纲，
申请(专利权)人：之江实验室，
类型：发明
国别省市：