一种芯片嵌入式堆叠圆片级封装结构制造技术

本实用新型专利技术涉及一种芯片嵌入式堆叠圆片级封装结构，属于半导体芯片封装技术领域。它包括IC芯片Ⅰ（1）、IC芯片Ⅱ（2）、金属微结构（3）、高密度布线层（4）、硅腔体（5）、填充料（6）、保护层（7）、金属柱（8）和焊球凸点（9），所述芯片I（1）与芯片II（2）面对面设置在高密度布线层（4）的上下侧，所述芯片（1）扣置于型腔（51）内并与高密度布线层（4）键合，所述保护层（7）包覆IC芯片Ⅱ（2）和金属柱（8），封装体内电信号通过电极（43）和金属柱（8）传导至封装体外。本实用新型专利技术的封装成本低、封装结构支撑强度高、封装良率高、实现多个芯片在三维空间面对面叠加排布，适用于半导体的薄型封装。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及一种芯片嵌入式堆叠圆片级封装结构，属于半导体芯片封装

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面。几十年的封装技术的发展，使高密度、小尺寸的封装要求成为封装的主流方向。随着电子产品向更薄、更轻、更高引脚密度、更低成本方面发展，采用单颗芯片封装技术已经逐渐无法满足产业需求，一种新的封装技术——圆片级封装技术的出现为封装行业向低成本封装发展提供了契机。传统多芯片封装技术中，芯片与芯片之间的对话通过基板实现，即芯片信号传输必须在基板上传输一圈才能到达另外的一个芯片，甚至需要到印刷电路板上传输才能实现信号的交流，这大大损失了信号的传输速度和增加了封装模块的功率消耗，与提倡绿色能源的现代社会理念矛盾。多芯片圆片级封装方法，其将多个芯片通过重构圆片和圆片级再布线的方式，实现多芯片结构封装，最终切割成单颗封装体。但其仍存在如下不足I)、目前的圆片级封装多采用单芯片，实现的芯片数量和封装体功能受到限制；2)、目前的扇出型圆片级封装中，芯片外面包覆塑封料，塑封料为环氧类树脂材料，其强度偏低，使封装结构的支撑强度不够，在薄型封装中难以应用；3)、目前的扇出型圆片级封装中，由于重构晶圆热膨胀系数较硅片大很多，封装工艺过程中产品翘曲 较大，设备可加工能力较低，产品封装良率损失较大；4)、目前的扇出型圆片级封装中，为满足低的热膨胀系数，所使用的塑封料如环氧类树脂材料较为昂贵，不利于产品的低成本化。
技术实现思路
本技术的目的在于克服上述不足，提供一种封装成本低、封装结构支撑强度高、封装良率高、实现多个芯片在三维空间面对面叠加排布、适用于半导体的薄型封装的圆片级封装结构。本技术的目的是这样实现的一种芯片嵌入式堆叠圆片级封装结构，它包括带有芯片电极I的IC芯片1、带有芯片电极II的IC芯片I1、金属微结构、高密度布线层、硅腔体和焊球凸点，所述金属微结构包括金属微柱和设置在金属微柱顶部的金属微凸点，所述高密度布线层包括介电层和设置在介电层内部的再布线金属走线，所述硅腔体的正面设有型腔。所述再布线金属走线的上下端设置有金属电极，所述金属电极包括金属电极1、金属电极II和金属电极III，所述金属电极I设置在再布线金属走线的上端，金属电极II和金属电极III设置在再布线金属走线的下端；所述硅腔体设置在高密度布线层的上表面，所述IC芯片I正面朝向高密度布线层设置在型腔内，所述IC芯片I的芯片电极I通过金属微结构与金属电极I的上端面连接，所述IC芯片II设置在高密度布线层的下表面，芯片电极II通过金属微结构与金属电极II的下端面连接，所述金属电极III的下端面设置金属柱；所述高密度布线层的背面设置保护层，所述保护层包覆IC芯片II和金属柱，保护层的下表面设置焊球凸点端之金属电极，所述焊球凸点端之金属电极与金属电极III通过金属柱连接，所述焊球凸点与焊球凸点端之金属电极的下端面连接。所述芯片I与芯片II面对面设置在高密度布线层的上下侧。所述硅腔体与高密度布线层之间设有键合层，硅腔体与高密度布线层通过键合层连接。所述金属柱的高度高于芯片II的高度。所述金属电极III和金属柱设置在IC芯片II的外围，金属电极III和金属柱均成阵列排布。所述封装结构还包括填充料。所述填充料设置在金属微结构与金 属微结构之间以及金属微结构的外围空间。本技术的有益效果是本技术的特点是将多个芯片在三维空间实现多个芯片的面对面的叠加排布，最大限度的减小了信号传输的路线，同时降低了封装体积。在芯片的外层不仅包覆有由包封树脂形成的包封料层，而且还有一带有型腔的硅腔体，包覆有包封树脂的芯片扣置在型腔内，质地坚硬的硅腔体给多芯片结构一牢固的支撑，有利于圆片级封装中的薄型封装的推进。硅腔体取代原有结构的包封树脂，克服了传统圆片级多芯片封装结构在封装工艺中由于重构圆片产生的翘曲，提高了产品的良率。同时，低热膨胀系数的硅取代较为昂贵的包封树脂，有利于降低产品生产成本，适合现代产业的发展需求。附图说明图1为本技术一种芯片嵌入式堆叠圆片级封装结构的示意图。图2 图25为本技术一种芯片嵌入式堆叠圆片级封装方法的示意图。图中载体圆片TlIC 芯片 I IIC 圆片 AlOl芯片电极I 11IC 芯片 II 2IC 圆片 B102芯片电极II 21金属微结构3金属柱31金属微凸点32高密度布线层4介电层41再布线金属走线42金属电极43金属电极I 431金属电极II 432金属电极III 433硅圆片T2硅腔体5型腔51包封料层52键合层53填充料6 保护层7盲孔71金属柱8焊球凸点9焊球凸点端之金属电极91。具体实施方式参见图1，本技术一种芯片嵌入式堆叠圆片级封装结构，所述封装结构包括带有芯片电极I 11的IC芯片I1、带有芯片电极II 21的IC芯片II 2、金属微结构3、高密度布线层4、硅腔体5、填充料6、保护层7、金属柱8和焊球凸点9。所述金属微结构3包括金属微柱31和设置在金属微柱31顶部的金属微凸点32。所述高密度布线层4包括介电层41和设置在介电层41内部的再布线金属走线42。所述硅腔体5的正面设有梯形型腔51。所述再布线金属走线42的上下端设置有金属电极43，所述金属电极43包括金属电极I 431、金属电极II 432和金属电极III 433，所述金属电极I 431设置在再布线金属走线42的上端，金属电极II 432和金属电极III 433设置在再布线金属走线42的下端；所述硅腔体5设置在高密度布线层4的上表面，所述硅腔体5与高密度布线层4之间设有键合层53，硅腔体5与高密度布线层4通过键合层53连接。所述IC芯片I I正面朝向高密度布线层4设置在型腔51内，所述IC芯片I I的芯片电极I 11通过金属微结构3与金属电极I 431的上端面连接；所述IC芯片II 2设置在高密度布线层4的下表面，芯片电极II 21通过金属微结构3与金属电极II 432的下端面连接。所述金属微结构3与金属微结构3之间以及金属微结构3的外围空间填满填充料6。从而形成芯片Il与芯片112面对面设置在高密度布线层4的上下侧的芯片嵌入式堆叠结构，硅腔体5为芯片嵌入式堆叠圆片级封装结构的支撑体。所述金属电极III 433的下端面设置金属柱8。所述金属电极III 433和金属柱8设置在IC芯片II 2的外围，金属电极III 433和金属柱8均成阵列排布。所述金属柱8的材质为铜，其高度高于芯片112的高度。所述高密度布线层4的背面设置保护层7，所述保护层7为树脂材料，其包覆IC芯片II 2和金属柱8。保护层7的下表面设置焊球凸点端之金属电极91，所述焊球凸点端之金属电极91与金属电极III 433通过金属柱8连接，所述焊球凸点9与焊球凸点端之金属电极91的下端面连接。本技术一种芯片嵌入式堆叠圆片级封装结构的封装方法，包括以下工艺过程:步骤一、准备载体圆片Tl。如图2所示。步骤二、利用电镀、化学镀或溅射的方式在载体圆片Tl上实现介电层41及其内部的金属电极I 431、单层或多层再布线金属走线42、金属电极II 432、金属电极III 433，形成高密度布线层4。如图3所示。步骤三、取带有芯片电极11的IC圆片A101。如图4本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种芯片嵌入式堆叠圆片级封装结构，所述封装结构包括带有芯片电极Ⅰ（11）的IC芯片Ⅰ（1）、带有芯片电极Ⅱ（21）的IC芯片Ⅱ（2）、金属微结构（3）、高密度布线层（4）、硅腔体（5）和焊球凸点（9），所述金属微结构（3）包括金属微柱（31）和设置在金属微柱（31）顶部的金属微凸点（32），所述高密度布线层（4）包括介电层（41）和设置在介电层（41）内部的再布线金属走线（42），所述硅腔体（5）的正面设有型腔（51），其特征在于：所述再布线金属走线（42）的上下端设置有金属电极（43），所述金属电极（43）包括金属电极Ⅰ（431）、金属电极Ⅱ（432）和金属电极Ⅲ（433），所述金属电极Ⅰ（431）设置在再布线金属走线（42）的上端，金属电极Ⅱ（432）和金属电极Ⅲ（433）设置在再布线金属走线（42）的下端；所述硅腔体（5）设置在高密度布线层（4）的上表面，所述IC芯片Ⅰ（1）正面朝向高密度布线层（4）设置在型腔（51）内，所述IC芯片Ⅰ（1）的芯片电极Ⅰ（11）通过金属微结构（3）与金属电极Ⅰ（431）的上端面连接，?所述IC芯片Ⅱ（2）设置在高密度布线层（4）的下表面，芯片电极Ⅱ（21）通过金属微结构（3）与金属电极Ⅱ（432）的下端面连接，所述金属电极Ⅲ（433）的下端面设置金属柱（8）；所述高密度布线层（4）的背面设置保护层（7），所述保护层（7）包覆IC芯片Ⅱ（2）和金属柱（8），保护层（7）的下表面设置焊球凸点端之金属电极（91），所述焊球凸点端之金属电极（91）与金属电极Ⅲ（433）通过金属柱（8）连接，所述焊球凸点（9）与焊球凸点端之金属电极（91）的下端面连接。...

【技术特征摘要】
1.一种芯片嵌入式堆叠圆片级封装结构，所述封装结构包括带有芯片电极I (11)的IC芯片I (1)、带有芯片电极II (21)的IC芯片II (2)、金属微结构(3)、高密度布线层(4)、硅腔体(5)和焊球凸点(9)，所述金属微结构(3)包括金属微柱(31)和设置在金属微柱(31)顶部的金属微凸点(32)，所述高密度布线层(4)包括介电层(41)和设置在介电层(41)内部的再布线金属走线(42 )，所述硅腔体(5 )的正面设有型腔(51)， 其特征在于所述再布线金属走线(42)的上下端设置有金属电极(43)，所述金属电极(43)包括金属电极I (431)、金属电极II (432)和金属电极111(433),所述金属电极I (431)设置在再布线金属走线(42)的上端，金属电极II (432)和金属电极III (433)设置在再布线金属走线(42)的下端； 所述硅腔体(5)设置在高密度布线层(4)的上表面，所述IC芯片I (1)正面朝向高密度布线层(4)设置在型腔(51)内，所述IC芯片I (I)的芯片电极I (11)通过金属微结构(3)与金属电极I (431)的上端面连接， 所述IC芯片II (2)设置在高密度布线层(4)的下表面，芯片电极II (21)通过金属微结构(3 )与金属电极II (432 )的下端面连接，所述金属电极III (433 )的下端面设置金属柱(8 ); 所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：张黎，赖志明，陈栋，陈锦辉，徐虹，
申请(专利权)人：江阴长电先进封装有限公司，
类型：实用新型
国别省市：