晶圆级芯片封装结构的制作方法

1.本实用新型涉及半导体制造技术领域，特别涉及后段封装领域，具体涉及一种晶圆级芯片封装结构。


背景技术：

2.随着集成电路技术的飞速发展，器件集成度日益提高而线宽尺寸日益缩小，给芯片封装带来的挑战越来越大。现有的晶圆级芯片封装技术中，都是在晶圆级芯片上制备出电性引出结构后，再将外部芯片电连接至晶圆级芯片上，之后再通过毛细底部填充技术(underfill)将外部芯片包覆，即外部芯片位于晶圆级芯片底部的毛细填充层中。这种方式制备流程比较复杂，导致封装成本上升，且因底部填充层的存在导致封装出的器件尺寸偏大和器件散热性能不佳。


技术实现要素：

3.鉴于以上所述现有技术的缺点，本实用新型的目的在于提供一种晶圆级芯片封装结构，用于解决现有的晶圆级芯片封装技术中，将外部芯片设置于晶圆级芯片底部的毛细填充层中，因底部填充层的存在导致封装出的器件尺寸偏大和器件散热性能不佳，且因结构层的增加导致器件制备流程复杂、器件制备成本高等问题。
4.为实现上述目的及其他相关目的，本实用新型提供一种晶圆级芯片封装结构，包括重新布线层、第一焊球、芯片、smt元件和塑封层；所述重新布线层具有相对的第一表面和第二表面，所述重新布线层包括介质层和金属凸块；所述第一焊球位于所述重新布线层的第一表面，且均与所述金属凸块电连接；所述塑封层位于所述重新布线层的第二表面；所述芯片和smt元件间隔设置于所述塑封层内，且均与所述金属凸块电连接。
5.可选地，所述介质层内形成有开孔，所述开孔显露出所述金属凸块，所述芯片上设置有第二焊球，所述第二焊球位于所述开孔内，所述芯片经所述第二焊球倒装焊接于所述金属凸块上。
6.更可选地，所述开孔的上部开口尺寸大于下部开口尺寸。
7.可选地，所述第二焊球和第一焊球均为两个以上。
8.可选地，所述第一焊球和第二焊球包括铜球、金球、锡球和合金球中的任意一种。
9.可选地，所述第一焊球和第二焊球上下一一对应。
10.可选地，所述塑封层包括聚酰亚胺层、硅胶层以及环氧树脂层中的一种。
11.可选地，所述金属凸块包括金块、银块、镍块、钛块、铜块和铝块中的任意一种。
12.可选地，所述smt元件包括有源元件和/或无源元件。
13.可选地，所述smt元件包括电阻、电感和电容中的一个或两个以上。
14.如上所述，本实用新型的晶圆级芯片封装结构，具有以下有益效果：本实用新型将外部芯片和smt元件包覆在塑封层内，muf(模塑底部填充)层代替了传统underfill(毛细底部填充)层应用在晶圆级(wafer level)先进集成封装中，使得封装出的器件结构层减少，
不仅可同时满足不同元器件塑封需求，又可以使得器件的封装工艺简化，降低器件的封装成本，且使芯片中不同材料结合面减少，有助于提高器件电热性能和传输性能，降低器件失效的风险，提高器件可靠性。另外，本实用新型采用金属凸块(bump)对晶圆级芯片进行互连，可确保上下层良好导通。
附图说明
15.图1显示为本实用新型提供的晶圆级芯片封装结构的例示性截面结构示意图。
16.图2-11显示为图1的晶圆级芯片封装结构在制备过程中于各步骤所呈现出的例示性截面结构示意图。
17.元件标号说明
18.11
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介质层
19.12
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金属凸块
20.13
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第一焊球
21.14
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芯片
22.15
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smt元件
23.16
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塑封层
24.17
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第二焊球
25.18
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载体
26.19
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分离层
27.20
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临时基底
28.21
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切割台
29.22
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开孔
具体实施方式
30.以下通过特定的具体实例说明本实用新型的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本实用新型的其他优点与功效。本实用新型还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本实用新型的精神下进行各种修饰或改变。如在详述本实用新型实施例时，为便于说明，表示器件结构的剖面图会不依一般比例作局部放大，而且所述示意图只是示例，其在此不应限制本实用新型保护的范围。此外，在实际制作中应包含长度、宽度及深度的三维空间尺寸。
31.为了方便描述，此处可能使用诸如“之下”、“下方”、“低于”、“下面”、“上方”、“上”等的空间关系词语来描述附图中所示的一个元件或特征与其他元件或特征的关系。将理解到，这些空间关系词语意图包含使用中或操作中的器件的、除了附图中描绘的方向之外的其他方向。此外，当一层被称为在两层“之间”时，它可以是所述两层之间仅有的层，或者也可以存在一个或多个介于其间的层。
32.在本技术的上下文中，所描述的第一特征在第二特征“之上”的结构可以包括第一和第二特征形成为直接接触的实施例，也可以包括另外的特征形成在第一和第二特征之间的实施例，这样第一和第二特征可能不是直接接触。
33.需要说明的是,本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本实用新型的基本构想，遂图式中仅显示与本实用新型中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。为使图示尽量简洁，各附图中并未对所有的结构全部标示。
34.如图1所示，本实用新型提供一种晶圆级芯片14封装结构，包括重新布线层、第一焊球13、芯片14、smt元件15和塑封层16；所述重新布线层具有相对的第一表面和第二表面，所述重新布线层包括介质层11和金属凸块12；所述第一焊球13位于所述重新布线层的第一表面，且均与所述金属凸块12电连接；所述塑封层16位于所述重新布线层的第二表面；所述芯片14和smt元件15间隔设置于所述塑封层16内，且均与所述金属凸块12电连接。本实用新型将外部芯片和smt元件包覆在塑封层内，muf(模塑底部填充)层代替了传统underfill(毛细底部填充)层应用在晶圆级(wafer level)先进集成封装中，使得封装出的器件结构层减少，不仅可同时满足不同元器件塑封需求，又可以使得器件的封装工艺简化，降低器件的封装成本，且使芯片中不同材料结合面减少，有助于提高器件电热性能和传输性能，降低器件失效的风险，提高器件可靠性。另外，本实用新型采用金属凸块(bump)对晶圆级芯片进行互连，可确保上下层良好导通。
35.在一示例中，所述介质层11内形成有开孔，所述开孔显露出所述金属凸块12，所述芯片14上设置有第二焊球17，所述第二焊球17位于所述开孔内，所述芯片14经所述第二焊球17倒装焊接于所述金属凸块12上。这样的结构设置有助于提高芯片14和金属凸块12电连接的可靠性。在进一步的示例中，所述开孔的上部开口尺寸大于下部开口尺寸，以使第二焊球17能稳固设置于该开孔内。
36.所述第二焊球17和第一焊球13可以为单个，但较佳地均为两个以上，以确保电性连接。所述第一焊球13和第二焊球17包括但不限于铜球、金球、锡球和合金球中的任意一种。所述第一焊球13和第二焊球17优选上下一一对应，以确保电性连接。
37.作为示例，所述塑封层16包括但不限于聚酰亚胺层、硅胶层以及环氧树脂层中的一种。
38.作为示例，所述金属凸块12包括但不限于金块、银块、镍块、钛块、铜块和铝块中的任意一种。
39.作为示例，所述smt元件15可以为有源元件和/或无源元件。比如，所述smt元件15可以包括电阻、电感和电容中的一个或两个以上。
40.为使本实用新型的技术方案和优点更加突出，下面示例性示意本实用新型的晶圆级芯片14封装结构的制备过程，包括如下步骤：
41.提供载体18，于所述载体18上形成所述重新布线层；所述载体18可以为单层或多层结构，具体可参考图2所示，为便于后续结构的剥离，作为示例，在提供所述载体18后，还可以采用包括但不限于涂布工艺于所述载体18表面形成分离层19，得到的结构如图3所示；之后于所述分离层19上形成所述重新布线层，所述重新布线层包括所述介质层11和位于所述介质层11表面的多个间隔分布的金属凸块12，该步骤后得到的结构如图4所示；
42.于所述重新布线层上植球(ball mount)形成第一焊球13，所述第一焊球13与所述金属凸块12电连接，该步骤后得到的结构如图5所示；
43.将所述载体18剥离，并将剥离载体18后得到的结构转移至临时基底20上以显露出
所述重新布线层，该步骤得到的结构如图6所示；比如在事先形成有uv树脂材料的分离层19的情况下，可自载体18背面(未形成有其他结构的表面)进行激光照射以剥离所述载体18；
44.采用包括但不限于激光刻蚀工艺于所述介质层11中形成开孔22以显露出所述金属凸块12，得到如图7所示的结构，之后将所述smt元件15贴装到所述金属凸块12上(参考图8)，以及将芯片14经所述开孔22倒装焊接至所述金属凸块12上(参考图9)；
45.形成塑封层16，所述塑封层16将所述芯片14和smt元件15包覆，具体可以参考图10所示；
46.去除所述临时基底20，最终得到如图1所示的结构。
47.由于晶圆上同时形成有多个功能芯片，故依上述步骤封装出的结构具有多个独立器件，因而通常还需要将图1所示的结构转移到切割台21上进行切割，以最终得到一个个独立的器件。
48.作为示例，形成所述重新布线层的工艺为，先采用包括但不限于气相沉积工艺于所述载体18上形成介质层11，然后采用包括但不限于溅射法、电镀法、化学镀等方法中的一种或多种的结合于介质层11表面形成金属材料层，之后对金属材料层进行光刻刻蚀以形成多个独立的所述金属凸块12。所述介质层11的材质包括但不限于环氧树脂、硅胶、pi、pbo、bcb、氧化硅、磷硅玻璃，含氟玻璃中的一种或多种的结合，还可以为其他高k介质材料；所述金属凸块12包括金块、银块、镍块、钛块、铜块和铝块中的任意一种(优选铜层)。所述介质层11和所述金属凸块12均可以为单层或多层结构，但需确保不同层的金属凸块12相互电连接。
49.所述载体18主要起到支撑作用，避免器件制备过程中发生弯曲变形等不良。作为示例，所述载体18包括但不限于玻璃、硅基底、蓝宝石基底、陶瓷基底、金属基底等具有一定硬度且不容易发生弯曲变形的基板。本实施例中优选玻璃基底等透明基底，这有助于后续在剥离所述分离层19时可自载体18的背面进行uv光照射以使所述载体18自所述分离层19处剥离。在制备所述分离层19前，可以先对载体18进行清洗及干燥。
50.所述分离层19可以为单层或多层结构，比如可以包括释放层和位于释放层表面的保护层。具体地，所述释放层包括但不限于碳材料层、树脂材料层和有机材料层中的一种或多种的结合，所述保护层包括但不限于聚酰亚胺层。比如所述载体18为玻璃等透明基底而所述分离层1912为uv树脂层，在后续剥离时可自载体18背面照射所述分离层19以使其脱落，由此实现剥离。所述分离层19也可以为lthc光热转换层，后续步骤可以基于激光等方法对所述lthc光热转换层进行加热，以使所述载体18自所述lthc光热转换层处分离，降低剥离的工艺难度，防止器件损伤。所述分离层19的形成方法可以根据其材料而定，比如可以选自旋涂法、喷涂法、直接贴附等方法中的一种或多种。
51.所述临时基底20的材质可与所述载体18材质相同，包括但不限于玻璃、硅基底、蓝宝石基底、陶瓷基底、金属基底等具有一定硬度且不容易发生弯曲变形的基板，且表面同样可以形成有分离材料层以便于后续剥离。
52.作为示例，可以采用包括但不限于压缩成型、传递模塑成型、液封成型、真空层压及旋涂中等方法中的一种或多种的结合形成所述塑封层16，所述塑封层16的材质包括但不限于聚酰亚胺、硅胶以及环氧树脂中的一种或多种的结合。
53.综上所述，本实用新型提供一种晶圆级芯片封装结构，包括重新布线层、第一焊
球、芯片、smt元件和塑封层；所述重新布线层具有相对的第一表面和第二表面，所述重新布线层包括介质层和金属凸块；所述第一焊球位于所述重新布线层的第一表面，且均与所述金属凸块电连接；所述塑封层位于所述重新布线层的第二表面；所述芯片和smt元件间隔设置于所述塑封层内，且均与所述金属凸块电连接。本实用新型将外部芯片和smt元件包覆在塑封层内，muf层代替了传统underfill层应用在晶圆级先进集成封装中，使得封装出的器件结构层减少，不仅可同时满足不同元器件塑封需求，又可以使得器件的封装工艺简化，降低器件的封装成本，且使芯片中不同材料结合面减少，有助于提高器件电热性能和传输性能，降低器件失效的风险，提高器件可靠性。另外，本实用新型采用金属凸块对晶圆级芯片进行互连，可确保上下层良好导通。所以，本实用新型有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。
54.上述实施例仅例示性说明本实用新型的原理及其功效，而非用于限制本实用新型。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本实用新型的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本实用新型所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本实用新型的权利要求所涵盖。