多层布线的晶圆级三维封装结构的制作方法

本发明涉及一种多层布线的晶圆级三维封装结构，属于集成电路的封装技术领域。

背景技术：

随着电子系统的功能不断增强，布线和安装密度越来越高，高密度、低成本已成为当前微电子产品的发展趋势，这些因素促进了晶圆级三维叠层等先进封装技术的发展。

典型的晶圆级三维叠层封装通过芯片与垂直互连转接板扇出型封装实现可重构二维集成，再通过三维微组装实现可重构单元的三维垂直互连。它具有成本低、生产周期短、集成密度高等优点，可用于高性能系统封装。穿透硅通孔使得叠层有效，重布线技术（即rdl）是晶圆级三维封装的另一项必需的关键工艺技术，用于实现功能芯片到信号引出端（i/o）的转移。但由于rdl技术受布线层数的限制，使得晶圆级三维叠层封装难以满足互连关系较复杂的设计。

为了满足当前微电子系统高密度、高复杂性布线的发展要求，亟需发展一种多层布线的晶圆级三维封装结构。

技术实现要素：

本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种多层布线的晶圆级三维封装结构，采用多层布线转接板来增加布线层数，并采用可提高生产效率的垂直互连转接板采用侧边垂直互连转接方法，将二维集成结构堆叠形成三维封装结构，实现高密度、多布线层的晶圆级封装。

为了解决上述技术问题，本发明提供了如下的技术方案：

本发明实施例提供一种多层布线的晶圆级三维封装结构，所述三维封装结构由若干个二维集成结构通过金属焊料上下互连组成；所述二维集成结构包括第一二维集成结构和第二二维集成结构；其中，第一二维集成结构包括功能芯片（1）、垂直互连转接板（5）、填充材料（4）和再布线层（3），功能芯片（1）、垂直互连转接板（5）同一水平面放置且通过填充材料（4）封装为一个整体，在所得结构表面设有再布线层（3）；再布线层（3）实现功能芯片（1）的信号引出端转移；第二二维集成结构包括多层布线转接板（2）、垂直互连转接板（5）、填充材料（4）和再布线层（3），多层布线转接板（2）、垂直互连转接板（5）同一水平面放置且通过填充材料（4）封装为一个整体，在所得结构表面设有再布线层（3）；再布线层（3）实现多层布线转接板（2）的信号引出端转移；该三维封装结构通过多层布线转接板（2）实现布线层数的增加。

可选的，所述多层布线转接板（2），是根据系统的电互连设计要求采用cmos工艺制作而成；所述多层布线转接板（2），实现晶圆级三维封装结构的多层布线。

可选的，所述垂直互连转接板（5）是根据功能芯片（1）电互连设计要求，截取相应尺寸的预制的通孔节距固定的垂直互连转接板圆片所得。

可选的，功能芯片（或多层布线转接板）、垂直互连转接板同一水平放置，通过再布线导电金属实现信号互连。

可选的，所述三维封装结构由若干个二维集成结构通过垂直互连转接板（5）背面焊球（7）实现垂直方向互连组成。

本发明实施例还提供一种制备多层布线的晶圆级三维封装结构的方法，所述方法包括如下步骤：

步骤a.采用晶圆级cmos工艺，根据系统的电互连设计要求制作多层布线转接板；

步骤b.采用预制的通孔节距固定的垂直互连转接板圆片，根据系统电互连设计要求以系统信号引出端数量的具体要求，通过划片截取得到相应尺寸的垂直互连转接板5；

步骤c.将功能芯片1和垂直互连转接板5先临时贴装到一个载片8上，功能芯片1正面面向载片8；

步骤d.对载片8上的功能芯片1和垂直互连转接板5进行封装，采用侧边垂直互连转接板方法将垂直互连转接板5封装于功能芯片1侧边，然后将载片8取下；

步骤e.将多层布线转接板2和垂直互连转接板5先临时贴装到一个载片9上，多层布线转接板2正面面向载片9；

步骤f.对载片9上的多层布线转接板2和垂直互连转接板5进行封装，采用侧边垂直互连转接板方法将垂直互连转接板5封装于多层布线转接板2侧边，然后将载片9取下；

步骤g.在步骤d、f所得结构表面制作再布线层（rdl）3，实现系统信号引出端（i/o）的转移，从而制得二维集成结构；

步骤h.所得的二维集成结构之间通过垂直互连转接板5、背面焊球7实现上下垂直方向上互连，从而制备得到三维封装结构。

根据系统的电互连设计要求，制作多层布线转接板，再与垂直互连转接板集成后进行三维堆叠，实现了晶圆级三维封装布线层数的增加，弥补了晶圆级封装受rdl布线层数限制的弊端，可满足当前微电子系统高密度、高复杂性布线的发展需求，用于复杂高性能系统的封装；

采用预制的通孔节距固定的垂直互连转接板圆片，根据功能芯片电互连设计要求，截取得到相应的垂直互连转接板，简化和固定了工艺过程，提高了封装效率；

采用侧边垂直互连转接板的方法实现3d互连，简化了互连方式，实现了封装结构的高密度化；

可实现三维封装的可重构性：固化了二维集成结构的封装模式，从而达到两个目的，一是三维堆叠前后如有不合格或功能缺失的二维集成结构，可以便捷的替换；二是可以灵活组合二维集成结构，实现三维封装的多样化。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简要介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明一种多层布线的晶圆级三维封装结构的多层布线转接板圆片；

图2是本发明一种多层布线的晶圆级三维封装结构的预制的通孔节距固定的垂直互连转接板圆片；

图3是本发明一种多层布线的晶圆级三维封装结构功能芯片、垂直互连转接板的二维集成结构示意图；

图4是本发明一种多层布线的晶圆级三维封装结构多层布线转接板、垂直互连转接板的二维集成结构示意图；

图5是本发明一种多层布线的晶圆级三维封装结构示意图。

其中，1-功能芯片，2-多层布线转接板，3-再布线层，4-填充材料，5-垂直互连转接板，6-布线层，7-焊球，8-载片，9-载片。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步地详细描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部份实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

下面结合附图对本发明作进一步说明。

如图5所示，本发明一种多层布线的晶圆级三维封装结构，由若干个二维集成结构通过焊球7实现z向互连组成三维封装结构；

所述二维集成结构包括第一二维集成结构和第二二维集成结构两种类型；其中，第一二维集成结构包括功能芯片（1）、垂直互连转接板（5）、填充材料（4）和再布线层（3），功能芯片（1）、垂直互连转接板（5）同一水平面放置且通过填充材料（4）封装为一个整体，在所得结构表面设有再布线层（3）；通过再布线层将功能芯片1的信号引出端i/o连接至垂直互连转接板；

第二二维集成结构包括多层布线转接板（2）、垂直互连转接板（5）、填充材料（4）和再布线层（3），多层布线转接板（2）、垂直互连转接板（5）同一水平面放置且通过填充材料（4）封装为一个整体，在所得结构表面设有再布线层（3）；通过再布线层将多层布线转接板2的信号端口连接至垂直互连转接板；

该三维封装结构通过多层布线转接板（2）实现布线层数的增加。

该三维封装结构的制备方法，包括以下步骤：

（1）采用晶圆级cmos工艺，根据系统的电互连设计要求制作多层布线转接板；

（2）采用一种高效的工艺设计，即采用如图2所示的预制的（通用工艺制备）通孔节距固定的垂直互连转接板圆片，根据系统电互连设计要求以系统信号引出端数量的具体要求，通过划片截取得到相应尺寸的垂直互连转接板5；

（3）将功能芯片1和垂直互连转接板5先临时贴装到一个载片8上，功能芯片1正面面向载片8；

（4）对载片8上的两种器件（功能芯片1和垂直互连转接板5）进行封装，垂直互连转接板5封装于功能芯片1侧边（采用侧边垂直互连转接板方法），然后将载片8取下；

（5）将多层布线转接板2和垂直互连转接板5先临时贴装到一个载片9上，多层布线转接板2正面面向载片9；

（6）对载片9上的两种器件（多层布线转接板2和垂直互连转接板5）进行封装，垂直互连转接板5封装于多层布线转接板2侧边（采用侧边垂直互连转接板方法），然后将载片9取下；

（7）通过光刻但不限于光刻的方式在上述所得结构表面制作再布线层（rdl）3，实现系统信号引出端（i/o）的转移，从而制得二维集成结构，如图3、图4所示。

（8）所得的二维集成结构之间通过垂直互连转接板5、背面焊球7实现上下垂直方向上（z向）互连，从而制备得到三维封装结构，如图5所示。通过结构a、b增加了晶圆级三维封装的布线层数，实现微电子系统高密度、高复杂性布线的封装集成。

尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。