本发明涉及封装技术，尤其涉及一种微电子封装及其制造方法。
背景技术：
随着系统复杂性与操作速度的增加，集成电路(Integrated Circuit，IC)的功耗急剧地增加。另外，随着VLSI(Very Large Scale Integration，超大规模集成电路)技术的不可避免的缩放，IC电源电压持续下降。
降低标称的(nominal)电源电压会伴随着设备噪声边限的降低，使得元件更易受到电源噪声的攻击。此噪声由动态AC(Alternating Current，交流)电压波动与DC(Direct Current，直流)电压降(即，IR降)组成，其中AC电压波动是当今配电系统中固有的频率相关分布式寄生所导致的。
在微电子系统中，系统的IR降可划分为三部分：片上，封装与板。由于电阻性损耗严重(因为管芯上电网的精细特征尺寸)，因此片上IR降已被广泛地研究。为了降低IR降和改善电源完整性，一般在封装基板的顶面上安装或者在封装基板内设置解耦电容。但是，上述的基板级解耦电容仍不够靠近封装中的IC管芯以处理片上IR降。
技术实现要素：
有鉴于此，本发明实施例提供了一种微电子封装及其制造方法。
本发明实施例提供了一种微电子封装的制造方法，包括：提供封装基板，具有至少一个由模塑料围绕的芯片；在该芯片上形成重分布层结构，该重分布层结构包括：n层金属互连，其中n为大于或等于2的整数，其中多个凸块垫以及多个表面安装器件SMD垫设置在该n层金属互连的最顶层中；形成覆盖该重分布层结构的钝化层；对该钝化层执行光刻工艺以在该钝化层中形成SMD开口和多个凸块垫开口，其中该多个凸块垫分别通过该多个凸块垫开口露出，该多个SMD垫通过该SMD开口露出；分别通过该多个凸块垫开口在该多个凸块垫上形成凸块；以及将被动元件安装在该多个SMD垫上。
其中，每个该凸块包括：金属立杆和该金属立杆上的焊料层。
其中，在将该被动元件安装在该多个SMD垫上之前，该方法进一步包括：执行预清洗工艺以从该多个SMD垫的露出的顶面移除不期望的物质。
其中，该被动元件的厚度介于20～30微米之间，或者，该被动元件的顶面低于每个该凸块的顶面。
本发明实施例提供了一种微电子封装的制造方法，包括：提供封装基板，具有至少一个由模塑料围绕的芯片；在该芯片上形成重分布层结构，该重分布层结构包括：n层金属互连，其中n为大于或等于2的整数，其中多个凸块垫设置在该n层金属互连的最顶层中；形成覆盖该重分布层结构的钝化层；对该钝化层执行光刻工艺以在该钝化层中形成多个凸块垫开口，其中该多个凸块垫分别通过该多个凸块垫开口露出；在该钝化层上形成多个凸块下金属UBM垫和多个表面安装器件SMD垫；分别在该多个UBM垫上形成焊料球或凸块；以及将被动元件安装在该多个SMD垫上。
其中，在该钝化层上形成该多个UBM垫和该多个SMD垫包括：在该钝化层上形成遮罩层；对该遮罩层执行光刻工艺以在该遮罩层中形成多个开口；以及执行电镀工艺以分别在该多个开口中形成该多个UBM垫以及该多个SMD垫。
其中，在该钝化层上形成该多个UBM垫和该多个SMD垫之后，移除该遮罩层。
本发明实施例提供了一种微电子封装的制造方法，包括：提供封装基板，具有至少一个由模塑料围绕的芯片；在该芯片上形成重分布层结构，该重分布层结构包括：介电层以及n层金属互连，其中至少该n层金属互连的最顶层位于该介电层上而其余层位于该介电层中，其中n为大于或等于2的整数，其中多个凸块垫设置在该n层金属互连的该最顶层中，以及多个表面安装器件SMD垫设置在该n层金属互连的该其余层中；形成覆盖该重分布层结构的钝化层；对该钝化层执行光刻工艺以在该钝化层中形成多个凸块垫开口，以及在该钝化层和该介电层中形成SMD开口，其中该多个凸块垫分别通过该多个凸块垫开口露出，以及该多个SMD垫通过该SMD开口露出；分别通过该多个凸块垫开口在该多个凸块垫上形成多个凸块；以及将被动元件安装在该SMD开口内的该多个SMD垫上。
其中，在将该被动元件安装在该多个SMD垫上之前，该方法进一步包括：执行预清洗工艺以从该多个SMD垫的露出的顶面移除不期望的物质。
其中，该钝化层包括：聚酰亚胺层；或者，该凸块包括：C4凸块；或者，该被动元件包括：解耦电容、电阻、电感或集成被动元件。
本发明实施例提供了一种微电子封装，包括：封装基板，具有至少一个由模塑料围绕的芯片；重分布层结构，形成于该芯片上，该重分布层结构包括：n层金属互连，其中n为大于或等于2的整数，其中多个凸块垫以及多个表面安装器件SMD垫设置在该n层金属互连的最顶层中；钝化层，覆盖该重分布层结构并且具有SMD开口和多个凸块垫开口，其中该SMD开口露出该多个SMD垫，该多个凸块垫开口分别露出该多个凸块垫；多个凸块，分别通过该多个凸块垫开口而形成于该多个凸块垫上；以及被动元件，安装在该多个SMD垫上。
其中，每个该凸块包括：金属立杆和该金属立杆上的焊料层。
本发明实施例提供了一种微电子封装，包括：封装基板，具有至少一个由模塑料围绕的芯片；重分布层结构，形成于该芯片上，该重分布层结构包括：介电层以及n层金属互连，其中至少该n层金属互连的最顶层位于该介电层上而其余层位于该介电层中，其中n为大于或等于2的整数，其中多个凸块垫设置在该n层金属互连的该最顶层中，以及多个表面安装器件SMD垫设置在该n层金属互连的该其余层中；钝化层，覆盖该重分布层结构并且具有多个凸块垫开口，分别露出该多个凸块垫，该钝化层与该介电层具有SMD开口，露出该多个SMD垫；多个凸块，分别通过该多个凸块垫开口而形成于该多个凸块垫上；以及被动元件，安装在该多个SMD垫上。
本发明实施例提供了一种微电子封装，包括：封装基板，具有至少一个由模塑料围绕的芯片；重分布层结构，形成于该芯片上，该重分布层结构包括：n层金属互连，其中n为大于或等于2的整数；钝化层，覆盖该重分布层结构；多个凸块下金属UBM垫和多个SMD垫，形成于该钝化层上；多个焊料球或凸块，分别形成于该多个UBM垫上；以及被动元件，安装在该多个SMD垫上；其中，该多个UBM垫与该多个表面安装器件SMD垫具有相同的结构和组成。
本发明实施例的有益效果是：可以节约微电子封装制造过程的成本。
附图说明
图1～图5为根据本发明一些实施例的剖面示意图，用来显示制造具有表面安装的被动元件的微电子封装的方法；
图6～图9为根据本发明另一些实施例的剖面示意图，用来显示制造具有表面安装的被动元件的微电子封装的方法；以及
图10～图13为根据本发明又另一些实施例的剖面示意图，用来显示制造具有表面安装的被动元件的微电子封装的方法。
具体实施方式
为了使本发明所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明实施例提供了一种方法，用于制造改善的微电子封装，该改善的微电子封装具有表面安装的被动元件，例如非常贴近IC管芯而设置的解耦电容，本发明实施例的方法所制造的微电子封装能够降低IR降以及改善电源完整性，并且具有成本效应。
图1～5为根据本发明一些实施例的剖面示意图，显示了制造微电子封装的方法，该微电子封装具有表面安装的被动元件，诸如非常贴近IC管芯而设置的解耦电容。
如图1所示，提供了一封装基板1。例如，该封装基板1可以包括：扇出的晶圆级封装(Wafer-Level-Package，WLP)。该封装基板1包括：芯片(或管芯)10。该芯片10具有主动面10a以及四个侧面10b。该芯片10的该四个侧面10b由模塑料12密封与围绕。多个输入/输出(Input/output，I/O)垫11提供在该主动面10a上。
一RDL(Re-distribution Layer，重分布层)结构13直接形成于该主动面10a上以扇出该多个I/O垫11，从而形成多个具有宽松的接垫节距的凸块垫131。取决于设计要求，RDL结构13可以包括：n层金属(如铜)互连。根据示出的实施例，n为大于或等于2的整数。凸块垫131位于最顶层的金属互连中。
根据示出的实施例，例如，RDL结构13可以包括：在介电层136中的两个较低层的金属互连L1和L2，以及介电层136上的最顶层的金属互连L3。该多个凸块垫131设置在最顶层的金属互连L3中。
根据示出的实施例，较低层的金属互连可以通过金属通孔130互连至较高层的金属互连。另外，根据示出的实施例，SMD(Surface Mount Device，表面安装器件)垫132包括：设置在最顶层的金属互连L3中的接地I/O垫132a以及电源I/O垫132b。
根据示出的实施例，例如，钝化层14(如聚酰亚胺层)覆盖最顶层的金属互连L3。钝化层14可以由光敏材料组成。然后，对钝化层14进行光刻工艺(lithographic process)以形成多个开口(凸块垫开口)141和一个开口(SMD开口)142。可以理解的是，根据另一实施例，可以在钝化层14中形成多个SMD开口142。
通过该多个开口141，分别露出下面的凸块垫131。通过开口142，露出下面的接地I/O垫132a和电源I/O垫132b。在一些实施例中，上述的聚酰亚胺层可以由低温PBO(polybenzoxazole，聚苯并恶唑)组成，但是不限制于此。
如图2所示，遮罩层15形成于该钝化层14上。例如，遮罩层15可以由光敏材料组成。然后，对遮罩层15执行光刻工艺以形成对应该多个开口141的多个开口151，同时开口142完全地被遮罩层15所覆盖。
接着，执行电镀(plating)工艺以在每个开口151中形成凸块250(如C4凸块)，该凸块250包括但不限于：金属立杆(metal stud)251，诸如铜立杆，以及该金属立杆251上的焊料层252。尽管在附图中没有明确地显示，但是可以理解的是，每个凸块250可以进一步包括：UBM(Under-Bump Metallization，凸块下金属)层。
如图3所示，在形成凸块250之后，移除遮罩层15。露出钝化层14，开口142、接地I/O垫132a以及电源I/O垫132b。
如图4所示，执行焊料回流工艺(C4凸块回流)。该回流工艺可以在可编程的烤箱或炉内执行，例如具有电阻加热器或者红外(infrared，IR)照射器的可编程的烤箱或炉，并且根据焊料的组成，该回流工艺可以在大致200～300℃的回流温度下执行。
如图5所示，在执行回流工艺之后，实施预清洗工艺以从接地I/O垫132a与电源I/O垫132b的露出的顶面移除不期望的物质。接着，直接在接地I/O垫132a和电源I/O垫132b上安装离散的被动元件30，例如解耦电容、电阻、电感或者任意合适的集成被动元件(Integrated Passive Device，IPD)。通过使用拾取和放置技术，将该被动元件30安装至接地I/O垫132a和电源I/O垫132b上，但并不限制于此。接着，执行焊料回流工艺(SMD回流)以将该被动元件30坚固地附着至SMD垫132。
根据示出的实施例，该被动元件30可以为解耦电容并且可以包括：端部302和304。根据示出的实施例，端部302和304分别电性连接至接地I/O垫132a和电源I/O垫132b。
根据示出的实施例，该被动元件30可以具有厚度t，该厚度t介于20～30微米。由于SMD垫132设置在RDL结构13的最顶层的金属互连L3中，因此该被动元件30的顶面低于每个凸块250的顶面。
图6至9为根据本发明另一些实施例的剖面示意图，用于显示制造微电子封装的方法，该微电子封装具有表面安装的被动元件，其中类似的符号表示类似的层、区域或元件。
如图6所示，提供一封装基板2。该封装基板2包括：扇出的晶圆级封装。该封装基板2包括：至少一芯片(或管芯)10。该芯片10具有主动面10a以及四个侧面10b。该芯片10的四个侧面10b被模塑料12密封和围绕。于该主动面10a上提供多个I/O垫11。
类似地，RDL结构13直接形成于该主动面10a上以扇出该多个I/O垫11，从而形成多个具有更宽松的接垫节距的凸块垫131。取决于设计要求，该RDL结构13可以包括：n层金属(如铜)互连，其中n为大于或等于2的整数，并且凸块垫131位于最顶层的金属互连中。
根据示出的实施例，例如，RDL结构13可以包括：两个在介电层136中的较低层的金属互连L1和L2，以及介电层136上的最顶层的金属互连L3。多个凸块垫131设置在最顶层的金属互连L3中。
根据示出的实施例，例如，最顶层的金属互连L3可以被钝化层14覆盖，诸如聚酰亚胺层。钝化层14可以由光敏材料组成。然后，对钝化层14进行光刻工艺以形成多个开口(凸块垫开口)141。通过该多个开口141，分别露出下面的凸块垫131。
接着，在钝化层14上形成遮罩层16。例如，遮罩层16可以由光敏材料组成，诸如光致抗蚀剂层。然后，对遮罩层16执行光刻工艺以形成对应该多个开口141的多个开口161，以及用于SMD垫形成的多个开口162。
接着，执行电镀工艺以在每个开口161中形成UBM垫351以及在每个开口162中形成SMD垫352。UBM垫351和SMD垫352在图案化的钝化层14上以大致保形(conformal)的方式形成，从而覆盖凸块垫131的露出的上表面，开口141的侧面以及钝化层14的上表面。
根据示出的实施例，UBM垫351和SMD垫352包括：多个单独的层，每个单独的层可以分别适于提供必要的粘附力，阻挡(barrier)，保护和导电特性。根据所示的实施例，UBM垫351和SMD垫352具有相同的膜结构及膜组成。
例如，UBM垫351和SMD垫352可以包括但不限于：TiW/CrCu/Cu(titanium-tungsten/chromium-copper/copper)层堆叠，Cr/CrCu/Cu(chromium/chromium-copper/copper)层堆叠，TiW/Cu(titanium-tungsten/copper)层堆叠，Ti/Cu/Ni(titanium/copper/nickel)层堆叠，TiW/NiV/Cu(titanium-tungsten/nickel-vanadium/copper)层堆叠，等等。
如图7所示，在形成UBM垫351和SMD垫352之后，移除遮罩层16。
如图8所示，接着，分别在各个UBM垫351上形成焊球或凸块(如C4凸块)450。
如图9所示，执行预清洗工艺以从SMD垫352的露出的顶面移除不希望的物质。接着，在SMD垫352上直接安装被动元件，诸如解耦电容、电阻、电感或任意合适的IPD。
根据示出的实施例，被动元件30可以为解耦电容并且可以包括：端部302和304。根据示出的实施例，通过使用焊料，端部302和304分别电性连接至SMD垫352。执行焊料回流工艺以将被动元件30坚固地附着至SMD垫352。
图10至13为根据本发明又另一些实施例的剖面示意图，用于显示制造微电子封装的方法，该微电子封装具有表面安装的被动元件，其中类似的符号表示类似的层、区域或元件。
如图10所示，提供了封装基板3。例如，该封装基板3可以包括：扇出的晶圆级封装。该封装基板3包括：芯片(或管芯)10。该芯片10具有主动面10a以及四个侧面10b。该芯片10a的该四个侧面10b被模塑料12密封及围绕。在该主动面10a上提供多个输入/输出(I/O)垫11。
RDL结构13直接形成于该主动面10a上以扇出该多个I/O垫11，从而形成多个具有宽松的接垫节距的凸块垫131。取决于设计要求，RDL结构13可以包括：n层金属(如铜)互连。根据示出的实施例，n为大于或等于2的整数。凸块垫131位于最顶层的金属互连中。
根据示出的实施例，例如，RDL结构13可以包括：两个在介电层136中的较低层的金属互连L1和L2，以及在介电层136上的最顶层的金属互连L3。多个凸块垫131设置在最顶层的金属互连L3中。
根据示出的实施例，较低层的金属互连可以通过金属通孔130互连至较高层的金属互连。另外，根据示出的实施例，SMD垫132包括：接地I/O垫132a和电源I/O垫132b，均设置在最底层的金属互连L1中。
根据示出的实施例，例如，最顶层的金属互连L3可以被钝化层14覆盖，诸如聚酰亚胺层。钝化层14可以由光敏材料组成。对钝化层14进行光刻工艺以形成多个开口(凸块垫开口)141以及一个开口(SMD开口)142。可以理解的是，根据另一实施例，于钝化层14中可以形成多个SMD开口142。
可以理解的是，可以在不同的光刻工艺中完成SMD开口142的形成以及凸块垫开口141的形成，并且可能需要额外的蚀刻工艺来形成该SMD开口142。这些光刻工艺及蚀刻工艺在本领域中为已知的并且省略其详细内容。
通过开口141，分别露出该多个凸块垫131。通过开口142，露出接地I/O垫132a和电源I/O垫132b。在实施例中，上述的聚酰亚胺层可以由低温PBO组成，但是不限制于此。
如图11所示，遮罩层15形成于钝化层14上。例如，遮罩层15可以由光敏材料组成。接着，对遮罩层执行光刻工艺以形成对应开口141的开口151，同时开口142被遮罩层15完全覆盖。
接着，执行电镀工艺以在每个开口151中形成凸块250(如C4凸块)，其中凸块250包括但不限于：金属立杆(metal stud)251，诸如铜立杆，以及在该金属立杆上的焊料层252。尽管在附图中没有明确地示出，但是可以理解的是，每个凸块250可以进一步包括UBM层。
如图12所示，在形成凸块250之后，移除遮罩层15。露出钝化层14，开口142以及接地I/O垫132a与电源I/O垫132b。接着，执行焊料回流(如C4凸块回流)工艺。该回流工艺可以在可编程的烤箱或炉内执行，例如该可编程的烤箱或炉具有电阻加热器或者红外(IR)照射器，并且根据焊料的组成，该回流工艺可以在大致200～300℃的回流温度下执行。在执行回流工艺之后，实施预清洗工艺以从接地I/O垫132a与电源I/O垫132b的露出的顶面移除不期望的物质。
接着，如图13所示，将被动元件30直接安装在接地I/O垫132a和电源I/O垫132b上，该被动元件30例如为解耦电容、电阻、电感或者任意合适的IPD。通过使用拾取和放置技术，将离散的被动元件安装至接地I/O垫132a和电源I/O垫132b上，但并不限制于此。接着，执行焊料回流工艺(SMD回流)以将被动元件30坚固地附着至SMD垫132。
根据示出的实施例，被动元件32可以为解耦电容并且可以包括：端部302和304。根据示出的实施例，端部302和304分别电性连接至接地I/O垫132a和电源I/O垫132b。
SMD垫132设置在SMD开口142中的最底层的金属互连L1内，并且该SMD开口142部分地凹陷进介电层136中以确保该离散的被动元件30的顶面低于每个凸块250的顶面。可以理解的是，SMD垫132也可以设置于RDL结构的其他层的金属互连内。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。