一种扇出型芯片封装结构及其制造方法与流程

本发明涉及集成电路封装技术领域，尤其涉及一种扇出型芯片封装结构及其制造方法。

背景技术：

随着各种可穿戴类电子设备以及无源电子器件的需求增长，移动消费类客户需要实现器件小型化和更高集成度。所以电子装置的集成度越来越高，系统级封装(sip,system-in-package)越来越多的应用到不同的领域。系统级封装的优势在于可以将多颗异质芯片或器件，如有源器件、无源器件、芯片、mems或光学器件等集成组装到一起，实现特定功能的单个封装体，从而形成一个系统或子系统。目前的集成方式，主要是将前期封装好的器件或其他封好的异质芯片，通过二次封装的方法集成到一个封装体中，达到高度集成的目的。该传统的方法，成本高、工序繁多、精度有限，且体积较大。

扇出型封装先进封装技术，由于其不需要中介层(interposer)、填充物(underfill)与导线，并且省略黏晶、打线等制程，大多采用重新布线(re-distribution)与凸块(bumping)技术在芯片表面或背面形成i/o布线，并且逐步占据了市场地位。虽然现有的扇出型封装结构有很多优点，如设计灵活、较好的电性能及热性能、高频应用、高密度布线和成本更低，但也存在如下问题：1)在载板上贴片，然后进行塑封，通过临时键合的方式，解决翘曲对后续工艺的影响，这种方式工序多，工艺相对较复杂，且拆键合容易造成碎片(如图1所示英飞凌的ewlb技术利用载板进行埋入式塑封晶圆重构技术，以及图2所示的英飞凌另一篇专利us6727576所披露的技术)；2)通过常规的pi工艺和电镀工艺进行rdl线路制作，但是线宽线距较大，不适合高端应用；3)载板需要经过键合和临时键合后拆除，成本较高。

技术实现要素：

针对现有技术中存在的扇出型封装采用的载板技术带来的拆键合风险和高成本，以及利用pi工艺和电镀工艺进行rdl线路制作，rdl线宽线距较大，不适合高端应用等问题，本领域急需一种扇出型芯片封装结构及其制造方法，既能具有扇出型封装的诸种优点，又能至少部分克服上述载板技术带来的高风险和高成本缺陷。

根据本发明的一个实施例，提供一种扇出型芯片封装结构，包括：

玻璃基板；

设置在所述玻璃基板内部的导电通孔；

设置在所述玻璃基板正面的芯片，所述芯片电连接至所述导电通孔；

位于所述玻璃基板正面且覆盖所述芯片的塑封层；

设置在所述玻璃基板背面的第一重新布局布线层，所述第一重新布局布线层电连接至所述导电通孔电；以及

设置在所述玻璃基板背面的外接焊球。

在本发明的一个实施例中，该扇出型芯片封装结构还包括设置在所述玻璃基板正面与所述塑封层之间的粘结层。

在本发明的一个实施例中，所述芯片的数量大于等于2个。

在本发明的一个实施例中，所述第一重新布局布线层为n层布线层，其中n≥2。

在本发明的一个实施例中，该扇出型芯片封装结构还包括设置在所述玻璃基板正面的第二重新布局布线层，所述第二重新布局布线层电连接至所述导电通孔和所述芯片。

在本发明的一个实施例中，所述第二重新布局布线层为n层布线层，其中n≥2。

在本发明的另一个实施例中，提供一种扇出型芯片封装结构的制造方法，包括：

在玻璃基板正面形成第一重新布局布线层；

将芯片焊接至玻璃基板正面的第一重新布局布线层上的对应位置，并塑封形成塑封保护层；

在玻璃基板的背面形成导电通孔；

在玻璃基板背面制作形成第二重新布局布线层；以及

形成外接焊球。

在本发明的另一个实施例中，形成所述第一重新布局布线层的方法为大马士革电镀工艺。

在本发明的又一个实施例中，一种扇出型芯片封装结构的制造方法，包括：

通过粘接层将芯片固定玻璃基板正面的对应位置，并形成塑封保护层；

在玻璃基板的背面形成导电通孔；

在玻璃基板背面制作形成新布局布线层；以及

形成外接焊球。

在本发明的又一个实施例中，通过粘接层将芯片固定玻璃基板正面的对应位置包括对多颗芯片进行固定。

本发明提供的扇出型芯片封装结构及其制造方法，采用在玻璃基板上制作rdl线路后，将玻璃基板作为永久性材料留在封装体内，省略了临时键合和拆键合的工序，在降低破片风险的同时大大降低了封装成本。玻璃基板起到双重作用：1)玻璃基板可以作为载板的布线层一面，相对塑封重构表面，其表面平整、翘曲小，有利于精细线路的制作；2)玻璃基板可以作为rdl的钝化层，实现精细线路的工艺，线路制作工艺选择灵活，既可以使用常规的pi工艺的rdl线路制作，也可以使用大马士革工艺制作更细的线路。

附图说明

为了进一步阐明本发明的各实施例的以上和其它优点和特征，将参考附图来呈现本发明的各实施例的更具体的描述。可以理解，这些附图只描绘本发明的典型实施例，因此将不被认为是对其范围的限制。在附图中，为了清楚明了，相同或相应的部件将用相同或类似的标记表示。

图1示出本发明的现有技术提供的一种利用载板进行埋入式塑封晶圆重构技术的剖面示意图。

图2示出本发明的现有技术提供的另一种利用载板扇出型封装的剖面示意图。

图3示出根据本发明的一个实施例的一种扇出型芯片封装结构300的剖面示意图。

图4示出根据本发明的另一个实施例的一种扇出型芯片封装结构400的剖面示意图。

图5a至图5f示出根据本发明的一个实施例形成一种扇出型芯片封装结构400的过程剖面投影示意图。

图6示出的是根据本发明的一个实施例形成一种扇出型芯片封装结构400的流程图。

具体实施方式

在以下的描述中，参考各实施例对本发明进行描述。然而，本领域的技术人员将认识到可在没有一个或多个特定细节的情况下或者与其它替换和/或附加方法、材料或组件一起实施各实施例。在其它情形中，未示出或未详细描述公知的结构、材料或操作以免使本发明的各实施例的诸方面晦涩。类似地，为了解释的目的，阐述了特定数量、材料和配置，以便提供对本发明的实施例的全面理解。然而，本发明可在没有特定细节的情况下实施。此外，应理解附图中示出的各实施例是说明性表示且不一定按比例绘制。

在本说明书中，对“一个实施例”或“该实施例”的引用意味着结合该实施例描述的特定特征、结构或特性被包括在本发明的至少一个实施例中。在本说明书各处中出现的短语“在一个实施例中”并不一定全部指代同一实施例。

需要说明的是，本发明的实施例以特定顺序对工艺步骤进行描述，然而这只是为了方便区分各步骤，而并不是限定各步骤的先后顺序，在本发明的不同实施例中，可根据工艺的调节来调整各步骤的先后顺序。

本发明提供一种扇出型芯片封装结构及其制造方法，采用在玻璃基板上制作rdl线路后，将玻璃基板作为永久性材料留在封装体内，省略了临时键合和拆键合的工序，在降低破片风险的同时大大降低了封装成本。玻璃基板起到双重作用：1)玻璃基板可以作为载板的布线层一面，相对塑封重构表面，其表面平整、翘曲小，有利于精细线路的制作；2)玻璃基板可以作为rdl的钝化层，实现精细线路的工艺，线路制作工艺选择灵活，既可以使用常规的pi工艺的rdl线路制作，也可以使用大马士革工艺制作更细的线路。

下面结合图3来详细描述根据本发明一个实施例的一种扇出型芯片封装结构。图3示出根据本发明的一个实施例的一种扇出型芯片封装结构300的剖面示意图。如图3所示，该扇出型芯片封装结构300进一步包括玻璃基板301、导电通孔302、粘接层303、第一芯片304、第二芯片305、芯片焊接结构306、塑封层307、重新布局布线层309、介质层309以及外接焊球310。

玻璃基板301是该扇出型芯片封装结构300的主要部件，玻璃基板在该结构中作为永久材料使用，首先，起到基板对封装体的支撑作用，具有较好的刚性，从而避免或减小了封装的翘曲缺陷；其次，由于玻璃基板的表面平整便于后续的重新布局布线工艺的实施；再次，还可以在玻璃基板上采用大马士革电镀工艺形成精细线路的制作，而玻璃基板本身可以起到钝化层的作用；同时，由于玻璃基板的透明特性，光线可以透过玻璃传输，可以方便的进行光学传感器的集成。

导电通孔302位于玻璃基板301的内部，通常是通过通孔后填充导电材料形成，通孔的工艺包括激光通孔、干法刻蚀、湿法刻蚀等工艺完成，导电材料的填充可以通过电镀、化学镀、沉积、印刷等工艺形成。与硅基转接板相比，玻璃基板301的通孔制作成本低廉，因为玻璃基板的材质是良好的钝化层，其与铜等金属的扩散系数较大，不容易形成铜玷污，因此在制作时不需要进行侧壁阻挡层等高成本工艺。

粘接层303位于玻璃基板301的上表面，用于将芯片固定到玻璃基板的对应位置。粘接层303的材料可在加热等条件下粘在玻璃上，如半固化材料等。

第一芯片304和第二芯片305设置在基板基板301上表面的对应位置，第一芯片304和第二芯片305通过芯片焊接结构306与位于玻璃基板内的导电通孔302形成电连接。第一芯片304和第二芯片305可以为类似芯片或者是异质芯片。在本发明的一个实施例中，第一芯片304为处理器、mcu、fpga、dsp等逻辑处理芯片，第二芯片304为存储器。此外，第二芯片304还可以为集成无源器件(ipd)、mems传感器等。

塑封层307位于玻璃基板的上表面，设置成包裹第一芯片304和第二芯片305。塑封层307起到对第一芯片304和第二芯片305的电学以、化学以及机械等保护作用。

重新布局布线层309位于玻璃基板301的背面，玻璃基板301的背面与上表面相对。重新布局布线层309通过位于玻璃基板301内的导电通孔302以及芯片焊接结构306与芯片形成电连接。在本发明的一个实施例中，重新布局布线层309可以为一层或多层，具体的层数根据封装设计制作形成。重新布局布线层309通常通过电镀工艺形成。

介质层309位于玻璃基板301的背面，用于对重新布局布线层309的同层导电线路间和/或不同重新布局布线层间的电隔离。在本发明的一个实施例中，最外层的重新布局布线层309的对应位置设置有外接焊盘(图中未示出)。

外接焊球310形成在最外层重新布局布线层309的对应位置上，起到与外接系统的电和/或信号连接作用。在本发明的一个实施例中，外接焊球310为通过植球工艺形成的无铅焊球。然而本领域的技术人员应该了解，外接焊球310还可以为铜柱等其他结构，可以通过电镀等其他工艺形成。

下面结合图4来详细描述根据本发明另一实施例的一种扇出型芯片封装结构。图4示出根据本发明的另一个实施例的一种扇出型芯片封装结构400的剖面示意图。

如图4所示，该扇出型芯片封装结构400与扇出型芯片封装结构300的不同之处仅在于在玻璃基板401的上表面形成有第二重新布局布线层403。第二重新布局布线层403在玻璃基板401上预制作形成，可以通过大马士革电镀工艺或者普通加成法电镀工艺制作形成，可以为微米或亚微米级的精细线路。如图3的重新布局布线层308类似，第二重新布局布线层403也可以根据设计具有一层或多层结构。

由于在玻璃基板401上表面形成有第二重新布局布线层403，在芯片贴装时就不用粘接层了，可以通过倒装焊等工艺直接将芯片贴装到对应位置。

下面结合图5a至图5f以及图6来详细描述形成一种扇出型芯片封装结构400的过程。图5a至图5f示出根据本发明的一个实施例形成一种扇出型芯片封装结构400的过程剖面投影示意图；图6示出的是根据本发明的一个实施例形成一种扇出型芯片封装结构400的流程图。

首先，在步骤601，如图5a所示，在芯片501和芯片502的表面形成焊接结构503。在本发明的一个实施例中，可以在晶圆级芯片的表面通过电镀同意形成导电铜柱，然后再进行晶圆减薄、切割分离，形成单颗具有焊接结构的功能芯片。在本发明的一个实施例中，第一芯片501可以为处理器、mcu、fpga、dsp等逻辑处理芯片，第二芯片502可以为存储器。此外，第二芯片502还可以为集成无源器件(ipd)、mems传感器等。

接下来，在步骤602，如图5b所示，在玻璃基板504正面形成第一重新布局布线层505。第一重新布局布线层505可以根据设计具有一层或多层，其中在最外层的重新布局布线层上还设置有芯片焊盘。在本发明的一个实施例中，第一重新布局布线层505是通过大马士革电镀工艺形成在玻璃基板504正面的精细线路，玻璃基板本身起到了介质层的作用。在本发明的有一实施例中，第一重新布局布线层505是通过加成法电镀形成，这样在第一重新布局布线层505的同层导电线路间以及不同的重新布局布线层间设置有第一介质层506，以起到电隔离和增强机械结合力的作用。

然后，在步骤603，如图5c所示，将芯片501和芯片502焊接至玻璃基板504正面的第一重新布局布线层505上的对应位置；然后在对芯片501和芯片502进行塑封，形成塑封保护层507。在本发明的一个实施例中，芯片501和芯片502通过芯片焊接结构503倒装焊至第一重新布局布线层505的芯片焊盘位置。在本发明的又一实施例中，由于玻璃基板504的正面没有重新布局布线层，芯片无法倒装焊接固定，所以通过在玻璃基板504上设置粘接层从而将芯片对准固定到玻璃基板504的对应准确位置。

接下来，在步骤604，如图5d所示，在玻璃基板504的背面形成导电通孔508。具体形成导电通孔508的方法可进一步包括通过激光刻蚀、干法刻蚀、湿法刻蚀等工艺在玻璃基板504的对应位置形成通孔，然后通过电镀、沉积或者印刷等工艺进行导电材料的填充完成导电通孔508的制作。导电通孔508与第一重新布局布线层505电连接。

然后，在步骤605，如图5e所示，在玻璃基板504背面制作形成第二重新布局布线层509。第二重新布局布线层509可以根据设计具有一层或多层，第二重新布局布线层509与导电通孔508电连接，其中在最外层的重新布局布线层上还可设置有外接焊盘。同时在第二重新布局布线层509的同层导电线路间和/或不同重新布局布线层间形成介电层510实现电隔离。

最后，在步骤606，如图5f所示，在玻璃基板504背面形成外接焊球511。外接焊球511与第二重新布局布线层509电连接，用于整体封装结构和外接系统的电和/信号互连，其中外接焊球511可以是通过电镀、植球等工艺形成的焊球或铜柱。

本发明提供的扇出型芯片封装结构及其制造方法，采用在玻璃基板上制作rdl线路后，将玻璃基板作为永久性材料留在封装体内，省略了临时键合和拆键合的工序，在降低破片风险的同时大大降低了封装成本。玻璃基板起到双重作用：1)玻璃基板可以作为载板的布线层一面，相对塑封重构表面，其表面平整、翘曲小，有利于精细线路的制作；2)玻璃基板可以作为rdl的钝化层，实现精细线路的工艺，线路制作工艺选择灵活，既可以使用常规的pi工艺的rdl线路制作，也可以使用大马士革工艺制作更细的线路。同时相对于现有技术还具有通过fan-out方式，可以实现多种异质芯片的集成；省略了tsv打孔工艺，成本大大降低；由于是采用了玻璃作为基板，其透明的特性，可以进行mems传感器件的集成，光线可通过透明玻璃射入；强度较高，相对ewlb工艺，翘曲较小；rdl可选工艺比较灵活；实现工艺较常规、简单；实现轻薄短小的封装等优点。

尽管上文描述了本发明的各实施例，但是，应该理解，它们只是作为示例来呈现的，而不作为限制。对于相关领域的技术人员显而易见的是，可以对其做出各种组合、变型和改变而不背离本发明的精神和范围。因此，此处所公开的本发明的宽度和范围不应被上述所公开的示例性实施例所限制，而应当仅根据所附权利要求书及其等同替换来定义。