一种高散热扇出型三维异构双面塑封结构及其制备方法与流程

本发明涉及电子封装技术领域，具体涉及一种高散热扇出型三维异构双面塑封结构及其制备方法。

背景技术：

近年来，高密度、多功能、低功耗、小型化成为半导体封装发展的趋势，三维扇出型晶圆级封装则能更好满足此发展需求，也能更好满足终端市场对产品效能和体积的需求。但现有的三维扇出型封装大都采用堆叠的方式进行封装，而采用塑封工艺的扇出型封装在翘曲控制方面非常困难，现有技术的解决方案也大都从材料特性及塑封最终成型方面来降低翘曲。

现有芯片散热技术中，多基于传统封装形式下设置的散热功能，同时，其散热形式往往基于晶片塑封完成后的芯片上添加散热结构，由于中间还间隔了一层塑封料(通常是环氧树脂等材料)，导热性差，致使芯片的散热效率低下。

综上，目前的扇出型封装存在翘曲度高且散热能力不足的问题，严重影响了半导体芯片的质量及性能。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种高散热扇出型三维异构双面塑封结构及其制备方法，可有效减小高散热扇出型三维异构双面塑封结构的翘曲度，并能快速导出晶片散发的热量。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

一方面，提供一种高散热扇出型三维异构双面塑封结构，包括：

芯片塑封体，包括载板、通过散热层贴于所述载板两侧的带铜柱的晶片以及塑封层，所述晶片封装于所述塑封层内，所述芯片塑封体沿其厚度方向开设有若干通孔，且所述晶片的铜柱朝向背离所述载板的一侧并外露于所述塑封层；

种子层，位于所述塑封层远离所述载板的一侧并延伸至所述通孔内以覆盖所述通孔的内壁；

导电铜柱和重布线层，所述导电铜柱位于所述通孔内并与所述种子层上的所述重布线层电性连接，所述重布线层具有焊盘区和非焊盘区；

阻焊层，位于所述塑封层远离所述载板的一侧并覆盖所述重布线层的非焊盘区；

金属凸块，与所述重布线层的焊盘区焊接。

作为高散热扇出型三维异构双面塑封结构的一种优选方案，所述散热层包括贴于所述载板上的散热胶和贴于所述散热胶上的散热金属层，所述散热金属层为镂空结构，所述晶片贴于所述散热胶上并封装于所述塑封层内。

作为高散热扇出型三维异构双面塑封结构的一种优选方案，所述散热金属层为铜箔、铝箔、银箔或者金箔中的任一种。

作为高散热扇出型三维异构双面塑封结构的一种优选方案，所述种子层包括位于所述塑封层和所述通孔内壁的钛金属层以及位于所述钛金属层上的铜金属层。

作为高散热扇出型三维异构双面塑封结构的一种优选方案，所述阻焊层为感光油墨层。

另一方面，提供一种高散热扇出型三维异构双面塑封结构的制备方法，包括以下步骤：

s10、提供载板、散热层以及若干带铜柱的晶片，使所述晶片正面朝向背离所述载板的方向，通过所述散热层将所述晶片分别贴于所述载板的两侧，并采用塑封料将所述晶片封装固定，制得芯片塑封体；

s20、对所述芯片塑封体进行开孔处理，形成贯穿所述芯片塑封体的通孔；

s30、在所述芯片塑封体的两侧以及所述通孔的内壁制作种子层；

s40、在所述通孔内制作导电铜柱以及在所述种子层上制作与所述导电铜柱电性连接的重布线层；

s50、提供金属凸块，在所述重布线层上制作阻焊层，使所述重布线层的焊盘区外露并与所述金属凸块电性连接。

作为高散热扇出型三维异构双面塑封结构的制备方法的一种优选方案，步骤s10具体包括以下步骤：

s11、提供载板和第一散热胶，将所述第一散热胶贴于所述载板沿其厚度方向的第一侧；

s12、提供镂空结构的第一散热金属层，将所述第一散热金属层贴于所述第一散热胶上；

s13、提供若干带铜柱的第一晶片，将所述第一晶片正面朝向背离所述载板的一侧贴于所述第一散热胶上；

s14、采用塑封料将所述第一晶片进行封装处理，塑封料固化后形成第一塑封层；

s15、提供第二散热胶，将所述第二散热胶贴于所述载板与所述第一侧相背的第二侧；

s16、提供镂空结构的第二散热金属层，将所述第二散热金属层贴于所述第二散热胶上；

s17、提供若干带铜柱的第二晶片，将所述第二晶片正面朝向背离所述载板的一侧贴于所述第二散热胶上；

s18、采用塑封料将所述第二晶片进行封装处理，塑封料固化后形成第二塑封层；

s19、对所述第一塑封层、所述第二塑封层进行研磨处理，使所述晶片的铜柱与研磨后的所述第一塑封层的表面平齐，以及所述第二晶片12的铜柱与研磨后的所述第二塑封层的表面平齐。

作为高散热扇出型三维异构双面塑封结构的制备方法的一种优选方案，步骤s40具体包括以下步骤：

s41、通过电镀处理，在所述通孔内制作导电铜柱，以及在所述种子层上制作镀铜层；

s42、提供感光干膜，将所述感光干膜贴于所述镀铜层上；

s43、经过曝光、显影处理，在所述感光干膜上形成使部分所述镀铜层外露于所述感光干膜的图形；

s44、对外露于所述感光干膜的镀铜层和种子层进行蚀刻处理，形成与所述导电铜柱电性连接的所述重布线层；

s45、去除残留的所述感光干膜。

作为高散热扇出型三维异构双面塑封结构的制备方法的一种优选方案，步骤s50具体包括以下步骤：

s51、在所述芯片塑封体及所述重布线层表面涂覆感光油墨；

s52、经过曝光、显影及固化处理，形成使所述重布线层的焊盘区外露的阻焊层；

s53、提供金属凸块，将所述金属凸块植入所述焊盘区与所述重布线层电性连接。

作为高散热扇出型三维异构双面塑封结构的制备方法的一种优选方案，所述第一散热胶和所述第二散热胶的成分相同，均包括石墨烯、硅胶、硅脂、甲基乙烯基聚硅氧烷混合物、甲基氢基聚硅氧烷混合物、氧化铝。

本发明的有益效果：本发明在载板沿其厚度方向的两个侧面分别贴上散热层，将自带铜柱的晶片贴于散热层上并封装于塑封层内形成芯片塑封体；在芯片塑封体内开设通孔，用以电镀导电铜柱，通过导电铜柱实现载板两侧的晶片的线路连通，并且通过散热层将晶片的热量快速导出至塑封层外，由于在载板的两侧分别封装晶片，且封装完成后不需要拆除载板，因此可以有效减少翘曲。与现有技术相比，本发明的高散热扇出型三维异构双面塑封结构的外形尺寸小，且三维堆叠密度大，散热效果好，可保持功能芯片的运行流畅性，进而改善半导体芯片的质量及性能，还能有效减少翘曲。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明实施例中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面所描述的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明一实施例所述的一散热胶贴于载板一侧的中间产品的剖视示意图。

图2是本发明一实施例所述的一散热金属层贴于散热胶上的中间产品的剖视示意图一。

图3是本发明一实施例所述的一散热金属层贴于散热胶上的中间产品的剖视示意图二。

图4是本发明一实施例所述的带铜柱的晶片贴于散热胶上的中间产品的剖视示意图。

图5是本发明一实施例所述的带铜柱的晶片封装于一塑封层内的中间产品的剖视示意图。

图6是本发明一实施例所述的另一散热层贴于载板另一侧的中间产品的剖视示意图。

图7是本发明一实施例所述的另一带铜柱的晶片贴于另一散热层上的中间产品的剖视示意图。

图8是本发明一实施例所述的带铜柱的晶片封装于另一塑封层内的中间产品的剖视示意图。

图9是本发明一实施例所述的载板两侧的塑封层研磨后的中间产品的剖视示意图。

图10是本发明一实施例所述的芯片塑封体钻孔及制作种子层后的中间产品的剖视示意图。

图11是本发明一实施例所述的制作edl层后的中间产品的剖视示意图。

图12是本发明一实施例所述的制作阻焊层及焊接金属凸块后的产品剖视示意图。

图中：

1、芯片塑封体；11、载板；12、晶片；13、塑封层；14、散热胶；15、散热金属层；

2、种子层；

3、导电铜柱；

4、重布线层；

5、阻焊层；

6、金属凸块。

具体实施方式

下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。

其中，附图仅用于示例性说明，表示的仅是示意图，而非实物图，不能理解为对本专利的限制；为了更好地说明本发明的实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。

本发明实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件；在本发明的描述中，需要理解的是，若出现术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。

在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，若出现术语“连接”等指示部件之间的连接关系，该术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个部件内部的连通或两个部件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

如无具体说明，本发明的高散热扇出型三维异构双面塑封结构的制备方法中所用到的各种原料均可市售购得，或根据本技术领域的常规方法制备得到。

如图12所示，本发明的实施例提供一种高散热扇出型三维异构双面塑封结构，包括：

芯片塑封体1，包括载板11、通过散热层贴于所述载板11两侧的带铜柱的晶片12以及塑封层13，所述晶片12封装于所述塑封层13内，所述芯片塑封体1沿其厚度方向开设有若干通孔，且所述晶片12的铜柱朝向背离所述载板11的一侧并外露于所述塑封层13；

种子层2，位于所述塑封层13远离所述载板11的一侧并延伸至所述通孔内以覆盖所述通孔的内壁；

导电铜柱3和重布线层4，所述导电铜柱3位于所述通孔内并与所述种子层2上的所述重布线层4电性连接，所述重布线层4具有焊盘区和非焊盘区；

阻焊层5，位于所述塑封层13远离所述载板11的一侧并覆盖所述重布线层4的非焊盘区；

金属凸块6，与所述重布线层4的焊盘区焊接。

本实施例中，如无特殊说明，术语“覆盖”均指包裹住某个部件与其他部件非接触的外表面。例如，阻焊层5覆盖重布线层4的非焊盘区，指的是阻焊层5包裹住重布线层4的非焊盘区与种子层2非接触的表面。

可选地，金属凸块6为锡焊料、银焊料或者金锡合金焊料，金属凸块6的具体形状不受限制。

本实施例在载板11沿其厚度方向的两个侧面分别贴上散热层，将自带铜柱的晶片12贴于散热层上并封装于塑封层13内形成芯片塑封体1；在芯片塑封体1内开设通孔，用以电镀导电铜柱3，通过导电铜柱3实现载板11两侧的晶片12的线路连通，并且通过散热层将晶片12的热量快速导出至塑封层13外，由于在载板11的两侧分别封装晶片12，且封装完成后不需要拆除载板11，因此可以有效减少翘曲。与现有技术相比，本实施例的高散热扇出型三维异构双面塑封结构的外形尺寸小，且三维堆叠密度大，散热效果好，可保持晶片12的运行流畅性，进而改善半导体芯片的质量及性能，还能有效减少翘曲。

进一步地，所述散热层包括贴于所述载板11上的散热胶14和贴于所述散热胶14上的散热金属层15，所述散热金属层15为镂空结构，所述晶片12贴于所述散热胶14上并封装于所述塑封层13内。由于散热金属层15为镂空结构，散热金属层15可直接嵌入至散热胶14内，使散热金属层15不突出于散热胶14的表面，从而可以使晶片12贴于散热胶14上，便于后续封装处理。

可选地，所述散热金属层15为铜箔、铝箔、银箔或者金箔中的任一种，但不限于此，凡是具有高导热性的金属层都适用于本发明。

其中，所述种子层2包括位于所述塑封层13上和所述通孔内壁的钛金属层以及位于所述钛金属层上的铜金属层。其中，钛金属层的附着力高、电导率优良且厚度均匀，通过钛金属层可以将铜金属层稳定附着在塑封层13上。

当然，本实施例的种子层2不限于两层结构(钛金属层、铜金属层)，也可以为单层或者两层以上的结构。种子层2的材料也不限于两种单一的金属材料层叠组合，也可以为一种单一金属材料，或者合金材料，能够实现重布线层4稳定附着于芯片塑封体1上即可，具体不再赘述。

本实施例中，所述阻焊层5为感光油墨层。采用感光油墨作为阻焊层5，既可以起到保护重布线层4的作用，又能通过曝光、显影、蚀刻去除部分种子层2和镀铜层。

所述重布线层4为至少一层结构，即可以根据实际需求设计为一层、两层、三层甚至三层以上结构。

其中，所述晶片12的铜柱与所述塑封层13的表面平齐，便于后续散热胶14稳定贴附在塑封层13表面并覆盖晶片12的铜柱。

可选地，所述载板11为bt、fr4、fr5、pp、emc、abf或者pi材质。

可选地，塑封层13的材料包括聚酰亚胺、硅胶和emc(epoxymoldingcompound，环氧塑封料)，本实施例优选emc，即所述塑封层13为环氧树脂封装层，可以使晶片12稳定贴合在载板11上，起到保护晶片12的作用。

如图1至12所示，本发明的实施例还提供一种高散热扇出型三维异构双面塑封结构的制备方法，包括以下步骤：

s10、提供载板11、散热层以及若干带铜柱的晶片12，使所述晶片12正面朝向背离所述载板11的方向，通过所述散热层将所述晶片12分别贴于所述载板11的两侧，并采用塑封料将所述晶片12封装固定，制得芯片塑封体1，参考图1-9；

s20、对所述芯片塑封体1进行开孔处理，形成贯穿所述芯片塑封体1的通孔；具体地，通过镭射对芯片塑封体1进行开孔处理，开孔处理后的还需要进行plasma清洗，以去除镭射开孔时产生的残渣；

s30、在所述芯片塑封体1的两侧以及所述通孔的内壁制作种子层2，参考图10；

s40、在所述通孔内制作导电铜柱3以及在所述种子层2上制作与所述导电铜柱3电性连接的重布线层4，参考图11；

s50、提供金属凸块6，在所述重布线层4上制作阻焊层5，使所述重布线层4的焊盘区外露并与所述金属凸块6电性连接，参考图12。

通过在载板11的两侧分别通过散热层贴附晶片12，并采用塑封料将晶片12分别封装在载板11的两侧，以提高晶片12的散热速率；随后在制得的芯片封装体1中进行开孔处理，并在形成的通孔中制作种子层2以及导电铜柱3，以实现载板11两侧的晶片12对应的重布线层4的线路导通，制得的高散热扇出型三维异构双面塑封结构分割后无需拆除载板，有效改善了高散热扇出型三维异构双面塑封结构出现的翘曲问题。

本实施例中，载板11的两侧用以封装晶片12的塑封料完全相同，可以进一步减少翘曲。

进一步地，步骤s10具体包括以下步骤：

s11、提供载板11和一散热胶14(第一散热胶)，将所述散热胶14贴于所述载板11沿其厚度方向的第一侧，参考图1；其中，载板11材料可为bt(bismaleimidetriazineresin)、fr4、fr5、pp、emc、abf或pi材料中的一种，但不限于此。

s12、提供一镂空结构的散热金属层15(第一散热金属层)，将所述散热金属层15贴于所述散热胶14上，参考图2、图3；图3中a是指晶片12的贴装位置。

s13、提供若干带铜柱的晶片12，将所述晶片12正面朝向背离所述载板11的一侧贴于所述散热胶14上，参考图4；

s14、采用塑封料将所述晶片12进行封装处理，塑封料固化后形成塑封层13(第一塑封层)，参考图5；

s15、提供另一散热胶14(第二散热胶)，将该散热胶14贴于所述载板11与所述第一侧相背的第二侧；

s16、提供另一镂空结构的散热金属层15(第二散热金属层)，将该散热金属层15贴于散热胶14上，参考图6；

s17、提供若干带铜柱的晶片12(第二晶片)，将所述晶片12正面朝向背离所述载板11的一侧贴于所述散热胶14上，参考图7；

s18、采用塑封料将所述晶片15进行封装处理，塑封料固化后形成塑封层13(第二塑封层)，参考图8。

s19、对两个塑封层13(第一塑封层、第二塑封层)进行研磨处理，使载板11两侧的晶片12(第一晶片、第二晶片)的铜柱分别与对应的研磨后的塑封层13的表面平齐，参考图9。

进一步地，本实施例中的步骤s40采用减成法制作重布线层4，具体包括以下步骤：

s41、通过电镀处理，在所述通孔内制作导电铜柱3，以及在所述种子层2上制作镀铜层；

s42、提供感光干膜，将所述感光干膜贴于所述镀铜层上；

s43、经过曝光、显影处理，在所述感光干膜上形成使部分所述镀铜层外露于所述感光干膜的图形；

s44、对外露于所述感光干膜的镀铜层和种子层2进行蚀刻处理，形成与所述导电铜柱3电性连接的所述重布线层4；

s45、去除残留的所述感光干膜。

其中，电镀制备导电铜柱3和镀铜层的方法、蚀刻种子层2和镀铜层的方法等均为现有技术，具体不再赘述。

进一步地，步骤s50具体包括以下步骤：

s51、在所述芯片塑封体1及所述重布线层4表面涂覆感光油墨；

s52、经过曝光、显影及固化处理，形成使所述重布线层4的焊盘区外露的阻焊层5；

s53、提供金属凸块6，将所述金属凸块6植入所述焊盘区与所述重布线层4电性连接。

本实施例中，所述第一散热胶和所述第二散热胶为永久性散热胶，两者成分相同，均包括石墨烯、硅胶、硅脂、甲基乙烯基聚硅氧烷混合物、甲基氢基聚硅氧烷混合物、氧化铝。

在本发明的另一实施例中，其与上述实施例基本相同，区别在于采用半加成法制作重布线层4，具体不再赘述。

本发明基于扇出型封装技术制作的高散热扇出型三维异构双面塑封结构不但能够实现三维方向堆叠密度更大、外形尺寸更小，而且在数百毫米尺寸范围下，可同时在多个晶片背面设置散热胶和覆盖散热金属层，大大地改善晶片的散热性能，进而改善半导体芯片的质量及性能，还能有效减少翘曲。

以上实施例仅用来说明本发明的详细方法，本发明并不局限于上述详细方法，即不意味着本发明必须依赖上述详细方法才能实施。所属技术领域的技术人员应该明白，对本发明的任何改进，对本发明产品各原料的等效替换及辅助成分的添加、具体方式的选择等，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。