系统级封装及其制备方法与流程

本申请涉及半导体封装，尤其涉及一种系统级封装及其制备方法。

背景技术：

随着电子设备的发展，在架构和功能上一直在走加法，集成功能越来越多，但是作为面向用户的产品，外形尺寸导致内部空间受限，对电子元件尺寸和厚度要求越来越高。系统级封装技术使电子元件的集成度越来越高，将电子元件在架构上由2d空间往3d空间的堆叠架构延伸。但是在实现了平面上更高的集成度的同时，电子元件在厚度上也受到限制，所以要求解决在三维空间的体积上集成度是未来先进封装技术的发展方向。

技术实现要素：

本申请实施例提供一种系统级封装结构及制备方法，采用晶圆级封装或板级封装工艺将系统中有源或无源器件采用先进的半导体工艺实现系统级互连，即rdl的半导体工艺方法。从而替代传统封装中的封装基板，使有源或无源器件之间金属互连层以及金属层间介质层厚度降低，实现封装薄型化。

第一方面，提供了一种系统级封装，包括：第一重布线层rdl；设置在所述第一rdl正面的第一电子元件，所述第一电子元件与所述第一rdl电连接；设置在所述第一rdl正面的第一化合物，所述第一电子元件包封在所述第一化合物中；设置在所述第一rdl背面的第二电子元件，所述第二电子元件与所述第一rdl电连接；设置在所述第一rdl背面的第二化合物，所述第二电子元件包封在第二化合物中；其中，所述第一电子元件为裸片或无源器件中的至少一种，所述第二电子元件为二次封装的器件。。

根据本申请实施例，采用rdl作为系统互连再分布层，并在rdl的外界互连侧集成裸片，二次封装的器件或无源器件，从而突破了对系统器件限制要求，且通过半导体工艺加工rdl来替代较厚的封装基板实现系统内部互连，满足了2层及以上器件分布情况下产品对器件厚度要求，提高了系统封装中3d空间集成度。

结合第一方面，在第一方面的某些实现方式中，所述系统级封装还包括：第二rdl；设置在所述第一rdl与所述第二rdl之间的第一互连铜柱，所述第一互连铜柱用于使所述第一rdl与所述第二rdl之间电连接。

根据本申请实施例，可以集成更多层封装从而形成叠层封装技术的封装结构。可以在第一rdl结构的系统级封装上方集成另外一个扇出型系统级封装结构。同样的，也可以为单电子元件的封装结构。可以在相同的占地面积内，更好的提升所述系统级封装的集成度。

结合第一方面，在第一方面的某些实现方式中，所述系统级封装还包括：设置在所述第二rdl的远离所述第一rdl的面的第三电子元件，所述第三电子元件与所述第二rdl电连接；设置在所述第二rdl的远离所述第一rdl的面的第三化合物，所述第三电子元件包封在所述第三化合物中。

根据本申请实施例，可以在第二rdl表面设置电子器件，可以采用扇出的方式，也可以采用正装，倒装或其他工艺方式。

结合第一方面，在第一方面的某些实现方式中，所述系统级封装还包括：封装基板；设置在所述第一rdl与所述封装基板之间的第二互连铜柱，所述第二互连铜柱用于使所述第一rdl与所述封装基板之间电连接。

根据本申请实施例，可以集成更多层封装从而形成叠层封装技术的封装结构。可以在第一rdl结构的系统级封装上方设置传统技术中的封装基板同样的，也可以为单电子元件的封装结构。可以在相同的占地面积内，更好的提升所述系统级封装的集成度。

结合第一方面，在第一方面的某些实现方式中，所述系统级封装还包括：设置在所述封装基板的远离所述第一rdl的面的第四电子元件，所述第四电子元件与所述封装基板电连接；设置在所述封装基板的远离所述第一rdl的面的第四化合物，所述第四电子元件包封在所述第四化合物中。

根据本申请实施例，可以在封装基本表面设置电子器件，可以采用正装，倒装或其他工艺方式。

结合第一方面，在第一方面的某些实现方式中，所述系统级封装还包括：至少一个铜核锡球，所述铜核锡球一端与所述第一rdl电连接，另一端位于所述系统级封装外侧，用于与外部电路电连接。

根据本申请实施例，铜核锡球可以为具有铜核的锡球，铜核锡球可以在后组装工艺中保持一定高度，避免多次回流过程中bga焊球塌陷。

结合第一方面，在第一方面的某些实现方式中，所述第二电子元件通过正装、倒装或smt中的至少一种方式设置在第一rdl背面。

结合第一方面，在第一方面的某些实现方式中，所述第一电子元件通过扇出工艺设置在第一rdl正面。

结合第一方面，在第一方面的某些实现方式中，所述系统级封装还包括：第五电子元件，与所述第一rdl电连接，所述第五电子元件为裸片或无源器件中的至少一种。

根据本申请实施例，第一rdl背面也可以设置无源器件或裸片，可以有效提升系统级封装的集成度。

第二方面，提供了一种制备系统级封装的方法，包括：准备承载板，所述承载板用于实现电子元件的临时贴装及位置固定；将扇出的第一电子元件以外引出的焊盘面朝下的方式贴装固定在所述承载板上；通过塑封工艺将所述第一电子元件埋置在第一化合物中；拆除所述承载板；通过半导体或液晶lcd的工艺方法制作嵌入到第一化合物器件中向外扇出的第一rdl，所述第一电子元件与所述第一rdl电连接；在将要贴装第二电子元件或第五电子元件的所述第一rdl的表面进行处理；在所述第一rdl的表面贴装所述第二电子元件或所述第五电子元件，所述第二电子元件或所述第五电子元件与所述第一rdl电连接；通过塑封工艺将所述第二电子元件或所述第五电子元件埋置在第二化合物中；在扇出面外部互连输入输出i/o穿透模塑通孔tmv或焊球加工，用于与外部电路电连接。

结合第二方面，在第二方面的某些实现方式中，所述在将要贴装第二电子元件或第五电子元件的所述第一rdl的表面进行处理之后，所述方法还包括：在所述第一rdl的表面植铜柱。

结合第二方面，在第二方面的某些实现方式中，所述在将要贴装第二电子元件或第五电子元件的所述第一rdl的表面进行处理之后，所述方法还包括：在所述第一rdl的表面电镀导电柱。

结合第二方面，在第二方面的某些实现方式中，所述通过塑封工艺将所述第二电子元件或所述第五电子元件埋置在第二化合物中之后，所述方法还包括：通过减薄工艺将嵌埋在第二化合物内的所述铜柱或所述导电柱露出来。

附图说明

图1是本申请实施例提供的电子设备的示意图。

图2是本申请实施例提供的一种系统级封装的结构示意图。

图3是本申请实施例提供的另一种系统级封装的结构示意图。

图4是本申请实施例提供的另一种系统级封装的结构示意图。

图5是本申请实施例提供的又一种系统级封装的结构示意图。

图6是本申请实施例提供的系统级封装集成在电子设备中的示意图。

图7至图17是本申请实施例提供系统级封装的制备方法的示意图。

具体实施方式

下面将结合附图，对本申请中的技术方案进行描述。

本申请实施例中的电子设备可以是手机、平板电脑、笔记本电脑、智能手环、智能手表、智能头盔、智能眼镜等。电子设备还可以是蜂窝电话、无绳电话、会话启动协议(sessioninitiationprotocol，sip)电话、无线本地环路(wirelesslocalloop，wll)站、个人数字助手(personaldigitalassistant，pda)、具有无线通信功能的手持设备、计算设备或连接到无线调制解调器的其它处理设备、车载设备，5g网络中的电子设备或者未来演进的公用陆地移动通信网络(publiclandmobilenetwork，plmn)中的电子设备等，本申请实施例对此并不限定。

图1是本申请实施例提供的电子设备的示意图，在此，以电子设备为手机进行说明。

如图1所示，电子设备具有类似立方体的形状，可以包括边框10和显示屏20，边框10和显示屏20均可以安装在中框上(图中未示出)，边框10可以分为上边框、下边框、左边框、右边框，这些边框相互连接，在连接处可以形成一定的弧度或倒角。

电子设备还包括设置于内部的印刷电路板(printedcircuitboard，pcb)，pcb上可以设置电子元件，电子元件可以包括电容、电感、电阻、处理器、摄像头、闪光灯、麦克风、电池等，但不限于此。

边框10可以是为金属边框，比如铜、镁合金、不锈钢等金属，也可以是塑胶边框、玻璃边框、陶瓷边框等，也可以是金属与塑料结合的边框。

传统的扇出型封装在重布线层(redistributionlayer，rdl)的外界互连侧集成系统更多的器件收到限制角度，在贴装集成器件的封装形式以及厚度受限较大，另外双面封装结构形式由于基于基板技术受制于封装基板技术的线宽线距、介质层厚度、互连线层数等限制同样无法集成多层封装实现三维空间上集成。

本申请提供了一种系统级封装(system-in-package，sip)结构及制备方法，采用晶圆级封装或板级封装工艺将系统中有源或无源器件采用先进的半导体工艺实现系统级互连，即rdl的半导体工艺方法。从而替代传统封装中的封装基板，使有源或无源器件之间金属互连层以及金属层间介质层厚度降低，实现封装薄型化。同时本申请融合了传统的表面组装技术(surfacemountedtechnology，smt)、压焊(wirebonding)及倒装芯片(flipchip)的封装工艺，将有源或无源器件直接集成封装扇出的rdl层上，实现扇出rdl的双面封装，提高了整个sip封装集成度，满足耳机或手机等电子设备中对器件集成度高且较薄的需求。

图2是本申请实施例提供的一种系统级封装的结构示意图。

如图2所示，系统级封装100可以包括：第一rdl110，第一电子元件120和第二电子元件130。第一电子元件120可以为裸片或无源器件中的至少一种，第二电子元件130为二次封装的器件。可以解决在系统封装中器件无法打开基于裸电子元件封装的场景。

其中，第一电子元件120可以设置在第一rdl110的正面并与第一rdl110电连接。第一电子元件120可以被第一化合物140包封在第一rdl110的正面。第二电子元件130可以设置在第一rdl110的背面并与第一rdl110电连接。第二电子元件130可以被第二化合物150包封在第一rdl110的背面。

应理解，第一rdl110的正面和背面仅作为相对的概念，本申请并不限制第一rdl110的正面和背面的具体位置。

可选地，系统级封装100还可以包括第五电子元件160，第五电子元件160可以为裸片或无源器件中的至少一种，可以设置在第一rdl110的背面，与第一rdl110电连接。第五电子元件160设置在第一rdl110的背面，则可以被第二化合物150包封在第一rdl110的背面。

可选地，第一rdl110包括绝缘层111，线路层112和互连孔113。其中，第一电子元件120，第二电子元件130和第五电子元件160可以与线路层112电连接，互连孔113可以与各个线路层112电连接。

应理解，包封可使用合适的技术诸如但不限于传递模制、压缩模制和层压来完成。如本申请所使用的，"包封的"不要求所有表面被包封在模制化合物内。在图2所示的实施方案中，第一电子元件120可以包括多个裸片和无源器件，其横向侧被包封在第一化合物140中，并且第一化合物140也被形成在最高第一电子元件120的上表面的上方，也可以不需要第一化合物140覆盖最高的第一电子元件120的上表面。

可选地，第一化合物140可包括热固性交联树脂，例如，环氧树脂注塑化合物(epoxymoldingcompound，emc)。

可选地，第二化合物150可以是与第一化合物140类似的热固性交联树脂，例如，emc。

可选地，第一电子元件120可以是裸片，例如，可以是逻辑部件、存储器、或其他裸片。第一电子元件120也可以是无源器件，如电容器件，电感器件，电阻器件或其他无源器件。

可选地，第二电子元件130可以是封装过的逻辑部件、存储器或其他二次封装的器件。

可选地，第五电子元件160可以是裸片，例如，可以是逻辑部件、存储器、或其他裸片。第五电子元件160也可以是无源器件，如电容器件，电感器件，电阻器件或其他无源器件。

可选地，当第五电子元件160为裸片时，位于系统级封装100背面的裸片可以通过贴片胶161固定在第一rdl110上。第五电子元件160可以通过互连焊线162实现与第一rdl110的电连接。互连焊线162一端与第五电子元件160的芯片焊盘163电连接，另一端与第一rdl110电连接。

可选地，当第五电子元件160为无源器件时，位于系统级封装100背面的无源器件可以通过焊料164固定在第一rdl110上并实现与第一rdl110的电连接。

可选地，位于系统级封装100背面的第二电子元件130可以通过焊球131固定在第一rdl110上并实现与第一rdl110的电连接。

在本申请实施例中扇出型的第一rdl的正面和背面均集成有源及无源器件。正面设置的电子元件可以通过晶圆或板级封装先进工艺实现其管脚扇出，通过第一rdl的互连孔及线路实现电子元件及器件管脚的扇出。然后在此扇出型封装的第一rdl进行互连铜柱170的制作或通过焊接植铜柱的方式实现内嵌到emc内互连铜柱。同时，在第一rdl背面通过正装、倒装及smt等工艺方式集成更多与扇出器件互连的电子元件，并且表贴到第一rdl上的器件通过塑封(molding)工艺嵌入到emc内，在形成结构的两面均可以和外界实现互连。

在本实施例中列举了其中两种典型的互连方式，一种是直接嵌入到emc内的互连铜柱170，另外一种是通过激光方式将外界互连焊盘上方的塑封料清除后在焊盘上面植球栅阵列封装(ballgridarray，bga)的焊球180。

可选地，互连铜柱170或焊球180的一端与第一rdl电连接，另一端用于与外部电路电连接。

可选地，焊球180可以为普通的锡球，材料组份可以为无铅的锡银铜(snagcu)合金锡料，如sac305等。焊球180也可以为具有铜核的锡球，铜核锡球可以在后组装工艺中保持一定高度，避免多次回流过程中bga焊球塌陷。

应理解，互连铜柱170或焊球180可以设置在第一rdl110的正面或背面，若系统级封装100包括多层rdl结构，则互连铜柱170或焊球180也可以设置在靠近外侧的rdl的正面或背面，本申请对此并不做限制。

应理解，以耳机的场景为例，在本申请中涉及到通过扇出工艺封装的电子元件可以是应用处理器(applicationprocessor，ap)、电源管理芯片(powermanagementunit，pmu)、匹配无源电阻电容电感等裸芯片及无源器件，以及正装或倒装的射频芯片、无源器件、音频编译码器(codec)等器件，还有上层扇出型封装其他有源芯片及无源器件。其中pmu为ap以及周围器件进行供电的电源芯片，ap是整个系统的处理器，将集成有基带及音频等处理器，另外还有已经完成封装或基于裸芯片存储芯片等，同样还有和芯片信号处理或匹配电路上的无源电阻、电容及电感器件。在整个系统中还包含射频相关蓝牙、wifi及通信相关的射频器件。同样也可能包含晶振、功率放大器、滤波器等器件。

本申请采用rdl作为系统互连再分布层，并在rdl的外界互连侧集成裸片，二次封装的器件或无源器件，从而突破了对系统器件限制要求，且通过半导体工艺加工rdl来替代较厚的封装基板实现系统内部互连，满足了2层及以上器件分布情况下产品对器件厚度要求，提高了系统封装中3d空间集成度。

应理解，本申请实施例还可以应用于第一rdl的正反两面仅包括裸片的情况。如图3所示，裸片和无源器件可以扇出在第一rdl的正面，设置在第一rdl的背面的裸片和无源器件可以通过正装、倒装及smt等工艺方式固定。

图4是本申请实施例提供的另一种系统级封装的结构示意图。

本申请实施例中可以集成更多层封装从而形成叠层封装技术(packageonpackage，pop)的封装结构。如图4所示，可以在图2所示的系统级封装上方集成另外一个扇出型sip封装结构。同样的，也可以为单电子元件的封装结构。

可选地，系统级封装100可以包括第二rdl210。其中，第二rdl210可以通过设置在第一rdl110与第二rdl210之间的第一互连铜柱220实现电连接。

可选地，统级封装100还可以包括设置在第二rdl的远离第一rdl的面的第三电子元件230和设置在第二rdl的远离第一rdl的面的第三化合物240。其中，第三电子元件230与第二rdl210电连接，第三电子元件230可以包封在第三化合物240中。

可选地，第三电子元件230可以是裸片，扇出在第二rdl的远离第一rdl的面上。第三电子元件230也可以是二次封装的器件，可以通过正装、倒装及smt等工艺方式设置在第二rdl的远离第一rdl的面上。第三电子元件230也可以是无源器件，可以通过焊接等工艺方式设置在第二rdl的远离第一rdl的面上。

可选地，第三化合物240可以是与第一化合物140类似的热固性交联树脂，例如，emc。

图5是本申请实施例提供的又一种系统级封装的结构示意图。

本申请实施例中可以集成更多层封装从而形成pop的封装结构。如图5所示，可以在图2所示的系统级封装上方设置传统技术中的封装基板同样的，也可以为单电子元件的封装结构。

可选地，系统级封装100可以包括封装基板310。其中，封装基板310可以通过设置在第一rdl110与封装基板之间的第二互连铜柱320与第一rdl110实现电连接。

可选地，系统级封装100还可以包括设置在封装基板310的远离第一rdl的面的第四电子元件330和设置在封装基板310不与的远离第一rdl的面的第四化合物340。其中，第四电子元件330与封装基板310电连接，第四电子元件330可以包封在第四化合物340中。

可选地，第四电子元件330可以是裸片，也可以是二次封装的器件，可以通过正装、倒装及smt等工艺方式设置在封装基板310的远离第一rdl的面上。第四电子元件330也可以是无源器件，可以通过焊接等工艺方式设置在第二rdl的远离第一rdl的面上。

可选地，第四化合物340可以是与第一化合物140类似的热固性交联树脂，例如，emc。

图6是本申请实施例提供的系统级封装集成在电子设备中的示意图。

系统级封装可以作为独立系统集成在电子设备，如手机、耳机、可穿戴等产品主板上，和主板上外围器件形成互连和互动实现其特定功能。如图6所示，系统级封装100可以通过焊球180设置在电子设备的pcb410上，从而可以与pcb410上的其它器件电连接。

应理解，本申请采用rdl作为系统互连再分布层，并在rdl的外界互连侧集成任何类型器件，从而突破了对系统器件限制要求。且通过半导体工艺加工rdl来替代较厚的封装基板实现系统内部互连，满足了2层以上器件分布情况下产品对器件厚度要求，提高了系统封装中3d空间集成度。

图7至图17是本申请实施例提供系统级封装的制备方法的示意图。

应理解，为简要说明，以第一电子元件为裸片，第二电子元件为二次封装的器件为例进行说明。制备流程为两层结构的系统级封装，可以根据此方法，增加集成的层数及复杂度，本申请对此并不做限制。

s501，承载板准备。

如图7所示，为了能够更好实现电子元件或器件的扇出，借助于一个承载板，该承载板可以为金属、硅晶圆同样也可以为有机板材。在此承载板上结合一层具有粘性的临时结合(bonding)胶或胶膜，能够实现电子元件或器件临时贴装及位置固定，避免在后面塑封工艺过程中发生位置偏移。

s502，贴装扇出性电子元件及器件。

如图8所示，通过贴片设备将扇出的第一电子元件以外引出的焊盘(pad)面朝下的方式贴装固定在承载板上。

s503，封装扇出电子元件。

如图9所示，通过塑封工艺设备将贴装到承载板上的第一电子元件埋置在第一化合物中，从而形成具有一定刚性且器件位置固定的整体。

s504，拆键合承载板。

如图10所示，将内嵌在第一化合物内的整体通过拆键合的工艺实现和承载板进行拆分，并且通过干法(plasma)或化学湿法的工艺将临时键合的残胶清理干净。

s505，加工扇出第一rdl。

如图11所示，通过半导体或液晶(liquidcrystaldisplay，lcd)的工艺方法实现嵌入到第一化合物器件中向外扇出的线路的制作。

s506，第一rdl表面处理。

如图12所示，在实现第一rdl线路最终成形后，在贴装第二电子元件或第五电子元件的位置进行表面处理，一方面为了增加第一rdl焊盘与焊锡之间的可焊性的同时也可以实现对第一rdl的表面防氧化。

s507，第一rdl植铜柱和倒装及smt器件。

如图13所示，在同层上如存在倒装器件、无源器件以及正装的电子元件时，可以先进行倒装及smt器件的贴装和植铜柱，并对整个圆片或方片进行助焊剂的清洗。

s508，第一rdl层上贴装正贴电子元件并实现互连。

如图14所示，然后进行正装电子元件贴装及互连。首先在第一rdl贴装电子元件的位置进行点胶，通过贴片机将电子元件贴装到第一rdl上，并通过wirebonding的工艺方式实现电子元件和第一rdl之间电连接。

s509，上层器件塑封。

如图15所示，在塑封设备中将第一rdl上方器件塑封在第二化合物内部，并且实现铜柱、器件的全部包裹。

s510，上层塑封的减薄露出互连铜柱。

如图16所示，通过减薄工艺将嵌埋在第二化合物内的铜柱露出来，可以通过互连铜柱实现与上方封装体之间的互连。

s511，扇出面外部互连输入输出(input/output，i/o)穿透模塑通孔(throughmoldingvia，tmv)并进行焊球加工。

如图17所示，在完成上面的器件工艺及包裹器件的化合物减薄工艺后再扇出电子元件的一面可以通过激光加工方式在预留的焊盘上将化合物清理，并在露出的焊盘上植满足一定厚度要求焊球，该焊球高度需满足能够满足整个系统封装焊接到单板上的需求。

应理解，如果第一rdl面没有无源器件的集成，只有倒装或wirebonding的电子元件的情况下可以采用另外一种互连铜柱制作方法。

在完成第一rdl的加工后，在第一rdl上直接电镀导电柱，如铜柱，代替上面的植铜柱，具体操作为：

在第一rdl加工完成后可以通过贴装一定厚度干膜并通过曝光、显影、电镀、腿膜等工艺流程加工具有一定高度铜柱，实现下层扇出电子元件及器件上面封装体之间的互连。

本领域技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本申请的范围。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统、装置和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的系统、装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性或其它的形式。

以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。