一种扇出PoP封装结构及其制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及微电子封装技术以及三维集成技术领域，特别涉及一种三维PoP封装技术及其制造方法。
【背景技术】
[0002]随着电子封装产品向高密度、多功能、低功耗、小型化方向的不断发展，采用三维集成技术的系统级封装(System in Package，SiP)取得了突飞猛进的发展。娃通孔(Through SiliconVia, TSV)技术方案，由于具有堆叠密度最高，外形尺寸最小，极大提升芯片速度和降低功耗等特点，是实现三维集成技术的最优方案。然而，目前TSV技术面临的制造难度、工艺成本以及成品良率、可靠性等问题也及其突出。现有成熟的三维集成技术主要为堆叠封装(Package on Package，PoP)，然而其底部的第一封装体(下封装体)的基板采用有核(Core)的印刷电路基板。由于有核印刷电路基板的厚度不仅较大，而且成本较高，导致整个PoP封装的高度和成本难以得到有效降低，难以满足高密度和低成本的要求。
[0003]因此，仍然需要新的封装结构和制造技术，以解决现有技术所存在的问题。
【发明内容】
[0004]本发明针对三维PoP封装技术提出一种封装结构和制造方法，以解决现有PoP封装技术所存在的封装密度和成本问题。
[0005]为了实现上述目的，本发明采用下述技术方案:
[0006]一种扇出PoP封装结构，所述结构是由下封装体和上封装体组成；所述下封装体包括了第一金属凸点结构、第一 IC芯片、键合焊盘、第一塑封料、再布线金属走线层、第一金属层、介电材料层、第二金属层和第一焊球；所述第一 IC芯片带有键合焊盘，第一金属凸点结构上有第二金属层，第一塑封料包围了第一 IC芯片和第一金属凸点结构，第一 IC芯片的和第一金属凸点结构的同一个方向的表面裸露；第一 IC芯片的键合焊盘与再布线金属走线层连接，再布线金属走线层上制作有第一金属层，第一金属层上植有第一焊球，在第一IC芯片、第一金属凸点结构和第一塑封料的同一方向的表面涂覆有介电材料层，介电材料层包围再布线金属走线层。
[0007]所述上封装体为第一上封装体，其是由第二基板、第一粘片胶、第二 IC芯片、第一金属导线、第二塑封料和第二焊球组成，所述第二基板通过第一粘片胶与第二 IC芯片连接，第二基板下部还植有第二焊球，第一金属导线连接了第二基板和第二 IC芯片，第二塑封料包围了第一粘片胶、第二 IC芯片和第一金属导线，第二焊球与下封装体的第二金属层连接。
[0008]所述上封装体为第二上封装体，其是由第一上封装体和导热结构层构成，第一上封装体的第二基板下部连接有导热结构层，导热结构层包括第一连接层、金属结构层和第二连接层，三者依次连接，第二基板下部与第一连接层连接，第二连接层与下封装体的第一IC芯片连接，第一上封装体的第二焊球与下封装体的第二金属层连接。
[0009]所述上封装体为第三上封装体，其是由第二粘片胶、第三IC芯片、第二金属导线和第三塑封料构成，所述第三IC芯片通过第二粘片胶与下封装体的第一 IC芯片连接，第二金属导线连接第三IC芯片和下封装体的第二金属层，第三塑封料包围了第二金属层、第二粘片胶、第三IC芯片和第二金属导线。
[0010]第一金属凸点结构和再布线金属走线层是铜、铜合金、铁、铁合金、镍、镍合金、钨金属材料其中的一种组成。
[0011]介电材料层是热固性塑封材料、塞孔树脂、油墨和阻焊绿油绝缘材料中的一种。
[0012]第一 IC芯片、第一金属凸点结构和第一塑封料裸露的表面在同一平面上。
[0013]一种扇出PoP封装结构的制造方法，按照以下具体步骤进行:
[0014]步骤1:在第一基板的上表面上采用蚀刻或者电镀方法制作第一金属凸点结构；
[0015]步骤2:将第一 IC芯片通过粘贴材料配置于第一基板上，第一 IC芯片上有键合焊盘;
[0016]步骤3:采用注塑方法将第一 IC芯片和第一金属凸点结构包覆密封在第一塑封料内，并裸露出第一 IC芯片的背面和第一金属凸点结构的上表面，第一 IC芯片的背面、第一金属凸点结构的上表面和第一塑封料的上表面在同一平面上；
[0017]步骤4:在第一 IC芯片的背面、第一金属凸点结构的上表面和第一塑封料的上表面涂覆介电材料层，通过曝光、显影方法在介电材料层上形成图形，采用电镀或者化学镀方法制作再布线金属走线层，在再布线金属走线层上制作第一金属层，采用介电材料层涂覆包裹再布线金属走线层，第一 IC芯片的键合焊盘与再布线金属走线层互联；
[0018]步骤5:采用磨削或者蚀刻方法对第一基板的下表面进行减薄，裸露出第一金属凸点结构，去除粘贴材料，并在第一金属凸点结构的下表面上制作第二金属层；
[0019]步骤6:在第一金属层上进行植球和回流工艺得到第一焊球阵列，形成下封装体；
[0020]步骤7:将下封装体旋转180度，在下封装体上方直接贴装第一上封装体，形成扇出PoP封装的产品阵列；
[0021]步骤8:切割形成单颗PoP封装。
[0022]所述步骤7可以替换为:在第一上封装体与下封装体之间配置导热结构层，导热结构层包含三层材料结构:与所述第一上封装体的第二基板下表面形成连接的第一连接层，设置于第一连接层下的金属结构层，设置于所述金属结构层下的第二连接层，第二连接层与下封装体的第一 IC芯片连接，第一上封装体的第二焊球与下封装体的第二金属层连接，第一上封装体和导热结构层形成第二上封装体。
[0023]所述步骤7可以替换为:第三IC芯片通过第二粘片胶与第一 IC芯片连接，第二金属导线连接第三IC芯片和第二金属层，第三塑封料包围了第二金属层、第二粘片胶、第三IC芯片和第二金属导线，并形成了第三上封装体。
[0024]利用该结构，首先封装体由于无基板结构，直接通过再布线金属走线层实现与外部环境的互联，因此整体封装体厚度可以得到大幅降低，制造成本也得到降低；进一步地，低成本的模塑料通孔TMV具有TSV同样的上、下结构互联导通的功能，因此可取代TSV结构实现细节距互联端口，从而使上、下封装体之间，以及与外部结构的I/O互联通道数量和密度得到大幅提高，提升了封装的密度；最后，PoP封装结构的扇出(Fan-Out)特性可显著增加PoP封装的I/O互联通道数量。
【附图说明】
[0025]图1是第一基板的示意图；
[0026]图2是在第一基板上制作第一金属凸点结构的示意图；
[0027]图3是在第一基板上配置第一 IC芯片的示意图；
[0028]图4是将第一 IC芯片和第一金属凸点结构包覆密封在第一塑封料内，并裸露出第一 IC芯片的有源面和第一金属凸点结构的上表面的示意图；
[0029]图5是制作再布线金属走线层，在再布线金属走线层上制作第一金属层，采用介电材料层涂覆包裹再布线金属走线层的示意图；
[0030]图6是采用磨削或者蚀刻方法对第一基板下表面进行减薄，裸露出第一金属凸点结构，去除粘贴材料，在第一金属凸点结构的下表面上制作第二金属层的示意图；
[0031]图7是在第一金属层上进行植球和回流工艺得到第一焊球阵列，形成下封装体的示意图；
[0032]图8是将下封装体旋转180度，在下封装体上方直接贴装BGA封装等其他封装作为上封装体的扇出PoP封装结构的第一实施例示意图；
[0033]图9是将下封装体旋转180度，在下封装体上方直接贴装BGA封装等其他封装作为上封装体，并在上封装体与下封装体之间配置导热结构层的扇出PoP封装结构的第二实施例示意图；
[0034]图10是将下封装体旋转180度，在下封装体上方进行上芯、引线键合和塑封工艺形成上封装体的扇出PoP封装结构的第三实施例示意图。
[0035]图中，I为第一基板、2为第一金属凸点结构、3为第一 IC芯片、4为键合焊盘、5为粘贴材料、6为第一塑封料、7为再布线金属走线层、8为第一金属层、9为介电材料层、10为第二金属层、11为第一焊球、12为第二基板、13为第一粘片胶、14为第二 I