控制球高且避免掉球的PoP堆叠封装工艺的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种PoP封装工艺，尤其是一种控制球高且避免掉球的PoP堆叠封装工艺。
【背景技术】
[0002]作为目前封装高密集成的主要方式，PoP (package on package，层叠封装)得到越来越多的重视。芯片的堆叠是提高电子封装高密化的主要途径之间，PoP设计已经在业界得到比较广泛的开发和应用。
[0003]PoP封装采用焊球实现封装体之间的互连，现有技术中，采用异质核心焊球经过基板植球并被塑封材料包裹的方案(如图1所示)，在后续的回流过程中，焊球Ia表面的焊锡2a会溢出塑封材料3a表面，从而在塑封材料与核心之间形成孔隙，影响后续工艺及可靠性。
【发明内容】
[0004]本发明的目的是克服现有技术中存在的不足，提供一种控制球高且避免掉球的PoP堆叠封装工艺，铜球表面不含有焊料，能够精确控制球高和避免掉球，确保植球的良率。
[0005]按照本发明提供的技术方案，所述控制球高且避免掉球的PoP堆叠封装工艺，其特征是，包括以下步骤:
(1)在第一封装元件中基板的第一表面的焊盘上涂覆含有助焊剂的焊膏；
(2)在步骤(I)得到的焊膏上植铜球并回流，实现铜球和基板第一表面的焊盘互连；所述铜球表面预先包裹一层抗氧化膜；
(3)在第一封装元件中基板的第一表面以倒装方式贴放芯片，并通过回流实现倒装芯片和基板第一表面焊盘的键合；
(4)将芯片和铜球用塑封材料进行塑封包裹，并保证铜球上部露出设定的高度；
(5)在第一封装元件中基板的第二表面的焊盘上植焊球并进行回流；
(6)切割基板，形成多个单独的第一封装元件；
(7)清除第一封装元件塑封材料表面铜球露出部分的氧化物和残留的抗氧化膜；然后在铜球露出的部分涂覆助焊剂或焊膏；
(8)将第二封装元件底部预制的焊球与第一封装元件基板第一表面露出的铜球对位，并回流形成互连，最后清洗残留的助焊剂。
[0006]进一步的，所述抗氧化膜为OSP (Organic Solderability Preservatives)膜，厚度为100?500nm。
[0007]进一步的，所述抗氧化膜为SAM (Self Assembled Monolayer)膜，厚度为0.5?5nm0
[0008]进一步的，所述步骤(7)采用等离子体清洗的方式清除第一封装元件塑封材料表面铜球露出部分的氧化物和残留的抗氧化膜。
[0009]进一步的，所述步骤(4)中塑封采用薄膜辅助塑封工艺(Film Assistant Mold)。
[0010]本发明具有以下优点:
(1)本发明采用的铜球表面没有焊料，只是被纳米级厚度的有机自保护层(0SP膜或SAM膜)包裹，可以避免铜的氧化，而这层有机自保护层在回流时被助焊剂分解(0SP膜)或自动分解(SAM膜)，从而可以确保植球的良率；
(2)OSP膜能承受180°C高温，可以避免铜球在塑封过程中氧化；
(3)由于铜球表面的有机自保护层在基板背面植球或回流(200°C以上)后分解，高度由铜球的原始高度决定，从而能够保持良好高度特性；
(4)由于铜球表面不含有焊料，因而在基板背面植球和回流时保持固态，仍然被EMC或MUF牢固把持，可以避免掉球现象。
【附图说明】
[0011]图1为现有技术中采用异质核心焊球的PoP封装结构的示意图。
[0012]图2为在第一封装元件基板的焊盘上涂覆焊膏的示意图。
[0013]图3为在焊膏上植球回流的示意图。
[0014]图4为在第一封装元件上倒装芯片的示意图。
[0015]图5为对铜球和芯片进行塑封的示意图。
[0016]图6为在第一封装元件的背面进行植焊球的示意图。
[0017]图7为切割基板的不意图。
[0018]图8为清除塑封材料表面氧化物的示意图。
[0019]图9为第二封装元件和第一封装元件进行堆叠的示意图。
[0020]图2?图9中序号:第一封装元件10、焊膏20、铜球30、芯片40、塑封材料50、焊球60、第二封装元件70。
【具体实施方式】
[0021]下面结合具体附图对本发明作进一步说明。
[0022]本发明所述控制球高且避免掉球的PoP堆叠封装工艺，包括以下步骤:
(1)如图2示，在第一封装元件10中基板的第一表面的焊盘上涂覆含有助焊剂的焊膏
20 ；
(2)如图3所示，在步骤(I)得到的焊膏20上植铜球30并回流，实现铜球30和基板第一表面的焊盘互连；所述铜球的直径经过严格筛选，误差±5%，铜球表面预先包裹一层OSP膜或SAM膜，OSP膜的厚度为100?300，SAM膜的厚度为0.5?5nm ;
(3)如图4所示，在第一封装元件10中基板的第一表面以倒装方式贴放芯片40，并通过回流实现倒装芯片40和基板第一表面焊盘的键合；
(4)如图5所示，采用塑封方式在第一封装元件10基板的第一表面，将芯片40和铜球30用塑封材料50进行塑封包裹，并保证铜球30上部露出设定的高度；所述塑封采用薄膜辅助塑封工艺(Film Assistant Mold)，可以保证塑封后铜球上部露出设定高度；
(5)如图6所示，在第一封装元件10中基板的第二表面的焊盘上植焊球60并进行回流; (6)如图7所示，切割基板，形成多个单独的第一封装元件10;
(7)如图8所示，采用等离子体清除第一封装元件10塑封材料50表面铜球30露出部分的氧化物和残留的SAM膜或OSP膜；然后在铜球30露出的部分涂覆助焊剂；
(8)如图9所示，将第二封装元件70底部预制的焊球与第一封装元件10基板第一表面露出的铜球30对位，并回流形成互连，最后清洗残留的助焊剂。
[0023]本发明具有以下优点:
(1)本发明彩和的铜球表面没有焊料，只是被纳米级厚度的有机自保护层(0SP膜或SAM膜)包裹，可以避免铜的氧化，而这层有机自保护层在回流时被助焊剂分解(0SP膜)或自动分解(SAM膜)，从而可以确保植球的良率；
(2)OSP膜能承受180°C高温，可以避免铜球在EMC或MUF过程中氧化；
(3)PoP堆叠体的间隙高度由铜球的原始高度决定，从而能够保持良好高度特性；
(4)由于铜球表面不含有焊料，因而在基板背面植球和回流时保持固态，仍然被塑封料牢固包裹，可以避免掉球现象。
【主权项】
1.一种控制球高且避免掉球的PoP堆叠封装工艺，其特征是，包括以下步骤: (1)在第一封装元件中基板的第一表面的焊盘上涂覆含有助焊剂的焊膏； (2)在步骤(I)得到的焊膏上植铜球并回流，实现铜球和基板第一表面的焊盘互连；所述铜球表面预先包裹一层抗氧化膜； (3)在第一封装元件中基板的第一表面以倒装方式贴放芯片，并通过回流实现倒装芯片和基板第一表面焊盘的键合； (4)将芯片和铜球用塑封材料进行塑封包裹，并保证铜球上部露出设定的高度； (5)在第一封装元件中基板的第二表面的焊盘上植焊球并进行回流； (6)切割基板，形成多个单独的第一封装元件； (7)清除第一封装元件塑封材料表面铜球露出部分的氧化物和残留的抗氧化膜；然后在铜球露出的部分涂覆助焊剂或焊膏； (8)将第二封装元件底部预制的焊球与第一封装元件基板第一表面露出的铜球对位，并回流形成互连，最后清洗残留的助焊剂。2.如权利要求1所述的控制球高且避免掉球的PoP堆叠封装工艺，其特征是:所述抗氧化膜为OSP膜，厚度为100?500nmo3.如权利要求1所述的控制球高且避免掉球的PoP堆叠封装工艺，其特征是:所述抗氧化膜为SAM膜，厚度为0.5?5nm。4.如权利要求1所述的控制球高且避免掉球的PoP堆叠封装工艺，其特征是:所述步骤(7)采用等离子体清洗的方式清除第一封装元件塑封材料表面铜球露出部分的氧化物和残留的抗氧化膜。5.如权利要求1所述的控制球高且避免掉球的PoP堆叠封装工艺，其特征是:所述步骤(4)中塑封采用薄膜辅助塑封工艺(Film Assistant Mold)。
【专利摘要】本发明涉及一种控制球高且避免掉球的PoP堆叠封装工艺，其特征是，包括以下步骤：（1）在第一封装元件基板第一表面的焊盘上涂覆焊膏；（2）在焊膏上植铜球并回流，铜球表面预先包裹抗氧化膜；（3）在第一封装元件基板的第一表面倒装贴放芯片；（4）芯片和铜球进行塑封包裹，铜球上部露出设定的高度；（5）在第一封装元件基板第二表面的焊盘上植焊球并回流；（6）切割基板，形成单独的第一封装元件；（7）清除铜球露出部分的氧化物和残留的抗氧化膜，在铜球露出的部分涂覆助焊剂或焊膏；（8）将第二封装元件底部的焊球与第一封装元件基板第一表面的铜球对位，回流形成互连。本发明能够精确控制球高和避免掉球，确保植球的良率。
【IPC分类】H01L21/60
【公开号】CN105161435
【申请号】CN201510391233
【发明人】张文奇, 刘一波
【申请人】华进半导体封装先导技术研发中心有限公司
【公开日】2015年12月16日
【申请日】2015年7月6日