立体堆叠式封装结构及其制作方法

立体堆叠式封装结构及其制作方法
【专利摘要】一种立体堆叠式封装结构及其制作方法，立体堆叠式封装结构包括：第一单元、模封单元、导电单元及第二单元。第一单元包括一第一基板及至少一第一电子元件，且第一基板具有至少一通道及至少一第一导电焊垫。模封单元具有一顶部覆盖第一电子元件、一框体设置在第一基板的下表面、及至少一连接体设置于通道内且连接于顶部与框体之间。导电单元包括至少一导电体贯穿框体且电性连接于第一导电焊垫。借此，第一单元可通过框体以堆叠在第二单元上，且第一单元可通过导电体以电性连接于第二单元。本发明的立体堆叠式封装结构及其制作方法可以有效降低制作成本。
【专利说明】立体堆叠式封装结构及其制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种封装结构及其制作方法，特别涉及一种立体堆叠式封装结构及其制作方法。
【背景技术】
[0002]由于集成电路(Integrated Circuit, IC)的制程技术发展迅速,使得芯片内部电路的集成度(integration)愈来愈高,且导线面积愈来愈小。随着芯片的焊垫与金属导线的面积缩小，芯片封装技术也需要不断改良以适用于更加微小化的芯片。例如球栅阵列式(BGA)、倒装芯片式(Flip Chip)、芯片尺寸封装(Chip Size Package, CSP)、以及晶圆级芯片尺寸封装(Wafer Level Chip Scale Package, WLCSP)等半导体封装技术，已经成为主流。系统级封装(System In a Package, SIP)则是提供可以整合多种功能芯片的封装技术，例如用来整合逻辑电路的记忆元件。
[0003]堆叠式封装技术(或称为3维封装技术)是将芯片堆叠起来，或是具有多个芯片、电子元件的多个基板进行堆叠，然后再电性连接各层的芯片或基板。这样的封装方式可将芯片密度大幅提升，目前已经成为封装的重要技术。

【发明内容】

[0004]本发明的目的是提出一种立体堆叠式封装结构及其制作方法。
[0005]为实现上述目的，本发明其中一实施例，在于提供一种立体堆叠式封装结构，其包括:第一单元、模封单元、导电单元及第二单元。第一单元包括第一基板及至少一第一电子元件，且第一基板具有至少一通道及至少一第一导电焊垫。模封单元具有顶部、框体、及至少一连接体连接于顶部与框体之间。导电单元包括至少一导电体贯穿框体且电性连接于第一导电焊垫。因此，本发明实施例所提供的立体堆叠式封装结构可通过“模封单元”及“导电单元”的设计，以使得第一单元可通过模封单元的框体以堆叠在第二单元上，并且第一单元可通过导电单元的导电体以电性连接于第二单元。
[0006]在本发明一实施例中，所述顶部、所述框体及所述连接体三者结合成单一构件。
[0007]在本发明一实施例中，所述第二单元包括一第二基板及设置并电性连接于所述第二基板的至少一第二电子元件，所述第二基板具有至少一第二导电焊垫，所述至少一第二导电焊垫设置于所述第二基板的上表面且邻近所述第二基板的周边，所述第二导电焊垫电性连接于所述导电体。
[0008]在本发明一实施例中，所述第一单元还包括至少一第三电子元件，所述至少一第三电子元件设置并电性连接于所述第一基板的下表面。
[0009]在本发明一实施例中，所述导电体通过焊锡以电性接触所述第二导电焊垫。
[0010]本发明另外一实施例，在于提供一种立体堆叠式封装结构的制作方法，其包括下列步骤:首先，将至少一第一单元放置在一模具结构内，第一单元包括一第一基板及至少一第一电子元件，且第一基板具有至少一第一导电焊垫及至少一通道；接着，将模封材料填充于模具结构内，以形成一模封单元，其中模封单元具有顶部、框体、及至少一连接体连接于顶部与框体之间；然后，移除模具结构；接下来，形成至少一开口贯穿框体；然后，将导电体填充于开口内；最后，通过框体以将第一单元堆叠在一第二单元上，其中第一单元通过导电体以电性连接于第二单元。因此，本发明实施例所提供的立体堆叠式封装结构可通过“形成模封单元”及“形成至少一导电体”的设计，以使得第一单元可通过模封单元的框体以堆叠在第二单元上，并且第一单元可通过导电体以电性连接于第二单元。再者，由于本发明可以在封装第一电子元件的封装步骤中，顺便将用于连接第一单元与第二单元的框体制作出来，所以本发明可以不用另外制作框体而有效降低整体的制作成本。
[0011]在本发明一实施例中，所述第二单元包括一第二基板及设置于所述第二基板上的至少一第二电子元件，且所述第二电子元件被所述框体所围绕。
[0012]在本发明一实施例中，将所述第一单元堆叠在一第二单元上的步骤中，还包括:所述导电体通过焊锡以电性连接于所述第二单元的至少一第二导电焊垫。
[0013]在本发明一实施例中，将所述模封材料填充于所述模具结构内的步骤中，还包括:所述模封材料从所述模具结构的一输入孔流入，且所述模封材料在填充过程中所产生的气泡从所述模具结构的多个排气通道排出。
[0014]在本发明一实施例中，在形成多个所述开口的步骤中，多个所述开口是经由激光钻孔的方式来形成。
[0015]本发明的立体堆叠式封装结构及其制作方法可以有效降低制作成本。
[0016]为使能更进一步了解本发明的特征及技术内容，请参阅以下有关本发明的详细说明与附图，然而附图仅提供参考与说明用，并非用来对本发明加以限制者。
【专利附图】

【附图说明】
[0017]图1为本发明电路`基板模块的俯视示意图。
[0018]图2为本发明将电路基板模块放置于模具结构内且填充模封材料的侧视示意图。
[0019]图3A为本发明将多个导电体分别填满多个开口的侧视示意图。图3B为本发明将多个导电体分别填满多个开口的底视示意图。
[0020]图4为本发明第一实施例所揭露的立体堆叠式封装结构的侧视示意图。
[0021]图5为本发明第二实施例所揭露的立体堆叠式封装结构的侧视示意图。
[0022]图6A为本发明将电路基板模块放置于另外一种模具结构内且填充模封材料的侧视不意图。
[0023]图6B为本发明第三实施例所揭露的立体堆叠式封装结构的侧视示意图。
[0024]图7为本发明立体堆叠式封装结构的制作方法的流程图。
[0025]其中，附图标记说明如下:
[0026]立体堆叠式封装结构Z
[0027]电路基板模块I’
[0028]第一单元I 第一基板 10
[0029]周边100
[0030]第一侧边100A
[0031]第二侧边100B[0032]通道101
[0033]第一导电焊垫102
[0034]第一电子元件11
[0035]模封材料2’
[0036]模封单元2顶部20A
[0037]框体20B
[0038]开口200B
[0039]连接体20C
[0040]底部封装体20D
[0041]导电单元3导电体 30 [0042]第二单元4第二基板 40
[0043]周边400
[0044]第二导电焊垫402
[0045]第二电子元件41
[0046]模具结构M
[0047]上模具Ml上壳体 MlO
[0048]输入孔Mll
[0049]容置空间M12
[0050]下模具M2下壳体 M20
[0051]排气通道M21
[0052]凸块M22
[0053]围绕通道M23
[0054]流道M24
[0055]焊锡S
[0056]切割线X-X
【具体实施方式】
[0057]请参阅图1至图4所示，关于本发明的立体堆叠式封装结构Z的制作程序，大致如下所述，但其并非用来限定本发明:
[0058]首先，配合图1所示，提供电路基板模块I ’，其包括多个依序相连的第一单元I，其中图1显示每两个第一单元I之间可由I条假想线来作为区隔。再者，每一个第一单元I包括第一基板10及至少一第一电子元件11设置且电性连接于第一基板10。本发明实施例以多个第一电子元件11为例子来作说明。另外，第一基板10的周边100具有至少一通道101贯穿第一基板10，且第一基板10具有至少一第一导电焊垫102设置于第一基板10的下表面且邻近第一基板10的周边100。本发明实施例以多个通道101与多个第一导电焊垫102为例子来作说明。更进一步来说，第一基板10具有两个对向设置的第一侧边100A及两个对向设置的第二侧边100B。此外，每一个通道101设置在两个相邻近的第一侧边100A与第二侧边100B的交界处，且多个第一导电焊垫102可以沿着两个第一侧边100A与两个第二侧边100B排列成围绕状。另外，值得注意的是，本发明也可以增设通道101位于每两个相邻的第一导电焊垫102之间，第一基板10的四个转角处具有4个较大尺寸的通道101，且相邻第一基板10的两个通道101彼此可以相通。
[0059]接着，配合图2所示，将电路基板模块I’放置在上模具Ml与下模具M2之间，并将模封材料2’填充于上模具Ml与下模具M2之间，以形成多个模封单元2依序相连且分别对应于多个第一单元1，其中图2显示每两个模封单元2之间可由I条X-X切割线来作为区隔。其中，上模具Ml与下模具M2可组成模具结构M，上模具Ml包括上壳体M10、至少一贯穿上壳体MlO的输入孔Mil、及容置空间M12位于在上壳体MlO内，且模封材料2’可从输入孔Mll流入上模具Ml与下模具M2之间。下模具M2包括下壳体M20、多个排气通道M21贯穿下壳体M20、及多个围绕通道M23位于大约对应第一基板周边100的位置，其中多个围绕通道M23可以彼此相通，且每个通道101可连通于容置空间M12与围绕通道M23之间。当模封材料2’从输入孔Mll流入上模具Ml与下模具M2之间时，下模具M2的排气通道M21可以用来排除多余的气泡，以使得模封材料2’可以更紧密地填满于上模具Ml与下模具M2之间。值得一提的是，下模具M2可进一步包括多个凸块M22位于下壳体M20与电路基板模块I’之间且分别接触对应的第一基板10，并且为围绕通道M23所环绕，其目的在于与另一基板堆叠时，提供空间容置另一基板上的电子元件。在实际应用上也可以不使用此凸块M22，而改用激光(laser scribing)方式去除此空间中的模封材料2’。
[0060]然后，配合图2、图3A及图3B (其中图3B为图3A的底视示意图)所示。移除上模具Ml与下模具M2后，沿着图2的X-X切割线切割电路基板模块I ’与模封材料2’，以使得多个第一单元I彼此分离且使得多个模封单元2彼此分离，其中每一个模封单元2具有顶部20A、框体20B及多个连接体20C，其中顶部20A覆盖多个第一电子元件11，框体20B形成于第一基板10的下表面且大致对应于周边100，多个连接体20C分别形成于多个通道101内且同时连接于顶部20A与框体20B之间。更进一步来说，由于顶部20A、框体20B及连接体20C三者可经由一体成型的方式来制作，所以顶部20A、框体20B及连接体20C三者可结合成单一构件。另外，由于本发明可以在第一电子元件11的封装步骤中，顺便将框体20B制作出来，所以本发明的制作流程与成本可以被有效降低。
[0061]接下来，在框体20B对应于第一导电焊垫102的位置形成开口 200B，以曝露第一导电焊垫102。例如由激光钻孔(laser drill)的方式来形成开口 200B。
[0062]紧接着，以导电体30分别填满多个开口 200B，其中多个导电体30分别电性连接于第一单元I的多个第一导电焊垫102。
[0063]最后，配合图4所示，将第一单元I堆叠在第二单元4的上表面，其中第一单元I通过第一导电焊垫102与导电体30以电性连接于第二单元4。其中，第二单元4包括第二基板40、多个第二导电焊垫402设置于周边400、及至少一个第二电子元件41，且第二电子元件41被框体20B所围绕。如此，每一个第二导电焊垫402可通过相对应的导电体30以电性连接于相对应的第一导电焊垫102。关于上述第一单元I与第二单元4的连接方法，例如:先将多个焊锡S分别印刷在多个第二导电焊垫402上，然后再通过框体20B以将第一单元I堆叠在第二单元4的上表面，以使得多个导电体30分别接触多个焊锡S，最后再进行回焊(Reflow)。因此，每一个导电体30可通过焊锡S电性接触每一个相对应的第二导电焊垫402，由于第一、二导电焊垫102、402分别经由第一、二基板10、40的电路走线连接至基板上方的电子元件(图未示)，所以第一电子元件11可通过导电体30电性连接至相对应的第二电子元件41。
[0064]〔第一实施例〕
[0065]请参阅图4所示，经由上述本发明所提供的制作程序，本发明的第一实施例可提供一种立体堆叠式封装结构Z，其包括:第一单元1、模封单元2、导电单元3及第二单元4。
[0066]首先，第一单元I包括第一基板10及多个第一电子元件11设置于第一基板10的上表面且电性连接于第一基板10，其中第一基板10的周边100上具有多个通道101贯穿第一基板10，且第一基板10具有多个第一导电焊垫102设置于第一基板10的下表面且邻近第一基板10的周边100。举例来说，第一电子元件11可为电阻、电容、电感、具有一预定功能的功能芯片、具有一预定功能的半导体芯片等等。
[0067]再者，模封单元2具有顶部20A设置在第一基板10的上表面且覆盖多个第一电子元件11的、框体20B设置在第一基板10的下表面且邻近第一基板10的周边100、及多个连接体20C分别设置于多个通道101内且同时连接于顶部20A与框体20B之间。顶部20A、框体20B及连接体20C三者可结合成单一构件。
[0068]另外，导电单元3包括多个导电体30贯穿框体20B且分别电性连接于多个第一导电焊垫102。第一单元I可通过模封单元2的框体20B以堆叠在第二单元4上，且第一单元I可通过导电单元3的多个导电体30以电性连接于第二单元4。第二单元4包括第二基板40及多个第二电子元件41设置于第二基板40的上表面且电性连接于第二基板40。其中，第二基板40具有多个第二导电焊垫402设置于第二基板40的上表面且邻近第二基板40的周边400，多个第二导电焊垫402可分别通过多个焊锡S以分别电性连接于多个导电体30，且多个第二电子元件41可被框体20B所围绕。
[0069]〔第二实施例〕
[0070]请参阅图5所示，本发明第二实施例可提供一种立体堆叠式封装结构Z，其包括:第一单元1、模封单元2、导电单元3及第二单元4。由图5与图4的比较可知，本发明第二实施例与第一实施例最大的差别在于:在第二实施例中，第一单元I包括至少一第三电子元件12设置于第一基板10的下表面且电性连接于第一基板10，且第三电子元件12被框体20B所围绕。换言之，由于第二实施例可另外增加设置于第一基板10的下表面的第三电子元件12，所以本发明可以在第一基板10所能够提供的有限空间内设置更多的电子元件。
[0071]〔第三实施例〕
[0072]请参阅图6A及图6B所示，本发明第三实施例提供一种立体堆叠式封装结构Z，其包括:第一单元1、模封单元2、导电单元3及第二单元4。由图6A与图2的比较、及图6B与图4的比较可知，本发明第三实施例与第一实施例最大的差别在于:在第三实施例中，第一单元I包括至少一第三电子元件12设置于第一基板10的下表面且电性连接于第一基板10，且下模具M2包括多个流道M24及多个围绕通道M23位于下壳体M20与电路基板模块I ’之间，每一个流道M24形成于相对应的凸块M22与相对应的第一基板10之间，且多个流道M24与多个围绕通道M23彼此相通。因此，通过第三实施例的流道M24设计，模封单元2具有底部封装体20D，其设置在第一基板10的下表面且覆盖第三电子元件12，且底部封装体20D连接于框体20B且被框体20B所围绕。由于顶部20A、框体20B、连接体20C及底部封装体20D四者可经由一体成型的方式来制作，所以顶部20A、框体20B、连接体20C及底部封装体20D四者可结合成单一构件。[0073]〔制作步骤〕
[0074]请参阅图7所示，本发明提供一种立体堆叠式封装结构Z的制作方法，其包括下列步骤:(以下举至少一第一单元为例子来作说明)
[0075]步骤SlOO:首先，将至少一第一单元I放置在模具结构M内，其中第一单元I包括第一基板10及至少一第一电子元件11设置在第一基板10的上表面上，且第一基板10具有至少一第一导电焊垫102及至少一通道101。
[0076]步骤S102:接着，将模封材料2’填充于模具结构M内，以形成模封单元2，其中模封单元2具有一顶部20A、一框体20B及至少一连接体20C，顶部20A覆盖第一电子元件11、框体20B设置在第一基板10的下表面上，连接体20C设置于通道101内且连接于顶部20A与框体20B之间。
[0077]步骤S104:然后，移除模具结构M。
[0078]步骤S106:接下来，形成至少一开口 200B贯穿框体20B，开口 200B裸露出第一导电焊垫102。
[0079]步骤S108:紧接着，将导电体30填充于开口 200B内，以使导电体30电性连接于第一导电焊垫102。
[0080]步骤SllO:最后，通过框体20B以将第一单元I堆叠在第二单元4上，其中第一单元I通过多个导电体30以电性连接于第二单元4。
[0081]〔实施例的可能功效〕
[0082]综上所述，由于本发明可以在第一电子元件11 (或第一电子元件11与第三电子元件12)的封装步骤中，顺便将框体20B制作出来，所以本发明可以有效降低制作成本。
[0083]以上所述仅为本发明的较佳可行实施例，非因此局限本发明的专利范围，故举凡运用本发明说明书及附图内容所为的等效技术变化，均包含于本发明的范围内。
【权利要求】
1.一种立体堆叠式封装结构，其特征在于，包括: 一第一单元，其包括一第一基板及设置并电性连接于所述第一基板的至少一第一电子元件，其中所述第一基板的周边上具有贯穿所述第一基板的至少一通道，且所述第一基板具有至少一第一导电焊垫，所述至少一第一导电焊垫设置于所述第一基板的下表面且邻近所述第一基板的周边； 一模封单元，其具有设置在所述第一基板的上方且覆盖所述第一电子元件的一顶部、设置在所述第一基板的下表面且邻近所述第一基板的周边的一框体、及设置于所述通道内且连接于所述顶部与所述框体之间的至少一连接体； 一导电单元，其包括贯穿所述框体且电性连接于所述第一导电焊垫的至少一导电体；以及 一第二单元，所述第一单元堆叠在所述第二单元上，且所述第一单元通过所述导电体以电性连接于所述第二单元。
2.如权利要求1所述的立体堆叠式封装结构，其特征在于，所述顶部、所述框体及所述连接体三者结合成单一构件。
3.如权利要求1所述的立体堆叠式封装结构，其特征在于，所述第二单元包括一第二基板及设置并电性连接于所述第二基板的至少一第二电子元件，所述第二基板具有至少一第二导电焊垫，所述至少一第二导电焊垫设置于所述第二基板的上表面且邻近所述第二基板的周边，所述第二导 电焊垫电性连接于所述导电体。
4.如权利要求1所述的立体堆叠式封装结构，其特征在于，所述第一单元还包括至少一第三电子元件，所述至少一第三电子元件设置并电性连接于所述第一基板的下表面。
5.如权利要求1所述的立体堆叠式封装结构，其特征在于，所述导电体通过焊锡以电性接触所述第二导电焊垫。
6.一种立体堆叠式封装结构的制作方法，其特征在于，包括下列步骤: 将至少一第一单元放置在一模具结构内，所述第一单元包括一第一基板及设置在所述第一基板上的至少一第一电子元件，且所述第一基板具有至少一第一导电焊垫及至少一通道； 将模封材料填充于所述模具结构内，以形成一模封单元，其中所述模封单元具有覆盖所述第一电子元件的一顶部、设置在所述第一基板的下表面的一框体、及设置于所述通道内且连接于所述顶部与所述框体之间的至少一连接体； 移除所述模具结构； 形成贯穿所述框体的至少一开口，其中所述开口裸露出所述第一导电焊垫； 将导电体填充于所述开口内，其中所述导电体电性连接于所述第一导电焊垫；以及 通过所述框体以将所述第一单元堆叠在一第二单元上，其中所述第一单元通过所述导电体以电性连接于所述第二单元。
7.如权利要求6所述的制作方法，其特征在于，所述第二单元包括一第二基板及设置于所述第二基板上的至少一第二电子元件，且所述第二电子元件被所述框体所围绕。
8.如权利要求6所述的制作方法，其特征在于，将所述第一单元堆叠在一第二单元上的步骤中，还包括:所述导电体通过焊锡以电性连接于所述第二单元的至少一第二导电焊垫。
9.如权利要求6所述的制作方法，其特征在于，将所述模封材料填充于所述模具结构内的步骤中，还包括:所述模封材料从所述模具结构的一输入孔流入，且所述模封材料在填充过程中所产生的气泡从所述模具结构的多个排气通道排出。
10.如权利要求6所述的制作方法，其特征在于，在形成多个所述开口的步骤中，多个所述开口是经由激光钻孔的`方式来形成。
【文档编号】H01L23/31GK103779298SQ201210395203
【公开日】2014年5月7日 申请日期:2012年10月17日 优先权日:2012年10月17日
【发明者】陈仁君, 张欣晴 申请人:环旭电子股份有限公司, 环鸿科技股份有限公司