一种基于板级功能基板的封装工艺及封装结构的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种基于板级功能基板的封装工艺及封装结构，所述封装工艺其包括，形成次级封装组件；自所述次级封装组件的第一主面和第二主面对应所述凸点进行盲孔开窗口并钻盲孔至所述凸点处；在所述次级封装组件上开设通孔，所述通孔贯穿所述次级封装组件；在所述盲孔以及所述通孔内进行化金属作为种子层，然后进行填孔电镀；进行第一外层线路层的制作。本发明在一定程度上解决了该封装技术在后期量产中所预期遇到的问题，进一步推进了该技术产业化。
【专利说明】一种基于板级功能基板的封装工艺及封装结构
【技术领域】
[0001]本发明涉及半导体封装领域，尤其涉及一种基于板级功能基板的封装工艺及其封装结构。
【背景技术】
[0002]随着信息技术的不断发展，手机和各种电子产品越来越向轻薄短小的方向发展，手机电脑的性能越来越高，体积变得越来越小，对芯片和器件的集成度要求也越来越高。随着大规模集成电路的不断发展和革新，线宽已经接近22纳米，集成度达到空前的水平。对于技术和设备的要求也达到了一个全新的高度。线宽进一步变小的难度越来越大，技术和设备的加工能力的提升难度更大，技术和设备水平的发展趋于减缓。
[0003]这种情况下，3D高密度封装受产业界广泛的重视，一个器件中的芯片不再是一个，而是多个，并且不再是只在一层排列，而是堆叠成三维高密度微组装芯片。芯片三维堆叠有效减少了器件的三维尺寸，芯片间的堆叠方式也在不断的改进。从FLIP CHIP到硅基TSV(Through Silicon Via)通孔互联技术,器件的三维尺寸变得越来越小。封装工艺也从原来的键合、贴片、塑封，演变成引入前段工艺的RDL、Flip Chip、晶圆键合、TSV等等关键工艺技术，使得更芯片密度更大、尺寸更小的封装结构不断涌现。
[0004]现有的电路板和有机封装基板的制造方法中，在有机基板埋入有源器件芯片并不是适用于所有的芯片，一方面受到其芯片本身功能上限制，另外还有一个重要的原因是现有的很多芯片上结构不能很好的兼容其基板工艺，比如有源埋入的器件要求其pad的材料是金或铜，而现有的芯片多数是打线用的Al凸点，而Al凸点上盲孔制作以及后续的化铜电镀等工艺均不能在基板线中的开展制作。
【发明内容】
[0005]本部分的目的在于概述本发明的实施例的一些方面以及简要介绍一些较佳实施例。在本部分以及本申请的说明书摘要和发明名称中可能会做些简化或省略以避免使本部分、说明书摘要和发明名称的目的模糊，而这种简化或省略不能用于限制本发明的范围。
[0006]鉴于上述和/或现有半导体封装中存在的问题，提出了本发明。
[0007]因此，本发明的目的是提出一种基于板级功能基板的封装工艺，解决目前芯片的制作工艺与功能基板的制作工艺不兼容的问题。
[0008]为解决上述技术问题，本发明提供了如下技术方案:一种基于板级功能基板的封装工艺，包括，提供两个初级封装组件，每个初级封装组件其一侧形成有单面线路图形，所述单面线路图形包括凸点，且与待封装的芯片的主侧的图形位置相对应，所述芯片的主侧安装于所述凸点上；将两个初级封装组件相向的压合形成次级封装组件，压合后两个初级封装组件中的两个有机基板夹持安装于所述有机基板上的芯片，所述次级封装组件具有第一主面和与第一主面相对的第二主面；自所述次级封装组件的第一主面和第二主面对应所述凸点进行盲孔开窗口并钻盲孔至所述凸点处；在所述次级封装组件上开设通孔，所述通孔贯穿所述次级封装组件；在所述盲孔以及所述通孔内进行化金属作为种子层，然后进行填孔电镀；进行第一外层线路层的制作。
[0009]作为本发明所述基于板级功能基板的封装工艺的一种优选方案，其中:所述提供两个初级封装组件，其中每个初级封装组件的制作工艺包括，提供一有机基板；在所述有机基板一侧形成单面线路图形，所述单面线路图形包括凸点，且与待封装的芯片的主侧的图形位置相对应；将所述芯片的主侧的与所述凸点相对应的图形位置通过导电材料黏结安装于所述凸点上，并填充所述有机基板一侧的单面线路图形与所述芯片的主侧之间的空隙得到初级封装组件。
[0010]作为本发明所述基于板级功能基板的封装工艺的一种优选方案，其中:在进行第一外层线路层的制作后，还包括，在所述第一外层线路层的两个表面进行外层线路介质层的压合；在外层线路介质层进行介质层盲孔的制作；进行外层线路介质层的介质层盲孔填孔电镀；进行第二外层线路层的制作。
[0011]作为本发明所述基于板级功能基板的封装工艺的一种优选方案，其中:在进行第二外层线路层的制作后，还包括，在所述第二外层线路层进行外层阻焊层的制作；进行后续的芯片的组装或植球。
[0012]作为本发明所述基于板级功能基板的封装工艺的一种优选方案，其中:所述有机基板包括有机层以及夹持所述有机层的分别位于所述有机层的两个金属层，在有机基板一侧形成单面线路图形之前，其还包括，对所述有机基板的两个金属层进行增金属工艺，使得增金属后所述有机基板的两个金属层增厚。
[0013]作为本发明所述基于板级功能基板的封装工艺的一种优选方案，其中:所述将两个初级封装组件相向的压合形成次级封装组件后，其还包括，将所述次级封装组件的第一主面和第二主面上的金属进行减薄。
[0014]作为本发明所述基于板级功能基板的封装工艺的一种优选方案，其中:所述在所述次级封装组件上开设通孔后，其还包括，蚀刻所述次级封装组件的第一主面和第二主面上的金属。
[0015]本发明的另目的是提供一种新型封装结构，该封装结构中均采用了基板中应用的常规的材料进行制作，具有更好的可靠性以及材料兼容性。
[0016]为解决上述技术问题，本发明提供了如下技术方案:一种封装结构，包括，次级封装组件，所述次级封装组件包括两个相对压合的初级封装组件，所述初级封装组件包括有机基板以及安装于所述有机基板一侧的单面线路图形上的芯片；盲孔，所述盲孔自所述次级封装组件的第一主面和第二主面对应的凸点进行设置且所述盲孔内填充有第一电镀介质，所述有机基板一侧的单面线路图形包括所述凸点；通孔，所述通孔贯穿所述次级封装组件且所述通孔内填充有第一电镀介质；第一外层线路层，所述第一外层线路层能够进行后续的芯片的组装或植球。
[0017]作为本发明所述封装结构的一种优选方案，其中:该封装结构还包括，外层线路介质层，所述外层线路介质层压合在所述第一外层线路层的两个表面上；介质层盲孔，所述介质层盲孔设置于所述外层线路介质层且所述介质层盲孔内填充有第二电镀介质；第二外层线路层，所述第二外层线路层能够进行后续的芯片的组装或植球。
[0018]作为本发明所述封装结构的一种优选方案，其中:该封装结构还包括，阻焊层，所述阻焊层设置于所述第二外层线路层上。
[0019]本发明相对于现有技术而言主要优势有以下几点:
[0020](I)可以适用于除功能限制之外的所有的芯片的埋入，能够更大范围的应用于有源埋芯片的埋入，同时该工艺方法能够更好与现在的晶圆制作工艺相兼容；
[0021](2)该方案采用了多层多芯片的功能基板制作技术，更好的满足了系统微型化，集成化等要求；
[0022](3)在该封装结构中均采用了基板中应用的常规的材料进行制作，具有更好的可靠性以及材料兼容性；
[0023](4)基于有机基板工艺开展的埋入技术具有成本低，可适用于大规模生产。
【专利附图】
【附图说明】
[0024]为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中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性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。其中:
[0025]图1?图12为本发明所述一种基于板级功能基板的封装工艺的各步骤得到的产品的不意图；
[0026]图13为本发明中的基于板级功能基板的封装工艺在一个实施方式中的流程示意图；
[0027]图14为本发明中的基于板级功能基板的封装工艺在另一个实施方式中的流程示意图；
[0028]图15为本发明中的基于板级功能基板的封装工艺在再一个实施方式中的流程示意图；
[0029]同时，其中，
[0030]图6为本发明所述基于板级功能基板的封装工艺制作的封装结构的第一实施例的剖面示意图；
[0031]图10为本发明所述基于板级功能基板的封装工艺制作的封装结构的第二实施例的剖面示意图；
[0032]图11为本发明所述基于板级功能基板的封装工艺制作的封装结构的第三实施例的剖面示意图。
【具体实施方式】
[0033]为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的【具体实施方式】做详细的说明。
[0034]在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。
[0035]其次，本发明结合示意图进行详细描述，在详述本发明实施例时，为便于说明，表示器件结构的剖面图会不依一般比例作局部放大，而且所述示意图只是示例，其在此不应限制本发明保护的范围。此外，在实际制作中应包含长度、宽度及深度的三维空间尺寸。
[0036]本发明一个实施方式中提出了一种基于板级功能基板的封装工艺700，请参考图13所示，该封装工艺包括如下步骤:
[0037]步骤710，如图1f所示，并参见图1，在这一事实方式中，首先需要提供两个初级封装组件，每个初级封装组件其一侧形成有单面线路图形，所述单面线路图形包括凸点103，且与待封装的芯片102的主侧的图形位置相对应，所述芯片102的主侧M安装于所述凸点103 上。
[0038]步骤720，如图1所示，将两个初级封装组件相向的压合形成次级封装组件100，压合后两个初级封装组件中的两个有机基板101夹持安装于所述有机基板101上的芯片102，所述次级封装组件100具有第一主面SI和与第一主面SI相对的第二主面S2。
[0039]具体的，参见图1a?图1f以及图1，所述次级封装组件100的形成方法包括:
[0040]步骤一，结合图1c和图ld，在有机基板101—侧形成单面线路图形，所述单面线路图形包括凸点103，且与待封装的芯片102的主侧M的图形位置相对应。这一实施方式是基于有机基板101上的金属层厚度足够，例如，所述金属层的厚度能够满足在有机基板101 —侧形成单面线路图形，那么，可以直接在所述有机基板101的一侧形成单面线路图形，以安装芯片102。
[0041]在另一个实施方式中，若有机基板101上的金属层厚度不足以形成所需的单面线路图形，那么，如图1 a所示，本实施例中所采用的有机基板IOI可以为双面覆铜芯(Cor e )板或者是半固化片和铜箔压合形成的双面覆铜板。然后，参见图lb，图1b为对双面覆铜芯(Core)板或者是半固化片和铜箔压合形成的双面覆铜板进行双面的全板电镀，电镀的厚度能够满足在有机基板101 —侧形成单面线路图形，并且要求具有比较好的均匀性。如图1a和图1b所示，图1b相对于图la，所述有机基板101进行增金属工艺后，覆金属层明显加厚。
[0042]步骤二，结合图1d?图1f，将所述芯片102的主侧M的与所述凸点相对应的图形位置通过导电材料黏结安装于所述凸点上，并填充所述有机基板101 —侧的单面线路图形与所述芯片102的主侧M之间的空隙得到初级封装组件。具体为，如图1d所示，先在凸点103上印刷或以其他的方式制作导电的介质胶104，然后，如图1e所示，将芯片102倒扣到有机基板101上的凸点103上，即将所述芯片102的主侧M的与所述凸点相对应的图形位置通过导电材料黏结安装于所述单面线路图形上，此处所述通过导电材料黏结安装于所述单面线路图形上，可以通过导电的介质胶胶合或通过具有导电性能的材质焊接或粘接于所述单面线路图形上，进行固化等处理将芯片102粘结到有机基板101的凸点103上，最后，如图1f所示，应用其有机基板101的底部填充剂105，如塞孔树脂或其他的底部填充剂(underfill)，将芯片102的下方(即有机基板101 —侧的单面线路图形与芯片102的主侧M之间的空隙)进行填充。
[0043]步骤三，结合图1，将将两个初级封装组件相向的压合形成次级封装组件100。具体为，将同样的初级封装组件应用半固化片或ABF (Ajinomoto BondFilm)板等进行压合，并且要求其上下两层的芯片102能都完好的对准，精度控制在后续的加工能力范围之内。
[0044]步骤730，如图2和图3所示，自所述次级封装组件100的第一主面SI和第二主面S2对应所述凸点103进行盲孔开窗口 201并钻盲孔202至所述凸点103处。这一实施方式是基于次级封装组件100上的金属层厚度在所需要的范围之内，一般金属层厚度需要在2.5 μ m?3.5 μ m之间。此时，先对应有机基板101上的凸点103的位置通过激光为盲孔开窗口 201，如图2所示。然后，参见图3，在其开窗口 201的位置应用激光钻孔机钻盲孔202至凸点103层。
[0045]在另一个实施方式中，若次级封装组件100上的金属层厚度超出所需要的范围，那么，如图2a所示，将所述次级封装组件100的第一主面SI和第二主面S2上的金属进行减薄。然后，再自所述次级封装组件100的第一主面SI和第二主面S2对应所述凸点103进行盲孔开窗口 201并钻盲孔202至所述凸点103处，参见图2和图3。如图2a和图1所示，图2a相对于图1，所述次级封装组件100进行减薄工艺后，覆金属层明显变薄。
[0046]步骤740，如图4所示，在所述次级封装组件100上开设通孔301，所述通孔301贯穿所述次级封装组件100。具体为，应用机械钻孔机钻穿所述次级封装组件100的第一主面SI和第二主面S2得到通孔301。
[0047]步骤750，如图5a和图5b所示，在所述盲孔202以及所述通孔301内进行化金属作为种子层，然后进行填孔电镀。
[0048]这一工艺过程包括两步:
[0049]第一步，刻蚀掉所述次级封装组件100上的金属层。也即在所述盲孔202以及所述通孔301内进行化金属作为种子层，如图5a所示。
[0050]第二步，参见图5a和图5b，将所述盲孔202以及所述通孔301内非导电的基材上，通过金属化处理来完成双面或多层印制线路板各层间导线的连接，即通过PTH (platedthrough hole，镀通孔工艺)进行填孔电镀。填孔电镀后，盲孔202以及通孔301内皆填充有第一电镀介质401。
[0051]步骤760，如图6所示，进行第一外层线路层的制作。形成能够进行后续的芯片的组装或植球的第一外层线路层。
[0052]本发明的另一个实施方式中提出了另一种基于板级功能基板的封装工艺800，请参考图14所示，该封装工艺除了包括了上一实施方式封装工艺700外还包括如下步骤:
[0053]步骤810，如图7所示，在所述第一外层线路层的两个表面进行外层线路介质层501的压合。具体为，应用半固化片或ABF (Ajinomoto Bond Film)板等进行压合。
[0054]步骤820，如图8所示，在外层线路介质层501进行介质层盲孔601的制作。具体为，通过激光钻外层线路介质层501的介质层盲孔601。结合图5a和图5b，所述介质层盲孔601与所述盲孔202内的电镀介质401相连通。
[0055]步骤830，如图9所示，进行外层线路介质层501的介质层盲孔601填孔电镀。填孔电镀后，参见图8，介质层盲孔601内以及外层线路介质层501表面上皆填充有第二电镀介质701。
[0056]步骤840，如图10所示，进行第二外层线路层的制作。形成能够进行后续的芯片的组装或植球的第二外层线路层。
[0057]本发明的另一个实施方式中提出了另一种基于板级功能基板的封装工艺900，请参考图15所示，该封装工艺除了包括了上一实施方式封装工艺700以及封装工艺800外还包括如下步骤:
[0058]步骤910，如图11所示，在所述第二外层线路层进行外层阻焊层801的制作。具体为，进行外层阻焊层801绿油的制作，该绿油可以为油墨也可以为干膜型的绿油阻焊。[0059]步骤920，如图12所示，进行后续的芯片的组装或植球。即进行微组装，以上述步骤制作的功能基板作为封装基板进行后续的芯片的组装或植球等。
[0060]第一实施例，通过封装工艺700制作的封装结构，参见图6并结合图1?图5，该封装结构包括了次级封装组件100、盲孔202、通孔301以及第一外层线路层，而次级封装组件100包括两个相对压合的初级封装组件，所述初级封装组件包括有机基板101以及安装于所述有机基板101 —侧的单面线路图形上的芯片102 ;所述盲孔202自所述次级封装组件100的第一主面SI和第二主面S2对应的凸点103进行设置且所述盲孔202内填充有第一电镀介质401，所述有机基板101 —侧的单面线路图形包括所述凸点103 ;所述通孔301贯穿所述次级封装组件100且所述通孔301内填充有第一电镀介质401，同时第一电镀介质401覆盖所述次级封装组件100的第一主面SI和第二主面S2 ;所述第一外层线路层能够进行后续的芯片的组装或植球。
[0061]第二实施例，通过封装工艺700和封装工艺800制作的封装结构，参见图10并结合图1?图9，该封装结构除了包括根据封装工艺700制作的相应封装结构外，还包括，外层线路介质层501、介质层盲孔601以及第二外层线路层，所述外层线路介质层501压合在所述第一外层线路层的两个表面上；所述介质层盲孔601设置于所述外层线路介质层501且所述介质层盲孔601内以及外层线路介质层501表面上皆填充有第二电镀介质701 ;所述第二外层线路层能够进行后续的芯片的组装或植球。
[0062]第三实施例，通过封装工艺700、封装工艺800以及封装工艺900制作的封装结构，参见图11并结合图1?图12，该封装结构除了包括根据封装工艺700和封装工艺800制作的相应封装结构外，还包括，阻焊层801，所述阻焊层801设置于所述第二外层线路层上。
[0063]不难看出，本发明主要是解决了目前芯片的制作工艺与功能基板的制作工艺不兼容的问题。在有机基板埋入有源器件芯片并不是适用于所有的芯片，一方面受到其芯片本身功能上限制，另外还有一个重要的原因是现有的很多芯片上结构不能很好的兼容其基板工艺，比如有源埋入的器件要求其pad的材料是金或铜，而现有的芯片多数是打线用的凸点，而凸点上盲孔制作以及后续的化铜电镀等工艺均不能在基板线中的开展制作，而本发明则是针对这样的限制而发明的一种结构和工艺方法，具有简单可行以及一定意义上可以使用于所有的芯片等特点。
[0064]应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
【权利要求】
1.一种基于板级功能基板的封装工艺，其特征在于:包括， 提供两个初级封装组件，每个初级封装组件其一侧形成有单面线路图形，所述单面线路图形包括凸点，且与待封装的芯片的主侧的图形位置相对应，所述芯片的主侧安装于所述凸点上； 将两个初级封装组件相向的压合形成次级封装组件，压合后两个初级封装组件中的两个有机基板夹持安装于所述有机基板上的芯片，所述次级封装组件具有第一主面和与第一主面相对的第二主面； 自所述次级封装组件的第一主面和第二主面对应所述凸点进行盲孔开窗口并钻盲孔至所述凸点处； 在所述次级封装组件上开设通孔，所述通孔贯穿所述次级封装组件； 在所述盲孔以及所述通孔内进行化金属作为种子层，然后进行填孔电镀； 进行第一外层线路层的制作。
2.根据权利要求1所述的基于板级功能基板的封装工艺，其特征在于:所述提供两个初级封装组件，其中每个初级封装组件的制作工艺包括， 提供一有机基板； 在所述有机基板一侧形成单面线路图形，所述单面线路图形包括凸点，且与待封装的芯片的主侧的图形位置相对应； 将所述芯片的主侧的与所述凸点相对应的图形位置通过导电材料黏结安装于所述凸点上，并填充所述有机基板一侧的单面线路图形与所述芯片的主侧之间的空隙得到初级封装组件。
3.根据权利要求1所述的基于板级功能基板的封装工艺，其特征在于:在进行第一外层线路层的制作后，还包括， 在所述第一外层线路层的两个表面进行外层线路介质层的压合； 在外层线路介质层进行介质层盲孔的制作； 进行外层线路介质层的介质层盲孔填孔电镀； 进行第二外层线路层的制作。
4.根据权利要求3所述的基于板级功能基板的封装工艺，其特征在于:在进行第二外层线路层的制作后，还包括， 在所述第二外层线路层进行外层阻焊层的制作； 进行后续的芯片的组装或植球。
5.根据权利要求1所述的基于板级功能基板的封装工艺，其特征在于: 所述有机基板包括有机层以及夹持所述有机层的分别位于所述有机层的两个金属层，在有机基板一侧形成单面线路图形之前，其还包括， 对所述有机基板的两个金属层进行增金属工艺，使得增金属后所述有机基板的两个金属层增厚。
6.根据权利要求1所述的基于板级功能基板的封装工艺，其特征在于: 所述将两个初级封装组件相向的压合形成次级封装组件后，其还包括， 将所述次级封装组件的第一主面和第二主面上的金属进行减薄。
7.根据权利要求1所述的基于板级功能基板的封装工艺，其特征在于:所述在所述次级封装组件上开设通孔后，其还包括， 蚀刻所述次级封装组件的第一主面和第二主面上的金属。
8.—种封装结构,其特征在于:包括， 次级封装组件，所述次级封装组件包括两个相对压合的初级封装组件，所述初级封装组件包括有机基板以及安装于所述有机基板一侧的单面线路图形上的芯片； 盲孔，所述盲孔自所述次级封装组件的第一主面和第二主面对应的凸点进行设置且所述盲孔内填充有第一电镀介质，所述有机基板一侧的单面线路图形包括所述凸点； 通孔，所述通孔贯穿所述次级封装组件且所述通孔内填充有第一电镀介质； 第一外层线路层，所述第一外层线路层能够进行后续的芯片的组装或植球。
9.根据权利要求8所述的封装结构，其特征在于:该封装结构还包括， 外层线路介质层，所述外层线路介质层压合在所述第一外层线路层的两个表面上；介质层盲孔，所述介质层盲孔设置于所述外层线路介质层且所述介质层盲孔内填充有第二电镀介质； 第二外层线路层，所述第二外层线路层能够进行后续的芯片的组装或植球。
10.根据权利要求9所述的封装结构，其特征在于:该封装结构还包括， 阻焊层，所述阻焊层设置于所述第二外层线路层上。
【文档编号】H01L21/60GK103646880SQ201310457012
【公开日】2014年3月19日 申请日期:2013年9月29日 优先权日:2013年9月29日
【发明者】郭学平, 于中尧, 谢慧琴 申请人:华进半导体封装先导技术研发中心有限公司