一种圆片级芯片扇出封装结构的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种圆片级芯片扇出封装结构，属于半导体封装【技术领域】。其在硅晶圆上设置浅硅腔体（111）并顺次在硅晶圆表面设置介电层（120）和再布线层Ⅰ（131），接着在该硅基体（110）的上表面的再布线层Ⅰ（131）的表面设置金属凸块（140），将制备有芯片表面金属凸点（220）的待封装芯片（210）倒装放置到浅硅腔体（111）里，将整个硅晶圆进行塑封，并露出金属凸块（140）的上表面，再在塑封体（150）的上表面设置再布线层Ⅱ（132），将金属凸块（140）的输出端重布成阵列并放置焊锡球（170）。本实用新型避免了待封装芯片在塑封工艺中的偏移问题，并降低了封装工艺过程中圆片的翘曲问题，提升了封装产品的可靠性。
【专利说明】一种圆片级芯片扇出封装结构
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种圆片级芯片扇出封装结构，属于半导体封装【技术领域】。
【背景技术】
[0002]圆片级芯片尺寸封装是在整个晶圆上进行再布线和焊锡球凸点制备，最后再切割为单颗芯片的一种制作方式。该种封装的最终封装尺寸与芯片尺寸相当，可以实现封装的小型化和轻量化，在便携式设备中有着广泛的应用。随着半导体硅工艺的发展，芯片的关键尺寸越来越小，为了降低成本，在进行芯片制作时倾向于选择较先进的集成度更高的芯片制作工艺，这就使得芯片的尺寸越来越小，芯片表面的I/o密度也越来越高。但是，与此同时印刷电路板的制造工艺和表面贴装技术并没有很大的提升。对于这种I/O密度比较高的芯片，如若进行圆片级封装，为了确保待封装芯片与印刷线路板能够形成互连必须将高密度的I/o扇出为低密度的封装引脚，亦即进行圆片级芯片扇出封装。
[0003]目前，在圆片级芯片扇出封装中最主要的是由英飞凌公司开发的eWLP封装，此封装技术主要包含下述工艺过程:首先将芯片2正面通过胶带粘接在衬底晶圆上，进行晶圆级塑封，将衬底晶圆剥离，然后在芯片2正面进行再布线，形成再布线层3，并植焊锡球5，最后将封装体切成单颗。这种封装技术由于采用胶带进行粘接，在塑封的高温过程中其粘合力较难保证，这就导致芯片2在塑封过程中在塑封料模流的冲击下会产生位移，从而影响后续再布线工艺，因而封装工艺难管控且良率不高。另外，芯片2直接嵌入到塑封体I中，由于芯片2与塑封体I热膨胀系数不同，在封装过程中，温度的变化势必会产生应力，使圆片易出现较大的翘曲度，从而影响封装产品的可靠性，而在使用过程中，由于应力的存在，也易出现芯片2在塑封体I中脱落的失效，影响封装产品在使用过程中的可靠性。
【发明内容】
[0004]承上所述，本实用新型的目的在于克服上述圆片级芯片扇出封装的不足，提供一种圆片级芯片扇出封装结构，以避免待封装芯片在塑封工艺中的偏移问题，并降低封装工艺过程中圆片的翘曲问题，提升封装产品在使用过程中的可靠性。
[0005]本实用新型的目的是这样实现的:
[0006]本实用新型一种圆片级芯片扇出封装结构,包括:
[0007]—娃基体,在该上表面设有下凹的浅娃腔体；
[0008]—介电层,覆盖在该娃基体的上表面和浅娃腔体的表面；
[0009]一再布线层I，选择性地设置于该介电层的表面，并沿浅硅腔体底部向上延伸至同侧的娃基体的上表面；
[0010]至少一待封装芯片，在该正面设置有若干个芯片表面金属凸点，并通过该芯片表面金属凸点倒装至该浅硅腔体内与再布线层I实现电气互连；
[0011]至少一金属凸块，固定于该硅基体的上表面的再布线层I的表面；
[0012]一塑封体，塑封该待封装芯片、该金属凸块和该再布线层I所在的空间，并露出该金属凸块的上表面；以及
[0013]一再布线层II，设置于该塑封体的表面，并与该金属凸块形成电气互连；
[0014]一钝化层，覆盖在该再布线层II的表面，并选择性地设置若干个钝化层开口，该钝化层开口内设置焊锡球，与再布线层II实现电气互连。
[0015]本实用新型所述浅硅腔体的深度为100微米到200微米。
[0016]本实用新型所述金属凸块的上表面高于待封装芯片的背面。
[0017]本实用新型所述金属凸块的高度为50到100微米。
[0018]本实用新型所述金属凸块的横截面呈圆形或多边形，且其边界尺寸大于80微米。
[0019]本实用新型所述金属凸块呈阵列排布。
[0020]本实用新型所述金属凸块和/或芯片表面金属凸点的材质为铜。
[0021]本实用新型所述浅硅腔体的深度为100微米到200微米。
[0022]本实用新型所述芯片表面金属凸点的横截面呈圆形或多边形，且其边界尺寸大于60微米。
[0023]本实用新型所述芯片表面金属凸点的高度为15微米到35微米。
[0024]本实用新型所述芯片表面金属凸点呈阵列排布。
[0025]本实用新型的封装结构背面有硅基体做支撑，并且刻蚀了浅硅腔体用于承载待封装芯片，浅硅腔体与金属凸块、芯片表面金属凸点的有机结合，有效地压缩了待封装芯片的占用空间，使塑封形成的塑封体比较薄，有利于减小待封装芯片与塑封体热膨胀系数不同的影响。
[0026]本实用新型有益效果是:
[0027]本实用新型在进行塑封时用比较薄的塑封体进行圆片级塑封，减小了待封装芯片与塑封体热膨胀系数不同的影响，同时将待封装芯片完全包裹在塑封料里，其与再布线层
1、再布线层II通过Bump (指金属凸块、芯片表面金属凸点)互联，不仅避免了待封装芯片在塑封工艺中的偏移问题，而且减小了整个圆片的翘曲度，提高了封装产品的可靠性。
[0028]为了让本实用新型的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合所附图式作详细说明如下。
【专利附图】
【附图说明】
[0029]图1为现有圆片级芯片扇出封装结构不意图；
[0030]图2为本实用新型一种圆片级芯片扇出封装结构的实施例一的剖面示意图；
[0031]图3为本实用新型一种圆片级芯片扇出封装结构的实施例二的剖面示意图；
[0032]图4为本实用新型一种圆片级芯片扇出封装结构的待扇出芯片与浅硅腔体、焊锡球位置关系和数目关系的示意图。
[0033]主要元件符号说明
[0034]硅基体110
[0035]浅硅腔体111
[0036]介电层120
[0037]再布线层I I3I
[0038]再布线层II 132
[0039]金属凸块140
[0040]塑封体150
[0041]塑封开口151
[0042]钝化层160
[0043]钝化层开口 161
[0044]焊锡球170
[0045]待封装芯片210
[0046]芯片表面金属凸点220
[0047]焊锡帽230。
【具体实施方式】
[0048]现在将在下文中参照附图更加充分地描述本实用新型，在附图中示出了本实用新型的示例性实施例，从而本公开将本实用新型的范围充分地传达给本领域的技术人员。然而，本实用新型可以以许多不同的形式实现，并且不应被解释为限制于这里阐述的实施例。
[0049]实施例一，参见图2
[0050]本实用新型一种圆片级芯片扇出封装结构，其在硅基体110的上表面设有下凹的浅硅腔体111，一般呈倒梯形。浅硅腔体111的深度为100微米到200微米，以承载待封装芯片210。在硅基体110的上表面和浅硅腔体111的表面覆盖介电层120，该介电层120为有机或者无机材料，主要起绝缘作用。在介电层120的表面选择性地设置再布线层I 131，再布线层I 131沿浅硅腔体111的底部向上延伸至同侧的硅基体110的上表面，再布线层I 131通过圆片级再布线工艺可以实现单层或多层分布。待封装芯片210的正面设置有若干个芯片表面金属凸点220,芯片表面金属凸点220的一端分别与待封装芯片210的输入/输出端子连接，且每一待封装芯片210的输入/输出端子对应不只一个芯片表面金属凸点220。芯片表面金属凸点220的横截面通常呈圆形，其直径不大于60微米，其高度为15微米到35微米，为微型金属凸点。芯片表面金属凸点220为导电金属，通常采用铜，制成芯片表面铜凸点。芯片表面金属凸点220的另一端有焊锡帽230。
[0051]待封装芯片210通过芯片表面金属凸点220倒装至浅硅腔体111内与再布线层I 131实现电气互连，焊锡帽230起连接固定作用。再布线层I 131在彼此相邻的两个待封装芯片210的输入/输出端子之间选择性不连续。在硅基体110的上表面的再布线层I 131的表面设置若干个圆柱体状的金属凸块140，其直径不小于80微米。金属凸块140的上表面高于待封装芯片210的背面，以给待封装芯片210提供足够的高度空间。一般以金属凸块140的高度为50到100微米为佳。金属凸块140的材质为导电金属，通常为铜，制成铜柱凸块。对待封装芯片210、金属凸块140和再布线层I 131所在的空间采用塑封工艺进行塑封，形成塑封体150,塑封体150的上表面(一般为研磨面)与金属凸块140的上表面齐平。在塑封体150的表面设置再布线层II 132，并与金属凸块140形成电气互连。再布线层II 132通过圆片级再布线工艺可以实现单层或多层分布。在再布线层II 132的表面覆盖钝化层160，并选择性地设置若干个呈阵列排布的钝化层开口 161，以供焊锡球170通过钝化层开口 161与再布线层II 132形成电气互连。形成的焊锡球170—般也呈阵列排布。
[0052]实施例二，参见图3
[0053]本实用新型一种圆片级芯片扇出封装结构，其在硅基体110的上表面设有下凹的浅硅腔体111，浅硅腔体111的深度为100微米到200微米。在硅基体110的上表面和浅硅腔体111的表面覆盖介电层120，该介电层120为有机或者无机材料，主要起绝缘作用。在介电层120的表面选择性地设置再布线层I 131，再布线层I 131沿浅硅腔体111的底部向上延伸至同侧的硅基体110的上表面，再布线层I 131通过圆片级再布线工艺可以实现单层或多层分布。待封装芯片210的正面设置有若干个芯片表面金属凸点220,芯片表面金属凸点220的一端分别与待封装芯片210的输入/输出端子连接，且每一待封装芯片210的输入/输出端子对应不只一个芯片表面金属凸点220。芯片表面金属凸点220的横截面通常呈圆形，其直径不大于60微米，其高度为15微米到35微米，为微型金属凸点。芯片表面金属凸点220为导电金属,通常米用铜,制成芯片表面铜凸点。芯片表面金属凸点220的另一端有焊锡帽230。
[0054]待封装芯片210通过芯片表面金属凸点220倒装至浅硅腔体111内与再布线层I 131实现电气互连，再布线层I 131在彼此相邻的两个待封装芯片210的输入/输出端子之间选择性不连续。在硅基体I1的上表面的再布线层I 131的表面设置若干个圆柱体状的金属凸块140,其直径不小于80微米。金属凸块140的上表面高于待封装芯片210的背面，以给待封装芯片210提供足够的高度空间。一般以金属凸块140的高度为50到100微米为佳。金属凸块140的材质为导电金属，通常为铜，制成铜柱凸块。对待封装芯片210、金属凸块140和再布线层I 131所在的空间采用塑封工艺进行塑封，形成塑封体150。塑封体150于金属凸块140的顶部留有一定厚度h，并开设塑封开口 151，仅露出金属凸块140的上表面。该厚度h由实际工艺设计确定，一般为10至20微米。
[0055]在塑封体150的表面设置再布线层II 132，并与金属凸块140形成电气互连。再布线层II 132通过圆片级再布线工艺可以实现单层或多层分布。在再布线层II 132的表面覆盖钝化层160，并选择性地设置若干个呈阵列排布的钝化层开口 161，以供焊锡球170通过钝化层开口 161与再布线层II 132形成电气互连。形成的焊锡球170—般也呈阵列排布。
[0056]本实用新型一种圆片级芯片扇出封装结构在同一浅硅腔体111内设置的待封装芯片210的数目可以不止一个，如图4所示，浅硅腔体111内并排设置两个待封装芯片210，此两个待封装芯片210的功能可以相同，也可以不同。待封装芯片210的数目和在浅硅腔体111内的相对位置根据实际需要设计。数个焊锡球170用于满足圆片级芯片扇出封装结构与线路板的连接需要。
[0057]本实用新型一种圆片级芯片扇出封装结构，待封装芯片210倒装于浅硅腔体111之后，因待封装芯片210与浅硅腔体111之间的空间较狭小、结构层次较复杂，通常情况下，需要用底填料采用底填工艺先对待封装芯片210浅硅腔体111之间的空间进行填充，以防止直接塑封可能存在的虚塑封，然后再进行晶圆级塑封，这种工艺过程和封装结构也包含在本实用新型专利中。
[0058]本实用新型一种圆片级芯片扇出封装结构不限于上述优选实施例，如芯片表面金属凸点220的横截面除了可以呈圆形外，三角形、四边形等其它多边形都可以，只要其横截面的尺寸边界不大于60微米；金属凸块140的横截面除了可以呈圆形外，三角形、四边形等其它多边形也可以，只要其横截面的尺寸边界不大于80微米；焊锡球170也可以是其它连接件，以实现与线路板连接。金属凸块140与焊锡球170的个数、位置、形状等的灵活设置，给圆片级芯片扇出封装结构提供了更多设计空间。因此任何本领域技术人员在不脱离本实用新型的精神和范围内，依据本实用新型的技术实质对以上实施例所作的任何修改、等同变化及修饰，均落入本实用新型权利要求所界定的保护范围内。
【权利要求】
1.一种圆片级芯片扇出封装结构，包括: 一娃基体(110),在该上表面设有下凹的浅娃腔体(111)； 一介电层(120)，覆盖在该硅基体(110)的上表面和浅硅腔体(111)的表面； 一再布线层I (131)，选择性地设置于该介电层(120)的表面，并沿浅硅腔体(111)底部向上延伸至同侧的硅基体(110)的上表面； 至少一待封装芯片(210)，在该正面设置有若干个芯片表面金属凸点(220)，并通过该芯片表面金属凸点(220)倒装至该浅硅腔体(111)内与再布线层I (131)实现电气互连； 至少一金属凸块(140)，固定于该硅基体(110)的上表面的再布线层I (131)的表面； 一塑封体(150)，塑封该待封装芯片(210)、该金属凸块(140)和该再布线层I (131)所在的空间，并露出该金属凸块(140)的上表面；以及 一再布线层II (132),设置于该塑封体(150)的表面，并与该金属凸块(140)形成电气互连； 一钝化层(160)，覆盖在该再布线层II (132)的表面，并选择性地设置若干个钝化层(160 )开口，该钝化层(160 )开口内设置焊锡球(170 )，与再布线层II (132 )实现电气互连。
2.如权利要求1所述的一种圆片级芯片扇出封装结构，其特征在于:所述浅硅腔体(111)的深度为100微米到200微米。
3.如权利要求2所述的一种圆片级芯片扇出封装结构，其特征在于:所述金属凸块(140)的上表面高于待封装芯片(210)的背面。
4.如权利要求3所述的一种圆片级芯片扇出封装结构，其特征在于:所述金属凸块(140)的高度为50到100微米。
5.如权利要求4所述的一种圆片级芯片扇出封装结构，其特征在于:所述金属凸块(140)的横截面呈圆形或多边形，且其边界尺寸大于80微米。
6.如权利要求1至5中任一项所述的一种圆片级芯片扇出封装结构，其特征在于:所述金属凸块(140)呈阵列排布。
7.如权利要求1至5中任一项所述的一种圆片级芯片扇出封装结构，其特征在于:所述金属凸块(140)和/或芯片表面金属凸点(220)的材质为铜。
8.如权利要求7所述的一种圆片级芯片扇出封装结构，其特征在于:所述芯片表面金属凸点(220)的横截面呈圆形或多边形，且其边界尺寸大于60微米。
9.如权利要求8所述的一种圆片级芯片扇出封装结构，其特征在于:所述芯片表面金属凸点(220)的高度为15微米到35微米。
10.如权利要求9所述的一种圆片级芯片扇出封装结构，其特征在于:所述芯片表面金属凸点(220)呈阵列排布。
【文档编号】H01L23/13GK203941896SQ201420342396
【公开日】2014年11月12日 申请日期:2014年6月26日 优先权日:2014年6月26日
【发明者】郭洪岩, 张黎, 陈锦辉, 赖志明 申请人:江阴长电先进封装有限公司