塑封材料过孔及其填充方法与流程

本发明涉及一种半导体封装技术，特别是涉及一种塑封材料过孔及其填充方法。

背景技术：

众所周知，封装技术其实是一种将芯片打包的技术，这种打包对于芯片来说是必须的，因为芯片必须与外界隔离，以防止由于空气中的杂质对芯片电路的腐蚀而造成电气性能下降；另一方面，封装后的芯片也要便于安装和运输。由于封装技术的好坏还直接影响到芯片自身性能的发挥和与之连接的PCB(印刷电路板)的设计和制造，因此它是至关重要的。封装也可以说是安装半导体集成电路芯片用的外壳，它不仅起着安放、固定、密封、保护芯片和增强导热性能的作用，而且还是沟通芯片内部世界与外部电路的桥梁。简单来说，封装就是将芯片上的接点通过导线连接到封装外壳的引脚上，这些引脚又通过印刷电路板上的导线与其他器件建立连接。因此，封装技术是集成电路产业中非常关键的一环。

目前，经过多年的发展，封装技术经历了从最初的针脚插入式实装技术到表面贴装技术再到球栅阵列端子BGA(ball grid array)型封装技术再到最新的三维封装技术(3D package)。其中，三维封装技术又可以分为封装叠层的三维封装、芯片叠层的三维封装以及晶圆叠层的三维封装三种类型。三维封装的优点在于可以提高互连线的密度，降低器件外形的总体高度。由于有可能将不同类型的芯片层叠在一起，而又具有较高的互连线密度，因此三维封装技术具有很好的应用前景。在一个3D结构里，电子元器件，如具有各种有源IC器件的半导体芯片，可能是多层叠层结构。传统上，使用引线键合来建立芯片之间的电互连，但引线键合需要较大的平面内尺寸和平面外尺寸，与最大化元件密度的目标不一致。为了电连接在不同层里的元件，通孔技术可以被用来提供电互连，并提供机械支撑，而现在还没有一种有效的填充塑封材料过孔的方法。

鉴于此，有必要设计一种新的塑封材料过孔及其填充方法用以解决上述技术问题。

技术实现要素：

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种塑封材料过孔及其填充方法，用于解决现有技术中没有有效地填充塑封材料过孔方法的问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种塑封材料过孔的填充方法，所述填充方法包括：

S1：提供一金属焊盘结构，并在所述金属焊盘结构上表面形成塑封材料层；

S2：在对应金属焊盘位置的塑封材料层上形成开口，并在所述开口的内表面形成阻挡层，其中，所述金属焊盘上方保留有预定厚度的塑封材料层作为保护层；

S3：去除所述开口底部的阻挡层及保护层，暴露出所述金属焊盘；

S4：在所述阻挡层表面及金属焊盘上表面形成种子层，并在所述种子层表面依次形成金属层和聚合物层。

优选地，S1中所述塑封材料层的厚度小于等于200um。

优选地，S2中采用激光钻孔工艺在所述塑封材料层上形成开口，所述激光钻孔的能量为0.5～3J/cm2。

优选地，S1中所述塑封材料层的厚度大于200um。

优选地，S2中所述开口的形成方法包括：

S21：在对应金属焊盘位置的塑封材料层上形成凹槽，并在所述凹槽的内表面形成阻挡层；

S22：去除所述凹槽底部的阻挡层，并在所述凹槽底部重复S21至少一次，以形成开口。

优选地，采用激光钻孔工艺形成所述凹槽，所述激光钻孔的能量为0.5～3J/cm2。

优选地，S2中所述阻挡层的厚度为100nm～3um。

优选地，S2中所述阻挡层包括三～五族元素的氮化物、氧化物、或其氮化物与氧化物形成的混合层中的一种或多种。

优选地，S2中所述保护层的厚度为1～10um。

优选地，S3中采用激光钻孔或干法刻蚀工艺去除所述开口底部的阻挡层和保护层，其中，所述激光钻孔的能量为0.2～1J/cm2。

优选地，所述金属焊盘结构包括：

载板；

形成于所述载板上表面的重布线层；以及

形成于所述重布线层上的至少一个金属焊盘。

本发明还提供了一种塑封材料过孔，所述塑封材料过孔包括：

金属焊盘结构；

位于所述金属焊盘结构上表面、并在对应金属焊盘位置处形成有过孔的塑封材料层；

位于所述过孔内侧壁表面的阻挡层；

位于所述阻挡层表面及金属焊盘上表面的种子层；

位于所述种子层表面的金属层；以及

位于所述金属层表面、并填充所述过孔的聚合物层。

优选地，所述阻挡层的厚度为100nm～3um。

优选地，所述阻挡层包括三～五族元素的氮化物、氧化物、或其氮化物与氧化物形成的混合层中的一种或多种。

优选地，所述金属焊盘结构包括：

载板；

位于所述载板上表面的重布线层；以及

位于所述重布线层上的至少一个金属焊盘。

如上所述，本发明的塑封材料过孔及其填充方法，具有以下有益效果：

1.通过本发明所述填充方法能够有效实现塑封材料过孔的制作与填充，而且制作工艺、步骤简单。

2.本发明所述填充方法通过阻挡层的设计，减小了聚合物层对所述金属层的压力，避免了金属层因聚合物热膨胀所带来的压力产生破裂，变得不连续，无法实现电互连的问题；而且还通过所述阻挡层的设计，使得塑封材料过孔的侧壁变得更加光滑，有效避免了因激光钻孔引起的过孔侧壁过于粗糙的问题。

3.本发明所述塑封材料过孔结构简单，电互连效果好。

附图说明

图1至图4显示为本发明实施例一所述塑封材料过孔的填充方法的流程示意图。

图5至图9显示为本发明实施例二所述塑封材料过孔的填充方法的流程示意图。

元件标号说明

1 金属焊盘结构

11 载板

12 重布线层

13 金属焊盘

2 塑封材料层

3 开口

4 保护层

5 阻挡层

6 种子层

7 金属层

8 聚合物层

9 凹槽

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。

请参阅图1至图9。需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。

实施例一

本实施例提供一种塑封材料过孔的填充方法，所述填充方法包括：

S1：提供一金属焊盘结构1，并在所述金属焊盘结构1上表面形成塑封材料层2；

S2：在对应金属焊盘13位置的塑封材料层2上形成开口3，并在所述开口3的内表面形成阻挡层5，其中，所述金属焊盘13上方保留有预定厚度的塑封材料层作为保护层4；

S3：去除所述开口3底部的阻挡层5及保护层4，暴露出所述金属焊盘13；

S4：在所述阻挡层5表面及金属焊盘13上表面形成种子层6，并在所述种子层6表面依次形成金属层7和聚合物层8。

下面请参阅图1至图4对本实施例所述塑封材料过孔的填充方法进行详细说明。

如图1和图2所示，提供一金属焊盘结构1，并在所述金属焊盘结构1上表面形成塑封材料层2。

作为示例，所述金属焊盘结构1包括

载板11；

形成于所述载板11上表面的重布线层12；以及

形成于所述重布线层12上的至少一个金属焊盘13。

具体的，所述载板11为玻璃、透明半导体材料、或透明聚合物中的一种。

具体的，采用物理气相沉积法、化学气相沉积法、蒸镀工艺、溅射工艺、电镀工艺或化学镀工艺制作所述重布线层12，其中，所述重布线层12为单层或多层，其材料包括铝、铜、锡、镍、金及银中的一种或两种以上。

具体的，所述重布线层12包括图形化的介质层以及图像化的金属布线层；其中，所述介质层包括聚苯并噁唑、磷硅玻璃、自旋玻璃、自旋聚合物、氧化硅、SiO_xC_y、硅碳复合材料中的一种或多种。

具体的，采用物理气相沉积法、化学气相沉积法、蒸镀工艺、溅射工艺、电镀工艺或化学镀工艺制作所述金属焊盘13，其材料包括铝、铜、锡、镍、金及银中的一种或多种。

作为示例，所述塑封材料层2的厚度小于等于200um。

优选地，在本实施例中，所述塑封材料层2的厚度为190um；当然，在其它实施例中，所述塑封材料层2的厚度还可以为110um、150um或其它小于200um的数值。

具体的，采用旋涂、压模成型、印刷、传递模塑、液体模塑封装、真空层压、或其他适合实施的方法形成所述塑封材料层2，其材料包括聚合物基材料、树脂基材料、聚酰亚胺、环氧树脂中的一种或多种。

如图2和图3所示，在对应金属焊盘13位置的塑封材料层2上形成开口3，并在所述开口3的内表面形成阻挡层5，其中，所述金属焊盘13上方保留有预定厚度的塑封材料层作为保护层4。

作为示例，采用激光钻孔工艺在所述塑封材料层2上形成开口3，其中，所述激光钻孔的能量为0.5～3J/cm²。

需要说明的是，所述激光钻孔的能量与所述塑封材料层2的厚度相关，即所述塑封材料层2的厚度越大，所述激光钻孔的能量越大。

优选地，在本实施例中，所述激光钻孔的能量为2J/cm²；当然，在其它实施例中，根据塑封材料层的厚度，所述激光钻孔的能量还可以为0.5J/cm²、0.8J/cm²、1.1J/cm²、1.4J/cm²、1.7J/cm²、2.3J/cm²、2.6J/cm²、2.9J/cm²、3J/cm²等。

作为示例，所述阻挡层5的厚度为100nm～3um，其材料包括三～五族元素的氮化物、氧化物、或其氮化物与氧化物形成的混合层中的一种或多种；优选地，所述阻挡层的材料包括SiN、SiO₂中的一种或多种。

具体的，采用物理气相沉积法、化学气相沉积法、蒸镀工艺、溅射工艺、电镀工艺或化学镀工艺形成所述阻挡层5。

需要说明的是，所述阻挡层5的厚度与所述塑封材料层2的厚度正相关，即所述塑封材料层2的厚度越大，所述阻挡层5的厚度越大。

优选地，在本实施例中，所述阻挡层5的厚度为1.5um。当然，在其它实施例中，所述阻挡层5还可以根据塑封材料层2的厚度进行调整，即所述阻挡层5的厚度还可以为100nm、500nm、1um、1.25um、1.75um、2um、2.25um、2.5um、2.75um或3um等。

作为示例，所述保护层4的厚度为1～10um。

优选地，在本实施例中，所述保护层4的厚度为5um；当然，在其它实施例中，所述保护层4的厚度还可以为1um、2um、3um、4um、6um、7um、8um、9um或10um等。

如图4所示，去除所述开口3底部的阻挡层5及保护层4，暴露出所述金属焊盘13；然后在所述阻挡层5表面及金属焊盘13上表面形成种子层6，并在所述种子层6表面依次形成金属层7和聚合物层8。

作为示例，采用激光钻孔或干法刻蚀工艺去除所述开口3底部的阻挡层5和保护层4。

具体的，采用激光钻孔工艺去除所述开口3底部的阻挡层5和保护层4；其中，所述激光钻孔的能量为0.2～1J/cm²。优选地，在本实施例中，所述激光钻孔的能量为0.6J/cm²；当然，在其它实施例中，根据所述阻挡层5和保护层4的厚度，所述激光钻孔的能量还可以为0.2J/cm²、0.35J/cm²、0.5J/cm²、0.65J/cm²、0.8J/cm²、0.95J/cm²、1J/cm²等。

具体的，采用物理气相沉积法、化学气相沉积法、蒸镀工艺、溅射工艺、电镀工艺或化学镀工艺制作所述种子层6，其材料包括铜、或铜与钛的叠层。

具体的，采用物理气相沉积法、化学气相沉积法、蒸镀工艺、溅射工艺、电镀工艺或化学镀工艺制作所述金属层7，其材料包括铜。

具体的，所述聚合物层8包括聚酰亚胺、硅胶以及环氧树脂中的一种。

实施例二

本实施例提供一种塑封材料过孔的填充方法，所述填充方法包括：

S1：提供一金属焊盘结构1，并在所述金属焊盘结构1上表面形成塑封材料层2；

S2：在对应金属焊盘13位置的塑封材料层2上形成开口3，并在所述开口3的内表面形成阻挡层5，其中，所述金属焊盘13上方保留有预定厚度的塑封材料层作为保护层4；

S3：去除所述开口3底部的阻挡层5及保护层4，暴露出所述金属焊盘13；

S4：在所述阻挡层5表面及金属焊盘13上表面形成种子层6，并在所述种子层6表面依次形成金属层7和聚合物层8。

下面请参阅图5至图9对本实施例所述塑封材料过孔的填充方法进行详细说明。

如图5所示，提供一金属焊盘结构1，并在所述金属焊盘结构1上表面形成塑封材料层2。

作为示例，所述金属焊盘结构1包括

载板11；

形成于所述载板11上表面的重布线层12；以及

形成于所述重布线层12上的至少一个金属焊盘13。

具体的，所述载板11为玻璃、透明半导体材料、或透明聚合物中的一种。

具体的，采用物理气相沉积法、化学气相沉积法、蒸镀工艺、溅射工艺、电镀工艺或化学镀工艺制作所述重布线层12，其中，所述重布线层12为单层或多层，其材料包括铝、铜、锡、镍、金及银中的一种或两种以上。

具体的，所述重布线层12包括图形化的介质层以及图像化的金属布线层；其中，所述介质层包括聚苯并噁唑、磷硅玻璃、自旋玻璃、自旋聚合物、氧化硅、SiO_xC_y、硅碳复合材料中的一种或多种。

具体的，采用物理气相沉积法、化学气相沉积法、蒸镀工艺、溅射工艺、电镀工艺或化学镀工艺制作所述金属焊盘13，其材料包括铝、铜、锡、镍、金及银中的一种或多种。

作为示例，所述塑封材料层2的厚度大于200um。

优选地，在本实施例中，所述塑封材料层2的厚度为400um；当然，在其它实施例中，所述塑封材料层2的厚度还可以为300um、500um、或其它大于200um的数值。

具体的，采用旋涂、压模成型、印刷、传递模塑、液体模塑封装、真空层压、或其他适合实施的方法形成所述塑封材料层2，其材料包括聚合物基材料、树脂基材料、聚酰亚胺、环氧树脂中的一种或多种。

如图6至图8所示，在对应金属焊盘13位置的塑封材料层2上形成开口3，并在所述开口3的内表面形成阻挡层5，其中，所述金属焊盘13上方保留有预定厚度的塑封材料层作为保护层4。

作为示例，所述开口的形成方法包括：

S21：在对应金属焊盘13位置的塑封材料层2上形成凹槽9，并在所述凹槽9的内表面形成阻挡层5；

S22：去除所述凹槽9底部的阻挡层5，并在所述凹槽9底部重复S21至少一次，以形成开口3。

需要说明的是，所述S21重复的次数与塑封材料层的厚度、及每次形成凹槽的深度相关，即每次形成凹槽的深度相同时，所述塑封材料层的厚度越大，所述S21重复的次数越多；所述塑封材料层厚度相同时，每次形成凹槽的深度越大，所述S21重复的次数越少；优选地，在本实施例中，所述塑封材料层的厚度为400um时，由于每次形成凹槽的深度均大于180um，故所述S21重复一次。

如图6和图7所示，先在对应金属焊盘13位置的塑封材料层2上形成凹槽9，并在所述凹槽9的内表面形成阻挡层5。

具体的，采用激光钻孔工艺在所述塑封材料层2上形成凹槽9，其中，所述激光钻孔的能量为0.5～3J/cm²。

优选地，本实施例中，所述凹槽9的深度为200um，所述激光钻孔的能量为2.2J/cm²；当然，在其它实施例中，根据所述凹槽9的深度，所述激光钻孔的能量还可以为0.5J/cm²、0.7J/cm²、1.0J/cm²、1.3J/cm²、1.6J/cm²、2.1J/cm²、2.4J/cm²、2.7J/cm²、3J/cm²等。

具体的，采用物理气相沉积法、化学气相沉积法、蒸镀工艺、溅射工艺、电镀工艺或化学镀工艺形成所述阻挡层5；其中，所述阻挡层5的厚度为100nm～3um，其材料包括三～五族元素的氮化物、氧化物、或其氮化物与氧化物形成的混合层中的一种或多种；优选地，所述阻挡层的材料包括SiN、SiO₂中的一种或多种。

需要说明的是，所述阻挡层5的厚度与塑封材料层2的厚度正相关，即塑封材料层2的厚度越大，所述阻挡层5的厚度越大。

优选地，在本实施例中，所述阻挡层5的厚度为2um。当然，在其它实施例中，所述阻挡层5还可以根据塑封材料层2的厚度进行调整，即所述阻挡层5的厚度还可以为1.5um、1.75um、2um、2.25um、2.5um、2.75um或3um等。

如图8所示，去除所述凹槽9底部的阻挡层5，并在所述凹槽9底部重复S21一次，以形成开口3。

具体的，采用激光钻孔工艺先去除所述凹槽9底部的阻挡层5，然后再继续去除所述凹槽9底部的塑封材料层2；其中，所述激光钻孔的能量为0.5～3J/cm²。

优选地，在本实施例中，此步骤中所述激光钻孔的能量为2.1J/cm²。

作为示例，所述保护层4的厚度为1～10um。

优选地，在本实施例中，所述保护层4的厚度为6um；当然，在其它实施例中，所述保护层4的厚度还可以为1um、2um、3um、4um、5um、7um、8um、9um或10um等。

如图9所示，先去除所述开口3底部的阻挡层5及保护层4，暴露出所述金属焊盘13；然后在所述阻挡层5表面及金属焊盘13上表面形成种子层6，并在所述种子层6表面依次形成金属层7和聚合物层8。

作为示例，采用激光钻孔或干法刻蚀工艺去除所述开口3底部的阻挡层5和保护层4。

具体的，采用激光钻孔工艺去除所述开口底部的阻挡层和保护层；其中，所述激光钻孔的能量为0.2～1J/cm²。优选地，在本实施例中，所述激光钻孔的能量为0.8J/cm²；当然，在其它实施例中，根据所述阻挡层和保护层的厚度，所述激光钻孔的能量还可以为0.2J/cm²、0.3J/cm²、0.4J/cm²、0.5J/cm²、0.6J/cm²、0.7J/cm²、0.9J/cm²或1J/cm²等。

具体的，采用物理气相沉积法、化学气相沉积法、蒸镀工艺、溅射工艺、电镀工艺或化学镀工艺制作所述种子层6，其材料包括铜、或铜与钛的叠层。

具体的，采用物理气相沉积法、化学气相沉积法、蒸镀工艺、溅射工艺、电镀工艺或化学镀工艺制作所述金属层7，其材料包括铜。

具体的，所述聚合物层8包括聚酰亚胺、硅胶以及环氧树脂中的一种。

实施例三

如图4和图9所示，本实施例提供一种塑封材料过孔，所述塑封材料过孔包括：

金属焊盘结构1；

位于所述金属焊盘结构1上表面、并在对应金属焊盘13位置处形成有过孔的塑封材料层2；

位于所述过孔内侧壁表面的阻挡层5；

位于所述阻挡层5表面及金属焊盘13上表面的种子层6；

位于所述种子层6表面的金属层7；以及

位于所述金属层7表面、并填充所述过孔的聚合物层8。

作为示例，所述金属焊盘结构1包括：

载板11；

位于所述载板11上表面的重布线层12；以及

位于所述重布线层12上的至少一个金属焊盘13。

具体的，所述载板11为玻璃、透明半导体材料、或透明聚合物中的一种。

具体的，所述重布线层12为单层或多层，其材料包括铝、铜、锡、镍、金及银中的一种或两种以上。

具体的，所述重布线层12包括图形化的介质层以及图像化的金属布线层；其中，所述介质层包括聚苯并噁唑、磷硅玻璃、自旋玻璃、自旋聚合物、氧化硅、SiO_xC_y、硅碳复合材料中的一种或多种。

具体的，所述金属焊盘13包括铝、铜、锡、镍、金及银中的一种或多种。

作为示例，所述塑封材料层2包括聚合物基材料、树脂基材料、聚酰亚胺、环氧树脂中的一种或多种。

作为示例，所述阻挡层5的厚度为100nm～3um，其材料包括三～五族元素的氮化物、氧化物、或其氮化物与氧化物形成的混合层中的一种或多种；优选地，所述阻挡层的材料包括SiN、SiO₂中的一种或多种。

需要说明的是，所述阻挡层5的厚度与塑封材料层2的厚度正相关，即塑封材料层2的厚度越大，所述阻挡层5的厚度越大。

作为示例，所述种子层6包括铜、或铜与钛的叠层。

作为示例，所述金属层7包括铜。

作为示例，所述聚合物层8包括聚酰亚胺、硅胶以及环氧树脂中的一种。

综上所述，本发明提供一种塑封材料过孔及其填充方法，具有以下有益效果：

1.通过本发明所述填充方法能够有效实现塑封材料过孔的制作与填充，而且制作工艺、步骤简单。

2.本发明所述填充方法通过阻挡层的设计，减小了聚合物层对所述金属层的压力，避免了金属层因聚合物热膨胀所带来的压力产生破裂，变得不连续，无法实现电互连的问题；而且还通过所述阻挡层的设计，使得塑封材料过孔的侧壁变得更加光滑，有效避免了因激光钻孔引起的过孔侧壁过于粗糙的问题。

3.本发明所述塑封材料过孔结构简单，电互连效果好。

所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。