集成散热结构的硅基扇出型封装及晶圆级封装方法与流程

本发明涉及半导体封装技术领域，具体涉及一种集成散热结构的硅基扇出型封装及晶圆级封装方法。

背景技术：

晶圆级扇出封装是指通过重构圆片和圆片级再布线方式，把i/o通过再布线面阵列布满封装表面，以便于扩大i/o节距，满足下一级互连的节距要求。

目前，传统的以ewlb为典型代表的扇出型封装技术中，芯片五面都被塑封材料(epoxymoldingcompound)包裹。然而，塑封材料一般热传导性较差，使得芯片的散热效率较低，需要额外集成散热结构，但额外的散热结构的集成制作较复杂，制作成本高。

技术实现要素：

为了解决上述技术问题，本发明提出一种集成散热结构的硅基扇出型封装及晶圆级封装方法，基于硅基扇出型封装技术(esifo)，实现了更好的散热效果，且具有制作简单，制作成本低的优点。

本发明的技术方案是这样实现的：

一种集成散热结构的硅基扇出型封装，包括一硅基体，所述硅基体具有第一表面和第二表面，所述硅基体的第一表面上形成有至少一向所述第二表面延伸的凹槽，所述凹槽内设有至少一颗焊盘面向上的芯片，所述芯片的焊盘面上具有焊盘，至少有一个焊盘的电性通过导电扇出结构扇出至所述硅基体的第一表面上，所述硅基体的第二表面上直接制作有散热结构。

进一步的，所述散热结构包括在所述硅基体的第二表面上直接制作的间隔排布的多个微通道，所述微通道自所述硅基体的第二表面向第一表面延伸一定距离。

进一步的，所述微通道的横截面形状为孔状或沟道状。

进一步的，所述微通道包括位于所述凹槽的底部之上的第一微通道和位于所述凹槽的侧壁延长线之外的第二微通道。

进一步的，所述第二微通道的深度大于所述第一微通道的深度，且所述第二微通道的底部越过所述凹槽的底部。

进一步的，所述硅基体的第二表面上贴装有散热盖板，所述散热盖板中形成有供冷却液进出的进口、出口及连接于进口和出口之间的散热流道，所述散热盖板密封所述微通道的开口。

进一步的，所述导电扇出结构包括形成于所述芯片及所述硅基体的第一表面上的介质层、制作于所述介质层上连接所述芯片的焊盘与所述硅基体的第一表面上的焊球的金属布线和铺设于所述金属布线层上的钝化层。

一种集成散热结构的硅基扇出型封装的晶圆级封装方法，包括以下步骤：

a.提供一硅基体晶圆，所述硅基体圆片具有第一表面和与其相对的第二表面，在所述硅基体圆片的第一表面刻蚀形成至少一个具有设定形状和深度的凹槽；

b.在所述凹槽内安装至少一个待封装的芯片，使所述芯片的焊盘面朝上；

c.在所述硅基体晶圆的第一表面及所述芯片的焊盘面上制作导电扇出结构，将至少一个焊盘的电性扇出至所述硅基体的第一表面上；

d.在步骤c后的硅基体晶圆的第二表面上直接制作对应各个芯片的散热结构，所述散热结构包括在所述硅基体的第二表面上直接制作的间隔排布的多个微通道，所述微通道自所述硅基体的第二表面向第一表面延伸一定距离；

e.切割晶圆，形成集成散热结构的硅基扇出型封装。

进一步的，在所述硅基体晶圆的厚度不足以支持晶圆级封装中制作散热结构时，将步骤c后硅基体晶圆通过临时键合材料压合至一临时载板上，并在完成散热结构的制作后，将临时载板解键合。

进一步的，在步骤d中通过光刻和腐蚀工艺制作出所述散热结构，或者使用机械切割和激光工艺加工出所述散热结构。

进一步的，在步骤d后的硅基体晶圆的第二表面上贴装一散热盖板，所述散热盖板中具有供冷却液进出的进口、出口及连接于进口和出口之间的散热流道，所述散热盖板密封所述微通道的开口。

本发明的有益效果是：本发明提供一种集成散热结构的硅基扇出型封装及晶圆级封装方法，基于硅基扇出型封装技术(esifo)，在埋入芯片后硅基体的第二表面直接制作散热结构，由晶圆级制程制造，加工精度高，过程简单，价格低。和传统机械加工的散热片相比，本发明可以在硅基体上直接使用硅微加工工艺制作尺寸更加精细的散热结构，在同样的单位体积内创造出更大的散热面积，实现了更好的散热效果。这种散热结构直接在埋入硅基板的芯片背面集成，集成密度高、体积小、重量轻。并且减少了外界环境与芯片之间的界面，进一步提高了散热效果。较佳的，可以在硅基体第二表面的散热结构上集成具有强制水冷的散热盖板，获得更高的散热效率。

附图说明

图1为本发明步骤c后的硅基体晶圆结构示意图；

图2为本发明在硅基体晶圆的厚度不足以支持晶圆级封装中制作散热结构时，硅基体晶圆与临时载板键合的结构示意图；

图3为本发明在硅基体晶圆的第二表面直接制作散热结构的结构示意图；

图4为本发明临时载板解键合后的硅基体晶圆的结构示意图；

图5为本发明集成散热结构的硅基扇出型封装的结构示意图；

图6为本发明第二微通道深度大于第一微通道深度的集成散热结构的硅基扇出型封装的结构示意图；

图7为本发明带有盖板的集成散热结构的硅基扇出型封装的结构示意图。

具体实施方式

为了能够更清楚地理解本发明的技术内容，特举以下实施例详细说明，其目的仅在于更好理解本发明的内容而非限制本发明的保护范围。实施例附图的结构中各组成部分未按正常比例缩放，故不代表实施例中各结构的实际相对大小。

如图5所示，一种集成散热结构的硅基扇出型封装，包括一硅基体1，所述硅基体具有第一表面101和第二表面102，所述硅基体的第一表面上形成有至少一向所述第二表面延伸的凹槽103，所述凹槽内设有至少一颗焊盘面向上的芯片2，所述芯片的焊盘面上具有焊盘，至少有一个焊盘的电性通过导电扇出结构3扇出至所述硅基体的第一表面上，所述硅基体的第二表面上直接制作有散热结构。

上述结构中，在埋入芯片后硅基体的第二表面直接制作散热结构，减少了外界环境与芯片之间的界面，提高了散热效果。且这种散热结构直接在埋入硅基板的芯片背面集成，制作过程简单，具有集成密度高、体积小、重量轻和成本低等优点。

优选的，所述散热结构包括在所述硅基体的第二表面上直接制作的间隔排布的多个微通道4，所述微通道自所述硅基体的第二表面向第一表面延伸一定距离。这样，在同样的单位体积内创造出了更大的散热面积，能够实现更好的散热效果。其中多个微通道可以呈阵列状规则排布，也可以是不规则排布，为了获得均匀稳定的散热效果，优选的，采用呈阵列状规则平行排布的形式。

优选的，所述微通道的横截面形状为孔状或沟道状。也就是说，多个微通道可以是多个彼此独立的小孔，呈网状，小孔的形状可以直孔或斜孔等，也可以是多个彼此独立的沟道，呈栅格状，沟道的形状可以是直沟道或斜沟道等，图5示例出了直孔或直沟通形式，但不限于此，比如微通道还可以使孔状与沟通状的结合。

优选的，所述微通道包括位于所述凹槽的底部之上的第一微通道401和位于所述凹槽的侧壁延长线之外的第二微通道402。即多个第一微通道与凹槽内芯片相对应设置，多个第二微通道扩展至凹槽内芯片侧面的延长线之外的区域，以获得更好的散热效果，在散热要求较低的情况下，可以只制作对应芯片的第一微通道即可。

第一微通道和第二微通道的深度不做具体限制，其向硅基体的第一表面延伸一定距离，比如可以延伸至与凹槽的底部相隔一定厚度的硅基体材料，也可以延伸至凹槽的底部，即连通凹槽，还可以进一步延伸至将芯片黏贴至凹槽内的粘结胶中或穿透粘结胶止于芯片的背面。由于第二微通道未与凹槽及芯片相对，更佳的，参见图6，第二微通道402的深度大于第一微通道401的深度，且第二微通道的底部越过所述凹槽的底部，以获得更好的散热效果。多个第一微通道或多个第二微通道之间的深度可以相同，也可以不同，优选的，采取深度相同的形式，参见图5和图6。

在硅基体第二表面制作的散热结构适用于空气冷却(自然或强制对流)。为了适用散热需求更高的应用，优选的，硅基体的第二表面上贴装有散热盖板5，散热盖板中形成有供冷却液进出的进口、出口及连接于进口和出口之间的散热流道，散热盖板密封所述微通道的开口，即制作带有散热盖板的微通道散热结构，可用作液体冷却。其中，一般情况下散热盖板可由硅或玻璃制作而成，散热盖板的液体进出口及散热流道由腐蚀或激光工艺制作。盖板也可以由金属、陶瓷或其他材料制作。盖板与硅基体之间的连接可以通过聚合物键合、金属键合或其他键合工艺实现。

导电扇出结构用于将芯片的焊盘扇出至硅基体的第二表面上，其结构优选为：包括形成于芯片及硅基体的第一表面上的介质层301、制作于介质层上连接所述芯片的焊盘与硅基体的第一表面上的焊球302的金属布线303和铺设于金属布线层上的钝化层304。

以下结合附图1至5，对本发明集成散热结构的硅基扇出型封装的晶圆级封装方法进行详细说明。

一种集成散热结构的硅基扇出型封装的晶圆级封装方法包括如下步骤：

a.提供一硅基体晶圆100，所述硅基体圆片具有第一表面101和与其相对的第二表面102，在所述硅基体圆片的第一表面刻蚀形成至少一个具有设定形状和深度的凹槽103；

b.在所述凹槽103内安装至少一个待封装的芯片2，使所述芯片的焊盘面朝上；具体实施方法可采用，先在所述凹槽内放置至少一个待封装的芯片2，使所述芯片的焊盘面朝上，然后，在芯片背面涂布一定厚度的粘附胶，使芯片与凹槽底部粘接并固化，形成粘附层6，并使芯片的焊盘面接近或平行硅基体的第一表面，且芯片与所述凹槽的侧壁之间具有间隙；

c.参见图1，在所述硅基体晶圆的第一表面及所述芯片的焊盘面上制作导电扇出结构3，将至少一个焊盘的电性扇出至所述硅基体的第一表面上；具体实施方式可采用，通过涂布工艺，在凹槽的侧壁与芯片之间的间隙内填充聚合物胶，并在芯片的焊盘面上以及硅基体的第一表面涂布聚合物胶，固化后形成一层介质层301；然后，打开芯片的焊盘上面的介质层，并在介质层上面制作连接芯片的焊盘的金属布线303；最后，在金属布线上面制作一层钝化层304，在金属布线上需要植焊球的位置打开钝化层，在露出的金属布线上制备所需的凸点下金属层，进行凸点制备或植焊球302。

d.参见图3，在步骤c后的硅基体晶圆的第二表面上直接制作对应各个芯片的散热结构，所述散热结构包括在所述硅基体的第二表面上直接制作的间隔排布的多个微通道4，所述微通道自所述硅基体的第二表面向第一表面延伸一定距离；所述微通道包括位于所述凹槽的底部之上的第一微通道401和位于所述凹槽的侧壁延长线之外的第二微通道402。在本步骤中，首先，可以不研磨晶圆，可以仅将其研磨至所需的包含散热结构的封装整体的厚度。随后通过光刻和腐蚀工艺在晶圆级制作出对应各芯片的散热结构。也可以使用机械切割和激光工艺加工出对应各芯片的散热结构。

在本步骤中，如果硅基体晶圆的厚度不足以支持晶圆级封装中制作散热结构，可将硅基体晶圆通过临时键合材料7压合至一临时载板8上，参见图2，并在完成散热结构的制作后，将临时载板解键合，参见图4。也就是说，如果在整个晶圆较薄时，需要在临时载板上完成晶圆级制作工艺流程。如果整个晶圆较厚，可以不使用临时载板，直接在独立的晶圆上完成晶圆级制作工艺流程。

e.最后，切割晶圆，形成集成散热结构的硅基扇出型封装，参见图5。

通过上述晶圆级封装方法在硅基体第二表面制作的散热结构适用于空气冷却(自然或强制对流)。为了适用散热需求更高的应用，优选的，参见图7，在硅基体的第二表面上贴装有散热盖板5，散热盖板中形成有供冷却液进出的进口、出口及连接于进口和出口之间的散热流道，散热盖板密封所述微通道的开口，即制作带有散热盖板的微通道散热结构，可用作液体冷却。

制作有盖板的集成散热结构的硅基扇出型封装只需在上述步骤的基础上，增加键合散热盖板的步骤，也就是说，可以在硅基体晶圆上制作出散热结构后，再通过晶圆级键合工艺，在散热结构上安装散热盖板。还可以在切割晶圆，形成集成散热结构的硅基扇出型封装后，通过芯片级键合工艺，在硅基体的散热结构上安装散热盖板。盖板与晶圆或芯片的压合可以通过聚合物键合、金属键合或其他键合工艺实现。

以上实施例是参照附图，对本发明的优选实施例进行详细说明。本领域的技术人员通过对上述实施例进行各种形式上的修改或变更，但不背离本发明的实质的情况下，都落在本发明的保护范围之内。