半导体芯片的封装结构的制作方法

本实用新型涉及一种半导体封装结构，特别是涉及一种半导体芯片的封装结构。

背景技术：

随着集成电路的功能越来越强、性能和集成度越来越高，以及新型的集成电路出现，封装技术在集成电路产品中扮演着越来越重要的角色，在整个电子系统的价值中所占的比例越来越大。同时，随着集成电路特征尺寸达到纳米级，晶体管向更高密度、更高的时钟频率发展，封装也向更高密度的方向发展。

由于扇出晶圆级封装(fowlp)技术由于具有小型化、低成本和高集成度等优点，以及具有更好的性能和更高的能源效率，扇出晶圆级封装(fowlp)技术已成为高要求的移动/无线网络等电子设备的重要的封装方法，是目前最具发展前景的封装技术之一。

现有的一种半导体芯片的封装结构如图1所示，其包括半导体芯片202，封装材料201，重新布线层203，凸点下金属层204(UBM)以及制作于所述凸点下金属层(UBM)上的金属凸块205，所述凸点下金属层204(UBM)可以有效增强所述金属凸块205与所述重新布线层的接触强度，以免所述金属凸块205掉落等缺陷的发生。然而，由于凸点下金属层的制作工艺较复杂，会大大提高封装工艺及封装结构的成本。

因此，提供一种工艺及结构简单，可以有效降低封装工艺成本的半导体芯片的封装结构及封装方法实属必要。

技术实现要素：

鉴于以上所述现有技术的缺点，本实用新型的目的在于提供一种半导体芯片的封装结构及封装方法，用于解决现有技术中封装工艺及结构较复杂，成本较高的问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本实用新型提供一种半导体芯片的封装结构，包括：待封装芯片结构；重新布线层，形成于所述待封装芯片结构上，所述重新布线层具有与所述待封装芯片结构电性连接的第一面以及与所述第一面相对的第二面，所述第二面露出有包含在所述重新布线层中的金属布线层；金属凸块，直接制作于所述金属布线层上；以及聚合物层，形成于所述重新布线层的第二面，所述聚合物层包围所述金属凸块，且所述聚合物层上露出有所述金属凸块的部分。

优选地，所述待封装芯片结构包括半导体芯片以及包覆于所述半导体芯片的封装材料，所述半导体芯片具有电引出结构的一面与所述封装材料的下表面处于同一平面。

优选地，所述重新布线层包括交替层叠的图形化的介质层以及图形化的金属布线层，其中，所述重新布线层的顶层为图形化的介质层，该图形化的介质层中露出有金属布线层。

进一步地，所述介质层的材料包括环氧树脂、硅胶、PI、PBO、BCB、氧化硅、磷硅玻璃，含氟玻璃中的一种或两种以上组合，所述金属布线层的材料包括铜、铝、镍、金、银、钛中的一种或两种以上组合。

优选地，所述金属凸块包括铜柱、位于所述铜柱上表面的镍层、以及位于所述镍层上的焊料凸点。

进一步地，所述金属阻挡层包括镍层，所述焊料凸点的材料包括铅、锡及银中的一种或包含上述任意一种焊料金属的合金。

优选地，所述封装材料包括聚酰亚胺、硅胶以及环氧树脂中的一种。

优选地，所述聚合物层为环氧树脂层。

优选地，所述半导体芯片的封装结构应用于扇出型晶圆级封装FOWLP、晶圆级芯片封装 WLCSP、晶圆级封装WLP或三维集成电路3DIC。

本实用新型还提供一种半导体芯片的封装方法，包括：1)提供一待封装芯片结构；2) 于所述待封装芯片结构上形成重新布线层，所述重新布线层具有与所述待封装芯片结构电性连接的第一面以及与所述第一面相对的第二面，所述第二面露出有包含在所述重新布线层中的金属布线层；3)于所述金属布线层上直接制作金属凸块；4)于所述重新布线层的第二面形成聚合物层，所述聚合物层包围所述金属凸块，且所述聚合物层上露出有所述金属凸块的部分。

优选地，所述待封装芯片结构包括半导体芯片以及包覆于所述半导体芯片的封装材料，所述半导体芯片具有电引出结构的一面与所述封装材料的下表面处于同一平面。

优选地，步骤1)提供所述待封装芯片结构包括：1-1)提供一支撑衬底，于所述衬底表面形成分离层；1-2)提供半导体芯片，将所述半导体芯片粘附于所述分离层上，其中，所述半导体芯片具有电引出结构的一面朝向所述分离层；1-3)采用封装材料对所述导体芯片进行封装；1-4)基于所述分离层分离所述封装材料与所述支撑衬底，使得所述半导体芯片具有电引出结构的一面与所述封装材料的下表面处于同一平面。

优选地，所述支撑衬底包括玻璃衬底、金属衬底、半导体衬底、聚合物衬底及陶瓷衬底中的一种；所述分离层包括胶带及聚合物层中的一种，所述聚合物层首先采用旋涂工艺涂覆于所述支撑衬底表面，然后采用紫外固化或热固化工艺使其固化成型。

优选地，采用封装材料封装所述半导体芯片的方法包括压缩成型、传递模塑成型、液封成型、真空层压及旋涂中的一种，所述封装材料包括聚酰亚胺、硅胶以及环氧树脂中的一种。

优选地，步骤2)制作所述重新布线层为交替进行如下步骤：采用化学气相沉积工艺或物理气相沉积工艺于所述半导体芯片及封装材料的平面形成介质层，并对所述介质层进行刻蚀形成图形化的介质层；采用化学气相沉积工艺、蒸镀工艺、溅射工艺、电镀工艺或化学镀工艺于所述图形化介质层表面形成金属层，并对所述金属层进行刻蚀形成图形化的金属布线层。

优选地，所述介质层的材料包括环氧树脂、硅胶、PI、PBO、BCB、氧化硅、磷硅玻璃，含氟玻璃中的一种或两种以上组合，所述金属布线层的材料包括铜、铝、镍、金、银、钛中的一种或两种以上组合。

优选地，步骤3)中，所述重新布线层的顶层为图形化的介质层，所述图形化的介质层露出图形化的金属布线层，于所述图形化的金属布线层上直接制作金属凸块。

优选地，所述金属凸块的制备方法包括步骤：a)采用电镀法于所述重新布线层表面形成铜柱；b)采用电镀法于所述铜柱表面形成金属阻挡层；c)采用电镀法于所述金属阻挡层表面形成焊料金属，并采用高温回流工艺于所述金属阻挡层表面形成焊料凸点。

进一步地，所述金属阻挡层包括镍层，所述焊料凸点的材料包括铅、锡及银中的一种或包含上述任意一种焊料金属的合金。

优选地，所述半导体芯片的封装方法应用于扇出型晶圆级封装FOWLP、晶圆级芯片封装 WLCSP、晶圆级封装WLP或三维集成电路3DIC。

如上所述，本实用新型的半导体芯片的封装结构及封装方法，具有以下有益效果：

1)本实用新型不需要在重新布线层上制作凸点下金属层(UBM)，在形成金属凸块之后，制作一层聚合物层对所述金属凸块进行保护，该聚合物层围绕所述金属凸块，一方面可增加其与重新布线层之间的结合强度，防止其晃动或掉落，另一方面可以对其进行保护，防止氧化及水汽等对金属凸块及下方的重新布线层的影响；

2)本实用新型不需要制作凸点下金属层(UBM)，工艺及结构较简单可以有效降低封装工艺及封装结构的成本；

3)本实用新型可以应用于如扇出型晶圆级封装FOWLP、晶圆级芯片封装WLCSP、晶圆级封装WLP或三维集成电路3DIC等需要制作重新布线层的封装结构中，在半导体封装领域具有广泛的应用前景。

附图说明

图1显示为现有技术中的扇出型封装结构的结构示意图。

图2-图8显示为本实用新型的半导体芯片的封装方法各步骤所呈现的结构示意图，其中，图 8显示为本实用新型的半导体芯片的封装结构的结构示意图。

元件标号说明

101 支撑衬底

102 分离层

103 半导体芯片

104 封装材料

30 重新布线层

105 第一介质层

106 金属布线层

107 第二介质层

108 金属凸块

109 聚合物层

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本实用新型的实施方式，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实用新型的其他优点与功效。本实用新型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，在没有背离本实用新型的精神下进行各种修饰或改变。

请参阅图2～图8。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实用新型的基本构想，遂图示中仅显示与本实用新型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。

如图2～图8所示，本实施例提供一种半导体芯片103的封装方法，包括：

如图2～图5所示，首先进行步骤1)，提供一待封装芯片结构。

作为示例，所述待封装芯片结构包括半导体芯片103以及包覆于所述半导体芯片103的封装材料104，所述半导体芯片103具有电引出结构的一面与所述封装材料104的下表面处于同一平面。

具体地，步骤1)提供所述待封装芯片结构包括：

如图2所示，进行步骤1-1)，提供一支撑衬底101，于所述衬底表面形成分离层102；

作为示例，所述支撑衬底101包括玻璃衬底、金属衬底、半导体衬底、聚合物衬底及陶瓷衬底中的一种。在本实施例中，所述支撑衬底101选用为玻璃衬底，所述玻璃衬底成本较低，容易在其表面形成分离层102，且能降低后续的剥离工艺的难度。

作为示例，所述分离层102包括胶带及聚合物层中的一种，所述聚合物层首先采用旋涂工艺涂覆于所述支撑衬底101表面，然后采用紫外固化或热固化工艺使其固化成型。

在本实施例中，所述分离层102选用为热固化胶，通过旋涂工艺形成于所述支撑衬底101 上后，通过热固化工艺使其固化成型。热固化胶性能稳定，表面较光滑，有利于后续的重新布线层30的制作，并且，在后续的剥离工艺中，剥离的难度较低，剥离后可以获得完整且性能良好的重新布线层30。

如图3所示，进行步骤1-2)，提供半导体芯片103，将所述半导体芯片103粘附于所述分离层102上，其中，所述半导体芯片103具有电引出结构的一面朝向所述分离层102。

作为示例，所述半导体芯片103可以为一个或多个，可以依据需要实现的功能而进行任意的组合，并通过后续的重新布线层30实现电性互连。

如图4所示，进行步骤1-3)，采用封装材料104对所述导体芯片进行封装。

作为示例，采用封装材料104封装所述半导体芯片103的方法包括压缩成型、传递模塑成型、液封成型、真空层压及旋涂中的一种，所述封装材料104包括聚酰亚胺、硅胶以及环氧树脂中的一种。

如图5所示，进行步骤1-4)，基于所述分离层102分离所述封装材料104与所述支撑衬底101，使得所述半导体芯片103具有电引出结构的一面与所述封装材料104的下表面处于同一平面。

例如，所述分离层102选用为胶带时，可以采用撕除的方法分离所述封装材料104与所述支撑衬底101，这个工艺较为简单，可以有效降低成本。

如图6所示，然后进行步骤2)，于所述待封装芯片结构上形成重新布线层30，所述重新布线层30具有与所述待封装芯片结构电性连接的第一面以及与所述第一面相对的第二面，所述第二面露出有包含在所述重新布线层30中的金属布线层106；

作为示例，步骤2)制作所述重新布线层30为交替进行如下步骤：采用化学气相沉积工艺或物理气相沉积工艺于所述半导体芯片103及封装材料104的平面形成介质层，并对所述介质层进行刻蚀形成图形化的介质层；采用化学气相沉积工艺、蒸镀工艺、溅射工艺、电镀工艺或化学镀工艺于所述图形化介质层表面形成金属层，并对所述金属层进行刻蚀形成图形化的金属布线层106。所述介质层的材料包括环氧树脂、硅胶、PI、PBO、BCB、氧化硅、磷硅玻璃，含氟玻璃中的一种或两种以上组合，所述金属布线层106的材料包括铜、铝、镍、金、银、钛中的一种或两种以上组合。

具体地，步骤2)制作所述重新布线层30包括步骤：

步骤2-1)，采用化学气相沉积工艺或物理气相沉积工艺于所述分离层102表面形成第一介质层105，并对所述介质层进行刻蚀形成图形化的第一介质层105。

作为示例，所述第一介质层105的材料包括环氧树脂、硅胶、PI、PBO、BCB、氧化硅、磷硅玻璃，含氟玻璃中的一种或两种以上组合。在本实施例中，所述第一介质层105选用为氧化硅。

步骤2-2)，采用化学气相沉积工艺、蒸镀工艺、溅射工艺、电镀工艺或化学镀工艺于所述图形化的第一介质层105表面形成金属层，并对所述金属层进行刻蚀形成图形化的金属布线层106，所述金属布线层106与穿过所述图形化的第一介质层105与所述半导体芯片103 的电引出结构相连；

作为示例，所述金属布线层106的材料包括铜、铝、镍、金、银、钛中的一种或两种以上组合。在本实施例中，所述金属布线层106的材料选用为铜。

步骤2-3)，采用化学气相沉积工艺或物理气相沉积工艺于所述金属布线层106表面形成第二介质层107，并对所述介质层进行刻蚀形成图形化的第二介质层107，所述图形化的第二介质层107在欲制备金属凸块108的区域露出有所述金属布线层106。

作为示例，所述第二介质层107的材料包括环氧树脂、硅胶、PI、PBO、BCB、氧化硅、磷硅玻璃，含氟玻璃中的一种或两种以上组合。在本实施例中，所述第二介质层107选用为氧化硅。

需要说明的是，所述重新布线层30可以包括依次层叠的多个介质层以及多个金属布线层 106，依据连线需求，通过对各介质层进行图形化或者制作通孔实现各层金属布线层106之间的互连，以实现不同功能的连线需求。

如图7所示，接着进行步骤3)，于所述金属布线层106上直接制作金属凸块108。

作为示例，所述重新布线层30的顶层为图形化的介质层，所述图形化的介质层露出图形化的金属布线层106，于所述图形化的金属布线层106上直接制作金属凸块108。

作为示例，所述金属凸块108的制备方法包括步骤：a)采用电镀法于所述重新布线层 30顶部露出的金属布线层106表面形成铜柱；b)采用电镀法于所述铜柱表面形成金属阻挡层；c)采用电镀法于所述金属阻挡层表面形成焊料金属，并采用高温回流工艺于所述金属阻挡层表面形成焊料凸点。进一步地，所述金属阻挡层包括镍层，所述焊料凸点的材料包括铅、锡及银中的一种或包含上述任意一种焊料金属的合金。

又如，所述金属凸块108为锡球，直接制作于所述重新布线层30顶部露出的金属布线层 106表面。

如图8所示，最后进行步骤4)，于所述重新布线层30的第二面形成聚合物层109，所述聚合物层109包围所述金属凸块108，且所述聚合物层109上露出有所述金属凸块108的部分。

作为示例，采用压缩成型、传递模塑成型、液封成型、真空层压及旋涂中的一种制作所述聚合物层109，所述聚合物层109的材料包括聚酰亚胺、硅胶以及环氧树脂中的一种。在本实施例中，所述聚合物层109为环氧树脂层。

本实用新型不需要在重新布线层30上制作凸点下金属层(UBM)，在形成金属凸块108 之后，制作一层聚合物层109对所述金属凸块108进行保护，该聚合物层109围绕所述金属凸块108，一方面可增加其与重新布线层30之间的结合强度，防止其晃动或掉落，另一方面可以对其进行保护，防止氧化及水汽等对金属凸块108及下方的重新布线层30的影响；本实用新型不需要制作凸点下金属层(UBM)，工艺及结构较简单可以有效降低封装工艺及封装结构的成本。

作为示例，所述半导体芯片103的封装方法应用于需要制作重新布线层30的扇出型晶圆级封装FOWLP、晶圆级芯片封装WLCSP、晶圆级封装WLP或三维集成电路3DIC，适用范围广泛，在本导体封装领域具有非常良好的应用前景。

如图8所示，本实施例还提供一种半导体芯片103的封装结构，包括：待封装芯片结构；重新布线层30，形成于所述待封装芯片结构上，所述重新布线层30具有与所述待封装芯片结构电性连接的第一面以及与所述第一面相对的第二面，所述第二面露出有包含在所述重新布线层30中的金属布线层106；金属凸块108，直接制作于所述金属布线层106上；以及聚合物层109，形成于所述重新布线层30的第二面，所述聚合物层109包围所述金属凸块108，且所述聚合物层109上露出有所述金属凸块108的部分。

作为示例，所述待封装芯片结构包括半导体芯片103以及包覆于所述半导体芯片103的封装材料104，所述半导体芯片103具有电引出结构的一面与所述封装材料104的下表面处于同一平面。

作为示例，所述重新布线层30包括交替层叠的图形化的介质层以及图形化的金属布线层106，其中，所述重新布线层30的顶层为图形化的介质层，该图形化的介质层中露出有金属布线层106。进一步地，所述介质层的材料包括环氧树脂、硅胶、PI、PBO、BCB、氧化硅、磷硅玻璃，含氟玻璃中的一种或两种以上组合，所述金属布线层106的材料包括铜、铝、镍、金、银、钛中的一种或两种以上组合。

作为示例，所述金属凸块108包括铜柱、位于所述铜柱上表面的镍层、以及位于所述镍层上的焊料凸点。进一步地，所述金属阻挡层包括镍层，所述焊料凸点的材料包括铅、锡及银中的一种或包含上述任意一种焊料金属的合金。

作为示例，所述封装材料104包括聚酰亚胺、硅胶以及环氧树脂中的一种。

作为示例，所述聚合物层109为环氧树脂层。

作为示例，所述半导体芯片103的封装结构应用于扇出型晶圆级封装FOWLP、晶圆级芯片封装WLCSP、晶圆级封装WLP或三维集成电路3DIC。

如上所述，本实用新型的半导体芯片103的封装结构及封装方法，具有以下有益效果：

1)本实用新型不需要在重新布线层30上制作凸点下金属层(UBM)，在形成金属凸块 108之后，制作一层聚合物层109对所述金属凸块108进行保护，该聚合物层109围绕所述金属凸块108，一方面可增加其与重新布线层30之间的结合强度，防止其晃动或掉落，另一方面可以对其进行保护，防止氧化及水汽等对金属凸块108及下方的重新布线层30的影响；

2)本实用新型不需要制作凸点下金属层(UBM)，工艺及结构较简单可以有效降低封装工艺及封装结构的成本；

3)本实用新型可以应用于如扇出型晶圆级封装FOWLP、晶圆级芯片封装WLCSP、晶圆级封装WLP或三维集成电路3DIC等需要制作重新布线层30的封装结构中，在半导体封装领域具有广泛的应用前景。

所以，本实用新型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实用新型的原理及其功效，而非用于限制本实用新型。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本实用新型的精神及范畴下，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实用新型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，仍应由本实用新型的权利要求所涵盖。