一种低翘曲的多芯片封装结构及其制造方法与流程

本发明涉及半导体封装技术领域，尤其涉及一种低翘曲的多芯片封装结构及其制造方法。

背景技术：

随着微电子技术的不断发展，用户对系统的小型化、多功能、低功耗、高可靠性的要求越来越高，尤其是近年来便携式手持终端市场需求的井喷，如手提电脑、智能手机和平板电脑等，要求更高的集成度和互连能力。而三维堆叠封装是满足上述要求的一种非常有效的技术途径。

在现有的三维堆叠封装结构，尤其是涉及三维扇出型封装结构中，通常为一面为硅基材料，另一面为塑封材料的封装结构。由于硅材料和塑封材料(例如树脂材料)的材料特性的不同，在塑封固化后，以及在温度变化时容易产生封装结构的翘曲。而翘曲会直接导致封装结构的良率、可靠性和使用寿命。

针对现有的三维堆叠封装结构由于上下表面为不同材料导致的封装结构翘曲问题，本发明提出一种低翘曲的多芯片封装结构及其制造方法，通过在多种芯片倒装焊至晶圆级转接板上后进行塑封，然后对塑封好的晶圆采用晶圆级键合，实现晶圆结构为硅-塑封层-硅，有利于降低其翘曲值，改善塑封翘曲流片过程中的工艺难点，且实现多层芯片的互连结构。

技术实现要素：

针对现有的三维堆叠封装结构由于上下表面为不同材料导致的封装结构翘曲问题，根据本发明的一个实施例，提供一种低翘曲的多芯片封装结构，包括：

转接板；

转接板导电通孔，所述转接板导电通孔贯穿所述转接板；

第一芯片，所述第一芯片倒装焊至所述转接板正面，且电连接至所述转接板导电通孔；

底填胶层，所述底填胶层设置在所述第一芯片与所述转接板之间；

塑封层，所述塑封层覆盖所述转接板的上部，包覆所述第一芯片和所述底填胶层；

塑封层表面互连层，所述塑封层表面互连层设置在所述塑封层的上表面；

层间导电互连结构，所述层间导电互连结构电连接所述转接板导电通孔至所述塑封层表面互连层；

第二芯片，所述第二芯片设置在所述塑封层的上面，且电连接至所述塑封层表面互连层；以及

外接焊球，所述外接焊球设置在所述转接板的背面，且电连接至所述转接板导电通孔。

在本发明的一个实施例中，所述转接板的正面还设置有正面布局布线层，所述正面布局布线层电连接至所述转接板导电通孔。

在本发明的一个实施例中，所述第一芯片倒装焊接至所述正面布局布线层的芯片焊盘。

在本发明的一个实施例中，所述第一芯片的数量为m，其中m≥2。

在本发明的一个实施例中，所述层间导电互连结构为塑封层导电通孔。

在本发明的一个实施例中，所述层间导电互连结构为键合引线。

在本发明的一个实施例中，所述转接板的背面还设置有背面布局布线层，所述背面布局布线层电连接至所述转接板导电通孔，所述外接焊球电连接至所述背面布局布线层。

根据本发明的另一个实施例，提供一种形成该低翘曲的多芯片封装结构的制造方法，包括：

将第一芯片倒装焊至带盲孔tsv的转接板正面；

在第一芯片的下方形成底填胶层；

对转接板的正面进行整体塑封形成包覆第一芯片和底填胶层的塑封层；

在塑封层内形成塑封层导电通孔；

在塑封层的上表面形成布线层；

将含第二芯片的晶圆与塑封层的布线层对准后进行晶圆级键合；

进行转接板的背面减薄实现tsv背面露头；以及

形成外接焊球。

根据本发明的又一个实施例，提供一种形成该低翘曲的多芯片封装结构的制造方法，包括：

将第一芯片倒装焊至带盲孔tsv的转接板正面；

在第一芯片的下方形成底填胶层；

对转接板的正面进行整体塑封形成包覆第一芯片和底填胶层的塑封层；

在塑封层的上表面形成布线层；

将含第二芯片的晶圆与塑封层上的布线层对准后进行晶圆级键合；

进行含第二芯片的晶圆的刻蚀实现塑封层焊盘外露；

进行塑封层烧蚀实现转接板tsv焊盘外露；

形成电连接塑封层布线层焊盘至转接板tsv焊盘的互连结构；

进行转接板的背面减薄实现tsv背面露头；以及

形成外接焊球。

在本发明的另一个实施例中，在完成转接板的背面减薄实现tsv背面露头后，形成转接板背面布线层；以及进行封装结构的分隔，形成独立的低翘曲多芯片封装结构。

本发明提供一种低翘曲的多芯片封装结构及其制造方法，先将多种芯片倒装焊至含tsv的晶圆级转接板上，然后进行底填胶填充并形成塑封层，接下来在塑封层顶面形成布线层和电连接至tsv焊盘的导电结构，然后对塑封好的晶圆采用晶圆级键合实现晶圆级封装结构为硅-塑封层-硅，最后对晶圆级转接板进行背面减薄，实现tsv露头后形成外接焊球。基于本发明提供的该种低翘曲的多芯片封装结构及其制造方法具有如下优点：1)多芯片集成封装，体积小；2)封装结构上下两层硅，可以降低翘曲；3)改善了塑封翘曲流片工艺难点。

附图说明

为了进一步阐明本发明的各实施例的以上和其它优点和特征，将参考附图来呈现本发明的各实施例的更具体的描述。可以理解，这些附图只描绘本发明的典型实施例，因此将不被认为是对其范围的限制。在附图中，为了清楚明了，相同或相应的部件将用相同或类似的标记表示。

图1示出根据本发明的一个实施例的一种低翘曲的多芯片封装结构100的剖面示意图。

图2a至图2d示出根据本发明的一个实施例形成该低翘曲的多芯片封装结构100的过程剖面示意图。

图3示出根据本发明的一个实施例形成该低翘曲的多芯片封装结构100的流程图300。

图4示出根据本发明的又一实施例的一种低翘曲的多芯片封装结构400的剖面示意图。

图5a至图5g示出根据本发明的一个实施例形成该低翘曲的多芯片封装结构400的过程剖面示意图。

图6示出根据本发明的一个实施例形成该低翘曲的多芯片封装结构400的流程图600。

具体实施方式

在以下的描述中，参考各实施例对本发明进行描述。然而，本领域的技术人员将认识到可在没有一个或多个特定细节的情况下或者与其它替换和/或附加方法、材料或组件一起实施各实施例。在其它情形中，未示出或未详细描述公知的结构、材料或操作以免使本发明的各实施例的诸方面晦涩。类似地，为了解释的目的，阐述了特定数量、材料和配置，以便提供对本发明的实施例的全面理解。然而，本发明可在没有特定细节的情况下实施。此外，应理解附图中示出的各实施例是说明性表示且不一定按比例绘制。

在本说明书中，对“一个实施例”或“该实施例”的引用意味着结合该实施例描述的特定特征、结构或特性被包括在本发明的至少一个实施例中。在本说明书各处中出现的短语“在一个实施例中”并不一定全部指代同一实施例。

需要说明的是，本发明的实施例以特定顺序对工艺步骤进行描述，然而这只是为了方便区分各步骤，而并不是限定各步骤的先后顺序，在本发明的不同实施例中，可根据工艺的调节来调整各步骤的先后顺序。

本发明提供一种低翘曲的多芯片封装结构及其制造方法，先将多种芯片倒装焊至含tsv的晶圆级转接板上，然后进行底填胶填充并形成塑封层，接下来在塑封层顶面形成布线层和电连接至tsv焊盘的导电结构，然后对塑封好的晶圆采用晶圆级键合实现晶圆级封装结构为硅-塑封层-硅，最后对晶圆级转接板进行背面减薄，实现tsv露头后形成外接焊球。基于本发明提供的该种低翘曲的多芯片封装结构及其制造方法具有如下优点：1)多芯片集成封装，体积小；2)封装结构上下两层硅，可以降低翘曲；3)改善了塑封翘曲流片工艺难点。

下面结合图1来详细介绍根据本发明的一个实施例的一种低翘曲的多芯片封装结构。图1示出根据本发明的一个实施例的一种低翘曲的多芯片封装结构100的剖面示意图。如图1所示，该低翘曲的多芯片封装结构100进一步包括转接板110、转接板导电通孔120、第一芯片130、底填胶140、塑封层150、塑封层导电通孔160、塑封层表面互连层170、第二芯片180以及外接焊球190。

转接板110通常为硅转接板，厚度在50微米至300微米之间。在本发明的一个实施例中，转接板110还可以为玻璃、碳化硅、陶瓷等其他材料形成。

转接板导电通孔120贯穿设置在转接板110的内部。在本发明的一个实施例中，转接板110的正面和背面分别进一步形成有互连层，其中，在正面互连层的最外层还设置有芯片焊盘，在背面的互连层的最外层还设置有外接焊盘。

第一芯片130设置在转接板110的上方。在本发明的一个实施例中，第一芯片130具有多个第一芯片130-1、第一芯片130-2，其中第一芯片130-1和第一芯片130-2可以为同类或不同类芯片。在本发明的又一实施例中，第一芯片130通过倒装焊接设置在转接板110上表面的互连层的芯片焊盘上。

底填胶140设置在第一芯片130与转接板110之间，用于对倒装焊接结构的绝缘和机械保护作用。

塑封层150覆盖整个转接板110的上表面，包覆第一芯片130和底填胶140。

塑封层导电通孔160在垂直方向上与第一芯片130分离，贯穿塑封层150，其中塑封层导电通孔160与转接板导电通孔120电连接。在本发明的一个实施例中，塑封层导电通孔160可以铜等材料的金属导电通孔，也可以为导电银浆等材料形成的导电通孔。

塑封层表面互连层170设置在塑封层150的上表面，与塑封层导电通孔160电连接。进一步通过塑封层导电通孔160电连接至转接板通孔120。在本发明的一个实施例中，塑封层表面互连层170的最外层具有芯片焊盘。

第二芯片180设置在塑封层表面互连层170上方通过芯片焊接结构185电连接至塑封层表面互连层170。第二芯片180进一步通过塑封层表面互连层170、塑封层导电通孔160电连接至转接板通孔120。

外接焊球190设置在转接板110的下方，电连接至转接板导电通孔120，起到封装结构与外部电路和系统的电和或信号互连作用。

下面结合图2a至图2d以及图3来详细介绍根据本发明的一个实施例的一种形成该低翘曲的多芯片封装结构100的方法。图2a至图2d示出根据本发明的一个实施例形成该低翘曲的多芯片封装结构100的过程剖面示意图；图3示出根据本发明的一个实施例形成该低翘曲的多芯片封装结构100的流程图300。

首先，在步骤310，如图2a所示，将第一芯片230-1、230-2倒装焊至带盲孔tsv220的转接板210正面，并在第一芯片230的下方进行底填胶填充形成底填胶层240，然后对转接板210的正面进行整体塑封，形成位于转接板210正面、包覆第一芯片230和底填胶240的塑封层250。在本发明的一个实施例中，转接板210的正面还具有布局布线层，在最外层的布局布线层上具有芯片焊盘，第一芯片230倒装焊接在对应的芯片焊盘上。在本发明的又一实施例中，转接板210上表面的布局布线层具有多层。

接下来，在步骤320，如图2b所示，在塑封层250内形成塑封层导电通孔260，在塑封层250的上表面形成布线层270。在本发明的一个实施例中，布线层270具有单层或多层，其中在最外层的布线层270上设置有芯片焊盘或导电键合材料。

然后，在步骤330，如图2c所示，将含第二芯片280的晶圆与塑封层250的布线层270对准后进行晶圆级键合。键合后第二芯片280的芯片焊盘285电连接至布线层270，进一步通过布线层270与塑封层导电通孔260电连接。

最后，在步骤340，如图2d所示，进行转接板210的背面减薄，实现tsv220的背面露头，并形成外接焊球290。外接焊球290电连接至tsv220。在本发明的一个实施例中，还可以在实现tsv220背面露头的转接板210的背面形成底部互连层/重新布局布线层。

可选的，进行封装结构的分隔，形成独立的低翘曲多芯片封装结构。

下面再结合图4来详细介绍根据本发明的又一实施例的一种低翘曲的多芯片封装结构。图4示出根据本发明的又一实施例的一种低翘曲的多芯片封装结构400的剖面示意图。如图4所示，该低翘曲的多芯片封装结构400进一步包括转接板410、转接板导电通孔420、第一芯片430、底填胶440、塑封层450、键合引线/焊盘连接布线460、塑封层表面互连层470、第二芯片480以及外接焊球490。

该低翘曲的多芯片封装结构400与前述低翘曲的多芯片封装结构100的不同点在于塑封层表面互连层470通过键合引线/焊盘连接布线460电连接至转接板导电通孔420。

下面结合图5a至图5g以及图6来详细介绍根据本发明的一个实施例的一种形成该低翘曲的多芯片封装结构400的方法。图5a至图5g示出根据本发明的一个实施例形成该低翘曲的多芯片封装结构400的过程剖面示意图；图6示出根据本发明的一个实施例形成该低翘曲的多芯片封装结构400的流程图600。

首先，在步骤610，如图5a所示，将第一芯片530-1、530-2倒装焊至带盲孔tsv520的转接板510正面，并在第一芯片530的下方进行底填胶填充形成底填胶层540，然后对转接板510的正面进行整体塑封，形成位于转接板510正面、包覆第一芯片530和底填胶540的塑封层550。在本发明的一个实施例中，转接板510的正面还具有布局布线层，在最外层的布局布线层上具有芯片焊盘，第一芯片530倒装焊接在对应的芯片焊盘上。在本发明的又一实施例中，转接板510上表面的布局布线层具有多层。

接下来，在步骤620，如图5b所示，在塑封层550的上表面形成布线层560。在本发明的一个实施例中，布线层560具有单层或多层，其中在最外层的布线层560上设置有芯片焊盘或导电键合材料。

然后，在步骤630，如图5c所示，将含第二芯片570的晶圆与塑封层550上的布线层560对准后进行晶圆级键合。键合后第二芯片570的芯片焊盘575电连接至布线层560。

接下来，在步骤640，如图5d所示，进行晶圆570刻蚀实现塑封层焊盘560外露。在本发明的一个实施例中，通过对第二芯片570所在的晶圆进行湿法或干法刻蚀实现塑封层布线层560焊盘打开。

然后，在步骤650，如图5e所示，进行塑封层烧蚀实现转接板tsv焊盘520外露。在本发明的一个实施例中，在通过对塑封层550的激光烧蚀或机械开槽实现转接板tsv520焊盘打开。

接下来，在步骤660，如图5f所示，进行引线键合形成电连接塑封层布线层560焊盘至转接板tsv520焊盘的键合引线580，并进行键合引线580的保护塑封，形成塑封层555。或者如图5f’所示，进行布线方式形成电连接塑封层布线层560焊盘至转接板tsv520焊盘的布线结构580，并进行塑封形成塑封层555。

最后，在步骤670，如图5g所示，进行转接板510的背面减薄，实现tsv520的背面露头，并形成外接焊球590。外接焊球590电连接至tsv520。在本发明的一个实施例中，还可以在实现tsv520背面露头的转接板510的背面形成底部互连层/重新布局布线层。

可选的，进行封装结构的分隔，形成独立的低翘曲多芯片封装结构。

基于本发明提供的该种低翘曲的多芯片封装结构及其制造方法，先将多种芯片倒装焊至含tsv的晶圆级转接板上，然后进行底填胶填充并形成塑封层，接下来在塑封层顶面形成布线层和电连接至tsv焊盘的导电结构，然后对塑封好的晶圆采用晶圆级键合实现晶圆级封装结构为硅-塑封层-硅，最后对晶圆级转接板进行背面减薄，实现tsv露头后形成外接焊球。基于本发明提供的该种低翘曲的多芯片封装结构及其制造方法具有如下优点：1)多芯片集成封装，体积小；2)封装结构上下两层硅，可以降低翘曲；3)改善了塑封翘曲流片工艺难点。

尽管上文描述了本发明的各实施例，但是，应该理解，它们只是作为示例来呈现的，而不作为限制。对于相关领域的技术人员显而易见的是，可以对其做出各种组合、变型和改变而不背离本发明的精神和范围。因此，此处所公开的本发明的宽度和范围不应被上述所公开的示例性实施例所限制，而应当仅根据所附权利要求书及其等同替换来定义。