半导体封装结构的制作方法

1.本实用新型涉及半导体封装技术领域，特别是涉及一种半导体封装结构。


背景技术：

2.凸块封装(bumping)技术是半导体器件封装中的常用技术，它通过在芯片表面制作金属凸块，以提供芯片电气互连的“点”接口，广泛应用于fc(flip chip，倒装封装)、wlp(wafer level package，晶圆级封装)、3d封装等先进封装工艺中。但是，使用金属凸块封装的结构，由于金属凸块的高度受限，导致内置芯片的空间受限，且整个封装体的面积也无法很好的控制，不利于器件的进一步小型化。


技术实现要素：

3.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封装结构，用于解决现有技术中使用凸块封装时，由于金属凸块的高度受限，导致内置芯片的空间受限，且整个封装体的面积也无法很好的控制，不利于器件的进一步小型化，以及会导致工艺比较复杂，封装成本偏高等问题。
4.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封装结构，所述半导体封装结构包括基板、转接板、第一芯片和第二芯片，所述第一芯片固定连接于所述基板的表面，所述转接板间隔设置于所述第一芯片的外侧，所述转接板的相对两端均设置有金属导电结构，分别连接至所述基板及所述第二芯片。
5.可选地，所述转接板包括基材板、位于基材板表面的布线层和用于将布线层电性导出的焊球。
6.可选地，所述转接板为两个，对称分布于所述第一芯片的相对两侧。
7.可选地，所述第一芯片和所述基板通过焊球固定连接。
8.可选地，所述焊球包括锡球、铜球、钛球、镍球、金球和银球中的一种。
9.更可选地，所述焊球为多个，依据所述第一芯片的电性特征排布于第一芯片的底面。
10.选地，所述第一芯片为两个以上，间隔分布于所述基板上。
11.可选地，所述半导体封装结构还包括位于第二芯片和基板之间的内部缓冲层和/或自第二芯片上表面沿第二芯片侧面向下延伸至基板侧面的外部塑封层。
12.更可选地，所述半导体封装结构还包括位于外部塑封层表面的电磁屏蔽层。
13.可选地，所述半导体封装结构还包括绝缘散热层，所述绝缘散热层自第二芯片上表面沿第二芯片的侧面向下延伸至基板侧面。
14.如上所述，本实用新型的半导体封装结构，具有以下有益效果：本实用新型通过转接板(interposer)将外侧芯片与基板之间实现电连接，可以优化内置芯片空间，有助于封装器件整体体积的缩小。同时，转接板的尺寸可以根据第一芯片的尺寸(例如根据第一芯片的高度、表面积等)预先进行定制，相较于传统采用金属凸块相连接的方式，有助于提高封
装效率，降低封装成本。
附图说明
15.图1至图8显示为本实用新型提供的半导体封装结构于不同示例中的截面结构示意图。
16.元件标号说明
17.11
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基板
18.12
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转接板
19.121
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基材板
20.122
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布线层
21.123
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焊球
22.13
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第一芯片
23.14
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第二芯片
24.15
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焊球
25.16
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内部缓冲层
26.17
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外部塑封层
27.18
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电磁屏蔽层
28.19
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绝缘散热层
具体实施方式
29.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。如在详述本实用新型实施例时，为便于说明，表示器件结构的剖面图会不依一般比例作局部放大，而且所述示意图只是示例，其在此不应限制本实用新型保护的范围。此外，在实际制作中应包含长度、宽度及深度的三维空间尺寸。
30.为了方便描述，此处可能使用诸如“之下”、“下方”、“低于”、“下面”、“上方”、“上”等的空间关系词语来描述附图中所示的一个元件或特征与其他元件或特征的关系。将理解到，这些空间关系词语意图包含使用中或操作中的器件的、除了附图中描绘的方向之外的其他方向。此外，当一层被称为在两层“之间”时，它可以是所述两层之间仅有的层，或者也可以存在一个或多个介于其间的层。
31.在本技术的上下文中，所描述的第一特征在第二特征“之上”的结构可以包括第一和第二特征形成为直接接触的实施例，也可以包括另外的特征形成在第一和第二特征之间的实施例，这样第一和第二特征可能不是直接接触。
32.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，遂图式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。为使图示尽量简洁，各附图中并未对所有的结构全部标示。
33.请参阅图1至图8。
34.如图1至图8所示，本实用新型提供一种半导体封装结构，半导体封装结构包括基板11、转接板12、第一芯片13和第二芯片14，第一芯片13固定连接于基板11的表面，转接板12间隔设置于第一芯片13的外侧，即转接板12位于第一芯片13的外侧，且与第一芯片13具有间距，转接板12的相对两端均设置有金属导电结构，例如均设置有焊球或金属导线，两端的金属导电结构分别连接至基板11及第二芯片14，因而第二芯片14通过转接板12亦电连接到基板11，第一芯片13和第二芯片14通过转接板12上下间隔设置。第一芯片13和第二芯片14可以为相同或不同的类型，例如第一芯片13可以为核心功能芯片，例如为射频芯片、电源管理芯片或逻辑芯片，而第二芯片14可以为外围电路芯片，例如为电感、电阻、电容等无源电路芯片。
35.本实用新型通过转接板(interposer)将外侧芯片与基板之间实现电连接，可以优化内置芯片空间，有助于封装器件整体体积的缩小。同时，转接板的尺寸(例如高度/厚度、宽度等)可以根据第一芯片的尺寸(例如根据第一芯片的高度/厚度、表面积等)预先进行定制，相较于传统采用金属凸块相连接的方式，有助于提高封装效率，降低封装成本。
36.转接板12的类型可以根据不同的封装需要而定，但转接板12上根据需要预制有用于将第一芯片13和第二芯片14电连接的金属导电结构，金属导电结构中可以设置其他诸如馈线结构等结构。在一些示例中，转接板12可以采用硅基板，相对两端的金属导电结构通过导电通孔实现互连。在本实施例中，转接板12为pcb板(印刷线路板)，pcb板的制作成本相对更为低廉，且pcb板相对而言具有一定的柔性，在封装过程中可以根据需要对其形状进行微调，以更好地适应封装芯片的规格。
37.具体地，参考图1所示，转接板12包括基材板121、位于基材板121表面的布线层122(即金属导电结构)和用于将布线层122电性导出的焊球123，基材板121可以为玻璃纤维板或塑胶板等绝缘板，布线层122可以为具有电路结构的金属铜层(该电路结构可由待封装的第一芯片13和第二芯片14的类型而定，具体不做限制)，其可以通过溅射沉积工艺和光刻刻蚀工艺形成于基材板121的表面，也可以通过电镀工艺形成，焊球123例如可以为锡球，其用于将布线层122和基板11以及第二芯片14电连接。在其他的示例中，布线层122上也可以事先未形成焊球123，而是在将转接板12和基板11焊接固定和/或将转接板12与第二芯片14焊接固定的过程中再形成焊球等电连接结构。
38.本实施例中的pcb板优选采用双面板结构，即如图1所示，基材板121的两面都形成有布线层122，转接板12两面的布线层122可以通过导孔(via)实现互连。pcb板的基材板121的厚度可以根据需要选择，例如根据第一芯片13的厚度选择合适厚度的基材板121，以更好地控制第一芯片13和第二芯片14的间距，可以更好地满足不同的封装需求。
39.转接板12的数量可以根据需要灵活而定，但在一较佳的示例中，转接板12为两个，对称分布于第一芯片13的相对两侧，两个转接板12的相对两端的金属导电结构(如前述的布线层122)都分别连接到基板11及第二芯片14，使得整个封装结构整体布局更加对称，有助于提高封装结构的稳定性，且避免局部电路过于集中，改善封装过程中的应力分布。
40.在一示例中，第一芯片13和基板11通过焊球15固定连接，该焊球可以是预先形成于第一芯片13的表面，且焊球15较佳地为多个，依据第一芯片13的电性特征排布于第一芯片13的底面，以确保第一芯片13的电性引出，焊球15之间可以填充有底部填充层(或者底部
填充层可以是后续提及的内部缓冲层的一部分，故而此处未单独图示)，例如填充有环氧树脂层，环氧树脂层包裹焊球15，仅使焊球15的局部显露出来，以防止焊球15的氧化和变形。焊球15较佳地为选自锡球、铜球、钛球、镍球、金球和银球中的一种，这些材质不仅具有较好的导电性，同时具有较好的防氧性能，多个焊球15可以为相同或不同的材质，或者同一焊球15可以使用多种材质，例如为铜球表面镀锡层的结构，铜相对锡的熔点更高，而锡的防氧化性能优于铜，因而焊球15采用铜球表面电镀锡层的复合结构，可以防止焊球15的氧化，确保其导电性能，且在将第一芯片13和基板11焊接的过程中，焊球15不会完全熔融坍塌，减少封装过程中的污染。
41.转接板12与基板11可以适宜的方式实现连接固定，例如通过导线电连接。在一示例中，转接板12和基板11可以通过锡膏层焊接，有助于进一步优化整体封装布局。
42.第一芯片13为单个，也可以为两个以上。当为两个以上时，两个以上第一芯片13间隔分布于基板11上，或者多个芯片可以上下堆叠。第二芯片14也可以为单个或多个。本实用新型提供的半导体封装结构尤其适用于多个芯片的封装，因而当第一芯片13为多个时，尤其适用于采用本技术。
43.基板11可以是pcb电路板，在其他的示例中，基板11也可以是引线框架，引线框架上形成有将芯片电性引出的多个管脚，或者还可以是通过晶圆工艺制备而成的基板。
44.转接板12相对两端的金属导电结构可以根据基板11和第二芯片14的结构而灵活设置，但在较佳的示例中，转接板12相对两端的金属导电结构相同，即转接板12的两端为对称结构，因而转接板12不区分正反面，有助于简化其制备和封装工艺。
45.本实施例提供的半导体封装结构的例示性制备过程为，先通过植球、回流焊、切割、锡膏印刷和表面贴装等工艺预先制备好转接板12，将第一芯片13贴装到基板11表面，然后将第二芯片14贴装到转接板12，之后将转接板12和基板11相连接，或者先把第一芯片13和转接板12与基板11焊接固定，再将第二芯片14与转接板12焊接固定。
46.如图2所示，本示例的半导体封装结构还包括位于第二芯片14和基板11之间的内部缓冲层16，该内部缓冲层16可以填充于第一芯片13和第二芯片14之间的间隙、第一芯片13与基板11之间的焊球15之间的间隙(填充于焊球15之间的内部缓冲层也可以单独定义为底部填充层，此处未单独区分)以及转接板12与第一芯片13之间的间隙，还可以延伸到转接板12的外侧。内部缓冲层16为绝缘材料层，更具体地为有机绝缘层，例如为聚酰亚胺层、硅胶层、环氧树脂层、可固化的聚合物基材料层或可固化的树脂基材料层中的任意一种或若干种，其可以采用压缩成型工艺、转移成型工艺、液体密封成型工艺、模塑底部填充工艺、毛细底部填充工艺、真空层压工艺或旋涂工艺中的若干种形成，例如在将转接板12和第一芯片13均焊接固定到基板11上后，采用液体密封成型工艺形成覆盖转接板12和第一芯片13的材料层，之后进行表面平坦化处理以显露出转接板12的上部金属导电结构(例如焊球)，由此形成的内部缓冲层16的上表面与转接板12的上部金属导电结构的上表面相平齐，之后将第二芯片14与转接板12焊接固定。内部缓冲层16可以对半导体封装结构形成良好的保护，避免半导体封装结构在受到外界冲击时第一芯片13和转接板12等结构发生变形而造成内部短路。
47.在另一示例中，参考图3所示，半导体封装结构还包括外部塑封层17(本示例中未包括内部缓冲层)，该外部塑封层17自第二芯片14上表面沿第二芯片14的侧面向下延伸至
基板11侧面，因而也将形成在转接板12的外侧，由此对整个半导体封装结构形成良好的保护，提高抗外界冲击能力。外部塑封层17的材质可以和内部缓冲层16的材料相同或不同，同样可以选自聚酰亚胺层、硅胶层、环氧树脂层、可固化的聚合物基材料层或可固化的树脂基材料层中的任意一种或若干种，其也可以采用压缩成型工艺、转移成型工艺、液体密封成型工艺、模塑底部填充工艺、毛细底部填充工艺、真空层压工艺或旋涂工艺中的若干种形成。例如在将第二芯片14与转接板12焊接固定后，采用压缩成型或转移成型工艺形成该外部塑封层17。
48.而在其他的示例中，参考图4所示，半导体封装结构可以同时包括内部缓冲层16和外部塑封层17，各材料层的材质及形成方法可以参考前述内容，对此不再赘述。
49.在形成有外部塑封层17的情况下，参考图5所示，半导体封装结构还可以进一步包括位于外部塑封层17表面的电磁屏蔽层18，电磁屏蔽层18可以与基板11电连接实现接地，电磁屏蔽层18可以为铜层、镍层、金层等单一金属层或由多种材料层堆叠而成的复合材料层。
50.在其他示例中，参考图6所示，也可以不形成外部塑封层17而形成绝缘散热层19，绝缘散热层19可以仅位于第二芯片14的上表面，也可以如图6中所示的自第二芯片14上表面沿其侧面向下延伸至基板11的侧面，可以增大散热面积，以在起到帮助半导体封装结构散热的同时对半导体封装结构起到保护作用。绝缘散热层19采用无机材料层，例如较佳地为氧化铝层、氧化镁层、氧化钛层、氮化铝层、氮化镁层、氮化钛层中的一种或几种，其形成工艺优选气相沉积工艺，以使得其和第二芯片14表面能够很好地贴合。半导体封装结构也可以同时包括前述的内部缓冲层16和本示例的绝缘散热层19，具体参考图7所示。
51.在形成有绝缘散热层19的情况下，还可以设置位于绝缘散热层19表面的电磁屏蔽层18，得到的结构如图8所示。在同时具有绝缘材料层19和电磁屏蔽层18的情况下，这两种结构层可以在同一物理气相沉积设备中依次形成，不仅可以简化封装工艺，降低封装成本，同时使得两种材料贴合更加紧密，有助于进一步提升器件性能。
52.综上所述，本实用新型提供一种半导体封装结构，包括基板、转接板、第一芯片和第二芯片，第一芯片固定连接于基板的表面，转接板间隔设置于第一芯片的外侧，转接板的相对两端均设置有金属导电结构，分别连接至基板及所述第二芯片。本实用新型通过转接板(interposer)将外侧芯片与基板之间实现电连接，可以优化内置芯片空间，有助于封装器件整体体积的缩小。同时，转接板可以根据第一芯片的尺寸(例如根据第一芯片的高度、表面积等)预先进行定制，相较于传统采用金属凸块相连接的方式，有助于提高封装效率，降低封装成本。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。
53.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。