CN102856271B - 多芯片倒装先蚀刻后封装无基岛封装结构及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种多芯片倒装先蚀刻后封装无基岛封装结构及其制造方法，所述结构包括引脚（1）和芯片（2），所述芯片（2）有多个，所述多个芯片（2）倒装于引脚（1）正面，所述芯片（2）底部与引脚（1）正面之间设置有底部填充胶（13），所述引脚（1）外围的区域、引脚（1）与引脚（1）之间的区域、引脚（1）上部和引脚（1）下部的区域以及芯片（2）外均包封有塑封料（3），所述引脚（1）下部的塑封料（3）表面上开设有小孔（4），所述小孔（4）与引脚（1）背面相连通，所述小孔（4）内设置有金属球（6），所述金属球（6）与引脚（1）背面相接触。本发明的有益效果是：降低了制造成本，提高了封装体的安全性和可靠性，能够真正做到高密度线路的设计和制造。

Description

多芯片倒装先蚀刻后封装无基岛封装结构及其制造方法
技术领域
本发明涉及一种多芯片倒装先蚀刻后封装无基岛封装结构及其制造方法，属于半导体封装技术领域。
背景技术
传统的高密度基板封装结构的制造工艺流程如下所示：
步骤一、参见图24，取一玻璃纤维材料制成的基板，
步骤二、参见图25，在玻璃纤维基板上所需的位置上开孔，
步骤三、参见图26，在玻璃纤维基板的背面披覆一层铜箔，
步骤四、参见图27，在玻璃纤维基板打孔的位置填入导电物质，
步骤五、参见图28，在玻璃纤维基板的正面披覆一层铜箔，
步骤六、参见图29，在玻璃纤维基板表面披覆光阻膜，
步骤七、参见图30，将光阻膜在需要的位置进行曝光显影开窗，
步骤八、参见图31，将完成开窗的部分进行蚀刻，
步骤九、参见图32，将基板表面的光阻膜剥除，
步骤十、参见图33，在铜箔线路层的表面进行防焊漆（俗称绿漆）的披覆，
步骤十一、参见图34，在防焊漆需要进行后工序的装片以及打线键合的区域进行开窗，
步骤十二、参见图35，在步骤十一进行开窗的区域进行电镀，相对形成基岛和引脚，
步骤十三、完成后续的装片、打线、包封、切割等相关工序。
上述传统高密度基板封装结构存在以下不足和缺陷：
1、多了一层的玻璃纤维材料，同样的也多了一层玻璃纤维的成本；
2、因为必须要用到玻璃纤维，所以就多了一层玻璃纤维厚度约100~150μm的厚度空间；
3、玻璃纤维本身就是一种发泡物质，所以容易因为放置的时间与环境吸入水分以及湿气，直接影响到可靠性的安全能力或是可靠性的等级；
4、玻璃纤维表面被覆了一层约50~100μm的铜箔金属层厚度，而金属层线路与线路的蚀刻距离也因为蚀刻因子的特性只能做到50~100μm的蚀刻间隙（参见图36，最好的制作能力是蚀刻间隙约等同于被蚀刻物体的厚度），所以无法真正的做到高密度线路的设计与制造；
5、因为必须要使用到铜箔金属层，而铜箔金属层是采用高压粘贴的方式，所以铜箔的厚度很难低于50μm的厚度，否则就很难操作如不平整或是铜箔破损或是铜箔延展移位等等；
6、也因为整个基板材料是采用玻璃纤维材料，所以明显的增加了玻璃纤维层的厚度100~150μm，无法真正的做到超薄的封装；
7、传统玻璃纤维加贴铜箔的工艺技术因为材质特性差异很大（膨胀系数），在恶劣环境的工序中容易造成应力变形，直接的影响到元件装载的精度以及元件与基板粘着性与可靠性。
发明内容
本发明的目的在于克服上述不足，提供一种多芯片倒装先蚀刻后封装无基岛封装结构及其制造方法，其工艺简单，不需使用玻璃纤维层，减少了制造成本，提高了封装体的安全性和可靠性，减少了玻璃纤维材料带来的环境污染，而且金属基板线路层采用的是电镀方法，能够真正做到高密度线路的设计和制造。
本发明的目的是这样实现的：一种多芯片倒装先蚀刻后封装无基岛封装结构，它包括引脚和芯片，所述芯片有多个，所述多个芯片倒装于引脚正面，所述芯片底部与引脚正面之间设置有底部填充胶，所述引脚外围的区域、引脚与引脚之间的区域、引脚上部和引脚下部的区域以及芯片外均包封有塑封料，所述引脚下部的塑封料表面上开设有小孔，所述小孔与引脚背面相连通，所述小孔内设置有金属球，所述金属球与引脚背面相接触。
一种多芯片倒装先蚀刻后封装无基岛封装结构的制造方法，它包括以下工艺步骤：
步骤一、取金属基板
步骤二、金属基板表面预镀铜材
在金属基板表面电镀一层铜材薄膜，
步骤三、贴光阻膜作业
利用贴光阻膜设备在完成预镀铜材薄膜的金属基板正面及背面进行光阻膜的被覆，
步骤四、金属基板背面去除部分光阻膜
利用曝光显影设备在步骤三完成贴膜作业的金属基板背面进行图形曝光、显影以及开窗，以露出金属基板背面后续需要进行电镀的图形区域，
步骤五、电镀惰性金属线路层
将金属基板背面已完成开窗的图形区域电镀上惰性金属线路层， 
步骤六，电镀高导电金属层
在惰性金属线路层表面进行高导电金属层的电镀， 
步骤七，去除金属基板表面光阻膜
将金属基板表面的光阻膜去除， 
步骤八、预包封
在金属基板背面进行塑封料的预包封， 
步骤九、塑封料表面开孔
在步骤八完成预包封的塑封料表面进行后续要植金属球区域的开孔作业， 
步骤十、贴光阻膜作业
在金属基板正面及背面被覆光阻膜，
步骤十一、金属基板正面去除部分光阻膜
利用曝光显影设备在步骤十完成贴光阻膜作业的金属基板正面进行图形曝光、显影以及开窗，以露出金属基板正面后续需要进行化学蚀刻的图形区域，
步骤十二、化学蚀刻
将步骤十一金属基板正面完成开窗的图形区域进行化学蚀刻，
步骤十三、电镀金属层
在步骤十二完成化学蚀刻后露出的惰性金属线路层上进行金属层的电镀，在金属基板正面相对形成引脚，
步骤十四、去除金属基板表面光阻膜
将金属基板表面的光阻膜去除， 
步骤十五、装片及芯片底部填充
在步骤十三相对形成的引脚正面倒装上多个芯片，并在芯片底部填充环氧树脂，
步骤十六、包封
在完成多个芯片倒装及芯片底部填充后的金属基板正面进行塑封料的包封， 
步骤十七、清洗
对金属基板背面塑封料开孔处进行清洗，
步骤十八、植球
在步骤十七经过清洗的小孔内植入金属球， 
步骤十九、切割成品
将步骤十八完成植球的半成品进行切割作业，使原本以阵列式集合体方式集成在一起并含有芯片的塑封体模块一颗颗切割独立开来，制得多芯片倒装先蚀刻后封装无基岛封装结构成品。
所述步骤十七对金属基板背面塑封料开孔处进行清洗同时进行金属保护层被覆。
所述引脚与引脚之间跨接无源器件，所述无源器件跨接于引脚正面与引脚正面之间或跨接于引脚背面与引脚背面之间。
所述引脚有多圈。
所述引脚包括引脚上部、引脚下部和中间阻挡层，所述引脚上部和引脚下部均由单层或多层金属电镀而成，所述中间阻挡层为镍层、钛层或铜层。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1、本发明不需要使用玻璃纤维层，所以可以减少玻璃纤维层所带来的成本；
2、本发明没有使用玻璃纤维层的发泡物质，所以可靠性的等级可以再提高，相对对封装体的安全性就会提高；
3、本发明不需要使用玻璃纤维层物质，所以就可以减少玻璃纤维材料所带来的环境污染；
4、本发明的二维金属基板线路层所采用的是电镀方法，而电镀层的总厚度约在10~15μm，而线路与线路之间的间隙可以轻松的达到25μm以下的间隙，所以可以真正地做到高密度内引脚线路平铺的技术能力；
5、本发明的二维金属基板因采用的是金属层电镀法，所以比玻璃纤维高压铜箔金属层的工艺来得简单，且不会有金属层因为高压产生金属层不平整、金属层破损以及金属层延展移位的不良或困惑；
6、本发明的二维金属基板线路层是在金属基材的表面进行金属电镀，所以材质特性基本相同，所以镀层线路与金属基材的内应力基本相同，可以轻松的进行恶劣环境的后工程（如高温共晶装片、高温锡材焊料装片以及高温被动元件的表面贴装工作）而不容易产生应力变形。
附图说明
图1~图19为本发明多芯片倒装先蚀刻后封装无基岛封装结构实施例1制造方法的各工序示意图。
图20（A）为本发明多芯片倒装先蚀刻后封装无基岛封装结构实施例1的结构示意图。
图20（B）为图20（A）的俯视图。
图21（A）为本发明多芯片倒装先蚀刻后封装无基岛封装结构实施例2的结构示意图。
图21（B）为图21（A）的俯视图。
图22（A）为本发明多芯片倒装先蚀刻后封装无基岛封装结构实施例3的结构示意图。
图22（B）为图22（A）的俯视图。
图23（A）为本发明多芯片倒装先蚀刻后封装无基岛封装结构实施例4的结构示意图。
图23（B）为图23（A）的俯视图。
图24~图35为传统的高密度基板封装结构的制造工艺流程的各工序示意图。
图36为玻璃纤维表面铜箔金属层的蚀刻状况示意图。
其中：
引脚1
芯片2
塑封料3
小孔4
金属保护层5
金属球6
无源器件7
金属基板8
铜材薄膜9
光阻膜10
惰性金属线路层11
高导电金属层12
底部填充胶13。
具体实施方式
本发明多芯片倒装先蚀刻后封装无基岛封装结构及其制造方法如下：
实施例1：无基岛单圈引脚
参见图20（A）和图20（B），图20（A）本发明多芯片倒装先蚀刻后封装无基岛封装结构实施例1的结构示意图。图20（B）为图20（A）的俯视图。由图20（A）和图20（B）可以看出，本发明多芯片倒装先蚀刻后封装无基岛封装结构，它包括引脚1和芯片2，所述芯片2有多个，所述多个芯片2倒装于引脚1正面，所述芯片2底部与引脚1正面之间设置有底部填充胶13，所述引脚1外围的区域、引脚1与引脚1之间的区域、引脚1上部和引脚1下部的区域以及芯片2外均包封有塑封料3，所述引脚1下部的塑封料3表面上开设有小孔4，所述小孔4与引脚1背面相连通，所述小孔4内设置有金属球6，所述金属球6与引脚1背面相接触。
所述金属球6与引脚1背面之间设置有金属保护层5，所述金属保护层5为抗氧化剂。
所述金属球6材料采用锡或是锡合金。
所述引脚1包括引脚上部、引脚下部和中间阻挡层，所述引脚上部和引脚下部均由单层或多层金属电镀而成，所述中间阻挡层为镍层、钛层或铜层。
其制造方法如下：
步骤一、取金属基板
参见图1，取一片厚度合适的金属基板，所述金属基板的材质可以依据芯片的功能与特性进行变换，例如：铜材、铁材、镍铁材或锌铁材等；
步骤二、金属基板表面预镀铜材
参见图2，在金属基板表面电镀一层铜材薄膜，目的是为后续电镀作基础，所述电镀的方式可以采用化学镀或是电解电镀；
步骤三、贴光阻膜作业
参见图3，利用贴光阻膜设备在完成预镀铜材薄膜的金属基板正面及背面进行光阻膜的被覆，所述光阻膜可以采用湿式光阻膜或干式光阻膜；
步骤四、金属基板背面去除部分光阻膜
参见图4，利用曝光显影设备在步骤三完成贴膜作业的金属基板背面进行图形曝光、显影以及开窗，以露出金属基板背面后续需要进行电镀的图形区域；
步骤五、电镀惰性金属线路层
参见图5，将金属基板背面已完成开窗的图形区域电镀上惰性金属线路层，作为后续蚀刻作业的阻挡层，所述惰性金属线路层材料采用镍、钛或铜等，所述电镀方式采用化学镀或电解电镀方式；
步骤六，电镀高导电金属层
参见图6，在惰性金属线路层表面进行高导电金属层的电镀，所述高导电金属层可以是单层或多层，所述高导电金属层的材料采用金镍、铜镍金、铜镍钯金、钯金或铜材，所述电镀方式采用化学镀或电解电镀方式；
步骤七，去除金属基板表面光阻膜
参见图7，将金属基板表面的光阻膜去除，去除方法采用化学药水软化并采用高压水喷除；
步骤八、预包封
参见图8，在金属基板背面进行塑封料的预包封，塑封料预包封的方式采用模具灌胶方式、喷涂设备喷涂方式或贴膜方式，所述预包封的塑封料可以采用有填料物质或无填料物质的环氧树脂；
步骤九、塑封料表面开孔
参见图9，在步骤八完成预包封的塑封料表面进行后续要植金属球区域的开孔作业，所述开孔方式可以采用干式激光烧结开窗或是湿式化学腐蚀的方法；
步骤十、贴光阻膜作业
参见图10，在金属基板正面及背面被覆光阻膜，所述光阻膜可以采用湿式光阻膜或干式光阻膜；
步骤十一、金属基板正面去除部分光阻膜
参见图11，利用曝光显影设备在步骤十完成贴光阻膜作业的金属基板正面进行图形曝光、显影以及开窗，以露出金属基板正面后续需要进行化学蚀刻的图形区域；
步骤十二、化学蚀刻
参见图12，将步骤十一金属基板正面完成开窗的图形区域进行化学蚀刻，化学蚀刻至惰性金属线路层及预包封塑封料的位置为止，蚀刻药水可以采用氯化铜或是氯化铁；
步骤十三、电镀金属层
参见图13，在步骤十二完成化学蚀刻后露出的惰性金属线路层上进行金属层的电镀，在金属基板正面相对形成引脚，所述金属层可以采用单层或多层，所述金属层材料采用铜镍金、铜镍银、钯金、金或铜等，所述电镀方式采用化学镀或电解电镀方式；
步骤十四、去除金属基板表面光阻膜
参见图14，将金属基板表面的光阻膜去除，去除方法采用化学药水软化并采用高压水喷除；
步骤十五、装片及芯片底部填充
参见图15，在步骤十三相对形成的引脚正面倒装上多个芯片，并在芯片底部填充环氧树脂；
步骤十六、包封
参见图16，在完成芯片倒装后及芯片底部填充的金属基板正面进行塑封料的包封，塑封料包封的方式采用模具灌胶方式、喷涂设备的喷涂方式或刷胶方式，所述包封的塑封料可以采用有填料物质或无填料物质的环氧树脂；
步骤十七、清洗
参见图17，对金属基板背面塑封料开孔处进行清洗以去除氧化物质或油脂物质等，同时可以进行金属保护层的被覆，所述金属保护层采用抗氧化剂；
步骤十八、植球
参见图18，在步骤十七经过清洗的小孔内植入金属球，金属球与引脚的背面相接触，植球方式可以采用常规的植球机或是采用金属膏印刷再经高温溶解之后即可形成球状体，金属球材料可以采用锡或锡合金；
步骤十九、切割成品
参见图19，将步骤十八完成植球的半成品进行切割作业，使原本以阵列式集合体方式集成在一起并含有芯片的塑封体模块一颗颗切割独立开来，制得多芯片倒装先蚀刻后封装无基岛封装结构成品。
实施例2、无基岛单圈引脚无源器件
参见图21（A）和图21（B），图21（A）本发明多芯片倒装先蚀刻后封装无基岛封装结构实施例2的结构示意图。图21（B）为图21（A）的俯视图。由图21（A）和图21（B）可以看出，实施例2与实施例1的不同之处仅在于：所述引脚1与引脚1之间通过导电粘结物质跨接无源器件7，所述无源器件7可以跨接于引脚1正面与引脚1正面之间，也可以跨接于引脚1背面与引脚1背面之间。
实施例3：无基岛多圈引脚
参见图22（A）和图22（B），图22（A）本发明多芯片倒装先蚀刻后封装无基岛封装结构实施例3的结构示意图。图22（B）为图22（A）的俯视图。由图22（A）和图22（B）可以看出，实施例3与实施例1的不同之处仅在于：所述引脚1有多圈。
实施例4：无基岛多圈引脚无源器件
参见图23（A）和图23（B），图23（A）本发明多芯片倒装先蚀刻后封装无基岛封装结构实施例4的结构示意图。图23（B）为图23（A）的俯视图。由图23（A）和图23（B）可以看出，实施例4与实施例2的不同之处仅在于：所述引脚1有多圈。

Claims (4)

1.一种多芯片倒装先蚀刻后封装无基岛封装结构的制造方法，其特征在于所述方法包括以下工艺步骤：
步骤一、取金属基板
步骤二、金属基板表面预镀铜材
在金属基板表面电镀一层铜材薄膜，
步骤三、贴光阻膜作业
利用贴光阻膜设备在完成预镀铜材薄膜的金属基板正面及背面进行光阻膜的被覆，
步骤四、金属基板背面去除部分光阻膜
利用曝光显影设备在步骤三完成贴膜作业的金属基板背面进行图形曝光、显影以及开窗，以露出金属基板背面后续需要进行电镀的图形区域，
步骤五、电镀惰性金属线路层
将金属基板背面已完成开窗的图形区域电镀上惰性金属线路层， 
步骤六，电镀高导电金属层
在惰性金属线路层表面进行高导电金属层的电镀， 
步骤七，去除金属基板表面光阻膜
将金属基板表面的光阻膜去除， 
步骤八、预包封
在金属基板背面进行塑封料的预包封， 
步骤九、塑封料表面开孔
在步骤八完成预包封的塑封料表面进行后续要植金属球区域的开孔作业， 
步骤十、贴光阻膜作业
在金属基板正面及背面被覆光阻膜，
步骤十一、金属基板正面去除部分光阻膜
利用曝光显影设备在步骤十完成贴光阻膜作业的金属基板正面进行图形曝光、显影以及开窗，以露出金属基板正面后续需要进行化学蚀刻的图形区域，
步骤十二、化学蚀刻
将步骤十一金属基板正面完成开窗的图形区域进行化学蚀刻，
步骤十三、电镀金属层
在步骤十二完成化学蚀刻后露出的惰性金属线路层上进行金属层的电镀，在金属基板正面相对形成引脚，
步骤十四、去除金属基板表面光阻膜
将金属基板表面的光阻膜去除， 
步骤十五、装片及芯片底部填充
在步骤十三相对形成的引脚正面倒装上多个芯片，并在芯片底部填充环氧树脂，
步骤十六、包封
在完成多个芯片倒装及芯片底部填充后的金属基板正面进行塑封料的包封， 
步骤十七、清洗
对金属基板背面塑封料开孔处进行清洗，
步骤十八、植球
在步骤十七经过清洗的小孔内植入金属球， 
步骤十九、切割成品
将步骤十八完成植球的半成品进行切割作业，使原本以阵列式集合体方式集成在一起并含有芯片的塑封体模块一颗颗切割独立开来，制得多芯片倒装先蚀刻后封装无基岛封装结构成品。
2.根据权利要求1所述的一种多芯片倒装先蚀刻后封装无基岛封装结构的制造方法，其特征在于：所述引脚（1）与引脚（1）之间跨接无源器件（7），所述无源器件（7）跨接于引脚（1）正面与引脚（1）正面之间或跨接于引脚（1）背面与引脚（1）背面之间。
3.根据权利要求1或2所述的一种多芯片倒装先蚀刻后封装无基岛封装结构的制造方法，其特征在于：所述引脚（1）有多圈。
4.根据权利要求1所述的一种多芯片倒装先蚀刻后封装无基岛封装结构的制造方法，其特征在于：所述步骤十七对金属基板背面塑封料开孔处进行清洗同时进行金属保护层被覆。
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