先蚀后封三维系统级芯片倒装凸点封装结构及工艺方法
技术领域
本发明涉及一种先蚀后封三维系统级芯片倒装凸点封装结构及工艺方法。属于半导体封装技术领域。
背景技术
传统四面无引脚金属引线框封装结构如图81所示,其主要制作工艺是在取金属片进行化学蚀刻、金属电镀从而制成有承载芯片的基岛、内外引脚的金属引线框,再在此基础上进行单侧的装片、打线、包封等封装工艺。
而传统的有机多层线路基板封装结构如图82所示,其主要工艺是在玻璃纤维板核心材料的基础上通过积成材料积成的方式叠加形成多层线路板,线路层之间通过激光钻孔的方式开孔,再镀孔完成电性连接。然后再在多层线路板的基础上进行单侧的装片、打线、包封等封装工艺。
上述传统的金属引线框封装结构与有机多层线路基板封装结构都存在以下不足:
1、此类金属引线框及多层线路基板都只能进行单侧的芯片封装,金属引线框或多层线路基板的利用率较低,从而限制整个封装的功能集成度。
2、此类金属引线框及多层线路基板本身不埋入任何物件,所以传统金属引线框及有机多层线路板不具备功能集成效果,从而也相应地限制了整个封装体的功能集成度。
3、有机多层基板的材料成本以及工艺制作成本较高。
4、传统金属引线框的线宽线距相当地大,至少都要100μm 以上 , 所以无法做到高密度的需求。
5、传统的有机多层线路的线宽线距依据目前的蚀刻制作能力,只能达到25μm线宽以及25μm线距,稍微宽了点。
发明内容
本发明的目的在于克服上述不足,提供一种先封后蚀芯片正装三维系统级封装结构及工艺方法,它能够解决传统金属引线框或多层线路基板本身无法埋入芯片以及被动组件而限制整个封装功能集成度的问题以及传统有机基板需要更细线宽与更窄的线与线间距。
本发明的目的是这样实现的:一种先蚀后封三维系统级芯片倒装凸点封装的工艺方法,所述方法包括如下步骤:
步骤一、取金属基板
步骤二、金属基板表面预镀微铜层
步骤三、贴光阻膜作业
在完成预镀微铜层的金属基板正面及背面分别贴上可进行曝光显影的光阻膜;
步骤四、金属基板背面去除部分光阻膜
利用曝光显影设备将步骤三完成贴光阻膜作业的金属基板背面进行图形曝光、显影与去除部分图形光阻膜,以露出金属基板背面后续需要进行电镀的区域图形;
步骤五、电镀金属线路层
在步骤四中金属基板背面去除部分光阻膜的区域内电镀上金属线路层;
步骤六、贴光阻膜作业
在步骤五中金属基板背面贴上可进行曝光显影的光阻膜;
步骤七、金属基板背面去除部分光阻膜
利用曝光显影设备将步骤六完成贴光阻膜作业的金属基板背面进行图形曝光、显影与去除部分图形光阻膜,以露出金属基板背面后续需要进行电镀的区域图形;
步骤八、电镀高导电金属线路层
在步骤七中金属基板背面去除部分光阻膜的区域内电镀上高导电金属线路层,形成相应的基岛和引脚;
步骤九、去除光阻膜
去除金属基板表面的光阻膜;
步骤十、环氧树脂塑封
在金属基板背面的金属线路层表面利用环氧树脂材料进行塑封保护;
步骤十一、环氧树脂表面研磨
在完成环氧树脂塑封后进行环氧树脂表面研磨;
步骤十二、贴光阻膜作业
在完成步骤十一的金属基板正面和背面贴上可进行曝光显影的光阻膜;
步骤十三、金属基板正面去除部分光阻膜
利用曝光显影设备将步骤十二完成贴光阻膜作业的金属基板正面进行图形曝光、显影与去除部分图形光阻膜,以露出金属基板正面后续需要进行蚀刻的区域图形;
步骤十四、化学蚀刻
将步骤十三中金属基板正面完成曝光显影的区域进行化学蚀刻;
步骤十五、贴光阻膜作业
在完成步骤十四的金属基板正面和背面贴上可进行曝光显影的光阻膜;
步骤十六、金属基板正面去除部分光阻膜
利用曝光显影设备将步骤十五完成贴光阻膜作业的金属基板正面进行图形曝光、显影与去除部分图形光阻膜,以露出金属基板正面后续需要进行电镀的区域图形;
步骤十七、电镀金属柱子
在步骤十六中金属基板正面去除部分光阻膜的区域内电镀上金属柱子;
步骤十八、去除光阻膜
去除金属基板表面的光阻膜;
步骤十九、涂覆粘结物质
在步骤八形成的基岛正面涂覆导电或不导电粘结物质;
步骤二十、装片
在步骤十九的导电或不导电粘结物质上植入第一芯片;
步骤二十一、金属线键合
在第一芯片正面与引脚正面之间进行键合金属线作业;
步骤二十二、包封
将步骤二十一中的金属基板正面采用塑封料进行塑封;
步骤二十三、环氧树脂表面研磨
在完成步骤二十二的环氧树脂塑封后进行环氧树脂表面研磨;
步骤二十四、电镀抗氧化金属层或批覆抗氧化剂(OSP)
在完成步骤二十三后的金属基板表面裸露在外的金属进行电镀抗氧化金属层或批覆抗氧化剂(OSP)。
步骤二十五、倒装芯片
在步骤二十四的基岛和引脚背面通过底部填充胶填满金属球与金属球之间以及芯片与基岛、引脚之间的空隙后倒装第二芯片。
步骤二十六、包封
将步骤二十五中的金属基板背面采用塑封料进行塑封。
步骤二十七、植球
在步骤二十四的电镀抗氧化金属层或批覆抗氧化剂金属柱子顶部植入金属球。
步骤二十八、切割成品
将步骤二十七完成植球的半成品进行切割作业,制得先蚀后封三维系统级芯片倒装凸点封装结构。
一种先蚀后封三维系统级芯片倒装凸点封装结构,它包括基岛和引脚,在所述基岛的正面通过导电或不导电物质正装有第一芯片,在所述基岛和引脚的背面通过底部填充胶倒装有第二芯片,所述第一芯片的正面与引脚的正面之间用金属线相连接,在所述引脚正面设置有导电柱子,所述基岛外围的区域、基岛和引脚之间的区域、引脚与引脚之间的区域、基岛和引脚上部的区域、基岛和引脚下部的区域以及第一芯片和第二芯片、金属线和导电柱子外均包封有塑封料,所述塑封料与导电柱子的顶部齐平,在所述导电柱子露出塑封料的表面镀有抗氧化层或被覆抗氧化剂,在导电柱子顶部设置有金属球。
所述引脚与引脚之间、引脚与基岛之间、引脚与静电释放圈之间以及静电释放圈与基岛之间通过导电粘结物质跨接无源器件,所述无源器件跨接于引脚背面与引脚背面之间、引脚背面与基岛背面之间、引脚背面与静电释放圈背面之间以及静电释放圈背面与基岛背面之间。
所述基岛和引脚背面通过底部填充胶填满金属球与金属球之间以及芯片与基岛、芯片之间的空隙后倒装多个第二芯片。
在所述第二芯片背面通过导电或不导电粘结物质设置有第三芯片,所述第三芯片正面与引脚背面之间通过金属线相连。
在所述引脚背面通过第二金属球倒装有第三芯片,所述第二金属球和第三芯片处于塑封料的内部。
在所述引脚背面通过第二金属球倒装有无源器件,所述第二金属球和无源器件处于塑封料的内部。
一种先蚀后封三维系统级芯片倒装凸点封装的工艺方法,所述方法包括如下步骤:
步骤一、取金属基板
步骤二、金属基板表面预镀微铜层
步骤三、贴光阻膜作业
在完成预镀微铜层的金属基板正面及背面分别贴上可进行曝光显影的光阻膜;
步骤四、金属基板背面去除部分光阻膜
利用曝光显影设备将步骤三完成贴光阻膜作业的金属基板背面进行图形曝光、显影与去除部分图形光阻膜,以露出金属基板背面后续需要进行电镀的区域图形;
步骤五、电镀第一金属线路层
在步骤四中金属基板背面去除部分光阻膜的区域内电镀上第一金属线路层;
步骤六、贴光阻膜作业
在步骤五中金属基板背面贴上可进行曝光显影的光阻膜;
步骤七、金属基板背面去除部分光阻膜
利用曝光显影设备将步骤六完成贴光阻膜作业的金属基板背面进行图形曝光、显影与去除部分图形光阻膜,以露出金属基板背面后续需要进行电镀的区域图形;
步骤八、电镀第二金属线路层
在步骤七中金属基板背面去除部分光阻膜的区域内电镀上第二金属线路层作为用以连接第一金属线路层与第三金属线路层的导电柱子;
步骤九、去除光阻膜
去除金属基板表面的光阻膜;
步骤十、贴压不导电胶膜作业
在金属基板背面贴压一层不导电胶膜;
步骤十一、研磨不导电胶膜表面
在完成不导电胶膜贴压后进行表面研磨;
步骤十二、不导电胶膜表面金属化预处理
对不导电胶膜表面进行金属化预处理;
步骤十三、贴光阻膜作业
在步骤十二中金属基板正面和背面贴上可进行曝光显影的光阻膜;
步骤十四、金属基板背面去除部分光阻膜
利用曝光显影设备将步骤十三完成贴光阻膜作业的金属基板背面进行图形曝光、显影与去除部分图形光阻膜,以露出金属基板背面后续需要进行蚀刻的区域图形;
步骤十五、蚀刻作业
在步骤十四完成光阻膜开窗后的区域进行蚀刻作业;
步骤十六、金属基板背面去除光阻膜
去除金属基板背面的光阻膜,以露出后续需要进行被电镀的金属区域图形;
步骤十七、电镀第三金属线路层
在步骤十六的金属基板背面进行第三金属线路层的电镀工作;
步骤十八、贴光阻膜作业
在步骤十七的金属基板背面贴上可进行曝光显影的光阻膜;
步骤十九、金属基板背面去除部分光阻膜
利用曝光显影设备将步骤十八完成贴光阻膜作业的金属基板背面进行图形曝光、显影与去除部分图形光阻膜,以露出金属基板背面后续需要进行电镀的区域图形;
步骤二十、电镀第四金属线路层
在步骤十九中金属基板背面去除部分光阻膜的区域内电镀上第四金属线路层作为用以连接第三金属线路层与第五金属线路层的导电柱子;
步骤二十一、去除光阻膜
去除金属基板表面的光阻膜;
步骤二十二、贴压不导电胶膜作业
在金属基板背面贴压一层不导电胶膜;
步骤二十三、研磨不导电胶膜表面
在完成不导电胶膜贴压后进行表面研磨;
步骤二十四、不导电胶膜表面金属化预处理
对不导电胶膜表面进行金属化预处理;
步骤二十五、贴光阻膜作业
在步骤二十四中金属基板正面和背面贴上可进行曝光显影的光阻膜;
步骤二十六、金属基板背面去除部分光阻膜
利用曝光显影设备将步骤二十五完成贴光阻膜作业的金属基板背面进行图形曝光、显影与去除部分图形光阻膜,以露出金属基板背面后续需要进行蚀刻的区域图形;步骤二十七、蚀刻作业
在步骤二十六完成光阻膜开窗后的区域进行蚀刻作业;
步骤二十八、金属基板背面去除光阻膜
去除金属基板背面的光阻膜;
步骤二十九、电镀第五金属线路层
在步骤二十八的金属基板背面进行第五金属线路层的电镀工作,第五金属线路层电镀完成后即在金属基板上形成相应的基岛和引脚;
步骤三十、贴光阻膜作业
在步骤二十九中金属基板正面贴上可进行曝光显影的光阻膜;
步骤三十一、金属基板正面去除部分光阻膜
利用曝光显影设备将步骤三十完成贴光阻膜作业的金属基板正面进行图形曝光、显影与去除部分图形光阻膜,以露出金属基板正面后续需要进行蚀刻的区域图形;
步骤三十二、化学蚀刻
将步骤三十一中金属基板正面完成曝光显影的区域进行化学蚀刻,化学蚀刻直至金属线路层为止;
步骤三十三、贴光阻膜作业
在步骤三十二中完成化学蚀刻的金属基板正面贴上可进行曝光显影的光阻膜;
步骤三十四、金属基板正面去除部分光阻膜
利用曝光显影设备将步骤三十三完成贴光阻膜作业的金属基板正面进行图形曝光、显影与去除部分图形光阻膜,以露出金属基板正面后续需要进行电镀的区域图形;
步骤三十五、电镀金属柱子
在步骤三十四中金属基板正面去除部分光阻膜的区域内电镀上金属柱子;
步骤三十六、去除光阻膜
去除金属基板表面的光阻膜;
步骤三十七、涂覆粘结物质
在完成步骤三十六的基岛正面涂覆导电或不导电粘结物质;
步骤三十八、装片
在步骤三十七的导电或不导电粘结物质上植入第一芯片;
步骤三十九、金属线键合
在芯片正面与引脚正面之间进行键合金属线作业;
步骤四十、包封
将步骤三十九中的金属基板正面采用环氧树脂(俗称塑封料)进行塑封;
步骤四十一、环氧树脂表面研磨
在完成步骤四十的环氧树脂塑封后进行环氧树脂表面研磨;
步骤四十二、电镀抗氧化金属层或批覆抗氧化剂(OSP)
在完成步骤四十一后的金属基板表面裸露在外的金属进行电镀抗氧化金属层或批覆抗氧化剂(OSP)。
步骤四十三、倒装芯片
在步骤四十二的基岛和引脚背面通过底部填充胶填满金属球与金属球之间以及芯片与基岛、芯片之间的空隙后倒装第二芯片;。
步骤四十四、包封
将步骤四十三中的金属基板背面采用塑封料进行塑封。
步骤四十五、植球
在步骤四十二电镀抗氧化金属层或批覆抗氧化剂的金属柱子顶部植入金属球。
步骤四十六、切割成品
将步骤四十五完成植球的半成品进行切割作业,制得先蚀后封三维系统级芯片倒装凸点封装结构。
所述步骤六到步骤十七可重复操作,形成更多层的金属线路层。
与现有技术相比,本发明具有以下有益效果:
1、目前金属引线框或有机多层线路基板都无法埋入物件,从而限制了整个封装的功能集成度。而本发明的三维系统级金属线路基板 ,三维系统级金属线路基板可以在基板中间的夹层中再制作过程中埋入对象,从而实现在三维系统级金属线路基板的两侧装载芯片或其他组件,从而提升了整个封装的功能集成度;
2、三维系统级金属线路基板中的夹层在制作过程中可以因为导热或是散热需要而在需要的位置或是区域内埋入导热或是散热对象,从而改善整个封装结构的散热效果;
3、三维系统级金属线路基板中的夹层在制作过程中可以因为系统与功能的需要而在需要的位置或是区域内埋入主动元件或是组件或是被动的组件,从而提高了基板的利用率;
4、从三维系统级金属线路基板封装成品的外观完全看不出来基板内部夹层已埋入了因系统或是功能需要的对象,尤其是硅材的芯片的埋入连 X光都无法检视,充分达到系统与功能的隐密性及保护性;
5、三维系统级金属线路基板封装整合的系统功能多,从而同样功能的元器件模块在PCB上所占用的空间就比较少,从而也就降低了成本。
6、三维系统级金属线路基板的夹层在制作过程中可以埋入高功率器件,与控制芯片分别装在基板两侧,从而可以避免高功率器件散热而干扰控制芯片的信号传输。
7、三维系统级金属线路基板采用电镀方式制作线路,线宽线距可以达到15μm以下。
8、三维系统级金属线路基板采用电镀、蚀刻与塑封工艺制成,工艺简单,成本比有机基板低30%左右。
附图说明
图1~图28为本发明先蚀后封三维系统级芯片倒装凸点封装工艺方法的各工序示意图。
图29为本发明先蚀后封三维系统级芯片倒装凸点封装结构实施例1的示意图。
图30为本发明先蚀后封三维系统级芯片倒装凸点封装结构实施例2的示意图。
图31为本发明先蚀后封三维系统级芯片倒装凸点封装结构实施例3的示意图。
图32为本发明先蚀后封三维系统级芯片倒装凸点封装结构实施例4的示意图。
图33为本发明先蚀后封三维系统级芯片倒装凸点封装结构实施例5的示意图。
图34~图79为本发明先蚀后封三维系统级芯片倒装凸点封装结构实施例6的工艺流程图。
图80为本发明先蚀后封三维系统级芯片倒装凸点封装结构实施例6的示意图。
图81为传统四面无引脚金属引线框封装结构的示意图。
图82为传统的有机多层线路基板封装结构的示意图。
其中:
基岛1
引脚2
导电或不导电粘结物质3
第一芯片4
底部填充胶5
第二芯片6
金属线7
导电柱子8
塑封料9
抗氧化层或批覆抗氧化剂10
无源器件11
第三芯片12
金属球13
第二金属球14
静电释放圈15。
具体实施方式
本发明一种先蚀后封三维系统级芯片倒装凸点封装结构及工艺方法如下:
实施例1、单层线路单芯片倒装单圈引脚
参见图29,为本发明先蚀后封三维系统级芯片倒装凸点封装结构实施例1的结构示意图,它包括基岛1和引脚2,所述基岛1的正面通过导电或不导电粘结物质3正装有第一芯片4,在基岛1和引脚2的背面通过底部填充胶5设置有第二芯片6,所述第一芯片4的正面分别与引脚2的正面之间用金属线7相连接,在所述引脚2正面设置有导电柱子8,所述基岛1外围的区域、基岛1和引脚2之间的区域、引脚2与引脚2之间的区域、基岛1和引脚2上部的区域、基岛1和引脚2下部的区域以及第一芯片4、第二芯片6、金属线7和导电柱子8外均包封有塑封料9,所述塑封料9与导电柱子8的顶部齐平,在所述导电柱子8露出塑封料9的表面镀有抗氧化层或批覆抗氧化剂(OSP)10,在所述导电柱子8顶部设置有金属球13。
其工艺方法如下:
步骤一、取金属基板
参见图1,取一片厚度合适的金属基板,此板材使用的目的只是为线路制作与后续封装支撑线路层结构所使用的过渡性材料,此板材的材质主要是以金属材料为主,而金属材料的材质可以是铜材﹑铁材﹑镀锌材﹑不锈钢材﹑铝材或可以达到导电功能的金属物质或非全金属物质等。
步骤二、金属基板表面预镀微铜层
参见图2,在金属基板表面预镀微铜层,微铜层厚度在2~10微米, 依据功能需要也可以减薄或是增厚,主要是为了后续线路制作时使线路层与金属基板能够紧密接合,电镀的方式可以采用化学沉积或是电解电镀。
步骤三、贴光阻膜作业
参见图3,在完成预镀微铜层的金属基板正面及背面分别贴上可进行曝光显影的光阻膜,以保护后续的电镀金属层工艺作业,光阻膜可以是干式光阻膜也可以是湿式光阻膜。
步骤四、金属基板背面去除部分光阻膜
参见图4,利用曝光显影设备将步骤三完成贴光阻膜作业的金属基板背面进行图形曝光、显影与去除部分图形光阻膜,以露出金属基板背面后续需要进行电镀的区域图形。
步骤五、电镀金属线路层
参见图5,在步骤四中金属基板背面去除部分光阻膜的区域内电镀上金属线路层,金属线路层材料可以是铜、铝、镍、银、金、铜银、镍金、镍钯金(通常5~20微米,可以根据不同应用选择不同的电镀材质,根据不同特性变换电镀的厚度)等材料,当然其它可以导电的金属物质都可以使用,并不局限铜、铝、镍、银、金、铜银、镍金、镍钯金等金属材料,电镀方式可以是化学沉积或是电解电镀方式。
步骤六、贴光阻膜作业
参见图6,在步骤五中金属基板背面贴上可进行曝光显影的光阻膜,光阻膜可以是干式光阻膜也可以是湿式光阻膜。
步骤七、金属基板背面去除部分光阻膜
参见图7,利用曝光显影设备将步骤六完成贴光阻膜作业的金属基板背面进行图形曝光、显影与去除部分图形光阻膜,以露出金属基板背面后续需要进行电镀的区域图形。
步骤八、电镀高导电金属线路层
参见图8,在步骤七中金属基板背面去除部分光阻膜的区域内电镀高导电金属线路层,形成相应的基岛和引脚,高导电金属线路层的材料可以是铜、铝、镍、银、金、铜银、镍金、镍钯金等材料,当然其它可以导电的金属物质都可以使用,并不局限铜、铝、镍、银、金、铜银、镍金、镍钯金等金属材料,电镀方式可以使化学沉积或是电解电镀方式。
步骤九、去除光阻膜
参见图9,去除金属基板表面的光阻膜,去除光阻膜的方法可采用化学药水软化并采用高压水冲洗的方式去除光阻膜。
步骤十、环氧树脂塑封
参见图10,在金属基板背面的金属线路层和高导电金属线路层表面利用环氧树脂材料进行塑封保护,环氧树脂材料可以依据产品特性选择有填料或是没有填料的种类,塑封方式可以采用模具灌胶方式、喷涂设备喷涂方式、贴膜方式或是刷胶的方式。
步骤十一、环氧树脂表面研磨
参见图11,在完成环氧树脂塑封后进行环氧树脂表面研磨 , 目的是使外脚功能用的高导电金属线路层露出塑封体表面以及控制环氧树脂的厚度。
步骤十二、贴光阻膜作业
参见图12,在完成步骤十一的金属基板正面和背面贴上可进行曝光显影的光阻膜,光阻膜可以是干式光阻膜也可以是湿式光阻膜。
步骤十三、金属基板正面去除部分光阻膜
参见图13,利用曝光显影设备将步骤十二完成贴光阻膜作业的金属基板正面进行图形曝光、显影与去除部分图形光阻膜,以露出金属基板正面后续需要进行蚀刻的区域图形。
步骤十四、化学蚀刻
参见图14,将步骤十三中金属基板正面完成曝光显影的区域进行化学蚀刻,化学蚀刻直至金属线路层为止,蚀刻药水可以采用氯化铜或是氯化铁或是可以进行化学蚀刻的药水。
步骤十五、贴光阻膜作业
参见图15,在完成步骤十四的金属基板正面和背面贴上可进行曝光显影的光阻膜,光阻膜可以是干式光阻膜也可以是湿式光阻膜。
步骤十六、金属基板正面去除部分光阻膜
参见图16,利用曝光显影设备将步骤十五完成贴光阻膜作业的金属基板正面进行图形曝光、显影与去除部分图形光阻膜,以露出金属基板正面后续需要进行电镀的区域图形。
步骤十七、电镀金属柱子
参见图17,在步骤十六中金属基板正面去除部分光阻膜的区域内电镀上金属柱子,金属柱子的材料可以是铜、铝、镍、银、金、铜银、镍金、镍钯金等材料,当然其它可以导电的金属物质都可以使用,并不局限铜、铝、镍、银、金、铜银、镍金、镍钯金等金属材料,电镀方式可以使化学沉积或是电解电镀方式。
步骤十八、去除光阻膜
参见图18,去除金属基板表面的光阻膜,去除光阻膜的方法可采用化学药水软化并采用高压水冲洗的方式去除光阻膜。
步骤十九、涂覆粘结物质
参见图19,在步骤十八的基岛正面涂覆导电或不导电粘结物质,目的是为后续芯片植入后与基岛的接合。
步骤二十、装片
参见图20,在步骤十九的导电或不导电粘结物质上植入第一芯片。
步骤二十一、金属线键合
参见图21,在第一芯片正面与引脚正面之间进行键合金属线作业,所述金属线的材料采用金、银、铜、铝或是合金的材料,金属丝的形状可以是丝状也可以是带状。
步骤二十二、包封
参见图22,将步骤二十一中的金属基板正面采用塑封料进行塑封,塑封方式可以采用模具灌胶方式、喷涂设备喷涂方式或是用贴膜方式,所述塑封料可以采用有填料物质或是无填料物质的环氧树脂。
步骤二十三、环氧树脂表面研磨
参见图23,在完成步骤二十二的环氧树脂塑封后进行环氧树脂表面研磨 , 目的是使金属柱子露出塑封体表面以及控制环氧树脂的厚度。
步骤二十四、电镀抗氧化金属层或是被覆抗氧化剂(OSP)
参见图24,在完成步骤二十三后的金属基板表面裸露在外的金属进行电镀抗氧化金属层,防止金属氧化,如金、镍金、镍钯金、锡或是被覆抗氧化剂(OSP)。
步骤二十五、倒装芯片
参见图25,在步骤二十四的基岛和引脚背面通过底部填充胶填满金属球与金属球之间以及芯片与基岛、基岛之间的空隙后倒装第二芯片,倒装的方式可以将底部填充胶涂覆在基岛和引脚上再倒装上第二芯片或是将底部充胶涂覆在第二芯片正面后倒装于基岛和引脚背面。
步骤二十六、包封
参见图26,将步骤二十五中的金属基板背面采用塑封料进行塑封,塑封方式可以采用模具灌胶方式、喷涂设备喷涂方式或是用贴膜方式,所述塑封料可以采用有填料物质或是无填料物质的环氧树脂。
步骤二十七、植球
参见图27,在步骤二十四的电镀抗氧化金属层或批覆抗氧化剂的金属柱子顶部植入金属球。
步骤二十八、切割成品
参见图28,将步骤二十七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,制得先蚀后封三维系统级芯片倒装凸点封装结构,可采用常规的钻石刀片以及常规的切割设备即可。
实施例2、多圈单芯片倒装+无源器件+静电释放圈
参见图30,为本发明先蚀后封三维系统级芯片倒装凸点封装结构实施例2的结构示意图,实施例2与实施例1的不同之处在于:所述导电柱子8有多圈,所述引脚2与引脚2之间通过导电粘结物质跨接无源器件11,在所述基岛1与引脚2之间设置有静电释放圈15,所述无源器件11可以跨接于引脚2背面与引脚2正面之间,或跨接于引脚2背面与静电释放圈15背面之间,或跨接于基岛1背面与静电释放圈15背面之间。
实施例3、单圈多基岛平铺多芯片倒装
参见图31,为本发明先蚀后封三维系统级芯片倒装凸点封装结构实施例3的结构示意图,实施例3与实施例1的不同之处在于:在所述基岛1和引脚2的背面通过底部填充胶5设置有多个第二芯片6,所述第二芯片6正面与第二芯片6正面之间通过金属线7相连接。
实施例4、单圈堆叠多芯片倒正装
参见图32,为本发明先蚀后封三维系统级芯片倒装凸点封装结构实施例4的结构示意图,实施例4与实施例1的不同之处在于:在所述第二芯片6背面通过导电或不导电粘结物质3设置有第三芯片12,所述第三芯片12正面与引脚2之间通过金属线7相连。
实施例5、单圈堆叠多芯片倒倒装
参见图33,为本发明先蚀后封三维系统级芯片倒装凸点封装结构实施例5的结构示意图,实施例5与实施例1的不同之处在于:在所述引脚2背面设置有第二金属球14,在所述第二金属球14上倒装有第三芯片12,所述第二金属球14和第三芯片12处于塑封料9的内部。
实施例6、多层线路单芯片倒装单圈引脚
参见图80,为本发明先蚀后封三维系统级芯片倒装凸点封装结构实施例7的结构示意图,实施例7与实施例1的不同之处在于:所述基岛1或引脚2包括多层金属线路层,相邻两层金属线路层之间通过导电柱子相连接,所述基岛1的正面和背面分别通过导电或不导电粘结物质3设置有第一芯片4和第二芯片5,在所述引脚2背面设置有导电柱子8。
其工艺方法如下:
步骤一、取金属基板
参见图34,取一片厚度合适的金属基板,此板材使用的目的只是为线路制作与后续封装支撑线路层结构所使用的过渡性材料,此板材的材质主要是以金属材料为主,而金属材料的材质可以是铜材﹑铁材﹑镀锌材﹑不锈钢材﹑铝材或可以达到导电功能的金属物质或非金属物质等。
步骤二、金属基板表面预镀微铜层
参见图35,在金属基板表面预镀微铜层,微铜层厚度在2~10微米, 依据功能需要也可以减薄或是增厚,主要是为了后续线路制作时使线路层与金属基板能够紧密接合,电镀的方式可以采用化学沉积或是电解电镀。
步骤三、贴光阻膜作业
参见图36,在完成预镀微铜层的金属基板正面及背面分别贴上可进行曝光显影的光阻膜,以保护后续的电镀金属层工艺作业,光阻膜可以是干式光阻膜也可以是湿式光阻膜。
步骤四、金属基板背面去除部分光阻膜
参见图37,利用曝光显影设备将步骤三完成贴光阻膜作业的金属基板背面进行图形曝光、显影与去除部分图形光阻膜,以露出金属基板背面后续需要进行电镀的区域图形。
步骤五、电镀第一金属线路层
参见图38,在步骤四中金属基板背面去除部分光阻膜的区域内电镀上第一金属线路层,第一金属线路层材料可以是铜、铝、镍、银、金、铜银、镍金、镍钯金(通常5~20微米,可以根据不同应用选择不同的电镀材质,根据不同特性变换电镀的厚度)等材料,当然其它可以导电的金属物质都可以使用,并不局限铜、铝、镍、银、金、铜银、镍金、镍钯金等金属材料,电镀方式可以是化学沉积或是电解电镀方式。
步骤六、贴光阻膜作业
参见图39,在步骤五中金属基板背面贴上可进行曝光显影的光阻膜,光阻膜可以是干式光阻膜也可以是湿式光阻膜。
步骤七、金属基板背面去除部分光阻膜
参见图40,利用曝光显影设备将步骤六完成贴光阻膜作业的金属基板背面进行图形曝光、显影与去除部分图形光阻膜,以露出金属基板背面后续需要进行电镀的区域图形。
步骤八、电镀第二金属线路层
参见图41,在步骤七中金属基板背面去除部分光阻膜的区域内电镀上第二金属线路层作为用以连接第一金属线路层与第三金属线路层的导电柱子,金属线路层的材质可采用铜、镍金、镍钯金、银、金或是锡金属,电镀方式可以使化学沉积或是电解电镀方式。
步骤九、去除光阻膜
参见图42,去除金属基板表面的光阻膜,目的是为后续进行不导电胶膜作业,去除光阻膜的方法可采用化学药水软化并采用高压水冲洗的方式去除光阻膜。
步骤十、贴压不导电胶膜作业
参见图43,在金属基板背面(有线路层的区域)贴压一层不导电胶膜,目的是要为第一金属线路层与第三金属线路层进行绝缘,贴压不导电胶膜的方式可以采用常规的滚压设备, 或在真空的环境下进行贴压,以防止贴压过程产生空气的残留,不导电胶膜主要是热固型环氧树脂,而环氧树脂可以依据产品特性采用没有填料或是有填料的不导电胶膜,环氧树脂的颜色可以依据产品特性进行染色处理。
步骤十一、研磨不导电胶膜表面
参见图44,在完成不导电胶膜贴压后进行表面研磨, 目的是要露出第二金属线路层,维持不导电胶膜与第二金属线路层的平整度以及控制不导电胶膜的厚度。
步骤十二、不导电胶膜表面金属化预处理
参见图45,对不导电胶膜表面进行金属化预处理,使其表面附着上一层金属化高分子材料,目的是作为后续金属材料能够镀上去的触媒转换,附着金属化高分子材料可以采用喷涂、等离子震荡、表面粗化等再行烘干即可;
步骤十三、贴光阻膜作业
参见图46,在步骤十二中金属基板正面和背面贴上可进行曝光显影的光阻膜,以保护后续的第三金属线路层的电镀工艺作业,光阻膜可以是干式光阻膜也可以是湿式光阻膜。
步骤十四、金属基板背面去除部分光阻膜
参见图47,利用曝光显影设备将步骤十三完成贴光阻膜作业的金属基板背面进行图形曝光、显影与去除部分图形光阻膜,以露出金属基板背面后续需要进行蚀刻的区域图形。
步骤十五、蚀刻作业
参见图48,在步骤十四完成光阻膜开窗后的区域进行蚀刻作业,其目的是将要保留的金属线路以外的金属区域腐蚀干净,进行蚀刻的方法可以是氯化铜或是氯化铁或是可以进行化学蚀刻的药水的工艺方式。
步骤十六、金属基板背面去除光阻膜
参见图49,去除金属基板背面的光阻膜,以露出后续需要进行被电镀的金属区域图形。
步骤十七、电镀第三金属线路层
参见图50, 在步骤十六的金属基板背面进行第三金属线路层的电镀工作,第三金属线路层的材质可以是铜、镍金、镍钯金、银、金或是锡金属,电镀方式可以是化学沉积加电解电镀或是全部使用化学沉积方式镀出需要的厚度。
步骤十八、贴光阻膜作业
参见图51,在步骤十七的金属基板背面贴上可进行曝光显影的光阻膜,目的是为后续金属线路层的制作,光阻膜可以是干式光阻膜也可以是湿式光阻膜。
步骤十九、金属基板背面去除部分光阻膜
参见图52,利用曝光显影设备将步骤十八完成贴光阻膜作业的金属基板背面进行图形曝光、显影与去除部分图形光阻膜,以露出金属基板背面后续需要进行电镀的区域图形。
步骤二十、电镀第四金属线路层
参见图53,在步骤十九中金属基板背面去除部分光阻膜的区域内电镀上第四金属线路层作为用以连接第三金属线路层与第五金属线路层的导电柱子,金属线路层的材质可采用铜、镍金、镍钯金、银、金或是锡金属,电镀方式可以使化学沉积或是电解电镀方式。
步骤二十一、去除光阻膜
参见图54,去除金属基板表面的光阻膜,目的是为后续进行不导电胶膜作业,去除光阻膜的方法可采用化学药水软化并采用高压水冲洗的方式去除光阻膜。
步骤二十二、贴压不导电胶膜作业
参见图55,在金属基板背面(有线路层的区域)贴压一层不导电胶膜,目的是要为第三金属线路层与第五金属线路层进行绝缘,贴压不导电胶膜的方式可以采用常规的滚压设备, 或在真空的环境下进行贴压,以防止贴压过程产生空气的残留,不导电胶膜主要是热固型环氧树脂,而环氧树脂可以依据产品特性采用没有填料或是有填料的不导电胶膜,环氧树脂的颜色可以依据产品特性进行染色处理。
步骤二十三、研磨不导电胶膜表面
参见图56,在完成不导电胶膜贴压后进行表面研磨, 目的是要露出第四金属线路层,维持不导电胶膜与第四金属线路层的平整度以及控制不导电胶膜的厚度。
步骤二十四、不导电胶膜表面金属化预处理
参见图57,对不导电胶膜表面进行金属化预处理,使其表面附着上一层金属化高分子材料,目的是作为后续金属材料能够镀上去的触媒转换,附着金属化高分子材料可以采用喷涂、等离子震荡、表面粗化等再行烘干即可;
步骤二十五、贴光阻膜作业
参见图58,在步骤二十四中金属基板正面和背面贴上可进行曝光显影的光阻膜,以保护后续的第五金属线路层的电镀工艺作业,光阻膜可以是干式光阻膜也可以是湿式光阻膜。
步骤二十六、金属基板背面去除部分光阻膜
参见图59,利用曝光显影设备将步骤二十五完成贴光阻膜作业的金属基板背面进行图形曝光、显影与去除部分图形光阻膜,以露出金属基板背面后续需要进行蚀刻的区域图形。
步骤二十七、蚀刻作业
参见图60,在步骤二十六完成光阻膜开窗后的区域进行蚀刻作业,其目的是将要保留的金属线路以外的金属区域腐蚀干净,进行蚀刻的方法可以是氯化铜或是氯化铁或是可以进行化学蚀刻的药水的工艺方式。
步骤二十八、金属基板背面去除光阻膜
参见图61,去除金属基板背面的光阻膜,以露出后续需要进行被电镀的金属区域图形。
步骤二十九、电镀第五金属线路层
参见图62, 在步骤二十八的金属基板背面进行第五金属线路层的电镀工作,第五金属线路层电镀完成后即在金属基板上形成相应的基岛和引脚,第五金属线路层的材质可以是铜、镍金、镍钯金、银、金或是锡金属,电镀方式可以是化学沉积加电解电镀或是全部使用化学沉积方式镀出需要的厚度。
步骤三十、贴光阻膜作业
参见图63,在步骤二十九中金属基板正面贴上可进行曝光显影的光阻膜,光阻膜可以是干式光阻膜也可以是湿式光阻膜。
步骤三十一、金属基板正面去除部分光阻膜
参见图64,利用曝光显影设备将步骤三十完成贴光阻膜作业的金属基板正面进行图形曝光、显影与去除部分图形光阻膜,以露出金属基板正面后续需要进行蚀刻的区域图形。
步骤三十二、化学蚀刻
参见图65,将步骤三十一中金属基板正面完成曝光显影的区域进行化学蚀刻,化学蚀刻直至金属线路层为止,蚀刻药水可以采用氯化铜或是氯化铁或是可以进行化学蚀刻的药水。
步骤三十三、贴光阻膜作业
参见图66,在步骤三十二中完成化学蚀刻的金属基板正面贴上可进行曝光显影的光阻膜,光阻膜可以是干式光阻膜也可以是湿式光阻膜。
步骤三十四、金属基板正面去除部分光阻膜
参见图67,利用曝光显影设备将步骤三十三完成贴光阻膜作业的金属基板正面进行图形曝光、显影与去除部分图形光阻膜,以露出金属基板正面后续需要进行电镀的区域图形。
步骤三十五、电镀金属柱子
参见图68,在步骤三十四中金属基板正面去除部分光阻膜的区域内电镀上金属柱子,金属柱子的材料可以是铜、铝、镍、银、金、铜银、镍金、镍钯金等材料,当然其它可以导电的金属物质都可以使用,并不局限铜、铝、镍、银、金、铜银、镍金、镍钯金等金属材料,电镀方式可以使化学沉积或是电解电镀方式。
步骤三十六、去除光阻膜
参见图69,去除金属基板表面的光阻膜,可采用化学药水软化并采用高压水喷除的方式去除光阻膜。
步骤三十七、涂覆粘结物质
参见图70,在步骤二十九形成的基岛正面涂覆导电或是不导电的粘结物质,目的是为后续芯片植入后与基岛的接合。
步骤三十八、装片
参见图71,在步骤三十七的基岛正面植入第一芯片。
步骤三十九、金属线键合
参见图72,在第一芯片正面与引脚正面之间进行键合金属线作业,所述金属线的材料采用金、银、铜、铝或是合金的材料,金属丝的形状可以是丝状也可以是带状。
步骤四十、包封
参见图73,将步骤三十九中的金属基板正面采用塑封料进行塑封,塑封方式可以采用模具灌胶方式、喷涂设备喷涂方式、用贴膜方式或是刷胶的方式,所述塑封料可以采用有填料物质或是无填料物质的环氧树脂。
步骤四十一、环氧树脂表面研磨
参见图74,在完成步骤四十的环氧树脂塑封后进行环氧树脂表面研磨,目的是使金属柱子露出塑封体表面以及控制环氧树脂的厚度。
步骤四十二、电镀抗氧化金属层或是被覆抗氧化剂(OSP)
参见图75,在完成步骤四十一后的金属基板表面裸露在外的金属进行电镀抗氧化金属层,防止金属氧化,如金、镍金、镍钯金、锡或是被覆抗氧化剂(OSP)。
步骤四十三、装片
参见图76,在步骤四十二的基岛和引脚背面通过底部填充胶填满金属球与金属球之间以及芯片与基岛、基岛之间的空隙后倒装第二芯片,倒装的方式可以将底部填充胶涂覆在基岛和引脚上再倒第二装上芯片或是将底部充胶涂覆在芯片正面后倒装于基岛和引脚正面。
步骤四十四、包封
参见图77,将步骤四十三中的金属基板背面采用塑封料进行塑封,塑封方式可以采用模具灌胶方式、喷涂设备喷涂方式或是用贴膜方式,所述塑封料可以采用有填料物质或是无填料物质的环氧树脂。
步骤四十五、植球
参见图78,在步骤四十二的电镀抗氧化金属层或批覆抗氧化剂的金属柱子顶部植入金属球。
步骤四十六、切割成品
参见图79,将步骤四十五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,制得先蚀后封三维系统级芯片倒装凸点封装结构,可采用常规的钻石刀片以及常规的切割设备即可。