CN104078435A - Pop封装结构 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种POP封装结构，至少包括叠层封装的上封装体和下封装体，上封装体下表面设置有焊球，所述下封装体包括：基板、第一焊球，芯片、塑封体和设置在所述基板下表面的第二焊球；第一焊球设置在基板下表面；芯片倒装在所述基板上表面；第一焊球和芯片包封在所述塑封体内，所述第一焊球的上表面露出所述塑封体；第一焊球与所述上封装体下表面的焊球对齐连接。本发明提供的一种POP封装结构中通过在下封装体的基板正面置球作为上下封装体的互联，进一步降低了成本，并且直接通过焊球相互连接，不需要在塑封体上打孔，在降低了封装成本的同时也提高了封装的效率。

Description

POP封装结构

技术领域

本发明涉及半导体封装领域，尤其涉及一种POP封装结构。

背景技术

在逻辑电路及存储器领域，POP封装(叠层封装，package-on-package)已经称为业界的首选，主要应用于制造高端便携式设备和智能手机使用的先进移动通信平台。

在POP结构中，记忆芯片通常以键合方式连接于基板，而应用处理器芯片以倒装方式连接于基板，记忆芯片封装体是直接叠在应用处理器封装体上，相互往往以锡球焊接连接。这样上下结构以减少两个芯片的互连距离来达到节省空间和获得较好的信号完整性。由于记忆芯片与逻辑芯片的连接趋于更高密度，整体厚度越来越薄，传统封装的POP结构已经很有局限。塑封体翘曲是其中一直要考虑解决的问题，目前上下塑封体的适当选材和设计是解决此问题的主要方法之一，但是此中上下塑封体的电连接是个棘手问题。

发明内容

在下文中给出关于本发明的简要概述，以便提供关于本发明的某些方面的基本理解。应当理解，这个概述并不是关于本发明的穷举性概述。它并不是意图确定本发明的关键或重要部分，也不是意图限定本发明的范围。其目的仅仅是以简化的形式给出某些概念，以此作为稍后论述的更详细描述的前序。

本发明提供一种POP封装结构，至少包括叠层封装的上封装体和下封装体，所述上封装体下表面设置有第三焊球，所述下封装体包括：基板、第一焊球，芯片、塑封体和设置在所述基板下表面的第二焊球；

所述第一焊球设置在所述基板的上表面；

所述芯片倒装在所述基板的上表面；

所述第一焊球和所述芯片包封在所述塑封体内，且所述第一焊球的上表面露出所述塑封体；

所述第一焊球与所述第三焊球对齐连接。

本发明提供的一种POP封装结构中通过在下封装体的基板正面置球作为上下封装体的互联，进一步降低了成本，并且直接通过焊球相互连接，不需要在塑封体上打孔，在降低了封装成本的同时也提高了封装的效率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例中的基板和芯片结构示意图；

图2为本发明实施例一中对基板和芯片进行塑封的结构示意图；

图3为本发明实施例一中基板和芯片封装完成的示意图；

图4为本发明实施例一中下封装体下表面设置第三焊球的示意图；

图5为本发明实施例一的POP封装结构示意图；

图6为本发明实施例二中基板和芯片结构示意图；

图7为本发明实施例二中对基板和芯片进行塑封的结构示意图；

图8为本发明实施例二中模具主视图；

图9为本发明实施例二中模具仰视图；

图10为本发明实施例二中基板和芯片封装完成的示意图；

图11为本发明实施例二中上下封装体相连接示意图；

图12为本发明实施例二中POP封装结构示意图；

图13为本发明实施例三中基板和芯片封装完成的示意图；

图14为本发明实施例三中塑封体打磨后结构示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。在本发明的一个附图或一种实施方式中描述的元素和特征可以与一个或更多个其它附图或实施方式中示出的元素和特征相结合。应当注意，为了清楚的目的，附图和说明中省略了与本发明无关的、本领域普通技术人员已知的部件和处理的表示和描述。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图5所示，本发明提供了一种POP封装结构，至少包括叠层封装的上封装体101和下封装体，所述上封装体下表面设置有第三焊球102，所述下封装体包括：基板201、第一焊球202，芯片203、塑封体204和设置在所述基板201下表面的第二焊球205；

所述第一焊球202设置在所述基板201的上表面；

所述芯片203倒装在所述基板201的上表面；

所述第一焊球202和所述芯片203包封在所述塑封体204内，且所述第一焊球202的上表面露出所述塑封体；

所述第一焊球202与所述第三焊球102对齐连接。

本发明公布的POP封装结构中的上下封装体通过焊球相互连接，不需要再另外设置金属凸点，提高了封装的效率，上下电连接都是使用焊球相连，降低了封装成本。

上述芯片203倒装在所述基板201上表面，通过回流焊接固定在所述基板201的上表面，所述芯片和基板之间还具有空隙，可选的，所述空隙内吻合设置有填充加固层。

所述芯片203和基板201之间的空隙通过毛细底部填充技术或者模塑底部填充技术填充并固化。所述填充技术是底部填充技术的一类，通过采用底部填充可以分散芯片表面承受的应力进而提高了整个产品的可靠性。在进行毛细底部填充和固话之后在进行塑封，将整体封住；或者可以直接通过模塑底部填充技术对所述芯片和第一焊球进行塑封。

可选的，所述第一焊球顶面与所述塑封体的顶面平齐并露出所述塑封体；下面的介绍的实施例中形成包覆芯片和第一焊球的塑封体的时候，无论采用什么方式，形成的最终的封装结构中，基板上的第一焊球的顶面都是露出所述塑封体的，用于直接与上封装体下表面的第三焊球连接，节省封装的步骤的同时节约资源。

所述第一焊球202的高度根据所述芯片203的厚度决定。若封装的时候，芯片较薄，第一焊球的高度就不低于所述芯片的厚度，并且塑封体包覆所述芯片和第一焊球，第一焊球的上表面露出塑封体便于和上封装体下表面的焊球相连接；若封装芯片较厚，第一焊球的高度就低于所述芯片的厚度，并且在塑封体上第一焊球的位置开设孔，使得上封装体下表面的的焊球通过所述孔与第一焊球连接，以下介绍的实施例，分别当芯片的厚度不同时，第一焊球的高度和塑封体相应的改变。

实施例一：

如图1所示，首先提供一个基板201，所述基板上表面设置有第一焊球202，所述第一焊球可以预先设置在所述基板上，也可以在芯片倒装焊接在基板上之后再设置在基板上，上述的顺序对封装没有影响，将芯片203倒装放置在基板201上，经过回流焊接后所述芯片和基板连接成一体。此时芯片较薄，所以所述第一焊球202的高度不小于所述芯片203的高度，这样才能设置正常的第一焊球并且与上封装体进行连接。

如图2所示，用模塑料对所述芯片203和第一焊球202进行塑封形成塑封体204，通过图中所示的模具302，所述模具302上下夹住基板、芯片和第一焊球，进行塑封时第一焊球202的顶部被模具302部分压平，并且塑封好后，第一焊球的上表面露出所述塑封体204。

图中上模具压住芯片和第一焊球的部分有一层薄膜，用来保护芯片在塑封以及挤压的时候不受破坏。

所述塑封体204包覆所述芯片203和第一焊球202，第一焊球202上表面露出所述塑封体，所述芯片上表面可以露出也可以完全包覆在塑封体内部，塑封完成后，移开所述模具就形成如图3所示的结构。

如图4所示，随后在所述基板201下表面设置第二焊球205；将上封装体下表面的第三焊球102与第一焊球202对齐，进行焊接形成一体，形成如图5所示的最终的POP封装结构。

实施例二：

如图6所示，首先提供一个基板201，所述基板上表面设置有第一焊球202，和实施例一中相同，第一焊球也可以在芯片倒装焊接在基板上之后再设置在基板上。如图所示，此时的芯片较厚，所以第一焊球的高度小于芯片的高度。

本实施例中的POP封装结构中所述塑封体上对应于所述第一焊球的位置开设有孔，所述孔自所述塑封体的顶面延伸至所述第一焊球的顶面暴露。

如图7所示，对芯片和第一焊球进行塑封，覆盖在芯片和第一焊球上的为带有凸点的模具301，所述模具如图8和图9所示，模具为一面带有凸点的平板结构，图8中所述模具带有凸点的一侧向下，所述凸点与第一焊球202相接触，再进行模塑底部填充形成塑封体204。

所述塑封体在所述第一焊球的位置开设孔，所述塑封体204包覆所述芯片203和第一焊球202，所述第一焊球202在孔位置部分裸露出所述塑封体204。因为模具301上带有凸点，将所述模具移开之后，凸点处就形成一个孔，如图10所示，并且所述模具凸点的形状为圆台形，所以形成的孔也为倒锥台孔或者直孔。所述孔就在第一焊球的位置，为了使得上封装体下表面的第三焊球和第一焊球焊接相连，实现电连接。

所述模具凸点的高度与所述孔的深度和所述第二焊球的高度相当。形成的所述孔是为了放置上封装体下表面的第三焊球，与下封装体相连接，为了让上下封装体之间间隙越小越好，所述通孔与上封装体下表面的焊球高度相当。

如图11所示，将上封装体下表面的第三焊球与孔对齐连接，并与第一焊球204回流焊接形成一体；同时在所述基板201的下表面设置第二焊球205。最后形成了如图12所示的最终结构，通过采用特别的塑封模具在对下封装体进行塑封的时候形成孔，封装步骤更加简洁，提高了封装的效率，并且相互连接都是使用焊球，并且适用于任何焊球材料，封装成本降低了。

实施例三：

如图1所示，首先提供一个基板，基板上表面设置有第一焊球并且芯片倒装焊接在基板上表面，与上述实施例的步骤相同。

接下来，对所述芯片和第一焊球进行塑封形成如图13所示结构的塑封体，使所述塑封体包覆所述芯片及所述第一焊球，同时，所述塑封体的顶面高于所述第一焊球的顶面。

接下来对所述塑封体的顶面进行打磨，直至所述第一焊球的顶面露出所述塑封体，形成如图14所示的结构；下面的步骤与上述实施例二的步骤相同，首先将上封装体下表面的第三焊球与第一焊球对齐连接，然后再在所述基板的下表面形成第二焊球形成最终的POP封装结构。

首先将上封装体和下封装体进行对齐连接，再在所述基板下表面形成第二焊球，所述第二焊球的熔点与第一焊球的熔点不同，不会对封装过程产生影响；若在上下封装体对齐连接之前，在所述基板的下表面设置第二焊球，第二焊球的设置可能会对第一焊球的状态产生影响，所述第一焊球可能会产生形变，具体在下面的实施例中提到。

实施例四：

实施例三中的第二焊球是在上下封装体对齐连接之后设置的；所述第二焊球还可以在所述上下封装体对齐连接之前，即塑封完成之后设置的，此时第二焊球的熔点和第一焊球的熔点也是我们需要考虑的因素。

如果所述第二焊球205选材的熔点低于第一焊球202选材的熔点，当设置第二焊球时，第一焊球不产生任何的影响，可以直接进行下面的步骤将上封装体和下封装体对接；如果所述第二焊球205的材料的熔点与第一焊球相同甚至高于第一焊球的熔点，当设置第二焊球的时候，第一焊球也会受热产生形变，会变凸，需要将所述第一焊球凸起所述塑封体的部分再进行压平直至所述第一焊球的顶面和所述塑封体的顶面齐平再进行下面的步骤。

将上述第一焊球压平后，将上封装体下表面的焊球102与第一焊球202对齐，进行回流焊接形成一体，形成最终的POP封装结构。

上述第一焊球和第二焊球的材料和熔点不同会造成步骤的增加，也可以在塑封完成形成图14所示的结构后，先不在基板201的下表面形成第二焊球，先进行上下封装体的连接，等上封装体和没有第二焊球的下封装体连接好后，再在基板的下表面设置第二焊球，这样就算第一焊球的熔点低于所述第二焊球的熔点，也不需要重新进行压平这个步骤了，更加简化了封装的步骤。

可选的，上述实施例中的芯片都是包封在所述塑封体内的，本发明中的POP封装结构包括所述芯片包封在所述塑封体内部的情况，还包括所述芯片上表面露出所述塑封体的情况。

本发明中的芯片在塑封的时候可以包封在塑封体内，无论厚薄，芯片的上表面也可以露出塑封体，并且本发明所说的POP封装结构和方法中的上封装体包括任何球栅阵列的封装。

在本发明上述各实施例中，实施例的序号和/或先后顺序仅仅便于描述，不代表实施例的优劣。对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。

最后应说明的是：虽然以上已经详细说明了本发明及其优点，但是应当理解在不超出由所附的权利要求所限定的本发明的精神和范围的情况下可以进行各种改变、替代和变换。而且，本发明的范围不仅限于说明书所描述的过程、设备、手段、方法和步骤的具体实施例。本领域内的普通技术人员从本发明的公开内容将容易理解，根据本发明可以使用执行与在此所述的相应实施例基本相同的功能或者获得与其基本相同的结果的、现有和将来要被开发的过程、设备、手段、方法或者步骤。因此，所附的权利要求旨在在它们的范围内包括这样的过程、设备、手段、方法或者步骤。

Claims (7)

1.一种POP封装结构，至少包括叠层封装的上封装体和下封装体，所述上封装体下表面设置有第三焊球，其特征在于，所述下封装体包括：基板、第一焊球、芯片、塑封体和设置在所述基板下表面的第二焊球；

所述第一焊球设置在所述基板的上表面；

所述芯片倒装在所述基板的上表面；

所述第一焊球和所述芯片包封在所述塑封体内，且所述第一焊球的上表面露出所述塑封体；

所述第一焊球与所述第三焊球对齐连接。

2.根据权利要求1所述的POP封装结构，其特征在于，所述芯片和所述基板之间具有空隙，所述空隙内吻合设置有填充加固层。

3.根据权利要求1或2所述的POP封装结构，其特征在于，所述塑封体上对应于所述第一焊球的位置开设有孔，所述孔自所述塑封体的顶面延伸至所述第一焊球的顶面暴露。

4.根据权利要求3所述的POP封装结构，其特征在于，所述孔的深度与所述第三焊球高度相当。

5.根据权利要求3所述的POP封装结构，其特征在于，所述孔为倒锥台孔或者直孔。

6.根据权利要求1或2所述的POP封装结构，其特征在于，所述芯片包封在所述塑封体内部或者上表面露出所述塑封体。

7.根据权利要求1或2所述的POP封装结构，其特征在于，所述第一焊球顶面与所述塑封体的顶面平齐并露出所述塑封体。