CN107342746A - 声表面波器件的晶圆级扇出型封装结构及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种扇出型封装结构，包括：重布线衬底，所述重布线衬底包括设置在所述重布线衬底的第一表面上的第一介质层，所述第一介质层具有用于设置封装焊盘的一个或多个窗口，设置在所述重布线衬底的第二表面上的第二介质层，所述第二介质层具有用于设置连接焊盘的一个或多个窗口，将所述封装焊盘电连接到所述连接焊盘的一层或多层金属布线；框架结构，所述框架结构设置在所述重布线衬底的第二表面上，并在所述重布线衬底的四周形成包围圈，中间部分镂空；以及芯片，所述芯片设置在所述框架结构上，所述框架结构的中间镂空部分的尺寸小于芯片尺寸，所述重布线衬底、所述框架结构以及所述芯片之间形成密闭空腔。

Description

声表面波器件的晶圆级扇出型封装结构及其制造方法

技术领域

本发明涉及封装领域，尤其涉及声表面波器件的晶圆级扇出型封装结构及其制造方法。

背景技术

声表面波(surface acoustic wave SAW)器件是利用叉指在石英、铌酸锂、钽酸锂等压电材料表面上激发、监测和接收声表面波，完成电信号从电到声再到电的转换和处理。由于声表面波器件具有小型、可靠性高、一致性好、多功能以及设计灵活等优点，所以在雷达、通信、空中交通管制、声纳以及电视中得到广泛的应用。声表面波是一种对其传播表面非常敏感的机械波，传播表面的油污、薄膜、灰尘或水汽等都会对声表面波器件的性能造成很大的负面影响。对声表面波器件来讲，芯片表面需要有真空或空气层，封装材料不可与其表面直接接触。如果塑封料等材料直接接触声表面波器件表面将会使器件失效，因此直接接触芯片表面的封装方式不能用于声表面波器件的封装。

图1示出现有的声表面波器件封装结构100的横截面示意图。现有的声表面波器件封装结构100通常采用定制尺寸的金属或陶瓷盖帽110形成密闭空腔，并且需要引线框架或基板120等封装材料。声表面波器件130通过粘结层140固定在引线框架或基板120上，并通过引线150与引线框架或基板120电连接。这种封装结构制造工序复杂，成本较高，并且由于盖帽、引线框架或基板等封装材料的存在而封装体较厚。

近年来，扇出型晶圆级封装由于具有小型化、低成本和高集成度等优点，而正在迅速成为新型芯片和晶圆级封装技术的选择。现有的扇出型封装通常将裸芯片的背面嵌入在环氧树脂中，然后在裸芯片的正面形成介电层和重布线层，并在裸芯片正面的焊盘与重布线层之间形成电连接，重布线层可重新规划从裸芯片上的I/O连接到外围环氧树脂区域的路线，再在重布线层的焊盘上形成焊球突起结构，由此形成扇出型封装结构。

然而，现有的扇出型晶圆级封装需要在裸芯片的表面形成介电层和重布线层，而无法直接应用于声表面波器件封装。

因此，需要一种将扇出型封装结构与声表面波器件封装结合起来的新型封装结构及其制造方法，从而至少部分地解决现有技术中存在的问题。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，根据本发明的实施例，提供一种扇出型封装结构，包括：重布线衬底，所述重布线衬底包括设置在所述重布线衬底的第一表面上的第一介质层，所述第一介质层具有用于设置封装焊盘的一个或多个窗口，设置在所述重布线衬底的第二表面上的第二介质层，所述第二介质层具有用于设置连接焊盘的一个或多个窗口，将所述封装焊盘电连接到所述连接焊盘的一层或多层金属布线；框架结构，所述框架结构设置在所述重布线衬底的第二表面上，并在所述重布线衬底的四周形成包围圈，中间部分镂空；以及芯片，所述芯片设置在所述框架结构上，所述框架结构的中间镂空部分的尺寸小于芯片尺寸，所述重布线衬底、所述框架结构以及所述芯片之间形成密闭空腔。

在本发明的实施例中，该扇出型封装结构还包括包封框架结构和芯片的包封结构。

在本发明的实施例中，该框架结构由感光薄膜介质层形成。

在本发明的实施例中，该连接焊盘的表面低于所述第二介质层的表面。

在本发明的实施例中，该芯片的第一面上形成有导电柱，所述芯片通过所述导电柱与所述重布线衬底的连接焊盘电连接。

在本发明的实施例中，该连接焊盘的尺寸大于所述导电柱和/导电柱焊料的尺寸。

根据本发明的另一个实施例，提供一种扇出型封装结构的制造方法，包括：形成重布线衬底，所述重布线衬底包括设置在所述重布线衬底的第一表面上的第一介质层，所述第一介质层具有用于设置封装焊盘的一个或多个第一窗口、设置在所述重布线衬底的第二表面上的第二介质层，所述第二介质层具有用于设置连接焊盘的一个或多个第二窗口，将所述封装焊盘电连接到所述连接焊盘的一层或多层金属布线；在所述重布线衬底的第二表面上形成框架结构，从而在所述重布线衬底的四周形成包围圈，中间部分镂空；以及将芯片倒装焊接到所述重布线衬底上，其中所述框架结构的中间镂空部分的尺寸小于芯片尺寸，所述芯片的四周由所述框架结构支撑，由此在所述重布线衬底、所述框架结构以及所述芯片之间形成密闭空腔。

在本发明的另一个实施例中，该方法还包括通过塑封形成包封框架结构和芯片的包封结构。

在本发明的另一个实施例中，形成重布线衬底借助于载板完成，包括：在载板上贴覆一层薄膜作为临时键合材料；在所述薄膜上形成第一介质层并在其中形成一个或多个第一窗口；在所述第一介质层的第一窗口以及表面淀积金属层；在所述金属层上制作出所需要的金属布线；以及在所述金属布线上形成第二介质层并在其中形成第二窗口，从而暴露连接焊盘。

在本发明的另一个实施例中，该方法还包括：在完成塑封后，将封装结构从载板上剥离，以暴露封装焊盘；以及在所述封装焊盘上植球。

在本发明的另一个实施例中，形成框架结构包括：在所述第二介质层上形成第三介质层并在其中形成镂空窗口，并在所述框架结构外形成相应的芯片倒装对位标识。

在本发明的另一个实施例中，该方法还包括在所述连接焊盘上形成焊料。

在本发明的另一个实施例中，第二介质层和第三介质层的总厚度小于芯片的导电柱高度与焊料厚度之和。

本发明的实施例在晶圆级扇出型封装结构的基础上，通过增加结构框架实现声表面波器件的封装，减少了金属盖帽、引线框架或基板等封装材料使用，大大缩减工序，节省成本。

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示出现有的声表面波器件封装结构100的横截面示意图。

图2示出根据本发明的实施例的带有密闭空腔的扇出型封装结构200的横截面示意图。

图3A至图3K示出根据本发明的实施例形成带有密闭空腔的扇出型封装结构的过程的剖面示意图。

图4示出根据本发明的实施例形成带有密闭空腔的扇出型封装结构的流程图。

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。

为了解决现有技术中声表面波器件封装工序复杂成本较高的问题，本发明提出在晶圆级扇出型封装结构的基础上，通过增加结构框架实现声表面波器件的封装，减少了金属盖帽、引线框架或基板等封装材料使用，大大缩减工序，节省成本。在本发明的实施例中，密闭的空腔结构可由光刻介质层构成，工艺简单，易于实现。通过采用晶圆级扇出型的封装形式，生产效率更高，成本优势更大。在本发明的公开的声表面波器件的晶圆级扇出型封装结构的制造过程中，通过增加对位标记、改变焊盘结构实现自对准，芯片倒装更精确。

图2示出根据本发明的实施例的带有密闭空腔的扇出型封装结构200的横截面示意图。如图2中所示的带有密闭空腔的扇出型封装结构200可用于声表面波器件的封装。扇出型封装结构200包括重布线衬底210。该重布线衬底210可包括第一表面210a和第二表面210b。在一个实施例中，重布线衬底210的第一表面210a包括第一区211a和第二区211b。第一区211a可以是用于安装裸芯片的芯片区，第二区211b可以是包围芯片区的非芯片区。

重布线衬底210可包括设置在其表面和/或内部的一层或多层金属布线。为了示出清楚简单的目的，在图2所示的实施例中，重布线衬底210仅包含一层金属布线，但本发明的范围不限于此。

在图2所示的实施例中，重布线衬底210可包括层叠的第一介质层212和第二介质层213。第一介质层212的外表面与第二表面210b共面，第二介质层213的外表面与第一表面210a共面。在本发明的实施例中，第一介质层212和第二介质层213可以是感光薄膜介质层，例如绿油层。在本发明的实施例中，第一介质层212和第二介质层213还可以是绝缘膜，例如，聚酰亚胺、环氧树脂成型化合物或其它无机材料。第一介质层212和第二介质层213可以由其它合适类型的材料形成。第一介质层212和第二介质层213具有多个窗口，在其中形成所需的金属布线和焊盘结构。此外在第一介质层212和第二介质层213之间，根据重新金属布线层的数据，可以包含有1层或多层介质层。

在第一介质层212的窗口中形成有封装焊盘214，封装焊盘214的外表面与第二表面210b大致齐平，并从第二表面210b外漏出来。在第二介质层213的窗口中形成有连接焊盘215，连接焊盘215的外表面低于第一表面210a。在本发明的具体实施例中，连接焊盘215的外表面可比第一表面210a低5-20μm。并且，可选地在连接焊盘215的表面上形成焊料层。连接焊盘215通过重布线衬底210内部的导电结构连接到对应的封装焊盘214。

在一个实施例中，金属布线、封装焊盘和连接焊盘由相同的导电材料(如铜)形成。在另一个实施例中，金属布线、封装焊盘和连接焊盘可由不同的导电材料形成。其它合适类型的导电材料也是适用的。

在重布线衬底210的第二区211b上形成有包围第一区211a的框架结构220。图3F示出根据本发明的一个实施例的框架结构220的俯视图。框架结构220中间镂空部分的尺寸略小于芯片230的尺寸。在本发明的实施例中，框架结构220可由感光薄膜介质层形成，具体的形成方法包括在在重布线衬底210上涂覆一层感光薄膜介质层，通过光刻的方法在感光薄膜介质层上形成一圈坝型的包围圈。然而，本领域的技术人员应该认识到，框架结构220不限于感光薄膜介质层，框架结构220也可以是一片中间部分镂空的网状开槽基板，并通过粘结层附连到重布线衬底210；此外框架结构220还可以是其他材料的镂空结构或者坝状结构。

扇出型封装结构200还包括安置在框架结构220上的芯片230。框架结构220的内部尺寸略小于芯片230，因此框架结构220在四周支撑芯片230。重布线衬底210、框架结构220以及芯片230依次层叠，从而通过框架结构220的支撑在重布线衬底210与芯片230之间形成密闭空腔。

在本发明的实施例中，芯片230可以是声表面波器件的芯片。芯片230通过倒装焊电连接到重布线衬底210的第一区211a。芯片230的第一面231为功能面，即，可在第一面231上激发、监测和接收声表面波，完成电信号从电到声再到电的转换和处理。芯片230的第一面231形成有导电柱233或导电柱233阵列。可任选地在导电柱233上形成焊料234。芯片230通过导电柱233电连接到重布线衬底210的连接焊盘215，形成信号回路。本领域的技术人员可根据芯片导电柱233的具体布局以及框架结构220的材料设置框架结构220中间镂空部分的具体尺寸，使得芯片周边覆盖在框架结构220上同时芯片的导电柱233穿过框架结构220中间的镂空部分连接到重布线衬底210的连接焊盘215。

在本发明的实施例中，连接焊盘的尺寸略大于导电柱233和/或导电柱233上的焊料234的尺寸。例如，连接焊盘的尺寸可比导电柱233上的焊料234的尺寸大20％。

在本发明的实施例中，可任选地通过塑封在框架结构220和芯片230的第二面232上形成包封结构240，用以保护芯片免受环境影响。包封材料例如可以包括成型环氧树脂材料。其它类型的包封材料也是适用的。

下面结合图3A-3K及图4介绍带有密闭空腔的扇出型封装结构的制造过程。图3A至图3K示出根据本发明的实施例形成带有密闭空腔的扇出型封装结构的过程的剖面示意图。图4示出根据本发明的实施例形成带有密闭空腔的扇出型封装结构的流程图。

首先，在步骤410，形成重布线衬底。在本发明的实施例中，可使用圆片载板作为临时支撑结构，完成重布线衬底的制造。例如，可选取和硅片尺寸相同的圆片作为载板301，圆片载板301可以是硅、玻璃、金属等材质，尺寸根据机台能力来确定，以便于操作为宜。本实施例以圆片形载板为例，但不限于圆片，也可以为板级载板。下面结合图3A至图3D，描述形成重布线衬底的一个示例实施例，然而本发明的范围不限于该形成工艺，本领域的技术人员可根据实际需要采用其它工艺形成重布线衬底。

接下来，如图3A所示，在载板301一面贴覆一层薄膜302作为临时键合材料，此薄膜要求可以通过加热、用力、化学蚀刻等方法进行拆键合剥离。

接下来，如图3B所示，在薄膜302上形成第一介质层303并在其中形成图形窗口304。在本发明的实施例中，可通过旋涂、沉积、贴膜、印刷等工艺在薄膜302上涂覆形成第一介质层303。第一介质层303可以是感光薄膜介质层，例如绿油层。然后通过光刻的方法在第一介质层303中形成所需要的图形窗口，此图形窗口作为最终的封装结构的封装焊盘。在本发明的实施例中，第一介质层303还可以是绝缘膜，例如，聚酰亚胺、环氧树脂成型化合物或其它合适类型的材料，并根据第一介质层303的材料特性选择合适的光刻、刻蚀等工艺在其中形成所需要的图形窗口。

接下来，如图3C所示，在第一介质层303上形成金属布线305。在本发明的实施例中，可通过物理或化学沉积的方法，如蒸发、溅射、电镀、化学镀等，在第一介质层303的图形窗口以及表面淀积一层金属，再通过光刻、刻蚀等方法制作出所需要的金属布线305。

在本发明的具体实施例中，可多次重复图3B和图3C所示的制造过程，从而形成多层金属布线互连。

接下来，如图3D所示，在金属布线层305上形成第二介质层306并在其中形成图形窗口307，从而暴露连接焊盘。在本发明的实施例中，可通过旋涂、沉积、贴膜、印刷等工艺在金属布线层305上涂覆形成第二介质层306。第二介质层306可以是感光薄膜介质层，例如绿油层。然后通过光刻的方法在第二介质层306中形成所需要的图形窗口，以便暴露金属布线层305部分金属作为最终的封装结构的连接焊盘，用于与芯片的导电柱形成电连接。在本发明的实施例中，第二介质层306还可以是绝缘膜，例如，聚酰亚胺、环氧树脂成型化合物或其它合适类型的材料，并根据第二介质层306的材料特性选择合适的光刻、刻蚀等工艺在其中形成所需要的图形窗口307。在本发明的实施例中，图形窗口307的尺寸略大于芯片导电柱上的焊料的尺寸，并且有合适的窗口深度。例如，图形窗口307的尺寸可比导电柱上的焊料的尺寸大20％，窗口深度即第二介质层306的厚度约为5-20μm。

在步骤420，形成框架结构。在本发明的实施例中，如图3E所示，可通过在第二介质层306上形成第三介质层308并在其中形成镂空窗口，从而暴露出重布线衬底的芯片安装区域。在本发明的实施例中，可通过旋涂、沉积、贴膜、印刷等工艺在第二介质层306上涂覆形成第三介质层308。第三介质层308可以是感光薄膜介质层，例如绿油层。然后，如图3F所示，通过光刻的方法在第三介质层308中形成一圈坝型的包围圈作为框架结构，并且在圈外形成相应的芯片倒装对位标识309。图3F示出根据本发明的实施例的框架结构和芯片倒装对位标识309的俯视图。此坝型包围圈的中间镂空尺寸略小于芯片尺寸，使得芯片周边能覆盖在框架结构上同时芯片的导电柱能穿过框架结构中间的镂空部分连接到重布线衬底的连接焊盘。在本发明的实施例中，第三介质层308还可以是绝缘膜，例如，聚酰亚胺、环氧树脂成型化合物或其它合适类型的材料，并根据第三介质层308的材料特性选择合适的光刻、刻蚀等工艺在其中形成所需要的镂空窗口。

为了保证后续芯片焊接的可靠性，第二介质层306和第三介质层308的总厚度略小于芯片导电柱高度与焊料厚度之和。例如，第二介质层306和第三介质层308的总厚度比芯片导电柱高度与焊料厚度之和小3-15微米。

接下来，可选地，在步骤430，在连接焊盘上形成焊料。在本发明的实施例中，如图3G所示，可通过物理或化学沉积的方法，如蒸发、溅射、电镀、化学镀等，在连接焊盘表面沉积一层一定厚度的锡、锡银或锡银铜等易焊性良好的焊料。

接下来，在步骤440，将已经完成导电柱311结构制作的声表面波器件芯片310按照阵列倒装焊接到重布线衬底上，形成信号回路，如图3H所示。芯片由第三介质层308和导电柱311承载。第三介质层308、芯片表面、重布线衬底之间形成一个密闭的空腔结构。在本发明的实施例中，芯片310的导电柱311上形成有焊料312。由于第二介质层306和第三介质层308的总厚度略小于芯片导电柱高度与焊料厚度之和，当进行倒装焊时，导电柱上的焊料与连接焊盘上的焊料熔化形成电连接，同时由于重力等作用，可自适应的使芯片与第三介质层形成紧密接触。合适的连接焊盘尺寸和窗口深度可以使得芯片通过自适应实现更精确的对位焊接，并且焊料不易渗出避免短路。

图3I示出了将芯片310倒装焊接到重布线衬底后的俯视图。

接下来，在步骤450，进行可选的塑封过程，如图3J所示，将芯片310的背面以及框架结构塑封起来。本领域的技术人员可根据实际需要，采用特定的塑封工艺技术和设备，完成上述塑封过程。

接下来，在步骤460，将载板301及贴覆的薄膜302与塑封好的器件进行拆键合剥离，从而暴露封装焊盘。

接下来，可进行可选的在预留的封装焊盘上植球的过程，实现扇出型封装结构与外界的电、信号互连，形成完整的信号回路。对圆片切割，形成最终的单个独立的扇出型声表面波器件，如图3K所示。

在本发明的上述实施例中，在晶圆级扇出型封装的基础上，通过增加框架结构实现声表面波器件的封装，减少了金属盖帽、引线框架或基板等封装材料使用，大大缩减工序，节省成本。密闭的空腔结构由光刻介质层构成，工艺简单，易于实现。由于采用晶圆级扇出型的封装形式，生产效率更高，成本优势更大。通过增加对位标记、改变连接焊盘结构实现自对准，芯片倒装更精确。

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。

Claims (10)

1.一种扇出型封装结构，包括：

重布线衬底，所述重布线衬底包括设置在所述重布线衬底的第一表面上的第一介质层，所述第一介质层具有用于设置封装焊盘的一个或多个窗口，设置在所述重布线衬底的第二表面上的第二介质层，所述第二介质层具有用于设置连接焊盘的一个或多个窗口，将所述封装焊盘电连接到所述连接焊盘的一层或多层金属布线；

框架结构，所述框架结构设置在所述重布线衬底的第二表面上，并在所述重布线衬底的四周形成包围圈，中间部分镂空；以及

芯片，所述芯片设置在所述框架结构上，所述框架结构的中间镂空部分的尺寸小于芯片尺寸，所述重布线衬底、所述框架结构以及所述芯片之间形成密闭空腔。

2.如权利要求1所述的扇出型封装结构，其特征在于，还包括包封框架结构和芯片的包封结构。

3.如权利要求1所述的扇出型封装结构，其特征在于，所述框架结构由感光薄膜介质层形成。

4.如权利要求1所述的扇出型封装结构，其特征在于，所述连接焊盘的表面低于所述第二介质层的表面。

5.如权利要求1所述的扇出型封装结构，其特征在于，所述芯片的第一面上形成有导电柱，所述芯片通过所述导电柱与所述重布线衬底的连接焊盘电连接。

6.如权利要求5所述的扇出型封装结构，其特征在于，所述连接焊盘的尺寸大于所述导电柱和/导电柱焊料的尺寸。

7.一种扇出型封装结构的制造方法，包括：

形成重布线衬底，所述重布线衬底包括设置在所述重布线衬底的第一表面上的第一介质层，所述第一介质层具有用于设置封装焊盘的一个或多个第一窗口、设置在所述重布线衬底的第二表面上的第二介质层，所述第二介质层具有用于设置连接焊盘的一个或多个第二窗口，将所述封装焊盘电连接到所述连接焊盘的一层或多层金属布线；

在所述重布线衬底的第二表面上形成框架结构，从而在所述重布线衬底的四周形成包围圈，中间部分镂空；以及

将芯片倒装焊接到所述重布线衬底上，其中所述框架结构的中间镂空部分的尺寸小于芯片尺寸，所述芯片的四周由所述框架结构支撑，由此在所述重布线衬底、所述框架结构以及所述芯片之间形成密闭空腔。

8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，还包括通过塑封形成包封框架结构和芯片的包封结构。

9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，所述形成重布线衬底借助于载板完成，包括：

在载板上贴覆一层薄膜作为临时键合材料；

在所述薄膜上形成第一介质层并在其中形成一个或多个第一窗口；

在所述第一介质层的第一窗口以及表面淀积金属层；

在所述金属层上制作出所需要的金属布线；以及

在所述金属布线上形成第二介质层并在其中形成第二窗口，从而暴露连接焊盘。

10.如权利要求9所述的方法，其特征在于，还包括：

在完成塑封后，将封装结构从载板上剥离，以暴露封装焊盘；以及

在所述封装焊盘上植球。