CN110931453B - 芯片封装、封装基板及封装基板的制造方法 - Google Patents

芯片封装、封装基板及封装基板的制造方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种封装基板，包括：介电层，具有相对设置的第一表面和第二表面；无源元件，嵌入至所述介电层中并接触所述介电层；电路层，嵌入至所述介电层中并且具有第三表面，且所述第一表面和所述第三表面对齐；以及胶层，设置在所述介电层的所述第二表面上；并且嵌入在所述介电层中的所述无源元件粘附在所述胶层上；第一通孔，穿过所述电路层及所述介电层的部分以电连接至所述无源元件。本发明实施例，由于无源元件置于介电层中，因此无需设置核心层，因此能够降低芯片封装和封装基板的制造成本。

Description

芯片封装、封装基板及封装基板的制造方法
技术领域
本发明实施例涉及半导体技术领域，尤其涉及一种芯片封装、封装基板及封装基板的制造方法。
背景技术
随着半导体封装技术的快速发展，用于半导体设备的不同芯片封装类型已经得到发展。为了降低芯片封装的高度，以便于符合产品微型化或薄型化的需求。半导体元件一般嵌于封装基板的腔体内，以便于降低整个半导体设备的体积。
一般地，封装基板使用核心层来支持该封装基板上的芯片。但是，核心层非常昂贵。因此，需要降低芯片封装的制造成本的方法。
发明内容
有鉴于此，本发明实施例提供了一种芯片封装、封装基板及封装基板的制造方法，能够降低制造成本。
本发明实施例提供了一种封装基板，包括：
介电层，具有相对设置的第一表面和第二表面；
无源元件，嵌入至所述介电层中并接触所述介电层；
电路层，嵌入至所述介电层中并且具有第三表面，且所述第一表面和所述第三表面对齐；
第一通孔，穿过所述电路层及所述介电层的部分以电连接至所述无源元件；以及
胶层，设置在所述介电层的所述第二表面上；并且嵌入在所述介电层中的所述无源元件粘附在所述胶层上。
本发明实施例还提供了一种芯片封装，包括：芯片和如上述所述封装基板；
其中，所述芯片设置在所述封装基板上并电连接至所述电路层和所述无源元件。
本发明实施例还提供了一种封装基板的制造方法，包括：
在载体上形成导电层；
在所述导电层上形成第一电路层；
在所述载体上设置无源元件；
在载体上形成介电层和胶层，以使所述无源元件和所述第一电路层嵌入所述介电层中，其中所述介电层具有使所述胶层部分暴露的腔体；
在所述介电层上形成第二电路层；
移除所述载体；以及
图案化所述导电层。
本发明实施例的有益效果是：
本发明实施例，将无源元件设置于介电层中，因此无需使用核心层，从而能够降低封装基板和芯片封装的制造成本。
附图说明
图1A-1I是示出了根据本发明第一实施例的形成芯片封装的步骤的横截面视图；
图2A-2I是示出了根据本发明第二实施例的形成芯片封装的步骤的横截面视图；
图3A-3I是示出了根据本发明第三实施例的形成芯片封装的步骤的横截面视图；
图4A-4I是示出了根据本发明第四实施例的形成芯片封装的步骤的横截面视图。
具体实施方式
为了使本发明所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
在本申请说明书及权利要求当中使用了某些词汇来指称特定的组件。本领域技术人员应可理解，硬件制造商可能会用不同的名词来称呼同一个组件。本说明书及权利要求并不以名称的差异作为区分组件的方式，而是以组件在功能上的差异作为区分的准则。在通篇说明书及权利要求当中所提及的“包括”、“包含”为一开放式的用语，故应解释成“包括(含)但不限定于”。另外，“耦接”一词在此为包括任何直接及间接的连接手段。因此，若文中描述第一装置耦接于第二装置，则代表所述第一装置可直接连接至所述第二装置，或透过其它装置或连接手段间接地连接至所述第二装置。
可以理解的是：以下公开提供了许多不同的实施例或例子来实现本发明的不同功能。以下描述的元件和安排的特定例子用来使目前的公开简化。当然，这些仅仅是例子而并不意味着限制。另外，目前的公开可能在各种各样的例子中，重复参考数字和/或字母；这个重复是为了简化和区分的目的，其本身并不不指示讨论的各种实施例和/或配置之间的关系。另外，“在……上”、“重叠”等类似描述第一层和第二层位置关系的术语，包括：第一层和第二层直接接触的情形，以及第一层和第二层之间插入至少一个层的情形。
图1A-1I的横截面视图示出了根据本发明第一实施例的形成芯片封装的步骤。如图1A所示，提供了载体110，该载体110具有两个相对的表面112和114。该载体110包括：树脂、聚四氟乙烯或者其它合适支持电子元件的材料。
在一个实施例中，分别在表面112和114上形成导电层122和124。例如，通过执行电镀工艺(electroplating process)、光刻工艺(photolithography process)和蚀刻工艺(etching process)而在导电层122上形成电路层130。在一个实施例中，于部分电路层130上形成导电层140；在接下来的工艺中，将在该导电层140上形成导电通孔。例如，通过执行电镀工艺、光刻工艺和蚀刻工艺来形成导电层140。导电层122和124、电路层130以及导电层140可以包括：铜或者其它合适的导电材料。
如图1B所示，提供了第一介电材料层(first dielectric material layer)150和胶层(adhesive layer)160。设置胶层160于第一介电材料层150上。第一介电材料层150具有腔体152，该腔体152使部分胶层160暴露。第一介电材料层150包括：树脂或者其它合适的介电材料。胶层160包括：环氧树脂或者其它合适的胶粘材料。
然后，如图1C所示，在腔体152中设置无源元件170并且将无源元件170粘附在胶层160上。无源元件170可以包括：电容、电感、电阻或者其它合适的无源元件。在一个实施例中，无源元件170为电容，并且无源元件170具有分别设置在无源元件170的两相对端处的电极板172和174。
然后，如图1D所示，在导电层122上形成第二介电材料层180，并且第二介电材料层180毗连(adjacent)电路层130。特别地，电路层130嵌入于第二介电材料层180中。第二介电材料层180具有与第一介电材料层相同的材料。然后，在载体110上堆叠导电层190、胶层160、第一介电材料层150和无源元件170。导电层190包括：铜或者其它合适的导电材料。
然后，如图1E所示，执行层压工艺(lamination process)来组合第一介电材料层150和第二介电材料层180，以便于形成介电层210。例如，介电层210可以是整体层(integral layer)，该整体层包括与第一介电材料层150(或第二介电材料层180)相同的材料。介电层210填满无源元件170、第一介电材料层150、第二介电材料层180、电路层130和导电层140(如图1D所示)之间的间隙。
然后，在介电层210中嵌入无源元件170、电路层130、导电层140。在一个实施例中，无源元件170、电路层130和导电层140与介电层210直接接触。由于介电层210和电路层130均形成于导电层122的表面S上，所以介电层210的表面212与电路层130的表面132对齐。在介电层210的表面214之上设置胶层160，并且表面214相对于表面212。另外，导电层190粘附在胶层160之上。
然后，如图1E和1F所示，例如，通过激光钻孔工艺(laser drilling process)形成孔T1和T2。孔T1穿过导电层190、胶层160和介电层210。孔T2穿过导电层190和胶层160。然后，例如，通过电镀工艺在导电层190上形成导电层(未示出)，并且所述导电层填满孔T1和T2以形成导电通孔V1、V2和V3。需要注意的是：导电层140减小了孔T1的纵横比，这有助于所述导电层填满孔T1。
然后，图案化介电层210上形成的导电层190和所述导电层，以在介电层210的表面214上形成电路层190a和220。例如，图案化工艺包括：光刻工艺和蚀刻工艺。每个导电通孔V1穿过电路层190a、胶层160和介电层210，并且电连接至电路层190a和220、导电层140和电路层130。
导电通孔V2穿过电路层190a和胶层160，并且电连接至电路层190a和220以及无源元件170的电极板172。导电通孔V3穿过电路层190a和胶层160并且电连接至电路层190a和220以及无源元件170的电极板174。
在一些其它实施例中(未示出)，于导电层122上执行的制造工艺也在导电层124上执行，从而形成与导电层122上形成的结构相同的结构。因此，可以使用载体110来同时制造(或支持)两个封装基板。
然后，如图1G所示，移除载体110和导电层124。例如，通过激光钻孔工艺形成孔T3，该孔T3穿过导电层122、电路层130和介电层210。然后，例如，通过电镀工艺在导电层122上形成导电层230，并且导电层230填满孔T3以形成导电通孔V4和V5。如图1H所示，图案化导电层122和230以形成电路层122a和230a。在这个步骤中，封装基板100实质上形成。
如图1I所示，向上翻转封装基板100。在一个实施例中，通过在芯片240下形成的导电突块242键合芯片240于电路层230上。芯片240通过电路层230a和导电通孔V4和V5电连接至无源元件170。该芯片位于介电层210的表面212上。
可选地，执行成型工艺(molding process)来在封装基板100上形成包封层(encapsulating layer)250，该包封层250覆盖(或者包封)芯片240。该包封层250包括：环氧树脂、丙烯酸盐、聚氨酯丙烯酸酯或者其它合适的包封材料。焊接球(或者导电突块)260形成于电路层220上。焊接球包括：锡或者其它合适的焊接材料。在这个步骤中，本发明实施例的芯片封装100A实质上形成。
本发明实施例中，无源元件170嵌入介电层210中(例如使用层压工艺来使无源元件嵌入介电层210中)，从而形成封装基板100，因此，本发明实施例的封装基板100无需使用核心层。因此，本发明实施例可以降低封装基板和芯片封装的制造成本。
图2A-2I的横截面视图示出了根据本发明第二实施例的形成芯片封装的步骤。需要注意的是：图2A-2I的某些元件相同或者类似于图1A-1I中的某些元件，因此使用相同或者类似的参考数字来标出相同或者类似元件。于此中，不再重复与图1A-1I中的元件相同或者类似的元件的细节描述。
如图2A所示，提供了载体110、导电层122和124、电路层130和导电层140。导电层122、电路层130和导电层140顺序地堆叠在载体110的表面112上。导电层124设置在载体110的表面114上。
然后，如图2B所示，例如，通过印刷工艺和分配工艺(dispensing process)在导电层122上形成胶层270。该胶层270包括：绝缘材料，诸如环氧树脂或者其它合适的粘胶材料。然后，如图2C所示，设置无源元件170于胶层270上，从而粘附于载体110上。在一个实施例中，无源元件170具有分别设置在无源元件170的两相对端的电极板172和174。
如图2D所示，导电层190和介电材料层280堆叠在载体110上。介电材料层280具有面向无源元件170的腔体282。介电材料层280包括：树脂或者其它合适的介电材料。
如图2E所示，执行层压工艺来熔化介电材料层280，以便于形成介电层280a。介电层280a填满无源元件170、介电材料层280、电路层130、导电层140和胶层270(如图2D所示)之间的间隙。因此，无源元件170、电路层130、导电层140和胶层270嵌于介电层280a中。
在一个实施例中，无源元件170、电路层130、导电层140和胶层170与介电层280a直接接触。由于介电层280a、胶层270和电路层130形成于导电层122的表面S上，所以介电层280a的表面282a、胶层270的表面272以及电路层130的表面132对齐。此外，导电层190压在介电层280a上。
然后，如图2E和2F所示，例如，通过激光钻孔工艺形成孔T1和T2。孔T1和T2穿过导电层190和介电层280a。然后，例如，通过电镀工艺在导电层190上形成导电层(未示出)，并且所述导电层填满孔T1和T2，从而形成导电通孔V1、V2和V3。
然后，图案化在介电层280a上形成的导电层190和所述导电层，以形成电路层190a和220。例如，图案化工艺包括：光刻工艺和蚀刻工艺。每个导电通孔V1穿过电路层190a和介电层280a并且电连接至电路层190a和220、导电层140和电路层130。
导电通孔V2穿过电路层190a和介电层280a，并且电连接至电路层190a和220以及无源元件170的电极板172。导电通孔V3穿过电路层190a和介电层280a并且电连接至电路层190a和220以及无源元件170的电极板174。
然后，如图2G所示，移除载体110和导电层124。例如，通过激光钻孔工艺形成穿过导电层122、电路层130和胶层270的孔T3。然后，例如，通过电镀工艺在导电层122上形成导电层230，并且导电层230填满孔T3以形成导电通孔V4和V5。如图2H所示，图案化导电层122和230以形成电路层122a和230a。在这个步骤中，封装基板200实质上形成。
如图2I所示，向上翻转封装基板200。在一个实施例中，芯片240通过在其下形成的导电突块242键合在电路层230a上。该芯片240通过电路层230a和导电通孔V4和V5电连接至无源元件170。可选地，执行成型工艺来在封装基板200上形成包封层250，并且该包封层250覆盖(或者包封)芯片240。在电路层220上形成焊接球(或者导电突块)260。在这个步骤中，本发明实施例的芯片封装200A实质上形成。
图3A-3I的横截面视图展示了根据本发明第三实施例的形成芯片封装的步骤。需要注意的是：图3A-3I的某些元件相同或者类似于图1A-1I和图2A-2I中的某些元件，因此使用相同或者类似的参考数字来标出相同或者类似元件。于此中，不重复与图1A-1I与图2A-2I的元件相同或者类似的元件的细节描述。
如图3A所示，提供了载体110、导电层122、电路层130和导电柱子310。导电层122、电路层130和导电柱子310顺序地堆叠在载体110的表面112上。在电路层130上设置导电柱子310并且配置导电柱子为接下来形成的芯片封装的导电通孔。导电柱子310包括：铜或者其它合适的导电材料。例如，通过电镀工艺形成导电柱子310。
然后，如图3B所示，例如，通过印刷工艺和分配工艺(dispensing process)在导电层122上形成胶层270。该胶层270包括：环氧树脂或者其它合适的粘胶材料。然后，如图3C所示，在胶层270上设置无源元件170，以将无源元件170粘附在载体110上。在一个实施例中，无源元件170具有电极板172和174，该电极板172和174分别设置于该无源元件170的两相对端。
如图3D所示，执行预成型工艺以在导电层122(或者载体110)上形成介电层320，以便于覆盖无源元件170、电路层130和胶层270。介电层320包括：环氧树脂、丙烯酸盐、聚氨酯丙烯酸酯或者其它合适的包封材料。无源元件170、电路层130、导电柱子310和胶层270嵌入介电层320中。在一个实施例中，无源元件170、电路层130、导电柱子310和胶层270与介电层320直接接触。
由于介电层320、胶层270和电路层130形成于导电层122的表面S上，所以介电层320的表面324、胶层270的表面272和电路层130的表面132对齐。在一个实施例中，介电层320覆盖导电柱子310的顶面312，因此执行磨光工艺(grinding process)来移除介电层320覆盖顶面312的部分，以便于暴露顶面312。
如图3E所示，形成穿过介电层320的孔T2。在一个实施例中，执行化学镀工艺来在介电层320的表面322上形成种子层以及孔T2的侧壁。种子层330包括：铜或者其它合适的导电材料。然后，例如通过电镀工艺在种子层330上形成导电层220。导电层220填满孔T2以形成导电通孔V2和V3。
然后，如图3E和3F所示，图案化种子层330和导电层220来形成电路层220a。例如，图案化工艺包括：光刻工艺和蚀刻工艺。电路层220a电连接至导电柱子310。
导电通孔V2穿过介电层320并电连接至电路层220a和无源元件170的电极板172。导电通孔V3穿过介电层320并电连接至电路层220a和无源元件170的电极板174。
然后，如图3G所示，移除载体110。例如，通过激光钻孔工艺形成穿过导电层122、电路层130和胶层270的孔T3。然后，例如，通过电镀工艺在导电层122上形成导电层230，该导电层230填满孔T3以形成导电通孔V4和V5。如图3H所示，图案化导电层122和230以形成电路层122a和230a。在这个步骤中，封装基板100实质上形成。
如图3I所示，向上翻转封装基板100。在一个实施例中，通过芯片240下形成的导电突块242将芯片240键合在电路层230a上。该芯片240通过电路层230a和导电通孔V4和V5电连接至无源元件170。
可选地，执行成型工艺而在封装基板300上形成包封层250，并且该包封层250覆盖(或者包封)芯片240。该包封层250包括：环氧树脂、丙烯酸盐、聚氨酯丙烯酸酯或者其它合适的包封材料。在一个实施例中，包封层250和介电层320具有相同的材料。焊接球(或者导电突块)260形成于电路层220a上。在这个步骤中，本发明实施例的芯片封装300A实质上形成。
在当前实施列中，使无源元件170嵌入介电层320(例如采用预成型工艺来使无源元件170嵌入介电层320)，从而形成封装基板300，因此本发明实施例的封装基板300不需要使用核心层。因此，本发明实施例可以降低封装基板和芯片封装的制造成本。
图4A-4I的横截面视图示意了根据本发明第四实施例的形成芯片封装的步骤。需要注意的是：图4A-4I的某些元件相同或者类似于图1A-1I、图2A-2I和图3A-3I中的某些元件，因此使用相同或者类似的参考数字来标出相同或者类似元件。于此中，不再重复与图1A-1I、图2A-2I和图3A-3I的元件相同或者类似的元件的细节描述。
如图4A所示，提供了载体110、导电层122、电路层130和导电柱子310。导电层122、电路层130和导电柱子310顺序地堆叠在载体110的表面112上。导电柱子310设置在电路层130上并且配置为接下来形成的芯片封装的导电通孔。导电柱子310包括：铜或者其它合适的导电材料。例如，通过电镀工艺形成导电柱子310。
然后，如图4B所示，例如，通过印刷工艺在导电层130上形成胶层410。该胶层410包括：焊膏(solder paste)，该焊膏包括：锡或者其它合适的导电材料。
然后，如图4C所示，无源元件170设置于胶层410上以粘附在载体110(或者电路层130)上。在一个实施例中，在设置无源元件170之后，执行回流焊接工艺(reflow process)来帮助胶层410粘附无源元件170和电路层130。在一个实施例中，无源元件170具有分别设置于该无源元件170的两相对端的电极板172和174。该电极板172和174分别连接至胶层410。
如图4D所示，执行预成型工艺以在导电层122(或者载体110)上形成介电层320，以便于覆盖无源元件170、电路层130和胶层410。无源元件170、电路层130、导电柱子310和胶层410嵌入介电层320中。在一个实施例中，无源元件170、电路层130、导电柱子310和胶层410与介电层320直接接触。
在一个实施例中，介电层320覆盖导电柱子310的顶面312，因此执行磨光工艺来移除介电层320覆盖顶面312的部分，以便于暴露顶面312。
如图4E所示，形成穿过介电层320的孔T2。在一个实施例中，执行化学镀工艺来在介电层320的表面322上形成种子层以及孔T2的侧壁。种子层330包括：铜或者其它合适的导电材料。然后，例如，通过电镀工艺在种子层330上形成导电层220。导电层220填满孔T2以形成导电通孔V2和V3。
然后，如图4E和4F所示，图案化种子层330和导电层220来形成电路层220a。例如，图案化工艺包括：光刻工艺和蚀刻工艺。电路层220a电连接至导电柱子310。
导电通孔V2穿过介电层320并电连接至电路层220a和无源元件170的电极板172。导电通孔V3穿过介电层320并且电连至电路层220a和无源元件170的电极板174。
然后，如图4G所示，移除载体110。如图4H所示，图案化导电层122以形成电路层122a。在这个步骤中，封装基板100实质上形成。如图4I所示，向上翻转封装基板400。在一个实施例中，通过在芯片240下的导电突块242来将芯片240键合在电路层230a上。该芯片240通过电路层230a和122a以及胶层410电连接至无源元件170。
可选地，执行成型工艺来在封装基板400上形成包封层250，该包封层250覆盖(或者包封)芯片240。焊接球(或者导电突块)260形成于电路层220a上。在这个步骤中，本发明实施例的芯片封装400A实质上形成。
鉴于以上，在本发明中，无源元件嵌入介电层中(例如通过执行层压工艺或者预成型工艺来使无源元件嵌入介电层中)，从而形成封装基板。因此，本发明实施例的封装基板无需使用核心层。因此，本发明实施例可以降低封装基板和芯片封装的制造成本。
虽然本发明以例子的方式和参考实施例的术语进行描述，但是可以理解的是：本发明不限制于公开的实施例。相反地，本发明应该覆盖各种修改和相似配置(如对本领域技术人员显而易见的)。因此，附属的权利要求的范围应该与最广的解释一致，以便于包含所有的这些修改和相似配置。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (11)

1.一种封装基板，其特征在于，包括：
介电层，具有相对设置的第一表面和第二表面；
无源元件，嵌入至所述介电层中并接触所述介电层；
电路层，嵌入至所述介电层中并且具有第三表面，且所述第一表面和所述第三表面对齐；
第一通孔，穿过所述电路层及所述介电层的部分以电连接至所述无源元件；以及
胶层，设置在所述介电层的所述第二表面上；并且嵌入在所述介电层中的所述无源元件粘附在所述胶层上。
2.如权利要求1所述的封装基板，其特征在于，所述无源元件包括：电容。
3.如权利要求1所述的封装基板，其特征在于，所述封装基板还包括：
另一电路层，设置在所述胶层上，其中所述介电层和所述另一电路层分别位于所述胶层的两相对侧；以及
第二通孔，穿过所述胶层以电连接所述另一电路层和所述无源元件。
4.如权利要求1所述的封装基板，其特征在于，所述胶层包括：绝缘材料。
5.如权利要求1所述的封装基板，其特征在于，进一步包括：
导电层，与所述电路层连接并且嵌入在所述介电层中；
导电通孔，穿过所述胶层并嵌入在所述介电层中，且与所述导电层连接。
6.如权利要求5所述的封装基板，其特征在于，所述导电层位于所述电路层与所述导电通孔之间，并与所述电路层和所述导电通孔直接连接。
7.一种芯片封装，其特征在于，包括：芯片和如权利要求1～6中任一项所述封装基板；
其中，所述芯片设置在所述封装基板上并电连接至所述电路层和所述无源元件。
8.如权利要求7所述的芯片封装，其特征在于，进一步包括：
包封层，设置在所述封装基板上并且覆盖所述芯片。
9.如权利要求7所述的芯片封装，其特征在于，所述芯片设置在所述介电层的第一表面；
所述芯片封装进一步包括：焊接球或导电凸块，设置在所述介电层的第二表面。
10.一种封装基板的制造方法，其特征在于，包括：
在载体上形成导电层；
在所述导电层上形成第一电路层；
在第一介电材料层上设置胶层，所述第一介电材料层具有使所述胶层暴露的腔体；
在所述腔体内设置无源元件，并且将所述无源元件粘附在所述胶层上；
在所述导电层上形成第二介电材料层；
在所述载体上堆叠所述第一介电材料层、所述胶层、所述无源元件和在所述胶层上的第二导电层，所述第一介电材料层和所述第二介电材料层组合形成介电层；
形成第一通孔穿过所述导电层、所述第一电路层及所述介电层的部分以电连接至所述无源元件。
11.如权利要求10所述的封装基板的制造方法，其特征在于，在形成所述形成介电层之后，所述制造方法包括：
形成第二通孔穿过所述第二导电层、所述胶层和所述介电层的部分以电连接至所述无源元件；
图案化所述第二导电层以形成第二电路层。
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