CN111725178A - 一种无基板芯片堆叠封装结构、方法及电子产品 - Google Patents

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Abstract

本申请实施例公开了一种无基板芯片堆叠封装结构、方法及电子产品。本申请实施例提供的技术方案通过重布线层引出第一芯片的引脚，通过第一封装层对第一芯片进行封装，并在第一封装层处设置电连接重布线层的金属连接柱，然后将第二芯片的引脚与金属连接柱电连接，从而将第二芯片的引脚引出至重布线层，通过第二封装层对第二芯片进行封装，并可利用重布线层上的焊锡凸块与外界进行电性连接，减少了因键合金属丝的连接而导致封装层体积过大，而导致封装结构体积过大的问题，并有效减低因键合金属丝的打线制程的不稳定而导致产品质量不良的问题，提高产品生产效率和产品质量。

Description

一种无基板芯片堆叠封装结构、方法及电子产品
技术领域
本申请实施例涉及半导体封装技术领域，尤其涉及一种无基板芯片堆叠封装结构、方法及电子产品。
背景技术
半导体是一种导电能力介于导体与非导体之间的材料，半导体元件根据半导体材料的特性，属于固态元件，其体积可以缩小到很小的尺寸，因此耗电量少，集成度高，在电子技术领域获得了广泛的应用。
现有的芯片堆叠封装方案一般是将第一芯片和第二芯片封装在塑封层内，第二芯片设置于第一芯片上方，并在塑封层内设置导电插塞，导电插塞的底端电连接第一芯片的引脚，顶端通过键合金属丝连接第二芯片的引脚。这种封装方式需要较大体积的塑封层，导致芯片的封装体积过大。
发明内容
本申请实施例提供一种无基板芯片堆叠封装结构、方法及电子产品，其能够解决现有技术中存在的上述问题。
一方面，提供一种无基板芯片堆叠封装结构，包括重布线层、第一芯片、第二芯片、第一封装层和第二封装层，所述第一芯片和所述第二芯片分别通过第一封装层和第二封装层进行封装，所述第一封装层位于所述重布线层和所述第二封装层之间，所述第一芯片的引脚连接于所述重布线层，所述第二芯片的引脚通过穿过所述第一封装层的金属连接柱连接于所述重布线层，所述重布线层背向所述第一芯片的一面设置有焊锡凸块。
作为所述的无基板芯片堆叠封装结构的一种优选的技术方案，所述金属连接柱由铜、银或锡中的一种或多种的组合形成。
作为所述的无基板芯片堆叠封装结构的一种优选的技术方案，所述第二芯片的引脚通过连接锡球焊接于所述金属连接柱。
作为所述的无基板芯片堆叠封装结构的一种优选的技术方案，所述第一封装层和所述第二封装层由环氧树脂封装材料形成。
另一方面，提供一种无基板芯片堆叠封装方法，包括以下步骤：
S1、对第一芯片进行封装，以形成第一封装层，并在所述第一封装层上贯穿设置金属连接柱；
S2、在所述第一封装层底侧设置重布线层，并将所述第一芯片的引脚和所述金属连接柱的底端连接于所述重布线层；
S3、将第二芯片的引脚连接于所述金属连接柱的顶端，并对所述第二芯片进行封装，以形成第二封装层。
作为所述的无基板芯片堆叠封装方法的一种优选的技术方案，步骤S1具体包括：
S11、对第一芯片进行封装，以形成第一封装层；
S12、在所述第一芯片以外的区域，对所述第一封装层打孔，以形成贯穿所述第一封装层的连接孔；
S13、往所述连接孔填充金属材料，以形成金属连接柱。
作为所述的无基板芯片堆叠封装方法的一种优选的技术方案，步骤S2具体包括：
S21、在所述第一封装层底侧设置重布线层，并使得所述第一芯片的引脚和所述金属连接柱的底端连接于所述重布线层；
S22、在所述重布线层的底侧植入锡球，以形成焊锡凸块。
作为所述的无基板芯片堆叠封装方法的一种优选的技术方案，步骤S22之后，还包括：
S23、进行开短路测试。
再一方面，提供一种电子产品，其具有如上所述的无基板芯片堆叠封装结构。
再一方面，提供一种电子产品，包括半导体器件，所述半导体器件采用如上所述的无基板芯片堆叠封装方法封装形成。
本发明的有益效果为：通过重布线层引出第一芯片的引脚，通过第一封装层对第一芯片进行封装，并在第一封装层处设置电连接重布线层的金属连接柱，然后将第二芯片的引脚与金属连接柱电连接，从而将第二芯片的引脚引出至重布线层，通过第二封装层对第二芯片进行封装，并可利用重布线层上的焊锡凸块与外界进行电性连接，减少了因键合金属丝的连接而导致封装层体积过大，而导致封装结构体积过大的问题，并有效减低因键合金属丝的打线制程的不稳定而导致产品质量不良的问题，提高产品生产效率和产品质量。
附图说明
下面根据附图和实施例对本发明作进一步详细说明。
图1是本申请实施例提供的无基板芯片堆叠封装结构的结构示意图；
图2是本申请实施例提供的第一封装层的形成过程示意图；
图3是本申请实施例提供的重布线层的形成过程示意图；
图4是本申请实施例提供的第二芯片与金属连接柱的连接过程示意图。
附图标记：1、重布线层；2、第一芯片；3、第二芯片；4、第一封装层；5、第二封装层；6、金属连接柱；7、焊锡凸块；8、连接锡球；9、连接铜块；10、连接孔。
具体实施方式
为使本发明解决的技术问题、采用的技术方案和达到的技术效果更加清楚，下面对本发明实施例的技术方案作进一步的详细描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有作出创造性劳动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。
在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”“连接”、“固定”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
如图1所示，本实施例提供一种无基板芯片堆叠封装结构，包括重布线层1(RDL，RedistributionLayer)、第一芯片2、第二芯片3、第一封装层4和第二封装层5。其中，重布线层1、第一芯片2和第二芯片3为依次从下到上设置，并且第一封装层4和第二封装层5分别用于对第一芯片2和第二芯片3进行封装，实现对芯片的绝缘和散热保护。
具体的，第一封装层4位于重布线层1和第二封装层5之间，第一芯片2和第二芯片3的底面设置有多个引脚(PAD)，用于向外界提供与芯片进行电性连接与信息交互的接口。进一步的，第二芯片3的面积大于第一芯片2的面积，并且第二芯片3上的引脚布置在第二芯片3中与第一芯片2错开的区域。
进一步的，第一芯片2的引脚电连接于重布线层1，从而引出第一芯片2的引脚。第一封装层4在第一芯片2以外的区域设置有多个金属连接柱6，并且金属连接柱6贯穿第一封装层4的上下两侧。
金属连接柱6的设置数量和设置位置与第二芯片3上引脚的数量和位置呈对应设置，并且金属连接柱6的底端电连接于重布线层1，金属连接柱6的顶端电连接于第二芯片3的引脚，通过重布线层1引出第二芯片3的引脚。
进一步的，在重布线层1的底侧(背向第一芯片2的一侧)设置有多个焊锡凸块7，并且焊锡凸块7与重布线层1中引出第一芯片2和第二芯片3引脚对应的连接点对应并电连接。
本实施例通过重布线层1引出第一芯片2的引脚，通过第一封装层4对第一芯片2进行封装，并在第一封装层4处设置与重布线层1电连接的金属连接柱6，然后将第二芯片3的引脚与金属连接柱6电连接，从而将第二芯片3的引脚引出至重布线层1，通过第二封装层5对第二芯片3进行封装，并可利用重布线层1上的焊锡凸块7与外界进行电性连接，减少了因键合金属丝的连接而导致封装层体积过大，而导致封装结构体积过大的问题，并有效减低因键合金属丝的打线制程的不稳定而导致产品质量不良的问题，提高产品生产效率和产品质量。
优选的，本实施例提供的金属连接柱6由铜、银或者锡中的一种或多种的金属材料制作形成。进一步的，第一封装层4和第二封装层5采用绝缘散热材料作为封装材料，第一封装层4和第二封装层5选用的封装材料可以相同，也可以不同，例如第一封装层4和第二封装层5均可采用相同的环氧树脂封装材料形成。可以理解的是，具体的金属材料和封装材料选择可根据实际需要进行选择，本实施例不做限定。
进一步的，第二芯片3的引脚与金属连接柱6的顶端之间通过连接锡球8相互焊接(热压焊接)连接。优选的，在金属连接柱6的顶部焊接有连接铜块9，通过连接铜块9与连接锡球8进行焊接，提高金属连接柱6与第二芯片3结合的稳定性。
同时，本实施例还提供一种无基板芯片堆叠封装方法，结合图1-图4，该无基板芯片堆叠封装方法具体包括步骤S1-S3：
S1、对第一芯片2进行封装，以形成第一封装层4，并在所述第一封装层4上贯穿设置金属连接柱6。
示例性的，在对第一芯片2进行封装前，先提供第一芯片2，第一芯片2的制作流程基于现有技术中芯片(DIE，晶片)的制作流程进行即可。例如按照提供圆晶(WaferIncoming)-圆晶研磨(BackGrinding)-切片(WaferSaw)-晶片放置(DiePlacement)-绑定(Panel/GlassBond)等流程制得第一芯片2，同理，第二芯片3也可基于上述方式制得。
具体的，参考图2，在得到第一芯片2后，对第一芯片2进行封装形成第一封装层4，并在第一封装层4上设置金属连接柱6。具体的，步骤S1具体包括：
S11、对第一芯片2进行封装，以形成第一封装层4。
在本实施例中，采用环氧树脂封装材料对第一芯片2进行封装。例如将第一芯片2放置在模具中，并灌注环氧树脂封装材料，形成包裹第一芯片2的四周及顶侧的第一封装层4。
S12、在所述第一芯片2以外的区域，对所述第一封装层4打孔，以形成贯穿所述第一封装层4的连接孔10。
在形成第一封装层4后，在第一封装层4对应于第一芯片2以外的区域，并对应需要叠放在第一芯片2上方的第二芯片3的引脚的位置进行钻孔，打通第一封装层4的上下侧面，从二次您构成贯穿第一封装层4的连接孔10。
S13、往所述连接孔10填充金属材料，以形成金属连接柱6。
往连接孔10内填充金属材料，以使连接孔10内的金属材料形成金属连接柱6。其中，往连接孔10填充的金属材料可以是铜、银或锡中的一种或多种的组合，本实施例以锡作为填充金属材料为例。
S2、在所述第一封装层4底侧设置重布线层1，并将所述第一芯片2的引脚和所述金属连接柱6的底端连接于所述重布线层1。
具体的，参考图3，步骤S2具体包括：
S21、在所述第一封装层4底侧设置重布线层1，并使得所述第一芯片2的引脚和所述金属连接柱6的底端连接于所述重布线层1。
具体的，在第一封装层4的底部引出第一芯片2的引脚和金属连接柱6的底端，形成重布线层1。可以理解的是，重布线层1的布局设计可根据实际的布线需要进行设置，本申请不做限定。
S22、在所述重布线层1的底侧植入锡球，以形成焊锡凸块7。
具体的，在重布线层1底部的每个连接点(分别电连接于第一芯片2或金属连接柱6)处植入锡球，使得连接点处形成焊锡凸块7，以供外界通过焊锡凸块7与芯片进行固定与连接。可选的，可通过DL22/UBM工艺植入锡球形成焊锡凸块7。
S23、进行开短路测试。
利用焊锡凸块7进行开短路测试，测试各个连接点的连接情况，即连接点之间的短路或开路情况。开短路测试可根据芯片的进行具体设置，本实施例不再赘述。
S3、将第二芯片3的引脚连接于所述金属连接柱6的顶端，并对所述第二芯片3进行封装，以形成第二封装层5。
参考图4，将第二芯片3的引脚与对应的金属连接柱6对其，并通过热压焊接的方式将第二芯片3的引脚与金属连接柱6的顶端焊接固定，并且第二芯片3与金属连接柱6的顶端通过连接锡球8进行焊接。可选的，可在金属连接柱6的顶端设置连接铜块9，由连接铜块9与连接锡球8进行结合，提高结构稳定性。
进一步的，将第一封装层4和第二芯片3放置在模具中，并往第一封装层4的上方灌注环氧树脂封装材料，形成包裹第二芯片3的第二封装层5，并形成如图1所示的无基板芯片堆叠封装结构。
可选的，在形成第二封装层5后，可对该无基板芯片堆叠封装结构进行烘烤固化，提高无基板芯片堆叠封装结构的结构强度与稳定性。
由上述方法形成的无基板芯片堆叠封装结构减少了因键合金属丝的连接而导致封装层体积过大，而导致封装结构体积过大的问题，并有效减低因键合金属丝的打线制程的不稳定而导致产品质量不良的问题，提高产品生产效率和产品质量。
同时，本发明实施例还提供一种电子产品，具有如上所述的无基板芯片堆叠封装结构。
本发明实施例还提供一种电子产品，包括半导体器件，所述半导体器件采用如上所述的无基板芯片堆叠封装方法封装形成。
于本文的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“左”、“右”、等方位或位置关系，仅是为了便于描述和简化操作，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”，仅仅用于在描述上加以区分，并没有特殊的含义。
在本说明书的描述中，参考术语“一实施例”、“示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
以上结合具体实施例描述了本发明的技术原理。这些描述只是为了解释本发明的原理，而不能以任何方式解释为对本发明保护范围的限制。基于此处的解释，本领域的技术人员不需要付出创造性的劳动即可联想到本发明的其它具体实施方式，这些方式都将落入本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种无基板芯片堆叠封装结构，其特征在于，包括重布线层、第一芯片、第二芯片、第一封装层和第二封装层，所述第一芯片和所述第二芯片分别通过第一封装层和第二封装层进行封装，所述第一封装层位于所述重布线层和所述第二封装层之间，所述第一芯片的引脚连接于所述重布线层，所述第二芯片的引脚通过穿过所述第一封装层的金属连接柱连接于所述重布线层，所述重布线层背向所述第一芯片的一面设置有焊锡凸块。
2.根据权利要求1所述的无基板芯片堆叠封装结构，其特征在于，所述金属连接柱由铜、银或锡中的一种或多种的组合形成。
3.根据权利要求1所述的无基板芯片堆叠封装结构，其特征在于，所述第二芯片的引脚通过连接锡球焊接于所述金属连接柱。
4.根据权利要求1所述的无基板芯片堆叠封装结构，其特征在于，所述第一封装层和所述第二封装层由环氧树脂封装材料形成。
5.一种无基板芯片堆叠封装方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、对第一芯片进行封装，以形成第一封装层，并在所述第一封装层上贯穿设置金属连接柱；
S2、在所述第一封装层底侧设置重布线层，并将所述第一芯片的引脚和所述金属连接柱的底端连接于所述重布线层；
S3、将第二芯片的引脚连接于所述金属连接柱的顶端，并对所述第二芯片进行封装，以形成第二封装层。
6.根据权利要求5所述的无基板芯片堆叠封装方法，其特征在于，步骤S1具体包括：
S11、对第一芯片进行封装，以形成第一封装层；
S12、在所述第芯片以外的区域，对所述第一封装层打孔，以形成贯穿所述第一封装层的连接孔；
S13、往所述连接孔填充金属材料，以形成金属连接柱。
7.根据权利要求5所述的无基板芯片堆叠封装方法，其特征在于，步骤S2具体包括：
S21、在所述第一封装层底侧设置重布线层，并使得所述第一芯片的引脚和所述金属连接柱的底端连接于所述重布线层；
S22、在所述重布线层的底侧植入锡球，以形成焊锡凸块。
8.根据权利要求7所述的无基板芯片堆叠封装方法，其特征在于，步骤S22之后，还包括：
S23、进行开短路测试。
9.一种电子产品，其特征在于，具有如权利要求1-4中任一项所述的无基板芯片堆叠封装结构。
10.一种电子产品，包括半导体器件，其特征在于，所述半导体器件采用如权利要求5-8中任一项所述的无基板芯片堆叠封装方法封装形成。
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