CN112701051A - 一种高效散热的扇出型封装结构及其方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种扇出型封装结构的制造方法，包括：在封装基板内形成隐形切割槽；在封装基板的正面上形成扇出型封装结构；以及对封装基板进行背面减薄，露出切割槽。

Description

一种高效散热的扇出型封装结构及其方法
技术领域
本发明涉及半导体制造技术领域，具体而言，本发明涉及一种高效散热的扇出型封装结构及其方法。
背景技术
随着半导体技术的发展，电子器件组件朝着小型化、高频化及多功能化的方向发展。芯片功率密度的增加使得单位面积上产生的热量急剧增加。若热量无法快速散出，会导致封装结构内温度急剧上升，进而使得芯片烧毁，互连金属熔化，热失配破坏等，这会造成系统性能下降，甚至失效。
扇出型封装属于先进封装技术，由于其不需要中介层(Interposer)、填充物(Underfill)与导线，并且省略黏晶、打线等制程，大多采用在芯片表面或背面的重新布线(Redistribution)与凸块(Bumping)技术作为I/O布线手段，逐步占据了市场地位。扇出型封装有很多优点，如设计灵活、较好的电性能及热性能、高频应用、高密度布线和成本更低。
现有的散热封装结构通常包括在封装结构外部单独形成的散热片、风扇、循环冷却剂管道等结构。这些散热结构通常比较复杂，与扇出型封装结构结合不够紧密，导致散热效率低、制造成本高。因此，目前现有的散热封装结构已无法满足扇出型封装结构的散热需求。
发明内容
针对上述技术问题，根据本发明的一个方面，提供一种扇出型封装结构的制造方法，包括：
在封装基板内形成隐形切割槽；
在封装基板的正面上形成扇出型封装结构；以及
对封装基板进行背面减薄，露出切割槽。
在本发明的一个实施例中，所述封装基板为硅晶圆，采用激光隐形切割技术，按照预先设计的图形对晶圆进行单方向的隐形切割，在封装基板内形成隐形切割槽。
在本发明的一个实施例中，所述隐形切割槽是互相平行的多个槽。
在本发明的一个实施例中，所述隐形切割槽包括第一组平行槽和第二组平行槽，第一组平行槽中的每个切割槽相互平行，第二组平行槽中的每个切割槽相互平行，第一组平行槽和第二组平行槽相互垂直。
在本发明的一个实施例中，在硅晶圆的边缘不进行激光隐形切割。
在本发明的一个实施例中，在封装基板的正面上形成扇出型封装结构包括：
在封装基板的正面形成带粘附性的热界面材料膜；
将芯片的背面附连到热界面材料膜上，带有引脚的正面朝外；
形成塑封层，所述塑封层包封芯片和热界面材料膜的表面；
在塑封层上打孔，露出芯片正面的引脚；
进行重布线工艺，将芯片的引脚引出，形成重布线和焊盘；以及
在焊盘上形成焊球。
在本发明的一个实施例中，对封装基板进行背面减薄露出切割槽包括：在扇出型封装结构的表面上形成保护膜，然后采用研磨工艺将封装基板的背面减薄到设计要求的厚度，露出切割槽作为散热沟槽。
根据本发明的另一个实施例，提供一种扇出型封装结构，包括：
带有散热沟槽的基板；
热界面材料层，所述热界面材料层设置在基板之上；
附连到热界面材料层上的芯片；
包封芯片和热界面材料层的塑封材料；
形成在塑封材料上的重布线和焊盘，所述重布线和焊盘通过形成在塑封材料内的导电通孔连接到芯片的正面的引脚；
设置在重布线和焊盘之间的介电材料；以及
设置在焊盘之上的焊球。
在本发明的另一个实施例中，带有散热沟槽的基板的底面上具有多个散热沟槽，所述散热沟槽通过激光隐形切割工艺形成，并在形成封装结构后通过减薄工艺暴露出来。
在本发明的另一个实施例中，所述散热沟槽是互相平行的多个槽，或者所述散热沟槽包括第一组平行槽和第二组平行槽，第一组平行槽中的每个槽相互平行，第二组平行槽中的每个槽相互平行，第一组平行槽和第二组平行槽相互垂直。
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示出根据本发明的一个实施例的高效散热的晶圆级扇出型封装结构的制造方法的流程图。
图2示出激光隐形切割的示意图。
图3A示出根据本发明的一个实施例的封装基板300的截面图。
图3B示出沿图3A的AA截面仰视图。
图4A示出根据本发明的另一个实施例的封装基板400的截面图。
图4B示出沿图4A的AA截面仰视图。
图5示出根据本发明的一个实施例的完成芯片扇出封装后的截面示意图。
图6示出根据本发明的一个实施例的封装基板进行背面减薄的截面示意图。
图7示出根据本发明的一个实施例的高效散热的晶圆级扇出型封装结构的截面示意图。
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。
根据本发明的一个实施例，提供一种高效散热的晶圆级扇出型封装结构及其制造方法。通过本发明公开的高效散热的晶圆级扇出型封装结构及其制造方法可以形成在扇出型封装芯片背面具有精细散热沟槽的结构，具有制造工艺简单、散热效率高等优点。
图1示出根据本发明的一个实施例的高效散热的晶圆级扇出型封装结构的制造方法的流程图。
首先，在步骤110，在封装基板内形成隐形切割槽。在本发明的实施例中，封装基板为硅晶圆，采用激光隐形切割技术，按照预先设计的图形对晶圆进行单方向的隐形切割，在封装基板内形成隐形切割槽，切割槽的宽度和深度根据设计需求确定。
图2示出激光隐形切割的示意图。激光隐形切割是通过聚焦透镜210将激光束220光学整形，穿过半导体晶圆的硅衬底230，并使激光束聚集在半导体晶圆内的焦点240处，在焦点区域能量密度较高，形成多光子吸收非线性吸收效应，以改变焦点周围的衬底材料，形成裂缝，通过激光束的扫描在半导体晶圆中形成切割槽250。
图3A示出根据本发明的一个实施例的封装基板300的截面图。图3B示出沿图3A的AA截面仰视图。采用激光隐形切割工艺，根据设计的需要确定切割槽310的深、宽度，以及槽与槽之间的距离。封装基板300的边缘320处没有进行隐形切割，边缘320的尺寸依据芯片封装设计和工艺制备的需要而定。图3B中的A-A截面约在切割槽的中心线位置。从图3A和图3B可以看出，多个切割槽310为互相平行的槽。
图4A示出根据本发明的另一个实施例的封装基板400的截面图。图4B示出沿图4A的AA截面仰视图。采用激光隐形切割工艺，根据设计的需要确定切割槽410的深、宽度，以及槽与槽之间的距离。封装基板400的边缘420处没有进行隐形切割，边缘420的尺寸依据芯片封装设计和工艺制备的需要而定。图4B中的A-A截面约在切割槽的中心线位置。从图4A和图4B可以看出，多个切割槽410包括两组互相垂直的平行槽，从而在封装基板400的内部形成网格。
图3A、图3B、图4A和图4B示出了封装基板内通过激光隐形切割形成的切割槽的示例，本领域的技术人员应该清楚，本发明的切割槽的形状和布局不限于上述实施例所示的形状。在本发明的其他实施例中，可根据需要设计并形成其他形状、尺寸的切割槽。
返回图1，在步骤120，在封装基板上进行扇出封装工艺，形成扇出型封装结构。将切割后的晶圆作为基板，在表面先贴带粘附性的热界面材料膜，采用正面贴芯片，芯片的背面附连到热界面材料膜上，带有引脚的正面朝外，对芯片和基板进行塑封、打孔，重布线扇出芯片的引脚，最后植球完成芯片的封装工艺。
图5示出根据本发明的一个实施例的完成芯片扇出封装后的截面示意图。结合图5，首先，在带激光切割的晶圆510上表面形成热界面材料层520。热界面材料层520可以是硅脂、硅胶、散热胶片、相变材料、导热胶等，呈凝胶体、糊状、液体、固态薄片等形式。根据材料的物理特性，热界面材料层520可以通过滚压、印刷、涂覆、热压、真空压合等方式制作。
将待封装芯片530附连到热界面材料层520。待封装芯片530可以是背面减薄后的芯片。待封装芯片530的背面附连到热界面材料膜上，带有引脚的正面朝上。待封装芯片530可以为各种类型的芯片，例如，CPU、DSP、GPU、FPGA等逻辑芯片或DRAM、Flash等存储芯片，还可以为SOC等其他类型芯片或传感器(如MEMS传感器等)。待封装芯片530也可以是多个分离的芯片或层叠的芯片组。接下来，进行热压塑封，形成塑封层540，塑封层540在5面包封整个芯片530。采用激光钻孔的方法露出芯片正面焊盘。进行重新布线工艺，从焊盘上引出重布线和焊盘550，采用介电材料560作为绝缘层。
介电材料560可以是感光树脂或者可以通过干法刻蚀等工艺形成图形的树脂，例如聚酰亚胺、感光型环氧树脂、阻焊油墨、绿漆、干膜、感光型增层材料、BCB(双苯环丁烯树脂)或者PBO(苯基苯并二恶唑树脂)。介电材料560可以通过滚压、旋涂、喷涂、印刷、非旋转涂覆、热压、真空压合、浸泡、压力贴合等方式制作。
重布线和焊盘550可通过光刻、电镀或沉积工艺形成。焊盘550的表面可以包括UBM层。通过重新布线工艺可以形成一层或多层重布线层。在引出的焊盘上植锡球570。
返回图1，在步骤130，对封装基板进行背面减薄，露出切割槽。在本发明的一个实施例中，在扇出型封装结构的表面上形成保护膜，然后采用研磨工艺将封装基板的背面减薄到设计要求的厚度，露出切割槽作为散热沟槽，完成带精细散热沟槽的扇出封装结构。
图6示出根据本发明的一个实施例的封装基板进行背面减薄的截面示意图。如图6所示，通过研磨机610减薄封装基板后，切割槽620被暴露出来。
图7示出根据本发明的一个实施例的高效散热的晶圆级扇出型封装结构的截面示意图。
如图7所示，晶圆级扇出型封装结构700包括带有散热沟槽的基板710、热界面材料层720、附连到热界面材料层720上的芯片730、包封芯片730和热界面材料层720的塑封材料740、形成在塑封材料740上的重布线和焊盘750、设置在重布线和焊盘750之间的介电材料760以及设置在焊盘750之上的焊球770。
带有散热沟槽的基板710的底面上具有多个散热沟槽，该沟槽通过激光隐形切割工艺形成，并在形成封装结构后通过减薄工艺暴露出来。
热界面材料层720设置在基板710之上，用于将芯片730所产生的热量快速传递到基板710。热界面材料层720的材料可以是硅脂、硅胶、散热胶片、相变材料、导热胶等。
芯片730可以是任何类型的芯片。芯片730的正面具有引脚、功能区等结构，芯片730的背面附连到热界面材料层720上。
重布线和焊盘750通过形成在塑封材料740内的导电通孔连接到芯片730的正面的引脚。
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的制造方法，包括：
在封装基板内形成隐形切割槽；
在封装基板的正面上形成扇出型封装结构；以及
对封装基板进行背面减薄，露出切割槽。
2.如权利要求1所述的扇出型封装结构的制造方法，其特征在于，所述封装基板为硅晶圆，采用激光隐形切割技术，按照预先设计的图形对晶圆进行单方向的隐形切割，在封装基板内形成隐形切割槽。
3.如权利要求2所述的扇出型封装结构的制造方法，其特征在于，所述隐形切割槽是互相平行的多个槽。
4.如权利要求2所述的扇出型封装结构的制造方法，其特征在于，所述隐形切割槽包括第一组平行槽和第二组平行槽，第一组平行槽中的每个切割槽相互平行，第二组平行槽中的每个切割槽相互平行，第一组平行槽和第二组平行槽相互垂直。
5.如权利要求2所述的扇出型封装结构的制造方法，其特征在于，在硅晶圆的边缘不进行激光隐形切割。
6.如权利要求1所述的扇出型封装结构的制造方法，其特征在于，在封装基板的正面上形成扇出型封装结构包括：
在封装基板的正面形成带粘附性的热界面材料膜；
将芯片的背面附连到热界面材料膜上，带有引脚的正面朝外；
形成塑封层，所述塑封层包封芯片和热界面材料膜的表面；
在塑封层上打孔，露出芯片正面的引脚；
进行重布线工艺，将芯片的引脚引出，形成重布线和焊盘；以及
在焊盘上形成焊球。
7.如权利要求1所述的扇出型封装结构的制造方法，其特征在于，对封装基板进行背面减薄露出切割槽包括：在扇出型封装结构的表面上形成保护膜，然后采用研磨工艺将封装基板的背面减薄到设计要求的厚度，露出切割槽作为散热沟槽。
8.一种扇出型封装结构，包括：
带有散热沟槽的基板；
热界面材料层，所述热界面材料层设置在基板之上；
附连到热界面材料层上的芯片；
包封芯片和热界面材料层的塑封材料；
形成在塑封材料上的重布线和焊盘，所述重布线和焊盘通过形成在塑封材料内的导电通孔连接到芯片的正面的引脚；
设置在重布线和焊盘之间的介电材料；以及
设置在焊盘之上的焊球。
9.如权利要求8所述的扇出型封装结构，其特征在于，带有散热沟槽的基板的底面上具有多个散热沟槽，所述散热沟槽通过激光隐形切割工艺形成，并在形成封装结构后通过减薄工艺暴露出来。
10.如权利要求8所述的扇出型封装结构，其特征在于，所述散热沟槽是互相平行的多个槽，或者
所述散热沟槽包括第一组平行槽和第二组平行槽，第一组平行槽中的每个槽相互平行，第二组平行槽中的每个槽相互平行，第一组平行槽和第二组平行槽相互垂直。
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