CN117133760A - 一种PoP封装器件及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种PoP封装器件及其制备方法，属于半导体技术领域。PoP封装器件主要包括封装基板和基板间信号传输支撑装置；PoP封装器件制备方法为：根据实际需求确定第二基板的数量及第一基板和第二基板上的元器件，将元器件通过表贴工艺或者键合工艺固定在布局位置上后，依次组装第一基板和第二基板，最后通过注塑设备对PoP封装器件进行注塑，得到注塑后的PoP封装器件。本发明解决了目前PoP封装普遍采用两块基板堆叠设计的问题，具有能够多块堆叠的优点。
Description
技术领域
本发明涉及半导体技术领域，具体是涉及一种PoP封装器件及其制备方法。
背景技术
随着电子技术的发展，半导体的使用越来越趋于高密度、小型化和低功耗，芯片的堆叠是提高电子封装高密化的主要途径之一，其中PoP封装技术优势明显，具有良好的发展前景。
PoP封装技术是近年来为适应系统模块化需求而出现的封装技术，目前已经成为系统小型化集成化发展的重要技术方向。PoP混合封装利用已有的电子封装和微组装工艺，组合多种集成电路芯片与无源器件，封闭模块内部细节，降低系统开发难度，具有开发周期短、风险小和系统性能优良等特点，目前已经在消费电子领域和工业领域大规模使用。
但是现有的PoP封装器件在使用时存在以下问题：
现有的PoP封装模块在制备时，普遍采用小焊锡球进行连接和固定，焊锡球的焊接过程中需要采用梯度焊工艺，但是梯度焊工艺受限于焊料种类性能和设备温控精度以及封装器件耐温度等方面的因素，极大地缩减了可进行的焊接梯度的次数，很难做到多次焊接。因此，由于传统的PoP封装结构和工艺方法严重限制了基板堆叠的数目，目前PoP封装普遍采用两块基板堆叠设计。
发明内容
针对现有PoP技术存在的不足，本发明提出了一种PoP封装器件及其制备方法，该制备方法不但降低了半导体封装工艺对于半导体封装设备的依赖，同时也极大地提升了PoP封装的集成密度。
为解决上述问题，本发明的技术方案如下：
一种PoP封装器件，包括：
由下至上依次连接的第一基板和数个第二基板，用于固定连接所述第一基板和数个所述第二基板的基板间信号传输支撑装置；第一基板、数个第二基板和所述基板间信号传输支撑装置通过灌胶封装。
进一步地，基板间信号传输支撑装置包括贯穿所述第一基板和所有所述第二基板的数个支撑柱；所述支撑柱与第一基板和所有第二基板通过焊锡固定。
进一步地，支撑柱为硬质导电材料。
说明：支撑柱可以为金属材料、导电高分子材料、导电陶瓷材料或其他硬质导电材料。
进一步地，第一基板底部设有焊盘，第一基板上设有用于固定所述基板间信号传输支撑装置的数个盲孔和数个元器件。
说明：第一基板上传输装置固定孔采用盲孔设计，可以防止在传输固定装置焊接过程中，焊料对底部焊盘造成污染，提高产品成品率。
更进一步地，第二基板上设有用于固定所述基板间信号传输支撑装置的数个通孔和数个元器件。
说明：数个通孔与数个盲孔一一对应，保证第一基板和第二基板之间的支撑柱垂直；通孔为金属化通孔；采用该设计方式，单个固定传输装置可以实现多次复用，缩减产品封装工艺步骤。
优选地，元器件为分立器件或裸芯片。
说明：该封装技术的固定传输装置主要分布在基板四周边缘，元器件分布在内部，因此可避免分立器件和裸芯片装配之间的互相污染。
优选地，第一基板和所述第二基板的材料为环氧树脂、聚酰亚胺及其衍生物、氧化硅、氮化硅、碳化硅、金属氧化物中的一种或两种以上的组合。
本发明还提供了上述PoP封装器件的制备方法，包括以下步骤：
S1、根据实际需求确定第二基板的数量及第一基板和第二基板上的元器件的类型和数量；
S2、对第一基板和第二基板上的元器件进行布局，再对应布局将元器件通过表贴工艺或者键合工艺固定在第一基板和第二基板上；
S3、将基板间信号传输支撑装置焊接在第一基板上，在焊接过程中，保证基板间信号传输支撑装置垂直于第一基板；
S4、将所有第二基板按照安装次序进行堆叠组装，在组装过程中，保证第一基板与所有第二基板相互平行，得到组装后的PoP封装器件；
S5、采用注塑设备对PoP封装器件进行注塑。
说明：上述方法中，注塑材料一般指树脂类大分子材料，包括聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、聚酰胺和聚碳酸酯等材料。
进一步优选地，PoP封装器件制备方法还包括以下步骤：
S6、对注塑完成的PoP封装器件进行切割、打磨和编号；
S7、对编号后的PoP封装器件进行目检和终测，剔除表面存在空洞和/或划痕的产品，将检验合格的产品进行封装和表面处理，并进行产品标记，将产品编号通过激光打印的方式印制在产品的上表面。
本发明的有益效果是：
（1）本发明利用封装基板制备技术成熟的优势，采用模块化设计思路，按照功能划分为不同的模块，并通过基板堆叠实现模块功能的完整化；
（2）本发明设计了独特的基板间信号传输支撑装置以及装配方式，极大地降低了该种封装的装配难度，提高了该种封装技术的适用性；
（3）本发明通过基板间信号传输支撑装置实现多块基板之间的信号传输，便于将单块基板面积缩小，改善了PoP封装普遍采用两块基板堆叠设计的限制，实现多块基板堆叠。
附图说明
图1是本发明实施例1中PoP封装器件结构图；
图2是本发明实施例2中PoP封装器件结构图；
图3是本发明实施例3中PoP封装器件结构图；
图4是本发明实施例4中PoP封装器件结构图；
图5是本发明实施例14中一种PoP封装器件制备方法流程图；
图6是本发明实施例14中步骤S2对应的PoP封装器件状态图；
图7是本发明实施例14中步骤S3对应的PoP封装器件状态图；
图8是本发明实施例14中步骤S4组装过程中的PoP封装器件状态图；
图9是本发明实施例14中步骤S4组装完成后的PoP封装器件状态图；
图10是本发明实施例14中步骤S5注塑完成后的PoP封装器件状态图；
其中，1-焊盘、2-第一基板、3-盲孔、4-元器件、5-支撑柱、6-焊点、7-第二基板、8-通孔。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步地详细描述，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，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明实施例中使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本发明。在本发明实施例和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义，“多种”一般包含至少两种。
实施例1：本实施例提供了一种PoP封装器件，如图1所示，包括：
由下至上依次连接的第一基板2和两个第二基板7，用于固定连接第一基板2和数个第二基板7的基板间信号传输支撑装置；第一基板2、数个第二基板7和基板间信号传输支撑装置通过灌胶封装。
其中，基板间信号传输支撑装置包括贯穿第一基板2和所有第二基板7的数个支撑柱5；支撑柱5与第一基板2和所有第二基板7通过焊锡固定。
本实施例中，支撑柱5为镀锡铜线。
本实施例中，第一基板2底部设有焊盘1，第一基板2上设有用于固定基板间信号传输支撑装置的数个盲孔3和数个元器件4。
本实施例中，第二基板7上设有用于固定基板间信号传输支撑装置的数个通孔8和数个元器件4。
本实施例中，第一基板2与第二基板7上的元器件4均为分立器件。
本实施例中，基板间信号传输支撑装置的功能包括：用于第一基板2及所有第二基板7之间的信号传输；用于固定第一基板2及所有第二基板7，以便后续灌封。基板间信号传输支撑装置的优点包括：实现多块基板之间的信号传输，便于将单块基板面积缩小；改善了PoP封装普遍采用两块基板堆叠设计的限制，实现多块基板堆叠。
第一基板2和第二基板7的材料均为环氧树脂。
实施例2：本实施例与实施例1的区别之处在于：
如图2所示，第二基板7的数量为一个；支撑柱5为导电塑料；第一基板2与第二基板7上的元器件4均为裸芯片；第一基板2和第二基板7的材料均为聚酰亚胺及其衍生物。所谓的聚酰亚胺衍生物指的是采用聚酰亚胺制作的相关产品。
实施例3：本实施例与实施例1的区别之处在于：
如图3所示，第二基板7的数量为三个；支撑柱5为导电陶瓷材料；第一基板2上的元器件4为分立器件，第二基板7上的元器件4为裸芯片；第一基板2和第二基板7的材料均为氧化硅。
实施例4：本实施例与实施例1的区别之处在于：
如图4所示，第二基板7的数量为四个；第一基板2上的元器件4为裸芯片，第二基板7上的元器件4为分立器件；第一基板2和第二基板7的材料均为氮化硅。
实施例5：本实施例与实施例1的区别之处在于：
第一基板2上的元器件4部分为裸芯片，另一部分为分立器件，第二基板7上的元器件4为分立器件；第一基板2和第二基板7的材料均为碳化硅。
实施例6：本实施例与实施例1的区别之处在于：
第一基板2上的元器件4为分立器件，第二基板7上的元器件4部分为裸芯片，另一部分为分立器件；第一基板2和第二基板7的材料均为氧化钼。
实施例7：本实施例与实施例1的区别之处在于：
第一基板2上的元器件4为裸芯片，第二基板7上的元器件4部分为裸芯片，另一部分为分立器件；第一基板2和第二基板7的材料均为环氧树脂和氧化硅的组合，由于上述组合为现有技术常见组合，此处不再给出组合中组分比例。
实施例8：本实施例与实施例1的区别之处在于：
第一基板2上的元器件4部分为裸芯片，另一部分为分立器件，第二基板7上的元器件4为裸芯片；第一基板2和第二基板7的材料均为环氧树脂和氮化硅的组合，由于上述组合为现有技术常见组合，此处不再给出组合中组分比例。
实施例9：本实施例与实施例1的区别之处在于：
第一基板2和第二基板7的材料均为环氧树脂和碳化硅的组合，由于上述材料及组合为现有技术常见组合，此处不再给出组合中组分比例。
实施例10：本实施例与实施例1的区别之处在于：
第一基板2和第二基板7的材料均为环氧树脂和碳化硅的组合，由于上述材料及组合为现有技术常见组合，此处不再给出组合中组分比例。
实施例11：本实施例与实施例1的区别之处在于：
第一基板2和第二基板7的材料均为氧化硅和碳化硅的组合，由于上述材料及组合为现有技术常见组合，此处不再给出组合中组分比例。
实施例12：本实施例与实施例1的区别之处在于：
第一基板2和第二基板7的材料均为氧化硅和氮化硅的组合，由于上述材料及组合为现有技术常见组合，此处不再给出组合中组分比例。
实施例13：本实施例与实施例1的区别之处在于：
第一基板2和第二基板7的材料均为碳化硅和氮化硅的组合，由于上述材料及组合为现有技术常见组合，此处不再给出组合中组分比例。
实施例14：本实施例提供的是实施例1 的一种PoP封装器件的制备方法，如图5所示，包括以下步骤：
S1、根据实际需求确定第二基板7的数量及第一基板2和第二基板7上的元器件4；
S2、对第一基板2和第二基板7上的元器件4进行布局，再对应布局将元器件4通过表贴工艺固定在第一基板2和第二基板7上，PoP封装器件状态如图6所示；
S3、将基板间信号传输支撑装置焊接在第一基板2上，在焊接过程中，保证基板间信号传输支撑装置垂直于第一基板2，PoP封装器件状态如图7所示；
S4、将所有第二基板7按照安装次序进行堆叠组装，在组装过程中，保证第一基板2与所有第二基板7之间角度对应且相互平行，得到组装后的PoP封装器件，组装过程中的PoP封装器件状态如图8所示，组装完成后的PoP封装器件状态如图9所示；
S5、采用注塑设备对PoP封装器件进行注塑，注塑完成后的PoP封装器件状态如图10所示；
S6、对注塑完成的PoP封装器件进行切割、打磨和编号；
S7、对编号后的PoP封装器件进行目检和终测，剔除表面存在空洞和/或划痕的产品，将检验合格的产品进行封装和表面处理，并进行产品标记，将产品编号通过激光打印的方式印制在产品的上表面。
可以理解的，表贴工艺又称表面安装技术，简称SMT，作为新一代电子装联技术已经渗透到各个领域，SMT产品具有结构紧凑、体积小、耐振动、抗冲击、高频特性好和生产效率高等优点。SMT在电路板装联工艺中已占据了领先地位。
可以理解的，步骤S3中的将基板间信号传输支撑装置焊接在第一基板2上，即将支撑柱5的底部焊接在第一基板2的盲孔3上；步骤S4中的将所有第二基板7按照安装次序进行堆叠组装，即支撑柱5通过通孔8与所有第二基板7固定连接，支撑柱5通过焊接的方式与通孔8固定，固定位置产生的即焊点6；步骤S7中注塑的材料为聚乙烯。
实施例15：本实施例与实施例14的区别之处在于：将元器件4通过键合工艺固定在第一基板2和第二基板7上；步骤S7中注塑的材料为聚丙烯。
可以理解的，根据上述实施例可知，第二基板7的数目不固定，可根据功能需要确定基板数目。
可以理解的，第一基板2和第二基板7为拼版设计，拼版数目可根据后道注塑工艺决定；
具体的，任何一块第一基板2或第二基板7与周围相邻的基板之间通过图形化工艺形成便于后续切割的切割引槽。
具体的，先将第一基板2或第二基板7分隔为若干封装单元，各封装单元之间的分隔线也是通过图形化腐蚀得到的切割引槽，以方便最后的切割分离；然后对每块封装单元图形化得到元器件4封装金属化孔和需要的焊盘1；然后再按照表贴或者键合工艺完成器件微组装，基板完成最终连接后通过灌胶封装，最后沿切割引槽切割即得到需要的PoP封装器件。
实施例16：本实施例与实施例14的区别之处在于：步骤S7中注塑的材料为聚苯乙烯。
实施例17：本实施例与实施例14的区别之处在于：步骤S7中注塑的材料为聚酰胺。
实施例18：本实施例与实施例14的区别之处在于：步骤S7中注塑的材料为聚碳酸酯。
实施例19：本实施例与实施例1的区别之处在于：支撑柱5为镀锡铝线。
实施例20：本实施例与实施例1的区别之处在于：支撑柱5为金属铜柱。
实施例21：本实施例与实施例1的区别之处在于：第一基板2和第二基板7的材料均为氧化铜。
实施例22：本实施例与实施例2的区别之处在于：支撑柱5为导电橡胶。
实施例23：本实施例与实施例2的区别之处在于：支撑柱5为导电纤维。
最后需要说明的是，本发明的上述实施例仅仅是为说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。尽管申请人参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其他不同形式的变化和变动。这里无法对所有的实施方式予以穷举。凡是属于本发明的技术方案所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。
Claims (9)
1.一种PoP封装器件，其特征在于，包括：
由下至上依次连接的第一基板（2）和数个第二基板（7），用于固定连接所述第一基板（2）和数个所述第二基板（7）的基板间信号传输支撑装置；第一基板（2）、数个第二基板（7）和所述基板间信号传输支撑装置通过灌胶封装。
2.如权利要求1所述的一种PoP封装器件，其特征在于，所述基板间信号传输支撑装置包括贯穿所述第一基板（2）和所有所述第二基板（7）的数个支撑柱（5）；所述支撑柱（5）与第一基板（2）和所有第二基板（7）通过焊锡固定。
3.如权利要求2所述的一种PoP封装器件，其特征在于，所述支撑柱（5）为硬质导电材料。
4.如权利要求2所述的一种PoP封装器件，其特征在于，所述第一基板（2）底部设有焊盘（1），第一基板（2）上设有用于固定所述基板间信号传输支撑装置的数个盲孔（3）和数个元器件（4）。
5.如权利要求4所述的一种PoP封装器件，其特征在于，所述第二基板（7）上设有用于固定所述基板间信号传输支撑装置的数个通孔（8）和数个元器件（4）。
6.如权利要求4或5所述的一种PoP封装器件，其特征在于，所述元器件（4）为分立器件或裸芯片。
7.如权利要求1所述的一种PoP封装器件，其特征在于，所述第一基板（2）和所述第二基板（7）的材料为环氧树脂、聚酰亚胺及其衍生物、氧化硅、氮化硅、碳化硅、金属氧化物中的一种或两种以上的组合。
8.一种PoP封装器件的制备方法，用于制备权利要求5所述的一种PoP封装器件，其特征在于，包括以下步骤：
S1、根据实际需求确定第二基板（7）的数量及第一基板（2）和第二基板（7）上的元器件（4）的类型和数量；
S2、对第一基板（2）和第二基板（7）上的元器件（4）进行布局，再对应布局将元器件（4）通过表贴工艺或者键合工艺固定在第一基板（2）和第二基板（7）上；
S3、将基板间信号传输支撑装置焊接在第一基板（2）上，在焊接过程中，保证基板间信号传输支撑装置垂直于第一基板（2）；
S4、将所有第二基板（7）按照安装次序进行堆叠组装，在组装过程中，保证第一基板（2）与所有第二基板（7）相互平行，得到组装后的PoP封装器件；
S5、采用注塑设备对PoP封装器件进行注塑。
9.如权利要求8所述的一种PoP封装器件的制备方法，其特征在于，还包括以下步骤：
S6、对注塑完成的PoP封装器件进行切割、打磨和编号；
S7、对编号后的PoP封装器件进行目检和终测，剔除表面存在空洞和/或划痕的产品，将检验合格的产品进行封装和表面处理，并进行产品标记，将产品编号通过激光打印的方式印制在产品的上表面。
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