CN207624689U

CN207624689U - 一种扇出型晶圆级封装结构

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Publication number: CN207624689U
Application number: CN201721827868.4U
Authority: CN
Inventors: 吕娇; 仇月东; 吴政达; 林正忠
Original assignee: SJ Semiconductor Jiangyin Corp
Current assignee: SJ Semiconductor Jiangyin Corp
Priority date: 2017-12-22
Filing date: 2017-12-22
Publication date: 2018-07-17
Anticipated expiration: 2027-12-22

Abstract

本实用新型提供一种扇出型晶圆级封装结构，至少包括：重新布线层；形成于所述重新布线层上表面的金属凸块，所述金属凸块与所述重新布线层电连；形成于所述重新布线层上表面的非导电柔性层；倒置于所述非导电柔性层上表面的至少一个芯片，所述芯片与所述金属凸块键合电连线路穿过所述非导电柔性层；形成于所述非导电柔性层上表面且封装所述芯片的塑封层。由于本实用新型的非导电柔性层在压力下具有形变的功能，因此，当在所述非导电柔性层上键合多个不同类型、不同高度的芯片时，在向下的压力下，所述非导电柔性层会产生形变，使嵌在其中的金属凸块暴露出，从而可以采用同一工艺一次将所有的芯片与各自对应的金属凸块进行键合电连，不需要分开进行工艺操作，大大简化了工艺。

Description

一种扇出型晶圆级封装结构

技术领域

本实用新型涉及半导体封装技术领域，特别是涉及一种扇出型晶圆级封装结构。

背景技术

随着集成电路制造业的快速发展，人们对集成电路的封装技术的要求也不断提高，现有的封装技术包括球栅阵列封装(BGA)、芯片尺寸封装(CSP)、圆片级封装(WLP)、三维封装(3D)和系统封装(SiP))等。其中，圆片级封装(WLP)由于其出色的优点逐渐被大部分的半导体制造者所采用，它的全部或大部分工艺步骤是在已完成前工序的硅圆片上完成的，最后将圆片直接切割成分离的独立器件。圆片级封装(WLP)具有其独特的优点：①封装加工效率高，可以多个圆片同时加工；②具有倒装芯片封装的优点，即轻、薄、短、小；③与前工序相比，只是增加了引脚重新布线(RDL)和凸点制作两个工序，其余全部是传统工艺；④减少了传统封装中的多次测试。因此世界上各大型IC封装公司纷纷投入这类WLP的研究、开发和生产。

扇出型晶圆级封装(Fan-out wafer level packaging，FOWLP)由于具有小型化、低成本和高集成度等优点，在移动设备厂商等制造商中，具有较高的关注度。扇出型晶圆级封装目前最适合高要求的移动/无线市场，并且对其它关注高性能和小尺寸的市场，也具有很强的吸引力。

现有技术中，扇出型晶圆级封装一般包括如下步骤：首先在载体表面依次形成粘合层、重新布线层；然后在重新布线层表面涂布形成一固化层，然后对固化层进行光刻机刻蚀等通工艺，在固化层中形成通孔，之后在通孔中填充凸块；再将多个芯片与凸块键合；最后去除载体及粘合层，进行植球回流工艺。但是，如果与凸块键合的芯片是不同类型、不同高度的半导体芯片和电子元件，由于固化层是经过固化后形成的一层硬质层，再在固化层中形成凸块，这种工序及结构将导致需要不同的工艺来对不同类型、不同高度的半导体芯片及电子元件分别进行键合，工艺复杂。

因此，提供一种新的扇出型晶圆级封装结构是本领域技术需要解决的课题。

实用新型内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本实用新型的目的在于提供一种扇出型晶圆级封装结构，用于解决现有技术中芯片键合工艺复杂的问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本实用新型提供一种扇出型晶圆级封装结构，所述结构至少包括：

重新布线层；

形成于所述重新布线层上表面的金属凸块，所述金属凸块与所述重新布线层电连；

形成于所述重新布线层上表面的非导电柔性层；

倒置于所述非导电柔性层上表面的至少一个芯片，所述芯片与所述金属凸块键合电连线路穿过所述非导电柔性层；

形成于所述非导电柔性层上表面且封装所述芯片的塑封层。

作为本实用新型扇出型晶圆级封装结构的一种优化的方案，所述结构还包括形成于所述重新布线层的下表面的焊球。

作为本实用新型扇出型晶圆级封装结构的一种优化的方案，所述重新布线层包括介质层及形成于所述介质层中的至少一层金属布线层，其中，所述金属凸块与所述金属布线层电连。

作为本实用新型扇出型晶圆级封装结构的一种优化的方案，所述非导电柔性层包括聚合物或胶中的一种。

作为本实用新型扇出型晶圆级封装结构的一种优化的方案，所述芯片包括半导体芯片和电子元件中的至少一种；所述半导体芯片包括：

表面具有金属焊盘的晶圆；

形成于所述晶圆表面并暴露出所述金属焊盘的钝化层，其中，所述焊盘与所述金属凸块键合电连。

作为本实用新型扇出型晶圆级封装结构的一种优化的方案，所述塑封层包括聚酰亚胺、硅胶以及环氧树脂中的一种。

如上所述，本实用新型的扇出型晶圆级封装结构，具有以下有益效果：本实用新型的金属凸块嵌于非导电柔性层，当在所述非导电柔性层上键合多个不同类型、不同高度的半导体芯片、电子元件，或者其他任何类型的器件时，在施加一定的压力下，所述非导电柔性层会产生形变，从而可以采用同一工艺一次将所有的半导体芯片、电子元件以及其他器件与各自对应的金属凸块进行键合电连，不需要分开进行操作，简化工艺。本实用新型结构简单，在半导体制造领域具有广泛的应用前景。

附图说明

图1为本实用新型扇出型晶圆级封装方法的流程示意图。

图2为本实用新型扇出型晶圆级封装方法的步骤S1所呈现的结构示意图。

图3为本实用新型扇出型晶圆级封装方法的步骤S2所呈现的结构示意图。

图4为本实用新型扇出型晶圆级封装方法的步骤S3所呈现的结构示意图。

图5a～5b为本实用新型扇出型晶圆级封装方法的步骤S4所呈现的结构示意图。

图6为本实用新型扇出型晶圆级封装方法的步骤S5所呈现的结构示意图。

图7为本实用新型扇出型晶圆级封装方法的步骤S6所呈现的结构示意图。

图8为本实用新型扇出型晶圆级封装方法的步骤S7所呈现的结构示意图。

图9为本实用新型扇出型晶圆级封装方法的步骤S8所呈现的结构示意图。

图10为本实用新型扇出型晶圆级封装方法中制备半导体芯片的步骤5-1)所呈现的结构示意图。

图11为本实用新型扇出型晶圆级封装方法中制备半导体芯片的步骤5-2)所呈现的结构示意图。

图12为本实用新型扇出型晶圆级封装方法中制备半导体芯片的步骤5-3)所呈现的结构示意图。

元件标号说明

1 载体

2 粘合层

3 重新布线层

31 介质层

32 金属布线层

4 金属凸块

5 非导电柔性层

6 芯片

61 半导体芯片

611 晶圆

612 金属焊盘

613 钝化层

62 电子元件

7 塑封层

8 焊球

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本实用新型的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本实用新型的其他优点与功效。本实用新型还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本实用新型的精神下进行各种修饰或改变。

请参阅附图。需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本实用新型的基本构想，遂图式中仅显示与本实用新型中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。

如图1所示，本实用新型提供一种扇出型晶圆级封装方法，所述方法至少包括如下步骤：

首先执行步骤S1，如图2所示，提供一载体1，于所述载体1上表面形成粘合层2。

所述载体1可以为后续制作粘合层2提供刚性的结构或基体。作为示例，所述载体1的材质包括玻璃、硅、氧化硅、金属及陶瓷材料的一种。本实用新型中，所述载体1可为圆形、方形或其它任意所需形状，在此不限。本实施例中，所述载体1选用硅材质且为圆形。

所述粘合层2在后续工艺中作为重新布线层3与载体1之间的分离层，其最好选用具有光洁表面的粘合材料制成，其必须与重新布线层3具有一定的结合力，以保证重新布线层3在后续工艺中不会产生移动等情况，另外，其与载体1亦具有较强的结合力，一般来说，所述粘合层2与载体1的结合力应大于与所述重新布线层3的结合力，以便于后续所述粘合层2及所述载体1与所述重新布线层3分离。作为示例，所述粘合层2可以选用为胶带、通过旋涂工艺制作的粘合胶或环氧树脂中的一种。优选地，本实施例中，所述粘合层2选用为胶带，例如，UV胶带。

然后执行步骤S2，如图3所示，于所述粘合层2上表面形成重新布线层3。

具体地，如图3所示，所述重新布线层3包括介质层31及形成于所述介质层31中的至少一层金属布线层32，其中，所述金属凸块4与所述金属布线层32电连。

需要说明的是，制作所述重新布线层3包括的金属布线层32可以包括一层金属、两层金属或多层金属，每层金属布线层32之间以介质层31隔开。需要说明的是，为了图示方便，附图3中展示的多层金属布线层32之间没有连接在一起，但是，本领域技术人员应当知晓，金属布线层32各层之间为电连关系，后续形成的所述金属凸块4与所述金属布线层32中的最上层电连，后续形成的焊球8与所述金属布线层32的最下层电连。

作为示例，所述金属布线层3可以采用铜、铝、镍、金、银、钛中的一种材料或两种以上的组合材料，并可选用物理气相沉积法(PVD)、化学气相沉积法(CVD)、溅射法、电镀及化学镀中的至少一种方法形成。

所述介质层31可以采用低k介电材料。作为示例，所述介质层31可以采用环氧树脂、硅胶、PI、PBO、BCB、氧化硅、磷硅玻璃及含氟玻璃中的一种材料，并可以采用诸如旋涂、CVD、等离子增强CVD等工艺形成介电层。

接着执行步骤S3，如图4所示，于所述重新布线层3上表面形成金属凸块4，所述金属凸块4与所述重新布线层3电连。

作为示例，所述金属凸块4优选为柱状结构，所述金属凸块4的材质包括但不限于Cu或Ni。可通过常规的厚光阻光刻、显影、金属沉积等工艺形成所述金属凸块4，也可通过微压印、金属沉积等工艺形成所述金属凸块4。

接着执行步骤S4，如图5a或5b所示，于所述重新布线层3上表面形成覆盖所述金属凸块4的非导电柔性层5。

所述金属凸块4和非导电柔性层5形成嵌入式结构，所述金属凸块4嵌于所述非导电柔性层5中，所述非导电柔性层5要求在一定的压力下可以发生形变，以便于后续芯片6可以在压力下顺利接触嵌在所述非导电柔性层5中的金属凸块4。作为示例，所述非导电柔性层5可以包括柔性聚合物或胶中的一种，例如，包括但不限于聚酰亚胺、环氧树脂、聚酯(PET)等。

作为示例，所述非导电柔性层5可以通过旋转涂覆或者胶带粘贴法形成于所述重新布线层3上表面。

作为示例，所述金属凸块4和非导电柔性层5的结构关系，包括：

所述金属凸块4的顶部暴露于所述非导电柔性层5表面(如图5b所示)，或者所述金属凸块4由所述非导电柔性层5完全覆盖(如图5a所示)。

若所述金属凸块4的顶部暴露于所述非导电柔性层5表面，则后续芯片6在键合接触时，芯片6在压力下会向下挤压所述非导电柔性层5，使所述非导电柔性层5产生形变，直至所述芯片6与所述金属凸块4键合电连；若所述金属凸块4由所述非导电柔性层5完全覆盖(所述非导电柔性层超出所述金属凸块的厚度范围介于10um～500um之间)，则后续芯片6在键合接触时，芯片6在压力下会向下挤压所述非导电柔性层5，使所述非导电柔性层5产生形变，所述金属凸块4的顶部先戳穿所述非导电柔性层5并露出所述非导电柔性层5表面，然后与所述芯片6键合电连。

本实用新型先制作金属凸块4，再形成覆盖所述金属凸块4的非导电柔性层5，为后续芯片6键合打下基础。

再执行步骤S5，如图6所示，提供至少一个芯片6，将所述芯片6倒置于所述非导电柔性层5上表面，并对所述芯片6施加一定的压力，使所述非导电柔性层5产生形变，从而使所述芯片6与所述金属凸块4键合电连。

需要说明的是，所述芯片6可以是同类型的芯片也可以是不同类型的芯片，各个芯片的高度可以相等，也可以不等。作为示例，所述芯片6包括半导体芯片61和电子元件62(例如表面贴装器件SMD)中的至少一种，但是并不限于此，还可以同时封装其他器件，如存储器件、显示器件、输入组件、电源、稳压器等。

作为示例，所述半导体芯片61的制备方法包括如下步骤：

如图10所示，进行步骤5-1)，提供一表面具有金属焊盘612的晶圆611，于所述晶圆611表面形成钝化层613。

作为示例，所述钝化层613可以包括二氧化硅、磷硅玻璃、碳氧化硅、碳化硅等中的一种。

作为示例，可以采用旋涂法、化学气相沉积法或等离子增强化学气相沉积法于所述晶圆611表面形成钝化层613。

如图11所示，进行步骤5-2)，图形化所述钝化层613，暴露出所述金属焊盘612。

如图12所示，进行步骤5-3)，沿图中箭头方向裂片，获得独立的带有所述焊盘612和所述钝化层613的半导体芯片61，其中，将所述半导体芯片61正面朝下，使所述金属焊盘612与所述金属凸块4键合电连。

本实施例中，将两个如图12所示的半导体芯片61以及一个电子元件62(SMD)倒置于所述非导电柔性层5上表面，在施加的压力(压力大小与非导电柔性层及贴装的芯片的大小有关)下，所述非导电柔性层5产生形变，使所述金属凸块4的顶部穿过所述非导电柔性层5并露出所述非导电柔性层5表面，从而使所述半导体芯片61以及电子元件62与所述金属凸块4键合电连。

由于本实用新型的非导电柔性层5具有柔软性，在压力下具有形变的功能，因此，当在所述非导电柔性层5上键合多个不同类型、不同高度的半导体芯片61、电子元件62，或者其他任何类型的器件时，在向下的压力下，所述非导电柔性层5会产生形变，使嵌在其中的金属凸块4暴露出，从而可以采用同一工艺一次将所有的半导体芯片61、电子元件62以及其他器件与各自对应的金属凸块4进行键合电连，不需要分开进行操作，大大简化了工艺。

最后执行步骤S6，如图7所示，在所述非导电柔性层5上表面形成封装所述芯片6的塑封层7。

作为示例，形成封装所述芯片6的塑封层7的工艺包括：注塑工艺、压缩成型工艺(compressive molding)、印刷工艺(paste printing)、传递模塑工艺(transfermolding)、液体密封剂固化成型工艺(liquid encapsulant molding)、真空层压工艺(vacuum lamination)以及旋涂工艺(spin coating)等中的一种。

作为示例，所述塑封层7采用热固材料，例如，包括聚合物材料、树脂基材料、聚酰亚胺、硅胶以及环氧树脂等中的一种。所述塑封层7还可以有效保证芯片不受外界污染。

另外，还需要执行步骤S7，如图8所示，去除所述载体1以及粘合层2，暴露出所述重新布线层3的下表面。

作为示例，可以采用撕裂或者减薄等方式去除所述粘合层2以及载体1，以使所述粘合层1与所述重新布线层3分离，暴露出所述重新布线层3的下表面。本实施例中，采用撕裂的方式去除载体1以及粘合层2，该方法简单易操作。

再执行步骤S8，如图9所示，在所述重新布线层3的下表面形成焊球8。

作为示例，所述焊球8的材质包括Sn。

如图9所示，本实用新型还提供一种扇出型晶圆级封装结构，所述结构至少包括如下：

重新布线层3；

形成于所述重新布线层3上表面的金属凸块4，所述金属凸块4与所述重新布线层3电连；

形成于所述重新布线层3上表面的非导电柔性层5；

倒置于所述非导电柔性层5上表面的至少一个芯片6，所述芯片6与所述金属凸块4键合电连线路穿过所述非导电柔性层5；

形成于所述非导电柔性层5上表面且封装所述芯片6的塑封层7。

作为示例，所述结构还包括形成于所述重新布线层3的下表面的焊球8。

作为示例，所述重新布线层3包括介质层31及形成于所述介质层31中的至少一层金属布线层32，其中，所述金属凸块4与所述金属布线层32电连。

作为示例，所述非导电柔性层5包括聚合物或胶中的一种。

作为示例，所述芯片6包括半导体芯片61和电子元件62中的至少一种；所述半导体芯片61包括：

表面具有金属焊盘612的晶圆611；

形成于所述晶圆611表面并暴露出所述金属焊611的钝化层613，其中，所述焊盘612与所述金属凸块4键合电连。

作为示例，所述塑封层7包括聚酰亚胺、硅胶以及环氧树脂中的一种。

综上所述，本实用新型提供一种扇出型晶圆级封装结构，至少包括：重新布线层；形成于所述重新布线层上表面的金属凸块，所述金属凸块与所述重新布线层电连；形成于所述重新布线层上表面并暴露所述金属凸块顶部的非导电柔性层；倒置于所述非导电柔性层上表面的至少一个芯片，所述芯片与所述金属凸块键合电连；形成于所述非导电柔性层上表面且封装所述芯片的塑封层。由于本实用新型的非导电柔性层在压力下具有形变的功能，因此，当在所述非导电柔性层上键合多个不同类型、不同高度的芯片时，在向下的压力下，所述非导电柔性层会产生形变，使嵌在其中的金属凸块暴露出，从而可以采用同一工艺一次将所有的芯片与各自对应的金属凸块进行键合电连，不需要分开进行工艺操作，大大简化了工艺。

所以，本实用新型有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。

上述实施例仅例示性说明本实用新型的原理及其功效，而非用于限制本实用新型。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本实用新型的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本实用新型所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本实用新型的权利要求所涵盖。

Claims

1.一种扇出型晶圆级封装结构，其特征在于，所述结构至少包括：

重新布线层；

形成于所述重新布线层上表面的非导电柔性层；

形成于所述非导电柔性层上表面且封装所述芯片的塑封层。

2.根据权利要求1所述的扇出型晶圆级封装结构，其特征在于：所述结构还包括形成于所述重新布线层的下表面的焊球。

3.根据权利要求1所述的扇出型晶圆级封装结构，其特征在于：所述重新布线层包括介质层及形成于所述介质层中的至少一层金属布线层，其中，所述金属凸块与所述金属布线层电连。

4.根据权利要求1所述的扇出型晶圆级封装结构，其特征在于：所述非导电柔性层包括聚合物或胶中的一种。

5.根据权利要求1所述的扇出型晶圆级封装结构，其特征在于：所述芯片包括半导体芯片和电子元件中的至少一种；其中，所述半导体芯片包括：

表面具有金属焊盘的晶圆；

6.根据权利要求1所述的扇出型晶圆级封装结构，其特征在于：所述塑封层包括聚酰亚胺、硅胶以及环氧树脂中的一种。