[發明專利]半導體芯片堆疊封裝結構及其工藝

無效

• 申請號: 201110458191.2
• 申請日: 2011-12-31
• 公開（公告）號: CN103187404A
• 公開（公告）日: 2013-07-03
• 發明（設計）人: 劉勝;陳潤;陳照輝;劉孝剛;李操
• 申請（專利權）人: 劉勝
• 主分類號: H01L25/00
• 分類號: H01L25/00;H01L23/31;H01L21/50
• 代理公司: 上海市華誠律師事務所 31210
• 代理人: 李平

技術領域

本發明涉及一種半導體器件的結構及其制造方法，特別涉及一種半導體芯片堆疊封裝結構及其工藝。

背景技術

半導體產品的集成度按摩爾定律每18個月翻一番。隨著半導體產業的深入發展，摩爾定律受到越來越多的阻礙，要實現摩爾定律所付出的成本越來越高，然而人們對于半導體產品性能的要求卻從未停止。目前，通過改變半導體產品封裝形式的方向尋求提高產品性能的途徑是一個新的方向，三維系統級封裝也隨之產生。

三維堆疊封裝可以在更小的空間內集成更多的半導體芯片，采用三維堆疊封裝的產品擁有更高的性能、更高的可靠性，以及更低的價格。目前，采用三維堆疊封裝的產品，例如存儲器，能實現更大的存儲量，并且已經實現工業化生產。

發明內容

本發明的目的是針對已有技術中存在的缺陷，提供一種半導體芯片堆疊封裝結構及其工藝。

本發明包括數個半導體芯片，封裝基板、塑封材料，其特征在于按上下次序最底下的半導體芯片A有源表面朝下，經焊球陣列將半導體芯片A連接到封裝基板的電路層上，半導體芯片A下表面充填底部填充料，以提高焊球的可靠性，借助粘合層將半導體芯片B粘合在半導體芯片A背面，半導體芯片C、半導體芯片D以及以上的半導體芯片呈層狀堆疊在半導體芯片B上方，經焊線將半導體芯片B、半導體芯片C、半導體芯片D及以上的半導體芯片上的焊盤與封裝基板上電路層相連。

所述半導體芯片A采用倒裝結構，半導體芯片B、半導體芯片C、半導體芯片D及以上的半導體芯片采用正裝結構。半導體芯片A通過焊料球陣列與封裝基板連接，焊球陣列的間距為0.050～0.500mm，焊球直徑為0.050～0.500mm，焊球的成份為Pb/Sn，SnAgCu，SnAg，焊球陣列可以呈完全分布或部分分布。經塑封材料將所有半導體芯片以及焊線密封在封裝基板上。

所述半導體芯片B的上方可以選擇性的堆疊一層或者多層半導體芯片，半導體芯片之間采用粘合層與間隔層固定，通過間隔層預留出焊線的空間。

所有的半導體芯片表面的焊盤、焊線為金、銅、或鋁等金屬。粘合層可以采用有機高分子銀膠，或者無機高分子銀膠。封裝基板采用硅基板，陶瓷基板，塑料基板。

半導體芯片堆疊封裝結構的封裝工藝，其特征在于依次包含以下步驟：

(1)制備封裝用的封裝基板；

(2)制備半導體芯片A下表面的凸點焊球，采用焊料焊接、熱壓焊接、或者熱聲焊接方式將半導體芯片A下表面凸點焊球焊接在封裝基板上表面的焊盤上，半導體芯片A經焊料球陣列與封裝基板上焊盤相連；

(3)在半導體芯片A下表面外圍注射底部填充料并完成固化；

(4)通過粘合層將半導體芯片B固定在半導體芯片A的上表面；

(5)通過粘合層和間隔層將半導體芯片C固定在半導體芯片B的上表面，并在間隔層為焊線預留空間；

(6)通過粘合層和間隔層將半導體芯片D固定在半導體芯片C的上表面，并在間隔層為焊線預留空間；

(7)通過粘合層和間隔層將半導體芯片E固定在半導體芯片D的上表面，并在間隔層為焊線預留空間；

(8)在半導體芯片B、半導體芯片C、半導體芯片D以及半導體芯片E上表面的焊盤和封裝基板上焊盤之間采用超聲鍵合、熱壓鍵合、或熱超聲鍵合工藝焊接焊線，實現電連接；

(9)通過塑封工藝將所有半導體芯片和焊線密封封裝；

(10)在封裝基板下表面的焊盤上通過絲網印刷工藝、電鍍或者蒸鍍工藝涂布，再通過回流制備焊球，通過封裝基板內部電路與封裝基板下表面的焊球連接。

本發明的優點是本發明的工藝流程簡單、成本低，適合大規模工業化生產，同時本發明的半導體芯片三維堆疊封裝結構具有可靠性高，能夠滿足高集成度對半導體產品性能的要求。

附圖說明

圖1本發明的半導體芯片堆疊封裝結構的剖面示意圖；

圖2封裝基板的結構示意圖；

圖3采用倒裝芯片方式將半導體芯片A固定在封裝基板上表面的結構示意圖；

圖4在半導體芯片A下表面填充底部填充料的結構示意圖；

圖5在半導體芯片A的上表面固定半導體芯片B的結構示意圖；

圖6在半導體芯片B的上表面上固半導體芯片C的結構示意圖；

圖7在半導體芯片C的上表面上固定半導體芯片D的結構示意圖；

圖8在半導體芯片D的上表面上固定半導體芯片E的結構示意圖；

圖9在半導體芯片和封裝基板之間通過焊線實現電連接的結構示意圖；