[發(fā)明專利]多芯片系統(tǒng)級封裝結(jié)構(gòu)的制作方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310067499.3
• 申請日: 2013-03-04
• 公開（公告）號: CN103165479A
• 公開（公告）日: 2013-06-19
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 于大全;劉海燕
• 申請（專利權(quán)）人: 江蘇物聯(lián)網(wǎng)研究發(fā)展中心
• 主分類號: H01L21/58
• 分類號: H01L21/58;H01L21/60;H01L21/66;H01L21/78
• 代理公司: 無錫市大為專利商標(biāo)事務(wù)所 32104
• 代理人: 曹祖良

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種多芯片系統(tǒng)級封裝結(jié)構(gòu)的制作方法，具體是一種將多個(gè)芯片集成于硅轉(zhuǎn)接板上的2.5D封裝結(jié)構(gòu)制作方法。

背景技術(shù)

隨著電子產(chǎn)品不斷向小型化、多功能、智能化的方向發(fā)展，半導(dǎo)體器件的集成度不斷提高，集成電路的特征尺寸也在不斷縮小。但是，當(dāng)IC的特征尺寸接近物理極限時(shí)，研究人員通過發(fā)展新技術(shù)、新材料、新設(shè)計(jì)方法，研發(fā)出了先進(jìn)的封裝形式來延續(xù)摩爾定律的發(fā)展。以硅通孔（TSV）轉(zhuǎn)接板技術(shù)為代表的2.5D、3D封裝形式，將芯片集成于硅轉(zhuǎn)接板上，通過轉(zhuǎn)接板進(jìn)行扇出和芯片互聯(lián)，可有效改善封裝體的散熱、降低信號之間的串?dāng)_等問題。

在先進(jìn)的封裝形式中，常需要將多個(gè)芯片集成于一個(gè)封裝體中，如將微處理器芯片和flash程序存儲(chǔ)芯片、圖形處理器（GPU）和隨機(jī)存儲(chǔ)器（RAM）集成到一個(gè)轉(zhuǎn)接板基片中，再通過轉(zhuǎn)接板與基板互連形成封裝體結(jié)構(gòu)，以實(shí)現(xiàn)電子器件的某些特定功能。這種多芯片封裝形式提高了封裝密度，縮短了芯片之間的引腳距離，可顯著提高相鄰芯片間的帶寬并降低了功耗。

在現(xiàn)有封裝工藝中，將多個(gè)IC芯片集成到轉(zhuǎn)接板上的方法主要有兩種。美國專利US?8313982B2、US2012/0098123A1采用芯片-芯片（chip?to?chip）方式完成多個(gè)IC芯片與轉(zhuǎn)接板芯片的互連。該方法首先將減薄后的轉(zhuǎn)接板切割成單顆芯片并臨時(shí)鍵合到承載晶圓上，然后完成多個(gè)IC芯片和轉(zhuǎn)接板芯片的互連，最后通過轉(zhuǎn)接板芯片和承載晶圓的拆鍵合，將承載晶圓移除。但隨著半導(dǎo)體工藝的發(fā)展和轉(zhuǎn)接板厚度的不斷減小，大尺寸的超薄轉(zhuǎn)接板芯片如何進(jìn)行拿持是該方法中的一個(gè)工藝難題。

美國專利US?7915080B2給出的另外一種封裝方法是將所有待組裝芯片以芯片-晶圓（chip?to?wafer）方式集成到轉(zhuǎn)接板晶圓上，完成芯片的封裝后對整體封裝結(jié)構(gòu)進(jìn)行測試，最后對轉(zhuǎn)接板晶圓切片，形成最終的封裝結(jié)構(gòu)。在該制作方法中，封裝結(jié)構(gòu)的測試在完成所有芯片的封裝后進(jìn)行，導(dǎo)致了較低的產(chǎn)品良率；同時(shí)，實(shí)際的封裝工藝中，由于待封裝的多個(gè)芯片其凸點(diǎn)節(jié)距、安裝精度可能存在較大差異，需用熱壓鍵合、回流等不同的方式完成其與轉(zhuǎn)接板的互連。而該方法提供的芯片與轉(zhuǎn)接板晶圓互連方式單一，其應(yīng)用受到一定限制。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，提供一種多芯片系統(tǒng)級封裝結(jié)構(gòu)的制作方法，該方法可廣泛應(yīng)用于不同種類芯片的系統(tǒng)集成，可有效降低轉(zhuǎn)接板芯片拿持的難度，提高芯片封裝的生產(chǎn)效率和產(chǎn)品良率。

按照本發(fā)明提供的技術(shù)方案，所述多芯片系統(tǒng)級封裝結(jié)構(gòu)的制作方法包括以下步驟：

1）??利用粘結(jié)劑將具有垂直硅通孔和凸點(diǎn)結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)接板晶圓臨時(shí)鍵合到承載晶圓上；

2）??將大尺寸芯片倒裝在轉(zhuǎn)接板晶圓的第一表面并完成互連；

3）??完成轉(zhuǎn)接板晶圓和承載晶圓的拆鍵合，移除承載晶圓，形成轉(zhuǎn)接板封裝結(jié)構(gòu)；

4）??對步驟3形成的轉(zhuǎn)接板封裝結(jié)構(gòu)進(jìn)行第一次電性能測試；

5）??將帶有單顆大尺寸芯片的轉(zhuǎn)接板晶圓切割成單顆芯片，稱為轉(zhuǎn)接板芯片，轉(zhuǎn)接板晶圓的第一表面成為轉(zhuǎn)接板芯片的第一表面；

6）??將小尺寸芯片或小尺寸芯片堆疊倒裝到電性能良好的轉(zhuǎn)接板芯片的第一表面并完成互連；

7）??對步驟6形成的轉(zhuǎn)接板芯片封裝結(jié)構(gòu)進(jìn)行第二次電性能測試；

8）??將電性能良好的轉(zhuǎn)接板芯片的第二表面與基板互連，形成最終的封裝結(jié)構(gòu)。

所述大尺寸芯片通過回流或熱壓鍵合的方式完成與轉(zhuǎn)接板晶圓的電氣互連；所述小尺寸芯片或小尺寸芯片堆疊采用回流或熱壓鍵合的方式完成與轉(zhuǎn)接板芯片的電氣互連。

所述轉(zhuǎn)接板晶圓帶有TSV垂直硅通孔金屬化填充結(jié)構(gòu)，填充材料為銅或鎢中的一種。

所述大尺寸芯片面積大于小尺寸芯片。所述大尺寸芯片可以為中央處理器（CPU）、微處理器（MPU）、圖形處理器（GPU）、數(shù)字信號處理器（DSP）、射頻收發(fā)器。所述小尺寸芯片可以為微機(jī)械系統(tǒng)（MEMS）、CMOS圖像傳感器、存儲(chǔ)器芯片。

本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是：本發(fā)明用于實(shí)現(xiàn)尺寸相差較大的多芯片系統(tǒng)級封裝，首先將大尺寸芯片倒裝在轉(zhuǎn)接板晶圓上形成電氣互連，然后將轉(zhuǎn)接板晶圓切割成單顆基片，再完成小尺寸芯片與單顆轉(zhuǎn)接板芯片的互連。通過該方法實(shí)現(xiàn)多芯片的系統(tǒng)級封裝，避免了超薄轉(zhuǎn)接板不易拿持的缺點(diǎn)；在大尺寸芯片與轉(zhuǎn)接板完成電氣互連后即進(jìn)行一次電性能測試，可率先淘汰部分電連接失效的封裝結(jié)構(gòu)，提高了產(chǎn)品的良率；大尺寸芯片和小尺寸芯片分別與轉(zhuǎn)接板完成互連，可滿足不同的互連工藝需求。

附圖說明