[發明專利]一種三維圓片級扇出PoP封裝結構及其制造方法

在審

• 申請號: 201410848910.5
• 申請日: 2014-12-30
• 公開（公告）號: CN104659021A
• 公開（公告）日: 2015-05-27
• 發明（設計）人: 夏國峰;于大全
• 申請（專利權）人: 華天科技（西安）有限公司
• 主分類號: H01L23/538
• 分類號: H01L23/538;H01L23/31;H01L21/768;H01L21/56
• 代理公司: 無
• 代理人: 無

技術領域

本發明涉及微電子封裝技術以及三維集成技術領域，特別涉及一種三維圓片級扇出PoP封裝技術及其制造方法。

背景技術

隨著電子封裝產品向高密度、多功能、低功耗、小型化方向的不斷發展，采用三維集成技術的系統級封裝(System?in?Package，SiP)取得了突飛猛進的發展。硅通孔(Through?Silicon?Via，TSV)技術方案，由于具有堆疊密度最高，外形尺寸最小，極大提升芯片速度和降低功耗等特點，是實現三維集成技術的最優方案。然而，目前TSV技術面臨的制造難度、工藝成本以及成品良率、可靠性等問題及其突出。現有成熟的三維集成技術主要為堆疊封裝(Package?on?Package，PoP)，其中上、下封裝體通常為采用印刷電路基板的封裝結構。由于印刷電路基板具有一定的厚度，而且成本較高，導致整個PoP封裝的高度和成本難以得到有效降低，難以滿足高密度和低成本的要求。現有的PoP封裝的由于上、下封裝體結構的差異，導致制造工藝過程中封裝翹曲難以得到有效控制，嚴重影響焊球互聯結構的可靠性。現有PoP封裝的制造工藝由于采用傳統的非圓片級封裝制造模式，導致效率低而且成本高，不利于PoP封裝的推廣。

因此，仍然需要新的封裝結構和制造技術，以解決現有技術所存在的問題。

發明內容

本發明針對三維PoP封裝技術提出一種封裝結構和制造方法，以解決現有PoP封裝技術所存在的封裝密度、成本和可靠性問題。

為了實現上述目的，本發明采用下述技術方案：

一種三維圓片級扇出PoP封裝結構，通過至少一個扇出PoP封裝單元堆疊形成；一個扇出PoP封裝單元由兩個相同結構的封裝體構成；

所述一個封裝體包括有第一金屬凸點結構、IC芯片、凸點、第一塑封材料、第二金屬凸點結構、第一再布線金屬走線層、第一金屬層、第一介電材料層、第二再布線金屬走線層、第二介電材料層、第二金屬層；所述IC芯片帶有凸點，凸點連接于第一金屬凸點結構上，與凸點未連接的第一金屬凸點結構連接有第二金屬凸點結構，第一塑封材料包圍了第一金屬凸點結構、IC芯片、凸點和第二金屬凸點結構，IC芯片和第二金屬凸點結構與第一再布線金屬走線層連接，第一再布線金屬走線層上制作有第一金屬層，第一介電材料層包圍第一再布線金屬走線層，并涂覆在IC芯片、第二金屬凸點結構和第一塑封材料同一側面；在第一金屬凸點結構和第一塑封材料另一個側面涂覆有第二介電材料層，第二介電材料層包圍第二再布線金屬走線層，第二再布線金屬走線層與第一金屬凸點結構相連，第二再布線金屬走線層上制作有第一金屬層；

兩個相對放置的封裝體的第二金屬層由第一焊球連接，并在一個封裝體的第一金屬層上連接第二焊球，形成一個扇出PoP封裝單元；

所述扇出PoP封裝單元的第二焊球再連接有一個相對放置的扇出PoP封裝單元的第一金屬層，所述未植球部分的第一金屬層、第一焊球及其連接的一對第二金屬層、第二焊球及其連接的一對第一金屬層包圍有第二塑封材料，形成一個三維圓片級扇出PoP封裝結構。

利用該結構，首先封裝體由于無基板結構，直接通過再布線金屬走線層實現與外部環境的互聯，因此整體封裝體厚度可以得到大幅降低，制造成本也得到降低；進一步地，低成本的模塑料通孔TMV具有TSV同樣的上、下結構互聯導通的功能，因此可取代TSV結構實現細節距互聯端口，從而使上、下封裝體之間，以及與外部結構的I/O互聯通道數量和密度得到大幅提高，提升了封裝的密度；另外，三維圓片級扇出PoP封裝結構的扇出(Fan-Out)特性可顯著增加PoP封裝的I/O互聯通道數量。最后，由于三維圓片級扇出PoP封裝結構中所有的扇出PoP封裝單元相同，而且都通過面對面方式進行堆疊回流焊，因此三維圓片級扇出PoP封裝具有高度對稱性，從而可極大改善封裝的翹曲。

采用模塑料通孔實現上、下封裝體之間，以及與外部結構的三維集成互聯。

第一金屬凸點結構可以是但不局限于銅、銅合金、鐵、鐵合金、鎳、鎳合金、鎢等金屬材料。

第二金屬凸點結構可以是但不局限于銅、銅合金、鐵、鐵合金、鎳、鎳合金、鎢等金屬材料、或者釬焊料材料。

第一再布線金屬走線層和第二再布線金屬走線層可以是但不局限于銅、銅合金、鐵、鐵合金、鎳、鎳合金、鎢等金屬材料。

第一介電材料層和第二介電材料層可以是但不局限于熱固性塑封材料、塞孔樹脂、油墨以及阻焊綠油等絕緣材料。

IC芯片的背面、第一塑封材料的上表面與第二金屬凸點結構的上表面在同一平面上。