專利名稱：封裝單元及其堆疊結(jié)構(gòu)與制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種封裝單元及其堆疊結(jié)構(gòu)與制造方法，且特別是涉及一種內(nèi)埋式封裝單元及其堆疊結(jié)構(gòu)與制造方法。
背景技術(shù)：
隨著科技的發(fā)展，各式電子裝置不斷推陳出新。其中電子裝置內(nèi)最重要的電子元件莫過于半導(dǎo)體芯片。半導(dǎo)體芯片經(jīng)過封裝后，形成一封裝單元。此封裝單元可以利用插件(DIP)或表面粘著技術(shù)(SMT)設(shè)置于電路板上，以提供各種運(yùn)算與處理功能。封裝單元的制造過程可能包括電鍍通孔、連接兩個(gè)金屬層、打線焊接及封膠等步驟。然而，封裝單元的設(shè)計(jì)不良，容易在制作工藝步驟中或成品產(chǎn)生一些可靠度的品質(zhì)問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種封裝單元及其堆疊結(jié)構(gòu)與制造方法。為達(dá)上述目的，根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提出一種封裝單元。封裝單元包括一基板、一第一圖案化線路層、一第一導(dǎo)電柱、一半導(dǎo)體元件、一絕緣層、一第二導(dǎo)電柱、一第三導(dǎo)電柱、一第二圖案化線路層及一導(dǎo)電凸塊。第一圖案化線路層位于基板的一表面。第一導(dǎo)電柱貫穿基板，并連接第一圖案化線路層。半導(dǎo)體元件設(shè)置于基板上。半導(dǎo)體元件包括至少一芯片。絕緣層覆蓋半導(dǎo)體元件及基板。第二導(dǎo)電柱貫穿絕緣層，并電連接第一導(dǎo)電柱。第三導(dǎo)電柱貫穿絕緣層，并連接半導(dǎo)體元件。第二圖案化線路層位于絕緣層上，并連接第二導(dǎo)電柱及第三導(dǎo)電柱。導(dǎo)電凸塊設(shè)置于第二圖案化金屬層上。根據(jù)本發(fā)明的第二方面，提出一種封裝單元的堆疊結(jié)構(gòu)。封裝單元的堆疊結(jié)構(gòu)包括二封裝單元。各個(gè)封裝單元包括一基板、一第一圖案化線路層、一第一導(dǎo)電柱、一半導(dǎo)體元件、一絕緣層、一第二導(dǎo)電柱、一第三導(dǎo)電柱、一第二圖案化線路層及一導(dǎo)電凸塊。第一圖案化線路層位于基板的一表面。第一導(dǎo)電柱貫穿基板，并連接第一圖案化線路層。半導(dǎo)體元件設(shè)置于基板上。半導(dǎo)體元件包括至少一芯片。絕緣層覆蓋半導(dǎo)體元件及基板。第二導(dǎo)電柱貫穿絕緣層，并電連接第一導(dǎo)電柱。第三導(dǎo)電柱貫穿絕緣層，并連接半導(dǎo)體元件。第二圖案化線路層位于絕緣層上，并連接第二導(dǎo)電柱及第三導(dǎo)電柱。導(dǎo)電凸塊設(shè)置于第二圖案化金屬層上。其中，此些封裝單元的其中之一的第一圖案化線路設(shè)置于此些封裝單元的其中之另一的導(dǎo)電凸塊上。根據(jù)本發(fā)明的一第三方面，提出一種封裝單元的制造方法。封裝單元的制造方法包括下列步驟。提供一基板。形成一第一圖案化線路層及一第一導(dǎo)電柱。第一圖案化線路層設(shè)置于基板的一表面。第一導(dǎo)電柱貫穿基板并連接第一圖案線路層。設(shè)置一半導(dǎo)體元件于基板上。半導(dǎo)體元件包括至少一芯片。形成一絕緣層于半導(dǎo)體元件及基板上。形成一第二導(dǎo)電柱、一第三導(dǎo)電柱及一第二圖案化線路。第二導(dǎo)電柱貫穿絕緣層并電連接第一導(dǎo)電柱。第三導(dǎo)電柱貫穿絕緣層并連接半導(dǎo)體元件。第二圖案化線路層設(shè)置于絕緣層上并連接第二導(dǎo)電柱及第三導(dǎo)電柱。為了對(duì)本發(fā)明的上述及其他方面有更佳的了解，下文特舉較佳實(shí)施例，并配合所 附附圖，作詳細(xì)說明如下


圖1為本實(shí)施例的封裝單元的制造方法的流程圖；圖2A 圖26為圖1的各步驟的流程圖；圖3為第一實(shí)施例的封裝結(jié)構(gòu)的示意圖；圖4為第一實(shí)施例的封裝單元的堆疊結(jié)構(gòu)的示意圖；圖5為第二實(shí)施例的封裝單元的制造方法的流程圖；圖6A 圖66為圖5的各步驟的流程圖；圖7為第二實(shí)施例的封裝單元的堆疊結(jié)構(gòu)的示意圖。主要元件符號(hào)說明100、200:封裝單元110:基板110&:上表面110ヒ側(cè)表面121 第一圖案化線路層121a 第一接墊122 第二圖案化線路層122a 第二接墊131:第一導(dǎo)電柱132:第二導(dǎo)電柱133:第三導(dǎo)電柱141 第一防焊層141&:第一開口142 第一防焊層142&:第二開口150 半導(dǎo)體元件160 絕緣層170:導(dǎo)電凸塊281 第一金屬材料280 介金屬層1000,2000 堆疊結(jié)構(gòu)0150、0160:厚度し131、し132:長(zhǎng)度S101、S102、S104、S105、S106、S107、S108、S203、S207、S208 機(jī)31、機(jī)32:最小寬度
具體實(shí)施例方式第一實(shí)施例請(qǐng)參照?qǐng)D1及圖2A 圖2H，圖1繪示本實(shí)施例的封裝單元100 (完整的封裝單元 100繪示于圖2G)的制造方法的流程圖，圖2A 圖2G繪示圖1的各步驟的流程圖。首先， 如圖2A所示，在步驟SlOl中，提供一基板110?；?10例如是一有機(jī)基板、一軟性基板或
—娃基板。接著，同樣如圖2A所示，在步驟S102中，形成一第一圖案化線路層121及至少一第一導(dǎo)電柱131。第一導(dǎo)電柱131的數(shù)量可以是一個(gè)、兩個(gè)或兩個(gè)以上。在本實(shí)施例中，第一導(dǎo)電柱131以兩個(gè)為例做說明。第一圖案化線路層121設(shè)置于基板110的一表面110a。 第一導(dǎo)電柱131則貫穿基板110并連接第一圖案線路層121。在此步驟中，可以先進(jìn)行激光鉆孔、機(jī)械鉆孔或蝕刻鉆孔，再利用電鍍制作工藝同時(shí)形成第一導(dǎo)電柱131及第一圖案化線路層121。其中，本實(shí)施例的第一導(dǎo)電柱131的材質(zhì)包含銅(Cu)。第一導(dǎo)電柱131可以被填滿銅或高分子材料(例如樹脂)而成為緊密的實(shí)心柱體，或僅有內(nèi)壁被鋪設(shè)銅而成為空心柱體。在一實(shí)施例中，形成第一圖案化線路層121后，也可再鋪設(shè)一第一防焊層141，并以第一開口 141a暴露部分的第一圖案化線路層121，以形成第一接墊121a。然后，如圖2B所示，在步驟S104中，設(shè)置一半導(dǎo)體元件150于基板110上。在此步驟中，半導(dǎo)體元件150可以一具粘晶作用的膠粘劑(adhesive)粘置于基板110上，且半導(dǎo)體元件150可以是一芯片或者是包含一個(gè)芯片或多個(gè)芯片的封裝單元。在本實(shí)施例中， 半導(dǎo)體元件150以一芯片為例做說明。接著，如圖2C所示，在步驟S105中，形成一絕緣層160于半導(dǎo)體元件150及基板 110上。在此步驟中，絕緣層160為紫外線(UV)固化材料、熱固化材料或是紫外線固化材料與熱固化材料的混合。絕緣層160覆蓋了第一導(dǎo)電柱131的表面，且絕緣層160覆蓋了半導(dǎo)體元件150的上表面150a及側(cè)面150b。也就是說，半導(dǎo)體元件150完全被絕緣層160 及基板110所包覆。然后，如圖2D 圖2E所示，在步驟S106中，形成至少一第二導(dǎo)電柱132、至少一第三導(dǎo)電柱133及一第二圖案化線路122。第二導(dǎo)電柱132貫穿絕緣層160并電連接第一導(dǎo)電柱131，第三導(dǎo)電柱133貫穿絕緣層160并連接半導(dǎo)體元件150，第二圖案化線路122 于絕緣層160上并連接第二導(dǎo)電柱132及第三導(dǎo)電柱133。第二導(dǎo)電柱132及第三導(dǎo)電柱 133的數(shù)量可以是分別是一個(gè)、兩個(gè)或兩個(gè)以上。在本實(shí)施例中，第二導(dǎo)電柱132及第三導(dǎo)電柱133的數(shù)量分別以兩個(gè)為例做說明。在此步驟中，可以先進(jìn)行激光鉆孔、機(jī)械鉆孔或蝕刻鉆孔(如圖2D所示)，再利用電鍍制作工藝同時(shí)形成第二導(dǎo)電柱132、第三導(dǎo)電柱133及第二圖案化線路層122。其中， 本實(shí)施例的第二導(dǎo)電柱體132及第三導(dǎo)電柱體133的材質(zhì)包含銅，第二導(dǎo)電柱132及第三導(dǎo)電柱133可以被填滿銅而成為實(shí)心柱體，或僅有內(nèi)壁被鋪設(shè)銅而成為空心柱體。接著，如圖2F所示，形成第二圖案化線路層122后，也可再鋪設(shè)一第二防焊層142， 并以第二開口 14 暴露部分的第二圖案化線路層122，以形成第二接墊12加。然后，如圖2G所示，在步驟S107及步驟S108中，形成金屬材料(金屬材料為制作工藝中的半成品材料，故未繪示于圖2G)于第二圖案化線路122的第二接墊12 上，并回焊金屬材料，以使金屬材料回焊為一導(dǎo)電凸塊170。其中本實(shí)施例的金屬材料的材質(zhì)包含錫。如圖3所示，其繪示第一實(shí)施例的封裝單元100的示意圖。通過上述步驟即可完成一個(gè)封裝單元100。此封裝單元100包括基板110、第一圖案化線路層121、第一導(dǎo)電柱 131、半導(dǎo)體元件150、絕緣層160、第二導(dǎo)電柱132、第三導(dǎo)電柱133、第二圖案化線路層122 及導(dǎo)電凸塊170。第一圖案化線路層121位于基板110的表面110a。第一導(dǎo)電柱131貫穿基板110，并連接第一圖案化線路層121。半導(dǎo)體元件150設(shè)置于基板110上。絕緣層160 覆蓋半導(dǎo)體元件150及基板110。第二導(dǎo)電柱132貫穿絕緣層160，并電連接第一導(dǎo)電柱 131。第三導(dǎo)電柱131貫穿絕緣層160，并連接半導(dǎo)體元件150。第二圖案化線路層122位于絕緣層160上，并連接第二導(dǎo)電柱132及第三導(dǎo)電柱133。就絕緣層160與半導(dǎo)體元件150的關(guān)系而言，絕緣層160的厚度D160大于半導(dǎo)體元件150的厚度D150，并且絕緣層160包覆半導(dǎo)體元件150的上表面150a及側(cè)面150b，以使半導(dǎo)體元件150的上表面150a被絕緣層160包覆并內(nèi)埋于封裝元件100的內(nèi)部。內(nèi)埋于封裝單元100內(nèi)的半導(dǎo)體元件150可以通過第三導(dǎo)電柱133電連接到第二圖案化線路層122。內(nèi)埋于封裝單元100內(nèi)的半導(dǎo)體元件150更可以通過第三導(dǎo)電柱 133、第二圖案化線路層122、第二導(dǎo)電柱132及第一導(dǎo)電柱131電連接到第一圖案化線路層 121。其中，雖然第一導(dǎo)電柱131及第二導(dǎo)電柱132位于同一直線上，但第一導(dǎo)電柱131 及第二導(dǎo)電柱132分別于步驟S102及S106的兩階段步驟形成，而不是同時(shí)形成。因此，第一導(dǎo)電柱131的長(zhǎng)度L131與第一導(dǎo)電柱131的最小寬度W131的比值(一般稱為深寬比) 可以縮減至10以下(甚至低于2)，第二導(dǎo)電柱132的長(zhǎng)度L132與第二導(dǎo)電柱132的最小寬度W132的比值(一般稱為深寬比)也可以縮減至10以下(甚至低于2)。在深寬比大幅縮減的情況下，電鍍制作工藝變得容易許多，良率也提高許多。就第一導(dǎo)電柱131、第二導(dǎo)電柱132、第三導(dǎo)電柱133與半導(dǎo)體元件150的關(guān)系而言，第一導(dǎo)電柱131及第二導(dǎo)電柱132位于半導(dǎo)體元件150的外圍，第三導(dǎo)電柱133的位置則與半導(dǎo)體元件150的位置重疊。并且，第二導(dǎo)電柱132的長(zhǎng)度L132大于半導(dǎo)體元件150 的厚度D150。另外，就半導(dǎo)體元件150與基板110的關(guān)系而言，半導(dǎo)體元件150設(shè)置于基板110 之外，而不是設(shè)置于基板110的任何凹槽內(nèi)。接著，請(qǐng)參照?qǐng)D4，其繪示第一實(shí)施例的封裝單元100的堆疊結(jié)構(gòu)1000的示意圖。 位于上方的封裝單元100的第一圖案化線路121設(shè)置于位于下方的封裝單元100的導(dǎo)電凸塊171上，使得兩個(gè)封裝單元100可以通過導(dǎo)電凸塊170上下堆疊成一堆疊結(jié)構(gòu)1000。依此類推，兩個(gè)以上的封裝單元100均可上下堆疊成堆疊結(jié)構(gòu)1000。第二實(shí)施例請(qǐng)參照?qǐng)D5及圖6A 圖6H，圖5繪示第二實(shí)施例的封裝單元200 (完整的封裝單元繪示于圖6G)的制造方法的流程圖，圖6A 圖6H繪示圖5的各步驟的流程圖。本實(shí)施例的封裝單元200的制造方法與第一實(shí)施例的封裝單元100的制造方法不同之處在于本實(shí)施例的制造方法更包括步驟S203，并以步驟S207及S208取代步驟S107及S108，其余相同之處不再重復(fù)敘述。此外，如圖6G所示，本實(shí)施例的封裝單元200與第一實(shí)施例的封裝單元100不同之處在于本實(shí)施例的封裝單元200更包括一介金屬層觀0，其余相同之處不再重復(fù)敘述。如圖6A所示，在步驟SlOl及S102之后，進(jìn)入步驟S203。在步驟S203中，形成第一金屬材料281于第一導(dǎo)電柱131上。其中，本實(shí)施例的第一金屬材料的材質(zhì)包括錫。接著，如圖6B 圖6F所示，進(jìn)入步驟S104、S105及S106。在步驟S106中，第二導(dǎo)電柱132形成于第一金屬材料281上。然后，如圖6G所示，在步驟S207及步驟S208中，形成第二金屬材料(第二金屬材料為制作工藝中的半成品，未繪示于圖6G中)于第二圖案化線路122的第二接墊12 上， 并回焊第一金屬材料281 (繪示于圖6A 圖6F)及第二金屬材料(未繪示)，以使第一金屬材料回焊為介金屬層觀0，并使第二金屬材料(未繪示)回焊為導(dǎo)電凸塊170。其中本實(shí)施例的第一金屬材料281 (繪示于圖6A 圖6F)的材質(zhì)包含錫，而第一導(dǎo)電柱131及第二導(dǎo)電柱132的材質(zhì)皆包含銅。相互接觸的錫與銅經(jīng)過回焊后，將會(huì)產(chǎn)生化學(xué)變化而形成 Cu6Sn5或Cu3Sn等錫-銅介金屬化合物。所以，第一導(dǎo)電柱131及第二導(dǎo)電柱132在回焊后將通過介金屬層280來連結(jié)而大幅提升連接強(qiáng)度。接著，請(qǐng)參照?qǐng)D7，其繪示第二實(shí)施例的封裝單元200的堆疊結(jié)構(gòu)2000的示意圖。 如同第一實(shí)施例，本實(shí)施例的兩個(gè)封裝單元200也可以通過導(dǎo)電凸塊170上下堆疊成一堆疊結(jié)構(gòu)200。依此類推，兩個(gè)以上的封裝單元200均可上下堆疊成堆疊結(jié)構(gòu)2000。綜上所述，雖然結(jié)合以上較佳實(shí)施例揭露了本發(fā)明，然而其并非用以限定本發(fā)明。 本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域中熟悉此技術(shù)者，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，可作各種的更動(dòng)與潤(rùn)飾。因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)以附上的權(quán)利要求所界定的為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1.一種封裝單元，至少包括 基板；第一圖案化線路層，位于該基板的一表面；第一導(dǎo)電柱，貫穿該基板，并連接該第一圖案化線路層；半導(dǎo)體元件，設(shè)置于該基板上，該半導(dǎo)體元件包括至少一芯片；絕緣層，覆蓋該半導(dǎo)體元件及該基板；第二導(dǎo)電柱，貫穿該絕緣層，并電連接該第一導(dǎo)電柱；第三導(dǎo)電柱，貫穿該絕緣層，并連接該半導(dǎo)體元件；第二圖案化線路層，位于該絕緣層上，并連接該第二導(dǎo)電柱及該第三導(dǎo)電柱；以及導(dǎo)電凸塊，設(shè)置于該第二圖案化金屬層上。
2.如權(quán)利要求1所述的封裝單元，還至少包括介金屬層，設(shè)置于該第一導(dǎo)電柱及該第二導(dǎo)電柱之間，該第一導(dǎo)電柱的材質(zhì)及該第二導(dǎo)電柱的材質(zhì)皆包含銅，該介金屬層的材質(zhì)包含錫-銅介金屬化合物。
3.如權(quán)利要求1所述的封裝單元，其中該第一導(dǎo)電柱及該第二導(dǎo)電柱位于同一直線上。
4.如權(quán)利要求1所述的封裝單元，其中該第一導(dǎo)電柱及該第二導(dǎo)電柱位于該半導(dǎo)體元件的外圍。
5.如權(quán)利要求1所述的封裝單元，其中該第三導(dǎo)電柱的位置與該半導(dǎo)體元件的位置重疊。
6.如權(quán)利要求1所述的封裝單元，其中該第二導(dǎo)電柱的長(zhǎng)度大于該半導(dǎo)體元件的厚度。
7.如權(quán)利要求1所述的封裝單元，其中該絕緣層的厚度大于該半導(dǎo)體元件的厚度。
8.如權(quán)利要求1項(xiàng)所述的封裝單元，其中該半導(dǎo)體元件設(shè)置于該基板之外。
9.如權(quán)利要求1所述的封裝單元，其中該絕緣層至少包覆該半導(dǎo)體元件的一上表面及一側(cè)面。
10.一種封裝單元的堆疊結(jié)構(gòu)，至少包括 至少兩個(gè)封裝單元，各該封裝單元至少包括 基板；第一圖案化線路層，位于該基板的一表面；第一導(dǎo)電柱，貫穿該基板，并連接該第一圖案化線路層；半導(dǎo)體元件，設(shè)置于該基板上，該半導(dǎo)體元件包括至少一芯片；絕緣層，覆蓋該半導(dǎo)體元件及該基板；第二導(dǎo)電柱，貫穿該絕緣層，并電連接該第一導(dǎo)電柱；第三導(dǎo)電柱，貫穿該絕緣層，并連接該半導(dǎo)體元件；第二圖案化線路層，位于該絕緣層上，并連接該第二導(dǎo)電柱及該第三導(dǎo)電柱；及導(dǎo)電凸塊，設(shè)置于該第二圖案化金屬層上；其中，該些封裝單元的其中之一的該第一圖案化線路設(shè)置于該些封裝單元的其中之另一的該導(dǎo)電凸塊上。
11.一種封裝單元的制造方法，至少包括提供一基板；形成一第一圖案化線路層及一第一導(dǎo)電柱，該第一圖案化線路層設(shè)置于該基板的一表面，該第一導(dǎo)電柱貫穿該基板并連接該第一圖案線路層；設(shè)置一半導(dǎo)體元件于該基板上，該半導(dǎo)體元件包括至少一芯片；形成一絕緣層于該半導(dǎo)體元件及該基板上；以及形成一第二導(dǎo)電柱、一第三導(dǎo)電柱及一第二圖案化線路，該第二導(dǎo)電柱貫穿該絕緣層并電連接該第一導(dǎo)電柱，該第三導(dǎo)電柱貫穿該絕緣層并連接該半導(dǎo)體元件，該第二圖案化線路層設(shè)置于該絕緣層上并連接該第二導(dǎo)電柱及該第三導(dǎo)電柱。
12.如權(quán)利要求11所述的封裝單元的制造方法，還至少包括形成一第一金屬材料于該第一導(dǎo)電柱上，其中在形成該第二導(dǎo)電柱的步驟中，該第二導(dǎo)電柱形成于該第一金屬材料上，且該第一導(dǎo)電柱的材質(zhì)及該第二導(dǎo)電柱的材質(zhì)皆包含銅，該第一金屬材料的材質(zhì)包含錫。
13.如權(quán)利要求12所述的封裝單元的制造方法，還至少包括形成一第二金屬材料于該第二圖案化線路上；以及回焊該第一金屬材料及該第二金屬材料，以使該第一金屬材料回焊為一介金屬層，并使該第二金屬材料回焊為一導(dǎo)電凸塊。
14.如權(quán)利要求13所述的封裝單元的制造方法，其中第一導(dǎo)電柱及該第二導(dǎo)電柱的材質(zhì)包含銅，該第一金屬材料的材質(zhì)包含錫，該介電金屬層的材質(zhì)包含錫-銅介金屬化合物。
15.如權(quán)利要求11所述的封裝單元的制造方法，其中形成該絕緣層、該第二導(dǎo)電柱、該第三導(dǎo)電柱及該第二圖案化線路的該些步驟執(zhí)行于形成該第一圖案化線路及該第一導(dǎo)電柱的該些步驟之后。
全文摘要
本發(fā)明公開一種封裝單元及其堆疊結(jié)構(gòu)與制造方法，其包括提供一基板；形成一第一圖案化線路層及一第一導(dǎo)電柱，第一圖案化線路層設(shè)置于基板的一表面，第一導(dǎo)電柱貫穿基板并連接第一圖案線路層；設(shè)置一半導(dǎo)體元件于基板上，半導(dǎo)體元件包括至少一芯片；形成一絕緣層于半導(dǎo)體元件及基板上；形成一第二導(dǎo)電柱、一第三導(dǎo)電柱及一第二圖案化線路，第二導(dǎo)電柱貫穿絕緣層并電連接第一導(dǎo)電柱，第三導(dǎo)電柱貫穿絕緣層并連接半導(dǎo)體元件，第二圖案化線路層設(shè)置于絕緣層上并連接第二導(dǎo)電柱及第三導(dǎo)電柱。
文檔編號(hào)H01L23/485GK102446884SQ20111026292
公開日2012年5月9日 申請(qǐng)日期2011年9月7日 優(yōu)先權(quán)日2010年10月13日
發(fā)明者張道智, 洪英博 申請(qǐng)人:財(cái)團(tuán)法人工業(yè)技術(shù)研究院