專利名稱：多芯片系統(tǒng)級封裝結(jié)構(gòu)的制作方法
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，研究人員通過發(fā)展新技術(shù)、新材料、新設(shè)計方法，研發(fā)出了先進的封裝形式來延續(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.ro、3D封裝形式，將芯片集成于硅轉(zhuǎn)接板上，通過轉(zhuǎn)接板進行扇出和芯片互聯(lián)，可有效改善封裝體的散熱、降低信號之間的串?dāng)_等問題。在先進的封裝形式中，常需要將多個芯片集成于一個封裝體中，如將微處理器芯片和flash程序存儲芯片、圖形處理器(GPU)和隨機存儲器(RAM)集成到一個轉(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 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鍵合到承載晶圓上，然后完成多個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)接板芯片如何進行拿持是該方法中的一個工藝難題。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行，導(dǎo)致了較低的產(chǎn)品良率；同時，實際的封裝工藝中，由于待封裝的多個芯片其凸點節(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:
O 利用粘結(jié)劑將具有垂直硅通孔和凸點結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)接板晶圓臨時鍵合到承載晶圓上;
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械系統(tǒng)(MEMS)、CMOS圖像傳感器、存儲器芯片。本發(fā)明的優(yōu)點是:本發(fā)明用于實現(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；在大尺寸芯片與轉(zhuǎn)接板完成電氣互連后即進行一次電性能測試，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。


圖1是帶有TSV和凸點結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)接板晶圓剖面圖。圖2是完成轉(zhuǎn)接板晶圓和承載晶圓臨時鍵合的不意圖。圖3是將大尺寸芯片倒裝在轉(zhuǎn)接板晶圓上的示意圖。圖4是完成轉(zhuǎn)接板晶圓和承載晶圓拆鍵合后的不意圖。圖5是將小尺寸芯片倒裝到轉(zhuǎn)接板芯片上的示意圖。圖6是將轉(zhuǎn)接板芯片與基板互連的示意圖。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步說明。本發(fā)明涉及的封裝結(jié)構(gòu)包括:
具有TSV硅通孔2和凸點3結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)接板晶圓1，如圖1所示，轉(zhuǎn)接板晶圓I下方為BGA(Ball Grid Array)焊點4 ;TSV通孔金屬化填充結(jié)構(gòu)的填充材料可以為銅或鶴中的一種；
至少兩類待組裝的芯片，其中一類為大尺寸芯片7，另一類為小尺寸芯片或小尺寸芯片堆疊8，如圖5所示；
大尺寸芯片7倒裝到轉(zhuǎn)接板晶圓I上；
轉(zhuǎn)接板晶圓I切片成轉(zhuǎn)接板芯片后，小尺寸芯片或小尺寸芯片堆疊8安裝到已完成一次封裝的轉(zhuǎn)接板芯片上。本發(fā)明的多芯片系統(tǒng)級封裝結(jié)構(gòu)的制作方法，其實施流程如下:
1、如圖2所示，利用粘結(jié)劑5將具有垂直硅通孔2和凸點3結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)接板晶圓I臨時鍵合到承載晶圓6上；
2、如圖3所示，將大尺寸芯片7倒裝在轉(zhuǎn)接板晶圓I的第一表面的相應(yīng)位置上，以回流或熱壓鍵合方式完成兩者的電氣互連；
3、如圖4所示，完成轉(zhuǎn)接板晶圓I和承載晶圓6的拆鍵合，移除承載晶圓6，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)進行第一次電性能測試；
5、將帶有單顆大尺寸芯片7的轉(zhuǎn)接板晶圓I切割成單顆芯片，稱為轉(zhuǎn)接板芯片，轉(zhuǎn)接板晶圓I的第一表面也就是轉(zhuǎn)接板芯片的第一表面；
6、如圖5所示，將小尺寸芯片或小尺寸芯片堆疊8倒裝到電性能良好的轉(zhuǎn)接板芯片的第一表面的相應(yīng)位置上，回流(或熱壓鍵合)完成兩者的電氣互連；
7、對步驟6形成的轉(zhuǎn)接板芯片封裝結(jié)構(gòu)進行第二次電性能測試；
8、如圖6所示，將電性能良好的轉(zhuǎn)接板芯片的第二表面放置在基板上，回流完成轉(zhuǎn)接板和基板9的互連，形成最終的封裝結(jié)構(gòu)。本發(fā)明所述的大尺寸芯片7面積大于小尺寸芯片8。如:大尺寸芯片7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。小尺寸芯片可以為微機械系統(tǒng)(MEMS)、CMOS圖像傳感器、存儲器芯片。本發(fā)明首先將大尺寸芯片7與轉(zhuǎn)接板晶圓I完成互連，小尺寸芯片或小尺寸芯片堆疊8與切割后的單顆轉(zhuǎn)接板芯片互連。大尺寸芯片7與轉(zhuǎn)接板晶圓I完成互連后，對轉(zhuǎn)接板芯片封裝結(jié)構(gòu)進行第一次電性能測試；小尺寸芯片或小尺寸芯片堆疊8與轉(zhuǎn)接板芯片互連后，對封裝結(jié)構(gòu)進行第二次電性能測試。該制作方法避免了超薄的硅轉(zhuǎn)接板不易拿持的問題，并顯著提高了封裝效率和產(chǎn)品的良率，降低了生產(chǎn)成本。
權(quán)利要求
1.多芯片系統(tǒng)級封裝結(jié)構(gòu)的制作方法，其特征是，包括以下步驟: O利用粘結(jié)劑將具有垂直硅通孔(2)和凸點(3)結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)接板晶圓(I)臨時鍵合到承載晶圓(6)上； 2)將大尺寸芯片(7)倒裝在轉(zhuǎn)接板晶圓(I)的第一表面并完成互連； 3)完成轉(zhuǎn)接板晶圓(I)和承載晶圓(6)的拆鍵合，移除承載晶圓(6)，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)進行第一次電性能測試； 5)將帶有單顆大尺寸芯片(7)的轉(zhuǎn)接板晶圓(I)切割成單顆芯片，稱為轉(zhuǎn)接板芯片，轉(zhuǎn)接板晶圓(I)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(8)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(9)互連，形成最終的封裝結(jié)構(gòu)。
2.如權(quán)利要求1所述多芯片系統(tǒng)級封裝結(jié)構(gòu)的制作方法，其特征是，所述大尺寸芯片(7)通過回流或熱壓鍵合的方式完成與轉(zhuǎn)接板晶圓(I)的電氣互連；所述小尺寸芯片或小尺寸芯片堆疊(8)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。
3.如權(quán)利要求1所述多芯片系統(tǒng)級封裝結(jié)構(gòu)的制作方法，其特征是，所述轉(zhuǎn)接板晶圓(I)帶有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。
4.如權(quán)利要求1所述多芯片系統(tǒng)級封裝結(jié)構(gòu)的制作方法，其特征是，所述大尺寸芯片為中央處理器、微處理器、圖形處理器、數(shù)字信號處理器或射頻收發(fā)器。
5.如權(quán)利要求1所述多芯片系統(tǒng)級封裝結(jié)構(gòu)的制作方法，其特征是，所述小尺寸芯片為微機械系統(tǒng)MEMS、CMOS圖像傳感器或存儲器芯片。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種多芯片系統(tǒng)級封裝結(jié)構(gòu)的制作方法，該結(jié)構(gòu)包括具有TSV硅通孔和凸點結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)接板芯片，一個大尺寸芯片和多個小尺寸芯片或小尺寸芯片的堆疊。本發(fā)明將單顆大芯片倒裝連接至轉(zhuǎn)接板晶圓；再經(jīng)轉(zhuǎn)接板晶圓切割、電性能測試；小尺寸芯片或小尺寸芯片堆疊與轉(zhuǎn)接板芯片互連；再次對轉(zhuǎn)接板封裝結(jié)構(gòu)進行電性能測試；轉(zhuǎn)接板封裝結(jié)構(gòu)與基板互連，形成最終的封裝結(jié)構(gòu)。其優(yōu)點是本發(fā)明的制作方法避免了超薄的硅轉(zhuǎn)接板不易拿持的問題，并顯著提高了封裝效率和產(chǎn)品的良率，降低了生產(chǎn)成本。
文檔編號H01L21/60GK103165479SQ201310067499
公開日2013年6月19日 申請日期2013年3月4日 優(yōu)先權(quán)日2013年3月4日
發(fā)明者于大全, 劉海燕 申請人:江蘇物聯(lián)網(wǎng)研究發(fā)展中心