集成無源器件晶圓級(jí)封裝三維堆疊結(jié)構(gòu)及制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種集成無源器件晶圓級(jí)封裝三維堆疊結(jié)構(gòu)及制作方法，包括晶圓級(jí)封裝芯片和IPD芯片；所述IPD芯片包括玻璃基板，玻璃基板正面設(shè)置IPD器件和金屬布線層；在所述玻璃基板的背面刻蝕形成TGV孔，在玻璃基板的背面和TGV孔內(nèi)表面設(shè)置背面金屬布線層，在背面金屬布線層的焊盤上設(shè)置焊球，焊球與PCB板連接。所述三維堆疊結(jié)構(gòu)的制作方法，包括以下步驟：（1）將晶圓級(jí)封裝芯片和玻璃基板的IPD芯片進(jìn)行堆疊；（2）在IPD芯片背面刻蝕TGV孔，在玻璃基板背面制作背面金屬布線層；（3）將背面金屬布線層刻蝕成絕緣的兩部分；在兩部分背面金屬布線層上制作焊盤和焊球，通過焊球連接PCB板。本發(fā)明實(shí)現(xiàn)芯片和IPD器件之間的短距離互連，提升了電學(xué)質(zhì)量。
【專利說明】集成無源器件晶圓級(jí)封裝三維堆疊結(jié)構(gòu)及制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種晶圓級(jí)封裝三維堆疊結(jié)構(gòu)，尤其是一種集成無源器件晶圓級(jí)封裝三維堆疊結(jié)構(gòu)及制作方法，屬于高密度電子封裝【技術(shù)領(lǐng)域】。
【背景技術(shù)】
[0002]晶圓級(jí)封裝與傳統(tǒng)的封裝方式不同在于，傳統(tǒng)的芯片封裝是先切割再封測(cè)，封裝后的面積比原芯片尺寸至少增加20%;而晶圓級(jí)封裝則是先在整片晶圓上進(jìn)行封裝和測(cè)試，然后再劃片分割，因此，封裝后的體積與裸芯片尺寸相同，能大幅降低封裝后的芯片尺寸。晶圓級(jí)芯片封裝提供可以替代當(dāng)前的焊線BGA(Ball Grid Array,球柵陣列結(jié)構(gòu)的PCB)和倒裝芯片BGA封裝的低成本、高性能集成封裝。晶圓級(jí)封裝的信號(hào)、電力和地線的布線直接通過晶圓級(jí)RDL (再布線層)工藝實(shí)現(xiàn)，不再需要晶圓凸點(diǎn)制備和封裝基板，從而降低封裝成本，并且可以提供優(yōu)于傳統(tǒng)焊線BGA和倒裝芯片BGA封裝的電學(xué)功能。
[0003]薄膜集成無源技術(shù)通常能提供最優(yōu)良的功能密度，以及最高集成度和最小體積。然而，傳統(tǒng)薄膜集成無源被動(dòng)器件將金屬沉積在Si晶圓上，在高頻電路中，半導(dǎo)體襯底Si會(huì)產(chǎn)生高頻渦流現(xiàn)象，導(dǎo)致電路的性能降低，無法滿足高頻電路、特別是RF (射頻)器件的性能要求。而玻璃襯底上集成無源被動(dòng)器件，可以解決Si集成無源器件中遇到的電容品質(zhì)因數(shù)Q值較低、電感帶寬較窄以及高頻渦流問題，滿足高頻電路、特別是RF器件的性能要求。
[0004]現(xiàn)有技術(shù)中，晶圓級(jí)芯片封裝和薄膜集成無源被動(dòng)器件最大的不足之處是集成度較低。一般情況下，晶圓級(jí)芯片封裝不集成無源被動(dòng)器件，與其匹配的無源器件占據(jù)了約80%的電路板面積和70%的產(chǎn)品組裝成本。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，提供一種集成無源器件晶圓級(jí)封裝三維堆疊結(jié)構(gòu)及制作方法，將晶圓級(jí)芯片封裝和玻璃集成無源被動(dòng)器件(IPD)通過晶圓級(jí)鍵合工藝粘接在一起，實(shí)現(xiàn)芯片和iro器件之間的短距離互連，提升了電學(xué)質(zhì)量。
[0006]按照本發(fā)明提供的技術(shù)方案，所述集成無源器件晶圓級(jí)封裝三維堆疊結(jié)構(gòu)，包括晶圓級(jí)封裝芯片和iro芯片；其特征是:所述iro芯片包括玻璃基板，在玻璃基板的正面設(shè)置iro器件和連接iro器件的金屬布線層，金屬布線層與晶圓級(jí)封裝芯片的芯片信號(hào)端口連接；在所述玻璃基板的背面刻蝕形成TGV孔，TGV孔直達(dá)金屬布線層；在所述玻璃基板的背面和TGV孔的內(nèi)表面設(shè)置背面金屬布線層，背面金屬布線層分為相互絕緣的兩部分，該兩部分背面金屬布線層分別與金屬布線層連接，并分別在兩部分背面金屬布線層的焊盤上設(shè)置焊球，焊球與PCB板連接。
[0007]所述玻璃基板的熱膨脹系數(shù)大于硅基板、小于PCB板。
[0008]所述IPD器件和金屬布線層與IPD芯片的正面平齊。
[0009]所述集成無源器件晶圓級(jí)封裝三維堆疊結(jié)構(gòu)的制作方法，其特征是，包括以下步驟: (1)將晶圓級(jí)封裝芯片和玻璃基板的Iro芯片進(jìn)行堆疊，iro芯片正面的金屬布線層與晶圓級(jí)封裝芯片的芯片信號(hào)端口連接；
(2)在IPD芯片的背面刻蝕得到TGV孔，TGV孔由玻璃基板的背面刻蝕至正面的金屬布線層；
(3)在玻璃基板的背面濺射金屬，在玻璃基板的背面、TGV孔的內(nèi)表面得到背面金屬布線層；
(4)對(duì)背面金屬布線層進(jìn)行刻蝕，將背面金屬布線層刻蝕成相互絕緣的兩部分；
(5)在兩部分絕緣的背面金屬布線層上分別制作焊盤，在焊盤上分別制作焊球；
(6)將上述結(jié)構(gòu)通過焊球與PCB板進(jìn)行互連，完成集成無源器件晶圓級(jí)封裝三維堆疊結(jié)構(gòu)的制作。
[0010]本發(fā)明為晶圓級(jí)芯片封裝和薄膜集成無源被動(dòng)器件的三維集成提供了一套高效解決方案，是電子產(chǎn)品持續(xù)縮小尺寸、增加功能的解決方案之一，符合便攜式電子產(chǎn)品“更快、更小、更輕”的趨勢(shì)，且性價(jià)比不斷提高。本發(fā)明實(shí)現(xiàn)芯片和無源被動(dòng)集成器件(iro)之間的短距離互連，提升了電學(xué)質(zhì)量；同時(shí)，玻璃集成無源被動(dòng)器件較Si集成無源被動(dòng)器件的諧振電路品質(zhì)因素Q值有極大的提升；并且，玻璃iro芯片的熱膨脹系數(shù)介于Si芯片和PCB載板之間(熱膨脹系數(shù)SK玻璃〈PCB)，本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了熱膨脹系數(shù)在封裝體Z方向上的逐級(jí)放大，為最上層的Si芯片提供了很好的應(yīng)力緩沖保護(hù)作用。本發(fā)明的實(shí)施符合電子產(chǎn)品發(fā)展的趨勢(shì)，與現(xiàn)有生產(chǎn)技術(shù)匹配，是一套緊湊尺寸高可靠性的三維集成方案。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0011]圖1?圖6為本發(fā)明所述三維堆疊結(jié)構(gòu)的制造過程的示意圖。
[0012]圖1為晶圓級(jí)封裝芯片與IPD芯片堆置的不意圖。
[0013]圖2為在IPD芯片上制作TGV孔的示意圖。
[0014]圖3為在玻璃基板背面制作背面金屬布線層的示意圖。
[0015]圖4為對(duì)背面金屬布線層進(jìn)行刻蝕的示意圖。
[0016]圖5為制作焊球的示意圖。
[0017]圖6為本發(fā)明所述集成無源器件晶圓級(jí)封裝三維堆疊結(jié)構(gòu)的示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0018]下面結(jié)合具體附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明。
[0019]如圖6所示:所述集成無源器件晶圓級(jí)封裝三維堆疊結(jié)構(gòu)包括PCB板1、晶圓級(jí)封裝芯片2、IPD芯片3、玻璃基板4、IPD器件5、金屬布線層6、TGV孔7、背面金屬布線層8、焊盤9、焊球10、芯片信號(hào)端口 11等。
[0020]如圖6所示，本發(fā)明所述三維堆疊結(jié)構(gòu)封裝于PCB板I上，包括晶圓級(jí)封裝芯片2和iro芯片3;所述iro芯片3包括玻璃基板4，在玻璃基板4的正面設(shè)置iro器件5和連接iro器件5的金屬布線層6，IPD器件5和金屬布線層6與iro芯片I的正面平齊，金屬布線層6與晶圓級(jí)封裝芯片2的芯片信號(hào)端口 11連接；在所述玻璃基板4的背面刻蝕形成TGV孔7，TGV孔7直達(dá)金屬布線層6 ;在所述玻璃基板4的背面和TGV孔7的內(nèi)表面設(shè)置背面金屬布線層8，背面金屬布線層8分為相互絕緣的兩部分，該兩部分背面金屬布線層8分別與金屬布線層6連接，并分別在兩部分背面金屬布線層8的焊盤9上設(shè)置焊球10，焊球10與PCB板I連接；
所述玻璃基板4的熱膨脹系數(shù)大于硅基板、小于PCB板I，在本發(fā)明的三維堆疊結(jié)構(gòu)中，實(shí)現(xiàn)了熱膨脹系統(tǒng)在封裝體Z方向上的逐級(jí)放大，為最上層的硅芯片提供了很好的應(yīng)力緩沖保護(hù)作用。
[0021]如圖1?圖6所示，本發(fā)明所述集成無源器件晶圓級(jí)封裝三維堆疊結(jié)構(gòu)的制作方法，包括以下步驟:
(1)如圖1所示，將晶圓級(jí)封裝芯片2和玻璃基板4的IPD芯片3進(jìn)行堆疊，IPD芯片3正面的金屬布線層6與晶圓級(jí)封裝芯片2的芯片信號(hào)端口 11連接，實(shí)現(xiàn)IB)芯片3和晶圓級(jí)封裝芯片2之間的信號(hào)連接；
(2)如圖2所示，在IB)芯片3的背面刻蝕得到TGV(Through Glass Via)孔7，TGV孔7由玻璃基板4的背面刻蝕至正面的金屬布線層6 ；
(3)如圖3所示，在玻璃基板4的背面濺射金屬，如銅或鎢等，在玻璃基板4的背面、TGV孔7的內(nèi)表面得到背面金屬布線層8，背面金屬布線層8的厚度為I?30微米；
(4)如圖4所示，對(duì)背面金屬布線層8進(jìn)行刻蝕，將背面金屬布線層8刻蝕成相互絕緣的兩部分；所述兩部分背面金屬布線層8的作用是將TGV孔重新分配到其它位置，以方便與PCB板I進(jìn)行互連；
(5)如圖5所示，在兩部分絕緣的背面金屬布線層8上分別制作焊盤9，在焊盤9上分別制作焊球10，實(shí)現(xiàn)與外部的功能連接；
(6)如圖6所示，將上述結(jié)構(gòu)通過焊球10與PCB板I進(jìn)行互連，完成集成無源器件晶圓級(jí)封裝三維堆疊結(jié)構(gòu)的制作。
【權(quán)利要求】
1.一種集成無源器件晶圓級(jí)封裝三維堆疊結(jié)構(gòu)，包括晶圓級(jí)封裝芯片(2)和iro芯片(3);其特征是:所述iro芯片(3)包括玻璃基板(4)，在玻璃基板(4)的正面設(shè)置iro器件(5)和連接Iro器件(5)的金屬布線層(6)，金屬布線層(6)與晶圓級(jí)封裝芯片(2)的芯片信號(hào)端口(11)連接；在所述玻璃基板(4)的背面刻蝕形成TGV孔(7)，TGV孔(7)直達(dá)金屬布線層(6);在所述玻璃基板(4)的背面和TGV孔(7)的內(nèi)表面設(shè)置背面金屬布線層(8)，背面金屬布線層(8)分為相互絕緣的兩部分，該兩部分背面金屬布線層(8)分別與金屬布線層(6)連接，并分別在兩部分背面金屬布線層(8)的焊盤(9)上設(shè)置焊球(10)，焊球(10)與PCB板(I)連接。
2.如權(quán)利要求1所述的集成無源器件晶圓級(jí)封裝三維堆疊結(jié)構(gòu)，其特征是:所述玻璃基板(4)的熱膨脹系數(shù)大于娃基板、小于PCB板(I)。
3.如權(quán)利要求1所述的集成無源器件晶圓級(jí)封裝三維堆疊結(jié)構(gòu)，其特征是:所述IPD器件(5)和金屬布線層(6)與iro芯片(I)的正面平齊。
4.一種集成無源器件晶圓級(jí)封裝三維堆疊結(jié)構(gòu)的制作方法，其特征是，包括以下步驟: (1)將晶圓級(jí)封裝芯片(2)和玻璃基板(4)的iro芯片(3)進(jìn)行堆疊，iro芯片(3)正面的金屬布線層(6)與晶圓級(jí)封裝芯片(2)的芯片信號(hào)端口(11)連接； (2)在Iro芯片(3)的背面刻蝕得到TGV孔(7)，TGV孔(7)由玻璃基板(4)的背面刻蝕至正面的金屬布線層(6); (3)在玻璃基板(4)的背面濺射金屬，在玻璃基板(4)的背面、TGV孔(7)的內(nèi)表面得到背面金屬布線層(8); (4)對(duì)背面金屬布線層(8)進(jìn)行刻蝕，將背面金屬布線層(8)刻蝕成相互絕緣的兩部分； (5)在兩部分絕緣的背面金屬布線層(8)上分別制作焊盤(9)，在焊盤(9)上分別制作焊球(10)； (6)將上述結(jié)構(gòu)通過焊球(10)與PCB板(I)進(jìn)行互連，完成集成無源器件晶圓級(jí)封裝三維堆疊結(jié)構(gòu)的制作。
【文檔編號(hào)】H01L25/16GK104009014SQ201410173160
【公開日】2014年8月27日 申請(qǐng)日期:2014年4月26日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月26日
【發(fā)明者】何洪文, 孫鵬 申請(qǐng)人:華進(jìn)半導(dǎo)體封裝先導(dǎo)技術(shù)研發(fā)中心有限公司