一種芯片傾斜堆疊的圓片級封裝單元的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種芯片傾斜堆疊的圓片級封裝單元，包括水平芯片、第一傾斜芯片、第二傾斜芯片、粘結Chip0、Chip1和Chip2的芯片貼膜DAF或膠膜FOW、包裹水平芯片、第一傾斜芯片和第二傾斜芯片的硅膠層、重布線層、連接芯片焊盤和重布線層層的通孔、金屬插塞及金屬焊盤、金屬焊球，支撐硅膠層形成重構晶圓的合金層及用于激光打標的覆蓋層，第一傾斜芯片傾斜放置在水平芯片上，第二傾斜芯片平行放置在第一傾斜芯片上，所有芯片焊盤均通過金屬插塞和金屬焊盤與重布線層相連，并由硅膠層包裹在同一個封裝體內。本實用新型還公開了芯片傾斜堆疊的圓片級封裝方法。本實用新型能夠實現多功能芯片的WLP封裝，并縮小封裝尺寸和降低封裝成本。
【專利說明】—種芯片傾斜堆疊的圓片級封裝單元
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及半導體封裝領域，尤其涉及一種芯片傾斜堆疊的圓片級封裝單
J Li ο
【背景技術】
[0002]圓片級封裝(WLP,Wafer Level Package)，是目前最先進的封裝技術之一。WLP技術分為扇入型圓片級封裝(FIWLP，Fan-1n WLP)和扇出型圓片級封裝(FOWLP，Fan-out WLP)兩種，其中FIWLP較適合管腳數較低的芯片封裝，例如圖像傳感器，FOffLP則更為適合高管腳的芯片封裝，例如基帶芯片。根據Yole development的預測，FIWLP的市場將以12%的年復合增長率持續(xù)增長，而FOWLP自2015起將迎來爆發(fā)式增長，市場年復合增長率高達28%。在消費電子產品及現代物聯(lián)網技術的推動下，要求應用芯片向著更加“短小輕薄”的方向發(fā)展。與此同時，隨著芯片管腳數的增加和功能的集成，WLP將逐漸向多芯片封裝(MCP)和堆疊封裝(POP等)方向發(fā)展。其中，基于多芯片的WLP封裝，隨著芯片數量的增加，封裝的尺寸會迅速的增長，以至于封裝的技術挑戰(zhàn)和成本難以承受；此外，基于堆疊的WLP封裝，強烈的依賴于先進的微Bump技術、2.5D interposer和TSV技術的發(fā)展,成本控制還面臨極大的挑戰(zhàn)。
實用新型內容
[0003]為了克服現有技術中存在的不足，本實用新型提供一種芯片傾斜堆疊的圓片級封裝單元，能夠實現多功能芯片的WLP封裝，并縮小封裝尺寸和降低封裝成本。
[0004]為實現上述目的，本實用新型采取如下技術方案:
[0005]一種芯片傾斜堆疊的圓片級封裝單元，包括N個封裝芯片，分別為水平芯片ChipO、第一傾斜芯片Chipl、第二傾斜芯片Chip2……第N-1傾斜芯片ChipN-Ι，且N彡3，其中水平芯片ChipO水平放置，第一傾斜芯片Chipl傾斜搭在水平芯片ChipO —條邊上，第二傾斜芯片Chip2平行交錯放置在第一傾斜芯片Chipl上，以此類推，后續(xù)傾斜芯片均與其前一個芯片平行交錯放置。
[0006]更進一步的，該封裝單元還包括重布線層、硅膠層、合金層和覆蓋層，N個封裝芯片的芯片焊盤均通過金屬插塞、金屬焊盤與重布線層相接，所述重布線層設有金屬焊球與外部電路進行電氣連接；所述N個封裝芯片通過DAF膠膜或FOW膠膜粘結為一體后由硅膠Silicone包裹在硅膠層內；所述硅膠層上設有支撐硅膠層形成重構晶圓的合金層，所述合金層上設有用于激光打標的覆蓋層。
[0007]更進一步的，所述N個封裝芯片的芯片焊盤相連接的金屬焊盤處于同一水平面上;
[0008]更進一步的，金屬插塞和金屬焊盤由Cu、N1、Al、Au、Ag、W金屬，或者其中二種以上金屬組成的合金制成；所述金屬插塞、金屬焊盤通過物理氣相淀積PVD、電鍍或化學鍍方法形成。
[0009]更進一步的，所述N個封裝芯片中傾斜芯片的芯片焊盤均在芯片設計中用重新布線RDL方法布局在了傾斜芯片的一側。
[0010]更進一步的，所述水平芯片ChipO的多條邊上均放置傾斜芯片，且每邊放置的傾斜芯片的數量大于2。
[0011]本實用新型還提供一種用于制作所述芯片傾斜堆疊的圓片級封裝單元的封裝方法，包括如下步驟:
[0012](I)提供圓片級芯片載板、圓片級玻璃載板、合金板和若干組封裝芯片單元，每組封裝芯片單元包括N個封裝芯片，分別為水平芯片ChipO、第一傾斜芯片Chipl、第二傾斜芯片Chip2……第N-1傾斜芯片ChipN-Ι，且N彡3 ；
[0013](2)在圓片級芯片載板表面粘貼PET膠膜；
[0014](3)將每組封裝芯片單元中背面帶有DAF或FOW膠膜的封裝芯片依次粘貼到圓片級芯片載板上，其中水平芯片ChipO水平放置，第一傾斜芯片Chipl傾斜搭在水平芯片ChipO 一條邊上，第二傾斜芯片Chip2平行交錯放置在第一傾斜芯片Chipl上，以此類推，后續(xù)傾斜芯片均與其前一個芯片平行交錯放置，形成傾斜堆疊結構；
[0015](4)在圓片級芯片載板上表面，自上而下對步驟(3)形成的傾斜堆疊結構施加壓力，去除封裝芯片底部與圓片芯片載板之間和所有封裝芯片之間的氣泡；
[0016](5)在圓片級芯片載板上表面刷硅膠，形成硅膠層，使其覆蓋所有封裝芯片單元；
[0017](6)在硅膠層上安裝合金板，作為合金層，并在真空環(huán)境下按壓硅膠層，去除硅膠層中的氣泡，以使硅膠均勻分布，且表面平整；
[0018](7)固化硅膠層并去除圓片級芯片載板和PET膠膜，完成晶圓重構；
[0019](8)將重構好的晶圓，以合金層為結合面貼裝在圓片級玻璃載板上；
[0020](9 )在DAF或FOW膠膜上形成通孔至所有封裝芯片芯片焊盤表面，隨后填充通孔形成金屬插塞，使金屬插塞一端與芯片焊盤相接，然后在金屬插塞另一端形成金屬焊盤；
[0021](10)采用重布線技術RDL對金屬焊盤進行重新布局，形成重布線層，去除圓片級玻璃載板，并在合金層表面制作用于激光打標的覆蓋層，最后進行激光打標、植球和切單，形成芯片傾斜堆疊的圓片級封裝單元。
[0022]更進一步的，所述若干組封裝芯片單元中的傾斜芯片的芯片焊盤均在芯片設計中用重新布線RDL方法布局在了傾斜芯片的一側；所述重布線層的制作工序，是在步驟(9)所有芯片焊盤的通孔、金屬插塞和金屬焊盤完成后同步進行。
[0023]更進一步的，所述通孔通過干法刻蝕或激光鉆孔方式形成；所述金屬插塞和金屬焊盤通過物理氣相淀積PVD、電鍍或化學鍍方法形成；所述通孔、金屬插塞和金屬焊盤的形成按照芯片焊盤表面的DAF或FOW膠膜膜厚不同分別形成。
[0024]更進一步的，所述封裝芯片單元中水平芯片ChipO的多條邊上均放置傾斜芯片，且每邊放置的傾斜芯片的數量大于2。
[0025]有益效果:本實用新型提供的這種一種芯片傾斜堆疊的圓片級封裝單元及封裝方法，采用傾斜堆疊和圓片級封裝的方式，將多個芯片集成在一個封裝體內。這種芯片傾斜堆疊的圓片級封裝結構及封裝方法相比于現有多芯片封裝，封裝尺寸較??；相比于現有先進的堆疊封裝，成本較低，即實現了多個功能芯片的集成封裝，同時減小了封裝的體積和封裝成本。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0026]圖1為本實用新型提供的圓片級封裝單元示意圖。
[0027]圖2為本實用新型提供的傾斜芯片重布線層RDL前后的剖面及表面示意圖。
[0028]圖3為本實用新型提供的多邊傾斜堆疊結構示意圖。
[0029]圖4為本實用新型提供的圓片級封裝流程ChipO、Chipl和Chip2貼裝在圓片級載板上的示意圖。
[0030]圖5為本實用新型提供的圓片級封裝流程刷硅膠后的示意圖。
[0031]圖6為本實用新型提供的圓片級封裝流程安裝合金層后的示意圖。
[0032]圖7為本實用新型提供的圓片級封裝流程硅膠固化并拆除載板后的示意圖。
[0033]圖8為本實用新型提供的圓片級封裝流程重構晶圓背面貼裝玻璃載板后的示意圖。
[0034]圖9為本實用新型提供的圓片級封裝流程在DAF或FOW膠膜上打孔并填充金屬后的示意圖。
[0035]圖10為本實用新型提供的圓片級封裝流程ChipO、Chipl和Chip2所有金屬焊盤重布線后的示意圖。
[0036]圖11為本實用新型提供的貼裝完覆蓋層并完成激光打標、植球和切單的示意圖。
[0037]圖12為本實用新型提供的若干組圓片級封裝單元在圓形載板上布局示意圖。
[0038]圖13為本實用新型提供的若干組圓片級封裝單元在圓形載板上刷硅膠包裹所有芯片的示意圖。
[0039]圖14是本實用新型提供的若干組圓片級封裝單元在方形載板上布局示意圖。
[0040]圖15是本實用新型提供的若干組圓片級封裝單元在方形載板上刷硅膠包裹所有芯片的不意圖。
【具體實施方式】
[0041]下面結合附圖對本實用新型作更進一步的說明。
[0042]如圖1所示，本實用新型提供的一種芯片傾斜堆疊的圓片級封裝單元，包括N(N >3)個封裝芯片，分別為水平芯片ChipO、第一傾斜芯片Chipl、第二傾斜芯片Chip2……第N-1傾斜芯片ChipN-Ι，其中水平芯片ChipO水平放置，第一傾斜芯片Chipl傾斜搭在水平芯片ChipO —條邊上，第二傾斜芯片Chip2平行放置在Chipl傾斜面上，且平行方向上相互交錯設置，然后以此類推，后續(xù)所有傾斜芯片均與其前一個芯片平行交錯放置，形成所有封裝芯片的傾斜堆疊結構。為便于描述，下面以三個封裝芯片(水平芯片ChipO、第一傾斜芯片Chipl、第二傾斜芯片Chip2)的堆疊結構為例進行說明。
[0043]如圖2所示，所有傾斜芯片(Chipl和Chip2)的芯片焊盤(PAD) 9的位置，均在芯片設計中用重新布線RDL方法，布局在了芯片的一側，在傾斜芯片平行交錯放置時，芯片焊盤9露出，沒有芯片焊盤9的一側與前一傾斜芯片傾斜面貼合。
[0044]本實用新型提供的封裝單元所有封裝芯片的芯片焊盤9均通過金屬插塞1、金屬焊盤(PAD) 2與重布線層(RDL) 3相接，重布線層3設有金屬焊球4與外部電路進行電氣連接。所有封裝芯片通過DAF (Die Attach Film)膠膜5或FOW (Film Over Wire)膠膜5粘結為一體后由娃膠Silicone包裹在娃膠層6內，娃膠層6上設有支撐娃膠層6形成重構晶圓的合金層7 (Alloy)及用于激光打標的覆蓋層8 (Cover layer)。
[0045]作為本實用新型的另一優(yōu)選實施例，在水平芯片的多條邊上均放置傾斜芯片，且這些邊上放置的傾斜芯片的數量至少大于2片，如圖3所示，進一步的減小封裝的體積和封裝成本。
[0046]本實用新型還提供一種芯片傾斜堆疊的圓片級封裝方法，用于制作上述圓片級封裝單元，包括如下步驟:
[0047](I)提供圓片級芯片載板10，若干組封裝芯片單元:包括水平芯片ChipO、第一傾斜芯片Chipl、第二傾斜芯片Chip2，圓片級玻璃載板12，合金板；其中，傾斜芯片(第一傾斜芯片Chipl和第二傾斜芯片Chip2)的所有芯片焊盤9的位置，均在芯片設計中或用重布線層3方法，布局在了芯片的一側；圓片級芯片載板10的形狀可以是圓形也可以是方形。
[0048](2)在圓片級芯片載板10表面粘貼PET (Polyester Film)膠膜11。
[0049](3)如圖4所示，將背面帶有DAF或FOW膠膜5的封裝芯片Chip0、Chipl和Chip2依次粘貼到載板上，其中水平芯片ChipO水平放置，第一傾斜芯片Chipl傾斜放置在水平芯片ChipO的一條邊上，底端放置在圓片級芯片載板10上，第二傾斜芯片Chip2平行交錯放置在Chipl表面上；即上層芯片與下層芯片之間的位置相互錯開，以保證上層芯片的芯片焊盤9不被下層芯片所遮擋。圖12、圖14分別為所有組的封裝芯片在圓形芯片載板、方形芯片載板上均勻布局后的結構。
[0050](4)在圓片級芯片載板10上表面，自上而下對步驟(3)形成的傾斜堆疊結構施加壓力，去除封裝芯片ChipO、Chipl和Chip2底部與圓片芯片載板之間和所有封裝芯片ChipOXhipl和Chip2之間的氣泡；其中DAF或FOW膠膜5，在傾斜堆疊結構的擠壓過程中，能夠填實封裝芯片與PET膠膜11之間以及封裝芯片ChipO、Chipl和Chip2之間的縫隙。
[0051](5)如圖5所示，在圓片級芯片載板10上表面刷硅膠，形成硅膠層6，使其覆蓋封裝芯片ChipO、Chipl和Chip2。圖13、圖15分別為所有組的封裝芯片在圓形芯片載板、方形芯片載板上均勻布局后刷硅膠后的結構示意圖。
[0052](6)如圖6所示，在硅膠層6上安裝合金板，作為合金層7，并在真空環(huán)境下按壓硅膠層6，去除硅膠層6中的氣泡，以使硅膠均勻的分布，且表面平整。
[0053](7)如圖7所示，固化硅膠層6并去除圓片芯片載板和PET膠膜11，完成晶圓重構。
[0054](8)如圖8所示，將重構好的晶圓，以合金板為結合面貼裝在圓片級玻璃載板12上。
[0055](9)如圖9所示，在DAF或FOW膠膜5上形成通孔至所有封裝芯片芯片焊盤9表面，隨后填充通孔Via形成金屬插塞I,使金屬插塞I 一端與芯片焊盤9相接,然后在金屬插塞I另一端形成金屬焊盤2 ;其中通孔是通過干法刻蝕或激光鉆孔等方式形成的，金屬插塞I和金屬焊盤2是通過物理氣相淀積(PVD)、電鍍或化學鍍等方法形成的；通孔、金屬插塞I和金屬焊盤2的形成是按照芯片焊盤9表面的DAF或FOW膠膜5膜厚不同分別進行的，即對表面具有相同膜厚的芯片焊盤9，分別依次形成通孔、金屬插塞I和金屬焊盤2 ;金屬插塞I和金屬焊盤2的金屬可以是Cu、N1、Al、Au、Ag、W (鶴)等金屬，或者其中二種以上金屬組成的合金。
[0056](10)如圖10所示，采用重布線層3技術對金屬焊盤2進行重新布局，去除圓片級玻璃載板12,并在合金層7表面制作用于激光打標的覆蓋層8,最后進行激光打標、植球和切單，形成芯片傾斜堆疊的圓片級封裝單元，如圖11所示；重布線層3的制作工序，是在步驟(9)所有芯片焊盤9的通孔、金屬插塞I和金屬焊盤2完成后，同步進行的。
[0057]作為上述芯片傾斜堆疊的圓片級封裝方法的實際生產過程中的實施例一，包括如下步驟:
[0058](I)提供圓片級芯片載板10，若干組水平芯片ChipO、第一傾斜芯片Chipl、第二傾斜芯片Chip2，圓片級玻璃載板12Glass，合金板，且傾斜芯片Chipl和Chip2的芯片焊盤9位置均通過重布線層3布局在了一側；
[0059](2)在圓片級芯片載板10表面粘貼PET (Polyester Film)膠膜11 ；
[0060](3)將背面帶有DAF膠膜5的ChipO、Chipl和Chip2依次粘貼到載板上，其中水平芯片ChipO水平放置，第一傾斜芯片Chipl傾斜放置在ChipO的一條邊上和載板上，第二傾斜芯片Chip2平行放置在第一傾斜芯片Chipl表面上，且第二傾斜芯片Chip2與第一傾斜芯片Chipl之間的位置相互錯開；
[0061](4)在圓片芯片載板上表面，自上而下施加壓力，去除封裝芯片底部與圓片芯片載板之間和封裝芯片之間的氣泡；
[0062](5)在圓片芯片載板上表面刷硅膠Silicone，形成硅膠層6，使其覆蓋所有封裝芯片;
[0063](6)在圓片芯片載板上表面安裝合金板,作為合金層7,并在真空環(huán)境下按壓娃膠層6，去除硅膠中的氣泡，以使硅膠均勻的分布，且表面平整；
[0064](7)固化硅膠層6并去除圓片芯片載板，完成晶圓重構；
[0065](8)將重構好的晶圓，以合金層7為結合面，貼裝在圓片級玻璃載板12上；
[0066](9)在DAF膠膜5上用激光鉆孔的方式形成通孔至芯片焊盤9表面，隨后用電鍍在通孔內電鍍銅形成銅插塞及銅焊盤PAD ;其具體過程為:首先，在水平芯片ChipO的芯片焊盤9上面成通孔，隨后在通孔內電鍍銅形成成銅插塞及銅焊盤PAD;其次，對傾斜芯片Chipl和Chip2具有相同DAF膜厚的的芯片焊盤9分組進行激光鉆孔形成通孔，同樣在通孔內電鍍銅形成成銅插塞及銅焊盤PAD，執(zhí)行此步驟直至所有傾斜芯片的焊盤PAD都完成激光鉆孔、電鍍銅插塞和銅焊盤PAD，且同時保持所有封裝芯片的銅焊盤PAD的位置處于同一水平線。
[0067](10)采用重布線層3技術對銅焊盤PAD進行重新布局，去除圓片級玻璃載板12并在合金板表面制作用于激光打標的覆蓋層8，最后進行激光打標、植球和切單，形成芯片傾斜堆疊的圓片級封裝單元；
[0068]作為上述芯片傾斜堆疊的圓片級封裝方法的實際生產過程中的實施例二，其步驟同上實施例一，區(qū)別在于步驟(3)在水平芯片ChipO的兩條以上邊上放置傾斜芯片，且這些邊上放置的傾斜芯片的數量至少大于2片，如圖3所示。
[0069]以上所述僅是本實用新型的優(yōu)選實施方式，應當指出:對于本【技術領域】的普通技術人員來說，在不脫離本實用新型原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應視為本實用新型的保護范圍。
【權利要求】
1.一種芯片傾斜堆疊的圓片級封裝單元，其特征在于:包括N個封裝芯片，分別為水平芯片ChipO、第一傾斜芯片Chipl、第二傾斜芯片Chip2……第N-1傾斜芯片ChipN-Ι，且N ^ 3，其中水平芯片ChipO水平放置，第一傾斜芯片Chipl傾斜搭在水平芯片ChipO —條邊上，第二傾斜芯片Chip2平行交錯放置在第一傾斜芯片Chipl上，以此類推，后續(xù)傾斜芯片均與其前一個芯片平行交錯放置。
2.根據權利要求1所述的一種芯片傾斜堆疊的圓片級封裝單元，其特征在于:該封裝單元還包括重布線層(3)、硅膠層(6)、合金層(7)和覆蓋層(8)，所述N個封裝芯片的芯片焊盤(9)均通過金屬插塞(I)、金屬焊盤(2)與重布線層(3)相接，所述重布線層(3)設有金屬焊球(4)與外部電路進行電氣連接；所述N個封裝芯片通過DAF膠膜(5)或FOW膠膜(5)粘結為一體后由娃膠Silicone包裹在娃膠層(6)內；所述娃膠層(6)上設有支撐娃膠層(6 )形成重構晶圓的合金層(7 )，所述合金層(7 )上設有用于激光打標的覆蓋層(8 )。
3.根據權利要求2所述的一種芯片傾斜堆疊的圓片級封裝單元，其特征在于:所述N個封裝芯片的芯片焊盤(9)連接的金屬焊盤(2)處于同一水平面上。
4.根據權利要求2所述的一種芯片傾斜堆疊的圓片級封裝單元，其特征在于:所述金屬插塞(I)和金屬焊盤(2)由Cu、N1、Al、Au、Ag、W金屬，或者其中二種以上金屬組成的合金制成；所述金屬插塞(I)、金屬焊盤(2)通過物理氣相淀積PVD、電鍍或化學鍍方法形成。
5.根據權利要求1所述的一種芯片傾斜堆疊的圓片級封裝單元，其特征在于:所述N個封裝芯片中傾斜芯片的芯片焊盤(9)均在芯片設計中用重新布線RDL方法布局在了傾斜芯片的一側。
6.根據權利要求1所述的一種芯片傾斜堆疊的圓片級封裝單元，其特征在于:所述水平芯片ChipO的多條邊上均放置傾斜芯片，且每邊放置的傾斜芯片的數量大于2。
【文檔編號】H01L25/16GK204118064SQ201420530564
【公開日】2015年1月21日 申請日期:2014年9月16日 優(yōu)先權日:2014年9月16日
【發(fā)明者】張加勇, 濮必得, 劉昭麟, 康新玲 申請人:山東華芯半導體有限公司