本發(fā)明涉及半導體封裝技術領域，特別是涉及一種集成供電系統(tǒng)封裝件的封裝方法。

背景技術：

所有的計算和通信系統(tǒng)都需要供電系統(tǒng)。供電系統(tǒng)會將電源的高電壓轉(zhuǎn)換成系統(tǒng)中離散器件所需的許多不同的低電壓。供電系統(tǒng)的效率決定了向下轉(zhuǎn)換的電力損失，而供電軌數(shù)決定了可支持的離散電壓供應或器件的數(shù)量。

目前的供電技術面臨著如下挑戰(zhàn)：

一、隨著過程中節(jié)點的收縮，設備電壓的減小，電力輸送的效率會隨之降低，使功率消耗更大。

二、添加更多的供電軌道需要復制更多的供電組件，如增加元件數(shù)量、增大電路板尺寸、增加電路板的層數(shù)、加大系統(tǒng)體積、成本和重量。

三、由于再布線層的線距、線寬的限制，需要增加封裝尺寸。

因此，如何提高電力輸送效率，增加不同電壓軌道的可用數(shù)量，已成為本領域技術人員亟待解決的一個重要技術問題。

技術實現(xiàn)要素：

鑒于以上所述現(xiàn)有技術，本發(fā)明的目的在于提供一種集成供電系統(tǒng)封裝件的封裝方法，用于解決現(xiàn)有技術中的種種問題。

為實現(xiàn)上述目的及其他相關目的，本發(fā)明提供一種集成供電系統(tǒng)封裝件的封裝方法，所述封裝件包括用電系統(tǒng)裸芯和位于所述用電系統(tǒng)裸芯下方的供電系統(tǒng)裸芯，所述封裝方法包括以下步驟：

提供一載體；

在所述載體上形成再布線層；

在所述再布線層上形成柱狀金屬引線；

分別將供電系統(tǒng)裸芯的有源模塊和無源模塊焊接在所述再布線層上，所述再布線層實現(xiàn)有源模塊和無源模塊之間電連接，并提供多條對接所述用電系統(tǒng)裸芯的供電軌道；

將所述有源模塊和無源模塊以及所述柱狀金屬引線在所述再布線層上封裝成型，并研磨掉覆蓋所述有源模塊、無源模塊和柱狀金屬引線的多余封裝成型材料；

形成連接所述柱狀金屬引線的底座焊料凸塊，并去除所述載體；

通過多個焊接凸塊將用電系統(tǒng)裸芯焊接在所述再布線層上，實現(xiàn)用電系統(tǒng)裸芯與多條所述供電軌道的對接，然后通過底部填充將所述用電系統(tǒng)裸芯封裝固定在所述再布線層上。

可選地，所述供電系統(tǒng)裸芯為高壓供電系統(tǒng)裸芯，將外部電源的高電壓轉(zhuǎn)換成所述用電系統(tǒng)裸芯中需要的多個不同的低電壓，并提供多條對接所述用電系統(tǒng)裸芯的低壓供電軌道。

可選地，所述有源模塊包括控制器和降壓轉(zhuǎn)換器，所述無源模塊包括電容、電感和電阻。

可選地，所述有源模塊與所述無源模塊橫向排列。

可選地，所述再布線層包括：金屬連線、通孔以及設于所述金屬連線和通孔周圍的介電層，所述金屬連線通過所述通孔實現(xiàn)與所述有源模塊、無源模塊和柱狀金屬引線的電連接以及多層金屬連線之間的層間連接。

可選地，所述再布線層上設有凸塊下金屬層，所述有源模塊、無源模塊、柱狀金屬引線以及用電系統(tǒng)裸芯通過所述凸塊下金屬層與所述再布線層電連接。

可選地，所述柱狀金屬引線為金屬針或金屬柱。

可選地，所述柱狀金屬引線采用鍵合或電鍍的方法在所述再布線層上形成。

可選地，所述封裝成型的方法為壓縮成型、傳遞模塑、液封成型、真空層壓或旋涂。

可選地，將所述用電系統(tǒng)裸芯焊接在所述再布線層上的多個焊接凸塊為微凸塊。

如上所述，本發(fā)明的集成供電系統(tǒng)封裝件的封裝方法，具有以下有益效果：

本發(fā)明提供了一種將整個供電系統(tǒng)集成到封裝中的新方法，通過使用三維芯片堆疊技術，提高了電力輸送效率，增加了不同電壓軌道的可用數(shù)量。

本發(fā)明采用現(xiàn)有的有源元件和無源模塊形成2.5D中間層，再將用電系統(tǒng)裸芯如ASIC集成到2.5D中間層的頂部得到3D堆棧結(jié)構(gòu)，通過直接在用電系統(tǒng)裸芯下方緊密集成供電系統(tǒng)裸芯，解決了現(xiàn)有供電系統(tǒng)面臨的問題。供電系統(tǒng)裸芯能夠提供數(shù)千條低壓供電軌道與用電系統(tǒng)通過微凸塊直接對接；由于集成了無源模塊，可以消除PCB板的寄生電阻，提高了供電控制的供電效率和響應時間，通過減少壓降和噪聲提高了保真度，減少了所需的設計余量。

附圖說明

圖1顯示為本發(fā)明實施例提供的集成供電系統(tǒng)封裝件的封裝方法示意圖。

圖2a-2f顯示為本發(fā)明實施例提供的集成供電系統(tǒng)封裝件的封裝方法的工藝流程示意圖。

元件標號說明

101 載體

1011 黏附層

200 再布線層

201 金屬連線

202 介電層

301 柱狀金屬引線

401 有源模塊

402 無源模塊

4021 電感模塊

4022 電容模塊

501 底座焊料凸塊

601 用電系統(tǒng)裸芯

602 焊接凸塊

S1～S7 步驟

具體實施方式

以下通過特定的具體實例說明本發(fā)明的實施方式，本領域技術人員可由本說明書所揭露的內(nèi)容輕易地了解本發(fā)明的其他優(yōu)點與功效。本發(fā)明還可以通過另外不同的具體實施方式加以實施或應用，本說明書中的各項細節(jié)也可以基于不同觀點與應用，在沒有背離本發(fā)明的精神下進行各種修飾或改變。需說明的是，在不沖突的情況下，以下實施例及實施例中的特征可以相互組合。

需要說明的是，以下實施例中所提供的圖示僅以示意方式說明本發(fā)明的基本構(gòu)想，遂圖式中僅顯示與本發(fā)明中有關的組件而非按照實際實施時的組件數(shù)目、形狀及尺寸繪制，其實際實施時各組件的型態(tài)、數(shù)量及比例可為一種隨意的改變，且其組件布局型態(tài)也可能更為復雜。

為了克服現(xiàn)有技術中供電系統(tǒng)面臨的問題，本發(fā)明提出了一種通過使用三維芯片堆疊技術將整個供電系統(tǒng)集成到封裝中的新方法。

這種集成了供電系統(tǒng)的封裝件包括用電系統(tǒng)裸芯和位于所述用電系統(tǒng)裸芯下方的供電系統(tǒng)裸芯；其中，所述供電系統(tǒng)裸芯包括有源模塊、無源模塊和再布線層，所述有源模塊和無源模塊封裝成型，所述再布線層位于封裝成型的所述有源模塊和無源模塊之上，實現(xiàn)有源模塊和無源模塊之間電連接，并提供多條對接所述用電系統(tǒng)裸芯的供電軌道；所述用電系統(tǒng)裸芯通過多個焊接凸塊與多條所述供電軌道對接，并封裝固定在所述再布線層上；外部電源直接通過所述供電系統(tǒng)裸芯向所述用電系統(tǒng)裸芯供電。

請參閱圖1，本實施例提供一種上述集成供電系統(tǒng)封裝件的封裝方法，包括以下步驟：

S1提供一載體；

S2在所述載體上形成再布線層；

S3在所述再布線層上形成柱狀金屬引線；

S4分別將供電系統(tǒng)裸芯的有源模塊和無源模塊焊接在所述再布線層上，所述再布線層實現(xiàn)有源模塊和無源模塊之間電連接，并提供多條對接所述用電系統(tǒng)裸芯的供電軌道；

S5將所述有源模塊和無源模塊以及所述柱狀金屬引線在所述再布線層上封裝成型，并研磨掉覆蓋所述有源模塊、無源模塊和柱狀金屬引線的多余封裝成型材料；

S6形成連接所述柱狀金屬引線的底座焊料凸塊，并去除所述載體；

S7通過多個焊接凸塊將用電系統(tǒng)裸芯焊接在所述再布線層上，實現(xiàn)用電系統(tǒng)裸芯與多條所述供電軌道的對接，然后通過底部填充將所述用電系統(tǒng)裸芯封裝固定在所述再布線層上。

下面通過附圖2a-2f來詳細說明上述封裝方法的具體工藝流程。

首先，如圖2a所示，提供一載體101。所述載體101的材料可以選自玻璃、不銹鋼、硅、氧化硅、金屬或陶瓷中的一種或多種，或其他類似物。所述載體101可以為平板型。例如，所述載體101可以為具有一定厚度的硅基圓形平板。本實施例中，在所述載體101表面形成黏附層1011用于黏附固定所述再布線層200。具體地，可以采用膠水或膠帶的方式黏附所述再布線層200。后續(xù)去除所述載體101時，黏附層1011也一并去除。例如，黏附層1011可以是采用加熱或UV解膠的雙面膠帶，剝離時可以一面采用UV解膠另一面采用加熱解膠，或者一面采用加熱解膠另一面直接撕去，兩面膠帶解除粘性的方法不同。或者，黏附層1011也可以是鐳射解膠的犧牲層，形成這層犧牲層后，在犧牲層上涂膠水可以黏附固定所述再布線層200。剝離時，可采用鐳射去除犧牲層，然后再清除膠水。犧牲層可以在載體101上采用CVD沉積，也可以涂覆LTHC(light to heat)材料得到，膠水可以采用化學試劑清除。

然后，在所述載體101上形成再布線層200，并在所述再布線層200上形成柱狀金屬引線301，如圖2b所示。具體地，所述再布線層200可以包括：金屬連線201、通孔以及設于所述金屬連線201和通孔周圍的介電層202，所述金屬連線201通過所述通孔實現(xiàn)與所述有源模塊401、無源模塊402和柱狀金屬引線301的電連接以及多層金屬連線201之間的層間連接。其中，金屬連線201的材料包括Cu、Al、Ag、Au、Sn、Ni、Ti、Ta中的一種或多種，或其他適合的導電金屬材料。例如，金屬連線201可以為Cu線，制作Cu線的種子層可以為Ti/Cu層。形成所述金屬連線201的方法可以包括電解鍍、化學鍍、絲網(wǎng)印刷中的一種或多種，或其他適合的金屬沉積工藝。所述通孔的形成方法可以為激光鉆孔、機械鉆孔、反應離子刻蝕、納米壓印或其他適合的開孔方法。所述通孔的填充材料可以為焊料或Cu，填充方法可以為電解鍍、化學鍍、絲網(wǎng)印刷、引線鍵合或其他適合在通孔中填充導電材料的方法。

本實施例中，所述再布線層200上還設有凸塊下金屬層(UBM)，所述有源模塊401、無源模塊402和柱狀金屬引線301以及用電系統(tǒng)裸芯601通過所述凸塊下金屬層與所述再布線層200電連接。所述柱狀金屬引線301用于實現(xiàn)封裝件與外部器件的電連接，在本實施例中，所述柱狀金屬引線301為豎直柱狀的金屬針或金屬柱，可采用鍵合或電鍍的方法在所述再布線層200上形成，例如電鍍Cu螺柱或鍵合銅針等。

隨后，如圖2c所示，分別將供電系統(tǒng)裸芯的有源模塊401和無源模塊402焊接在所述再布線層200上，所述再布線層200實現(xiàn)有源模塊401和無源模塊402之間的電連接，并提供多條對接所述用電系統(tǒng)裸芯601的供電軌道。本實施例中，供電系統(tǒng)裸芯可以為高壓供電系統(tǒng)裸芯，將外部電源的高電壓轉(zhuǎn)換成所述用電系統(tǒng)裸芯中需要的多個不同的低電壓，并提供多條對接所述用電系統(tǒng)裸芯的低壓供電軌道。所述有源模塊401可以包括控制器和降壓轉(zhuǎn)換器，所述無源模塊402可以包括電容、電感和電阻，本實施例中，無源模塊402包括電容模塊4022、電感模塊4021和電阻(圖中未示出)等。有源模塊401與電容模塊4022、電感模塊4021等無源模塊402橫向排列封裝在同一平層中，便于再布線層200的電連接和布圖設計，具體排布的位置可以根據(jù)實際需要進行設計，本發(fā)明對此不作限制。

接下來，如圖2d所示，將所述有源模塊401和無源模塊402以及所述柱狀金屬引線301在所述再布線層200上封裝成型，并研磨掉覆蓋所述有源模塊401、無源模塊402和柱狀金屬引線301的多余封裝成型材料。具體地，所述封裝成型方法可以為壓縮成型、傳遞模塑、液封成型、真空層壓、旋涂或其他適合的方法。封裝成型的材料可以為環(huán)氧類樹脂、液體型熱固性環(huán)氧樹脂、塑料成型化合物或類似物。研磨的方法可以包括機械研磨、化學拋光、刻蝕中的一種或多種。

然后，如圖2e所示，形成連接所述柱狀金屬引線301的底座焊料凸塊501，并去除所述載體101。本實施例中，所述底座焊料凸塊501可以是焊錫球、銅球或錫銅合金球等，本實施例采用球狀引腳柵格陣列(Ball Grid Array，BGA)焊球。所述封裝件通過所述底座焊料凸塊501可以實現(xiàn)在封裝基底上的固定以及與外部器件的電連接。具體地，去除所述載體101的方法可以包括機械研磨、化學拋光、刻蝕、紫外線剝離、機械剝離中的一種或多種，或其他適合的方法。本實施例中，可以通過解膠的方式去除黏附層1011，從而去除所述載體101。

最后，如圖2f所示，通過多個焊接凸塊602將用電系統(tǒng)裸芯601焊接在所述再布線層200上，實現(xiàn)與多條所述供電軌道的對接，然后通過底部填充將所述用電系統(tǒng)裸芯601封裝固定在所述再布線層200上。本實施例中，所述用電系統(tǒng)裸芯可以為專用集成電路裸芯(ASIC Die)。具體地，所述用電系統(tǒng)裸芯601與所述再布線層200連接的多個焊接凸塊602可以為微凸塊(μ-Bumps)或常規(guī)凸塊。所述底部填充可以為毛細管底部填充(CUF，Capillary Underfill)或成型材料底部填充(MUF，Molding UnderFill)。

本發(fā)明采用現(xiàn)有的有源元件和無源模塊形成2.5D中間層，再將用電系統(tǒng)裸芯如ASIC集成到2.5D中間層的頂部得到3D堆棧結(jié)構(gòu)，從而直接在用電系統(tǒng)裸芯下方緊密集成供電系統(tǒng)裸芯。外部高壓電源可直接向封裝件供電，封裝件的供電系統(tǒng)將高電壓轉(zhuǎn)化為符合用電系統(tǒng)需要的電壓，并通過多條供電軌道通過微凸塊或凸塊直接供給用電系統(tǒng)裸芯。采用本發(fā)明的技術方案，供電系統(tǒng)裸芯能夠提供數(shù)千條低壓供電軌道與用電系統(tǒng)通過微凸塊直接對接；由于集成了無源模塊，可以消除采用傳統(tǒng)PCB板產(chǎn)生的寄生電阻，提高了供電控制的供電效率和響應時間，通過減少壓降和噪聲提高了保真度，減少了所需的設計余量，從而可有效的解決傳統(tǒng)供電系統(tǒng)面臨的問題。

綜上所述，本發(fā)明通過使用三維芯片堆疊技術將整個供電系統(tǒng)集成到器件封裝中，提高了電力輸送效率，增加了不同電壓軌道的可用數(shù)量，解決了現(xiàn)有供電系統(tǒng)面臨的多種問題。所以，本發(fā)明有效克服了現(xiàn)有技術中的種種缺點而具高度產(chǎn)業(yè)利用價值。

上述實施例僅例示性說明本發(fā)明的原理及其功效，而非用于限制本發(fā)明。任何熟悉此技術的人士皆可在不違背本發(fā)明的精神及范疇下，對上述實施例進行修飾或改變。因此，舉凡所屬技術領域中具有通常知識者在未脫離本發(fā)明所揭示的精神與技術思想下所完成的一切等效修飾或改變，仍應由本發(fā)明的權(quán)利要求所涵蓋。