晶圆级芯片尺寸封装结构及其制造方法

文档序号:1863532 发布日期:2021-11-19 浏览:12次 >En<

阅读说明:本技术 晶圆级芯片尺寸封装结构及其制造方法 (Wafer-level chip scale package structure and manufacturing method thereof ) 是由 林俊辰 于 2020-08-25 设计创作,主要内容包括:本发明提供一种晶圆级芯片尺寸封装结构及其制造方法,晶圆级芯片尺寸封装结构包括第一芯片、重布线路层、多个球底金属层、多个导电柱、第二芯片、封装胶体以及多个连接部。重布线路层位于第一芯片上且电性连接至其焊垫。球底金属层位于重布线路层上。导电柱位于一部分的球底金属层上。第二芯片位于另一部分的球底金属层上。第二芯片具有面向所述多个球底金属层的有源面。导电柱围绕第二芯片。封装胶体至少包封第二芯片与导电柱的部分侧壁。封装胶体的顶面低于导电柱的顶面。连接部位于导电柱上且通过导电柱以及球底金属层与重布线路层电性连接。连接部延伸至封装胶体的顶面。(The invention provides a wafer-level chip size packaging structure and a manufacturing method thereof. The redistribution layer is located on the first chip and electrically connected to the pad. The under bump metallurgy layer is located on the redistribution layer. The conductive post is located on a portion of the UBM layer. The second chip is located on the other part of the under-ball metal layer. The second chip has an active surface facing the plurality of under-ball-metallurgy layers. The conductive posts surround the second chip. The encapsulant encapsulates at least the second chip and a portion of the sidewalls of the conductive pillars. The top surface of the packaging colloid is lower than the top surface of the conductive post. The connecting part is positioned on the conductive column and is electrically connected with the redistribution circuit layer through the conductive column and the under ball metal layer. The connecting part extends to the top surface of the packaging colloid.)

晶圆级芯片尺寸封装结构及其制造方法

技术领域

本发明涉及一种封装结构及其制造方法,尤其涉及一种晶圆级芯片尺寸封装结构及其制造方法。

背景技术

晶圆级封装技术(Wafer Level Packaging)是在整片晶圆上执行芯片尺寸的封装技术,也就是在晶圆阶段就完成了大部分的封装工作,因此,晶圆级芯片尺寸封装可以缩小封装体尺寸,并且在工艺及材料成本上也相当具有优势。

一般而言,会有诸多因素影响晶圆级芯片尺寸封装的可靠度。举例而言,若位于晶圆上的构件具有接合强度不佳或于工艺中损坏等情况,都会对晶圆级芯片尺寸封装产生不良影响,进而降低晶圆级芯片尺寸封装的可靠度。因此,如何减少会对晶圆级芯片尺寸封装产生不良影响的情况发生,进而可以提升晶圆级芯片尺寸封装的可靠度,已成为本领域研究人员的一大挑战。

发明内容

本发明是针对一种晶圆级芯片尺寸封装结构及其制造方法,其可以减少会对晶圆级芯片尺寸封装结构产生不良影响的情况发生,进而可以提升晶圆级芯片尺寸封装结构的可靠度。

根据本发明的实施例,一种晶圆级芯片尺寸封装结构,包括第一芯片、重布线路层、多个球底金属层、多个导电柱、第二芯片、封装胶体以及多个连接部。第一芯片具有多个焊垫。重布线路层位于第一芯片上且电性连接至焊垫。球底金属层位于重布线路层上。导电柱位于一部分的球底金属层上。第二芯片位于另一部分的球底金属层上,且第二芯片具有面向球底金属层的有源面。导电柱围绕第二芯片。封装胶体至少包封第二芯片与导电柱的部分侧壁。封装胶体的顶面低于所述多个导电柱的顶面。连接部位于导电柱上。连接部通过导电柱以及球底金属层与重布线路层电性连接且连接部延伸至封装胶体的顶面。

根据本发明的实施例,一种晶圆级芯片尺寸封装结构的制造方法,包括提供晶圆。晶圆包括多个第一芯片,且每一第一芯片具有多个焊垫。形成重布线路层于晶圆上且电性连接至多个焊垫。形成多个球底金属层于重布线路层上。形成多个导电柱于多个球底金属层上,其中两相邻的多个导电柱具有一开口。配置第二芯片于开口中,其中第二芯片具有面向多个球底金属层的有源面且电性连接至多个球底金属层。形成封装胶体以至少包封第二芯片与多个导电柱的部分侧壁。形成多个连接部于导电柱上。连接部通过导电柱以及球底金属层与重布线路层电性连接。

基于上述,本发明通过球底金属层与封装胶体的配置可以减少会对晶圆级芯片尺寸封装结构产生不良影响的情况(如位于晶圆上的第二芯片以及导电柱具有接合强度不佳或第二芯片于工艺中损坏)发生,进而可以提升晶圆级芯片尺寸封装结构的可靠度。另一方面,由于连接部可以延伸至封装胶体的顶面,因此,连接部可以具有较佳的接合强度,以进一步提升晶圆级芯片尺寸封装结构的可靠度。

为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂,下文特举实施例,并配合附图作详细说明如下。

附图说明

图1A至图6A与图1B至图6B分别是依照本发明的一实施例的晶圆级芯片尺寸封装结构在不同阶段的制造过程中的部分顶视图与部分剖视图。在这些图中,会先呈现一部分顶视图,其后将呈现沿部分顶视图中的线A-A’的部分剖视图。举例来说,图1A是晶圆级芯片尺寸封装结构在一个阶段的制造过程中的部分顶视图。图1B是沿图1A中的线A-A’的部分剖视图。

图6C至图6D是接续图6B的部分剖视图。

图7A至图7D是图3B至图4B的形成方法的部分剖视图。

附图标记说明

10:第一掩模层

20:第二掩模层

100:晶圆级芯片尺寸封装结构

110:晶圆

112:第一芯片

1121:焊垫

120:重布线路层

122:导电层

124:介电层

1241:通孔

130、132、134:球底金属层

140:导电柱

140a、160a:顶面

140s、140s1、140s2:侧壁

150:第二芯片

150a:有源面

150b:背面

152:导电部

160:封装胶体

170:连接部

172:焊料层

OP:开口

具体实施方式

现将详细地参考本发明的示范性实施例,示范性实施例的实例说明于附图中。只要有可能,相同组件符号在附图和描述中用来表示相同或相似部分。

本文所使用的方向用语(例如,上、下、右、左、前、后、顶部、底部)仅作为参看所绘附图使用且不意欲暗示绝对定向。

除非另有明确说明,否则本文所述任何方法绝不意欲被解释为要求按特定顺序执行其步骤。

以下将参照本实施例的附图以更全面地阐述本发明。然而,本发明亦可以各种不同的形式体现,而不应限于本文中所述的实施例。相同或相似的标号表示相同或相似的组件,以下段落将不再一一赘述。

图1A至图6A与图1B至图6B分别是依照本发明的一实施例的晶圆级芯片尺寸封装结构在不同阶段的制造过程中的部分顶视图与部分剖视图。图6C至图6D是接续图6B的部分剖视图。图7A至图7D是图3B至图4B的形成方法的部分剖视图。

在本实施例中,晶圆级芯片尺寸封装结构100的制造方法可以包括以下步骤。

请同时参照图1A与图1B,提供晶圆110,其中晶圆110包括多个第一芯片112,且第一芯片112具有多个焊垫1121。如图1A所示,多个第一芯片112可以是阵列排列于晶圆110上。在一实施例中,焊垫1121可以是铝接垫,但本发明不限于此。焊垫1121可以是任何适宜的导电接垫。

请同时参照图2A与图2B,于晶圆110上形成重布线路层120。举例而言,可以是于晶圆110的第一芯片112上形成重布线路层120且电性连接至焊垫1121。在本实施例中,重布线路层120可以包括导电层122以及介电层124。形成重布线路层120的步骤可以如下。首先,于晶圆110上形成导电材料(未示出)。接着,对导电材料进行图案化工艺,以形成导电层122,其中导电层122与焊垫1121电性连接。然后,于导电层122上形成介电材料(未示出)。之后,于介电材料中形成多个通孔1241,以形成介电层124并暴露出部分导电层122。因此,后续位于通孔1241中的构件可以通过导电层122电性连接至焊垫1121。

进一步而言,如图2A所示,介电层124中的多个通孔1241可以具有不同尺寸。举例而言,靠近第一芯片112的边缘的通孔1241可以具有较大尺寸,而靠近第一芯片112的中心的通孔1241可以具有较小尺寸,但本发明不限于此。

此外,应说明的是,尽管图2B仅示出出一层导电层122与一层介电层124,然而,本发明不限制导电层122与介电层124的层数,可视实际设计上的需求而定。此外,导电层122与介电层124也可以通过适宜的材料与形成方法所形成。

请同时参照图3A与图3B,于重布线路层120上形成多个球底金属层130,其中球底金属层130可以提升后续位于晶圆110上的构件的接合强度,减少因接合强度不佳而对晶圆级芯片尺寸封装结构100产生不良影响的情况发生,进而可以提升晶圆级芯片尺寸封装结构100的可靠度。

在本实施例中,球底金属层130可以包括第一球底金属层132以及第二球底金属层134,其中每一第一芯片112上的第一球底金属层132可以围绕第二球底金属层134。换句话说,每一第一芯片112上的第一球底金属层132位于第二球底金属层134的两侧。进一步而言,于后续工艺中可以将不同构件分别配置于第一球底金属层132与第二球底金属层134上。

请同时参照图4A与图4B,于多个球底金属层130上形成多个导电柱140,其中导电柱140可以与第一芯片112电性连接。举例而言,可以于一部分的球底金属层130(如第一球底金属层132)上形成多个导电柱140,且通过一部分的球底金属层130(如第一球底金属层132)以及重布线路层120的导电层122电性连接至第一芯片112。另一方面,两相邻的导电柱140之间可以具有开口OP,举例而言,开口OP可以暴露出另一部分的球底金属层130(如第二球底金属层134)。换句话说,另一部分的球底金属层130(如第二球底金属层134)上可以不形成导电柱140。

请同时参照图5A与图5B,于球底金属层130上配置第二芯片150。举例而言,可以是于另一部分的球底金属层130(如第二球底金属层134)上配置第二芯片150。进一步而言,可以是于两相邻的导电柱140之间的开口OP中配置第二芯片150,因此导电柱140可以围绕第二芯片150。在此,第一芯片112与第二芯片150可以是任何适宜的芯片,例如有源或无源芯片。

在本实施例中,第二芯片150具有面向球底金属层130的有源面150a。换句话说第二芯片150相对于有源面150a的背面150b可以远离球底金属层130。第二芯片150可以采用覆晶(flip-chip)的方式电性连接至球底金属层130。举例而言,第二芯片150还可以具有位于有源面150a上的多个导电部152,且多个导电部152接合于球底金属层130(如第二球底金属层134)。这样,可以实现第二芯片150与球底金属层130(如第二球底金属层134)之间的电性连接。

请同时参照图6A与图6B,形成封装胶体160以至少包封第二芯片150与导电柱140的部分侧壁140s1,以有效地保护第二芯片150,减少第二芯片150于工艺中损坏而对晶圆级芯片尺寸封装结构100产生不良影响的情况发生,进而可以提升晶圆级芯片尺寸封装结构100的可靠度。封装胶体160的材料例如是环氧模压树脂(Epoxy Molding Compound,EMC),且例如是通过模具所形成,但本发明不限于此。

在本实施例中,导电柱140相对于导电层122的高度可以高于第二芯片150相对于导电层122的高度以及封装胶体160相对于导电层122的高度。进一步而言,相对于导电层122的高度由高至低依序为导电柱140、封装胶体160以及第二芯片150。换句话说,第二芯片150的背面150b可以低于封装胶体160的顶面160a,而封装胶体160的顶面160a可以低于导电柱140的顶面140a,以露出导电柱140的另一部分侧壁140s2。然而,本发明不限于此,在未示出的实施例中,封装胶体160的顶面160a可以与导电柱140的顶面140a实质上共面。换句话说,封装胶体160可以完全覆盖导电柱140的侧壁140s2。应说明的是,为了清楚的进行说明,图6A省略示出封装胶体160。

请同时参照图6C与图6D,形成封装胶体160后,可以于导电柱140上形成多个焊料层172。焊料层172的材料例如是锡。多个焊料层172的形成方法可以包括网版印刷、电镀或涂布。接着,可以对焊料层172进行回焊工艺,以于导电柱140上形成连接部170,其中连接部170可以通过导电柱140以及球底金属层130与重布线路层120电性连接。在一些实施例中,连接部170可以为块状、半球状或球状的焊料。应说明的是,本发明的连接部170不限制以前述方法所形成,可以视实际设计上的需求而定。

进一步而言,连接部170可以延伸至封装胶体160的顶面160a,且多个连接部170可以包覆导电柱140的另一部分侧壁140s2,相对的增加了连接部170与导电柱140的接触面积,换言之,由于导电柱140的顶面及侧壁140s2完全的被包覆在连接部170内,因此,连接部170可以具有较佳的接合强度及较大的导电面积,同时,封装胶体160也密封住多个导电柱140侧壁140s1,相对的也增加了多个导电柱140的稳定度及结构强度,以进一步提升晶圆级芯片尺寸封装结构100的可靠度。

之后,为了进一步降低晶圆级芯片尺寸封装结构100的体积,可以选择性地对晶圆110进行晶背研磨工艺,以薄化晶圆110厚度。接着,可以对晶圆110进行切割工艺,以形成单离的晶圆级芯片尺寸封装结构100。切割工艺例如包括以旋转刀片或激光光束进行切割。

经过上述工艺后即可大致上完成本实施例的晶圆级芯片尺寸封装结构100的制作。通过球底金属层130与封装胶体160的配置可以减少会对晶圆级芯片尺寸封装结构100产生不良影响的情况(如位于晶圆上的第二芯片150以及导电柱140具有接合强度不佳或第二芯片150于工艺中损坏)发生。另一方面,由于连接部170可以延伸至封装胶体160的顶面160a,因此,连接部170可以具有较佳的接合强度,进一步提升晶圆级芯片尺寸封装结构100的可靠度。

在一实施例中,图3B至图4B的形成方法可以至少包括以下步骤。具体而言,下方仅为示例性的描述图3B至图4B可以通过图7A至图7D的方法所形成,但本发明不限于此,图3B至图4B可以通过适宜的方法所形成。

请同时参照图7A与图7B,首先,可以于重布线路层120上于形成多个第一掩模层10。第一掩模层10可以具有多个对应通孔1241的开口,以定义出球底金属层130的形成位置。在本实施例中,第一掩模层10可以暴露出部分介电层124与被通孔1241暴露出来的部分导电层124。接着,可以进行电镀工艺,以于第一掩模层10之间形成球底金属层130。之后,移除第一掩模层10(未示出)。

请同时参照图7C与图7D,形成球底金属层130后,于部分球底金属层130(如第二球底金属层134)上形成第二掩模层20且暴露出另一部分的球底金属层130(如第一球底金属层132)。接着,进行电镀工艺,以于被暴露出的另一部分的球底金属层130(如第一球底金属层132)上形成导电柱140。之后,移除第二掩模层20,以形成开口OP。在此,第一掩模层10与第二掩模层20可以通过适宜的材料与形成方法所形成。

综上所述,本发明通过球底金属层与封装胶体的配置可以减少会对晶圆级芯片尺寸封装结构产生不良影响的情况(如位于晶圆上的第二芯片以及导电柱具有接合强度不佳或第二芯片于工艺中损坏)发生,进而可以提升晶圆级芯片尺寸封装结构的可靠度。另一方面,由于连接部可以延伸至封装胶体的顶面,因此,连接部可以具有较佳的接合强度,以进一步提升晶圆级芯片尺寸封装结构的可靠度。

最后应说明的是:以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案,而非对其限制;尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明,本领域的普通技术人员应当理解:其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改,或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换;而这些修改或者替换,并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

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