半导体封装装置及其制造方法

文档序号:423351 发布日期:2021-12-21 浏览:1次 >En<

阅读说明:本技术 半导体封装装置及其制造方法 (Semiconductor package device and method of manufacturing the same ) 是由 黃文宏 于 2021-09-07 设计创作,主要内容包括:本公开涉及半导体封装装置及其制造方法。半导体封装装置包括:基板,所述基板具有第一通孔;以及重布线层,下表面接触所述基板,所述重布线层具有第二通孔,所述第一通孔的孔径由所述基板向所述重布线层的方向逐渐缩小,所述第二通孔的孔径由所述重布线层向所述基板的方向逐渐缩小。(The present disclosure relates to a semiconductor package device and a method of manufacturing the same. The semiconductor package device includes: a substrate having a first via; and the lower surface of the rewiring layer is in contact with the substrate, the rewiring layer is provided with a second through hole, the aperture of the first through hole is gradually reduced from the substrate to the direction of the rewiring layer, and the aperture of the second through hole is gradually reduced from the rewiring layer to the direction of the substrate.)

半导体封装装置及其制造方法

技术领域

本公开涉及半导体封装技术领域,具体涉及半导体封装装置及其制造方法。

背景技术

由于现有基板的曝光机台能力、光阻解析能力、蚀刻能力等其他制程能力的限制,现行量产基板线宽/线距(L/S,Line/Space)约为8/10微米(um),较难再往更细线路迈进。为打样所生产的少量样品可实现L/S为7/9um,但因良率较低而难以量产。

为实现更细的线路,一种方案采用扇出RDL(Redistribution Layer,重布线层)来实现细线路部分。为实现此种方案,传统FOSUB(Fan-Out Substrate,扇出型基板)主要将重布线层通过粘合层贴附于基板上来实现细线路部分,通过在重布线层表面朝向基板方向进行激光打孔以形成通孔,通孔需穿过粘合层,进而实现重布线层和基板之间的电连接。但是,在形成通孔的制程中,由于激光打孔中激光能量差异将导致通孔的AR比(aspectration,宽高比)1:3左右,即,最终通孔在达到基板附近时将孔径较小,这将导致在该孔径较小部分电镀时发生电性异常问题。

例如,图1示意性示出了传统FOSUB的结构。图1所示的结构中AR比约为1:3(20um:60um),容易造成通孔的细孔部分电镀异常而导致电性问题。

发明内容

本公开提出了半导体封装装置及其制造方法。

第一方面,本公开提供了一种半导体封装装置,其包括:基板,所述基板具有第一通孔;以及重布线层,下表面接触所述基板,所述重布线层具有第二通孔,所述第一通孔的孔径由所述基板向所述重布线层的方向逐渐缩小,所述第二通孔的孔径由所述重布线层向所述基板的方向逐渐缩小。

在一些可选的实施方式中,所述重布线层的侧表面接触所述基板。

在一些可选的实施方式中,所述半导体封装装置还包括:阻焊层,设置于所述重布线层的上表面。

在一些可选的实施方式中,所述半导体封装装置还包括:裸片,设置于所述重布线层的上表面。

在一些可选的实施方式中,所述基板包括第一介电层,所述第一介电层包括玻璃纤维。

在一些可选的实施方式中,所述重布线层包括第二介电层,所述第二介电层与所述第一介电层的材料不同。

在一些可选的实施方式中,所述半导体封装装置还包括:至少两个连接通孔,设置于所述重布线层和所述基板之间,且分别电性连接所述重布线层和所述基板,各所述连接通孔的孔径相同或不同。

第二方面,本公开提供了一种制造半导体封装装置的方法,其包括:提供重布线层结构和核心载板,所述重布线层结构包括载板和设置于所述载板上的重布线层,所述重布线层具有第二通孔,所述第二通孔的孔径由所述重布线层向所述载板的方向逐渐缩小,所述核心载板的表面设置有离型膜;将所述重布线层结构取放到所述核心载板的表面,其中,所述重布线层朝向所述核心载板;去除所述重布线层结构中的所述载板;在所述重布线层上制作基板;以及将所述重布线层和所述基板从所述核心载板剥离。

在一些可选的实施方式中,所述在所述重布线层上制作基板包括:

在所述重布线层上层压第一介电层;在所述第一介电层外表面朝向所述重布线层方向钻孔以形成第一通孔,其中,所述第一通孔的孔径由所述第一介电层向所述重布线层的方向逐渐缩小;以及在所述第一通孔内形成导电结构。

在一些可选的实施方式中,所述制造半导体封装装置的方法还包括:在所述重布线层远离所述基板的面上设置阻焊层。

在一些可选的实施方式中,所述制造半导体封装装置的方法还包括:提供裸片;以及将所述裸片键合到所述重布线层远离所述基板的表面。

在一些可选的实施方式中,所述第一介电层包括玻璃纤维。

在一些可选的实施方式中,所述重布线层包括第二介电层,所述第二介电层与所述第一介电层的材料不同。

为了解决基板的线宽/线距能力受到限制以及基板与重布线层之间的连接通孔的电镀异常等问题,本公开提供的半导体封装装置及其制造方法,利用扇出制程将高良率细线路重布线层(L/S可达2/2um)与基板异质整合,将良品重布线层取放到贴有离型膜的核心载板,后续再在重布线层基础上以埋线基板制程形成基板,使得基板与重布线层压合并电连接,最后将核心载板去除并使得内埋的重布线层处于产品外层。这样,可以在缩小产品线宽/线距的同时提高产能。经实践证明,可以将线宽/线距L/S缩小至2/2um。而且,相对于现有技术中采用了粘合层而言,由于没有粘合层,降低了产品厚度。另外,由于重布线层与基板直接接触,因此与传统FOSUB相比,重布线层与基板之间的连接通孔的AR比相对较大,由此还解决了连接通孔的电镀异常问题。

附图说明

通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述,本公开的其它特征、目的和优点将会变得更明显:

图1示意性示出了传统FOSUB的结构;

图2A、2B和2C分别是根据本公开的半导体封装装置2a、2b和2c的一个实施例的纵向截面结构示意图;

图3是图2A所示的半导体封装装置2a中重布线层22中虚线矩形框对应的第二通孔221的局部放大示意图;

图4A、4B、4C、4D、4E、4F和4G是根据本公开的半导体封装装置1a在各个制造阶段的纵向截面结构示意图。

附图标记:

21-基板;211-第一通孔;212-第一介电层;22-重布线层;221-第二通孔;222-第二介电层;23-阻焊层;24-连接通孔;25-裸片;26-焊球;27-底部填充胶;28-焊垫;41-重布线层结构;42-核心载板;411-载板;43-离型膜。

具体实施方式

下面结合附图和实施例来说明本发明的具体实施方式,通过本说明书记载的内容本领域技术人员可以轻易了解本发明所解决的技术问题以及所产生的技术效果。可以理解的是,此处所描述的具体实施例仅仅用于解释相关发明,而非对该发明的限定。另外,为了便于描述,附图中仅示出了与有关发明相关的部分。

需要说明的是,说明书附图中所绘示的结构、比例、大小等,仅用于配合说明书所记载的内容,以供本领域技术人员的了解与阅读,并非用以限定本发明可实施的限定条件,故不具技术上的实质意义,任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整,在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下,均应仍落在本发明所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。同时,本说明书中所引用的如“上”、“第一”、“第二”及“一”等用语,也仅为便于叙述的明了,而非用以限定本发明可实施的范围,其相对关系的改变或调整,在无实质变更技术内容下,当也视为本发明可实施的范畴。

还需要说明的是,本公开的实施例对应的纵向截面可以为对应前视图方向截面,横向截面可以为对应右视图方向截面,而水平截面可以为对应上视图方向截面。

另外,在不冲突的情况下,本公开中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本公开。

参考图2A,图2A示出了根据本公开的半导体封装装置的一个实施例2a的纵向截面结构示意图。

如图2A所示,半导体封装装置2a包括基板21和重布线层22,重布线层22的下表面接触基板21。

基板21可以是各种类型的基板,本公开对此不做具体限定。

基板21可包括有机物和/或无机物,其中有机物例如可以是:聚酰胺纤维(Polyamide,PA)、聚酰亚胺(Polyimide,PI)、环氧树脂(Epoxy)、聚对苯撑苯并二噁唑(Poly-p-phenylene benzobisoxazole,PBO)纤维、FR-4环氧玻璃布层压板、PP(PrePreg,预浸材料或称为半固化树脂、半固化片)、ABF(Ajinomoto Build-up Film)等,而无机物例如可以是硅(Si)、玻璃(glass)、陶瓷(ceramic)、氧化硅、氮化硅、氧化钽等。

基板21还可以是例如印刷电路板,比如纸基铜箔层合物、复合铜箔层合物或聚合物浸渍的玻璃纤维基铜箔层合物等。

重布线层22可以是由导电材料和介电材料(Dielectric)组成的重布线层。需要说明的是,制程上可以采用当前已知或未来开发的重布线层形成技术,本公开对此不做具体限定,例如可采用包括但不限于光刻、电镀(plating)、化学镀(Electroless plating)等形成重布线层。这里,介电材料可包括有机物和/或无机物,其中有机物例如可以是:聚酰胺纤维(Polyamide,PA)、聚酰亚胺(Polyimide,PI)、环氧树脂(Epoxy)、聚对苯撑苯并二噁唑(Poly-p-phenylene benzobisoxazole,PBO)纤维、FR-4环氧玻璃布层压板、PP(PrePreg,预浸材料或称为半固化树脂、半固化片)、ABF(Ajinomoto Build-up Film)等,而无机物例如可以是硅(Si)、玻璃(glass)、陶瓷(ceramic)、氧化硅、氮化硅、氧化钽等。导电材料可包括种子层和金属层。这里,种子层例如可以是钛(Ti)、钨(W)、镍(Ni)等,而金属层例如可以是金(Au)、银(Ag)、铝(Al)、镍(Ni)、钯(Pd)、铜(Cu)或其合金。

基板21具有第一通孔211,重布线层22具有第二通孔221。基板21和重布线层22均可以为单层或多层结构。

在一些可选的实施方式中,如图2A所示,基板21包括第一介电层212,第一介电层212可以包括玻璃纤维,以增强基板21的刚性。

在一些可选的实施方式中,重布线层22包括第二介电层222。考虑到光阻解析能力以及经济性等原因,第二介电层222与第一介电层212的材料可以不同。

如图2A所示,基板21中的第一通孔211的孔径由基板21向重布线层22的方向逐渐缩小。进一步参考图3,图3是图2A所示的半导体封装装置2a中重布线层22中虚线矩形框对应的第二通孔221的局部放大示意图。如图3所示,第二通孔221的孔径由重布线层22向基板21的方向逐渐缩小。第一通孔211的孔径和第二通孔221的孔径的这种设计是由为了将基板21与重布线层22直接接触的制程所决定的。

在一些可选的实施方式中,如图2A所示,半导体封装装置2a还可以包括阻焊层23。阻焊层23设置于重布线层22的上表面的一部分上。如此,阻焊层23可以对重布线层22上表面不需对外连接暴露的部分进行保护。另外,如图2A所示,阻焊层23还可以设置于基板21的下表面上。如此,阻焊层23可以对基板21下表面不需对外连接暴露的部分进行保护。

在一些可选的实施方式中,如图2A所示,半导体封装装置2a还可以包括连接通孔24,其设置于重布线层22和基板21之间,用于电性连接重布线层22和基板21。在半导体封装装置2a包括至少两个连接通孔24的情况下,各连接通孔24的孔径可以相同(如图2A中所示)。并且,连接通孔24的孔径也可以与第一通孔211的孔径相同,或者不同。在连接通孔24以及第一通孔211的孔径都相同的情况下,开孔制程相对简单。

本公开提供的上述实施例提供的半导体封装装置2a可以实现的技术效果包括但不限于:通过在重布线层22上形成基板21并使二者直接接触,可以显著缩小基板的线宽/线距。而且,与重布线层通过粘合层贴附于基板上的传统方案相比,由于没有粘合层,降低了产品厚度且可以使得重布线层22与基板21之间的连接通孔24的AR比相对较大,还解决了连接通孔的电镀异常问题。

进一步参考图2B,图2B示出了根据本公开的半导体封装装置的另一个实施例2b的纵向截面结构示意图。

半导体封装装置2b与半导体封装装置2a大体类似,区别之一在于,如图2B所示,重布线层22不仅下表面接触基板21,其侧表面也接触基板21,即,重布线层22在横向长度上小于基板21。

在一些可选的实施方式中,如图2B所示,由于最上层表面不仅有重布线层22,还有基板21的一部分,因此半导体封装装置2b中阻焊层23不仅设置于重布线层22的上表面的一部分上,还设置于重布线层22周围的基板21的上表面上。

在一些可选的实施方式中,如图2B所示,在半导体封装装置2b包括至少两个连接通孔24的情况下,各连接通孔24的孔径可以不同,这样可以使各连接通孔24的孔径设计更加灵活。

进一步参考图2C,图2C示出了根据本公开的半导体封装装置的另一个实施例2c的纵向截面结构示意图。

半导体封装装置2c与半导体封装装置2b大体类似,区别之一在于,如图2C所示,半导体封装装置2c还可以包括裸片(Die)25,其设置于重布线层22的上表面之上。裸片25和重布线层22通过焊球26电连接,并且中间填充有底部填充胶(Underfill)27。而且,基板21的底部还可以设置有焊垫28以与外部器件电连接。

下面参考图4A-4G,图4A、4B、4C、4D、4E、4F和4G是根据本公开的半导体封装装置在各个制造阶段的纵向截面结构示意图,由此示意性示出了本公开的制造半导体封装装置的方法的流程。为了更好地理解本公开的各方面,已简化各图。

参考图4A,提供重布线层结构41和核心载板42。

重布线层结构41包括载板411和设置于载板411上的重布线层22。重布线层22具有第二通孔221,用于连接重布线层22中各层线路。可以理解的是,为了形成重布线层22中的第二通孔221会应用到激光打孔,而激光打孔时一般是从重布线层22向载板411方向进行,而激光的能量会随着距离逐渐减小,相应打孔孔径也会变小,因此,第二通孔221的孔径由重布线层22向载板411的方向逐渐缩小。重布线层22还可以包括第二介电层222。

核心载板42的表面可设置有离型膜43,以方便后期将重布线层结构41从核心载板42剥离。参考图4B,将重布线层结构41取放到核心载板42的表面,其中,重布线层22朝向核心载板42。需要说明的是,为了提高产能,图4B中是将两个重布线层结构41分别取放到核心载板42的上下表面,但是这不构成对本公开的限制,本公开也预期只将一个重布线层结构41取放到核心载板42的上表面。

参考图4C,去除重布线层结构41中的载板411。

参考图4D,在重布线层22上制作基板21。

在一些可选的实施方式中,在重布线层22上制作基板21可以包括:在重布线层22上层压第一介电层212;在第一介电层212的外表面朝向重布线层22方向钻孔以形成第一通孔211,其中,第一通孔211的孔径由第一介电层212向重布线层22的方向逐渐缩小;以及在第一通孔211内形成导电结构。

第一介电层212可以包括玻璃纤维,以增强基板21的刚性。第二介电层222与第一介电层212的材料可以不同。

在一些可选的实施方式中,在重布线层22上制作基板21还可以包括:在重布线层22和基板21之间形成连接通孔24,用于电性连接重布线层22和基板21。连接通孔24的数量为至少一个,在连接通孔24为至少两个的情况下,各连接通孔24的孔径可以相同,也可以不同。并且,连接通孔24的孔径也可以与第一通孔211的孔径相同,或者不同。在连接通孔24以及第一通孔211的孔径都相同的情况下,开孔制程相对简单。

参考图4E,将重布线层22和基板21从核心载板42剥离。

在一些可选的实施方式中,参考图4F,根据本公开的制造半导体封装装置的方法还可以包括:在重布线层22远离基板21的面上设置阻焊层23,以及在基板21远离重布线层22的面上设置阻焊层23。

在一些可选的实施方式中,参考图4G,根据本公开的制造半导体封装装置的方法还可以包括:提供裸片25;以及将裸片25键合到重布线层22远离基板21的面之上。可以在裸片25和重布线层22之间设置焊球26以将二者电连接,并且在二者中间填充底部填充胶27。而且,还可以在基板21的底部设置焊垫(未示出)以与外部器件电连接。

在一些可选的实施方式中,作为示例,可以如此设置基板21和重布线层22的厚度:设基板21的厚度为H,重布线层22的厚度为h,则可以设置H>h,其中2≤h≤25um,6≤H≤40um。在特定的实施例中,可以设置2.5≤h≤4um,12≤H≤18um。

在一些可选的实施方式中,作为示例,可以如此设置纵向截面结构示意图中重布线层22相对于基板21的横向长度比例:设重布线层22的横向长度为A,基板21的横向长度为B,则可以设置A≤B,例如可以设置0.1≤A/B≤1。在特定的实施例中,可以设置0.6≤A/B≤0.7。

在一些可选的实施方式中,作为示例,可以如此设置基板21和重布线层22的线宽/线距L/S:设重布线层22的线宽/线距L/S为r,基板21的线宽/线距L/S为R,则可以设置R>r,其中0.3≤r≤10um,10≤R≤100um。在特定的实施例中,可以设置2≤r≤6um,13≤R≤25um。

本实施例中提供的半导体封装装置的制造方法能够实现前文描述的半导体封装装置的相应技术效果,这里不再赘述。

尽管已参考本公开的特定实施例描述并说明本公开,但这些描述和说明并不限制本公开。所属领域的技术人员可清楚地理解,可进行各种改变,且可在实施例内替代等效元件而不脱离如由所附权利要求书限定的本公开的真实精神和范围。图示可能未必按比例绘制。归因于制造过程中的变量等等,本公开中的技术再现与实际实施之间可能存在区别。可存在未特定说明的本公开的其它实施例。应将说明书和图示视为说明性的,而非限制性的。可作出修改,以使特定情况、材料、物质组成、方法或过程适应于本公开的目标、精神以及范围。所有此些修改都落入在此所附权利要求书的范围内。虽然已参考按特定次序执行的特定操作描述本文中所公开的方法,但应理解,可在不脱离本公开的教示的情况下组合、细分或重新排序这些操作以形成等效方法。因此,除非本文中特别指示,否则操作的次序和分组并不限制本公开。

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