阅读说明：本技术 集成无源器件封装结构及其制作方法和基板 (Integrated passive device packaging structure and manufacturing method thereof and substrate ) 是由 陈先明 冯磊 黄本霞 谢炳森 洪业杰 于 2020-06-29 设计创作，主要内容包括：本申请公开了一种集成无源器件封装结构及其制作方法和基板,该方法包括步骤：提供带有埋芯空腔和金属柱的有机框架,在有机框架上表面层压至少一层第一介质,并对至少一层第一介质进行光刻形成开口,开口对应设置在埋芯空腔上方；通过开口贴装电子元件至埋芯空腔,电子元件包括上电极和下电极,分别位于埋芯空腔的上部和下部；层压第二介质至埋芯空腔内部以及第一介质上表面并固化；减薄第一介质和第二介质,露出上电极、下电极以及金属柱的上下表面；电镀金属,形成线路层,线路层与上电极、下电极和金属柱连通。本申请可以提升单位面积内无源器件的排布密度,缩短布线距离,实现无源器件的集成封装。(The application discloses an integrated passive device packaging structure, a manufacturing method thereof and a substrate, wherein the method comprises the following steps: providing an organic frame with a core-embedded cavity and a metal column, laminating at least one layer of first medium on the upper surface of the organic frame, and photoetching at least one layer of first medium to form an opening, wherein the opening is correspondingly arranged above the core-embedded cavity; mounting an electronic element to the core embedding cavity through the opening, wherein the electronic element comprises an upper electrode and a lower electrode which are respectively positioned at the upper part and the lower part of the core embedding cavity; laminating a second medium to the inner part of the embedded core cavity and the upper surface of the first medium and curing; thinning the first dielectric and the second dielectric to expose the upper electrode, the lower electrode and the upper and lower surfaces of the metal column; and electroplating metal to form a circuit layer, wherein the circuit layer is communicated with the upper electrode, the lower electrode and the metal column. The application can improve the arrangement density of the passive devices in unit area, shorten the wiring distance and realize the integrated packaging of the passive devices.)

集成无源器件封装结构及其制作方法和基板

技术领域

本申请涉及半导体封装技术领域，尤其涉及一种集成无源器件封装结构及其制作方法和基板。

技术背景

随着微电子技术的不断发展，便携电子产品和高速收发信息数字产品等超小型和超薄型产品骤增，因此对高密度封装技术要求越来越高，高密度封装技术要求在印制电路板板面上布置安装大量的元件并进行高精密图形和薄型多层化制作，但随着产品集成度的增高高密度电路板制作越来越困难，因此，把大量无源元件埋入到印制电路板内部中，可以缩短元件相互之间的线路长度，改善电气特性，提高有效的印制电路板封装面积，减少大量的印制电路板板面的焊接点，提高封装的可靠性，降低成本。

目前，市面上埋入元器件在板内均为水平布置，因元器件长度尺寸较大，单位表面积内元器件的密度相对受限，并不能满足封装基板的小型化和集成化要求。

申请内容

本申请旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本申请提出一种集成无源器件封装结构及其制作方法和基板，以下是对本文详细描述的主题的概述。本概述并非是为了限制权利要求的保护范围。所述技术方案如下：

第一方面，本申请实施例提供了一种集成无源器件封装结构制作方法，包括以下步骤：

提供带有埋芯空腔和金属柱的有机框架，在所述有机框架上表面层压至少一层第一介质，并对所述至少一层第一介质进行光刻形成阶梯状开口，所述阶梯状开口对应设置在所述埋芯空腔上方；

通过所述阶梯状开口贴装电子元件至所述埋芯空腔，所述电子元件包括上电极和下电极，分别位于所述埋芯空腔的上部和下部；

层压第二介质至所述埋芯空腔内部以及所述第一介质上表面并固化，减薄所述第一介质和所述第二介质，露出所述上电极、所述下电极以及所述金属柱的上下表面；

电镀金属，形成线路层，所述线路层与所述上电极、所述下电极和所述金属柱连通。

根据本申请第一方面实施例的集成无源器件封装结构制作方法，至少具有以下有益效果：第一方面，本申请将无源电子元件垂直植入基板内部，大大缩小了水平方向上电子元件的排放距离，提高了基板单位面积内的排放密度，缩短了走线距离，增加了单位面积电子元器件的容量，实现了封装基板的小型化；第二方面，本申请可以同时集成封装不同型号和尺寸的无源电子元件，提高了基板功能的多元化和集成化。

可选地，在本申请的一个实施例中，还包括：在所述有机框架的上下表面分别形成金属种子层，所述金属种子层覆盖所述上电极、所述下电极和所述金属表面。

可选地，在本申请的一个实施例中，还包括：去除所述感光阻挡层，刻蚀所述金属种子层，在上下表面沉积阻焊层，并对所述阻焊层光刻形成所述线路层的电极窗口。

可选地，在本申请的一个实施例中，所述埋芯空腔、所述金属柱和所述电子元件的数量分别至少为一个。

可选地，在本申请的一个实施例中，所述电子元件的种类为一种或多种。

可选地，在本申请的一个实施例中，减薄所述第一介质和所述第二介质的方式包括以下至少之一：

通过等离子刻蚀的方式对所述第一介质和所述第二介质进行减薄；

通过磨板抛光的方式对所述第一介质和所述第二介质进行减薄；

通过激光钻孔的方式对所述第一介质和所述第二介质进行减薄；

以及通过等离子刻蚀、磨板抛光和激光钻孔任一结合的方式对所述第一介质和所述第二介质进行减薄。

可选地，在本申请的一个实施例中，所述开口为阶梯状开口。

可选地，在本申请的一个实施例中，还包括，通过层压多层第二介质以及对每一层所述第二介质进行刻蚀电镀金属柱和线路层形成连接体将多个所述有机框架进行连接实现多层电子元件封装。

第二方面，本申请实施例提供一种集成无源器件封装结构结构，包括：

有机框架，所述有机框架包括至少一个埋芯空腔、至少一个金属柱以及填充在内部的有机介质；

电子元件，垂直贴装在所述埋芯空腔内，所述电子元件包括上电极和下电极，分别位于所述埋芯空腔的上部和下部；

线路层，覆盖在所述有机框架的上表面和下表面，与所述上电极、所述下电极和所述金属柱连通。

根据本申请第二方面实施例的集成无源器件封装结构结构，至少具有以下有益效果：本申请将无源电子元件垂直植入基板内部，大大缩小了水平方向上电子元件的排放距离，提高了基板单位面积内的排放密度，缩短了走线距离，增加了单位面积电子元器件的容量，实现了封装基板的小型化；第二方面，本申请可以同时集成封装不同型号和尺寸的无源电子元件，提高了基板功能的多元化和集成化。

第三方面，本申请实施例提供一种基板，包括如上第二方面所述的集成无源器件封装结构结构。

根据本申请第三方面实施例的基板，至少具有以下有益效果：本申请将无源电子元件垂直植入基板内部，大大缩小了水平方向上电子元件的排放距离，提高了基板单位面积内的排放密度，缩短了走线距离，增加了单位面积电子元器件的容量，实现了封装基板的小型化；第二方面，本申请可以同时集成封装不同型号和尺寸的无源电子元件，提高了基板功能的多元化和集成化。

本申请的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本申请而了解。本申请的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

具体实施方式

为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本申请，并不用于限定本申请，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，在不影响本申请所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本申请所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。

本部分将详细描述本申请的具体实施例，本申请之较佳实施例在附图中示出，附图的作用在于用图形补充说明书文字部分的描述，使人能够直观地、形象地理解本申请的每个技术特征和整体技术方案，但其不能理解为对本申请保护范围的限制。

在申请的描述中，若干的含义是一个或者多个，多个的含义是两个及两个以上，大于、小于、超过等理解为不包括本数，以上、以下、以内等理解为包括本数。如果有描述到第一、第二只是用于区分技术特征为目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。

参照图1、图3，本申请的一个实施例提供的一种电容电感嵌埋结构制作方法包括以下步骤：

步骤S100，提供带有埋芯空腔120和金属柱130的有机框架100，在有机框架100上表面层压至少一层第一介质200，并对至少一层第一介质200进行光刻形成阶梯状开口210，阶梯状开口210对应设置在埋芯空腔120上方，具体地，如图2所示，有机框架100具有上表面和下表面，至少一个导通金属柱130，根据预埋电子元器件的大小生成阵列式排布的埋芯空腔120。每个埋芯空腔120可根据实际需求设计为至少一个或多个，如图3所示，在有机框架100上表面两次层压第一介质200，并对第一介质200曝光显影进行图形制作，形成分立的台阶层，每两个台阶层之间形成阶梯状开口210，阶梯状开口210设置在埋芯空腔120上方，需要说明的是，设置阶梯状开口210的目的在于方便电子元件300倾斜偏置贴装进入埋芯空腔120，阶梯状开口210的台阶阶梯数根据需要贴装的电子元件300尺寸大小等实际状况制作，大于等于1均可，优选的，本申请中，阶梯状开口210的阶梯数为2，即对应两次层压第一介质200。

步骤S200，通过阶梯状开口210贴装电子元件300至埋芯空腔120，电子元件300包括上电极310和下电极320，分别位于埋芯空腔120的上部和下部，具体地，如图4所示，首先在有机框架100下表面贴附胶带，用于暂时封闭有机框架100下表面，再通过偏置贴装，使电子元件300部分贴在台阶上，在重力的作用下电子元件300沿着台阶下滑至埋芯空腔120孔底，电子元件300贴装埋芯空腔120孔底时，下电极320与胶带接触，需要说明的是，电子元件300可以是分立无源器件，如电阻、电容和电感，也可以是由分立无源器件之间的任一组合器件。

步骤S300，层压第二介质400至埋芯空腔120内部以及第一介质上表面并固化，减薄第一介质200和第二介质400，露出上电极310、下电极320以及金属柱130的上下表面，具体地，如图5所示，在有机框架100上表面压合填充第二介质400，使第二介质400填充埋芯空腔120内电子元件300以外的空间，使第二介质400完全覆盖电子元件300和第一介质200组成的台阶层，并进行热固化，热固化的目的是为了使第一介质200和第二介质400材料***，方便后续工艺执行；如图6所示，对***的第一介质200和第二介质400进行减薄处理，使电子元件300的上电极310和有机框架100的金属柱130上表面露出，进一步去除有机框架100下表面贴附的胶带，露出电子元件300的下电极320及有机框架100的金属柱130的下表面，需要说明的是，减薄第一介质200和第二介质400的方式包括多种方式，可以是通过等离子刻蚀(plasma)的方式对第一介质200和第二介质400进行减薄，也可以是通过物理磨板抛光的方式对第一介质200和第二介质400进行减薄，还可以是通过激光钻孔(laser drill)的方式对第一介质200和第二介质400进行减薄，也可以是通过等离子刻蚀、磨板抛光和激光钻孔任一结合的方式对第一介质200和第二介质400进行减薄，优选的，在本申请的一个实施例中，采用等离子体刻蚀和激光钻孔结合的方式进行减薄，如图7所示，在有机框架100的上下表面分别形成金属种子层600，金属种子层600覆盖上电极310、下电极320和金属柱130表面，需要说明的是，在减薄后的有机框架100的上下表面沉淀金属种子层600，使金属种子层600覆盖上下表面，以及所有通盲孔孔壁，实现电气特性的连通，沉淀金属种子层600的方式包括物理溅射和化学电镀，优选的，本申请的一个实施例采用物理溅射进行金属种子层600沉淀，金属种子层600的厚度根据实际需求定义，在本申请的一个实施例中，金属种子层600厚度范围在800nm～2000nm之间。

需要说明的是，第一介质200和第二介质400为有机材料，包括半固化片(PP)、薄膜型树脂(ABF)或者感光树脂，半固化片和薄膜型树脂可以通过等离子刻蚀、磨板抛光或者激光钻孔等方式进行减薄，感光树脂可通过曝光显影等方式进行减薄处理。

步骤S400，电镀金属，形成线路层500，线路层500与上电极310、下电极320和金属柱130连通，具体地，如图8所示，在有机框架100的上下表面贴附感光阻挡层800，并对感光阻挡层800光刻，进行图形制作，露出线路层500电镀区域，在上下表面进行金属电镀，形成线路层500，线路层500覆盖在电子元件300的上电极310和下电极320以及金属柱130的上表面和下表面，线路层500的厚度可根据实际设计需求设置，如图9所示，去除上下表面的感光阻挡层800，对金属种子层600进行刻蚀，使金属种子层600与线路层500保持一致，完成单层无源电子元件300的垂直封装，需要说明的是，沉淀金属种子层600的目的是为了使金属线路层500与电子元件300的上下电极320以及金属柱130的上下表面更好的连接，提高电气特性。

需要说明的是，相对于传统的电子元件300水平嵌埋结构，垂直嵌埋封装时由于垂直电子元件300长度尺寸较大，因此需要设置阶梯状开口210进行垂直电子元件300的偏置贴装，有机框架100的高度可根据垂直电子元件300的长度尺寸进行调整，另外封装在同一层的垂直电子元件300数量可以是一个也可以是多个，实现同层同型号的电子元件300的集成封装，垂直电子元件300的种类可以是一种也可以是多种，实现同层多型号的电子元件300的集成封装，只需要埋芯空腔120的尺寸满足垂直电子元件300种类中长度尺寸最大的一种即可。

参照图2至图20，本申请的另一个实施例还提供了一种集成无源器件封装结构制作方法，如图10所示，在图8所示的结构上下表面继续贴附感光阻挡层800，并对感光阻挡层800光刻进行图形制作，露出第二金属通孔，对第二金属通孔电镀形成第二金属柱130a，进行增层设计，第二金属柱130a连接于线路层500表面，需要说明的是，可根据设计需求双面光刻和电镀，形成双面增层结构，也可以单面进行增层，形成单面增层结构，在本申请的一个实施例中，进行单面增层设计，如图11所示，去除上下表面的感光阻挡层800，对金属种子层600进行刻蚀，使金属种子层600与线路层500保持一致，如图12所示，在图11所示结构的上表面和下表面分别层压第二介质400，并对第二介质400进行减薄工艺处理，使第二金属柱130a上表面与第二介质400表面齐平，如图13所示，在图12所示结构的上表面依次形成金属种子层600、感光阻挡层800，并光刻感光阻挡层800形成第二线路层窗口，电镀金属，在第二介质400表面形成第二线路层500a，需要说明的是，可以进行单面设计也可以进行双面设计，都属于本申请的保护范围，在本申请的一个实施例中，进行单面设计；如图14所示，在图13所示结构的上表面贴附感光阻挡层800，并对感光阻挡层800光刻和金属电镀形成第三金属柱130b，如图15所示，去除感光阻挡层800，对金属种子层600刻蚀，使金属种子层600与第二线路层500a保持一致，如图16所示，在图15所示结构的上表面制作上层有机框架100，如图17至图19所示，在上层有机框架100内贴装电子元件300，形成第三线路层500b，实现两层电子元件300的垂直封装结构，需要说明的是，上层与下层电子元件300之间通过线路层500、第二线路层500a、第三线路层500b、金属柱130、第二金属柱130a以及第三金属柱130b进行电气连通，另外，还可以根据设计的需要通过单面或者双面增层进行两层及两层以上的电子元件300垂直封装，在都属于本申请的保护范围，在本申请的一个实施例中，进行单面增层两层设计，如图20所示，在图19所示结构的上表面和下表面沉积阻焊层700，并对阻焊层700光刻形成线路层500的电极窗口710，进行电气特性的引出，方便电子元件300与外部电路连接使用，最后，通过对电极窗口710表面进行稀有金属电镀进行抗氧化处理，稀有金属具有化学性质稳定，耐腐蚀等特性，可以防止电极窗口710氧化。

基于上述集成无源器件封装结构制作方法，提出本申请的集成无源器件封装结构的各个实施例。

参照图9，本申请的另一个实施例还提供了一种集成无源器件封装结构包括有机框架100，有机框架100包括至少一层有机框架100，有机框架100包括至少一个埋芯空腔120、至少一个金属柱130；电子元件300，垂直贴装在埋芯空腔120内，电子元件300包括上电极310和下电极320，分别位于埋芯空腔120的上部和下部；线路层500，覆盖在有机框架100的上表面和下表面，与上电极310、下电极320和金属柱130连通；介质层，用于连接线路层500和有机框架100。

在一实施例中，电子元件300垂直贴装在埋芯空腔120内部，电子元件300的上电极310和下电极320分别位于埋芯空腔120的顶部和底部，在有机框架100的上表面和下表面分别设置有线路层500，并且线路层500与电子元件300的上电极310和下电极320分别连通，埋芯空腔120的大小和数量可依据电子元件300的尺寸、型号和数量进行调整，通过将多个电子元件300垂直贴装在多个埋芯空腔120中可实现同层同型号的电子元件300的集成封装，也可以实现同层多型号的电子元件300的集成封装，另外，在本申请的一个实施例中，还可以根据设计的需要通过单面或者双面增层进行两层及两层以上的电子元件300垂直封装，在都属于本申请的保护范围。

本申请的另一个实施例还提供了一种基板，该基板包括有如上任一实施例中的集成无源器件封装结构。

以上是对本申请的较佳实施进行了具体说明，但本申请并不局限于上述实施方式，熟悉本领域的技术人员在不违背本申请精神的前提下还可作出种种的等同变形或替换，这些等同的变形或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。