扇出封装结构的制作方法

1.本发明属于半导体制造领域，尤其涉及一种扇出封装结构。


背景技术：

2.先重布线的露出型封装结构本征上在芯片的正面有较厚的重布线和底填/塑封结合层，该结合层有较高的热膨胀系数。随着降低封装结构厚芯片扇度的要求，露出型封装结构会有明显的翘曲，影响后续倒装工艺,且存在工艺和可靠性失效的问题。


技术实现要素：

3.本发明的目的在于提供一种解决上述技术问题的扇出封装结构。
4.为了实现上述发明目的之一，本发明一实施方式提供一种扇出封装结构，包括：重布线层，设置于重布线层下方的焊球，电性连接所述重布线层上方的高热芯片和低热芯片，以及填充设置于重布线层上方且包覆所述高热芯片、低热芯片的塑封料；所述高热芯片上表面裸露至所述塑封料之外，所述低热芯片的上表面包封于所述塑封料之中；
5.于所述低热芯片的上表面设置翘曲调节保护层；
6.或于所述低热芯片正上方的塑封料开设至少一个通孔，且所述低热芯片的部分上表面透过所述通孔曝露于所述塑封料之外。
7.作为本发明一实施方式的进一步改进，于所述低热芯片的上表面设置翘曲调节保护层时，所述翘曲调节保护层的上表面曝露于所述塑封料之外；
8.或所述塑封料延伸至所述翘曲调节保护层上方，并包覆所述翘曲调节保护层上表面。
9.作为本发明一实施方式的进一步改进，于所述低热芯片正上方的塑封料开设通孔时，所述扇出封装结构还包括：于所述低热芯片的上表面设置翘曲调节保护层，所述通孔贯穿所述翘曲调节保护层。
10.作为本发明一实施方式的进一步改进，在低热芯片临近高热芯片的塑封料上，自塑封料的上表面向下开设有凹槽，所述凹槽与其相邻的芯片不相接，且所述凹槽的底部不低于所述低热芯片的上表面；所述芯片包括：高热芯片和/或低热芯片。
11.作为本发明一实施方式的进一步改进，自所述塑封料上表面至所述低热芯片的延伸方向上，所述通孔的开口尺寸保持不变或依次递减。
12.作为本发明一实施方式的进一步改进，至少一个通孔沿所述低热芯片靠近高热芯片的边缘设置为长条状，和/或至少2个及2个以上的通孔沿低热芯片靠近高热芯片的边缘排布为长条状。
13.作为本发明一实施方式的进一步改进，所述高热芯片和低热芯片均通过焊球电性连接所述重布线层。
14.作为本发明一实施方式的进一步改进，所述扇出封装结构还包括：由塑封料包覆且填充设置于所述重布线层上方的底部填充层，所述底部填充层包覆高热芯片和/或低热
芯片靠近所述重布线层一侧的端部。
15.作为本发明一实施方式的进一步改进，所述底部填充层还包覆高热芯片和/或低热芯片的侧壁。
16.作为本发明一实施方式的进一步改进，所述扇出封装结构还包括：贴合设置于所述低热芯片下表面的至少一层聚合物介质层。
17.作为本发明一实施方式的进一步改进，所述翘曲调节保护层的厚度>＝10um，其热膨胀系数>10ppm/k。
18.与现有技术相比，本发明的扇出封装结构，通过在低热芯片的背表面设置翘曲调节保护层，或通过于所述低热芯片上方的塑封料开设至少一个通孔，增加对整个扇出封装结构的翘曲调节能力；使扇出封装结构的良率及稳定度均得到大幅提升。
附图说明
19.图1是本发明第一实施方式中扇出封装结构的结构示意图；
20.图2是本发明第二实施方式中扇出封装结构的结构示意图；
21.图3是本发明第三实施方式中扇出封装结构的结构示意图；
22.图3a、3b、3c分别为图3所示实施方式具有不同结构通孔的俯视结构示意图；
23.图4是本发明第四实施方式中扇出封装结构的俯视结构示意图；
24.图5是本发明第五实施方式中扇出封装结构的结构示意图；
25.图6是本发明第六实施方式中扇出封装结构的结构示意图；
26.图7是本发明第五实施方式中扇出封装结构的封装方法的流程示意图；
27.图8对应本发明图7所示封装方法的步骤示意图。
具体实施方式
28.以下将结合附图所示的具体实施方式对本发明进行详细描述。但这些实施方式并不限制本发明，本领域的普通技术人员根据这些实施方式所做出的结构、方法、或功能上的变换均包含在本发明的保护范围内。
29.需要说明的是，本文使用的例如“上”、“下”等表示空间相对位置的术语是出于便于说明的目的来描述如附图中所示的一个单元或特征相对于另一个单元或特征的关系。空间相对位置的术语可以旨在包括封装结构在使用或工作中除了图中所示方位以外的不同方位。例如，如果将图中的设备翻转，则被描述为位于其他单元或特征“下表面”的单元将位于其他单元或特征“上表面”。因此，示例性术语“下表面”可以囊括上表面和下表面这两种方位。封装结构可以以其他方式被定向(旋转90度或其他朝向)，并相应地解释本文使用的与空间相关的描述语。
30.结合图1、图2、图3、图4、图5所示，本发明图示实施方式提供的扇出封装结构均包括：重布线层30，设置于重布线层30下方的焊球80，电性连接所述重布线层30上方的高热芯片41和低热芯片42，以及填充设置于重布线层30上方且包覆所述高热芯片41、低热芯片42的塑封料70；所述高热芯片41上表面裸露至所述塑封料70之外，所述低热芯片42的上表面包封于所述塑封料70之中。
31.所述高热芯片41通常为soc芯片，所述低热芯片42通常为存储芯片。
32.具体结合图1所示，本发明第一实施方式的扇出封装结构，所述扇出封装结构还包括：于所述低热芯片42的上表面设置的翘曲调节保护层50，所述翘曲调节保护层50的上表面曝露于所述塑封料70之外；贴合设置于所述低热芯片42下表面的至少一层聚合物介质层43；由塑封料70包覆且填充设置于所述重布线层30上方的底部填充层60，所述底部填充层60自重布线层30上表面向上延伸，包覆高热芯片41和低热芯片42的侧壁，并延伸至与所述封装结构的上表面处于同一平面；另外，所述高热芯片41和低热芯片42均通过焊球80电性连接所述重布线层30；所述焊球80通常可以为锡球或者带锡冒的金属凸块，也可以为其他种类的电性连接件。
33.结合图2所示，本发明第二实施方式的扇出封装结构还包括：于所述低热芯片42的上表面设置的翘曲调节保护层50，所述塑封料70延伸至所述翘曲调节保护层50上方，并包覆所述翘曲调节保护层50上表面；贴合设置于所述低热芯片42下表面的至少一层聚合物介质层43；由塑封料70包覆且填充设置于所述重布线层30上方的底部填充层60，所述底部填充层60自重布线层30上表面向上延伸，包覆低热芯片42的整个侧壁以及包覆高热芯片41的部分侧壁，所述底部填充层60延伸至与所述低热芯片42上表面处于同一平面；另外，所述高热芯片41和低热芯片42均通过焊球80电性连接所述重布线层30。
34.较佳的，对于以上及以下的任一实施方式，若在该实施方式中设置翘曲调节保护层50，则优选翘曲调节保护层50的厚度>＝10um，其热膨胀系数>10ppm/k。进一步的，选择翘曲调节保护层50的热膨胀系数>20ppm/k。所述翘曲调节保护层50的材质通常可选用环氧树脂、硅胶、p i、pbo、bcb、环氧树脂填料复合材料和其它高分子复合材料等，在此不做赘述。
35.较佳的，对于本发明的第一实施方式中，选择翘曲调节保护层50时，选择热膨胀系数>20ppm/k。
36.本发明的第一实施方式和第二实施方式的扇出封装结构，通过在低热芯片42的上表面设置翘曲调节保护层50，增加对整个扇出封装结构的翘曲调节能力，使扇出封装结构的良率及稳定度均得到大幅提升。
37.结合图3所示，本发明第三实施方式提供的扇出封装结构还包括：于所述低热芯片42正上方的塑封料70开设的至少一个通孔71，所述低热芯片42的部分上表面透过所述通孔71曝露于所述塑封料70之外；由塑封料70包覆且填充设置于所述重布线层30上方的底部填充层60，所述底部填充层60自重布线层30上表面向上延伸，包覆高热芯片41和低热芯片42的部分侧壁；另外，所述高热芯片41和低热芯片42均通过焊球80电性连接所述重布线层30。
38.较佳的，结合图3a、图3b、3c所示，所述通孔71的大小、形状、数量、相对芯片的占比、排列方式均可以根据需要具体设置；例如：通孔71的数量设置为1个或多个；通孔71的开口形状设置为长条形、圆形、多边形、跑道形，带圆弧倒角的多边形等；设置多个通孔71时，其排列方式为直线排布、交错排布、避开芯片热敏感区域的不规则排布等；开孔面积例如为对应其下方低热芯片42面积的0.5％-99.5％，且开口的位置、大小可以依据散热和翘曲具体表现进行调整。
39.本发明较佳实施方式中，自所述塑封料70上表面至所述低热芯片42的延伸方向上，所述通孔71的开口尺寸保持不变或依次递减。
40.另外，本发明较佳实施方式中，所述通孔71避免跨越低热芯片42边缘设置。
41.对于通孔71设置，本发明较佳实施方式中，结合图3a所示，所述通孔71设置为至少
一个；进一步的，至少一个所述通孔71沿所述低热芯片42靠近高热芯片41的边缘设置为长条状；在该具体示例中，较佳的，所述通孔71的边角设置为带圆弧的倒角形状；较佳的，所述通孔71的在扇形封装结构上表面的开口宽度≥50μm，所述通孔71的长宽比介于1:1到1:10之间。
42.结合图3b、3c所示，所述通孔71设置为至少2个，2个及2个以上的通孔71沿低热芯片42靠近高热芯片41的边缘排布为长条状；在图3b所示示例中，每一个通孔71的径向截面均设置为长条状；在图3c所示示例中，每一个通孔71的径向截面均设置为圆形。
43.较佳的，当通孔71的数量设置为多个时，相邻通孔71之间的最小间隔≥50μm。
44.较佳的，低热芯片42靠近高热芯片41边缘布置的通孔71，通孔71距离其临近低热芯片42的边缘距离≥50μm。
45.较佳的，低热芯片42靠近高热芯片41边缘布置的通孔71，通常居中设置，且靠近高热芯片41边缘布置的通孔71的直线距离大于其相邻芯片的1/2。
46.结合4所示，图4所示第四实施方式的扇出封装结构在上述第三实施方式的扇出封装结构基础上进行改进，其与第三实施方式的区别在于，在低热芯片42临近高热芯片41的塑封料上，自塑封料的上表面向下开设有凹槽72，所述凹槽72与其相邻的芯片不相接，且所述凹槽72的底部不低于所述低热芯片42的上表面；所述芯片包括：高热芯片41和/或低热芯片42。需要说明的是，该实施方式的凹槽72通常在靠近低热芯片42的塑封料上开设，且在芯片的平面延伸方向上，所述凹槽72与任一芯片均不相接。
47.该图4仅在图3c所示基础上进行标识，其它结构未进一步的具体赘述。
48.结合图5所示，本发明图5所示第五实施方式的扇出封装结构在上述第三实施方式或第四实施方式的扇出封装结构基础上进行改进，其与第三实施方式或第四实施方式的区别在于，所述扇出封装结构还包括：于所述低热芯片42的上表面设置翘曲调节保护层50，所述通孔71贯穿所述翘曲调节保护层50。该第五实施方式的翘曲调节保护层50的材质、厚度、热膨胀系数可以参考前述实施方式，在此不做进一步的赘述。
49.本发明第三实施方式、第四实施方式、第五实施方式的扇出封装结构，通过于所述低热芯片42上方的塑封料70开设至少一个通孔71，在增加对整个扇出封装结构的翘曲调节能力的同时，可以给低热芯片提供与热界面材料直接接触的窗口，提升芯片的散热能力和芯片间隔处的整体稳定性；使扇出封装结构的良率及稳定度均得到大幅提升。
50.需要说明的是，在本发明的其他实施方式中，在以上任一实施方式基础上，所述高热芯片41和低热芯片42电性连接所述重布线层30的方式，均可以根据现有技术相应调节，即如上附图所示的通过焊球80直接或间接电性连接所述重布线层30，也可以通过焊线连接等方式，在此不做一一列举。另外，对于设置于所述低热芯片42下表面的至少一层聚合物介质层43，对于如上的每一实施方式，该聚合介质层均可以选择性添加或去除；对于如上的每一实施方式，芯片周边包覆的底部填充层60，其可以选择性包覆任一一个芯片，也可以未对任何芯片进行包覆，其可以自重布线层30向上仅对芯片下方的焊球80等进行包覆，也可以自重布线层30向上包覆至芯片的下端部，亦可以自重布线层30向上延伸至芯片上表面齐平的位置以包覆芯片的侧壁。
51.结合图6所示，本发明第六实施方式提供的扇出封装结构包括：重布线层30，设置于重布线层30下方的焊球80，电性连接所述重布线层30上方的高热芯片41和低热芯片42，
贴合设置于所述低热芯片42下表面的至少一层聚合物介质层43；以及填充设置于重布线层30上方且包覆所述高热芯片41、低热芯片42的塑封料70；所述高热芯片41上表面裸露至所述塑封料70之外，所述低热芯片42的上表面包封于所述塑封料70之中；其中，扇出封装结构还包括：由塑封料70包覆且填充设置于所述重布线层30上方的底部填充层60，所述底部填充层60自重布线层30上表面向上延伸，仅包覆高热芯片41下端部和/或仅在高密度焊球部分包覆。
52.另外，在该第六实施方式中，所述高热芯片41和低热芯片42均通过焊球80电性连接所述重布线层30；所述焊球80通常可以为锡球或者带锡冒的金属凸块，也可以为其他种类的电性连接件；所述聚合物介质层43可选择地添加或去除，在此不做进一步的赘述。
53.结合图7、图8所示，本发明一实施方式提供一种图5所示扇出封装结构的封装方法，所述封装方法包括：
54.s1、提供载板10，并在载板10上表面涂覆单层或多层的临时结合保护层20，该临时结合保护层20用于保护其上方设置的重布线层30；所述临时结合保护层20可以为聚合物层或带状胶黏层，其双面通常具有粘性胶带或通过旋涂工艺制作的粘合胶等，粘性胶带例如芯片附着膜或非导电膜等；粘合胶例如：在uv光(紫外光)照射后很容易被撕离的uv胶带，采用湿法腐蚀、化学机械研磨等方法去除的环氧树脂(epoxy)、硅橡胶(s i l i cone rubber)、聚酰亚胺(p i)、聚苯并恶唑(pbo)、苯并环丁烯(bcb)等。
55.需要说明的是，步骤s1的临时结合保护层20可以选择性布置，即可在步骤s1提供的载板10基础上直接布置重布线层30，在此不做进一步的赘述。
56.s2、在临时结合保护层20上方布置重布线层30，所述重布线层30由多重布线堆叠构成，其可以为晶圆级或板级重布线堆叠层，或多层布线的有机基板。
57.s3、将高热芯片41和低热芯片42倒装在重布线层30上；在该步骤中，对于低热芯片42，若需要在低热芯片42下表面布置聚合物介质层43和/或在低热芯片42上表面布置翘曲调节保护层50，则在步骤s3之前执行，并与低热芯片42封装为一体后，在步骤s4中将其倒装在重布线层30上。
58.s4、对高热芯片41和/或低热芯片做底部填充，以在重布线层30上方形成底部填充层60，所述底部填充层60可以仅包覆芯片下方的带锡帽的金属凸块80，也可以向上延伸至芯片侧壁，或是延伸至与低热芯片42的上表面齐平，也可以延伸至与高热芯片41的上表面齐平，在该具体示例中，底部填充层60延伸至与低热芯片42的上表面齐平。
59.需要说明的是，步骤s5可以选择性进行，即可在步骤s4实施后，直接进入步骤s6。
60.s5、在重布线上方采用塑封料70进行塑封，并将所有芯片埋入塑封料70中；该步骤可采用塑封或印刷/贴压高分子复合材料的方式将芯片全部保护起来。
61.s6、去除重布线层30下方的临时结合保护层20和载板，并在重布线层30的下方形成带锡帽的金属凸块80；临时结合保护层20和基板的去除的方式根据设定的临时结合保护层20的材料进行选择，在此不做进一步的赘述。
62.s7、背部减薄，以使得高热芯片41的上表面曝露出塑封料70之外，高热芯片41的上表面为整个扇出封装结构的上表面。
63.s8、在低热芯片42上方的预定位置开设通孔71，以使得低热芯片42的部分上表面通过所述通孔71曝露于所述塑封料70之外，形成最终的扇形封装结构。所述开孔方式例如
uv激光开孔，在此不做进一步的赘述。
64.综上所述，本发明的扇出封装结构，通过在低热芯片的上表面设置翘曲调节保护层，或通过于所述低热芯片上方的塑封料开设至少一个通孔71，增加对整个扇出封装结构的翘曲调节能力；使扇出封装结构的良率及稳定度均得到大幅提升。
65.应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施方式中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
66.上文所列出的一系列的详细说明仅仅是针对本发明的可行性实施方式的具体说明，它们并非用以限制本发明的保护范围，凡未脱离本发明技艺精神所作的等效实施方式或变更均应包含在本发明的保护范围之内。