一种晶圆级封装器件及其制备方法与流程

1.本发明属于半导体封装技术领域，特别是涉及一种晶圆级封装器件及其制备方法。


背景技术：

2.随着电子产品，如电脑、平板电脑、手机电话、汽车、家用电器、物联网对象向着更小、更快、更节能、更高性能的发展，对应芯片的小型化与集成化需求在逐渐增加，在单一晶元中封装更多的功能模块，必然成为半导体封装未來的其中一个的重要趋势。
3.通常，为了实现产品的集成化，需要在单个晶圆上集成有源器件，如开关、低噪声功放、功放、基带、应用处理器等。另外，越来越多的晶圆级封装需要集成射频ipd(integrated passive device，集成无源器件)，如滤波器，以有效缩小射频模块的尺寸。
4.现有技术中大多数采用平面结构的ipd，由于这种ipd制作于与硅衬底平行的2d平面，这种2d平面制作的ipd，一方面，无法满足射频封装结构的集成度，另一方面，也无法满足封装性能，尤其是高频条件下的封装性能。
5.现有技术中，还可以通过倒装焊(fc，flip chip)或者引线键合(wb，wire bonding)的方式将独立的ipd固定于基板结构中。利用这种方法引入的ipd需要额外占用封装空间，并且可能带来的一个问题是封装后的ipd性能因焊球或者引线键合的引入而出现恶化。
6.因此，如何将3d ipd集成于晶圆级封装器件中，是本领域技术人员需要解决的课题。


技术实现要素：

7.鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种晶圆级封装器件及其制备方法，用于解决现有技术的ipd在封装器件中的集成度不够，成本高等问题。
8.为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种晶圆级封装器件，所述晶圆级封装器件至少包括模塑层和制作于所述模塑层中的3d ipd结构。
9.优选地，所述3d ipd结构包括3d电感ipd结构、3d电容ipd结构及3d电阻ipd结构中的一种或者多种的组合。
10.优选地，所述模塑层包括第一表面和与所述第一表面相对的第二表面，所述3d电感ipd结构包括：
11.多条第一金属焊垫层，形成于所述模塑层的第一表面中；
12.金属柱，形成于所述模塑层中且位于所述第一金属焊垫层的两端；
13.第二金属焊垫层，形成于所述模塑层的第二表面，且所述第二金属焊垫层将每条所述第一金属焊垫层两端的所述金属柱顺次连接，形成3d电感ipd结构。
14.优选地，所述3d电容ipd结构包括形成于所述模塑层中的至少一组相对设置的金属层，每组所述金属层所在的平面与所述模塑层垂直。
15.优选地，所述晶圆级封装器件还包括形成于所述模塑层的第一表面的第一重新布线层和形成于所述模塑层的第二表面的第二重新布线层，其中，所述第一重新布线层包括第一介质层和形成于所述第一介质层中且与所述3d ipd结构连接的第一布线金属层，所述第二重新布线层包括第二介质层和形成于第二介质层中且与所述3d ipd结构连接的第二布线金属层。
16.优选地，所述晶圆级封装器件为扇出型晶圆级封装器件，还包括：
17.金属连接柱，形成于所述模塑层中且与所述第一布线金属层和所述第二布线金属层连接；
18.多个芯片，焊接于所述第二重新布线层表面且与所述第二布线金属层连接；
19.焊球，形成于所述第一重新布线层表面且与所述第一布线金属层连接。
20.优选地，所述晶圆级封装器件为rf asic晶圆级封装器件，还包括：
21.rf asic芯片，形成于所述第二重新布线层表面且与所述第二布线金属层连接；
22.焊球，形成于所述第一重新布线层表面且与所述第一布线金属层连接。
23.本发明还提供一种晶圆级封装器件的制备方法，所述制备方法至少包括：
24.制备模塑层；
25.在所述模塑层中形成3d ipd结构。
26.优选地，所述3d ipd结构包括电感ipd结构、电容ipd结构及电阻ipd结构中的一种或者多种的组合。
27.优选地，在所述模塑层中制备所述电感ipd结构的制备方法包括：
28.提供具有释放层的衬底，于所述释放层表面形成多条第一金属焊垫层；
29.于所述第一金属焊垫层的两端表面形成金属柱；
30.于所述释放层表面形成覆盖所述金属柱和所述第一金属焊垫层的模塑层，减薄所述模塑层和所述金属柱；
31.于所述模塑层表面形成第二金属焊垫层，所述所述第二金属焊垫层将每条所述第一金属焊垫层两端的所述金属柱顺次连接；
32.通过所述释放层，去除所述衬底，从而形成3d电感ipd结构。
33.优选地，在所述模塑层中制备所述3d电容ipd结构的制备方法包括：
34.提供具有释放层的衬底，与所述释放层表面形成模塑层；
35.刻蚀所述模塑层形成暴露所述释放层的至少一组相对设置的开口；
36.在所述开口中填充金属层材料，形成至少一组相对设置的金属层，每组所述金属层所在的平面与所述模塑层垂直；
37.通过所述释放层，去除所述衬底，从而形成3d电容ipd结构。
38.优选地，所述晶圆级封装器件的制备方法还包括：
39.于所述模塑层的第一表面形成第一重新布线层，于所述模塑层的第二表面形成第二重新布线层，其中，所述第一重新布线层包括第一介质层和形成于所述第一介质层中且与所述3dipd结构连接的第一布线金属层，所述第二重新布线层包括第二介质层和形成于第二介质层中且与所述3d ipd结构连接的第二布线金属层。
40.优选地，所述晶圆级封装器件的制备方法还包括：
41.于所述模塑层中形成金属连接柱，所述金属连接柱与所述第一布线金属层和所述
第二布线金属层连接的；
42.于所述第二重新布线层表面焊接多个芯片，所述芯片与所述第二布线金属层连接；
43.于所述第一重新布线层表面形成焊球，所述焊球与所述第一布线金属层连接，从而形成扇出型晶圆级封装器件。
44.优选地，所述晶圆级封装器件的制备方法还包括：
45.于所述所述第二重新布线层表面焊接rf asic芯片，所述rf asic芯片与所述第二布线金属层连接；
46.于所述第一重新布线层表面形成焊球，所述焊球与所述第一布线金属层连接，从而形成rf asic晶圆级封装器件。
47.如上所述，本发明提供一种晶圆级封装器件及其制备方法，所述晶圆级封装器件至少包括模塑层和制作于所述模塑层中的3d ipd结构。本发明通过在模塑层中制备集成的3d ipd结构，可以实现制备更高性能的系统式封装结构，另外，本发明的晶圆级封装器件可以同时整合毫米波天线/电容/电感/电晶体/gpu/pmu/ddr/闪存/滤波器等各种电子芯片和元器件，具有更高的灵活性和更广泛的相容性，从而缩小封装尺寸，降低封装成本。
附图说明
48.图1～图7为本发明一种晶圆级封装器件中3d ipd结构的制备方法各个步骤呈现的结构示意图。
49.图8和图9为两种3d ipd结构的立体示意图。
50.图10和图12均为本发明晶圆级封装器件中第一重新布线层和第二重新布线层的结构示意图。
51.图11为本发明集成3d ipd的rf asic晶圆级封装器件的结构示意图。
52.图13为本发明集成3d ipd的扇出型晶圆级封装器件的结构示意图。
53.元件标号说明
[0054]1ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
模塑层
[0055]2ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
3d ipd结构
[0056]
21
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3d电感ipd结构
[0057]
211
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第一金属焊垫层
[0058]
212
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金属柱
[0059]
213
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第二金属焊垫层
[0060]
22
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3d电容ipd结构
[0061]
221
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金属层
[0062]3ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
第一重新布线层
[0063]
31
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第一介质层
[0064]
32
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第一布线金属层
[0065]4ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
第二重新布线层
[0066]
41
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
第二介质层
[0067]
42
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
第二布线金属层
[0068]5ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
金属连接柱
[0069]6ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
芯片
[0070]
7、8
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焊球
[0071]9ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
rf asic芯片
[0072]
10
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衬底
[0073]
11
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释放层
具体实施方式
[0074]
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。
[0075]
请参阅附图。需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。
[0076]
本实施例提供一种晶圆级封装器件，如图7、图8及图9所示，所述晶圆级封装器件至少包括模塑层1和制作于所述模塑层1中的3d ipd结构。
[0077]
作为示例，所述模塑层1包括环氧基树脂、液态热固性环氧树脂、塑料模塑化合物，形成所述模塑层1的方法包括压缩成型、转移成型、液封灌封成型、真空层压及旋涂中的一种。所述模塑层1的厚度范围介于10um～200um之间，例如，可以是30um、50um、80um、100um、150um、180um等等。
[0078]
作为示例，所述3d ipd结构包括3d电感ipd结构21、3d电容ipd结构22及3d电阻ipd结构中的一种或者多种的组合。当然，根据具体的封装类型，也可以将所述3d ipd结构设计成其他的无源器件，在此不做限制。
[0079]
在一实施例中，如图7和图8所示，所述模塑层1包括第一表面和与所述第一表面相对的第二表面，所述3d电感ipd结构21包括多条第一金属焊垫层211、金属柱212以及第二金属焊垫层213。所述多条第一金属焊垫层211，形成于所述模塑层1的第一表面中；所述金属柱212形成于所述模塑层1中且位于所述第一金属焊垫层211的两端；所述第二金属焊垫层213，形成于所述模塑层1的第二表面，且所述第二金属焊垫层213将每条所述第一金属焊垫层211两端的所述金属柱212顺次连接，形成3d电感ipd结构21。其中个，图7为剖面示意图，图8为立体示意图。
[0080]
作为示例，所述第一金属焊垫层211的材料包括但不限于铜。形成所述第一金属焊垫层211的方法包括但不限于pvd、cvd、溅射、电镀及化学镀中的一种。所述第一金属焊垫层211与所述第一金属焊垫层211为平行排列。
[0081]
作为示例，所述金属柱212包括但不限于铜柱或者钛柱中的一种，形成所述金属柱212的方法包括但不限于pvd、cvd、溅射、电镀及化学镀中的一种。
[0082]
作为示例，所述第二金属焊垫层213的材料包括但不限于铜。形成所述第二金属焊垫层213的方法包括但不限于pvd、cvd、溅射、电镀及化学镀中的一种。所述第二金属焊垫层
213与所述第二金属焊垫层213为平行排列。
[0083]
在另一实施例中，如图9所示，所述3d电容ipd结构22包括形成于所述模塑层1中的至少一组相对设置的金属层221，每组所述金属层221所在的平面与所述模塑层1垂直。
[0084]
需要知晓，以上仅分别提供了3d电感ipd结构21和3d电容ipd结构22，在其他实施例中，还可以是其他的3d ipd结构，在此不再一一列举。
[0085]
作为示例，如图10和图12所示，所述晶圆级封装器件还包括形成于所述模塑层1的第一表面的第一重新布线层3和形成于所述模塑层1的第二表面的第二重新布线层4，其中，所述第一重新布线层3包括第一介质层31和形成于所述第一介质层31中且与所述3d ipd结构2连接的第一布线金属层32，所述第二重新布线层4包括第二介质层41和形成于第二介质层41中且与所述3d ipd结构2连接的第二布线金属层42。
[0086]
图10中未展示第一布线金属层32和第二布线金属层42。
[0087]
作为示例，所述第一介质层31和第二介质层41的材料包括环氧树脂、硅胶、pi、pbo、bcb、氧化硅、磷硅玻璃及含氟玻璃中的一种。
[0088]
作为示例，所述第一布线金属层32和第二布线金属层42的材质包括铜、铝、钛金属中的一种，形成所述第一布线金属层32和第二布线金属层42的方法包括pvd、cvd、溅射、电镀及化学镀中的一种，所述第一布线金属层32和第二布线金属层42包括单层或者多层结构。
[0089]
所述晶圆级封装器件还可以包括其他的结构层，以形成不同类型的晶圆级封装器件。
[0090]
在一实施例中，如图11所示，所述晶圆级封装器件为rf asic晶圆级封装器件，所述器件还包括：rf asic芯片9和焊球8。所述rf asic芯片9形成于所述第二重新布线层4表面且与所述第二布线金属层(未予以图示)连接；所述焊球8形成于所述第一重新布线层3表面且与所述第一布线金属层(未予以图示)连接。
[0091]
在另一实施例中，如图13所示，所述晶圆级封装器件为扇出型晶圆级封装器件，所述器件还包括金属连接柱5、多个芯片6以及焊球7。所述金属连接柱5形成于所述模塑层1中且与所述第一布线金属层32和所述第二布线金属层42连接；所述芯片6焊接于所述第二重新布线层4表面且与所述第二布线金属层42连接；所述焊球7形成于所述第一重新布线层3表面且与所述第一布线金属层32连接。
[0092]
所述焊球7、8的材质包括但不限于铜或者镍。所述第一布线金属层32表面可以仅仅形成有焊球7、8，也可以先形成金属支柱(未予以图示)，再形成焊球7、8，在此不限。
[0093]
需要说明的是，本发明的晶圆级封装器件可以是rf asic晶圆级封装器件及扇出型晶圆级封装器件，还可以是其他任何需要集成3d ipd结构的器件，在此不限。
[0094]
本实施例还提供一种晶圆级封装器件的制备方法，利用该方法可以获得上述晶圆级封装器件，所述制备方法至少包括：首先制备模塑层1；然后在所述模塑层中形成3d ipd结构2。
[0095]
作为示例，所述3d ipd结构2包括3d电感ipd结构21、3d电容ipd结构22及3d电阻ipd结构中的一种或者多种的组合。当然，根据具体的封装类型，也可以将所述3d ipd结构2设计成其他的无源器件，在此不做限制。
[0096]
在一实施例中，所述3d ipd结构2为3d电感ipd结构21，在所述模塑层1中制备所述
3d电感ipd结构21的制备方法可以包括如下步骤：
[0097]
首先，如图1所示，提供具有释放层11的衬底10，再如图2所示，于所述释放层11表面形成多条第一金属焊垫层211。
[0098]
作为示例，所述衬底10包括玻璃衬底、金属衬底、半导体衬底、聚合物衬底及陶瓷衬底中的一种。本实施例中，所述衬底10选择半导体基底，如硅晶圆。所述衬底10的形状可以为圆形、方形或其他任意所需形状，本实施例通过所述衬底10来防止后续制备过程中器件结构层发生破裂、翘曲、断裂等问题。
[0099]
所述释放层11用于后续分离衬底10和模塑层1及第一金属焊垫层211。所述释放层11包括胶带层或聚合物层中的一种，通过旋涂工艺将所述释放层11涂覆于所述衬底10表面，然后使用激光固化或紫外光固化或热固化工艺使所述释放层11固化成型。
[0100]
作为示例，所述第一金属焊垫层211的材料包括但不限于铜。形成所述第一金属焊垫层211的方法包括但不限于pvd、cvd、溅射、电镀及化学镀中的一种。所述第一金属焊垫层211与所述第一金属焊垫层211为平行排列。
[0101]
然后，如图3所示，于所述第一金属焊垫层211的两端表面形成金属柱212。
[0102]
作为示例，所述金属柱212包括但不限于铜柱或者钛柱中的一种，形成所述金属柱212的方法包括但不限于pvd、cvd、溅射、电镀及化学镀中的一种。
[0103]
接着，如图4所示，于所述释放层11表面形成覆盖所述金属柱212和所述第一金属焊垫层211的模塑层1，如图5所示，减薄所述模塑层1和所述金属柱212。
[0104]
作为示例，所述模塑层1包括环氧基树脂、液态热固性环氧树脂、塑料模塑化合物，形成所述模塑层1的方法包括压缩成型、转移成型、液封灌封成型、真空层压及旋涂中的一种。形成的所述模塑层1如图4所示，之后采用包括但不限于研磨法进行减薄及平坦化处理，暴露所述金属柱212的表面，得到如图5所示的结构。
[0105]
接着，如图6所示，于所述模塑层1表面形成第二金属焊垫层213，所述所述第二金属焊垫层213将每条所述第一金属焊垫层211两端的所述金属柱212顺次连接。
[0106]
作为示例，所述第二金属焊垫层213的材料包括但不限于铜。形成所述第二金属焊垫层213的方法包括但不限于pvd、cvd、溅射、电镀及化学镀中的一种。所述第二金属焊垫层213与所述第二金属焊垫层213为平行排列。
[0107]
最后，如图7所示，通过所述释放层11，去除所述衬底10，从而形成3d电感ipd结构21。
[0108]
再请参考附图8，图8为图7的立体结构图，可以更加清晰地看到所述模塑层1中制备的3d电感ipd结构21。
[0109]
在另一实施例中，所述3d ipd结构2为3d电容ipd结构22，在所述模塑层1中制备所述3d电容ipd结构22的制备方法可以包括如下步骤：
[0110]
首先，在所述模塑层中制备所述3d电容ipd结构的制备方法包括：
[0111]
然后，提供具有释放层的衬底，与所述释放层表面形成模塑层；
[0112]
接着，刻蚀所述模塑层形成暴露所述释放层的至少一组相对设置的开口；
[0113]
再在所述开口中填充金属层材料，形成至少一组相对设置的金属层221，每组所述金属层221所在的平面与所述模塑层1垂直；
[0114]
最后，通过所述释放层，去除所述衬底，从而形成3d电容ipd结构22，如图9所示为
3d电容ipd结构22立体图。
[0115]
需要知晓，以上仅分别提供了制备3d电感ipd结构21和3d电容ipd结构22的其中一种制备方法，在其他实施例中，还可以利用其它适合的方式来制备对应的3d ipd结构，在此不再一一列举。
[0116]
作为示例，如图10和图12所示，所述晶圆级封装器件的制备方法还可包括以下步骤：于所述模塑层1的第一表面形成第一重新布线层3，于所述模塑层1的第二表面形成第二重新布线层4，其中，所述第一重新布线层3包括第一介质层31和形成于所述第一介质层31中且与所述3d ipd结构2连接的第一布线金属层32，所述第二重新布线层4包括第二介质层41和形成于第二介质层41中且与所述3d ipd结构2连接的第二布线金属层42。
[0117]
图10中未展示第一布线金属层32和第二布线金属层42。
[0118]
作为示例，所述第一介质层31和第二介质层41的材料包括环氧树脂、硅胶、pi、pbo、bcb、氧化硅、磷硅玻璃及含氟玻璃中的一种。
[0119]
作为示例，所述第一布线金属层32和第二布线金属层42的材质包括铜、铝、钛金属中的一种，形成所述第一布线金属层32和第二布线金属层42的方法包括pvd、cvd、溅射、电镀及化学镀中的一种，所述第一布线金属层32和第二布线金属层42包括单层或者多层结构。
[0120]
之后，所述晶圆级封装器件的制备方法还可包括其它步骤，以形成不同类型的晶圆级封装器件。
[0121]
在一实施例中，需要形成rf asic晶圆级封装器件，所述晶圆级封装器件的制备方法还可以包括以下步骤，请参考附图11。
[0122]
于所述所述第二重新布线层4表面焊接rf asic芯片9，所述rf asic芯片9与所述第二布线金属层(未予以图示)连接。
[0123]
于所述第一重新布线层3表面形成焊球8，所述焊球8与所述第一布线金属层(未予以图示)连接，从而形成如图11所示的rf asic晶圆级封装器件。
[0124]
在另一实施例中，需要形成扇出型晶圆级封装器件，所述晶圆级封装器件的制备方法还包括以下步骤，请参考附图13。
[0125]
首先，于所述模塑层1中形成金属连接柱5，所述金属连接柱5与所述第一布线金属层32和所述第二布线金属层42连接的。需要说明的是，本步骤中，所述金属连接柱5的制备，可以与所述3d ipd结构2的制备同时进行，即在所述模塑层1中制备所述3d ipd结构2的同时，刻蚀所述模塑层1并沉积金属材料形成金属连接柱5。
[0126]
然后，于所述第二重新布线层42表面焊接多个芯片6，所述芯片6与所述第二布线金属层42连接。可以采用cu-cu键合方式来焊接所述芯片6，在此不做限制。
[0127]
最后，于所述第一重新布线层3表面形成焊球7，所述焊球与7所述第一布线金属层32连接，从而形成如图13所示的扇出型晶圆级封装器件。
[0128]
所述焊球7、8的材质包括但不限于铜或者镍。所述第一布线金属层32表面可以仅仅形成有焊球7、8，也可以先形成金属支柱(未予以图示)，再形成焊球7、8，在此不限。
[0129]
需要说明的是，利用本发明的制备方法不仅可以制备如上列举的所述rf asic晶圆级封装器件及扇出型晶圆级封装器件，还可以是其他任何需要集成3d ipd结构2的器件，在此不限。
[0130]
本发明的晶圆级封装器件的制备方法，通过在模塑层中制备集成的3d ipd结构，可以实现制备更高性能的系统式封装结构，另外，本发明的晶圆级封装器件可以同时整合毫米波天线/电容/电感/电晶体/gpu/pmu/ddr/闪存/滤波器等各种电子芯片和元器件，具有更高的灵活性和更广泛的相容性，从而缩小封装尺寸，降低封装成本。
[0131]
所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。
[0132]
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。