Pop結構及其形成方法

Pop結構及其形成方法
【專利摘要】POP結構及其形成方法。一種器件包括與底部封裝件接合的頂部封裝件。底部封裝件包括模塑材料；在模塑材料中模制的器件管芯；穿透模塑材料的組件通孔(TAV)；以及位于器件管芯上方的再分配線。頂部封裝件包括封裝在其中的分立無源器件。分立無源器件與再分配線電連接。
【專利說明】POP結構及其形成方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及pop結構及其形成方法。
【背景技術】
[0002]在集成電路應用中，越來越多的功能被集成到產品中。例如，可能需要將諸如3G視頻元件、WiFi元件、藍牙元件以及音頻/視頻元件的不同功能元件集成到一起來形成應用。
[0003]在傳統的集成方案中，將不同的部件接合至中介層，該中介層進一步接合至封裝襯底。例如，在移動應用中，可以使用這種方案接合電源管理集成電路芯片、收發器芯片以及多層陶瓷電容器。所得到的封裝件在面積上通常很厚且很大。此外，由于與中介層接合的各種部件通過許多電氣連接與中介層連接，因此中介層的電氣連接的間距需要非常小，并且有時小至約40nm至50nm。如此小的間距要求中介層使用微凸塊(u-凸塊)，微凸塊的形成仍然面臨著技術挑戰。

【發明內容】

[0004]為了解決現有技術中存在的問題，根據本發明的一方面，提供了一種器件，包括:底部封裝件，所述底部封裝件包括:模塑材料；在所述模塑材料中模制的第一器件管芯；穿透所述模塑材料的組件通孔(TAV);和位于所述模塑材料上方的第一再分配線；以及頂部封裝件，所述頂部封裝件包括封裝在所述頂部封裝件中的分立無源器件，其中所述頂部封裝件位于所述底部封裝件上方并且與所述底部封裝件接合，并且所述分立無源器件與所述再分配線電連接。
[0005]在所述的器件中，所述分立無源器件是分立電容器。
[0006]所述的器件進一步包括:在所述模塑材料中模制的第二器件管芯，其中所述第一器件管芯和所述第二器件管芯彼此齊平。在一個實施例中，所述第一器件管芯包括第一電連接件，所述第二器件管芯包括第二電連接件，并且所述第一電連接件的端部和所述第二電連接件的端部與所述模塑材料的表面齊平。在另一個實施例中，所述第一器件管芯和所述第二器件管芯選自基本上由電源管理集成電路(PMIC)管芯、收發器(TRX)管芯和基帶管芯所組成的組。
[0007]所述的器件進一步包括:位于所述模塑材料的與所述第一再分配線相反的面上的第二再分配線，其中所述第二再分配線通過所述TAV與所述第一再分配線電連接。
[0008]所述的器件進一步包括:包含在所述頂部封裝件中的另一器件管芯，其中所述另一器件管芯與所述底部封裝件接合；以及位于所述模塑材料中并且與所述另一器件管芯電連接的另一 TAV。
[0009]根據本發明的另一方面，提供了一種器件，包括:底部封裝件，所述底部封裝件包括:模塑材料；在所述模塑材料中模制的第一器件管芯；在所述模塑材料中模制的第二器件管芯，其中所述第一器件管芯和所述第二器件管芯的電連接件的端部與所述模塑材料的表面齊平；穿透所述模塑材料的多個組件通孔(TAV)，其中所述第一器件管芯和所述第二器件管芯的電連接件的端部與所述多個TAV的端部齊平；位于所述模塑材料的第一面上的第一再分配層，其中所述第一再分配層包括多條第一再分配線；和位于所述模塑材料的與所述第一面相反的第二面上的第二再分配層，其中所述第二再分配層包括多條第二再分配線；以及位于所述底部封裝件上方的頂部封裝件，其中所述頂部封裝件包括封裝在所述頂部封裝件中的分立電容器，并且所述分立電容器與所述底部封裝件接合。
[0010]在所述的器件中，所述頂部封裝件進一步包括與所述底部封裝件接合的第三器件管芯。
[0011]在所述的器件中，所述頂部封裝件進一步包括另一模塑材料，并且所述分立電容器在所述另一模塑材料中模制。在一個實施例中，所述另一模塑材料與所述底部封裝件接觸。
[0012]在所述的器件中，所述分立電容器是多層陶瓷電容器(MLCC)。
[0013]在所述的器件中，所述第一器件管芯和所述第二器件管芯的電連接件的端部與所述模塑材料的底面齊平。
[0014]在所述的器件中，所述第一器件管芯是電源管理集成電路(PMIC)管芯，而所述第二器件管芯是收發器(TRX)管芯。
[0015]根據本發明的又一方面，提供了一種方法，包括:形成底部封裝件，形成底部封裝件的步驟包括:在載具上方放置第一器件管芯和第二器件管芯；在所述載具上方形成多個組件通孔(TAV);在模塑材料中模制所述第一器件管芯、所述第二器件管芯和所述多個TAV ;減薄所述模塑材料，其中在所述減薄的步驟之后，通過所述模塑材料暴露出所述多個TAV的頂端以及所述第一器件管芯和所述第二器件管芯的電連接件的頂端；和在所述模塑材料的第一面上形成多條第一再分配線(RDL)，其中所述多條第一 RDL與所述多個TAV電連接；以及形成頂部封裝件，形成頂部封裝件的步驟包括:將分立無源器件接合至所述底部封裝件。
[0016]在所述的方法中，形成所述頂部封裝件的步驟進一步包括將第三器件管芯接合至所述底部封裝件。
[0017]所述的方法進一步包括:在所述模塑材料中模制所述分立無源器件。在一個實施例中，在將所述分立無源器件接合至所述底部封裝件的步驟之后，執行模制所述分立無源器件的步驟。
[0018]所述的方法進一步包括:實施管芯切割以將所述頂部封裝件和所述底部封裝件與其他封裝件分開。
[0019]所述的方法進一步包括:在所述模塑材料的第二面上形成多條第二 RDL，其中所述多條第二 RDL通過所述多個TAV與所述多條第一 RDL電連接。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0020]為更充分地理解本實施例及其優點，現在將結合附圖所作的如下描述作為參考，其中:
[0021]圖1至圖10是根據一些示例性實施例處于制造堆疊封裝(POP)結構的中間階段的截面圖，其中在POP封裝件中嵌有器件管芯。【具體實施方式】
[0022]在下面詳細討論本發明實施例的制造和使用。然而，應該理解，實施例提供了許多可以在各種具體環境中實現的可應用的發明構思。所討論的具體實施例僅僅是示例性的，而不用于限制本發明的范圍。
[0023]根據各個示例性實施例提供了堆疊封裝(POP)結構及其形成方法。示出了形成封裝結構的中間階段。論述了實施例的變化。在所有各個附圖和示例性實施例中，相同的編號用于表不相同的兀件。
[0024]圖1至圖10是根據一些示例性實施例處于制造POP結構的中間階段的截面圖。圖1示出載具20以及位于載具20上的粘著層22。載具20可以是玻璃載具、陶瓷載具等。粘著層22可以由諸如紫外線(UV)膠的粘著劑形成。
[0025]圖2示出器件管芯24和25的放置以及導電柱28的形成。例如通過粘著層22在載具20上方放置器件管芯24和25，并且使其彼此齊平。器件管芯24和25可以是其中包括邏輯晶體管的邏輯器件管芯。例如，在一些示例性實施例中，器件管芯24和25是設計用于移動應用的管芯并且可以包括電源管理集成電路(PMIC)管芯和收發器(TRX)管芯。盡管示出兩個管芯24和25，但是在載具20的上方可以放置更多的管芯并且使其彼此齊平。
[0026]在整個說明書中，導電柱28被可選地稱為組件通孔(Through Assembly Via,TAV) 28。在一些實施例中，預先形成TAV28，然后將其放置在粘著層22上。在可選的實施例中，TAV28可以通過鍍法形成。可以在放置管芯24和25之前實施鍍TAV28，并且鍍TAV28可以包括在載具20上方形成晶種層(未示出)，形成并且圖案化光刻膠(未示出)，以及在通過光刻膠暴露的晶種層部分上鍍TAV28。然后可以去除光刻膠和被光刻膠覆蓋的晶種層部分。然后可以將器件管芯24和25放置在載具20上方。TAV28的材料可以包括銅、鋁等。在圖2中的所得到的結構中，TAV28的底端與器件管芯24和25的底面基本上齊平。
[0027]在一些示例性實施例中，金屬柱26 (諸如銅柱)形成為器件管芯24和25的頂部并且與器件管芯24和25中的器件電連接。在一些實施例中，介電層27形成在器件管芯24和25的頂面，其中金屬柱26的至少下部位于介電層27中。介電層27的頂面還可以與金屬柱26的頂端基本上齊平。可選地，不形成介電層27，并且金屬柱26在器件管芯24和25的剩余部分的上方伸出。
[0028]參考圖3，在器件管芯24和25以及TAV28上模制模塑材料40。模塑材料40填充器件管芯24和25以及TAV28之間的間隙并且可以與粘著層22接觸。而且，模塑材料40可以填充到金屬柱26之間的間隙中。模塑材料40可以包括模塑料、模塑底部填充物、環氧樹脂或者樹脂。模塑材料40的頂面高于金屬柱26和TAV28的頂端。接下來,實施減薄步驟(其可以是研磨步驟)以減薄模塑材料40直至暴露出金屬柱26和TAV28。所得到的結構在圖4中示出。由于減薄步驟，TAV28的頂端28A與金屬柱26的頂端26A基本上齊平并且與模塑材料40的頂面40A基本上齊平。
[0029]接下來，參考圖5，在模塑材料40上方形成再分配線(RDL)42用于連接金屬柱26和TAV28。RDL42還可以互連金屬柱26和TAV28。RDL形成在介電層44中。在一些實施例中，通過沉積金屬層、圖案化金屬層并且用介電層44填充RDL42之間的間隙形成RDL42。在可選的實施例中，使用鑲嵌工藝形成RDL42和介電層44。RDL42可以包含金屬或者金屬合金，包括鋁、銅、鎢和/或它們的合金。
[0030]圖5還示出根據一些示例性實施例的電連接件46的形成。連接件46的形成可以包括在RDL42的暴露部分上放置焊料球，然后回流焊料球。在可選的實施例中，連接件46的形成包括執行鍍層步驟以在RDL42上方形成焊料區，然后回流焊料區。連接件46還可以包括金屬柱或者金屬柱和焊料蓋頂(solder cap)，其也可以通過鍍法形成。在整個說明書中，包括器件管芯24和25、TAV28、模塑材料40以及上覆的RDL42和介電層44的組合結構被稱為封裝件48，其在該步驟中可以具有晶圓形式。在可選的實施例中，不是在該制造階段形成電連接件46，而是在封裝部件58和60接合之后形成電連接件46，該接合步驟在圖9中示出。
[0031]參考圖6，實施載具交換(carrier switch)。在載具交換工藝中，首先將載具49接合至封裝件48，其中載具20和49位于封裝件48的相反面上。可以通過粘著劑50將載具49接合至封裝件48，粘著劑50可以是UV膠、膠帶等。然后通過使粘著層22失去粘著性將載具20從封裝件48卸離。然后去除粘著層22。例如，當粘著層22由UV膠形成時，可以將粘著層22暴露于UV光，從而使得粘著層22失去粘著性，并因此可以從封裝件48去除載具20和粘著層22。
[0032]參考圖7，在載具交換之后，暴露出TAV28的后端28B。在示出的結構中，TAV28的后端28B與器件管芯24的背面24A和器件管芯25的背面25A齊平。TAV28的后端28B還可以與模塑材料40的表面40B基本上齊平。在一些實施例中，實施研磨以輕微地研磨器件管芯24和25以及TAV28的背面。作為研磨的結果，TAV28可以在器件管芯24和25的背面上方略微伸出，或者使TAV28的端部28B與表面40B、24A和25A齊平。可選地，可以省略研磨步驟。
[0033]如圖8所不,形成介電層52和RDL54。在一些實施例中，介電層52由諸如氧化物、氮化物、碳化物、碳氮化物、它們的組合和/或它們的多層的介電材料形成。RDL54形成在介電層52中并且與TAV28連接。一些RDL54可以在器件管芯24和25上方延伸并且與器件管芯24和25對準。因此，RDL54具有扇入結構。例如，可以將RDL54的位于器件管芯24和25上方并且與器件管芯24和25對準的部分與RDL54的位于TAV28上方并且與TAV28對準的部分連接。
[0034]圖9示出封裝部件58和60與封裝件48的接合。封裝部件58和60可以是封裝件、器件管芯和/或無源器件等。在一些示例性實施例中，封裝部件58是器件管芯，而封裝部件60是分立無源器件，其并沒有與諸如晶體管的有源器件集成在相同的芯片上。例如，當相應的封裝件用于移動應用時，封裝部件58可以是基帶管芯，而封裝部件60是多層陶瓷電容器(MLCC)。例如，可以使用倒裝芯片接合通過連接件62來實施接合，其中連接件62可以包含焊料。應該理解，可以將器件管芯24、25和58布置成不同于所示出的示例性實施例。例如，PMIC管芯或者TRX管芯可以是器件管芯58，而基帶管芯可以是器件管芯24和25中的一種。
[0035]在封裝部件58和60接合之后，例如在模塑材料64中模制封裝部件58和60。模塑材料64可以與底部封裝件48接觸。所得到的封裝部件58和60與模塑料64因而形成頂部封裝件66，其接合至下方的底部封裝件48。因此，所得到的結構是POP結構。接下來，從載具49卸下頂部封裝件66和底部封裝件48。所得到的結構在圖10中示出。然后可以將晶圓級封裝件48切割成多個POP結構68，其中每一個POP結構68包括與一個底部封裝件48接合的一個頂部封裝件66。
[0036]在這些實施例中，將多個器件管芯連同TAV28 —起嵌入到底部封裝件48中。嵌入式底部封裝件48的厚度小于典型的封裝襯底的厚度，并且小于中介層和封裝襯底的合并厚度。因此，與其中器件管芯和封裝部件接合至中介層，該中介層進一步接合在封裝襯底上的傳統結構相比，所得到的POP結構68具有減小的厚度。而且，將器件管芯24和25與封裝部件58和60 (圖10)堆疊起來，而不是接合在同一中介層上(如在傳統的結構中)。因此，與傳統結構相比，器件管芯24和25以及封裝部件58和60占據的總面積減小。
[0037]根據實施例，一種器件包括與底部封裝件接合的頂部封裝件。底部封裝件包括模塑材料；在模塑材料中模制的器件管芯；穿透模塑材料的TAV ;以及位于器件管芯上方的再分配線。頂部封裝件包括封裝在其中的分立無源器件。分立無源器件與再分配線電連接。
[0038]根據其他實施例，一種器件包括頂部封裝件和底部封裝件。底部封裝件包括模塑材料；在模塑材料中模制的第一器件管芯；以及在模塑材料中模制的第二器件管芯。第一和第二器件管芯的電連接件的端部與模塑材料的表面齊平。底部封裝件進一步包括穿透模塑材料的多個TAV，其中第一和第二器件管芯的電連接件的端部與多個TAV的端部齊平。底部封裝件進一步包括位于模塑材料的第一面上的第一再分配層，其中第一再分配層包括多條第一再分配線，以及位于模塑材料的與第一面相反的第二面上的第二再分配層，其中第二再分配層包括多條第二再分配線。頂部封裝件包括封裝在其中的分立電容器，其中分立電容器與底部封裝件接合。
[0039]根據又一些實施例，一種方法包括形成底部封裝件，其包括在載具上方放置第一器件管芯和第二器件管芯；在載具上方形成多個TAV ;在模塑材料中模制第一器件管芯、第二器件管芯和多個TAV;以及減薄模塑材料。在減薄步驟之后，通過模塑材料暴露出多個TAV的頂端以及第一器件管芯和第二器件管芯的電連接件的頂端。底部封裝件的形成進一步包括在模塑材料的一面上形成多條RDL，其中多條RDL與多個TAV電連接。該方法進一步包括形成頂部封裝件，其包括將分立無源器件接合至底部封裝件。
[0040]盡管已經詳細地描述了實施例及其優勢，但應該理解，可以在不背離所附權利要求限定的實施例的構思和范圍的情況下，進行各種改變、替換和更改。而且，本申請的范圍并不僅限于本說明書中描述的工藝、機器、制造、材料組分、裝置、方法和步驟的特定實施例。作為本領域普通技術人員根據本發明應很容易理解，根據本發明可以利用現有的或今后開發的用于執行與本文所述相應實施例基本上相同的功能或者獲得基本上相同的結果的工藝、機器、制造、材料組分、裝置、方法或步驟。因此，所附權利要求預期在其范圍內包括這樣的工藝、機器、制造、材料組分、裝置、方法或步驟。此外，每條權利要求構成單獨的實施例，并且多個權利要求和實施例的組合在本發明的范圍內。
【權利要求】
1.一種器件，包括: 底部封裝件，包括: 模塑材料； 在所述模塑材料中模制的第一器件管芯； 穿透所述模塑材料的組件通孔(TAV);和 位于所述模塑材料上方的第一再分配線；以及 頂部封裝件，包括封裝在所述頂部封裝件中的分立無源器件，其中所述頂部封裝件位于所述底部封裝件上方并且與所述底部封裝件接合，并且所述分立無源器件與所述再分配線電連接。
2.根據權利要求1所述的器件，其中，所述分立無源器件是分立電容器。
3.根據權利要求1所述的器件，進一步包括:在所述模塑材料中模制的第二器件管芯，其中所述第一器件管芯和所述第二器件管芯彼此齊平。
4.根據權利要求3所述的器件 ，其中，所述第一器件管芯包括第一電連接件，所述第二器件管芯包括第二電連接件，并且所述第一電連接件的端部和所述第二電連接件的端部與所述模塑材料的表面齊平。
5.根據權利要求3所述的器件，其中，所述第一器件管芯和所述第二器件管芯選自基本上由電源管理集成電路(PMIC)管芯、收發器(TRX)管芯和基帶管芯所組成的組。
6.根據權利要求1所述的器件，進一步包括:位于所述模塑材料的與所述第一再分配線相反的面上的第二再分配線，其中所述第二再分配線通過所述TAV與所述第一再分配線電連接。
7.根據權利要求1所述的器件，進一步包括: 包含在所述頂部封裝件中的另一器件管芯，其中所述另一器件管芯與所述底部封裝件接合；以及 位于所述模塑材料中并且與所述另一器件管芯電連接的另一 TAV。
8.一種器件，包括: 底部封裝件，包括: 模塑材料； 在所述模塑材料中模制的第一器件管芯； 在所述模塑材料中模制的第二器件管芯，其中所述第一器件管芯和所述第二器件管芯的電連接件的端部與所述模塑材料的表面齊平； 穿透所述模塑材料的多個組件通孔(TAV)，其中所述第一器件管芯和所述第二器件管芯的電連接件的端部與所述多個TAV的端部齊平； 位于所述模塑材料的第一面上的第一再分配層，其中所述第一再分配層包括多條第一再分配線；和 位于所述模塑材料的與所述第一面相反的第二面上的第二再分配層，其中所述第二再分配層包括多條第二再分配線；以及 位于所述底部封裝件上方的頂部封裝件，其中所述頂部封裝件包括封裝在所述頂部封裝件中的分立電容器，并且所述分立電容器與所述底部封裝件接合。
9.一種方法，包括:形成底部封裝件，包括: 在載具上方放置第一器件管芯和第二器件管芯； 在所述載具上方形成多個組件通孔(TAV)； 在模塑材料中模制所述第一器件管芯、所述第二器件管芯和所述多個TAV ； 減薄所述模塑材料，其中在所述減薄的步驟之后，通過所述模塑材料暴露出所述多個TAV的頂端以及所述第一器件管芯和所述第二器件管芯的電連接件的頂端；和 在所述模塑材料的第一面上形成多條第一再分配線(RDL)，其中所述多條第一 RDL與所述多個TAV電連接；以及形成頂部封裝件，包括: 將分立無源器件接合至所述底部封裝件。
10.根據權利要求9所述的方法，進一步包括:在所述模塑材料的第二面上形成多條第二 RDL，其中所述多條第二 RDL通過所述多個TAV與所述多條第一 RDL電連接。
【文檔編號】H01L21/60GK103730434SQ201310162895
【公開日】2014年4月16日 申請日期:2013年5月6日 優先權日:2012年10月11日
【發明者】陳旭賢, 陳志華, 葉恩祥, 呂孟升, 陳承先 申請人:臺灣積體電路制造股份有限公司