一種集成無源器件及其封裝方法與流程

本發明涉及半導體領域，具體涉及一種集成無源器件及其封裝方法。

背景技術：

根據所處理的信號是否連續將半導體集成電路分為模擬集成電路和數字集成電路，模擬集成電路中頻率為300khz～30ghz的部分稱為射頻(radiofrequency，rf)集成電路。射頻集成電路主要由晶體管有源器件和電感電容等無源器件構成。

現有技術中的射頻電路使用大量的離散無源器件，離散無源器件占了整個射頻模塊的90％的元器件，80％的面積，70％的成本。集成無源器件(integratedpassivedevice,ipd)技術可以將無源器件集成到襯底內部，可以用芯片替代離散無源器件，其主要優點如下：使有源器件與無源器件的互連以及器件的外部接口變短，降低寄生效應；使射頻系統級封裝(rfsysteminpackage,rfsip)模塊的尺寸大大減小；所有工藝均可以在晶圓級實現，且ipd的尺寸不再受封裝尺寸的限制。

硅基ipd技術是在硅基表面走單層或多層線路，通過不同電容、電感、電阻等無源器件，實現濾波器、巴倫等的設計。該技術在晶圓級封裝內得到了廣泛的應用，其產品不斷向更小體積、更低成本和更低功耗方向發展。但是由于硅基材料是半導體材料，絕緣性能較差，基于硅基表面的電容及電感器件，很難實現高q值(品質因數，衡量電容、電感器件的主要參數)的要求，無法滿足整體器件的性能要求。

技術實現要素：

因此，本發明要解決的技術問題在于克服現有技術中的ipd設計很難實現高q值及封裝尺寸較大的缺陷。

為此，本發明提供一種集成無源器件的封裝方法，包含以下步驟：制備晶圓，所述晶圓內形成若干芯片單元，所述芯片單元的正面具有信號引腳；在一個或多個所述芯片單元的正面刻蝕凹槽；在所述凹槽底部開孔，形成連通所述凹槽至所述芯片背面的連接孔；在所述芯片背面進行封裝注塑，注塑材料通過所述連接孔注滿所述凹槽，在所述凹槽內形成第一絕緣層，且所述注塑材料覆蓋所述芯片背面形成第二絕緣層；在所述第一絕緣層上進行布線，形成第一線路，將所述第一線路與所述芯片單元的信號引腳連接。

優選地，還包括如下步驟：在所述連接孔內的注塑材料內進行二次打孔，形成貫穿芯片兩側的通孔；在所述通孔內填充導電材料，將所述導電材料與所述第一線路連接；在所述第二絕緣層上進行布線，形成第二線路。

優選地，在所述第二線路上涂覆介質層。

本發明還提供一種集成無源器件的封裝方法，包含以下步驟：制備晶圓，所述晶圓內形成若干芯片單元，所述芯片單元的正面具有信號引腳；在一個或多個所述芯片單元上開孔，形成貫穿芯片兩側的連接孔；在所述芯片背面進行注塑，注塑材料完全覆蓋所述芯片背面形成絕緣層，且所述注塑材料注滿所述連接孔；在所述連接孔內的注塑材料內進行二次打孔，形成貫穿芯片兩側的通孔；在所述通孔內填充導電材料，在芯片單元的正面將所述導電材料與所述芯片的信號引腳連接；在所述芯片背面的絕緣層進行布線，形成線路。

優選地，還包括在所述線路上涂覆介質層。

相應地，本發明提供一種集成無源器件，包括晶圓，所述晶圓內形成若干芯片單元，所述芯片單元的正面具有信號引腳；其特征在于，在一個或多個所述芯片單元的正面開設至少一個凹槽，所述凹槽底部具有至少一個貫穿至所述芯片背面的連接孔，所述凹槽和連接孔內填充有注塑材料，所述凹槽內的注塑材料形成第一絕緣層，所述芯片背面覆蓋所述注塑材料形成第二絕緣層，在所述第一絕緣層上排布第一線路，所述線路與所述信號引腳連接。

優選地，在所述連接孔內設置有貫穿第一絕緣層和第二絕緣層的導電芯，在所述第二絕緣層上排布第二線路，所述導電芯的一側與所述第一線路連接，另一側與所述第二線路連接。

優選地，所述第二線路上設置有介質層。

本發明還提供一種集成無源器件，包括晶圓，所述晶圓內形成若干芯片單元，所述芯片單元的正面具有信號引腳；其特征在于，在一個或多個所述芯片單元的上開設有至少一個貫穿至所述芯片兩側的連接孔，連接孔內填充有注塑材料，所述芯片背面覆蓋絕緣材料形成絕緣層，在所述連接孔的注塑材料內設置有貫穿兩側的導電芯，在所述絕緣層上排布線路，所述導電芯的一側與所述線路連接，所述導電芯的另一側與所述信號引腳連接。

優選地，所述線路上設置有介質層。

本發明技術方案，具有如下優點：

1.本發明提供的一種集成無源器件及其封裝方法，該方法包括制備晶圓，晶圓內形成若干芯片單元，芯片單元的正面具有信號引腳；在一個或多個芯片單元的正面刻蝕凹槽；在凹槽底部開孔，形成連通凹槽至芯片背面的連接孔；在芯片背面進行封裝注塑，注塑材料通過連接孔注滿凹槽，在凹槽內形成第二絕緣層，且注塑材料覆蓋芯片背面形成第一絕緣層；在第一絕緣層上進行布線，形成第一線路，第一線路與所述芯片單元的信號引腳連接。該集成無源器件的封裝方法，在制備過程中在多個芯片正面刻蝕凹槽、槽底通過連接孔與背面連通，這樣在注塑芯片的時候，注塑材料從晶圓背面一次性注入，通過每個芯片背面的連接孔注入該芯片正面的凹槽內，從而從背面進行一次晶圓封裝注塑，便可以實現對所有芯片正面凹槽的填充，注塑基于晶圓級工藝采用整體晶圓注塑的方法從而實現晶圓級注塑，ipd做在芯片襯底刻蝕的凹槽上使封裝結構尺寸減小，且無需對每個芯片依次填充注塑材料，加工更加便捷、高效、可控性更高。通過該方式制備的集成無源器件，在凹槽內形成的第二絕緣層上進行布線，使得ipd以絕緣材料為基體材料，器件的電性能遠高于硅基材料，從而滿足高q值的要求。

2.在上述技術方案的基礎上，本發明還改進了在連接孔內的注塑材料內進行二次打孔，形成貫穿芯片兩側的通孔；在通孔內填充導電材料，將導電材料與第一線路連接；在第二絕緣層上進行布線，形成第二線路。這樣可以實現雙面布線設計,使有源器件與無源器件的互連，以及器件的外部接口變短，降低寄生效應，提高ipd的電性能,實現更加便捷的布線，應用范圍更加廣闊。

3.本發明提供的另一種集成無源器件及其封裝方法，制備晶圓，晶圓內形成若干芯片單元，芯片單元的正面具有信號引腳；在一個或多個芯片單元上開孔，形成貫穿芯片兩側的連接孔；在芯片背面進行注塑，注塑材料完全覆蓋芯片背面形成絕緣層且注塑材料注滿連接孔；在連接孔內的注塑材料內進行二次打孔，形成貫穿芯片兩側的通孔；在通孔內填充導電材料，在芯片單元的正面將導電材料與芯片的信號引腳連接；在芯片背面的絕緣層進行布線，形成線路。該集成無源器件的封裝方法，在制備過程中在多個芯片正面進行開孔，注塑材料從晶圓背面一次性注入，注塑材料從芯片背面填充連接孔，從而從背面進行一次晶圓封裝注塑，便可以實現對所有芯片連接孔的填充，注塑基于晶圓級工藝采用整體晶圓注塑的方法從而實現晶圓級注塑，加工更加便捷、高效、可控性更高；通過通孔內的導電材料將芯片正面信號引腳上的信號引到芯片背面，實現了在芯片背面上布置線路，無需在芯片正面進行開槽處理,簡化了工藝流程。通過該方法制備的集成無源器件，在芯片背面的絕緣層上進行布線，使得ipd以絕緣材料為基體材料，器件的電性能遠高于硅基材料，從而滿足高q值的要求。

附圖說明

為了更清楚地說明本發明具體實施方式或現有技術中的技術方案，下面將對具體實施方式或現有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖是本發明的一些實施方式，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。

圖1為本發明實施例1中的封裝方法的流程圖；

圖2a-2k為本發明實施例1中優選方案的封裝方法的流程圖；

圖3a-3i為本發明實施例2中封裝方法的流程圖；

圖4a-4c為本發明實施例3中集成無源器件的示意圖；

圖4d-4g為本發明實施例3中另外一種集成無源器件的示意圖；

圖5a-5d為本發明實施例4中集成無源器件的示意圖。

具體實施方式

下面將結合附圖對本發明的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發明保護的范圍。

在本發明的描述中，需要說明的是，術語“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“豎直”、“水平”、“內”、“外”等指示的方位或位置關系為基于附圖所示的方位或位置關系，僅是為了便于描述本發明和簡化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構造和操作，因此不能理解為對本發明的限制。此外，術語“第一”、“第二”、“第三”僅用于描述目的，而不能理解為指示或暗示相對重要性。

在本發明的描述中，需要說明的是，除非另有明確的規定和限定，術語“安裝”、“相連”、“連接”應做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或一體地連接；可以是機械連接，也可以是電連接；可以是直接相連，也可以通過中間媒介間接相連，還可以是兩個元件內部的連通，可以是無線連接，也可以是有線連接。對于本領域的普通技術人員而言，可以具體情況理解上述術語在本發明中的具體含義。

此外，下面所描述的本發明不同實施方式中所涉及的技術特征只要彼此之間未構成沖突就可以相互結合。

實施例1

本實施例提供一種集成無源器件的封裝方法，用于對晶圓進行封裝，如圖1所示，包括如下步驟：

s1：制備一晶圓100，在晶圓100內形成若干個芯片單元110，如圖2b所示；芯片單元110正面存在信號引腳111，信號引腳111排布在芯片110的周圍，如圖2c所示。

s2：在晶圓100上有若干個芯片單元110，針對每個需要布線的芯片單元110，在芯片單元110正面刻蝕凹槽112，如圖2d所示。刻蝕可以采用濕法刻蝕，也可以采用干法刻蝕，干法刻蝕可以采用等離子刻蝕、濺射刻蝕、反應離子刻蝕等。凹槽的寬度可以根據布線所需的面積確定，布線的面積大，凹槽的面積則大一些，如果布線需要的面積較小，凹槽的寬度也可以小一些。凹槽的形狀可以刻蝕成方形，也可以是圓形，根據需要設置即可。凹槽做在芯片襯底上，凹槽的位置可以根據布線所需設置在芯片單元襯底上的任意可以開槽的位置上。凹槽的個數可以根據布線所需確定，需要多個器件時可以將其設置在一個凹槽上，也可以分別放置在不同的凹槽上，凹槽位置與器件布置位置對應設置即可。凹槽112的數量和位置可以如圖2d所示，為1個，設置在芯片單元110的中心位置。當然，在其他的實施方式中也可以設置在其他位置上，如果凹槽上包含多個器件，在其他的實施方式中，也可以設置成在不同的凹槽上，因此在其他可選的實施方案中，凹槽的位置和個數根據需要合理設置即可。

s3：在凹槽112底部進行開孔，將芯片110整體刻穿，形成連通凹槽112和芯片110背面的連接孔113，如圖2e所示。連接孔113的數量可以如圖2e所示，為2個，在凹槽112底部的兩側分別設置一個。當然，如果凹槽的寬度較小，在其他的實施方式中，也可以只設置一個連接孔，當凹槽寬度較大時，還可以設置三個或以上連接孔，連接孔用于注塑時將背面的注塑材料導通至凹槽，因此在其他可選的實施方案中，連接孔的個數根據需要合理設置即可。連接孔的位置需要在晶圓制作過程中提前預留，該預留的位置上不進行電路布局，因此連接孔可以根據所需設置在該預留位置上的任意位置。開孔可以采用硅通孔制作工藝。

s4：在芯片110背面進行整體晶圓注塑，注塑材料通過連接孔113注滿凹槽112，在凹槽112內形成第一絕緣層114，且注塑材料覆蓋芯片110背面形成第二絕緣層115，如圖2f所示。注塑材料采用完全絕緣的材料，例如塑料，有機材料等。在該步驟中，凹槽112通過連接孔113與芯片背面連通，這樣在注塑芯片的時候，注塑材料從晶圓背面一次性注入，通過每個芯片背面的連接孔113注入該芯片正面的凹槽112內，故在晶圓背面進行一次封裝注塑，便可以實現對所有開槽的芯片正面凹槽112的填充，注塑基于晶圓級工藝采用整體晶圓注塑的方法從而實現晶圓級注塑，ipd做在芯片襯底刻蝕的凹槽上使封裝結構尺寸減小了，且無需對每個芯片依次填充注塑材料，加工更加便捷、高效、可控性更高。

s5：在芯片110正面第一絕緣層114上進行布線，形成第一線路116，第一線路116與信號引腳111連接，實現相應電路結構，如圖2g所示。該方式制備的集成無源器件，以絕緣材料為基體材料進行布線，器件的電性能遠高于現有技術中采用的硅基材料，從而滿足高q值的要求。

上述集成無源器件的封裝方法，制備晶圓100，晶圓100內形成若干芯片單元110，芯片單元110的正面具有信號引腳111；在一個或多個芯片單元110的正面刻蝕凹槽112；在凹槽112底部開孔，形成連通凹槽112至芯片110背面的連接孔113；在芯片110背面進行封裝注塑，注塑材料通過連接孔113注滿凹槽112，在凹槽112內形成第一絕緣層114，且注塑材料覆蓋芯片110背面形成第二絕緣層115；在第一絕緣層114上進行布線，形成第一線路116，第一線路116與所述芯片單元110的信號引腳111連接。該集成無源器件的封裝方法，在制備過程中在多個芯片正面刻蝕凹槽、槽底通過連接孔與背面連通，這樣在注塑芯片的時候，注塑材料從晶圓背面一次性注入，通過每個芯片背面的連接孔注入該芯片正面的凹槽內，從而從背面進行一次晶圓封裝注塑，便可以實現對所有芯片正面凹槽的填充，注塑基于晶圓級工藝采用整體晶圓注塑的方法從而實現晶圓級注塑，ipd做在芯片襯底刻蝕的凹槽上使封裝結構尺寸減小，且無需對每個芯片依次填充注塑材料，加工更加便捷、高效、可控性更高。

作為上述實施例進一步優化的一種實現方式，為了能夠在芯片的兩側都可以進行布線，在上述步驟s5之后還包括以下步驟，如圖2a所示：

s6：在連接孔113內的注塑材料內進行二次打孔，形成貫穿芯片兩側的通孔117，如圖2h所示；

s7：用導電材料118填充通孔117，導電材料118將芯片110正面的信號引到芯片100背面，如圖2i所示，導電材料可以是金屬如銅、金、鎢等。這樣通過導電材料118實現了晶圓兩側的導通，并且將信號線也與導電材料118進行了連接。

s8：在芯片110背面進行布線，形成第二線路119，第二線路119通過導電材料118與第一線路116實現連接，如圖2j所示。這樣可以實現雙面布線設計，使有源器件與無源器件的互連，以及器件的外部接口變短，提高ipd的電性能，實現更加便捷的布線，應用范圍更加廣闊。

此外，還可以在芯片110背面第二線路119上涂覆介質層120，如圖2k所示，以起保護作用。

實施例2

本實施例提供一種集成無源器件的封裝方法，如圖3a所示，包括如下步驟：

s1：制備一晶圓100，在晶圓100內形成若干個芯片單元110，如圖3b所示；芯片單元110正面存在信號引腳111，信號引腳111排布在芯片110的周圍，如圖3c所示。

s2：在晶圓100上有若干個芯片單元110，針對每個需要布線的芯片單元110，在芯片110正面進行開孔，形成貫穿芯片110兩側的連接孔113，如圖3d所示。連接孔的數量可以如圖3d所示，為兩個，在芯片單元110的兩側分別設置一個。當然，在其他的實施方式中也可以根據所需設置成一個，還可以設置成三個或者以上更多個。連接孔的位置需要在晶圓制作過程中提前預留，該預留的位置上不進行電路布局，因此連接孔可以根據所需設置在該預留位置上的任意位置。開孔可以采用硅通孔制作工藝。

s3：在芯片110背面進行整體晶圓注塑，注塑材料覆蓋芯片110背面形成第二絕緣層115，且注塑材料注滿連接孔113，如圖3e所示。注塑材料采用完全絕緣的材料，例如塑料，有機材料等。在該步驟中，連接孔113與芯片背面連通，這樣在注塑的時候，注塑材料從背面一次性注入，故在晶圓背面進行一次封裝注塑，便可以實現對所有開孔的芯片的連接孔112的填充，注塑基于晶圓級工藝采用整體晶圓注塑的方法從而實現晶圓級注塑。

s4：在連接孔113內的注塑材料內進行二次打孔，形成貫穿芯片兩側的通孔117，如圖3f所示。

s5：用導電材料118填充通孔117，導電材料118將芯片110正面的信號引到芯片110背面，如圖3g所示，導電材料可以是金屬，如銅、金、鎢等。這樣通過導電材料118實現了晶圓兩側的導通，并且將信號引腳的信號引到芯片的背面。

s6：在芯片110背面進行布線，形成第二線路119，第二線路119與導電材料118實現連接，如圖3h所示。該方式制備的集成無源器件，以絕緣材料為基體材料進行布線，器件的電性能遠高于現有技術中采用的硅基材料，從而滿足高q值的要求。

上述實施例提供的集成無源器件的封裝方法，制備晶圓100，晶圓100內形成若干芯片單元110，芯片單元110的正面具有信號引腳111；在一個或多個芯片單元110上開孔，形成貫穿芯片兩側的連接孔113；在芯片110背面進行注塑，注塑材料完全覆蓋芯片110背面形成第二絕緣層115且注塑材料注滿連接孔113；在連接孔113內的注塑材料內進行二次打孔，形成貫穿芯片兩側的通孔117；在通孔117內填充金屬材料118，在芯片單元110的正面將金屬材料118與芯片110的信號引腳111連接；在芯片110背面的第二絕緣層115進行布線，形成線路。該集成無源器件的封裝方法，在制備過程中在多個芯片正面進行開孔，注塑材料從晶圓背面一次性注入，注塑材料從芯片背面填充連接孔，從而從背面進行一次晶圓封裝注塑，便可以實現對所有芯片連接孔的填充，注塑基于晶圓級工藝采用整體晶圓注塑的方法從而實現晶圓級注塑，加工更加便捷、高效、可控性更高；通過通孔內的導電材料將芯片正面信號引腳上的信號引到芯片背面，實現了在芯片背面上布置線路，無需在芯片正面進行開槽處理,簡化了工藝流程。

此外，在芯片110背面第二線路119上還可以涂覆介質層120，如圖3i所示，以起保護作用。

實施例3

本施例提供一種集成無源器件，芯片的剖面圖如圖4a所示，正面俯視圖如圖4b所示，背面俯視圖如圖4c所示，包括晶圓100，所述晶圓100內形成若干芯片單元110，所述芯片單元110的正面具有信號引腳111，在一個或多個所述芯片單元110的正面開設至少一個凹槽112，所述凹槽112底部具有至少一個貫穿至所述芯片110背面的連接孔113，所述凹槽112和連接孔113內填充有注塑材料，所述凹槽112內的注塑材料形成第一絕緣層114，所述芯片110背面覆蓋所述注塑材料形成第二絕緣層115，在所述第一絕緣層114上排布第一線路116，所述第一線路116與所述信號引腳111連接。該集成無源器件在凹槽內形成的第一絕緣層上進行布線，使得ipd以絕緣材料為基體材料，器件的電性能遠高于硅基材料，從而滿足高q值的要求，ipd的基體材料在芯片單元正面的凹槽內，封裝結構尺寸小。

作為另外一種集成無源器件的結構，芯片的剖面圖如圖4d所示，正面俯視圖如圖4e所示，背面俯視圖如圖4f所示，在上述實施例的基礎上，進一步地所述連接孔113內設置有貫穿第一絕緣層114和第二絕緣層115的導電芯118，在所述第二絕緣層115上排布第二線路119，背面俯視圖如圖4g所示，所述導電芯118的一側與所述第一線路116連接，另一側與所述第二線路119連接。該集成無源器件還可以實現雙面布線設計，使有源器件與無源器件的互連，以及器件的外部接口變短，降低寄生效應，提高ipd的電性能。此外，在所述第二線路119上設置有介質層120，起保護作用。

實施例4

本施例提供一種集成無源器件，芯片的剖面圖如圖5a所示，正面俯視圖如圖5b所示，背面俯視圖如圖5c所示，包括晶圓100，所述晶圓100內形成若干芯片單元110，所述芯片單元110的正面具有信號引腳111，在一個或多個所述芯片單元110的上開設有至少一個貫穿至所述芯片兩側的連接孔113，連接孔113內填充有注塑材料，所述芯片110背面覆蓋絕緣材料形成第二絕緣層115，在所述連接孔113的注塑材料內設置有貫穿兩側的導電芯118，在所述第二絕緣層115上排布第二線路119，背面俯視圖如圖5d所示，所述導電芯118的一側與所述第二線路119連接，所述導電芯118的另一側與所述信號引腳111連接。該集成無源器件通過導電芯將芯片正面信號引腳上的信號引到芯片背面，在芯片背面的絕緣材料上進行布線，以絕緣材料為基體材料，器件的電性能遠高于硅基材料，從而滿足高q值的要求。在所述第二線路119上設置有介質層120，起保護作用。

顯然，上述實施例僅僅是為清楚地說明所作的舉例，而并非對實施方式的限定。對于所屬領域的普通技術人員來說，在上述說明的基礎上還可以做出其它不同形式的變化或變動。這里無需也無法對所有的實施方式予以窮舉。而由此所引伸出的顯而易見的變化或變動仍處于本發明創造的保護范圍之中。