埋入硅基板扇出型封裝結構及其制造方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及半導體封裝技術領域，具體是涉及一種埋入硅基板扇出型封裝結構及其制造方法。
【背景技術】
[0002]隨著芯片變得越來越小，I/O數越來越多，芯片級封裝已不能滿足I/O扇出的要求。扇出型圓片級封裝技術(FOWLP)是對圓片級芯片尺寸封裝技術的補充，通過再構圓片的方式將芯片I/O端口引出，在重構的包封體上形成焊球或凸點終端陣列，在一定范圍內可代替傳統的引線鍵合焊球陣列(WBBGA)封裝或倒裝芯片焊球陣列(FCBGA)封裝(〈5001/Os)封裝結構，特別適用于蓬勃發展的便攜式消費電子領域。
[0003]FOffLP工藝在2008年就開始應用，主要是英飛凌無線(后來的英特爾的無線部門)的 eWLB (Embedded Wafer Level BGA)技術，封裝代工主要在 STATS Chip PAC^NANIUM進行，主要應用是英特爾無線部門的基帶芯片封裝。隨著FOWLP工藝技術逐漸成熟，成本不斷降低，同時加上芯片工藝的不斷提升(基帶芯片和移動終端應用處理器芯片已經進入28nm量產)，FOWLP可能出現爆發性增長。為了實現成本降低將會朝著大面板尺寸的封裝工藝(Panel Size Fan-out WLP, PffLP)發展，并可能通過使用封裝基板工藝實現。
[0004]標準的eWLB工藝流程如下:首先在一個載片上貼膜，然后把芯片焊盤面朝下放置于膜上；使用圓片級注塑工藝，將芯片埋入到模塑料中；固化模塑料，移除載片。之后對埋有芯片的模塑料圓片進行晶圓級工藝。在芯片焊盤暴露的一側進行鈍化、金屬再布線、制備凸點底部金屬層，植球，最后切片完成封裝。
[0005]專利US20080308917與專利US2015003000使用聚合物等塑封材料包覆若干芯片，使芯片嵌入其中，再進行晶圓級工藝，該方法主要問題有以下幾點。首先，聚合物膠圓片的翹曲問題，使用硅或者玻璃載片可以幫助減少翹曲，但帶來臨時鍵合和拆鍵合復雜工藝。研發新型低翹曲模塑料，材料成本高。其次，對于1XlOmm到12 X 12mm扇出封裝體，板級可靠性具有很大挑戰，特別是與溫度循環相關的測試，對于eWLB產品，板級連接后需要底部填充膠來提高可靠性。再次，對于使用聚合物膠圓片對產率具有很大影響。在注塑以及模塑料固化過程中芯片偏移是一個主要的工藝障礙。另一個要點是選擇再布線介質材料，因為重構圓片需要適應再布線工藝制程，標準的晶圓級介質不能直接應用。
[0006]專利CN 104037133 A公開了一種扇出封裝結構，該結構是在硅載板上開槽，芯片倒置于槽底，芯片焊盤電性通過線路引到硅載板表面；槽內用塑封材料填充，在塑封材料表面制作重布線金屬，將線路電性導出。該結構及制程十分復雜，成本較高。
[0007]為解決上述問題，需要開發新的扇出型方案，具有很好的工藝加工性，更好的可靠性，降低成本。
【發明內容】
[0008]為了解決上述技術問題，本發明提出一種埋入硅基板扇出型封裝結構及其制造方法，采用硅基體取代模塑料作為扇出的基體，充分利用硅基體的優勢，能夠制作精細布線，利用成熟的硅刻蝕工藝，可以精確刻蝕孔、槽等結構；且散熱性能好。工藝上，還可以取消圓片塑封，拆鍵合工藝，降低工藝難度，從而顯著降低成本，提高成品率。
[0009]本發明的技術方案是這樣實現的:
[0010]—種埋入娃基板扇出型封裝結構，包括一娃基體，所述娃基體具有第一表面和與其相對的第二表面，所述第一表面上形成有至少一個向所述第二表面延伸的凹槽，所述凹槽側面與底面垂直或接近垂直，所述凹槽內放置有至少一顆芯片，所述芯片的焊盤面與所述凹槽底面反向，且所述芯片的焊盤面接近所述第一表面；所述芯片底部與所述凹槽底部之間設有一層粘附層，所述芯片側面與所述凹槽的側壁之間具有間隙，該間隙內填充有第一介質層；所述芯片及所述第一表面上形成有第二介質層；所述第二介質層上形成有至少一層與所述芯片的焊盤連接的金屬布線，最外一層金屬布線上覆蓋有一層鈍化層，且該金屬布線上形成有用于植焊球的凸點下金屬層，所述鈍化層上開設有對應該凸點下金屬層的開口，所述凸點下金屬層上植有焊球或凸點；且至少有一個焊球或凸點及其對應的凸點下金屬層位于所述硅基體的第一表面上。
[0011]作為本發明的進一步改進，所述凹槽的側壁與所述芯片之間的距離大于I微米。
[0012]作為本發明的進一步改進，所述凹槽的槽底與所述硅基體的第二表面之間的距離大于I微米。
[0013]作為本發明的進一步改進，所述芯片的焊盤面和所述硅基體的第一表面之間的高度差小于50微米。
[0014]作為本發明的進一步改進，所述第一介質層的材料為聚合物膠。
[0015]作為本發明的進一步改進，所述第一介質層及所述第二介質層的材料均為同一種聚合物膠。
[0016]作為本發明的進一步改進，所述粘附層的厚度小于50微米，大于I微米。
[0017]作為本發明的進一步改進，所述粘附層為非導電聚合物膠或薄膜。
[0018]作為本發明的進一步改進，所述金屬布線的材質為銅或鋁。
[0019]作為本發明的進一步改進，所述焊球為銅柱焊料凸點或焊料球。
[0020]作為本發明的進一步改進，所述凸點下金屬層為附/^11、0/1/(:11、11/1/(:11/祖/八11、Ti/Cu中的一種。
[0021]—種埋入硅基板扇出型封裝結構的制作方法，包括如下步驟:
[0022]A.提供一硅基體圓片，所述硅基體圓片具有第一表面和與其相對的第二表面，在所述硅基體圓片的第一表面刻蝕形成至少一個具有設定形狀和深度的凹槽；
[0023]B.在所述凹槽內放置至少一個待封裝的芯片，使所述芯片的焊盤面朝上，芯片背面涂布有一定厚度的粘附膠，芯片與凹槽底部粘接并固化，形成粘附層，所述芯片的焊盤面接近所述硅基體的第一表面，且所述芯片與所述凹槽的側壁之間具有間隙；
[0024]C.通過涂布工藝，在所述凹槽的側壁與所述芯片之間的間隙內填充聚合物膠，固化后形成一層絕緣的第一介質層；
[0025]D.在所述芯片的焊盤面上以及所述硅基體的第一表面上，形成一層絕緣的第二介質層;
[0026]E.打開所述芯片的焊盤上面的第二介質層，并在第二介質層上面制作連接芯片的焊盤的金屬布線；
[0027]F.在所述金屬布線上面制作一層鈍化層，在該金屬布線上需要植焊球的位置打開鈍化層，在露出的金屬布線上制備所需的凸點下金屬層，然后進行凸點制備或植焊球，最后切片，形成一埋入硅基板扇出型封裝結構。
[0028]作為本發明的進一步改進，在凸點制備或植焊球前后，將所述硅基體圓片的第二表面減薄，減薄后，凹槽底部到硅基體的第二表面之間的厚度大于I微米。
[0029]作為本發明的進一步改進，將待封裝的芯片圓片減薄至設定厚度，然后在芯片圓片的非焊盤面刷粘附膠，劃片后形成單顆芯片，通過拾取工具將帶有粘附膠的芯片放置于所述娃基體上凹槽內。
[0030]作為本發明的進一步改進，在所述凹槽的側壁與所述芯片之間的空隙內填充聚合物膠在真空環境下實施。
[0031]作為本發明的進一步改進，所述第二介質層為可光刻材料。
[0032]本發明的有益效果是:本發明提供一種埋入硅基板扇出型封裝結構及其制造方法，采用硅基體取代模塑料作為扇出的基體，充分利用硅基體的優勢，能夠制作精細布線。利用成熟的硅刻蝕工藝，可以精確刻蝕孔、槽等結構。通過將芯片埋入硅基體上的凹槽內，并把部分焊球扇出到硅基體表面，能夠提高封裝可靠性，工藝簡單，成本低。由于硅基體的散熱性好，有利于提高封裝的散熱性。由于硅基體圓片具有更小的翹曲，可以獲得更小的布線線寬，適于高密度封裝。工藝上，本發明可以取消圓片塑封，拆鍵合工藝，降低工藝難度，從而顯著降低成本，提高成品率。通過聚合物膠填充芯片與凹槽側壁之間的間隙，防止芯片偏移；較佳的，芯片通過粘附層與凹槽底部黏結，可以更好的固定芯片，防止芯片偏移。較佳的，通過同一種聚合物膠形成第一介質層及第二介質層，可以提高封裝體的可靠性。
【附圖說明】
[0033]圖1為本發明一個芯片埋入一個凹槽的扇出型封裝結構；
[0034]圖2為本發明兩個芯片埋入一個凹槽的扇出型封裝結構；
[0035]圖3為本發明兩個不同芯片分別埋入兩個凹槽的扇出型封裝結構。
[0036]結合附圖，作以下說明:
[0037]I 娃基體101 第一表面
[0038]102--第一■表面 2--芯片
[0039]201——焊盤 3——第一介質層
[0040]4--第二介質層5--金屬布線
[0041 ]6——鈍化層 7——焊球或凸點
[0042]8 粘附層
【具體實施方式】
[0043]為了能夠更清楚地理解本發明的技術內容，特舉以下實施例詳細說明，其目的僅在于更好理解本發明的內容而非限制本發明的保護范圍。實施例附圖的結構中各組成部分未按正常比例縮放，故不代表實施例中各結構的實際相對大小。
[0044]實施例1
[0045]如圖1所示，一種埋入硅基板扇出型封裝結構，包括一硅基體1，所述硅基體具有第一表面101和與其相對的第二表面102，所述第一表面上形成有一個向所述第二表面延伸的凹槽，該凹槽最好為直槽或側壁與底面角度在80度?120度的斜槽，這里不做限制。本實施例示意圖為直槽形狀。所述凹槽內放置有一顆芯片2，所述芯片的焊盤面朝上，且所述芯片的焊盤面接近所述第一表面；所述芯片與所述凹槽的槽底之間具有粘附層8，芯片通過粘附層與凹槽底部黏結，可以更好的固定芯片，防止芯片偏移。
[0046]所述芯片與所述凹槽的側壁之間具有間隙，該間隙內填充有第一介質層3 ;所述芯片及所述第一表面上鋪設有絕緣的第二介質層4 ;所述第二介質層上形成有至少一層與所述芯片的焊盤201連接的金屬布線5，最外一層金屬布線上覆蓋有一層鈍化層6，且該金屬布線上形成有用于植焊球的凸點下金屬層，所述鈍化層上開設有對應該凸點下金屬層的開口，所述開口內植有焊球或凸點7 ;且至少有一個焊球或凸點及其對應的凸點下金屬層位于所述第一表面上。
[0047]優選的，所述凹槽的側壁與所述芯片之間的距離大于I微米，以方便芯片放入凹槽槽底。
[0048]優選的，所述凹槽的槽底與所述硅基體的第二表