一種芯片封裝方法及芯片封裝結構的制作方法
【專利摘要】本發明提供了一種芯片封裝方法及芯片封裝結構，先在封裝載體上形成第一金屬層，再在所述第一金屬層上形成金屬凸塊，以及在金屬凸塊上上形成第一焊接層，然后將焊盤上直接電連接導電體的芯片以有源面朝向所述第一焊接層的方式，通過所述導電體電連接在第一焊接層上，最后經過塑封，使所述第一金屬表面被塑封體裸露，以提供外部電連接。因此，所述芯片封裝方法無需使用復雜的UBM工藝以及預成型的引線框架，提高了芯片封裝的良率以及靈活性設計，且依據本發明提供的芯片封裝結構具有較高的封裝集成度和可靠性。
【專利說明】
一種芯片封裝方法及芯片封裝結構
技術領域
[0001]本發明涉及芯片封裝技術領域，尤其涉及一種芯片封裝方法及芯片封裝結構。
【背景技術】
[0002]在制造集成電路時，芯片通常在與其它電子裝配件的集成之前被封裝。早期應用較廣泛的芯片封裝工藝為引線鍵合封裝工藝，即通過將芯片上的電極端子通過金屬引線鍵合到引線框架上，然后塑封的封裝方式。然而通過引線鍵合封裝工藝形成的封裝結構的面積較大，且封裝性能收到金屬引線電阻和寄生電容的影響而不能有效的提高。因此，隨后倒裝封裝工藝應運而生，通過倒裝封裝工藝形成的倒裝封裝結構由于封裝尺寸小，封裝性能尚而備受關注。
[0003]現有的倒裝封裝工藝為:首先在芯片上制作凸塊，然后將芯片通過所述凸塊倒扣到預成型的引線框架上，最后塑封，使引線框架裸露在塑封體的表面，以提供外部電連接。
[0004]現有的這種倒裝封裝工藝中，在芯片上制作凸塊的工藝復雜，需要先在芯片的電極焊盤上制作UBM層(凸塊下金屬層)，然后再再UBM層上利用焊料回流形成焊球，或者在UBM層上電鍍形成銅塊。然而制作UBM層的工藝復雜，需要用到多次光刻工藝，成本高，且由于在芯片的有源面上操作的工藝步驟多，容易造成芯片的損壞。此外，這種倒裝封裝工藝還需要預先設定的引線框架，不利于封裝的靈活性設計。
【發明內容】
[0005]有鑒于此，本發明提供了一種芯片封裝方法及芯片封裝結構，以提高芯片封裝的良率、可靠性、集成度以及降低芯片封裝成本。
[0006]—種芯片封裝方法，其特征在于，包括:
[0007]在封裝載體的表面形成圖案化的第一金屬層；
[0008]在所述第一金屬層的第一表面上形成多個金屬凸塊；
[0009]在所述金屬凸塊表面形成第一焊接層；
[0010]將芯片的有源面朝向所述第一焊接層，并通過導電體與所述焊接層電連接，所述導電體位于所述有源面的焊盤上。
[0011]進行塑封工藝，使塑封材料填充所述芯片與封裝載體之間的空隙以及覆蓋所述芯片，以形成塑封體；
[0012]去除所述封裝載體，使所述第一金屬層的第二表面被所述塑封體裸露，用于提供外部連接，所述第一表面與第二表面相對。
[0013]優選地，所述的芯片封裝方法還包括:在將所述芯片通過導電體與所述第一焊接層電連接之前，通過凸點打線工藝在所述焊盤上形成所述導電體。
[0014]優選地，所述導電體為銅球。
[0015]優選地，所述封裝載體包括機械支撐基板和位于所述機械支撐基板上的第二金屬層，所述第一金屬層形成于所述第二金屬層上。
[0016]優選地，以所述第一金屬層作為種子層，利用電鍍工藝在所述第一金屬層的第一表面上形成所述金屬凸塊。
[0017]優選地，所述第一金屬層由多個引腳排列而成，多個所述金屬凸塊分別位于多個所述引腳上，且每一個所述引腳在水平方向的截面面積大于位于其上的所述金屬凸塊在水平方向的截面積。
[0018]優選地，形成所述第一金屬層的步驟包括:
[0019]以所述第二金屬層作為種子層，利用電鍍工藝在所述第二金屬層上形成所述第一金屬層。
[0020]優選地，所述的芯片封裝方法還包括:在去除所述封裝載體后，在所述第一金屬層的第二表面形成第二焊接層，根據所述芯片封裝方法形成的芯片封裝結構通過所述第二焊接層與外部電路焊接連接。
[0021]—種芯片封裝結構，其特征在于，包括:
[0022]芯片，具有有源面，所述有源面上設置有焊盤，
[0023]導電體，位于所述焊盤上，
[0024]圖案化的第一金屬層，具有相對的第一表面與第二表面，
[0025]金屬凸塊，位于所述第一金屬層的第一表面上，
[0026]以及位于所述金屬凸塊表面的第一焊接層，
[0027]所述有源面朝向所述第一焊接層，并通過所述導電體與所述第一焊接層電連接，
[0028]塑封體，用于封裝所述芯片、導電體、第一焊接層、金屬凸塊以及所述第一金屬層，且所述第一金屬層的第一表面被所述塑封體裸露，用于提供外部連接。
[0029 ] 優選地，所述導電體為銅球。
[0030]優選地，所述金屬凸塊為銅塊。
[0031]優選地，所述第一金屬層由多個引腳排列而成，多個所述金屬凸塊分別位于多個所述引腳上，且每一個所述引腳在水平方向的截面面積大于位于其上的所述金屬凸塊在水平方向的截面積。
[0032]優選地，所述的芯片封裝結構還包括位于所述第一金屬層的第二表面上的第二焊接層，根據所述芯片封裝結構通過所述第二焊接層與外部電路焊接連接。
[0033]由上可見，在本發明提供的芯片封裝方法中，先在封裝載體上形成第一金屬層，再在所述第一金屬層上形成金屬凸塊，以及在金屬凸塊上上形成第一焊接層，然后將焊盤上直接電連接導電體的芯片以有源面朝向所述第一焊接層的方式，通過所述導電體電連接在第一焊接層上，最后經過塑封，使所述第一金屬表面被塑封體裸露，以提供外部電連接。因此，所述芯片封裝方法無需使用復雜的UBM工藝以及預成型的引線框架，提高了芯片封裝的良率以及靈活性設計，且依據本發明提供的芯片封裝結構具有較高的封裝集成度和可靠性。
【附圖說明】
[0034]通過以下參照附圖對本發明實施例的描述，本發明的上述以及其他目的、特征和優點將更為清楚，在附圖中:
[0035]圖1a至圖1f為根據本發明實施例的芯片封裝方法中各個工藝步驟形成結構的剖面示意圖。
【具體實施方式】
[0036]以下將參照附圖更詳細地描述本發明。在各個附圖中，相同的組成部分采用類似的附圖標記來表示。為了清楚起見，附圖中的各個部分沒有按比例繪制。此外，可能未示出某些公知的部分。為了簡明起見，可以在一幅圖中描述經過數個步驟后獲得的結構。在下文中描述了本發明的許多特定的細節，例如每個組成部分的結構、材料、尺寸、處理工藝和技術，以便更清楚地理解本發明。此外，在本申請中，芯片均指半導體裸芯片。但正如本領域的技術人員能夠理解的那樣，可以不按照這些特定的細節來實現本發明。
[0037]圖1a至圖1e為根據本發明實施例的芯片封裝方法中各個工藝步驟形成結構的剖面示意圖。下面將結合圖1a至圖1e具體闡述本發明提供的芯片封裝方法及芯片封裝結構。
[0038]本發明提供的芯片封裝方法主要包括如下步驟:
[0039]步驟1:在封裝載體上形成圖案化的第一金屬層。
[0040]如圖1a所示，封裝載體I在芯片封裝的過程中主要起到機械支撐的作用，在本實施例中，封裝載體I包括機械支撐基板11(如絕緣基板等)以及位于絕緣基板上的第二金屬層
12ο
[0041]在本實施例中，形成所述第一金屬層2的具體步驟可以為:以第二金屬層12作為種子層，利用電鍍工藝在第二金屬層12上形成第一金屬層2。在電鍍的過程中，選擇合適的電鍍掩模板，使得電鍍金屬材料電鍍層多個圖案化排列的引腳，多個所述引腳排列構成了所述第一金屬層。第一金屬層2與第二金屬層12均可以為銅層。第一金屬層2具有相對的第一表面與第二表面，其二表面與封裝載體I相接觸。
[0042]步驟2:在所述第一金屬層的第一表面上形成多個金屬凸塊。
[0043]在本實施例中，如圖1b所示，以第一金屬層2作為種子層，利用電鍍工藝在第一金屬層2上形成多個金屬凸塊3。利用電鍍工藝在第一金屬層I上形成金屬凸塊3的具體步驟為:先在第一金屬層2上設置電鍍掩模板，該電鍍掩模板裸露出部分第一金屬層2，然后在裸露的第一金屬層2上電鍍金屬材料，以在第一金屬層2上形成一個個金屬凸塊3，具體的，每一個所述金屬凸塊3位于構成所述第一金屬層2的多個引腳中的一個引腳上。金屬凸塊3可以為銅塊。金屬凸塊3可以為長方體或圓柱體等形狀的凸塊。
[0044]步驟3:在金屬凸塊表面形成焊接層。
[0045]如圖1b所示，在金屬凸塊3上形成第一焊接層4，第一焊接層4可以為錫層，以用于與后續的芯片上的導電體焊接連接。
[0046]步驟4:將芯片的有源面朝向第一焊接層4，并通過導電體與第一焊接層4電連接，所述導電體位于所述有源面的焊盤上。
[0047]如圖1c所示，在將芯片5與第一焊接層4電連接之前，還需要在芯片5的有源面的焊盤(未畫出)上形成導電體6，導電體6直接形成于焊盤上，即導電體6與芯片5的焊盤直接接觸，二者之間沒有金屬層。例如，可以通過凸點打線工藝形成導電體6。利用凸點打線工藝形成導電體6的具體步驟包括:先利用焊針(凸點打線工藝用具)形成焊球，然后將所述焊球植在芯片5的焊盤上，然后夾斷焊球上的金屬焊線，從而在芯片5的焊盤上形成了導電體6。在本實施例中，導電體6為銅球。
[0048]步驟5:進行塑封工藝，使塑封材料填充所述芯片與封裝載體之間的空隙以及覆蓋所述芯片，以形成塑封體。
[0049]如圖1d所示，所述塑封料可以選擇為環氧塑封料，將步驟4中形成的封裝組件放置在塑封模具中，然后往塑封模具中注入環氧塑封料，從而使得環氧塑封料填充在芯片5與封裝載體I之間的空隙，同時還覆蓋在芯片5上，從而形成了包封芯片5的塑封體7，以保護芯片，使其不易受到外界因素的影響而損壞。
[0050]步驟6:去除所述封裝載體，使所述第一金屬層的第二表面被所述塑封體裸露，用于提供外部連接。
[0051]如圖1e所示，在形成塑封體7之后，需要去除作為機械支撐作用的封裝載體I，從而使第一金屬層2的第二表面裸露在塑封體7的表面，以作為芯片5的外引腳，用于提供外部連接。當將圖1e所示的芯片封裝結構與外部電路或印刷電路板電連接時，第一金屬層2的第二表面與外部電路或印刷電路板相接觸并電連接。
[0052]如圖1e所示，在本發明提供的芯片封裝結構中，芯片5具有有源面，芯片5的有源面上設置有焊盤(未畫出)，所述焊盤是指與形成芯片5的硅材料接觸的金屬層，，通常為鋁焊盤。導電體6設置在焊盤上，以與焊盤直接接觸并電連接。具體導電體6可以為銅球，所述銅球通過凸點打線工藝形成。此外圖1e所示的芯片封裝結構還包括具有相對的第一表面與第二表面的第一金屬層2、金屬凸塊3、位于金屬凸塊上的第一焊接層4以及塑封體7。芯片5的有源面朝向第一焊接層4，并通過導電體6與第一焊接層4電連接。塑封體7用于封裝芯片5、導電體6、第一焊接層4、金屬凸塊3以及第一金屬層2，且第一金屬層2的第二表面被塑封體7裸露，以作為圖1e所示的芯片封裝結構的外引腳，用于提供外部連接。
[0053]此外，依據本發明實施例提供的芯片封裝方法中，在完成步驟6之后，還包括在第一金屬層2的第二表面上形成第二金屬層8，如圖1f所示，則本發明提供的芯片封裝結構還包括位于第一金屬層2的第二表面上的第二焊接層8。圖1f所示的芯片封裝結構通過第二焊接層8與外部電路焊接連接。
[0054]為了適合高密間距焊盤的芯片封裝，在本發明提供的芯片封裝方法中，用于與芯片5電連接的金屬凸塊3的尺寸通常需要做得比較小，如直接在金屬凸塊3的下表面直接形成與外部電路焊接的第二焊接層8，則由于芯片封裝結構與外部電路之間不易被焊接(因為焊接區域太小)。因此，在本發明提供的芯片封裝方法中，構成第一金屬層2的每一個引腳的水平方向的截面積均需設計得大于位于其上的金屬凸塊3的水平方向的截面積。其中，所述水平方向為與第一金屬層2與金屬凸塊3堆疊方向垂直的方向。
[0055]由上可見，在本發明提供的芯片封裝方法中，先在封裝載體上形成第一金屬層，再在所述第一金屬層上形成金屬凸塊，以及在金屬凸塊上上形成第一焊接層，然后將焊盤上直接電連接導電體的芯片以有源面朝向所述第一焊接層的方式，通過所述導電體電連接在第一焊接層上，最后經過塑封，使所述第一金屬表面被塑封體裸露，以提供外部電連接。因此，所述芯片封裝方法無需使用復雜的UBM工藝以及預成型的引線框架，提高了芯片封裝的良率以及靈活性設計，且依據本發明提供的芯片封裝結構具有較高的封裝集成度和可靠性。
[0056]依照本發明的實施例如上文所述，這些實施例并沒有詳盡敘述所有的細節，也不限制該發明僅為所述的具體實施例。顯然，根據以上描述，可作很多的修改和變化。本說明書選取并具體描述這些實施例，是為了更好地解釋本發明的原理和實際應用，從而使所屬技術領域技術人員能很好地利用本發明以及在本發明基礎上的修改使用。本發明僅受權利要求書及其全部范圍和等效物的限制。
【主權項】
1.一種芯片封裝方法，其特征在于，包括: 在封裝載體的表面形成圖案化的第一金屬層； 在所述第一金屬層的第一表面上形成多個金屬凸塊； 在所述金屬凸塊表面形成第一焊接層； 將芯片的有源面朝向所述第一焊接層，并通過導電體與所述焊接層電連接，所述導電體位于所述有源面的焊盤上。 進行塑封工藝，使塑封材料填充所述芯片與封裝載體之間的空隙以及覆蓋所述芯片，以形成塑封體； 去除所述封裝載體，使所述第一金屬層的第二表面被所述塑封體裸露，用于提供外部連接，所述第一表面與第二表面相對。2.根據權利要求1所述的芯片封裝方法，其特征在于，還包括:在將所述芯片通過導電體與所述第一焊接層電連接之前，通過凸點打線工藝在所述焊盤上形成所述導電體。3.根據權利要求2所述的芯片封裝方法，其特征在于，所述導電體為銅球。4.根據權利要求1所述的芯片封裝方法，其特征在于，所述封裝載體包括機械支撐基板和位于所述機械支撐基板上的第二金屬層，所述第一金屬層形成于所述第二金屬層上。5.根據權利要求4所述的芯片封裝方法，其特征在于，以所述第一金屬層作為種子層，利用電鍍工藝在所述第一金屬層的第一表面上形成所述金屬凸塊。6.根據權利要求1所述的芯片封裝方法，其特征在于，所述第一金屬層由多個引腳排列而成，多個所述金屬凸塊分別位于多個所述引腳上，且每一個所述引腳在水平方向的截面面積大于位于其上的所述金屬凸塊在水平方向的截面面積。7.根據權利要求4所述的芯片封裝方法，其特征在于，形成所述第一金屬層的步驟包括: 以所述第二金屬層作為種子層，利用電鍍工藝在所述第二金屬層上形成所述第一金屬層。8.根據權利要求1所述的芯片封裝方法，其特征在于，還包括:在去除所述封裝載體后，在所述第一金屬層的第二表面形成第二焊接層，根據所述芯片封裝方法形成的芯片封裝結構通過所述第二焊接層與外部電路焊接連接。9.一種芯片封裝結構，其特征在于，包括: 芯片，具有有源面，所述有源面上設置有焊盤， 導電體，位于所述焊盤上， 圖案化的第一金屬層，具有相對的第一表面與第二表面， 金屬凸塊，位于所述第一金屬層的第一表面上， 以及位于所述金屬凸塊表面的第一焊接層， 所述有源面朝向所述第一焊接層，并通過所述導電體與所述第一焊接層電連接， 塑封體，用于封裝所述芯片、導電體、第一焊接層、金屬凸塊以及所述第一金屬層，且所述第一金屬層的第一表面被所述塑封體裸露，用于提供外部連接。10.根據權利要求9所述的芯片封裝結構，其特征在于，所述導電體為銅球。11.根據權利要求10所述的芯片封裝結構，其特征在于，所述金屬凸塊為銅塊。12.根據權利要求9所述的芯片封裝結構，其特征在于，所述第一金屬層由多個引腳排列而成，多個所述金屬凸塊分別位于多個所述引腳上，且每一個所述引腳在水平方向的截面面積大于位于其上的所述金屬凸塊在水平方向的截面積。13.根據權利要求9所述的芯片封裝結構，其特征在于，還包括位于所述第一金屬層的第二表面上的第二焊接層，根據所述芯片封裝結構通過所述第二焊接層與外部電路焊接連接。
【文檔編號】H01L21/60GK105845585SQ201610292628
【公開日】2016年8月10日
【申請日】2016年4月28日
【發明人】尤文勝
【申請人】合肥祖安投資合伙企業(有限合伙)