[发明专利]一种圆片级扇出PoP封装结构及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及微电子封装技术以及三维集成技术领域，特别涉及一种三维圆片级扇出PoP封装技术及其制造方法。

背景技术

随着电子封装产品向高密度、多功能、低功耗、小型化方向的不断发展，采用三维集成技术的系统级封装(System in Package，SiP)取得了突飞猛进的发展。硅通孔(Through Silicon Via，TSV)技术方案，由于具有堆叠密度最高，外形尺寸最小，极大提升芯片速度和降低功耗等特点，是实现三维集成技术的最优方案。然而，目前TSV技术面临的制造难度、工艺成本以及成品良率、可靠性等问题及其突出。现有成熟的三维集成技术主要为堆叠封装(Package on Package，PoP)，其中上、下封装体通常为采用印刷电路基板的封装结构。由于印刷电路基板具有一定的厚度，而且成本较高，导致整个PoP封装的高度和成本难以得到有效降低，难以满足高密度和低成本的要求。现有的PoP封装的由于上、下封装体结构的差异，导致制造工艺过程中封装翘曲难以得到有效控制，严重影响焊球互联结构的可靠性。现有PoP封装的制造工艺由于采用传统的非圆片级封装制造模式，导致效率低而且成本高，不利于PoP封装的推广。

因此，仍然需要新的封装结构和制造技术，以解决现有技术所存在的问题。

发明内容

本发明针对三维PoP封装技术提出一种封装结构和制造方法，以解决现有PoP封装技术所存在的封装密度、成本和可靠性问题。

为了实现上述目的，本发明采用下述技术方案：

一种圆片级扇出PoP封装结构，通过至少一个扇出PoP封装单元堆叠形成；一个扇出PoP封装单元由两个相同结构的封装体构成；

所述一个封装体包括有金属凸点结构、IC芯片、键合焊盘、第二粘贴材料，第一塑封材料、第一再布线金属走线层、第一金属层、第一介电材料层、第二再布线金属走线层、第二介电材料层、第二金属层；所述IC芯片带有键合焊盘，第二粘贴材料粘贴于IC芯片的表面，第一塑封材料包围金属凸点结构和IC芯片，IC芯片的键合焊盘与第一再布线金属走线层连接，第一再布线金属走线层上制作有第一金属层，第一介电材料层包围第一再布线金属走线层，并涂覆在IC芯片、金属凸点结构和第一塑封材料同一侧面；在IC芯片、金属凸点结构和第一塑封材料另一个侧面涂覆有第二介电材料层，第二介电材料层包围第二再布线金属走线层，第二再布线金属走线层上制作有第一金属层；

两个相对放置的封装体的第二金属层由第一焊球连接，并在一个封装体的第一金属层上连接第二焊球，形成一个扇出PoP封装单元；

第二焊球再连接有一个相对放置的扇出PoP封装单元的第一金属层，所述未植球部分的第一金属层、第一焊球及其连接的一对第二金属层、第二焊球及其连接的一对第一金属层包围有第二塑封材料，形成一个圆片级扇出PoP封装结构。

金属凸点结构可以是但不局限于铜、铜合金、铁、铁合金、镍、镍合金、钨金属材料。

第一再布线金属走线层和第二再布线金属走线层可以是但不局限于铜、铜合金、铁、铁合金、镍、镍合金、钨金属材料。

IC芯片的有源面、金属凸点结构的上表面和第一塑封材料的上表面在同一平面上。

利用该结构，首先封装体由于无基板结构，直接通过再布线金属走线层实现与外部环境的互联，因此整体封装体厚度可以得到大幅降低，制造成本也得到降低；进一步地，低成本的模塑料通孔TMV具有TSV同样的上、下结构互联导通的功能，因此可取代TSV结构实现细节距互联端口，从而使上、下封装体之间，以及与外部结构的I/O互联通道数量和密度得到大幅提高，提升了封装的密度；另外，圆片级扇出PoP封装结构的扇出(Fan-Out)特性可显著增加PoP封装的I/O互联通道数量。最后，由于圆片级扇出PoP封装结构中所有的扇出PoP封装单元相同，而且都通过面对面方式进行堆叠回流焊，因此圆片级扇出PoP封装具有高度对称性，从而可极大改善封装的翘曲。

一种圆片级扇出PoP封装结构的制造方法，具体按照以下步骤进行：

步骤1：准备第一载体圆片，通过第一粘贴材料将金属基材圆片配置于第一载体圆片上；

步骤2：在金属基材圆片的上表面通过蚀刻或者电镀方法制作金属凸点结构；

步骤3：通过第二粘贴材料将IC芯片配置于金属基材圆片上，IC芯片带有键合焊盘；

步骤4：采用高温加热注塑方法，将低吸水率、低应力的环保型第一塑封材料包覆密封IC芯片和金属凸点结构，并裸露出IC芯片的有源面和金属凸点结构的上表面，塑封后进行烘烤后固化工艺；