[发明专利]一种三维叠层封装结构及其封装方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种三维叠层封装结构及其封装方法，属于半导体封装技术领域。

背景技术

作为目前封装高密度集成的主要方式，三维叠层封装结构中的封装体叠层已经成为业界的首选。

在现有的封装体叠层封装结构中，作为封装体叠层封装的单元，每一个独立的封装体在封装时都需要利用贴膜基板作为封装的载板，用以承载被封装的芯片，结构复杂。如图1所示为一个典型的两层叠层封装设计，第二层的封装体13通过焊球12的回流过程焊接到第一层的封装体11上，更多层的叠层封装设计可以重复如上过程。为了避免第一层的芯片与第二层的载板产生干扰，此方法需要用大尺寸的焊锡球，而越大的焊锡球需要越大的空间，以防止焊锡球之间短路，所以此方法的焊接密度较低，工艺难度较大，不利于缩小封装体积，不符合小型化的封装趋势。

发明内容

本发明的目的在于克服上述封装体叠层封装结构的不足，提供一种不需载板承载芯片、结构简洁，符合小型化趋势、降低工艺难度的三维叠层封装结构及其封装方法。

本发明的目的是这样实现的：

本发明一种三维叠层封装结构，其包括若干个上下叠层封装的封装单体，所述封装单体包括芯片封装体和下封装体，

所述芯片封装体包括至少一个芯片和再布线金属层，所述芯片位于整个芯片封装体的中央，所述再布线金属层选择性地设置于该芯片的四周，所述芯片与再布线金属层的近芯片端通过连接件连接，所述再布线金属层的下表面设置金属种子层Ⅱ，并于所述金属种子层Ⅱ的下表面设置芯片封装体的下输入/输出端，

于所述芯片同侧，所述再布线金属层的远芯片端设置金属柱Ⅱ，所述金属柱Ⅱ与再布线金属层固连，且该金属柱Ⅱ的水平高度高于芯片的水平高度，所述再布线金属层、金属柱Ⅱ、芯片、连接件和金属种子层及其彼此间的空间填充包封材料，形成包封材料层Ⅱ，所述包封材料层Ⅱ露出金属柱Ⅱ的上表面，形成芯片封装体的上输入/输出端；

所述下封装体包括金属柱Ⅰ和包封材料层Ⅰ，所述金属柱Ⅰ与所述芯片封装体的下输入/输出端固连，所述包封材料层Ⅰ包封金属柱Ⅰ，且露出金属柱Ⅰ的下表面，形成下封装体的输入/输出端；

上下相邻两个所述封装单体之间设置焊球/焊块，所述焊球/焊块的一端连接上一所述封装单体的下封装体的输入/输出端，其另一端连接下一所述封装单体的芯片封装体的上输入/输出端。

所述连接件为微凸块及其顶端的金属连接层。

所述微凸块可以由下列元素的至少一种元组成：铜Cu、镍Ni、钒V、钛Ti、钯Pd、金Au、银Ag。

所述连接件为金属引线。

所述金属种子层Ⅱ的厚度为0.01～2微米。

所述金属柱Ⅰ的高度h1范围为5～100微米.

所述金属柱Ⅰ的高度h1范围为10～20微米为佳。

所述金属柱Ⅱ的高度h2的范围在100～300微米。

本发明一种三维叠层封装结构的封装方法，其包括如下工艺步骤：

步骤一、取一载板，采用晶圆级工艺或平板工艺利用溅射或化学镀的方法在该载板上沉积一金属种子层Ⅰ，再依次利用光刻、电镀的方法，在金属种子层Ⅰ的表面形成金属柱Ⅰ，去除剩余的光刻胶；

步骤二、采用包封工艺用包封材料将金属柱Ⅰ进行包封，包封材料固化后，再对包封材料的上表面进行研磨，至露出金属柱Ⅰ的上表面，同时形成包封材料层Ⅰ；

步骤三、采用溅射或化学镀的方式在上述结构的上表面沉积一层金属种子层Ⅱ，再依次利用光刻、电镀的方法，在金属种子层Ⅱ的表面选择性地形成再布线金属层，去除剩余的光刻胶；

步骤四、再次依次利用光刻和电镀的方法，在再布线金属层的表面形成金属柱Ⅱ，去除剩余的光刻胶，并腐蚀去掉再布线金属层以外区域的无效的金属种子层Ⅱ；

步骤五、利用微凸块工艺或打线工艺将芯片与再布线金属层通过连接件连接；

步骤六、再次用包封材料将再布线金属层、金属柱Ⅱ、芯片、连接件、金属引线和金属种子层Ⅱ及其彼此间的空间进行包封，并对包封材料的上表面进行研磨，露出金属柱Ⅱ的上表面，形成包封材料层Ⅱ，完成芯片封装体的封装工艺；

步骤七、通过研磨的方法，完全去除载板和金属种子层Ⅰ，至露出金属柱Ⅰ的表面，形成封装单体结构；

步骤八、切割、裂片上述的封装结构，形成复数颗独立的封装单体，并将这些封装单体依次上下耦合连接，形成三维叠层封装结构。

所述金属种子层Ⅰ的厚度为0.01～2微米。

本发明的有益效果是：