一种高散热的扇出型封装方法及封装结构与流程

1.本发明属于半导体技术领域，具体涉及一种高散热的扇出型封装方法及封装结构。


背景技术：

2.目前，扇出型封装主要有硅基基底扇出型和塑封基底扇出型两种主流形式，但是存在以下问题：
3.1.制程复杂、成本造价较高；
4.2.硅基扇出型载板准备工艺有局限性，无法封装芯片厚度大的产品，且硅基扇出平台较大，无法满足扇出区域小的封装；
5.3.塑封载板扇出型封装散热较差、翘曲大，需要借助于临时键合工艺。


技术实现要素：

6.为解决现有技术中存在的技术问题，本发明的目的在于提供一种高散热的扇出型封装方法及封装结构。
7.为实现上述目的，达到上述技术效果，本发明采用的技术方案为：
8.一种高散热的扇出型封装方法，包括以下步骤：
9.1)准备一片普通硅片，制作金属散热层，随后刻蚀金属散热层，只保留预埋芯片底部的金属散热层，金属散热层上形成多个缺口；
10.2)将芯片的功能面朝上按照一定的排列方式贴合到带有金属散热层的硅片上；
11.3)将芯片四周和表面用膜材包覆，露出芯片pad金属层；
12.4)通过重布线的方式将信号引出到印刷锡膏或锡焊球上；
13.5)同晶圆级封装，分离成单颗芯片。
14.进一步的，步骤1)中，所述金属散热层采用磁控溅射或蒸镀方式制成，所述金属散热层的厚度为5-20μm。
15.进一步的，步骤1)中，所述缺口通过光刻或湿法刻蚀金属散热层的方式制成，缺口的宽度不小于100μm。
16.进一步的，步骤2)中，所述芯片通过高导热的daf膜或者导电银浆贴合到硅片上，所述daf膜的导热系数为0.1-0.5w/(m
·
k)。
17.进一步的，步骤4)中，通过重布线的方式将信号引出到印刷锡膏或锡焊球上的步骤包括：
18.通过rdl重布线的方式形成多层布线层，再于布线层制作印刷锡膏或锡焊球，实现芯片信号的引出；
19.若需考虑高可靠性要求，则在布线层最表层上镀镍金，防止布线层氧化腐蚀，或者在锡焊球下沉积ubm焊垫层。
20.进一步的，所述布线层的材质为具有良好的导电性的金属材料，所述金属材料包
括cu、al。
21.本发明还公开了一种高散热的扇出型封装结构，包括：
22.硅片；
23.金属散热层，设置于硅片上，所述金属散热层上具有多个缺口；
24.芯片，设置于金属散热层上，避开缺口，所述芯片的功能面朝上；
25.膜材，包覆于芯片四周和表面，露出芯片pad金属层；
26.布线层；
27.印刷锡膏或锡焊球，设置于布线层上，实现芯片信号的引出。
28.与现有技术相比，本发明的有益效果为：
29.1)本发明跟原有的硅基扇出型封装方法对比，可以满足扇出面积小的封装(单边扇出20-30μm)，也可以实现埋入芯片厚度大的封装，无硅基刻蚀制程，良率和翘曲更可控，同时可满足大功率芯片的高散热需求，且分离后的芯片四周的散热的金属层无裸露，可避免金属氧化腐蚀问题蚀以及影响切割崩缺的问题。
30.2)本发明跟原有的塑封载板扇出型封装对比，制程中翘曲可控，且无临时键合制程，缩短加工周期，成本降低。同时本发明的产品结构可满足大功率芯片的高散热需求，且分离后的芯片四周的散热的金属层无裸露，可避免金属氧化腐蚀、切割崩缺的问题，以及采用填充胶层包边的方式解决散热金属层与上下层的结合力差的问题，满足高可靠性的性能需求。
附图说明
31.图1-2分别为本发明的一种高散热的扇出型封装方法及封装结构的步骤1)的结构示意图；
32.图3为本发明的一种高散热的扇出型封装方法及封装结构的步骤2)的结构示意图；
33.图4为本发明的一种高散热的扇出型封装方法及封装结构的步骤3)的结构示意图；
34.图5为本发明的一种高散热的扇出型封装方法及封装结构的步骤4)的结构示意图；
35.图6-7分别为本发明的一种高散热的扇出型封装方法及封装结构的步骤5)的结构示意图；。
具体实施方式
36.下面对本发明进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。
37.以下给出一个或多个方面的简要概述以提供对这些方面的基本理解。此概述不是所有构想到的方面的详尽综览，并且既非旨在指认出所有方面的关键性或决定性要素亦非试图界定任何或所有方面的范围。其唯一的目的是要以简化形式给出一个或多个方面的一些概念以为稍后给出的更加详细的描述之序。
38.如图1-7所示，一种高散热的扇出型封装方法，包括以下步骤：
39.1)如图1所示，准备一片普通硅片1，按照要埋入的芯片2的尺寸大小，制作一层金属散热层3，金属散热层3的厚度为5-20μm，越厚散热越好，但是成本会增加，金属散热层3可采用磁控溅射或蒸镀等方式，一般选金属为ni、ti、ag、cu、al，前者采用一步溅射，一般沉积ti、cu、al，后者则采用蒸镀，一般沉积ti、ni、ag，蒸镀的顺序分别是钛层、镍层、银层，金属散热层3主要起到以下作用：用于芯片2背面的散热，芯片2工作时出现热损耗产生发热，热量可以通过芯片2背面的金属进行热传导释放，从而起到散热的作用；对于芯片2有背金需要接地的产品，金属散热层3即可进行热传导释放，也可以用于芯片2背面接地；
40.考虑金属散热层3对后制程结合力和切割崩缺的影响，可采用光刻或湿法刻蚀的方式，只保留芯片2底部的金属散热层3，如图2所示，此时因为芯片2是间隔放置，那么就会在金属散热层3上形成缺口4，缺口4的尺寸根据芯片尺寸来定，通过光刻胶涂布、曝光、显影、湿法刻蚀，形成金属缺口宽度在100μm以上，在缺口4处可以增加包封材料跟底部硅片1的接触面积，提高包封材料与硅片1的结合力，同样的，芯片2边缘四周的金属散热层3形成缺口4后，可以提高四周的包封材料与硅片1结合力，同时改善封装后边缘切割的崩缺，切割时可减少出现切割刀变形、断裂。
41.2)然后用高导热的daf膜或者点导电银浆将芯片2的功能面朝上按照一定的排列方式贴合到硅片1上，daf膜的导热系数为0.1-0.5w/(m
·
k)，如图3所示。如果想提升芯片2贴装的精度，可在前工序光刻和湿法刻蚀形成固定位置的标记。
42.3)通过压厚膜的方式，将芯片2四周和表面用膜材5包覆，膜材5可以为光刻型膜材，也可以为不可光刻型膜材，可通过曝光显影或激光钻孔的方式将芯片2表面pad上的胶膜打开，使得芯片pad金属层暴露，如图4所示。如是光刻型膜材，则采用涂布、曝光、显影的方式把芯片pad表面的光刻胶打开，开口尺寸在20μm以上，然后材料固化；如是不可光刻型膜材，则先进行烘烤固化，然后采用激光钻孔和清孔把芯片pad表面的光刻胶打开，开口尺寸同样也在20μm以上。
43.4)通过rdl重布线的方式形成多层布线层6，布线层6的材质可以是cu、al等具有良好的导电性的金属材料。如考虑高可靠性要求，可在最表层的金属层上化镀镍金，防止rdl层氧化腐蚀，或者在锡焊球下沉积ubm焊垫层。通过重布线实现了信号的引出，即pad上的信号被引出到印刷锡膏或者植球成型的锡焊球7上，如图5所示。
44.5)最后，同晶圆级封装，将硅片2背面减薄至目标厚度，打印追踪码、信号测试，再将封装后的芯片2分离成单颗芯片。若不考虑芯片2边缘四周散热金属和填充胶的结合力、边缘散热金属裸露易腐蚀以及切割崩缺的影响，最终的封装体结构如图6所示。若考虑芯片2边缘四周散热金属和填充胶的结合力、边缘散热金属裸露易腐蚀以及切割崩缺的影响，最终的封装体结构如图7所示，可满足高可靠性性能要求。
45.一种高散热的扇出型封装结构，包括：
46.硅片1；
47.金属散热层3，设置于硅片1上，所述金属散热层3上具有多个缺口4；
48.芯片2，设置于金属散热层3上，避开缺口4，所述芯片1的功能面朝上；
49.膜材5，包覆于芯片2四周和表面，露出芯片pad金属层；
50.布线层6；
51.印刷锡膏或锡焊球7，设置于布线层6上，实现芯片1信号的引出。
52.本发明未具体描述的部分或结构采用现有技术或现有产品即可，在此不做赘述。
53.以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

技术特征：
1.一种高散热的扇出型封装方法，其特征在于，包括以下步骤：1)准备一片普通硅片，制作金属散热层，随后刻蚀金属散热层，只保留预埋芯片底部的金属散热层，金属散热层上形成多个缺口；2)将芯片的功能面朝上按照一定的排列方式贴合到带有金属散热层的硅片上；3)将芯片四周和表面用膜材包覆，露出芯片pad金属层；4)通过重布线的方式将信号引出到印刷锡膏或锡焊球上；5)同晶圆级封装，分离成单颗芯片。2.根据权利要求1所述的一种高散热的扇出型封装方法，其特征在于，步骤1)中，所述金属散热层采用磁控溅射或蒸镀方式制成，所述金属散热层的厚度为5-20μm。3.根据权利要求1所述的一种高散热的扇出型封装方法，其特征在于，步骤1)中，所述缺口通过光刻或湿法刻蚀金属散热层的方式制成，所述缺口的宽度不小于100μm。4.根据权利要求1所述的一种高散热的扇出型封装方法，其特征在于，步骤2)中，所述芯片通过高导热的daf膜或者导电银浆贴合到硅片上，所述daf膜的导热系数为0.1-0.5w/(m
·
k)。5.根据权利要求1所述的一种高散热的扇出型封装方法，其特征在于，步骤4)中，通过重布线的方式将信号引出到印刷锡膏或锡焊球上的步骤包括：通过rdl重布线的方式形成多层布线层，再于布线层制作印刷锡膏或锡焊球，实现芯片信号的引出；若需考虑高可靠性要求，则在布线层最表层上镀镍金，防止布线层氧化腐蚀，或者在锡焊球下沉积ubm焊垫层。6.根据权利要求5所述的一种高散热的扇出型封装方法，其特征在于，所述布线层的材质为具有良好的导电性的金属材料，所述金属材料包括cu、al。7.一种高散热的扇出型封装结构，其特征在于，采用权利要求1-6任一所述的一种高散热的扇出型封装方法制备得到，包括：硅片；金属散热层，设置于硅片上，所述金属散热层上具有多个缺口；芯片，设置于金属散热层上，避开缺口，所述芯片的功能面朝上；膜材，包覆于芯片四周和表面，露出芯片pad金属层；布线层；印刷锡膏或锡焊球，设置于布线层上，实现芯片信号的引出。

技术总结
本发明公开一种高散热的扇出型封装方法及封装结构，该封装方法包括以下步骤：准备一硅片，制作金属散热层，随后刻蚀金属散热层，只保留预埋芯片底部的金属散热层，金属散热层上形成多个缺口；将芯片的功能面朝上按照一定的排列方式贴合到带有金属散热层的硅片上；将芯片四周和表面用膜材包覆，露出芯片pad金属层；通过重布线的方式将信号引出到印刷锡膏或锡焊球上；同晶圆级封装，分离成单颗芯片。本发明可实现扇出面积小的封装，也可实现埋入芯片厚度大的封装，无硅基刻蚀制程，且无临时键合制程，缩短加工周期，成本降低，良率和翘曲更可控，同时可满足大功率芯片的高散热需求，可避免金属氧化腐蚀问题蚀以及影响切割崩缺的问题，可靠性高。可靠性高。可靠性高。


技术研发人员：王姣 马书英
受保护的技术使用者：华天科技（昆山）电子有限公司
技术研发日：2023.06.05
技术公布日：2023/8/13