带焊球面阵列四边无引脚ic芯片堆叠封装件及生产方法
【专利摘要】一种带焊球面阵列四边无引脚IC芯片堆叠封装件及生产方法，包括设有凹槽和多个安放槽的裸铜框架，倒装带凸点的芯片，芯片凸点与安放槽之间填下填料，凹槽两侧分别为通过钝化体相连的第一引脚和第二引脚；引脚和安放槽底部有连接层，所有连接层底部设有锡焊球并固封第一塑封体；带凸点芯片上依次堆叠两层芯片，下方芯片通过键合线与两个引脚相连；上方芯片通过键合线与下方芯片和第一引脚相连。晶圆减薄划片，刻蚀引脚凹槽和安放槽、上芯、焊线、第一次塑封、处理裸铜框架背面、涂覆钝化层、高频溅射金属层等工序，制得堆叠封装件。该封装件的体积更小，封装密度更高、功能更多，可以替代部分BGA堆叠封装及CSP堆叠封装。
【专利说明】带焊球面阵列四边无引脚IC芯片堆叠封装件及生产方法
【技术领域】
[0001]本发明属于电子信息自动化元器件【技术领域】，涉及一种IC芯片堆叠封装件，具体涉及一种带焊球面阵列四面扁平无引脚(Area Array Quad Flat No Lead Package,简称AAQFN)IC芯片堆叠封装(Package In Package ,简称PiP)件；本发明还涉及一种该封装件的生产方法。
【背景技术】
[0002]虽然近2年国内已开始研发多圈QFN，由于框架制造工艺难度较大，只有个别国外供应商能设计、生产，但还是受相关公司专利的限制，相对引脚较少，研发周期长，并且封装多圈QFN限于引线框架制造商，不能满足短、平、快，不同芯片的灵活应用的要求。也不能满足高密度、多I/ O封装的需求。
【发明内容】
[0003]本发明的目的是提供一种带焊球面阵列四面扁平无引脚IC芯片堆叠封装件，不受限于引线框架，满足高密度、多I/ O封装以及不同芯片封装的要求。
[0004]本发明的另一个目的是提供一种上述IC芯片堆叠封装件的生产方法。
[0005]为实现上述目的，本发明所采用的技术方案是:一种带焊球面阵列四边无引脚IC芯片堆叠封装件，包括裸铜框架，裸铜框架上设有第一凹槽和多个安放槽，相邻两个安放槽之间设有隔墙，裸铜框架正面倒装有带凸点的IC芯片，该IC芯片上的芯片凸点伸入安放槽内，芯片凸点与安放槽之间的空隙填充有下填料，裸铜框架正面塑封有第二塑封体，第一凹槽两侧分别为第一引脚和第二引脚；第一凹槽底部与钝化体相连，第一引脚通过钝化体与第二引脚相连接，第一引脚底部设有第二连接层；与第二引脚相邻的安放槽底部通过第一连接层与第二引脚底部相连接，其余安放槽底部均设有第一连接层，所有的第一连接层和所有的第二连接层均不相连，每个第一连接层底部和每个第二连接层底部均设有锡焊球，所有钝化体表面和所有连接层表面塑封有第一塑封体，所有的锡焊球均露出第一塑封体外；带凸点的IC芯片依次堆叠有两层IC芯片，位于下方的IC芯片通过第一键合线与第二引脚相连，同时通过第四键合线与第一引脚相连；位于上方的IC芯片通过第二键合线与位于下方的IC芯片相连,位于上方的IC芯片通过第三键合线与第一引脚相连。
[0006]本发明所采用的另一个技术方案是:一种上述带焊球面阵列四边无引脚IC芯片堆叠封装件的生产方法，具体按以下步骤进行:
步骤1:晶圆减薄划片；
步骤2:在裸铜框架正面均匀涂覆光刻胶，形成光刻胶层；在601:?70°C的温度下烘烤(25±5)分钟；然后对准曝光、显影、定影，在光刻胶层上形成多个第二凹槽和多个第三凹槽，在120°C ±5°C的温度下坚膜(30±5)分钟；然后在第二凹槽对应的裸铜框架正面蚀刻出第一凹槽，第三凹槽对应的裸铜框架正面蚀刻出第四凹槽，相邻两个第四凹槽之间形成隔墙，去除光刻胶层； 步骤3:在裸铜框架蚀刻出第一凹槽和第四凹槽的表面均匀涂覆第一钝化层，第一钝化层同时覆盖第一凹槽表面和第三凹槽表面；然后在第四凹槽底部的第一钝化层上刻蚀出UBM1窗口，在第一凹槽两侧裸铜框架表面的第一钝化层上刻蚀出框架焊盘窗口 ；
步骤4:高频溅射多金属层，在第四凹槽内表面形成UBM1层；在框架焊盘窗口上形成框架焊盘，去除多余金属层，使得相邻第四凹槽内的UBM1层不相连，框架焊盘窗口与UBM1层不相连，第四凹槽和该第四凹槽内的UBM1层构成安放槽ABM1层的结构与框架焊盘的结构相同，均由三层金属层或者两层金属层构成，当采用三层金属层时，该三层金属层为依次设置的第一金属层、第二金属层和第三金属层；当采用两层金属层时，该两层金属层为依次设置的第一金属层和第三金属层；第一金属层为Cu层、Ni层或Cr层,第二金属层为Ni层、Cr层，第三金属层为Au层；第一金属层与第一钝化层和第四凹槽底面相连接；
步骤5:将带凸点的IC芯片倒装上芯于裸铜框架上，芯片凸点伸入安放槽内；然后采用带真空吸附的下填充模具对芯片凸点与安放槽之间的空隙进行下填充，使芯片凸点与框架通过下填料绝缘；
步骤6:在带凸点的IC芯片背面堆叠第二 IC芯片，烘烤，然后从第二 IC芯片向位于第一凹槽和安放槽之间的框架焊盘打第一键合线，从第二 IC芯片上的焊盘向位于第一凹槽外侧的框架焊盘打第四键合线；
步骤7:在第二 IC芯片上堆叠第三IC芯片，烘烤，然后从第三IC芯片向第二 IC芯片打第二键合线，再从第三IC芯片向裸铜框架上位于第一凹槽外侧的框架焊盘上打第三键合线；
步骤8:采用符合欧盟Weee、ROHS标准和Sony标准环保型塑封料对裸铜框架正面进行第一次塑封，形成第二塑封体，第二塑封体覆盖了所有IC芯片以及所有的键合线，第二塑封体嵌入第一凹槽内，塑封后按通用防离层工艺进行后固化；
步骤9:磨削裸铜框架背面，清洗、烘干；
步骤10:在磨削后的裸铜框架背面涂覆第二钝化层，然后曝光、显影、定影，在第二钝化层上蚀刻出第五凹槽和第六凹槽，第五凹槽位于第一凹槽下方，每个隔墙下方均有一个第六凹槽；
步骤11:沿第五凹槽和第六凹槽刻蚀裸铜框架，在第五凹槽对应的裸铜框架上刻蚀出第七凹槽，使第七凹槽与第一凹槽相通，在第六凹槽对应的裸铜框架上刻蚀出第八凹槽，使隔墙下方的第八凹槽与对应的隔墙相通，其余位置的第八凹槽的深度与隔墙下方第八凹槽的深度相同，相邻两个凹槽之间为引脚，去除第二钝化层，露出引脚底面；
步骤12:在裸铜框架背面涂覆第三钝化层，第三钝化层同时填满裸铜框架背面所有的第七凹槽和所有的第八凹槽，然后在引脚相对的第三钝化层和需要的位置的第三钝化层上刻蚀出第九凹槽；
步骤13:在裸铜框架背面高频溅射铜金属层，然后在铜金属层上蚀刻出第十凹槽，第十凹槽与第三钝化层相通；
步骤14:在铜金属层表面涂覆第四钝化层，第四钝化层同时填充第十凹槽，然后在第四钝化层上刻蚀出UBM2窗口，UBM2窗口与铜金属层相通；
步骤15:在UBM2窗口上高频溅射形成UBM2层，UBM2层的结构与UBM1层的结构相同； 步骤16:通过植球、回流焊在UBM2层上焊接锡焊球，清洗； 步骤17:在第四钝化层表面进行第二次塑封，形成第一塑封体，所有的锡焊球均露出第二塑封体外，然后打印、切割分离、测试，制得带焊球面阵列四面扁平无引脚IC芯片堆叠封装件。
[0007]本发明IC芯片堆叠封装件消了传统多圈QFN外围引线结构的引脚限制，满足高密度，多I/ O封装的需求。虽然比不上采用基板生产焊球作为输出的BGA封装的I/O多，但相比采用基板生产焊球作为输出的BGA封装，引线框架带焊球的AAQFN封装效率高，而且成本相对低，运用灵活。并且在此基础开发面阵列QFN IC芯片堆叠封装(PiP)，其产品体积更小，封装密度更高、功能更多，可以替代部分BGA堆叠封装及CSP堆叠封装，实现IC芯片灵活应用于引线框架的CSP封装，缩短开发期周期，其生产成本和开发周期远低于基板封装，具有较大的优势。
【专利附图】
【附图说明】
[0008]图1是本发明IC芯片堆叠封装件的结构示意图。
[0009]图2是本发明生产方法中在裸铜框架上涂覆光刻胶及曝光显影坚膜后的剖面示意图。
[0010]图3是本发明生产方法中在裸铜框架上刻蚀出第一凹槽和第四凹槽后的剖面示意图。
[0011]图4是本发明生产方法中涂覆第一钝化层、刻蚀UBM1窗口及框架焊盘窗口后的剖面示意图。
[0012]图5是本发明生产方法中高频溅射多层金属形成UBM1层及框架焊盘后的剖面示意图。
[0013]图6是图5的P处放大图。
[0014]图7是本发明生产方法中倒装上芯及下填充后的剖面示意图。
[0015]图8是本发明生产方法中堆叠第二 IC芯片及第一次键合后的剖面示意图。
[0016]图9是本发明生产方法中堆叠第三IC芯片及第二次键合后的剖面示意图。
[0017]图10是本发明生产方法中第一次塑封及后固化后的剖面示意图。
[0018]图11是本发明生产方法中涂覆第二钝化层及刻蚀第五凹槽和第六凹槽后的剖面示意图。
[0019]图12是本发明生产方法中在裸铜框架背面刻蚀出第七凹槽及第八凹槽后的剖面示意图。
[0020]图13是本发明生产方法中涂覆第三钝化层及刻蚀第九凹槽后的剖面示意图。
[0021]图14是本发明生产方法中高频溅射铜金属层及刻蚀第十凹槽后的剖面示意图。
[0022]图15是本发明生产方法中涂覆第四钝化层及刻蚀UBM2窗口后的剖面示意图。
[0023]图16是本发明生产方法中引脚底部溅射多层金属形成UBM2层后的剖面示意图。
[0024]图17是本发明生产方法中植球及回流焊后的剖面示意图。
[0025]图中:1.裸铜框架，2.钝化体，3.第一连接层，4.第一塑封体，5.锡焊球，6.焊料，
7.芯片凸点，8.隔墙，9.第一 IC芯片，10.下填料，11.第一凹槽，12.第一键合线，13.第二键合线，14.第一 DAF片，15.第二 IC芯片，16.第二 DAF片，17.第三IC芯片，18.第三键合线，19.第四键合线，20.第二塑封体，21.框架焊盘，22.第二连接层，23.第一引脚，24.第二引脚，25.光刻胶层，26.第二凹槽，27.第三凹槽，28.第四凹槽，29.第一钝化层，30.UBMi窗口，31.框架焊盘窗口，32.UBM1层，33.第二钝化层，34.第五凹槽，35.第六凹槽，37.第七凹槽，38.第八凹槽，39.第三钝化层，40.第九凹槽，41.铜金属层，42.第十凹槽，43.第四钝化层，44.UBM2窗口，45.UBM2层。
[0026]a.第一金属层，b.第二金属层，c.第三金属层。
【具体实施方式】
[0027]下面结合附图和【具体实施方式】对本发明进行详细说明。
[0028]如图1所示，本发明IC芯片堆叠封装件，包括裸铜框架1，裸铜框架I上设有第一凹槽11和多个安放槽，第一凹槽11和多个安放槽并排设置，第
一凹槽11两侧分别为第一引脚23和第二引脚24，第二引脚24位于第一凹槽11和与第一凹槽11相邻的安放槽之间；第一凹槽11底部与钝化体2相连，第一引脚23通过钝化体2与第二引脚24相连接，第一引脚23底部设有第二连接层22 ;相邻两个安放槽之间设有隔墙8，与第二引脚24相邻的安放槽底部通过第一连接层3与第二引脚24底部相连接，其余安放槽底部均设有第一连接层22，所有的第一连接层3和所有的第二连接层22均不相连，每个第一连接层3底部和每个第二连接层22底部均设有锡焊球5，锡焊球5通过焊料6与对应的连接层相连接，所有钝化体2表面和所有连接层表面塑封有第一塑封体4，所有的锡焊球5均露出第一塑封体4外；裸铜框架I正面倒装有第一 IC芯片9，第一 IC芯片9为带凸点的IC芯片，第一 IC芯片9上的芯片凸点7伸入安放槽内，并通过焊料6与安放槽底部相连接，芯片凸点7与安放槽之间的空隙填充有下填料10 ;第一 IC芯片9上堆叠有第二IC芯片15，第二 IC芯片15通过第一 DAF片14与第一 IC芯片9粘接，第二 IC芯片15上堆叠有第三IC芯片17，第三IC芯片17通过DAF片16与第二 IC芯片15粘接；第一引脚23和第二引脚24上均设有框架焊盘21 ;第二 IC芯片15通过第一键合线12与第二引脚24上的框架焊盘21相连，第二 IC芯片15通过第四键合线19与第一引脚23上的框架焊盘相连；第三IC芯片17通过第二键合线13与第二 IC芯片15相连，第三IC芯片17通过第三键合线18与第一引脚23上的框架焊盘21相连；裸铜框架I正面塑封有第二塑封体20 ;裸铜框架I正面、所有的IC芯片、所有的键合线以及所有的框架焊盘21均封装于第二塑封体20内，第二塑封体20嵌入第一凹槽11内。
[0029]本发明IC芯片堆叠封装件的生产工艺流程:
减薄划片一裸铜框架涂胶、曝光显影坚膜、刻蚀第一凹槽和第四凹槽一涂覆第一钝化层并刻蚀UBM1窗口及框架焊盘窗口一高频溅射多层金属形成UBM1层及框架焊盘一倒装上芯及下填充一堆叠第二 IC芯片及第一次键合一堆叠第三IC芯片及第二次键合一第一次塑封及后固化一磨削框架背面一涂覆第二钝化层刻蚀第五凹槽和第六凹槽一框架上蚀刻第七凹槽和第八凹槽并去除第二钝化层一涂覆第三钝化层并刻蚀第九凹槽一高频溅射铜金属层并蚀刻第十凹槽一涂覆第四钝化层并蚀刻UBM2窗口一底部溅射多层金属形成UBM2层—植球及回流焊一第二次塑封及后固化。
[0030]本发明提供的一种上述IC芯片堆叠封装件的生产方法，具体按以下步骤进行: 步骤1:使用8吋?12吋减薄机，采用粗磨、细精磨抛光防翘曲工艺，将带凸点芯片的
晶圆减薄到180 μ m?200 μ m,粗磨速度6 μ m/s,精磨速度1.0 μ m/s ;采用粗磨、细精磨抛光防翅曲工艺，将不带凸点芯片的晶圆减薄到50μm~75μm,粗磨速度2ym/s,精磨速度
6.0 μ m/min ;采用防止芯片翅曲工艺；
采用A-WD-300TXB划片机对减薄后的晶圆进行划片，划片进刀速度≤lOmm/s ；
步骤2:在匀胶机或涂覆机上，在裸铜框架I正面均匀涂覆一层厚度≥ 10um的光刻胶(正负性均可)，形成光刻胶层25 ;在60°C~70°C的温度下烘烤25±5分钟；然后在曝光机上对已涂覆光刻胶层25的裸铜框架1进行对准曝光、显影、定影，在光刻胶层25上形成多个第二凹槽26和多个第三凹槽27，如图2所示，第二凹槽26和第三凹槽27对应的裸铜框架1上显示出图案，在120°C ±5°C的温度下坚膜30±5分钟；然后在蚀刻、清洗一体机上，通过向下喷淋酸性腐蚀液或碱性腐蚀液，在第二凹槽26对应的裸铜框架1正面蚀刻出需要的附图形的第一凹槽11，第一凹槽11为引脚凹槽，第三凹槽27对应的裸铜框架11正面蚀刻出需要的附图形的第四凹槽28，相邻两个第四凹槽28之间形成隔墙8，如图3所示，去除光刻胶层25 ；
步骤3:涂覆机内，在裸铜框架1蚀刻出第一凹槽11和第四凹槽28的表面均匀涂覆第一钝化层29，第一钝化层29同时覆盖第一凹槽11表面和第三凹槽28表面；然后在第四凹槽28底部的第一钝化层29上刻蚀出UBM1窗口 30，在第一凹槽11两侧裸铜框架1表面的第一钝化层29上刻蚀出框架焊盘窗口 31，如图4所示；
步骤4:在第四凹槽28内表面高频溅射多金属层，形成UBM1层32 ;在框架焊盘窗口 31上高频溅射多金属层，形成框架焊盘21，通过光刻、蚀刻步骤，去除多余的金属层，使得相邻第四凹槽28内的UBM1层32不相连，框架焊盘窗口 31与UBM1层32不相连，如图7所示，第四凹槽28和该第四凹槽28内的UBM1层32构成安放槽WBM1层32的结构与框架焊盘21的结构相同，均由三层金属层或者两层金属层构成，当采用三层金属层时，该三层金属层为依次设置的第一金属层a、第二金属层b和第三金属层c ;当采用两层金属层时，该两层金属层为依次设置的第一金属层a和第三金属层c ;第一金属层a为Cu层、Ni层或Cr层,第二金属层b为Ni层、Cr层,第三金属层c为Au层；第一金属层a与第一钝化层29和第四凹槽28底面相连接，如图6所示；
步骤5:采用倒装上芯机，在带凸点的第一 IC芯片9的芯片凸点7上沾上焊料6，将第一 IC芯片9倒装上芯于裸铜框架1上，使芯片凸点7伸入安放槽内，芯片凸点7顶部通过焊料6与安放槽内的UBM1层32相连；然后采用带真空吸附的下填充模具对芯片凸点7与安放槽之间的空隙进行下填充，使芯片凸点7与框架通过下填料10绝缘，如图7所示；步骤6:在带凸点的IC芯片，即第一 IC芯片9背面通过第一 DAF片14堆叠第二 IC芯片15，烘烤，然后从第二 IC芯片15上的焊盘向位于第一凹槽11和安放槽之间框架焊盘21打第一键合线12，从第二 IC芯片15上的焊盘向位于第一凹槽11外侧的框架焊盘21打第四键合线19，如图8所示；
步骤7:在第二 IC芯片15上堆叠第三IC芯片17，第三IC芯片17通过第二 DAF片16与第二 IC芯片15粘接，烘烤，然后从第三IC芯片17上的焊盘向第二 IC芯片15的焊盘打第二键合线13，再从第三IC芯片17上的焊盘向裸铜框架I上位于第一凹槽11外侧的框架焊盘21上打第三键合线18，如图9所示；
步骤8:使用全自动包封机，采用低应力U1S I)、低吸湿(吸水率〈0.25%)的符合欧盟Weee、R0HS标准和Sony标准环保型塑封料对裸铜框架1正面进行第一次塑封，形成第二塑封体20，第二塑封体20覆盖了第一 IC芯片9、第二 IC芯片15、第三IC芯片17、第一 DAF片14、第二 DAF片16以及所有的键合线，第二塑封体20嵌入第一凹槽11内，与裸铜框架I牢固结合，如图10所示；塑封后按通用防离层工艺进行后固化；
步骤9:磨削设备上，磨削裸铜框架I背面，磨削去的厚度为裸铜框架I厚度的1/3?1/4，清洗干净、烘干；
步骤10:采用涂覆曝光一体机，在磨削后的裸铜框架I背面涂覆第二钝化层33，然后在光刻机上曝光、显影、定影，在第二钝化层33上蚀刻出第五凹槽34和第六凹槽35，第五凹槽34位于第一凹槽11的下方，每个隔墙8的下方均有一个第六凹槽35，如图11所示；
步骤11:沿第五凹槽34和第六凹槽35刻蚀裸铜框架1，在第五凹槽34对应的裸铜框架I上刻蚀出第七凹槽36，使第七凹槽36与第一凹槽11相通，在第六凹槽35对应的裸铜框架I上刻蚀出第八凹槽37，使隔墙8下方的第八凹槽37与对应的隔墙8相通，其余位置的第八凹槽37的深度与隔墙8下方第八凹槽37的深度相同，相邻两个凹槽之间为引脚，如图12所示，去除第二钝化层33，露出引脚底面；
步骤12:涂覆机上，在裸铜框架I背面涂覆第三钝化层39，第三钝化层39既要填满裸铜框架I背面所有的第七凹槽36和所有的第八凹槽38，还要在所有引脚背面覆盖一层，然后在引脚相对的第三钝化层39和需要的位置的第三钝化层39上刻蚀出附图形的第九凹槽40，如图13所示；
步骤13:在裸铜框架I背面高频溅射铜金属层41，然后在铜金属层41上蚀刻出第十凹槽42，第十凹槽42与第三钝化层39相通，如图14所示；
步骤14:在铜金属层41表面涂覆第四钝化层43，第四钝化层43同时填充第十凹槽42，然后在第四钝化层43上刻蚀出UBM2窗口 44，UBM2窗口 44与铜金属层41相通，如图15所示；
步骤15:在UBM2窗口 44上高频溅射多层金属，形成UBM2层45，UBM2层45的结构与UBM1层32的结构相同，见图16 ；
步骤16:通过植球机，在UBM2层45上刷上焊料6，然后将锡焊球5放置在焊料6上，通过回流焊使锡焊球5、焊料6和UBM2层45牢固结合，如图17所示，最后进行清洗；
步骤17:通过全自动塑封机和第二次塑封模具，在第四钝化层43表面进行第二次塑封，形成第一塑封体4，所有的锡焊球5均露出第二塑封体4外，第二塑封体4牢固固定锡焊球5 ;然后打印、切割分离、测试，制得图1所示的带焊球面阵列四面扁平无引脚IC芯片堆叠封装件。打印、切割分离时采用与QFN相同工序的设备及工艺，测试时采用与BGA封装相同的设备及工艺。
[0031]本发明IC芯片堆叠封装件生产方法中采用了芯片制造中的光刻(制版、涂胶、显影、坚膜)、在裸铜框架I上蚀刻图形；采用涂覆钝化层、蚀刻UBM1窗口 30，使用高频溅射多层金属形成UBM1层32和框架焊盘21，使用带凸点的第一 IC芯片9，采用封装工艺中的倒装上芯及下填充；采用DAF片堆叠粘接第二 IC芯片15及第一次压焊、采用DAF片堆叠粘接第三IC芯片17及第二次压焊、第一次塑封及后固化工艺，完成封装件正面生产。框架背面采用磨削工艺，减薄了框架厚度。继续采用芯片生产工艺的钝化和蚀刻工艺，通过涂覆第二钝化层33、蚀刻第五凹槽34和第六凹槽35、继续蚀刻第五凹槽34和第六凹槽35在裸铜框架I上形成第一凹槽11、第七凹槽36与第八凹槽37，并去除第二钝化层33露出引脚底面。涂覆第三钝化层39并刻蚀出第九凹槽40，高频溅射铜金属层41并刻蚀出第十凹槽42，涂覆第四钝化层43刻蚀出UBM2窗口 44，高频溅射多金属层形成UBM2层45。采用封装的印刷、植球回流焊工艺，使焊球、引脚底面、UBM2层45牢固相连，最后进行第二次塑封牢固固定焊球。该方法可以替代基板生产的部分BGA和CPS，实现IC芯片灵活应用于引线框架的CSP封装，降低生产成本，缩短研发周期。
[0032]实施例1
使用8吋?12吋减薄机，采用粗磨、细精磨抛光防翘曲工艺，将带凸点芯片的晶圆减薄到180 μ m，粗磨速度6 μ m/s，精磨速度1.0 μ m/s ;采用粗磨、细精磨抛光防翘曲工艺，将不带凸点芯片的晶圆减薄到50 μ m,粗磨速度2 μ m/s,精磨速度6.0 μ m/min ;采用防止芯片翘曲工艺；采用A-WD-300TXB划片机对减薄后的晶圆进行划片，划片进刀速度< lOmm/s ;在裸铜框架正面均匀涂覆一层正性光刻胶，形成光刻胶层；在60°C的温度下烘烤30分钟；然后进行对准曝光、显影、定影，在光刻胶层上形成多个第二凹槽和多个第三凹槽，第二凹槽和第三凹槽对应的裸铜框架上显示出图案，在120°C的温度下坚膜30分钟；通过向下喷淋酸性腐蚀液，在第二凹槽对应的裸铜框架正面蚀刻出需要的附图形的第一凹槽，第一凹槽为引脚凹槽，第三凹槽对应的裸铜框架正面蚀刻出需要的附图形的第四凹槽，相邻两个第四凹槽之间形成隔墙，去除光刻胶层；在裸铜框架正面均匀涂覆第一钝化层，第一钝化层同时覆盖第一凹槽表面和第三凹槽表面；然后在第四凹槽底部的第一钝化层上刻蚀出UBM1窗口，在第一凹槽两侧裸铜框架表面的第一钝化层上刻蚀出框架焊盘窗口 ；在第四凹槽内表面高频溅射多金属层，形成UBM1层；在框架焊盘窗口上高频溅射多金属层，形成框架焊盘，通过光刻、蚀刻步骤，去除多余的金属层，使得相邻第四凹槽内的UBM1层不相连，框架焊盘窗口与UBM1层不相连，第四凹槽和该第四凹槽内的UBM1层构成安放槽WBM1层的结构与框架焊盘的结构相同，均由三层金属层，该三层金属层为依次设置的第一金属层、第二金属层和第三金属层；第一金属层Cu层,第二金属层为Ni层,第三金属层为Au层；第一金属层与第一钝化层和第四凹槽底面相连接；在带凸点的IC芯片的芯片凸点上沾上焊料，将该带凸点的IC芯片倒装上芯于裸铜框架上，使芯片凸点伸入安放槽内，芯片凸点顶部通过焊料与安放槽内的UBM1层相连；采用带真空吸附的下填充模具对芯片凸点与安放槽之间的空隙进行下填充，使芯片凸点与框架通过下填料绝缘；在带凸点的IC芯片背面通过第一 DAF片堆叠第二 IC芯片，烘烤，然后从第二 IC芯片向位于第一凹槽和安放槽之间的框架焊盘打第一键合线，从第二 IC芯片向位于第一凹槽外侧的框架焊盘打第四键合线；在第二 IC芯片上堆叠第三IC芯片，第三IC芯片通过第二 DAF片与第二 IC芯片粘接，烘烤，然后从第三IC芯片向第二 IC芯片打第二键合线，再从第三IC芯片向裸铜框架上位于第一凹槽外侧的框架焊盘打第三键合线；使用全自动包封机，采用低应力U1 ( I)、低吸湿(吸水率〈0.25%)的符合欧盟Weee、R0HS标准和Sony标准环保型塑封料对裸铜框架正面进行第一次塑封，形成第二塑封体，第二塑封体覆盖了所有的IC芯片、所有的DAF片以及所有的键合线，第二塑封体嵌入第一凹槽内，与引线框架牢固结合；塑封后按通用防离层工艺进行后固化；磨削设备上，磨削裸铜框架背面，磨削去的厚度为裸铜框架厚度的1/3，清洗干净、烘干；在磨削后的裸铜框架背面涂覆第二钝化层，然后在光刻机上曝光、显影、定影，在第二钝化层上蚀刻出第五凹槽和第六凹槽，第五凹槽位于第一凹槽的下方，每个隔墙的下方均有一个第六凹槽；沿第五凹槽和第六凹槽刻蚀裸铜框架，在第五凹槽对应的裸铜框架上刻蚀出第七凹槽，使第七凹槽与第一凹槽相通，在第六凹槽对应的裸铜框架上刻蚀出第八凹槽，使隔墙下方的第八凹槽与对应的隔墙相通，其余位置的第八凹槽的深度与隔墙下方第八凹槽的深度相同，相邻两个凹槽之间为引脚，去除第二钝化层，露出引脚底面；在裸铜框架背面涂覆第三钝化层，第三钝化层既要填满裸铜框架背面所有的第七凹槽和所有的第八凹槽，还要在所有引脚背面覆盖一层，然后在引脚相对的第三钝化层和需要的位置的第三钝化层上刻蚀出附图形的第九凹槽；在裸铜框架背面高频溅射铜金属层，在铜金属层上蚀刻出第十凹槽，第十凹槽与第三钝化层相通；在铜金属层表面涂覆第四钝化层，第四钝化层同时填充第十凹槽，然后在第四钝化层上刻蚀出UBM2窗口，UBM2窗口与铜金属层相通；在服112窗口上高频溅射多层金属，形成UBM2层，UBM2层的结构与UBM1层的结构相同；在UBM2层上刷上焊料，然后将锡焊球放置在焊料上，通过回流焊使锡焊球、焊料和UBM2层牢固结合，清洗；在第四钝化层表面进行第二次塑封，形成第一塑封体，所有的锡焊球均露出第一塑封体外，第一塑封体牢固固定锡焊球；然后打印、切割分离、测试，制得带焊球面阵列四面扁平无引脚IC芯片堆叠封装件。打印、切割分离时采用与QFN相同工序的设备及工艺，测试时采用与BGA封装相同的设备及工艺。
[0033]实施例2
按实施例1的方法减薄晶圆并划片，带凸点芯片的晶圆减薄到200 μ m，不带凸点芯片的晶圆减薄到75 μ m ;在裸铜框架正面均匀涂覆一层正性光刻胶，形成光刻胶层；在70°C的温度下烘烤20分钟；然后对准曝光、显影、定影，在光刻胶层上形成多个第二凹槽和多个第三凹槽，第二凹槽和第三凹槽对应的裸铜框架上显示出图案，在125°C的温度下坚膜25分钟；通过向下喷淋碱性腐蚀液，在第二凹槽对应的裸铜框架正面蚀刻出需要的附图形的第一凹槽，第三凹槽对应的裸铜框架正面蚀刻出需要的附图形的第四凹槽，第三凹槽对应的裸铜框架正面蚀刻出需要的附图形的第四凹槽，相邻两个第四凹槽之间形成隔墙，去除光刻胶层；在裸铜框架正面均匀涂覆第一钝化层，在第四凹槽底部的第一钝化层上刻蚀出UBM1窗口，在第一凹槽两侧裸铜框架表面的第一钝化层上刻蚀出框架焊盘窗口 ；在第四凹槽内表面高频溅射多金属层，形成服111层；在框架焊盘窗口上高频溅射多金属层，形成框架焊盘，通过光刻、蚀刻步骤，去除多余的金属层，使得相邻第四凹槽内的UBM1层不相连，框架焊盘窗口与UBM1层不相连，第四凹槽和该第四凹槽内的UBM1层构成安放槽WBM1层的结构与框架焊盘的结构相同，均由三层金属层，该三层金属层为依次设置的第一金属层、第二金属层和第三金属层；第一金属层为Ni层,第二金属层为Cr层,第三金属层为Au层；第一金属层与第一钝化层和第四凹槽底面相连接；再按实施例1的方法制得带焊球面阵列四面扁平无引脚IC芯片堆叠封装件，只是在磨削裸铜框架背面时，磨削去的厚度为裸铜框架厚度的 1/4。
[0034]实施例3
按实施例1的方法减薄晶圆并划片，带凸点芯片的晶圆减薄到190 μ m，不带凸点芯片的晶圆减薄到60 μ m ;在裸铜框架正面均匀涂覆一层正性光刻胶，形成光刻胶层；在65°C的温度下烘烤25分钟；然后对准曝光、显影、定影，在光刻胶层上形成多个第二凹槽和多个第三凹槽，第二凹槽和第三凹槽对应的裸铜框架上显示出图案，在115°C的温度下坚膜35分钟；通过向下喷淋碱性腐蚀液，在第二凹槽对应的裸铜框架正面蚀刻出需要的附图形的第一凹槽，第三凹槽对应的裸铜框架正面蚀刻出需要的附图形的第四凹槽，第三凹槽对应的裸铜框架正面蚀刻出需要的附图形的第四凹槽，相邻两个第四凹槽之间形成隔墙，去除光刻胶层；在裸铜框架正面均匀涂覆第一钝化层，在第四凹槽底部的第一钝化层上刻蚀出UBM1窗口，在第一凹槽两侧裸铜框架表面的第一钝化层上刻蚀出框架焊盘窗口 ；在第四凹槽内表面高频溅射多金属层，形成服111层；在框架焊盘窗口上高频溅射多金属层，形成框架焊盘，通过光刻、蚀刻步骤，去除多余的金属层，使得相邻第四凹槽内的UBM1层不相连，框架焊盘窗口与UBM1层不相连，第四凹槽和该第四凹槽内的UBM1层构成安放槽WBM1层的结构与框架焊盘的结构相同，均由二层金属层，该二层金属层为依次设置的第一金属层、第二金属层和第三金属层；第一金属层为Cu层,第二金属层为Cr层，第三金属层为Au层；第一金属层与第一钝化层和第四凹槽底面相连接；再按实施例1的方法制得带焊球面阵列四面扁平无引脚IC芯片堆叠封装件，只是在磨削裸铜框架背面时，磨削去的厚度为裸铜框架厚度的 7/24。
[0035]实施例4
按实施例1的方法减薄晶圆并划片，带凸点芯片的晶圆减薄到185 μ m，不带凸点芯片的晶圆减薄到55 μ m ;在裸铜框架正面均匀涂覆一层正性光刻胶，形成光刻胶层；在65°C的温度下烘烤24分钟；然后对准曝光、显影、定影，在光刻胶层上形成多个第二凹槽和多个第三凹槽，第二凹槽和第三凹槽对应的裸铜框架上显示出图案，在118°C的温度下坚膜32分钟；通过向下喷淋酸性腐蚀液，在第二凹槽对应的裸铜框架正面蚀刻出需要的附图形的第一凹槽，第三凹槽对应的裸铜框架正面蚀刻出需要的附图形的第四凹槽，第三凹槽对应的裸铜框架正面蚀刻出需要的附图形的第四凹槽，相邻两个第四凹槽之间形成隔墙，去除光刻胶层；在裸铜框架正面均匀涂覆第一钝化层，在第四凹槽底部的第一钝化层上刻蚀出UBM1窗口，在第一凹槽两侧裸铜框架表面的第一钝化层上刻蚀出框架焊盘窗口 ；在第四凹槽内表面高频溅射多金属层，形成服111层；在框架焊盘窗口上高频溅射多金属层，形成框架焊盘，通过光刻、蚀刻步骤，去除多余的金属层，使得相邻第四凹槽内的UBM1层不相连，框架焊盘窗口与UBM1层不相连，第四凹槽和该第四凹槽内的UBM1层构成安放槽WBM1层的结构与框架焊盘的结构相同，均由两层金属层，该两层金属层为依次设置的第一金属层和第三金属层；第一金属层为Ni层,第三金属层为Au层；第一金属层与第一钝化层和第四凹槽底面相连接；再按实施例1的方法制得带焊球面阵列四面扁平无引脚IC芯片堆叠封装件。
[0036]实施例5
按实施例1的方法减薄晶圆并划片，带凸点芯片的晶圆减薄到195 μ m，不带凸点芯片的晶圆减薄到70 μ m ;在裸铜框架正面均匀涂覆一层正性光刻胶，形成光刻胶层；在68°C的温度下烘烤22分钟；然后对准曝光、显影、定影，在光刻胶层上形成多个第二凹槽和多个第三凹槽，第二凹槽和第三凹槽对应的裸铜框架上显示出图案，在122°C的温度下坚膜分钟；通过向下喷淋酸性腐蚀液，在第二凹槽对应的裸铜框架正面蚀刻出需要的附图形的第一凹槽，第三凹槽对应的裸铜框架正面蚀刻出需要的附图形的第四凹槽，第三凹槽对应的裸铜框架正面蚀刻出需要的附图形的第四凹槽，相邻两个第四凹槽之间形成隔墙，去除光刻胶层；在裸铜框架正面均匀涂覆第一钝化层，在第四凹槽底部的第一钝化层上刻蚀出UBM1窗口，在第一凹槽两侧裸铜框架表面的第一钝化层上刻蚀出框架焊盘窗口 ；在第四凹槽内表面高频溅射多金属层，形成UBM1层；在框架焊盘窗口上高频溅射多金属层，形成框架焊盘，通过光刻、蚀刻步骤，去除多余的金属层，使得相邻第四凹槽内的UBM1层不相连，框架焊盘窗口与UBM1层不相连，第四凹槽和该第四凹槽内的UBM1层构成安放槽WBM1层的结构与框架焊盘的结构相同，均由两层金属层，该两层金属层为依次设置的第一金属层和第三金属层；第一金属层为Cr层,第三金属层为Au层；第一金属层与第一钝化层和第四凹槽底面相连接；再按实施例1的方法制得带焊球面阵列四面扁平无引脚IC芯片堆叠封装件。
[0037]虽然结合优选实例已经示出并描述了本发明，本领域技术人员可以理解，在不违背所附权利要求限定的本发明的精神和范围的前提下，可以进行修改和变换。
【权利要求】
1.一种带焊球面阵列四边无引脚IC芯片堆叠封装件，包括裸铜框架(1)，裸铜框架(1)上设有第一凹槽(11)和多个安放槽，相邻两个安放槽之间设有隔墙(8)，裸铜框架(1)正面倒装有带凸点的第一 IC芯片(9)，该IC芯片上的芯片凸点(7)伸入安放槽内，芯片凸点(7)与安放槽之间的空隙填充有下填料(10)，裸铜框架(1)正面塑封有第一塑封体(20)，其特征在于，第一凹槽(11)两侧分别为第一引脚(23)和第二引脚(24);第一凹槽(11)底部与钝化体(2)相连，第一引脚(23)通过钝化体(2)与第二引脚(24)相连接，第一引脚(23)底部设有第二连接层(22);与第二引脚(24)相邻的安放槽底部通过第一连接层(3)与第二引脚(24)底部相连接，其余安放槽底部均设有第一连接层(22)，所有的第一连接层(3)和所有的第二连接层(22)均不相连，每个第一连接层(3)底部和每个第二连接层(22)底部均设有锡焊球(5)，所有钝化体(2)表面和所有连接层表面塑封有第一塑封体(4)，所有的锡焊球(5)均露出第一塑封体(4)外；带凸点的IC芯片依次堆叠有两层IC芯片，位于下方的IC芯片通过第一键合线(12)与第二引脚(24)相连，同时通过第四键合线(19)与第一引脚(23)相连；位于上方的 IC芯片通过第二键合线(13)与位于下方的IC芯片相连,位于上方的IC芯片通过第三键合线(18)与第一引脚(23)相连。
2.—种权利要求1所述带焊球面阵列四边无引脚IC芯片堆叠封装件的生产方法，其特征在于，该生产方法具体按以下步骤进行: 步骤1:晶圆减薄划片； 步骤2:在裸铜框架正面均匀涂覆光刻胶，形成光刻胶层(25);在60°C~70°C的温度下烘烤25±5分钟；然后对准曝光、显影、定影，在光刻胶层(25)上形成多个第二凹槽(26)和多个第三凹槽(27)，在120°C ±5°C的温度下坚膜(30±5)分钟；然后在第二凹槽(26)对应的裸铜框架(1)正面蚀刻出第一凹槽(11 )，第三凹槽(27)对应的裸铜框架(1)正面蚀刻出第四凹槽(28)，相邻两个第四凹槽(28)之间形成隔墙(8)，去除光刻胶层(25); 步骤3:在裸铜框架蚀刻出第一凹槽(11)和第四凹槽(28 )的表面均匀涂覆第一钝化层(29)，第一钝化层(29)同时覆盖第一凹槽(11)表面和第三凹槽(27)表面；然后在第四凹槽(28)底部的第一钝化层(29)上刻蚀出UBM1窗口(30)，在第一凹槽(11)两侧裸铜框架(1)表面的第一钝化层(29)上刻蚀出框架焊盘窗口(31)； 步骤4:高频溅射多金属层，在第四凹槽内表面形成UBM1层(32);在框架焊盘窗口(31)上形成框架焊盘(21)，去除多余金属层，使得相邻第四凹槽(28)内的UBM1层(32)不相连，框架焊盘窗口(31)与UBM1层(32)不相连，第四凹槽(28)和该第四凹槽(28)内的UBM1层(32)构成安放槽；服111层(32)的结构与框架焊盘(21)的结构相同，均由三层金属层或者两层金属层构成，当采用三层金属层时，该三层金属层为依次设置的第一金属层(a)、第二金属层(b)和第三金属层(C);当采用两层金属层时，该两层金属层为依次设置的第一金属(a)层和第三金属层(c);第一金属层(a)为Cu层、Ni层或Cr层，第二金属层(b)为Ni层、Cu层或Cr层,第三金属层(c)为Au层；第一金属层(a)与第一钝化层(29)和第四凹槽(28)底面相连接； 步骤5:将带凸点的第一 IC芯片(9)倒装上芯于裸铜框架(1)上，芯片凸点(7)伸入安放槽内；然后采用带真空吸附的下填充模具对芯片凸点(7)与安放槽之间的空隙进行下填充，使芯片凸点(7)与框架通过下填料(10)绝缘； 步骤6:在带凸点的第一 IC芯片(9)背面堆叠第二 IC芯片(15)，烘烤，然后从第二 IC芯片(15)向位于第一凹槽(11)和安放槽之间的框架焊盘(21)打第一键合线(12)，从第二IC芯片(15)上的焊盘向位于第一凹槽(11)外侧的框架焊盘(21)打第四键合线(19)；步骤7:在第二 IC芯片(15)上堆叠第三IC芯片(17)，烘烤，然后从第三IC芯片(17)向第二 IC芯片(15)打第二键合线(13)，再从第三IC芯片(17)向裸铜框架(1)上位于第一凹槽(11)外侧的框架焊盘(21)上打第三键合线(18 ); 步骤8:采用符合欧盟Weee、ROHS标准和Sony标准环保型塑封料对裸铜框架正面进行塑封，形成第二塑封体(20)，第二塑封体(20)覆盖了所有IC芯片以及所有的键合线，第二塑封体(20)嵌入第一凹槽(11)内，塑封后按通用防离层工艺进行后固化； 步骤9:磨削裸铜框架背面，清洗、烘干； 步骤10:在磨削后的裸铜框架背面涂覆第二钝化层(33)，然后曝光、显影、定影，在第二钝化层(33)上蚀刻出第五凹槽(34)和第六凹槽(35)，第五凹槽(34)位于第一凹槽(11)下方，每个隔墙(8)下方均有一个第六凹槽(35)； 步骤11:沿第五凹槽(34)和第六凹槽(35)刻蚀裸铜框架(1)，在第五凹槽(34)对应的裸铜框架(1)上刻蚀出第七凹槽(37)，使第七凹槽(37)与第一凹槽(11)相通，在第六凹槽(35)对应的裸铜框架(1)上刻蚀出第八凹槽(38)，使隔墙(8)下方的第八凹槽(38)与对应的隔墙(8)相通，其余位置的第八凹槽(38)的深度与隔墙(8)下方第八凹槽(38)的深度相同，相邻两个凹槽之间为引脚，去除第二钝化层(33)，露出引脚底面； 步骤12:在裸铜框架(1)背面涂覆第三钝化层(39)，第三钝化层(39)同时填满裸铜框架(1)背面所有的第七凹槽(37)和所有的第八凹槽(38)，然后在引脚相对的第三钝化层(39)和需要的位置的第三钝`化层(39)上刻蚀出第九凹槽(40)； 步骤13:在裸铜框架(1)背面高频溅射铜金属层，然后在铜金属层(41)上蚀刻出第十凹槽(42)，第十凹槽(42)与第三钝化层(39)相通； 步骤14:在铜金属层(41)表面涂覆第四钝化层(43)，第四钝化层(43)同时填充第十凹槽(42)，然后在第四钝化层上刻蚀出UBM2窗口(44)，UBM2窗口(44)与铜金属层(41)相通；步骤15:在第十一凹槽(UBM2窗口)(44)上高频溅射形成UBM2层(45),UBM2层(45)的结构与UBM1层(32)的结构相同； 步骤16:通过植球、回流焊在UBM2层(45)上焊接锡焊球(5)，清洗； 步骤17:在第四钝化层(43)表面进行第二次塑封，形成第一塑封体(4)，所有的锡焊球(5)均露出第一塑封体(4)外，然后打印、切割分离、测试，制得带焊球面阵列四面扁平无引脚IC芯片堆叠封装件。
3.根据权利要求2所述的生产方法，其特征在于，所述步骤I中:使用8吋~12吋减薄机，采用粗磨、细精磨抛光防翅曲工艺，将带凸点芯片的晶圆减薄到180 μ m~200 μ m,粗磨速度6 μ m/s,精磨速度1.0 μ m/s ;采用粗磨、细精磨抛光防翅曲工艺,将不带凸点芯片的晶圆减薄到50 μ m~75 μ m,粗磨速度2 μ m/s,精磨速度6.0 μ m/min ;采用防止芯片翅曲工艺; 采用A-WD-300TXB划片机对减薄后的晶圆进行划片，划片进刀速度≤lOmm/s。
4.根据权利要求1所述的生产方法，其特征在于，所述步骤9中，裸铜框架(1)磨削去的厚度为裸铜框架(1)厚度的1/3~1/4。
【文档编号】H01L25/16GK103730443SQ201310749972
【公开日】2014年4月16日 申请日期:2013年12月31日 优先权日:2013年12月31日
【发明者】慕蔚, 李习周, 邵荣昌, 王永忠 申请人:天水华天科技股份有限公司