一种芯片的封装结构及其封装方法与流程

本发明涉及一种芯片的封装结构及其封装方法，属于半导体芯片封装技术领域。

背景技术：

目前常见的扇出型封装产品，如图1所示，其包括具有有源表面的芯片单元本体100，所述芯片单元本体100的有源表面设置有芯片电极101，所述芯片单元本体100的有源表面和芯片电极101的上表面设置有保护层200，所述保护层200在芯片电极101上方开设保护层开口，所述保护层开口内设置金属凸块300，所述金属凸块300通过保护层开口与芯片电极101连接；所述芯片单元本体100的背面设置背面保护层600。目前芯片封装产品的正面的保护较弱，当芯片正面受力较大时容易发生芯片功能失效问题。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服现有封装技术不足，提供一种芯片正面受到保护的芯片封装结构及其封装方法。

本发明的目的是这样实现的：

本发明提供了一种芯片的封装结构，其包括第一塑封体、塑封料ⅱ、再布线金属层、钝化层ⅱ和金属连接件ⅱ，

所述第一塑封体包括具有有源表面的芯片单元本体、原始对位标记和塑封料ⅰ，所述芯片单元本体的有源表面设置有芯片电极，所述芯片单元本体的有源表面和芯片电极的上表面设置有钝化层ⅰ和钝化层ⅰ开口，所述钝化层ⅰ开口内设置绝缘层ⅰ和绝缘层ⅰ开口ⅰ、绝缘层ⅰ开口ⅱ，所述绝缘层ⅰ开口ⅰ露出芯片电极的上表面，所述绝缘层ⅰ开口ⅰ内设置金属连接件ⅰ，所述金属连接件ⅰ通过绝缘层ⅰ开口ⅰ与芯片电极连接，所述绝缘层ⅰ开口ⅱ露出原始对位标记，所述原始对位标记处通过绝缘层ⅰ开口ⅱ设置对位标记保护块，所述塑封料ⅰ将金属连接件ⅰ、对位标记保护块进行塑封，其上表面与金属连接件ⅰ的上表面齐平；

所述塑封料ⅱ包覆第一塑封体的四周和背面，形成第二塑封体，其上表面与第一塑封体的上表面齐平；

所述再布线金属层参考对位标记保护块设置于第二塑封体上方，所述再布线金属层包括若干层金属层和绝缘填充层，上下相邻的金属层之间选择性连接，绝缘填充层设置于金属层之间，所述再布线金属层的最下起始层设置下层焊盘、最上终止层设置上层焊盘，所述下层焊盘和上层焊盘均露出绝缘填充层，其中所述下层焊盘与第一塑封体的金属连接件ⅰ的上表面连接；

所述再布线金属层上方设置钝化层ⅱ和钝化层ⅱ开口，所述钝化层ⅱ开口露出再布线金属层的上层焊盘；

所述钝化层ⅱ上方设置金属连接件ⅱ，所述金属连接件ⅱ与再布线金属层的上层焊盘连接。

可选地，所述金属连接件ⅰ由下而上依次设置粘附阻挡层、金属种子层ⅰ和金属凸块，所述粘附阻挡层是一层或两层材料构成的复合层。

可选地，所述金属凸块的横截面形状包括但不限于矩形、圆形或椭圆形。

可选地，所述金属种子层ⅰ和金属凸块为一体结构。

可选地，所述金属连接件ⅱ由下而上依次包括粘附层、金属种子层ⅱ、金属柱和焊锡球。

可选地，所述金属种子层ⅱ和金属柱为一体结构，所述金属柱的横截面形状包括但不限于矩形、圆形或椭圆形。

本发明还提供一种芯片的封装结构的封装方法，工艺步骤如下：

步骤一，取一集成电路晶圆，其上表面设有芯片电极、原始对位标记和钝化层ⅰ，芯片电极在集成电路晶圆内实现电通讯并部分露出钝化层ⅰ开口，形成芯片电极的输入/输出端；原始对位标记也通过钝化层ⅰ开口露出；

步骤二，在钝化层ⅰ上通过光刻的方法设置绝缘层ⅰ和绝缘层ⅰ开口ⅰ、绝缘层ⅰ开口ⅱ和划片道，绝缘层ⅰ开口ⅰ露出芯片电极的输入/输出端，绝缘层ⅰ开口ⅱ露出原始对位标记，划片道呈横向和纵向垂直交织，将集成电路晶圆预划分为复数颗阵列排布的芯片单元本体；

步骤三，通过溅射的方法，在绝缘层ⅰ开口ⅰ内设置粘附阻挡层；再依次通过溅射、光刻、电镀、去胶及腐蚀的方法，在粘附阻挡层上依次设置金属种子层ⅰ和金属凸块；通过点胶工艺或印刷工艺，在晶圆正面的原始对位标记处通过绝缘层ⅰ开口ⅱ设置对位标记保护块；

步骤四，于绝缘层ⅰ上方，用塑封料ⅰ将对位标记保护块、粘附阻挡层、金属种子层ⅰ和金属凸块进行第一次塑封，形成第一塑封体；

步骤五，通过研磨的方式去除晶圆表面多余的塑封料ⅰ，露出金属凸块的上表面，形成金属柱的输入/输出端；

步骤六，将晶圆背面减薄并切成复数颗正面受保护的芯片单体；

步骤七，通过键合方法，将芯片单体ⅰ按照一定的顺序倒置排放在贴有临时键合膜的载片上；

步骤八，在载片上使用塑封料ⅱ将芯片单体ⅰ进行第二次塑封，形成第二塑封体；

步骤九，通过解键合方法去除载片及临时键合膜，露出芯片单体的金属柱的输入/输出端，完成重构晶圆；

步骤十，通过金属再布线工艺，参考对位标记保护块，在重构晶圆表面设置再布线金属层，再布线金属层包括若干层金属层和绝缘填充层，上下相邻的金属层之间选择性连接，绝缘填充层设置于金属层，起绝缘保护作用，再布线金属层的最下起始层设置下层焊盘、最上终止层设置上层焊盘，下层焊盘和上层焊盘均露出绝缘层，其中下层焊盘与第一塑封体的金属连接件ⅰ的上表面连接；

步骤十一，通过光刻的方法，在再布线金属层上方设置钝化层ⅱ和钝化层ⅱ开口，钝化层ⅱ开口露出再布线金属层的上层焊盘；

步骤十二，再次通过溅射的方法，在钝化层ⅱ开口内设置粘附层；再依次通过溅射、光刻、电镀、去胶及腐蚀的方法，在粘附层上依次设置金属连接件ⅱ，金属连接件ⅱ由下而上依次包括金属种子层ⅱ、金属柱和焊锡球；

步骤十三，通过划片的方法，将上述塑封体切割成复数颗芯片封装单体。

进一步地，步骤三中，所述金属凸块通过化学镀的方法形成。

进一步地，步骤七中，所述键合方法为将临时键合膜涂敷或压合在载片表面，然后与芯片单体ⅰ的正面在压力、温度、真空的作用下粘合到一起。

进一步地，步骤十二中，所述金属柱通过化学镀的方法形成。

有益效果

1、本发明先将来料晶圆正面完成金属凸块后进行第一次塑封，形成第一塑封体，并露出金属凸块上表面形成电气连接面；完成正面塑封后进行芯片的四周和背面的塑封，形成第二塑封体，完成切割后的晶圆重构；通过两次塑封，在芯片表面形成了缓冲作用，能够有效地保护芯片正面，提升了芯片正面的机械强度和刚性，降低了因焊锡球受力对芯片表面的损伤，克服了芯片碎片的封装成品问题，提高了产品的可靠性；

2、由于芯片正面及背面均设置塑封料（emc），两者应力相互抵消，有利于改善产品的翘曲问题，有利于后续金属再布线工艺、植球工艺等的进行，降低了工艺难度；

3、本发明通过设置粘附阻挡层，有效地阻止了cu等金属原子的扩散，有效地避免了金属原子扩散造成的芯片功能失效；

4、所本发明有工艺均在共面性较好的来料晶圆100上完成，提高了金属裸露的均一性，有利于提升良率；

5、本发明的工艺过程中通过设置对位标记保护块150，避免了塑封料对原有对位标记120的遮挡，提升了金属再布线工艺中光刻工艺的对位精度，解决了晶圆重构带来的光刻偏移问题。

附图说明

图1为传统芯片封装结构示意图；

图2为本发明一种芯片的封装结构的剖面示意图；

图3a至3m为本发明一种芯片的封装结构的封装方法的流程示意图；

图中：

芯片单元本体10

原始对位标记120

对位标记保护块150

芯片电极113

钝化层ⅰ210

钝化层ⅰ开口213

绝缘层ⅰ310

绝缘层ⅰ开口ⅰ311

粘附阻挡层410

金属凸块430

塑封料ⅰ510

塑封料ⅱ610

再布线金属层710

下层焊盘713

上层焊盘715

钝化层ⅱ810

钝化层ⅱ开口813

金属连接件ⅱ900

粘附层910

金属柱920

焊锡球950；

晶圆100

载片l1

临时键合膜l2。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。

实施例

本发明一种芯片的封装结构，其包括第一塑封体、塑封料ⅱ610、再布线金属层710、钝化层ⅱ810和金属连接件ⅱ900。

所述第一塑封体包括具有有源表面的芯片单元本体10、原始对位标记120和塑封料ⅰ510，芯片单元本体10的厚度通常为25~150微米。所述芯片单元本体10的有源表面设置有芯片电极113，所述芯片单元本体10的有源表面和芯片电极113的上表面设置有钝化层ⅰ210和钝化层ⅰ开口213，所述钝化层ⅰ开口213内设置绝缘层ⅰ310和绝缘层ⅰ开口ⅰ311、绝缘层ⅰ开口ⅱ312，所述绝缘层ⅰ开口ⅰ311露出芯片电极113的上表面，所述绝缘层ⅰ开口ⅰ311内设置金属连接件ⅰ，所述金属连接件ⅰ通过绝缘层ⅰ开口ⅰ311与芯片电极113连接。所述金属连接件ⅰ由下而上依次设置粘附阻挡层410、金属种子层ⅰ和金属凸块430。金属种子层ⅰ的材质为cu、ni等，金属种子层ⅰ的厚度为0.01~1微米。金属凸块430的金属材质包括但不限于ti、cu、ni、sn、au元素，其横截面形状包括但不限于矩形、圆形或椭圆形。优选地，所述金属种子层ⅰ和金属凸块430为一体结构。粘附阻挡层410的材质为cr、ti、tiw、v、niv等，可以是一层或两层材料构成的复合层，粘附阻挡层410的厚度为0.1~3微米。粘附阻挡层410除了起到与芯片电极113结合作用外，还起到阻挡金属种子层ⅰ及金属凸块430的金属原子或其他金属粒子扩散到芯片单元本体10中的作用。

原始对位标记120与芯片电极113的位置不固定，根据实际设计需要，原始对位标记120设置于芯片电极113设置相对稀疏的地方。一般地，一个芯片单元本体10设置一个原始对位标记120。

所述绝缘层ⅰ开口ⅱ312露出原始对位标记120，原始对位标记120处通过绝缘层ⅰ开口ⅱ312设置对位标记保护块150，对位标记保护块150的材质可以是透明的树脂，其形状不限。

所述塑封料ⅰ510将金属连接件ⅰ、对位标记保护块150进行塑封，其上表面与金属连接件ⅰ的上表面齐平；塑封料ⅰ510的材料为热固性高分子如环氧树脂、酚醛树脂、硅胶、氨基、不饱和树脂；为了提高散热能力，塑封料ⅰ510可以为含有金属、陶瓷、氧化硅、石墨烯等粉末或纤维的复合材料。

所述塑封料ⅱ610包覆第一塑封体的四周和背面，形成第二塑封体，其上表面与第一塑封体的上表面齐平；塑封料ⅱ610的材料为热固性高分子如环氧树脂、酚醛树脂、硅胶、氨基、不饱和树脂；为了提高散热能力，塑封料ⅱ610可以为含有金属、陶瓷、氧化硅、石墨烯等粉末或纤维的复合材料。

所述再布线金属层710参考对位标记保护块150设置于第二塑封体上方，所述再布线金属层710包括若干层金属层和绝缘填充层，上下相邻的金属层之间选择性连接，绝缘填充层设置于金属层之间，所述再布线金属层710的最下起始层设置下层焊盘713、最上终止层设置上层焊盘715，所述下层焊盘713和上层焊盘715均露出绝缘填充层，其中所述下层焊盘713与第一塑封体的金属连接件ⅰ的上表面连接；

所述再布线金属层710上方设置钝化层ⅱ810和钝化层ⅱ开口813，所述钝化层ⅱ开口813露出再布线金属层710的上层焊盘715；

所述钝化层ⅱ810上方设置金属连接件ⅱ900，所述金属连接件ⅱ900与再布线金属层710的上层焊盘715连接。所述金属连接件ⅱ900由下而上依次包括粘附层910、金属种子层ⅱ、金属柱920和焊锡球950。金属种子层ⅱ的材质为cu、ni等，金属种子层ⅱ的厚度为0.01~1微米。通常的，金属种子层ⅱ和金属柱920为一体结构，金属柱920的高度通常为2~100微米。金属柱920的金属材质材料通常为cu、cuni、cuniau、niau等，其横截面形状包括但不限于矩形、圆形或椭圆形。粘附层910的材质为cr、ti、tiw、v、niv等，可以是一层或两层材料构成的复合层，粘附层910的厚度为0.01~2微米。粘附层910可以起到与再布线金属层710的上层焊盘715结合作用。

本发明一种芯片的封装结构的封装方法，工艺步骤如下：

步骤一，如图3a所示，取一集成电路晶圆100，其上表面设有芯片电极113、原始对位标记120和钝化层ⅰ210、钝化层ⅰ开口213，芯片电极113在集成电路晶圆100内实现电通讯并部分露出钝化层ⅰ开口213，形成芯片电极113的输入/输出端；原始对位标记120也通过钝化层ⅰ开口213露出。

步骤二，如图3b所示，在钝化层ⅰ210上通过光刻的方法设置绝缘层ⅰ310和绝缘层ⅰ开口ⅰ311、绝缘层ⅰ开口ⅱ312、划片道313，绝缘层ⅰ开口ⅰ311露出芯片电极113的输入/输出端，绝缘层ⅰ开口ⅱ312露出原始对位标记120。划片道313呈横向和纵向垂直交织，将集成电路晶圆100预划分为复数颗阵列排布的芯片单元本体10。

步骤三，如图3c所示，通过溅射的方法，在绝缘层ⅰ开口ⅰ311内设置粘附阻挡层410；粘附阻挡层410的材质为cr、ti、tiw、v、niv等，可以是一层或两层材料构成的复合层，粘附阻挡层410的厚度为0.1~3微米。

再依次通过溅射、光刻、电镀、去胶及腐蚀的方法，在粘附阻挡层410上依次设置金属种子层ⅰ和金属凸块430，金属凸块430的金属材质包括但不限于ti、cu、ni、sn、au元素，金属凸块430的形成也可以通过化学镀的方法形成，其横截面形状根据实际需要设计，包括但不限于矩形、圆形或椭圆形。金属种子层ⅰ的材质为cu、ni等，金属种子层ⅰ的厚度为0.01~1微米。通常的，金属种子层ⅰ和金属凸块430为一体结构；粘附阻挡层410除了起到与芯片电极113结合作用外，还起到阻挡金属种子层ⅰ及金属凸块430的金属原子或其他金属粒子扩散到晶圆100中的作用。

通过点胶工艺或印刷工艺，在晶圆100正面的原始对位标记120处通过绝缘层ⅰ开口ⅱ312设置对位标记保护块150，对位标记保护块150的材质可以是透明的树脂，其形状不限，但在视觉上可以清晰分辨。

对位标记保护块150的设置可以在粘附阻挡层410、金属种子层ⅰ和金属凸块430成形之前设置，也可以在粘附阻挡层410、金属种子层ⅰ和金属凸块430成形之后设置。

步骤四，如图3d所示，于绝缘层ⅰ310上方，用塑封料ⅰ510将对位标记保护块150、粘附阻挡层410、金属种子层ⅰ和金属凸块430进行第一次塑封，形成第一塑封体，第一塑封体实现晶圆100的正面保护；塑封料ⅰ510的材料为热固性高分子如环氧树脂、酚醛树脂、硅胶、氨基、不饱和树脂；为了提高散热能力，塑封料ⅰ510可以为含有金属、陶瓷、氧化硅、石墨烯等粉末或纤维的复合材料；

步骤五，如图3e所示，通过研磨的方式去除晶圆100表面多余的塑封料ⅰ510，露出金属凸块430的上表面，形成金属柱的输入/输出端431，同时露出对位标记保护块150。

步骤六，如图3f所示，将晶圆100背面减薄并切成复数颗正面受保护的芯片单体ⅰ，其减薄后形成的芯片单元本体10的厚度通常为25~150微米；减薄方法可以是机械减薄，也可以是化学机械减薄。

步骤七，如图3g所示，将芯片单体ⅰ按照一定的顺序倒置排放在贴有临时键合膜l2的载片l1上，优选的，临时键合膜l2的材料为热塑性的液态材料，或者为对uv光敏感的薄膜材料。键合方法通常为将临时键合膜l2涂敷或压合在载片l1表面，然后与芯片单体ⅰ的正面在压力、温度、真空的作用下粘合到一起。

步骤八，如图3h所示，在载片l1上使用塑封料ⅱ610将芯片单体ⅰ进行第二次塑封，形成第二塑封体；塑封料ⅱ610的材料为热固性高分子如环氧树脂、酚醛树脂、硅胶、氨基、不饱和树脂；为了提高散热能力，塑封料ⅱ610可以为含有金属、陶瓷、氧化硅、石墨烯等粉末或纤维的复合材料。

步骤九，如图3i所示，通过解键合方法去除载片l1及临时键合膜l2，露出芯片单体ⅰ的金属柱的输入/输出端431，完成重构晶圆，该重构晶圆的工艺，克服了现有技术完成的芯片封装结构翘曲大及厚度波动大问题，这样降低了工艺难度，有利于提升产品良率；解键合方法可以是热解键合、化学解键合、激光解键合或者uv解键合等。

步骤十，如图3j所示，通过金属再布线工艺，参考对位标记保护块150，在重构晶圆表面设置再布线金属层710，再布线金属层710包括若干层金属层和绝缘填充层，上下相邻的金属层之间选择性连接，绝缘填充层设置于金属层，起绝缘保护作用，再布线金属层710的最下起始层设置下层焊盘713、最上终止层设置上层焊盘715，下层焊盘713和上层焊盘715均露出绝缘层，其中下层焊盘713与第一塑封体的金属连接件ⅰ的上表面连接；由于设置了明显的对位标记保护块150进行精准对位，降低了再布线金属层710时的对位工艺难度，提高了对位精度。

步骤十一，如图3k所示，通过光刻的方法，在再布线金属层710上方设置钝化层ⅱ810和钝化层ⅱ开口813，钝化层ⅱ开口813露出再布线金属层710的上层焊盘715。

步骤十二，如图3l所示，再次通过溅射的方法，在钝化层ⅱ开口813内设置粘附层910；粘附层910的材质为cr、ti、tiw、v、niv等，可以是一层或两层材料构成的复合层，粘附层910的厚度为0.01~2微米。

再依次通过溅射、光刻、电镀、去胶及腐蚀的方法，在粘附层910上依次设置金属连接件ⅱ900，金属连接件ⅱ900由下而上依次包括金属种子层ⅱ、金属柱920和焊锡球950，金属柱920的金属材质材料通常为cu、cuni、cuniau、niau等，金属柱920的形成也可以通过化学镀的方法形成。金属柱920的横截面形状根据实际需要设计，包括但不限于矩形、圆形或椭圆形。

金属种子层ⅱ的材质为cu、ni等，金属种子层ⅱ的厚度为0.01~1微米。通常的，金属种子层ⅱ和金属柱920为一体结构，金属柱920的高度通常为2~100微米。粘附层910可以起到与再布线金属层710的上层焊盘715结合作用。

步骤十三，如图3m所示，通过划片的方法，将上述塑封体切割成复数颗芯片封装单体。划片可以用含有金刚石或者陶瓷颗粒的刀片，也可以选用激光进行切割。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步地详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。