包括基于半导体的部件的模块及其制造方法与流程

本发明涉及包括基于半导体的部件的模块以及制造该模块的方法。

背景技术：

1、扇出型晶圆级封装(fowlp)是微电子领域最新的封装趋势之一。一方面，它在封装体积方面具有显着封装小型化的巨大潜力，但另一方面会导致一定的模块厚度。fowlp的技术核心是形成与薄膜再分布层相结合的重新构造的模制晶圆，以产生与smd兼容的封装。fowlp的主要优点是无基板封装、低热阻、由于更短的互连以及通过薄膜金属化而不是引线键合或倒装芯片凸块(bump)的直接ic连接而提高的射频性能以及较低的寄生效应。它可用于系统中封装(sip，system-in-package)解决方案和异构集成的多芯片封装。

2、为了更高的生产率和更低的成本，需要更大的模制件嵌入形成因子，这通常会导致晶圆直径增加。

技术实现思路

1、存在提供这样的一种电气模块的目的：该电气模块能够以更高的产量制造并且表现出较少的涉及收缩的问题，其中内层的分层能够被避免。该目的通过根据本发明的方面的模块和制造模块的方法来实现。本发明如根据本发明的方面的实施方式中所述那样进一步拓展。

2、根据本发明的第一方面，一种模块包括部件承载件，所述部件承载件具有叠置件，所述叠置件包括至少一个电传导层结构和/或至少一个电绝缘层结构，并且所述部件承载件具有至少一个桥接部件，所述桥接部件嵌入在所述叠置件中并且具有再分布结构。所述桥接部件包括彼此相反的第一主表面和第二主表面，其中，在所述第一主表面上设置有第一接触区域，并且在所述第二主表面上设置有第二接触区域，所述第一接触区域通过设置在所述桥接部件中的相应的连接元件连接至所述第二接触区域。所述第一接触区域或所述第二接触区域中的至少一者直接或间接地连接到至少两个电子部件。

3、桥接部件可以包括诸如基于半导体的材料、基质、例如硅、玻璃、陶瓷或树脂材料的材料。桥接部件可以至少部分地通过nil工艺(纳米压印光刻工艺)来制造。

4、第一接触区域可以是第一电传导再分布结构或垫，并且第二接触区域可以是第二电传导再分布结构或垫。连接元件可以是互连的竖向结构，优选地是布置在互连的水平结构或层之间的互连的竖向结构。

5、可以在没有任何有机堆积层的情况下形成桥接部件。由于优选地不具有任何有机层的桥接部件可以具有与可以例如通过焊球而附接在上面的电子部件或其他元件相同或相似的cte(热膨胀系数)，因此与涉及有机层的现有技术相比，模块在模块的水平平面内的涉及收缩的问题可以减少或最小化。例如，可以减少模块的翘曲。也可以减少内层之间可能的结合问题，从而避免分层所涉及的问题。例如，可以使用以下cte值：

6、-芯层5ppm/k至12ppm/k

7、-有机层(例如abf材料)8ppm/k至12ppm/k

8、-铜17ppm/k

9、-硅2ppm/k至3ppm/k

10、-陶瓷8ppm/k至12ppm/k。

11、在实施方式中，部件承载件包括两个部件承载件主表面，每个桥接部件主表面分别直接连接至部件承载件主表面。

12、在实施方式中，在部件承载件主表面中的至少一个部件承载件主表面上设置有焊球，所述焊球直接或间接地连接至相应的桥接部件主表面的第一接触区域或第二接触区域中的至少一者。

13、在实施方式中，桥接部件第一主区域的接触区域的密度、例如每单位体积或每单位面积的接触区域的密度不同于桥接部件第二主区域的接触区域的密度。

14、在实施方式中，桥接部件主表面的直接连接至两个电子部件中的至少一个电子部件的接触区域的密度高于设置在相反的桥接部件主表面上的接触区域的密度。

15、在实施方式中，所述部件承载件包括嵌入在叠置件中的至少两个桥接部件。

16、在实施方式中，安装在部件承载件上的所述至少两个电子部件中的至少一个电子部件连接到所述至少两个桥接部件。

17、在实施方式中，所述至少两个电子部件中的至少一个电子部件连接至所述至少两个桥接部件各自的第一主表面，所述至少两个桥接部件的第一主表面面向同一部件承载件主表面。

18、在实施方式中，所述桥接部件连接至第三电子部件。

19、在实施方式中，所述桥接部件经由第一主表面连接至第三电子部件。

20、在实施方式中，两个电子部件中的至少一个电子部件附加地连接至直接设置在所述部件承载件中的另外的再分布结构。

21、在实施方式中，两个电子部件中的至少一个电子部件仅连接至所述至少一个桥接部件。

22、在实施方式中，其中，两个电子部件中的至少一个电子部件部分地连接至所述桥接部件。

23、在实施方式中，两个电子部件中的至少一个电子部件连接至用于向两个电子部件中的所述至少一个电子部件供给电力的电传导供给结构。例如，电传导供给结构可以优选地用于向电子部件提供电力，因为桥接部件内的细的电传导迹线可能无法承受高电流密度(例如，>100a/cm2，其中，a/cm2为电流密度，即每单位面积的电流)。当电子部件连接到至少两个桥接部件并且当必须使用更高的电力时，这可能特别有用。

24、两个电子部件中的至少一个电子部件也可以连接至用于在部件承载件与电子部件之间传输信号的结构。

25、在实施方式中，桥接部件包括电介质或半导体材料的基质和嵌入在基质中的连接元件，连接元件与第一接触区域和第二接触区域一起形成电传导再分布结构，其中，第一接触区域之间的平均距离不同于第二接触区域之间的平均距离。

26、在实施方式中，所述连接元件包括在x方向上的至少两个第一水平电传导再分布结构、在y方向上的至少两个第二水平电传导再分布结构以及在z方向上的至少两个竖向电传导再分布结构，其中，所述第一电传导再分布结构和所述第二电传导再分布结构中的至少一者电连接到至少一个竖向电传导再分布结构。

27、在实施方式中，该模块包括以下特征中的至少一个特征：在x方向上的两个第一水平电传导再分布结构之间的平均距离不同于在y方向上的两个第二水平电传导再分布结构之间的平均距离和/或不同于在z方向上的两个竖向电传导再分布结构之间的平均距离；以及/或者，在y方向上的两个第二水平电传导再分布结构之间的平均距离不同于在z方向上的两个竖向电传导再分布结构之间的平均距离。例如，桥接部件的基质包括：与x-y平面、x-z平面和/或y-z平面中的传导再分布结构共用的至少一个共用公共表面区域；至少一个电传导区域，所述至少一个电传导区域平行于主表面区域和/或在空间上延伸到x方向和/或y方向中；以及/或者，完全嵌入的传导再分布结构。

28、在实施方式中，模块包括安装基部，部件承载件安装在该安装基部上。

29、在实施方式中，模块还包括模制件，该模制件对电子部件进行封装。

30、在实施方式中，桥接部件和另外的桥接部件、优选地两个桥接部件在叠置件中并排布置在同一竖向水平高度处。

31、在实施方式中，桥接部件被构造成向电子部件供给电力。

32、在实施方式中，电子部件包括以下各者中的至少一者：处理器、存储器、无源部件和电源芯片。

33、在实施方式中，部件承载件包括以下特征中的至少一个特征：所述部件承载件包括表面安装在部件承载件上和/或嵌入在部件承载件中的至少一个部件，其中，所述至少一个部件特别地选自电子部件、非电传导嵌体和/或电传导嵌体、热传递单元、光引导元件、光学元件、桥接件、能量收集单元、有源电子部件、无源电子部件、电子芯片、射频芯片、存储装置、滤波器、集成电路、信号处理部件、功率管理部件、光电接口元件、电压转换器、密码部件、发射器和/或接收器、机电换能器、致动器、微机电系统、微处理器、电容器、电阻器、电感、蓄电池、开关、摄像机、天线、磁性元件、另外的部件承载件以及逻辑芯片；其中，部件承载件的电传导层结构中的至少一个电传导层结构包括铜、铝、镍、银、金、钯和钨中的至少一者，铜、铝、镍、银、金、钯和钨中的任意材料可选地涂覆有诸如石墨烯的超导材料；其中，电绝缘层结构包括以下各者中的至少一者：树脂，特别是增强树脂或非增强树脂例如环氧树脂或双马来酰亚胺-三嗪树脂；fr-4；fr-5；氰酸酯；聚亚苯基衍生物；玻璃；预浸材料；聚酰亚胺；聚酰胺；液晶聚合物；环氧基堆叠膜；聚四氟乙烯；陶瓷；以及金属氧化物；其中，部件承载件被成形为板；其中，部件承载件被构造为印刷电路板、基板和中介层中的一者；其中，部件承载件被构造为层压型部件承载件。

34、根据本发明的第二方面，提供了一种制造模块的方法。该方法包括：提供部件承载件，该部件承载件具有叠置件，该叠置件包括至少一个电传导层结构和/或至少一个电绝缘层结构，并且该部件承载件具有至少一个桥接部件，该桥接部件嵌入在叠置件中并且具有再分布结构。桥接部件包括彼此相反的第一主表面和第二主表面，其中，在所述第一主表面上设置有第一接触区域，并且在所述第二主表面上设置有第二接触区域，所述第一接触区域通过设置在所述桥接部件中的相应的连接元件连接至所述第二接触区域。所述第一接触区域或所述第二接触区域中的至少一者直接或间接地连接到至少两个电子部件。

35、在实施方式中，该方法是在面板级执行的。

36、该方法可以通过“芯片最后”的原则来执行，其中电子部件和其他元件可以在被嵌入桥接部件中之后附接至部件承载件。这种“芯片最后”程序使得能够在无需有机堆叠工艺的情况下在扇出型面板级封装(fo-plp)中实现更高的产量，并且使得能够实现简单的制造工艺。

37、在本技术的上下文中，术语“部件承载件”可以特别地表示能够将一个或更多个部件容置在该部件承载件上和/或该部件承载件中以提供机械支撑和/或电连接的任何支撑结构。换句话说，部件承载件可以构造成用于部件的机械承载件和/或电子承载件。部件承载件可以包括层压的层叠置件。特别地，部件承载件可以是印刷电路板、有机中介层和ic(集成电路)基板中的一者。部件承载件还可以是将以上提及的类型的部件承载件中的不同类型的部件承载件组合的混合板。

38、在实施方式中，可以通过用作桥接装置的桥接部件来使用其他部件之间的桥接信号。

39、在本技术的上下文中，术语“叠置件”可以特别地表示彼此平行安装的多个平面层结构的布置结构。

40、在本技术的上下文中，术语“层结构”可以特别地表示在共用平面内的连续层、图形化层或多个非连续岛状部。

41、在本技术的上下文中，术语“电子部件”可以特别地表示实现电子任务的部件。例如，这种电子部件可以是包括特别是作为主要或基础材料的半导体材料的半导体芯片。半导体材料例如可以是诸如硅或锗的iv型半导体，或者可以是诸如砷化镓或磷化铟的iii-v型半导体材料。特别地，半导体部件可以是半导体芯片，例如裸晶片或模制晶片。

42、在实施方式中，部件承载件包括至少一个电绝缘层结构和至少一个电传导层结构的叠置件。例如，部件承载件可以是特别地通过施加机械压力和/或热能而形成的所提到的电绝缘层结构和电传导层结构的层压件。所提到的叠置件可以提供能够为另外的部件提供大安装表面并且仍然非常薄且紧凑的板状部件承载件。

43、在实施方式中，部件承载件被成形为板。这有助于紧凑设计，其中部件承载件仍然为在部件承载件上安装部件提供大的基部。此外，特别地，作为嵌入的电子部件的示例的裸晶片(die)由于该裸晶片的厚度小而可以方便地嵌入到薄板、比如印刷电路板中。

44、在实施方式中，部件承载件被构造为印刷电路板、基板(特别是ic基板)和中介层中的一者。

45、在本技术的上下文中，术语“印刷电路板”(pcb)可以特别地表示通过例如通过施加压力和/或通过供给热能而将多个电传导层结构与多个电绝缘层结构进行层压而形成的板状部件承载件。作为用于pcb技术的优选材料，电传导层结构由铜制成，而电绝缘层结构可以包括树脂和/或玻璃纤维、所谓的预浸料、或fr4材料。可以通过例如通过激光钻孔或机械钻孔形成穿过层压件的孔并且通过用电传导材料(特别是铜)对这些孔进行部分或全部地填充从而形成过孔或任何其他通孔连接部，使得各个电传导层结构可以以期望的方式彼此连接。经填充的孔或者连接整个叠置件(通孔连接部延伸穿过多个层或整个叠置件)，或者经填充的孔连接至少两个电传导层，所述经填充的孔称为过孔。类似地，可以穿过叠置件的各个层形成光学互连部，以便接收电光电路板(eocb)。除了可以嵌入印刷电路板中的一个或更多个部件以外，印刷电路板通常构造成用于将一个或更多个部件容置在板状印刷电路板的一个表面或相反的两个表面上。所述一个或更多个部件可以通过焊接而连接至相应的主表面。pcb的介电部分可以由具有增强纤维(比如，玻璃纤维)的树脂构成。

46、在本技术的上下文中，术语“基板”可以特别地表示小的部件承载件。相对于pcb而言，基板可以是相对较小的部件承载件，该部件承载件上可以安装一个或更多个部件并且该部件承载件可以用作一个或更多个芯片与另外的pcb之间的连接介质。例如，基板可以具有与待安装在该基板上的部件(特别是电子部件)大致相同的尺寸(例如，在芯片级封装(csp)的情况下)。更具体地，基板可以理解为这样的承载件：用于电连接件或电网的承载件以及与印刷电路板(pcb)相当但具有相当高密度的侧向和/或竖向布置的连接件的部件承载件。侧向连接件例如是传导通道，而竖向连接件可以是例如钻孔。这些侧向连接件和/或竖向连接件布置在基板内并且可以用于提供已容置部件或未容置部件(比如裸晶片)、特别是ic芯片与印刷电路板或中间印刷电路板的电连接、热连接和/或机械连接。因此，术语“基板”还包括“ic基板”。基板的介电部分可以由具有增强颗粒(比如，增强球状件，特别是玻璃球状件)的树脂构成。

47、基板或中介层可以包括至少一层以下各者或由至少一层以下各者构成：玻璃；硅(si)；和/或感光的或可干蚀刻的有机材料、如环氧基堆叠材料(比如，环氧基堆叠膜)；或者聚合物化合物(聚合物化合物可以包括也可以不包括光敏和/或热敏分子)、如聚酰亚胺或聚苯并恶唑。

48、在实施方式中，所述至少一个电绝缘层结构包括以下各者中的至少一者：树脂或聚合物，比如，环氧树脂、氰酸酯树脂、苯并环丁烯树脂、双马来酰亚胺-三嗪树脂；聚亚苯基衍生物(例如基于聚苯醚，ppe)；聚酰亚胺(pi)；聚酰胺(pa)；液晶聚合物(lcp)；聚四氟乙烯(ptfe)；聚偏氟乙烯(pvdf)；和/或它们的组合。也可以使用例如由玻璃(多层玻璃)制成的增强结构，比如网状物、纤维、球状件或其他种类的填料颗粒以便形成复合物。与增强剂结合的半固化树脂，例如，用上述树脂浸渍的纤维称为预浸料。这些预浸料通常以其特性命名，例如fr4或fr5，fr4或fr5描述了预浸料的阻燃性能。尽管预浸料、特别是fr4对于刚性pcb而言通常是优选的，但是也可以使用其他材料、特别是环氧基堆叠材料(比如环氧基堆叠膜)或感光介电材料。对于高频应用，高频材料、比如聚四氟乙烯、液晶聚合物和/或氰酸酯树脂可以是优选的。除这些聚合物以外，低温共烧陶瓷(ltcc)或其他低的、非常低的或超低的dk材料可以在部件承载件中应用为电绝缘层结构。

49、在实施方式中，至少一个电传导层结构包括以下各者中的至少一者：铜、铝、镍、银、金、钯、钨、镁、铂、钛、碳和(掺杂的)硅。尽管铜通常是优选的，但是其他材料或其涂覆变型、特别是涂覆有超导材料或传导聚合物、比如分别为石墨烯或聚(3,4-亚乙基二氧噻吩)(pedot)也是可以的。

50、至少一个部件可以嵌入在部件承载件中和/或可以表面安装在部件承载件上。这样的部件可以选自：非电传导嵌体、电传导嵌体(比如，金属嵌体，优选地包括铜或铝)、热传递单元(例如，热管)、光引导元件(例如，光波导或光导体连接件)、电子部件或其组合。嵌体可以是例如带有或不带有绝缘材料涂层(ims-嵌体)的金属块，该金属块可以被嵌入或被表面安装以用于促进散热的目的。合适的材料是根据材料的导热系数限定的，导热系数应至少为2w/mk。这种材料通常基于但不限于金属、金属氧化物和/或陶瓷，例如铜、氧化铝(al2o3)或氮化铝(aln)。为了增加热交换能力，也经常使用具有增加的表面积的其他几何结构。此外，部件可以是：有源电子部件(实现了至少一个pn结)、无源电子部件(例如电阻器、电感器或电容器)、电子芯片、射频芯片、存储装置(例如dram或其他数据存储器)、滤波器、集成电路(例如现场可编程门阵列(fpga)、可编程阵列逻辑(pal)、通用阵列逻辑(gal)和复杂可编程逻辑器件(cpld))、信号处理部件、功率管理部件(例如场效应晶体管(fet)、金属氧化物半导体场效应晶体管(mosfet)、互补金属氧化物半导体(cmos)、结型场效应晶体管(jfet)、或绝缘栅场效应晶体管(igfet)，以上均基于诸如碳化硅(sic)、砷化镓(gaas)、氮化镓(gan)、氧化镓(ga2o3)、砷化铟镓(ingaas)的半导体材料和/或任何其他合适的无机化合物)、光电接口元件、发光二极管、光耦合器、电压转换器(例如，dc/dc转换器或ac/dc转换器)、密码部件、发送器和/或接收器、机电换能器、传感器、致动器、微机电系统(mems)、微处理器、电容器、电阻器、电感、电池、开关、相机、天线、逻辑芯片、能量收集单元和射频芯片。然而，其他部件也可以嵌入在部件承载件中。例如，磁性元件可以用作部件。这种磁性元件可以是永磁性元件(比如，铁磁性元件、反铁磁性元件、多铁性元件或亚铁磁性元件，例如铁氧体芯)或者可以是顺磁性元件。然而，该部件还可以是ic基板、中介层或例如呈板中板构型的其他部件承载件。该部件可以表面安装在部件承载件上和/或可以嵌入在部件承载件的内部中。此外，还可以使用其他部件、特别是产生和发射电磁辐射和/或对从环境传播的电磁辐射敏感的那些部件来作为部件。

51、在实施方式中，部件承载件是层压型部件承载件。在这种实施方式中，部件承载件是通过施加压力和/或热而被叠置并连接在一起的多层结构的复合物。

52、在对部件承载件的内部层结构进行加工之后，可以用一个或更多个另外的电绝缘层结构和/或电传导层结构(特别是通过层压)将经加工的层结构的一个主表面或相反的两个主表面对称地或不对称地覆盖。换句话说，可以持续堆叠，直到获得期望的层数为止。

53、在具有电绝缘层结构和电传导层结构的叠置件的形成完成之后，可以对所获得的层结构或部件承载件进行表面处理。

54、特别地，在表面处理方面，可以将电绝缘的阻焊部施用至层叠置件或部件承载件的一个主表面或相反的两个主表面。例如，可以在整个主表面上形成比如阻焊部并且随后对阻焊部的层进行图形化以使一个或更多个电传导表面部分暴露，所述一个或更多个电传导表面部分将用于使部件承载件电耦合至电子外围件。部件承载件的用阻焊部保持覆盖的表面部分、特别是包含铜的表面部分可以被有效地保护以免受氧化或腐蚀。

55、在表面处理方面，还可以将表面处理部选择性地施用至部件承载件的暴露的电传导表面部分。这种表面处理部可以是部件承载件的表面上的暴露的电传导层结构(比如，垫、传导迹线等，特别是包括铜或由铜组成)上的电传导覆盖材料。如果不对这种暴露的电传导层结构进行保护，则暴露的电传导部件承载件材料(特别是铜)会被氧化，从而使部件承载件的可靠性较低。然后，表面处理部可以形成为例如表面安装部件与部件承载件之间的接合部。表面处理部具有保护暴露的电传导层结构(特别是铜电路)的功能，并且表面处理部可以例如通过焊接而实现与一个或更多个部件的接合过程。用于表面处理部的合适材料的示例是有机可焊性防腐剂(osp)、非电镍浸金(enig)、非电镍浸钯浸金(enipig)、金(特别是硬金)、化学锡、镍金、镍钯等。