一种实现芯片互连封装结构及其制作方法与流程

1.本技术涉及集成电路技术领域，尤其是一种半导体模块实现芯片互连封装结构、半导体制作方法以及其制作方法。


背景技术：

2.随着电子技术的日益发展，电子产品的性能要求越来越高，使得电子元件及线路板基板线路越来越复杂；同时电子产品尺寸要求越来越小，越来越薄。从而使得芯片等电子元件封装基板的高密度集成化、小型化、多功能化是必然趋势。受电子产品短小轻薄的驱动，半导体封装行业对芯片的功能要求越爱越高，因此芯片的i/o口数量要求越来越多，i/o口的大小和间距要求越来越精细。当单个芯片的功能无法满足产品性能需求时，需要采用多个芯片进行互连来满足；现有技术中对于芯片的互连需要单独制作tsv/tgv中介层，成本较高；而且tsv/tgv中介层厚度较厚，增加封装模块的体积，无法真正实现封装模块短小轻薄；再者，tsv/tgv中介层实现多芯片互连，设计自由度较低；2.5d封装结构芯片贴装在tsv/tgv中介层表面，中介层和封装载板焊接实现互连，集成度相对较低。因此，亟需一种新的实现芯片互连封装结构。
3.tsv(through silicon via)硅通孔
4.tgv(through glass via)玻璃通孔


技术实现要素：

5.本技术的目的在于至少一定程度上解决现有技术中存在的技术问题之一。
6.为此，本技术实施例的一个目的在于提供一种实现芯片互连封装结构、半导体制作方法以及半导体器件，该实现芯片互连封装结构可以提高产品集成度和降低制作成本。
7.为了达到上述技术目的，本技术实施例所采取的技术方案包括：一种实现芯片互连封装结构，用于与与pcb连接，核心层、连接桥层、第一介质层、第二介质层、第一导孔、第二导孔、第三导孔、第一焊盘层以及第二焊盘层；其中，所述第一介质层设置于核心层的第一表面；所述第二介质层设置于所述核心层与所述第一表面相对的第二表面；所述第一介质层设置于所述核心层与所述第一焊盘层之间；所述第二介质层设置于所述第二焊盘层与所述核心层之间；所述第一焊盘层与核心层通过所述第一导孔连接；所述第二焊盘层与所述核心层通过所述第二导孔连接；所述连接桥层嵌埋于所述第一介质层中；所述连接桥层与所述核心层电气绝缘；所述连接桥层与所述第一焊盘层通过所述第三导孔连接；所述第一焊盘层用于与所述芯片连接；所述第二焊盘层用于与所述pcb连接；所述连接桥层用于两个芯片互连。
8.另外，根据本发明中上述实施例的一种实现芯片互连封装结构，还可以有以下附加的技术特征：
9.进一步地，本技术实施例中，所述核心层包括：基材、第一子线路层、第二子线路层、第三子线路层、第四子线路层、第四导孔、第五导孔、第六导孔、第三介质层以及第四介
质层；其中，所述第一子线路层设置于所述基材的第一表面；所述第二子线路层设置于所述基材与所述第一表面相对的第二表面，所述第一子线路层以及所述第二子线路层通过所述第四导孔连接；所述第四导孔设置于所述基材中；所述第三介质层设置于所述第三子线路层以及所述第一子线路层之间；所述第三子线路层以及所述第一子线路层之间通过设置于所述第三介质层的所述第五导孔连接；所述第四介质层设置于所述第四子线路层以及所述第二子线路层之间；所述第四子线路层以及所述第二子线路层通过设置于所述第四介质层的所述第六导孔连接。
10.进一步地，本技术实施例中，所述连接桥层包括一个或者一个以上的连接桥。
11.进一步地，本技术实施例中，所述连接桥层包括薄膜线路层、硅中阶层、玻璃中阶层或者芯片中的至少一种或者多种组合。
12.进一步地，本技术实施例中，所述第一介质层包括粘性介质材料、热固介质材料或者感光介质材料中的至少一种材料。
13.另一方面，本技术实施例还提供一种实现芯片互连封装结构制作方法，用于制作如上述任一项所述一种实现芯片互连封装结构，包括：
14.形成核心层；
15.在所述核心层的第一表面施加第一介质层；在所述核心层的第二表面施加第二介质层；
16.在施加所述第一介质层过程中，将连接桥层嵌埋于所述第一介质层；
17.在所述第一介质层中形成第一导孔和第三导孔；所述第一导孔设置于在所述核心层与第一焊盘层之间，所述第三导孔设置于所述连接桥层与第一焊盘层之间；在所述第二介质层中形成第二导孔；
18.在所述第一导孔和所述第三导孔上形成第一焊盘层，以及在第二导孔上形成第二焊盘层。
19.进一步地，本技术实施例中，还包括：在第一焊盘层上贴装芯片以及在第二焊盘层上焊接pcb。
20.进一步地，本技术实施例中，所述形成核心层，包括：
21.在基材的第一表面形成第一子线路层以及在相对的第二表面形成第二子线路层以及在所述基材中形成第四导孔；
22.在所述第一子线路层上施加第三介质层以及在第二子线路层上施加第四介质层，并对第三介质层以及第四介质层开窗；
23.在所述第三介质层上形成第五导孔和第三子线路层，在所述第四介质层形成第六导孔和第四子线路层。
24.本技术的优点和有益效果将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本技术的实践了解到：
25.本技术可以通过设置嵌埋于第一介质层的连接桥层与第三导孔，使两个甚至是多个的芯片可以实现互连，通过第一焊盘层以及第一导孔可以实现封装结构的核心层与芯片的连接；通过第二焊盘层与第二导孔可以实现封装结构的核心层与pcb的互连，最终实现封装结构与pcb以及芯片之间互连，以及多个芯片之间互连的高密度集成，降低了制造成本。
附图说明
26.图1为本发明中一种具体实施例中一种实现芯片互连封装结构的结构示意图；
27.图2为本发明中一种具体实施例中一种实现芯片互连封装结构的核心层的结构示意图；
28.图3为本发明中一种具体实施例中一种实现芯片互连封装结构制作方法的步骤示意图；
29.图4为本发明中一种具体实施例中一种实现芯片互连封装结构制作方法中形成核心层的步骤示意图；
30.图5为本发明中一种具体实施例中一种实现芯片互连封装结构制作方法的核心层形成的结构变化示意图；
31.图6为本发明中一种具体实施例中一种实现芯片互连封装结构制作时的结构变化示意图。
具体实施方式
32.下面结合附图详细描述本发明的实施例对本发明实施例中的一种实现芯片互连封装结构以及实现芯片互连封装结构的制作方法的原理和过程作以下说明。
33.参照图1，本发明一种实现芯片互连封装结构，可以与pcb连接以实现其电路功能，包括：
34.核心层100、连接桥层200、第一介质层300、第二介质层400、第一焊盘层500、第二焊盘层600、第一导孔700、第二导孔800、以及第三导孔900；
35.其中，第一介质层300可以设置于所述核心层100的第一表面；第二介质层400可以设置于所述核心层100与所述第一表面相对的第二表面；第一介质层和第二介质层的厚度可以一致，也可以是厚度不同。
36.第一介质层300可以设置在核心层100与第一焊盘层500之间；第二介质层400设置于第二焊盘层600与核心层100之间；第一焊盘层500与核心层100可以通过第一导孔700连接；第一导孔可以设置在第一介质层的内部；第二焊盘层600与核心层100可以通过第二导孔800连接；连接桥层200可以嵌埋于第一介质层300中，连接桥层200与第一焊盘层500可以通过第三导孔900连接，与第一导孔700类似，第三导孔900也可以设置在在第一介质层的内部，连接桥层200可以在设置时与核心层100保持电气绝缘；第一焊盘层500可以用于与芯片的引脚或者连接球进行连接；第二焊盘层600可以用于与pcb连接；而连接桥层200可以用于两个芯片之间的相互连接，此外由于第一焊盘层500可以连接核心层100以及连接桥层200；这两层的电气要求可能存在不同，因此第一焊盘层500的每个子焊盘可以设置为不同的体积。
37.进一步地，在本技术的一些实施例中，参照图2，核心层100可以包括基材1001、第一子线路层1002、第二子线路层1003、第三子线路层1004、第四子线路层1005、第三介质层1006、第四介质层1007、第四导孔1008，第五导孔1009以及第六导孔1010；
38.其中，所述第一子线路层1002设置于所述基材1001的第一表面；所述第二子线路层1003设置于所述基材1001与所述第一表面相对的第二表面，所述第一子线路层1002以及所述第二子线路层1003通过第四导孔1008连接；所述第四导孔设置于所述基材1001中；所
述第三介质层1006设置于所述第三子线路层1004以及所述第一子线路层1002之间；所述第三子线路层1004以及所述第一子线路层1002之间通过设置于所述第三介质层1006的第五导孔1009连接；所述第四介质层1007设置于所述第四子线路层1005以及所述第二子线路层1003之间；所述第四子线路层1005以及所述第二子线路层1003通过设置于所述第四介质层1007的第六导孔1010连接；此外，在本技术的一些实施例中，第三介质层的材料可以与第四介质层的材料相同。
39.进一步地，在本技术的一些实施例中，连接桥层包括一个或者一个以上的连接桥；具体地，由于本技术的可以实现不止两个的芯片互连，对应地连接桥层也可以设置一个或者多个的，当互连的芯片数量为两个时，连接桥层中的连接桥可以设置一个，当需要互连的芯片数量为n个时，连接桥层中的连接桥可以设置n-1个；此外，当需要互连的芯片电气要求不同时，各个连接桥的长度、宽度以及厚度等参数可以设置为相同，也可以根据实际需要设置为部分参数不同或者是全部参数均不同。
40.进一步地，在本技术的一些实施例中，连接桥层可以实现多芯片之间互连，可以是高精密的可实现电性互连的结构，因此连接桥层可以包括薄膜线路层、硅中阶层、玻璃中阶层或者芯片中的其中一种或者当中的两两组合或者是其他多种组合。
41.进一步地，在本技术的一些实施例中，第一介质层可以包括粘性介质材料、热固介质材料或者感光介质材料中的至少一种材料；也可以是粘性介质材料、热固介质材料或者感光介质材料中的两两组合，具体的组合形式为将第一介质层分为第一子介质层和第二子介质层两个子介质层，两个子介质层可以通过不同的材料分别施加在核心层上，如先施加粘性介质材料的第一子介质层，然后再在粘性介质材料的子介质层的基础上施加热固介质材料组成的第二子介质层；还可以是三种材料分别组成的第一子介质层、第二子介质层以及第三子介质层分层后混合而成的第一介质层；具体地，本技术先施加粘性介质材料组成的第一子介质层，在粘性介质材料组成的第一子介质层的表面上设置连接桥层，粘性介质材料可以很好固定连接桥，便于后续工艺顺利进行，然后再在粘性介质材料组成的第一子介质层的基础上施加热固介质材料组成的第二子介质层，从而使连接桥层嵌埋于由两个或者多个不同材料的子介质层组成第一介质层中。
42.进一步地，在本技术的一些实施例中，基材可以选择有机聚合物材料或者玻璃材料；这两种材料化学性质稳定，耐高温、耐腐蚀而且具有很好的绝缘性能，可以在半导体制造的过程中保持很好的稳定性，使半导体的制备可以正常进行。
43.此外、参照图3，与图1的实现芯片互连封装结构相对应，本技术的实施例中还提供一种实现芯片互连封装结构的制作方法，可以用于制作上述任一个实施例中的实现芯片互连封装结构，可以包括以下步骤：
44.s1、形成核心层；
45.在本技术实施例中，核心层可以分为基材、一层或多层的线路层、以及介质层，线路层是可以实现某种具体电路功能的电路层，当电路比较简单时，线路层可以是一层，当一层的电路不足以完成整个模块的功能时，核心层可以包括两层或者多层的线路层，当电路包括混合电路时，核心层也可以包括两层或者多层的线路层，如数字逻辑电路的频率达到或者超过45mhz～50mhz的高速电路和数字逻辑电路的频率小于45mhz～50mhz的低速电路需要一定信号隔离，其对应的电路需要设置在不同的层；而对应地，此时需要在基材的相对
的两个表面设置不同的线路层。具体地，本技术基于电路集成度以及电路功能实现的考虑，将核心层分为基材、第一子线路层、第二子线路层、第三子线路层、第四子线路层、第三介质层以及第四介质层等不同的层。
46.s2、在所述核心层的第一表面施加第一介质层；在所述核心层的第二表面施加第二介质层；
47.具体地，在制备过程中，可以先在第一表面时间第一介质层，在完成第一介质层的施加后，再在相对的另一个表面施加第二介质层，而在第一表面施加第一介质层时，由于第一介质层可以用多种不同的材料分层堆叠而成，因此在施加第一介质层过程中可以先施加粘性介质材料制成的第一子介质层，再在第一子介质层的基础上施加由热固材料或者是感光材料制成的第二子介质层，第一子介质层以及第二子介质层共同组成第一介质层。
48.s3、在施加所述第一介质层过程中，将连接桥层嵌埋于所述第一介质层；
49.具体地，在具体制备过程中，可以先在第一介质层中设置一层第一子介质层，再在第一子介质层与核心层相对的一侧表面上设置连接桥层，连接桥层的连接桥数量若只有两个以内时，可以间隔设置在任意位置，当连接桥数量为多个时，多个连接桥可以等间距设置，也可以不等间距设置；设置好连接桥后，再在每个连接桥以及第一子介质层的上方施加另外一层的第二子介质层；两个子介质层均可以选用粘性介质材料、热固型介质材料以及感光型介质材料中的一种材料，而且两个子介质层可以材料相同也可以材料不同，具体地，本技术为了在制备过程中可以很好的固定连接桥，第一子介质层选用粘性介质材料，第二子介质层可以选用热固性材料。
50.s4、在所述第一介质层中形成第一导孔和第三导孔；所述第一导孔设置于在所述核心层与第一焊盘层之间，所述第三导孔设置于所述连接桥层与第一焊盘层之间；在所述第二介质层中形成第二导孔；
51.具体地，在本技术的一些实施例中，制作第一导孔时，可以先在覆盖每个连接桥层的区域进行开窗，形成第一导孔的开窗，接着第一介质层的其他区域进行开窗，形成第三导孔的开窗；第三导孔的开窗深度大于第一导孔的开窗深度，开窗的方式可以选用镭射开窗；而对于第二导孔，同样地，可以同时选用镭射开窗的方式对第二介质进行开窗；完成开窗后，对开窗的地方进行金属化，最终形成可以实现电气导通的第一导孔、第二导孔以及第三导孔。
52.s5、在所述第一导孔和所述第三导孔上形成第一焊盘层，以及在第二导孔上形成第二焊盘层；
53.具体地，在本技术的一些实施例中，第一焊盘层和第二焊盘层可以采用电镀的方法，在第一导孔和第三导孔上电镀一层体积相同或者不同的第一焊盘层，以及在第二导孔上电镀一层体积相同或者不同的第二焊盘层，此外，电镀时可以同时对第一导孔和第三导孔一侧的表面电镀以及第二导孔所在的另一侧表面，使第一焊盘层和第二焊盘层同时形成，也可以先电镀第一导孔和第三导孔形成第一焊盘层，再对第二导孔电镀形成第二焊盘层。
54.进一步地，在本技术的一些实施例中，实现芯片互连封装结构的制备方法还可以包括s6、在第一焊盘层上贴装芯片以及在第二焊盘层上焊接pcb；
55.具体地，由于第一焊盘层可以用于连接芯片与核心层，也可以实现多个芯片之间
的互连，第二焊盘层可以连接核心层和pcb，以使核心层的电路可以实现其在实现芯片互连封装结构中的具体作用。因此一些实施例中，本技术的实现芯片互连封装结构可以在第一焊盘层上贴装芯片，以及在第二焊盘层上焊接pcb。
56.进一步地，参照图4，在本技术的一些实施例中，上述步骤s1可以包括：
57.s11、在基材的第一表面形成第一子线路层以及在相对的第二表面形成第二子线路层以及在所述基材中形成第四导孔；
58.具体地，该步骤可以通过在基材上钻孔，然后通过对钻孔进行过孔金属化形成第四导孔，过孔金属化可以采用化铜或者金属溅射工艺，对第四导孔进行填孔电镀形成第一子线路层以及第二子线路层。
59.s12、在所述第一子线路层上施加第三介质层以及在第二子线路层上施加第四介质层，并对第三介质层以及第四介质层开窗；
60.具体地，第三介质层可以是热固型绝缘材料或者感光型绝缘材料，第四介质层可以是热固型绝缘材料或者感光型绝缘材料，在施加过程中需要使第三介质层完全覆盖整个第一子线路层，而第四介质层完全覆盖第二子线路层，以保证第一子线路层以及第二子线路层与后续其他的线路层保持部分区域绝缘，在施加完第三介质层以及第四介质层后，可以对第三介质层进行开窗，开窗的方式可以根据介质材料选择不同的方式，如感光型绝缘材料组成的介质层可以使用曝光加显影的方式开窗，亦可以使用镭射开窗工艺，而采用热固型材料，则可以采用镭射开窗工艺。
61.s13、在所述第三介质层上形成第五导孔和第三子线路层，在所述第四介质层形成第六导孔和第四子线路层；
62.具体地，可以通过在第三介质层和第四介质层表面上制作金属种子层，制作种子层可以使用化铜或者金属溅射工艺，制作好金属种子层后，在介质层中通过施加掩膜，再通过曝光和显影技术制作线路图形层；制作好线路图形后，再对s12步骤开窗形成的多个窗口进行电镀，最终形成导孔；电镀完成后，将掩膜进行退膜处理；最后通过对金属种子层进行蚀刻，刻蚀可以采用干法或者湿法刻蚀，最终形成第五导孔、第六导孔、第三子线路层和第四子线路层。
63.下面以两个连接桥组成的实现芯片互连封装结构为例，说明本技术实施例的实现芯片互连封装结构的制作流程。
64.首先是制作核心层。
65.核心层制作的第一步可以参照图5的a图，可以先在基材1001上钻孔，形成过孔，再对过孔进行金属化，形成可以导通基材相对两侧表面的导孔，最后对导孔进行填孔电镀形成图中的第一导通孔1008、第一线路层1002、第二线路层1003；基材1001可以为有机聚合物、玻璃材料等；第二步，参照图5的b图，在核心层的第一线路层和第二线路层上分别施加第三介质层1006以及第四介质层1007并对其开窗.形成多个窗口，这些窗口可以用于制作后续的导孔；最后一步，参照图5的c图，在第三介质层1006和第四介质层1007的表面上制作金属种子层，制作好金属种子层后，在介质层中通过施加掩膜，再通过曝光显影技术制作线路图形层；制作好线路图形后，再对介质上开窗形成的窗口进行电镀；电镀完成后，将掩膜进行退膜处理；最后通过对金属种子层进行蚀刻，刻蚀可以采用干法，最终形成第五导孔1009、第六导孔1010、第三子线路层1004和第四子线路层1005。
66.其次是对互连封装结构其他部分进行制作。
67.参照图6，首先是在上述步骤的核心层两侧表面施加第一介质层和第二介质层，参照图6的a图和b图,在施加第一介质层时，需要先施加一层粘性材料组成的第一子介质层300a,第一子介质层300a需要完全覆盖核心层的一侧表面，在第一子介质层的表面上间隔放置两个连接桥，由于第一子介质层由粘性材料组成，粘性介质层可以帮助固定两个连接桥，使连接桥200在后续的工艺中不会发生偏移；施加完第一子介质层后，需要在第一子介质层和连接桥200上施加第二子介质层300b,300b需要完全覆盖第一子介质层300a和两个连接桥200，最终完成第一介质层的施加工艺；对于第二介质层的施加工艺，由于本实施例中第二介质层的材料只有热固性材料，第二介质层400可以直接在核心层的与第一介质层相对的一侧表面上施加，值得说明的是，第二介质层400也需要完全覆盖核心层。完成第一介质层和第二介质层的施加后，需要对第一介质层和第二介质层进行开窗，参照图6的c图,对介质层开窗时，可以通过曝光显影工艺先对第一介质层中连接桥上方的介质层进行开窗，形成多个第三开窗900a，，接着对第一介质层剩余的地方进行开窗，形成多个第一开窗700a,同理，对于第二介质层，也可以通过镭射开窗工艺进行开窗，在第二介质层中形成多个第二开窗800a。完成开窗后，需要双面进行第一导孔、第二导孔、第三导孔、第一焊盘层和第二焊盘层的制作，参照图6的d图，通过填孔电镀形成第一导孔700、第二导孔800、第三导孔900，通过在第一介质层300和第二介质层上进行金属种子层制作、电路图形制作、电镀、退膜以及金属种子层蚀刻工艺，最终在导孔700和导孔900上第一焊盘层500以及在第二导孔800上第二焊盘层600，最后通过第一焊盘层500可以实现多个芯片之间的互连，以及实现芯片与核心层直接的连接，通过第二焊盘层600可以实现核心层与pcb之间的连接，最后，参照图6的e图，在完成第一焊盘层和第二焊盘层的制作的制作后，可以在第一焊盘层的焊盘上焊接若干个芯片1000，以实现芯片的互连，也可以在第二焊盘层上焊接pcb1100，以实现芯片与pcb的集成。
68.在一些可选择的实施例中，在方框图中提到的功能/操作可以不按照操作示图提到的顺序发生。例如，取决于所涉及的功能/操作，连续示出的两个方框实际上可以被大体上同时地执行或所述方框有时能以相反顺序被执行。此外，在本技术的流程图中所呈现和描述的实施例以示例的方式被提供，目的在于提供对技术更全面的理解。所公开的方法不限于本文所呈现的操作和逻辑流程。可选择的实施例是可预期的，其中各种操作的顺序被改变以及其中被描述为较大操作的一部分的子操作被独立地执行。
69.在本说明书的上述描述中，参考术语“一个实施方式/实施例”、“另一实施方式/实施例”或“某些实施方式/实施例”等的描述意指结合实施方式或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本技术的至少一个实施方式或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施方式或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施方式或示例中以合适的方式结合。
70.尽管已经示出和描述了本技术的实施方式，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本技术的原理和宗旨的情况下可以对这些实施方式进行多种变化、修改、替换和变型，本技术的范围由权利要求及其等同物限定。
71.以上是对本技术的较佳实施进行了具体说明，但本技术并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本技术精神的前提下还可做作出种种的等同变形或替换，这
些等同的变形或替换均包含在本技术权利要求所限定的范围内。