多芯片组件的封装结构及封装方法与流程

1.本发明涉及半导体封装技术领域，尤其涉及一种多芯片组件的封装结构及封装方法。


背景技术：

2.随着半导体技术的发展，为了满足芯片需求，提出了mcm(multi chip module，多芯片组件)封装，即将多块半导体裸芯片组装在一块布线基板上的封装技术，通过布线基板实现裸芯片的互连。随着性能需求增加，裸芯片尺寸和数量都在增加，因此基板尺寸也随着增大，且基板层数也需要增加。大尺寸和层数增加一方面增加了基板的设计难度，另一方面若基板生产后进行设计变更，则旧基板将报废，造成基板浪费，从而大幅推高产品成本。


技术实现要素：

3.为解决上述问题，本发明提供了一种多芯片组件的封装结构及封装方法，能够增加基板重复利用率，进而降低了封装总成本。
4.一方面，本发明提供一种多芯片组件的封装结构，包括：
5.互连模块；
6.设置在所述互连模块上的多个第一基板；
7.一一对应地设置在各所述第一基板上的多个裸芯片；
8.其中，各所述第一基板分别用于实现对应的各所述裸芯片的基础功能，所述互连模块具有各所述裸芯片互连需要的走线，用于实现各所述裸芯片之间的互连功能。
9.可选地，各所述裸芯片以倒装方式焊接于各所述第一基板上，各所述第一基板以倒装方式焊接于所述互连模块上。
10.可选地，所述互连模块由重布线层来实现。
11.可选地，各所述第一基板和各所述裸芯片采用muf塑封方式。
12.可选地，所述互连模块由第二基板来实现。
13.可选地，各所述裸芯片底部采用毛细底部填充，各所述第一基板底部的焊球具有包裹层。
14.另一方面，本发明提供一种多芯片组件的封装方法，包括：
15.提供载板，在所述载板上形成一层键合胶；
16.在带有键合胶的所述载板上形成重布线层，所述重布线层具有多个裸芯片互连需要的走线；
17.将多个裸芯片以倒装方式焊接于各自对应的第一基板上，各所述第一基板分别用于实现各所述裸芯片的基础功能；
18.将带有裸芯片的多个第一基板以倒装方式焊接于所述重布线层上；
19.对所述多个第一基板和所述多个裸芯片进行塑封；
20.解键合，去除所述载板；
21.在所述重布线层底部形成引脚。
22.可选地，所述对所述多个第一基板和所述多个裸芯片进行塑封，包括：
23.采用muf塑封方式进行塑封。
24.另一方面，本发明提供一种多芯片组件的封装方法，包括：
25.将多个裸芯片以倒装方式焊接于各自对应的第一基板上，各所述第一基板分别用于实现各所述裸芯片的基础功能；
26.在对应的各所述第一基板和各所述裸芯片之间进行毛细底部填充；
27.使用转注成型或压缩成型，形成多个预制封装体；
28.将所述多个预制封装体以倒装方式焊接于预先制备好的第二基板上，所述第二基板具有多个裸芯片互连需要的走线；
29.在所述第二基板底部形成引脚。
30.可选地，将所述多个预制封装体以倒装方式焊接于预先制备好的第二基板上，其作业过程中使用环氧树脂助焊剂，形成焊球的包裹层，以对焊球进行加固。
31.本发明提供的多芯片组件的封装结构及封装方法，使用具有基础功能的基板满足裸芯片的基础功能需求，使用具有互连功能的重布线层或基板满足裸芯片之间的互连需求，从而降低了基板设计复杂度，层数和尺寸减少，并且通过以上形式，若不同裸芯片之间的互连需求发生变更，仅替换互连功能的基板，基础功能的基板可重复利用，基板成本降低，进而降低了封装总成本。
附图说明
32.图1为本发明一实施例多芯片组件的封装结构示意图；
33.图2为本发明另一实施例多芯片组件的封装结构示意图；
34.图3a至图3g为本发明一实施例多芯片组件的封装方法的工艺流程示意图；
35.图4a至图4e为本发明另一实施例多芯片组件的封装方法的工艺流程示意图。
具体实施方式
36.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
37.需要说明的是，本技术的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本技术的实施例。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
38.在本技术中，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“中”、“竖直”、“水平”、“横向”、“纵向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系。这些术语主要是为了更好地描述本技术及其实施例，并非用于限定所指示的装
置、元件或组成部分必须具有特定方位，或以特定方位进行构造和操作。
39.并且，上述部分术语除了可以用于表示方位或位置关系以外，还可能用于表示其他含义，例如术语“上”在某些情况下也可能用于表示某种依附关系或连接关系。对于本领域普通技术人员而言，可以根据具体情况理解这些术语在本技术中的具体含义。
40.此外，术语“安装”、“设置”、“设有”、“连接”、“相连”、“套接”应做广义理解。例如，可以是固定连接，可拆卸连接，或整体式构造；可以是机械连接，或电连接；可以是直接相连，或者是通过中间媒介间接相连，又或者是两个装置、元件或组成部分之间内部的连通。对于本领域普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本技术中的具体含义。
41.下面结合附图，对本发明的一些实施方式作详细说明。在不冲突的情况下，下述的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
42.本发明一实施例提供一种多芯片组件的封装结构，包括：
43.互连模块；
44.设置在互连模块上的多个第一基板；
45.一一对应地设置在各第一基板上的多个裸芯片；
46.其中，各第一基板分别用于实现对应的各裸芯片的基础功能，互连模块具有各裸芯片互连需要的走线，用于实现各裸芯片之间的互连功能。
47.作为一种实施方式，互连模块可以由重布线层(rdl)来实现，也可以由一块具有互连功能的第二基板来实现。第一基板实现的基础功能与对应的裸芯片功能相匹配。
48.另外可以理解的是，互连模块具有信号输出的功能，对外输出多芯片组件上的信号。
49.图1示出了互连模块由重布线层(rdl)来实现的情形。如图1所示，多芯片组件的封装结构，包括：
50.重布线层100；
51.设置在重布线层100上的多个第一基板，图1中仅示出了两个第一基板1041、1042；
52.一一对应地设置在各第一基板上的多个裸芯片，图1中裸芯片1031设置在第一基板1041上，裸芯片1032设置在第一基板1042上；
53.其中，第一基板1041用于实现裸芯片1031的基础功能，第一基板1042用于实现裸芯片1032的基础功能，重布线层100具有裸芯片1031、1032互连需要的走线，用于实现各裸芯片之间的互连功能。
54.本实施例中，各裸芯片以倒装方式焊接于各第一基板上，各第一基板以倒装方式焊接于重布线层100上。各第一基板和各裸芯片使用muf(molded underfill模塑底部填充)塑封方式。图1中示出了填充胶105的分布情况，包裹住各第一基板和各裸芯片。
55.这里要说明的是，本实施例的多芯片组件并不限于muf塑封方式，例如还可以使用“先毛细底部填充裸芯片和基板之间，毛细底部填充完成后再分别贴装散热盖，最后使用转注成型或压缩成型”和“先毛细底部填充裸芯片和基板之间，再使用转注成型或压缩成型”两种塑封方式。
56.本发明实施例提供的一种多芯片组件的封装结构，各裸芯片的第一基板只保留基础功能，层数和尺寸减少，从而降低了基板设计复杂度，各裸芯片之间的互连功能通过重布线层实现，从而实现了基板的灵活使用。
57.图2示出了互连模块由具有互连功能的基板来实现的情形。如图2所示，多芯片组件的封装结构，包括：
58.第二基板205；
59.设置在第二基板205上的多个第一基板，图2中仅示出了两个第一基板2012、2022；
60.一一对应地设置在各第一基板上的多个裸芯片，图2中裸芯片2011设置在第一基板2012上，裸芯片2021设置在第一基板2022上；
61.其中，第一基板2012用于实现裸芯片2011的基础功能，第一基板2022用于实现裸芯片2021的基础功能，第二基板205具有裸芯片2011、2021互连需要的走线，用于实现各裸芯片之间的互连功能。
62.本实施例中，各裸芯片以倒装方式焊接于各第一基板上，各第一基板以倒装方式焊接于第二基板205上。各裸芯片底部采用毛细底部填充，图2中示出了填充胶2013、2023的分布情况，包裹住裸芯片底部的焊球。且裸芯片2011贴装有散热盖2014，裸芯片2021贴装有散热盖2024。在某些封装中，可以省略掉散热盖。实际上第二基板205上的结构可以看成两个预制封装体，第一基板2012、裸芯片2011、填充胶2013和散热盖2014构成预制封装体201，第一基板2022、裸芯片2021、填充胶2023和散热盖2024构成预制封装体202。
63.另外，第一基板2012、2022底部的焊球具有包裹层206。
64.本发明实施例提供的一种多芯片组件的封装结构，各裸芯片的第一基板只保留基础功能，层数和尺寸减少，从而降低了基板设计复杂度。各裸芯片之间的互连功能通过第二基板实现，若不同裸芯片之间的互连需求发生变更，仅需要对第二基板进行更改，第一基板和对应的裸芯片构成的整体结构可以重复使用，减少基板浪费，从而实现基板的灵活使用。
65.本实施例的多芯片组件虽然采用了“各裸芯片底部采用毛细底部填充，各第一基板底部的焊球具有包裹层”这种塑封方式，但也依然可以采用muf塑封方式。
66.另一方面，本发明一实施例提供一种多芯片组件的封装方法，参考图3a至图3g，具体包括：
67.步骤一，如图3a所示，提供载板102，在载板102上形成一层键合胶101。载板102包括但不限于玻璃，金属，硅载板等。
68.步骤二，如图3b所示，在带有键合胶101的载板102上形成重布线层100，重布线层100具有多个裸芯片互连需要的走线。
69.步骤三，将多个裸芯片以倒装方式焊接于各自对应的第一基板上，各第一基板分别用于实现各裸芯片的基础功能。如图3c所示，以两个裸芯片为例，将裸芯片1031和裸芯片1032以倒装方式分别焊接于第一基板1041和基板1042上。
70.步骤四，将带有裸芯片的多个第一基板以倒装方式焊接于重布线层上。如图3d所示，第一基板1041和第一基板1042分别以倒装方式焊接于重布线层100上。
71.步骤五，对多个第一基板和多个裸芯片进行塑封。如图3e所示，采用muf塑封方式，填充胶105包裹住各第一基板和各裸片。当然可选的塑封方式并不限于muf塑封方式，例如，还可使用“先毛细底部填充裸芯片和基板之间，再使用转注成型或压缩成型”的塑封方式。或者，还可以使用“先毛细底部填充裸芯片和基板之间，毛细底部填充完成后再分别贴装散热盖，最后使用转注成型或压缩成型”的塑封方式。
72.步骤六，如图3f所示，解键合，去除键合胶101，并去除载板102。
73.步骤七，在重布线层100底部形成引脚。引脚方式包括但不限于植球，还可使用金属触点等方式。图3g示出了在重布线层100植球后的结构示意图。
74.利用重布线层(rdl)实现各裸芯片互连，这种封装结构是在载板上进行的，而载板一般是对应于整个晶圆，因此最后需要切割成单颗产品。
75.本发明实施例提供的多芯片组件的封装方法，将多个裸芯片以倒装方式焊接于对应的多个只带基础功能的基板上，之后将基板以倒装方式焊接于重布线线上，进行塑封，塑封完成后解键合并植球，最后切割完成封装。相比于现有技术，互连功能通过重布线层实现，从而实现基板的灵活使用；并且通过以上形式，基板重复利用率增加，基板成本降低，进而降低了封装总成本。
76.另一方面，本发明一实施例提供一种多芯片组件的封装方法，参考图4a至图4e，具体包括：
77.步骤一，将多个裸芯片以倒装方式焊接于各自对应的第一基板上，各第一基板分别用于实现各裸芯片的基础功能。如图4a所示，以两个裸芯片为例，将裸芯片2011和裸芯片2021以倒装方式分别焊接于第一基板2012和第一基板2022上。
78.步骤二，在对应的各第一基板和各裸芯片之间进行毛细底部填充。如图4b所示，填充胶2013充满裸芯片2011底部，填充胶2023充满裸芯片2021底部。
79.步骤三，为各裸芯片贴装散热盖，使用转注成型或压缩成型，形成多个预制封装体。如图4c所示，将散热盖2014贴合到带有裸芯片2011的第一基板2012上，将散热盖2024贴合到带有裸芯片2021的第一基板2022上，成为两个预制封装体201、202。当然，在某些封装结构中，也可以不贴装散热盖。
80.步骤四，将多个预制封装体以倒装方式焊接于预先制备好的第二基板上，第二基板具有多个裸芯片互连需要的走线。如图4d所示，预制封装体201、202分别以倒装方式焊接于第二基板205上。在倒装焊的作业过程中使用环氧树脂助焊剂，形成焊球的包裹层206，以对焊球进行加固。这里第二基板205底部不做填充，是考虑到一旦某个预制封装体出现问题，便于替换。
81.步骤五，在第二基板205底部形成引脚。引脚方式包括但不限于植球，还可使用金属触点等方式。图4e示出了在第二基板205植球后的结构示意图。
82.本发明实施例提供的多芯片组件的封装方法，先将多个裸芯片以倒装方式焊接于对应的只带基础功能的基板上，然后对裸芯片和基板之间进行毛细底部填充，毛细底部填充完成后再分别贴装散热盖形成预制封装体，之后将多个预制封装体以倒装方式焊接于互连功能的基板上，作业过程中使用环氧树脂助焊剂,形成焊球包裹层用于加固焊球，并易拆解，最后植球，完成封装。相比于现有技术，互连功能通过具有互连功能的基板实现，从而实现基板的灵活使用；并且通过以上形式，基板重复利用率增加，基板成本降低，进而降低了封装总成本。应用该工艺，若不同裸芯片之间的互连需求发生变更，仅替换互连基板可重复使用预制封装体，避免裸芯片报废；若生产制造过程中发生任一预制封装体失效，只需拆解失效的预制封装体，,其余的预制封装体还可继续使用，避免了如mcm传统封装中任意裸芯片出现问题，整体封装均需报废，最终造成基板和裸芯片浪费。
83.以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应
涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。