一种集成式芯片的封装方法和封装结构与流程

本发明涉及封装，具体涉及一种集成式芯片的封装方法和封装结构。

背景技术：

1、目前的led显示制程中，一般在基板的正反两面分别贴装led芯片和集成电路ic，使用的基板为印刷电路板(pcb)，且通常需要使用多层高阶的基板及其中复杂的布线布孔，才能实现高密度的led芯片、驱动ic等元器件的高度集成。然而，使用基板贴装的制造方法中，无论是哪个工序，都面临良率和可靠性问题；其次，多层高阶的基板的成本占比高约40％，导致led显示产品的制造成本难以降低；再者，led芯片与ic芯片通过基板电连接，造成显示产品的功耗较高及响应速度较慢，无法应用于对此类性能要求高的高端场所。

技术实现思路

1、本发明的目的在于克服现有技术的不足，本发明提供了一种集成式芯片的封装方法和封装结构，直接在器件晶圆上完成芯片的集成封装制程，能有效降低封装成本，提高封装密度、封装质量和封装效率。

2、本发明提供了一种集成式芯片的封装方法，包括以下步骤：

3、在器件晶圆的正面形成介质层，所述器件晶圆中成型有若干第一芯片，每个所述第一芯片设置有第一焊盘，所述介质层露出所述第一焊盘；

4、在每个所述第一芯片表面的介质层上形成粘合层；

5、图形化所述粘合层，在所述粘合层的预设区域中形成开口；

6、在每个所述第一焊盘上形成导电凸块，所述导电凸块凸出所述介质层；

7、通过热压键合工艺将若干第二芯片键合到所述器件晶圆上；每个所述第二芯片设置有第二焊盘，所述若干第二芯片中的一个第二芯片和所述若干第一芯片中的一个第一芯片一一对应，且每个所述第二芯片中的第二焊盘和所对应的第一芯片上的导电凸块连接，每个所述第二芯片和所对应的第一芯片上的粘合层粘接，每个所述第二芯片封闭所对应的第一芯片上的开口形成空腔；

8、在所述器件晶圆的正面形成封装层，所述封装层覆盖所述若干第二芯片；

9、在所述器件晶圆中形成若干导通结构；所述若干导通结构中的一个导通结构和所述若干第一芯片中的一个第一芯片一一对应，每个所述导通结构的一端和所对应的第一芯片连接，每个所述导通结构的另一端成型有第三焊盘，所述第三焊盘位于所述器件晶圆的背面。

10、具体的，所述器件晶圆的衬底材料包括硅、锗、锗化硅、碳化硅、砷化镓、镓化铟中的一种。

11、具体的，所述器件晶圆的衬底的厚度范围为10μm～100μm。

12、具体的，所述介质层的材料包括氧化硅、氮化硅、氧化铝中的一种。

13、具体的，所述介质层的厚度范围为1μm～5μm。

14、具体的，所述第一芯片为集成电路ic芯片，所述集成电路ic芯片用于控制所述第二芯片，所述第二芯片为led芯片。

15、具体的，所述粘合层的厚度范围为5μm～100μm。

16、具体的，所述粘合层为可光刻的键合材料，所述可光刻的键合材料包括膜状干膜或液态干膜。

17、具体的，所述开口位于所述第一芯片的中央区域；所述开口的深度小于等于所述粘合层的厚度。

18、具体的，所述导电凸块的横截面积大于10μm2；和/或

19、所述导电凸块的高度为h，所述介质层的高度为h1，所述粘合层的高度为h2，所述h、所述h1和所述h2的约束关系为：h≥h1+h2。

20、具体的，所述导电凸块的材料包括铜、钛、铝、金、镍中的一种。

21、具体的，所述导电凸块的高度为5μm～200μm。

22、具体的，所述热压键合工艺的热压温度范围为260℃～300℃。

23、具体的，所述通过热压键合工艺将若干第二芯片键合到所述器件晶圆上之前，还包括：

24、将所述若干第二芯片远离所述第二焊盘的一面键合在临时基板上，所述临时基板为载体晶圆或玻璃基板。

25、具体的，所述若干第二芯片基于粘接层或静电键合于所述临时基板上。

26、具体的，所述在所述器件晶圆中形成若干导通结构之前，还包括：

27、减薄所述器件晶圆的背面，减薄后的所述器件晶圆的厚度为5μm～10μm。

28、具体的，所述在所述器件晶圆中形成若干导通结构包括：

29、在所述器件晶圆的背面刻蚀形成微孔，所述微孔露出所述第一芯片；

30、沿着所述微孔的内表面形成阻挡层；

31、沿着所述阻挡层的表面形成种子层；

32、在所述种子层表面填充形成金属层。

33、具体的，所述微孔的直径为2μm～5μm。

34、具体的，所述阻挡层的材料为ta或tan或ti；

35、所述种子层的材料为纯铜或钛铜合金；

36、所述金属层的材料为导电物质，所述导电物质包括多晶硅、铜、钨、高分子导体中的一种。

37、本发明还提供了一种集成式芯片的封装结构，所述封装结构由所述的封装方法制得，所述封装结构包括器件晶圆、介质层、封装层和若干第二芯片，所述器件晶圆中成型有若干第一芯片，每个所述第一芯片设置有第一焊盘；每个所述第二芯片设置有第二焊盘；

38、所述介质层和所述封装层依次层叠设置在所述器件晶圆的正面，所述若干第二芯片位于所述封装层的内部，所述若干第二芯片中的一个第二芯片和所述若干第一芯片中的一个第一芯片一一对应，所述若干第二芯片基于粘合层和所述介质层粘接，所述粘合层在竖直方向上的投影位于所述若干第一芯片中；每个所述第一芯片和所对应的第二芯片之间成型有空腔，所述空腔位于所述粘合层中；每个所述第二芯片中的第二焊盘和所对应的第一芯片中的第一焊盘基于导电凸块连接；

39、所述器件晶圆的背面设置有若干第三焊盘，所述若干第三焊盘中的一个第三焊盘和所述若干第一芯片中的一个第一芯片一一对应，每个所述第三焊盘基于导通结构与所对应的第一芯片连接。

40、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

41、与传统封装相比，本发明直接在器件晶圆上完成芯片的集成封装制程，减少了芯片的转移次数，也不需要额外的基板进行承载，能有效提高封装的效率，还能有效降低封装的成本；而且，器件晶圆中的第一芯片容易密集阵列设置，使得与其连接的第二芯片也容易密集阵列设置，有利于提高封装密度；通过粘合层和导电凸块完成第一芯片和第二芯片的连接，连接的稳定性好、可靠性高，有利于提高封装质量；第一芯片和第二芯片之间形成有空腔，可以隔热，有利于提高芯片的工作稳定性和可靠性；在器件晶圆的背面通过导通结构和第三焊盘实现外部电性连接，减少引线设置，有利于缩小封装结构尺寸，降低封装难度，从而提高封装效率。

技术特征：

1.一种集成式芯片的封装方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.如权利要求1所述的封装方法，其特征在于，所述器件晶圆的衬底材料包括硅、锗、锗化硅、碳化硅、砷化镓、镓化铟中的一种。

3.如权利要求1所述的封装方法，其特征在于，所述器件晶圆的衬底的厚度范围为10μm～100μm。

4.如权利要求1所述的封装方法，其特征在于，所述介质层的材料包括氧化硅、氮化硅、氧化铝中的一种。

5.如权利要求1所述的封装方法，其特征在于，所述介质层的厚度范围为1μm～5μm。

6.如权利要求1所述的封装方法，其特征在于，所述第一芯片为集成电路ic芯片，所述集成电路ic芯片用于控制所述第二芯片，所述第二芯片为led芯片。

7.如权利要求1所述的封装方法，其特征在于，所述粘合层的厚度范围为5μm～100μm。

8.如权利要求1所述的封装方法，其特征在于，所述粘合层为可光刻的键合材料，所述可光刻的键合材料包括膜状干膜或液态干膜。

9.如权利要求1所述的封装方法，其特征在于，所述开口位于所述第一芯片的中央区域；所述开口的深度小于等于所述粘合层的厚度。

10.如权利要求1所述的封装方法，其特征在于，所述导电凸块的横截面积大于10μm2；和/或

11.如权利要求1所述的封装方法，其特征在于，所述导电凸块的材料包括铜、钛、铝、金、镍中的一种。

12.如权利要求1所述的封装方法，其特征在于，所述导电凸块的高度为5μm～200μm。

13.如权利要求1所述的封装方法，其特征在于，所述热压键合工艺的热压温度范围为260℃～300℃。

14.如权利要求1所述的封装方法，其特征在于，所述通过热压键合工艺将若干第二芯片键合到所述器件晶圆上之前，还包括：

15.如权利要求14所述的封装方法，其特征在于，所述若干第二芯片基于粘接层或静电键合于所述临时基板上。

16.如权利要求1所述的封装方法，其特征在于，所述在所述器件晶圆中形成若干导通结构之前，还包括：

17.如权利要求1所述的封装方法，其特征在于，所述在所述器件晶圆中形成若干导通结构包括：

18.如权利要求17所述的封装方法，其特征在于，所述微孔的直径为2μm～5μm。

19.如权利要求17所述的封装方法，其特征在于，

20.一种集成式芯片的封装结构，其特征在于，所述封装结构由权利要求1至19任一项所述的封装方法制得，所述封装结构包括器件晶圆、介质层、封装层和若干第二芯片，所述器件晶圆中成型有若干第一芯片，每个所述第一芯片设置有第一焊盘；每个所述第二芯片设置有第二焊盘；

技术总结
本发明公开了一种集成式芯片的封装方法和封装结构，涉及封装技术领域，包括以下步骤：器件晶圆的正面形成介质层，器件晶圆中成型有第一芯片，第一芯片设有第一焊盘，介质层露出第一焊盘；在第一芯片表面的介质层上形成粘合层；在粘合层中形成开口；在第一焊盘上形成导电凸块；第二芯片设有第二焊盘，第二焊盘和导电凸块连接，第二芯片和粘合层粘接，第二芯片封闭开口形成空腔；在器件晶圆的正面形成封装层，覆盖第二芯片；在器件晶圆中形成导通结构，一端和第一芯片连接，另一端成型有第三焊盘，第三焊盘位于器件晶圆的背面。本发明直接在器件晶圆上完成芯片的集成封装制程，能有效降低封装成本，提高封装密度、封装质量和封装效率。

技术研发人员：张普翔,谢少佳,霍才能,秦快,袁传权,林伟明,黎晓霞,龚华胜
受保护的技术使用者：佛山市国星光电股份有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/6/5