[发明专利]一种三维堆叠圆片级扇出PoP封装结构及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及微电子封装技术以及三维集成技术领域，特别涉及一种三维堆叠圆片级扇出PoP封装技术及其制造方法。

背景技术

随着电子封装产品向高密度、多功能、低功耗、小型化方向的不断发展，采用三维集成技术的系统级封装(System in Package，SiP)取得了突飞猛进的发展。硅通孔(Through Silicon Via，TSV)技术方案，由于具有堆叠密度最高，外形尺寸最小，极大提升芯片速度和降低功耗等特点，是实现三维集成技术的最优方案。然而，目前TSV技术面临的制造难度、工艺成本以及成品良率、可靠性等问题及其突出。现有成熟的三维集成技术主要为堆叠封装(Package on Package，PoP)，其中上、下封装体通常为采用印刷电路基板的封装结构。由于印刷电路基板具有一定的厚度，而且成本较高，导致整个PoP封装的高度和成本难以得到有效降低，难以满足高密度和低成本的要求。现有的PoP封装的由于上、下封装体结构的差异，导致制造工艺过程中封装翘曲难以得到有效控制，严重影响焊球互联结构的可靠性。现有PoP封装的制造工艺由于采用传统的非圆片级封装制造模式，导致效率低而且成本高，不利于PoP封装的推广。

因此，仍然需要新的封装结构和制造技术，以解决现有技术所存在的问题。

发明内容

本发明针对三维PoP封装技术提出一种封装结构和制造方法，以解决现有PoP封装技术所存在的封装密度、成本和可靠性问题。

为了实现上述目的，本发明采用下述技术方案：

一种三维堆叠圆片级扇出PoP封装结构，通过至少一个扇出PoP封装单元堆叠形成；一个扇出PoP封装单元由两个相同结构的封装体构成；

所述一个封装体包括有第一金属凸点结构、IC芯片、凸点、第一塑封材料、第二金属凸点结构、第一金属层、再布线金属走线层、介电材料层、第二金属层；所述IC芯片带有凸点，凸点连接于第一金属凸点结构上，与凸点未连接的第一金属凸点结构连接有第二金属凸点结构，第一塑封材料包围了第一金属凸点结构、IC芯片、凸点和第二金属凸点结构，第一金属凸点结构与再布线金属走线层连接，第一金属凸点结构上制作有第二金属层，介电材料层包围再布线金属走线层，并涂覆在第一金属凸点结构和第一塑封材料同一侧面；第二金属凸点结构上制作有第一金属层；

两个相对放置的封装体的第一金属层由第一焊球连接，并在一个封装体的第二金属层上连接第二焊球，形成一个扇出PoP封装单元；

所述扇出PoP封装单元的第二焊球再连接有一个相对放置的扇出PoP封装单元的第二金属层，所述未植球部分的第二金属层、第一焊球及其连接的一对第一金属层、第二焊球及其连接的一对第二金属层包围有第二塑封材料，形成一个三维堆叠圆片级扇出PoP封装结构。

所述三维堆叠圆片级扇出PoP封装结构还包括有导热结构层，IC芯片下部连接有导热结构层，导热结构层包括第一连接层、金属结构层和第二连接层，三者依次连接，IC芯片下部与第一连接层连接，第二连接层与另一个封装体的IC芯片连接，第二塑封材料包围导热结构层。

利用该结构，首先封装体由于无基板结构，直接通过再布线金属走线层实现与外部环境的互联，因此整体封装体厚度可以得到大幅降低，制造成本也得到降低；进一步地，低成本的模塑料通孔TMV具有TSV同样的上、下结构互联导通的功能，因此可取代TSV结构实现细节距互联端口，从而使上、下封装体之间，以及与外部结构的I/O互联通道数量和密度得到大幅提高，提升了封装的密度；另外，三维堆叠圆片级扇出PoP封装结构的扇出(Fan-Out)特性可显著增加PoP封装的I/O互联通道数量。最后，由于三维堆叠圆片级扇出PoP封装结构中所有的扇出PoP封装单元相同，而且都通过面对面方式进行堆叠回流焊，因此三维堆叠圆片级扇出PoP封装具有高度对称性，从而可极大改善封装的翘曲。

根据本发明的实施例，采用模塑料通孔实现上、下封装体之间，以及与外部结构的三维集成互联。

根据本发明的实施例，第一金属凸点结构可以是但不局限于铜、铜合金、铁、铁合金、镍、镍合金、钨等金属材料。

根据本发明的实施例，第二金属凸点结构可以是但不局限于铜、铜合金、铁、铁合金、镍、镍合金、钨等金属材料、或者钎焊料材料。

根据本发明的实施例，再布线金属走线层可以是但不局限于铜、铜合金、铁、铁合金、镍、镍合金、钨等金属材料。

根据本发明的实施例，介电材料层可以是但不局限于热固性塑封材料、塞孔树脂、油墨以及阻焊绿油等绝缘材料。