[发明专利]一种芯片封装结构及其制备方法

说明书

本发明提供一种芯片封装结构及其制备方法，该芯片封装结构包括从上至下依次叠置的半导体芯片、基板、器件层及翘曲补偿层，通过在器件层的下方键合具有低热膨胀系数且与半导体芯片热膨胀系数匹配的翘曲补偿层，从而能够补偿基板与半导体芯片之间热膨胀系数的失配，进而减小或者消除由此引起的翘曲。具体地，由于翘曲补偿层的热膨胀系数与半导体芯片接近，从而在基板的上下分别形成热膨胀系数的对称结构，进而在基板的上下表面形成同步的拉力或压力，避免其朝某一面发生弯折，从而减小或者消除翘曲。同时，该翘曲补偿层设置于基板器件层的下方，无需额外占用基板的表面面积。

技术领域

本发明涉及半导体封装技术领域，特别是涉及一种芯片封装结构及其制备方法。

背景技术

近年来，集成电路封装发展迅速，倒装芯片电子封装成为主流，占据了整个集成电路封装市场的60-70％。在倒装芯片封装中，用于封装堆叠的材料之间存在较大的热膨胀系数(CTE)不匹配，如图1所示，基板101的CTE为16-18ppm/℃，半导体芯片301(通常为硅片)的CTE为2.6-2.8ppm/℃，用于电子封装的铜盖的CTE为18-19ppm/℃。在倒装芯片集成电路封装组装和测试过程中，当半导体芯片301通过大规模回流焊工艺或热压缩键合工艺连接到基板101上时，倒装芯片集成电路封装往往会因为半导体芯片301和基板101之间的CTE不匹配而发生翘曲，键合在基板101下表面的器件层112也会因翘曲而出现焊点失效。同时随着半导体芯片的厚度逐渐减薄至100um以下，使得封装翘曲变得更易发生。

为了减少封装在组装、测试和使用中的翘曲，设计具有翘曲补偿设计的倒装芯片封装至关重要。现有技术中对倒装芯片翘曲的控制通常采用加强筋的方法，如图2所示，即在基板101表面形成环绕芯片外围的加强筋100(通常为不锈钢等金属)，用以加固并限制翘曲。然而这种采用加强筋的方法会占用基板较多的表面面积，对后续工序造成不良影响。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明提供一种芯片封装结构，包括：

基板，所述基板的下表面形成有器件层及第一导电层；

翘曲补偿层，所述翘曲补偿层键合于所述器件层的下表面，所述翘曲补偿层的热膨胀系数为2-8ppm/℃；

半导体芯片，所述半导体芯片键合于所述基板的上表面；

电路板，所述电路板对应设置于所述基板的下方，所述电路板上表面的第二导电层与所述第一导电层对应电连接。

优选地，所述基板为有机聚合物基板，其热膨胀系数为16-18ppm/℃；所述半导体芯片为硅晶圆，其热膨胀系数为2.6-2.8ppm/℃；所述翘曲补偿层为玻璃、陶瓷或有机物材料。

优选地，所述器件层的间隙中形成有填充胶层，所述器件层与所述填充胶层的下表面齐平，所述翘曲补偿层键合于所述器件层与所述填充胶层的下表面。

优选地，所述翘曲补偿层的上表面形成有与所述器件层中间隙相匹配的凹凸结构，以使所述翘曲补偿层包覆所述器件层。

优选地，所述第一导电层与第二导电层通过导线进行电连接或通过金属焊球进行电连接。

本发明还提供一种芯片封装结构的制备方法，包括如下步骤：

提供基板，所述基板的下表面形成有器件层及第一导电层；

于所述器件层的下表面键合翘曲补偿层，所述翘曲补偿层的热膨胀系数为2-8ppm/℃；

于所述基板的上表面键合半导体芯片；

提供电路板，所述电路板的上表面形成有第二导电层，所述电路板对应设置于所述基板的下方，且所述第一导电层与第二导电层对应电连接。