專利名稱：一種芯片上倒裝芯片封裝及制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體元器件制造技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及到具有多圈引腳排列的芯片上倒裝芯片(Flip Chip on Chip, FCoC)封裝，本發(fā)明還包括該封裝件的制造方法。
背景技術(shù)：
隨著電子產(chǎn)品如手機(jī)、筆記本電腦等朝著小型化，便攜式，超薄化，多媒體化以及滿足大眾化所需要的低成本方向發(fā)展，高密度、高性能、高可靠性和低成本的封裝形式及其組裝技術(shù)得到了快速的發(fā)展。與價(jià)格昂貴的BGA等封裝形式相比，近年來快速發(fā)展的新型封裝技術(shù)，即四邊扁平無引腳QFN(Quad Flat Non-lead lockage)封裝，由于具有良好的熱性能和電性能、尺寸小、成本低以及高生產(chǎn)率等眾多優(yōu)點(diǎn)，引發(fā)了微電子封裝技術(shù)領(lǐng)域的一場(chǎng)新的革命。圖IA和圖IB分別為傳統(tǒng)QFN封裝結(jié)構(gòu)的背面示意圖和沿Ι- 剖面的剖面示意圖， 該QFN封裝結(jié)構(gòu)包括引線框架11，塑封材料12，粘片材料13，IC芯片14，金屬導(dǎo)線15，其中引線框架11包括芯片載體111和圍繞芯片載體111四周排列的引腳112，IC芯片14通過粘片材料13固定在芯片載體111上，IC芯片13與四周排列的引腳112通過金屬導(dǎo)線15實(shí)現(xiàn)電氣連接，塑封材料12對(duì)IC芯片14、金屬導(dǎo)線15和引線框架11進(jìn)行包封以達(dá)到保護(hù)和支撐的作用，引腳112裸露在塑封材料12的底面，通過焊料焊接在PCB等電路板上以實(shí)現(xiàn)與外界的電氣連接。底面裸露的芯片載體111通過焊料焊接在PCB等電路板上，具有直接散熱通道，可以有效釋放IC芯片14產(chǎn)生的熱量。與傳統(tǒng)的TSOP和SOIC封裝相比，QFN封裝不具有鷗翼狀引線，導(dǎo)電路徑短，自感系數(shù)及阻抗低，從而可提供良好的電性能，可滿足高速或者微波的應(yīng)用。裸露的芯片載體提供了卓越的散熱性能。隨著IC集成度的提高和功能的不斷增強(qiáng)，IC的I/O數(shù)隨之增加，相應(yīng)的電子封裝的I/O引腳數(shù)也相應(yīng)增加，且逐漸由傳統(tǒng)的二維平面封裝形式向更高集成度的三維立體封裝形式發(fā)展，傳統(tǒng)的四邊扁平無引腳封裝件為典型的二維平面封裝形式，單圈的引腳圍繞芯片載體呈周邊排列，限制了 I/O數(shù)量的提高，滿足不了高密度、具有更多I/O數(shù)的IC的需要。傳統(tǒng)的引線框架無臺(tái)階式結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，無法有效的鎖住塑料材料，導(dǎo)致引線框架與塑封材料結(jié)合強(qiáng)度低，易于引起引線框架與塑封材料的分層甚至引腳或芯片載體的脫落，而且無法有效的阻止?jié)駳庋刂€框架與塑封材料結(jié)合界面擴(kuò)散到電子封裝內(nèi)部，從而嚴(yán)重影響了封裝體的可靠性。傳統(tǒng)QFN產(chǎn)品在塑封工藝時(shí)需要預(yù)先在引線框架背面粘貼膠帶以防止溢料現(xiàn)象，待塑封后還需進(jìn)行去除膠帶、塑封料飛邊等清洗工藝，增加了封裝成本增高。 使用切割刀切割分離傳統(tǒng)的四邊扁平無引腳封裝件，切割刀在切割塑封材料的同時(shí)也會(huì)切割到引線框架金屬，不僅會(huì)造成切割效率的降低和切割刀片壽命的縮短，而且會(huì)產(chǎn)生金屬毛刺，影響了封裝體的可靠性。因此，為了突破傳統(tǒng)QFN的低I/O數(shù)量的瓶頸，提高封裝體的可靠性和降低封裝成本，急需研發(fā)一種基于QFN封裝的高可靠性、低成本、高I/O密度的三維封裝結(jié)構(gòu)及其制造方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了一種高密度、多圈引腳排列的芯片上倒裝芯片(Flip Chip on Chip, FCoC)封裝及其制造方法，以達(dá)到突破傳統(tǒng)QFN的低I/O數(shù)量的瓶頸和提高封裝體的可靠性的目的。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用下述技術(shù)方案本發(fā)明提出一種芯片上倒裝芯片(FCoC)封裝件結(jié)構(gòu)，包括引線框架、第一金屬材料層、第二金屬材料層、母IC芯片、具有凸點(diǎn)的子IC芯片、下填料、絕緣填充材料、粘貼材料、金屬導(dǎo)線和塑封材料。引線框架沿厚度方向具有臺(tái)階式結(jié)構(gòu)，具有上表面、下表面和臺(tái)階表面。引線框架包括芯片載體和多個(gè)圍繞芯片載體呈多圈排列的引腳。芯片載體配置于引線框架中央部位，芯片載體四邊邊緣部位沿厚度方向具有臺(tái)階式結(jié)構(gòu)。圍繞芯片載體呈多圈排列的引腳的橫截面形狀呈圓形或者矩形狀，其中每個(gè)引腳包括配置于該上表面的內(nèi)引腳和配置于該下表面的外引腳。第一金屬材料層和第二金屬材料層配置于引線框架的上表面位置和下表面位置。絕緣填充材料配置于引線框架的臺(tái)階式結(jié)構(gòu)下，支撐、保護(hù)引線框架。母IC芯片通過粘貼材料配置于引線框架上表面的第一金屬材料層位置，且固定于芯片載體的中央部位。子IC芯片通過凸點(diǎn)倒裝焊接配置于母IC芯片的有緣面上。下填料配置于母IC芯片的有緣面與子IC芯片的有緣面之間，包覆凸點(diǎn)、母IC芯片的有緣面和子IC芯片的有緣面。母IC芯片上的多個(gè)鍵合焊盤通過金屬導(dǎo)線分別連接至配置有第一金屬材料層的多個(gè)引腳的內(nèi)引腳，以實(shí)現(xiàn)電氣互聯(lián)。塑封材料包覆密封母IC芯片、具有凸點(diǎn)的子IC 芯片、下填料、粘貼材料、金屬導(dǎo)線、第一金屬材料層和引線框架，暴露出配置于引線框架下表面的第二金屬材料層。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，引腳框架具有多個(gè)圍繞芯片載體呈三圈排列的引腳。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，包括芯片載體和圍繞芯片載體呈三圈排列的引腳的引線框架具有臺(tái)階式結(jié)構(gòu)。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，圍繞芯片載體呈三圈排列的引腳的橫截面形狀呈圓形形狀。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，圍繞芯片載體呈三圈排列的引腳的橫截面形狀呈矩形形狀。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，芯片載體每邊的引腳排列方式為平行排列。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，芯片載體每邊的引腳排列方式為交錯(cuò)排列。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，引線框架上表面和下表面分別配置有第一金屬材料層和第
二金屬材料層。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，引線框架上表面和下表面分別配置的第一金屬材料層和第二金屬材料層包括鎳(Ni)、鈀(Pd)、金(Au)金屬材料。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，引線框架臺(tái)階式結(jié)構(gòu)下配置絕緣填充材料。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，引線框架臺(tái)階式結(jié)構(gòu)下配置絕緣填充材料種類是熱固性塑封材料，或者塞孔樹脂、油墨以及阻焊綠油等材料。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，用含銀顆粒的環(huán)氧樹脂或者膠帶等粘貼材料將母IC芯片配置于芯片載體中央部位。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，具有凸點(diǎn)的子IC芯片通過倒裝上芯設(shè)備配置于母IC芯片的有緣面上。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，凸點(diǎn)為無鉛焊料凸點(diǎn)、含鉛焊料凸點(diǎn)或者金屬凸點(diǎn)。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，在母IC芯片的有緣面與子IC芯片的有緣面之間配置下填料。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，配置的下填料具有絕緣、導(dǎo)熱性能。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，下填料包覆凸點(diǎn)、母IC芯片的有緣面和子IC芯片的有緣本發(fā)明提出一種芯片上倒裝芯片(FCoC)封裝件的制造方法，包括以下步驟步驟1 配置掩膜材料層對(duì)薄板基材進(jìn)行清洗和預(yù)處理，在薄板基材的上表面和下表面配置具有窗口的掩膜材料層圖形。步驟2 配置第一金屬材料層和第二金屬材料層在配置于薄板基材上表面和下表面的掩膜材料層的窗口分別中配置第一金屬材料層和第二金屬材料層。步驟3 下表面選擇性部分蝕刻移除薄板基材下表面的掩膜材料層，以第二金屬材料層為抗蝕層，對(duì)薄板基材下表面進(jìn)行選擇性部分蝕刻，形成凹槽。 步驟4 配置絕緣填充材料在薄板基材下部分經(jīng)選擇性半蝕刻形成的凹槽中填充絕緣材料。步驟5 上表面選擇性部分蝕刻移除薄板基材上表面的掩膜材料層，以第一金屬材料層為阻蝕層，對(duì)薄板基材上表面進(jìn)行選擇性部分蝕刻，形成具有臺(tái)階式結(jié)構(gòu)的引線框架，包括分離的芯片載體和多圈引腳。步驟6:配置母IC芯片通過含銀顆粒的環(huán)氧樹脂樹脂或者膠帶等粘貼材料將母IC芯片配置于芯片載體中央部位。步驟7:配置子IC芯片通過倒裝上芯設(shè)備將具有凸點(diǎn)的子IC芯片倒裝配置于母IC芯片的有緣面上，通過回流焊或者熱壓焊實(shí)現(xiàn)凸點(diǎn)與母IC芯片的有緣面相連。步驟8:配置下填料將下填料配置于母IC芯片的有緣面與子IC芯片的有緣面之間，下填料包覆凸點(diǎn)、 母IC芯片的有緣面和子IC芯片的有緣面。步驟9 金屬導(dǎo)線鍵合連接母IC芯片上的多個(gè)鍵合焊盤通過金屬導(dǎo)線分別連接至配置有第一金屬材料層的多個(gè)引腳的內(nèi)引腳上，以實(shí)現(xiàn)電氣互聯(lián)。步驟10 塑封通過塑封材料包覆母IC芯片、具有凸點(diǎn)的子IC芯片、粘貼材料、下填料、金屬導(dǎo)線、下填料、第一金屬材料層和引線框架，暴露出配置于引線框架下表面的第二金屬材料層，形成封裝件產(chǎn)品陣列。
步驟11:打印對(duì)塑封后的產(chǎn)品陣列進(jìn)行激光打印。步驟12 切割分離產(chǎn)品切割分離產(chǎn)品，形成獨(dú)立的單個(gè)封裝件。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，通過電鍍或者化學(xué)鍍方法配置第一金屬材料層和第二金屬材料層。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，分別以第一金屬材料層和第二金屬材料層為抗蝕層，選用僅蝕刻薄板基材的蝕刻液對(duì)薄板基材上表面和下表面選擇性部分蝕刻。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，絕緣填充材料通過絲網(wǎng)印刷或者涂布等方法配置在半蝕刻凹槽中。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，具有凸點(diǎn)的子IC芯片倒裝焊接方法為回流焊、熱壓焊。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，下填料通過毛細(xì)填充、壓力填充、真空填充或者傾斜填充方法配置于母IC芯片的有緣面與子IC芯片的有緣面之間。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，選用刀片切割、激光切割或者水刀切割等方法切割分離產(chǎn)品，且僅切割塑封材料和絕緣填充材料，不切割引線框架?；谏鲜觯鶕?jù)本發(fā)明，基于傳統(tǒng)QFN封裝的芯片上倒裝芯片(FCoC)封裝件結(jié)構(gòu)為三維立體封裝，高度可控制在0. 7毫米范圍內(nèi)，具有較高的I/O密度和集成度，母IC芯片與子IC芯片之間通過凸點(diǎn)作為電氣聯(lián)接的通道，縮短了信號(hào)傳輸路徑，減少了信號(hào)延遲和串?dāng)_，而且降低了封裝件的高度，引線框架的臺(tái)階式結(jié)構(gòu)增加了與塑封材料和絕緣填充材料的結(jié)合面積，具有與塑封材料和絕緣填充材料相互鎖定的效果，能夠有效防止引線框架與塑封材料和絕緣填充材料的分層以及引腳或芯片載體的脫落，有效阻止?jié)駳鈴姆庋b件結(jié)構(gòu)外部向內(nèi)部擴(kuò)散，小面積尺寸的外引腳能夠有效防止表面貼裝時(shí)橋連現(xiàn)象的發(fā)生，引線框架上表面和下表面配置的第一金屬材料層和第二金屬材料層能夠有效提高金屬引線鍵合質(zhì)量和表面貼裝質(zhì)量，由于單個(gè)封裝體之間僅由塑封材料和絕緣填充材料相連，因此當(dāng)使用切割刀切割分離產(chǎn)品，不會(huì)切割到引線框架金屬材料，從而提高了切割效率，延長(zhǎng)了切割刀的壽命，防止了金屬毛刺的產(chǎn)生，同時(shí)省去了傳統(tǒng)QFN封裝流程中的塑封前引線框架背面粘貼膠膜、塑封后去除膠膜和塑封料飛邊等工藝，降低了封裝成本。下文特舉實(shí)施例，并配合附圖對(duì)本發(fā)明的上述特征和優(yōu)點(diǎn)做詳細(xì)說明。


圖IA為傳統(tǒng)QFN封裝結(jié)構(gòu)的背面示意圖；圖IB為沿圖IA中的Ι- 剖面的剖面示意圖；圖2Α為根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例繪制的引腳橫截面為圓形，且芯片載體每邊的引腳排列方式為平行排列的芯片上倒裝芯片(FCoC)封裝件結(jié)構(gòu)的背面示意圖；圖2Β為根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例繪制的引腳橫截面為矩形，且芯片載體每邊的引腳排列方式為平行排列的芯片上倒裝芯片(FCoC)封裝件結(jié)構(gòu)的背面示意圖；圖3Α為根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例繪制的引腳橫截面為圓形，且芯片載體每邊的引腳排列方式為交錯(cuò)排列的芯片上倒裝芯片(FCoC)封裝件結(jié)構(gòu)的背面示意圖；圖IBB為根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例繪制的引腳橫截面為矩形，且芯片載體每邊的引腳
7CN 102543937 A排列方式為交錯(cuò)排列的芯片上倒裝芯片(FCoC)封裝件結(jié)構(gòu)的背面示意圖；圖4為根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例繪制的，沿圖2A-B和圖3A_B中的1_1剖面的剖面示意圖；圖5A至圖5N為根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例繪制的芯片上倒裝芯片(FCoC)封裝件結(jié)構(gòu)的制造流程剖面示意圖，所有剖面示意圖都為沿圖4剖面所示的剖面示意圖。圖中標(biāo)號(hào)100.傳統(tǒng)四邊扁平無引腳封裝結(jié)構(gòu)，11.引腳框架，111.芯片載體112. 引腳，12.塑封材料，13.粘片材料，14. IC芯片，15.金屬導(dǎo)線，200、200a、200b、200c、200d. 芯片上倒裝芯片(FCoC)封裝件，201.引線框架，202.芯片載體，203.引腳，20.薄板基材， 20a.薄板基材上表面、引線框架上表面，20b.薄板基材下表面、引線框架下表面，21a、21b. 掩膜材料層，22.第一金屬材料層，23.第二金屬材料層，22a.第一金屬材料層表面，23a.第二金屬材料層表面，24.凹槽，24a.臺(tái)階式結(jié)構(gòu)表面，24b.臺(tái)階式結(jié)構(gòu)，25.絕緣填充材料， 25a.絕緣填充材料表面，26.粘貼材料，27.母IC芯片，28.子IC芯片，29.凸點(diǎn)，30.下填料，31.金屬導(dǎo)線，32.塑封材料。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明圖2A為根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例繪制的引腳橫截面為圓形，且芯片載體每邊的引腳排列方式為平行排列的芯片上倒裝芯片(FCoC)封裝件結(jié)構(gòu)的背面示意圖。圖2B為根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例繪制的引腳橫截面為矩形，且芯片載體每邊的引腳排列方式為平行排列的芯片上倒裝芯片(FCoC)封裝件結(jié)構(gòu)的背面示意圖。參照上述圖2A-B可以看出，在本實(shí)施例中，芯片上倒裝芯片(FCoC)封裝件結(jié)構(gòu) 200a和200b的引線框架201包括芯片載體202和圍繞芯片載體202呈多圈排列的引腳 203，且芯片載體202每邊的引腳203的排列方式為平行排列，在引線框架201下表面配置有第二金屬材料層23，在引線框架201中配置有絕緣填充材料25。不同之處在于圖2A的芯片上倒裝芯片(FCoC)封裝件結(jié)構(gòu)中的引腳橫截面為圓形，圖2B的芯片上倒裝芯片(FCoC) 封裝件結(jié)構(gòu)中的引腳橫截面為矩形。圖3A為根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例繪制的引腳橫截面為圓形，且芯片載體每邊的引腳排列方式為交錯(cuò)排列的芯片上倒裝芯片(FCoC)封裝件結(jié)構(gòu)的背面示意圖。圖:3B為根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例繪制的引腳橫截面為矩形，且芯片載體每邊的引腳排列方式為交錯(cuò)排列的芯片上倒裝芯片(FCoC)封裝件結(jié)構(gòu)的背面示意圖。參照上述圖3A-B可以看出，在本實(shí)施例中，芯片上倒裝芯片(FCoC)封裝件結(jié)構(gòu) 200c和200d的引線框架201包括芯片載體202和圍繞芯片載體202呈多圈排列的引腳 203，且芯片載體202每邊的引腳203的排列方式為交錯(cuò)排列，在引線框架201下表面配置有第二金屬材料層23，在引線框架201中配置有絕緣填充材料25。不同之處在于圖3A的芯片上倒裝芯片(FCoC)封裝件結(jié)構(gòu)中的引腳橫截面為圓形，圖:3B的芯片上倒裝芯片(FCoC) 封裝件結(jié)構(gòu)中的引腳橫截面為矩形。圖4為沿圖2A-B和圖3A_B中的1_1剖面的剖面示意圖。結(jié)合圖2A_B、圖3A_B， 參照?qǐng)D4，在本實(shí)施例中，芯片上倒裝芯片(FCoC)封裝件結(jié)構(gòu)200包括引線框架201、第一金屬材料層22、第二金屬材料層23、絕緣填充材料25、粘貼材料沈、母IC芯片27、具有凸點(diǎn)的子IC芯片28、凸點(diǎn)29、下填料30、金屬導(dǎo)線31以及塑封材料32。在本實(shí)施例中，引線框架201作為導(dǎo)電、散熱、連接外部電路的通道，沿厚度方向具有臺(tái)階式結(jié)構(gòu)Mb，具有上表面20a和相對(duì)于上表面20a的下表面20b，以及臺(tái)階式結(jié)構(gòu) 24b的臺(tái)階表面Ma。引線框架201包括芯片載體202和圍繞芯片載體202呈多圈排列的引腳203，芯片載體202和圍繞芯片載體202呈多圈排列的引腳203都具有臺(tái)階式結(jié)構(gòu)Mb。 芯片載體202配置于引線框架201中央部位，芯片載體202四邊邊緣部位沿厚度方向具有臺(tái)階式結(jié)構(gòu)Mb。多個(gè)引腳203配置于芯片載體202四周，圍繞芯片載體202呈多圈排列， 且沿厚度方向具有臺(tái)階結(jié)構(gòu)Mb，其橫截面形狀呈圓形或者矩形狀，其中每個(gè)引腳203包括配置于該上表面20a的內(nèi)引腳和配置于該下表面20b的外引腳。第一金屬材料層22和第二金屬材料層23分別配置于引線框架201的上表面20a 位置和引線框架201的下表面20b位置，第一金屬材料層22與引腳203的內(nèi)引腳具有相同尺寸大小，第二金屬材料層23與引腳203的外引腳具有相同尺寸大小。第一金屬材料層22 具有第一金屬材料層表面22a，第二金屬材料層23具有第二金屬材料層表面23a。絕緣填充材料25配置于引線框架201的臺(tái)階式結(jié)構(gòu)M下，對(duì)引線框架201起到支撐和保護(hù)的作用，絕緣填充材料25具有絕緣填充材料表面25a，絕緣填充材料表面2 與第二金屬材料層表面23a處于同一水平面上。母IC芯片27通過粘貼材料沈配置于引線框架201的上表面20a的第一金屬材料層22位置，且配置于芯片載體202的中央部位，具有凸點(diǎn)四的子IC芯片觀通過倒裝上芯設(shè)備配置于母IC芯片27的有緣面上。下填料30配置于母IC芯片27的有緣面與子IC 芯片28的有緣面之間，包覆凸點(diǎn)29、母IC芯片27的有緣面和子IC芯片28的有緣面。母芯片27上的多個(gè)鍵合焊盤通過金屬導(dǎo)線31分別連接至配置有第一金屬材料層22的多個(gè)引腳的內(nèi)引腳上，實(shí)現(xiàn)電氣互聯(lián)。塑封材料32包覆上述母IC芯片27、子IC芯片28、凸點(diǎn)29、下填料30、粘貼材料 26、金屬導(dǎo)線31、引線框架201和第一金屬材料層22，暴露出配置于引線框架下表面20b的第二金屬材料層23。下面將以圖5A至圖5N來詳細(xì)說明一種芯片上倒裝芯片(FCoC)封裝件結(jié)構(gòu)的制
造流程。圖5A至圖5N為根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例繪制的芯片上倒裝芯片(FCoC)封裝件結(jié)構(gòu)的制造流程剖面示意圖，所有剖面示意圖都為沿圖4剖面所示的剖面示意圖。請(qǐng)參照?qǐng)D5A，提供具有上表面20a和相對(duì)于上表面20a的下表面20b的薄板基材20，薄板基材20的材料可以是銅、銅合金、鐵、鐵合金、鎳、鎳合金以及其他適用于制作引線框架的金屬材料。薄板基材20的厚度范圍為0. lmm-0. 25mm，例如為0. 127mm,0. 152mm, 0. 203mm。對(duì)薄板基材20的上表面20a和下表面20b進(jìn)行清洗和預(yù)處理，例如用等離子水去油污、灰塵等，以實(shí)現(xiàn)薄板基材20的上表面20a和下表面20b清潔的目的。請(qǐng)參照?qǐng)D5B，在薄板基材20的上表面20a和下表面20b上分別配置具有窗口的掩膜材料層21a和掩膜材料層21b，這里所述的窗口是指沒有被掩膜材料層21a和掩膜材料層21b覆蓋的薄板基材20，掩膜材料層21a和掩膜材料層21b保護(hù)被其覆蓋的薄板基材 20，在后面的工藝步驟中將對(duì)被掩膜材料層21a和掩膜材料層21b覆蓋的薄板基材20進(jìn)行蝕刻。請(qǐng)參照?qǐng)D5C，在配置于薄板基材20的上表面20a上的掩膜材料層21a的窗口中配置第一金屬材料層22，第一金屬材料層22具有第一金屬材料層表面22a，在配置于薄板基材20的下表面20b上的掩膜材料層21b的窗口中配置第二金屬材料層23，第二金屬材料層 23具有第二金屬材料層表面23a。第一金屬材料層22和第二金屬材料層23的配置方法為電鍍、化學(xué)鍍、蒸發(fā)、濺射等方法，并且允許由不同的金屬材料組成，在本實(shí)施例中，優(yōu)先選擇電鍍或者化學(xué)鍍作為第一金屬材料層22和第二金屬材料層23的配置方法。第一金屬材料層22和第二金屬材料層23的材料是鎳(Ni)、鈀(Pd)、金(Au)、銀(Ag)、錫(Sn)等金屬材料及其合金，在本實(shí)施例中，第一金屬材料層22和第二金屬材料層23例如是鎳-鈀-金鍍層，對(duì)于第一金屬材料層22，外面的金鍍層和中間的鈀鍍層是保證金屬導(dǎo)線31在引線框架201上的可鍵合性和鍵合質(zhì)量，里面的鎳鍍層是作為擴(kuò)散阻擋層以防止由元素?cái)U(kuò)散-化學(xué)反應(yīng)引起的過厚共晶化合物的生成，過厚的共晶化合物影響鍵合區(qū)域的可靠性，對(duì)于第二金屬材料層23，外面的金鍍層和中間的鈀鍍層是保證焊料在引線框架201的可浸潤(rùn)性， 提高封裝體在PCB等電路板上表面貼裝的質(zhì)量，里面的鎳鍍層是作為擴(kuò)散阻擋層以防止由元素?cái)U(kuò)散-化學(xué)反應(yīng)引起的過厚共晶化合物的生成，過厚的共晶化合物影響表面貼裝焊接區(qū)域的可靠性。請(qǐng)參照?qǐng)D5D，將薄板基材20的下表面20b上的掩膜材料層21b移除，在本實(shí)施例中的移除方法可以是化學(xué)反應(yīng)方法和機(jī)械方法，化學(xué)反應(yīng)方法是選用可溶性的堿性溶液， 例如氫氧化鉀(KOH)、氫氧化鈉(NaOH)，采用噴淋等方式與薄板基材20的下表面20b上的掩膜材料層21b進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)，將其溶解從而達(dá)到移除的效果，移除掩膜材料層21b后，薄板基材20的下表面20b上僅剩下第二金屬材料層23。請(qǐng)參照?qǐng)D5E，以薄板基材20的下表面20b上的第二金屬材料層23作為蝕刻的抗蝕層，采用噴淋方式對(duì)薄板基材20下表面20b進(jìn)行選擇性部分蝕刻，形成凹槽M和臺(tái)階式結(jié)構(gòu)表面Ma，蝕刻深度范圍可以是占薄板基材20的厚度的40% -90%。在本實(shí)施例中，噴淋方式優(yōu)先采用上噴淋方式，蝕刻液優(yōu)先選擇堿性蝕刻液，如堿性氯化銅蝕刻液、氯化銨等堿性蝕刻液，以減少蝕刻液對(duì)第二金屬材料層23的破壞作用。請(qǐng)參照?qǐng)D5F，在薄板基材20的下表面20b經(jīng)選擇性部分蝕刻形成的凹槽M中填充絕緣填充材料25，絕緣填充材料25具有表面25a，該表面與第二金屬材料層表面23a處于同一水平面上。在本實(shí)施例中，絕緣填充材料25是熱固性塑封材料、塞孔樹脂、油墨以及阻焊綠油等絕緣材料，絕緣填充材料25具有足夠的耐酸、耐堿性，以保證后續(xù)的工藝不會(huì)對(duì)已形成絕緣填充材料25造成破壞，絕緣填充材料25的填充方法是通過注塑或者絲網(wǎng)印刷等方法填充到凹槽M中，配置后用機(jī)械研磨方法或者化學(xué)處理方法去除過多的絕緣填充材料25，以消除絕緣填充材料25的溢料，使絕緣填充材料25的表面2 與第二金屬材料層表面23a處于同一水平面上，對(duì)于感光型阻焊綠油等絕緣填充材料25，通過顯影方法去除溢料。請(qǐng)參照?qǐng)D5G，將薄板基材20的上表面20a上的掩膜材料層21a移除，在本實(shí)施例中的移除方法可以是化學(xué)反應(yīng)方法和機(jī)械方法，化學(xué)反應(yīng)方法是選用可溶性的堿性溶液， 例如氫氧化鉀(KOH)、氫氧化鈉(NaOH)，采用噴淋等方式與薄板基材20的上表面20a上的掩膜材料層21a化學(xué)反應(yīng)，將其溶解從而達(dá)到移除的效果，移除掩膜材料層21a后，薄板基材20的上表面20a上僅剩下第一金屬材料層22。請(qǐng)參照?qǐng)D5H，以薄板基材20的上表面20a上的第一金屬材料層22作為蝕刻的抗蝕層，采用噴淋方式對(duì)薄板基材20上表面20a進(jìn)行選擇性部分蝕刻，蝕刻至臺(tái)階式結(jié)構(gòu)表面Ma，暴露出絕緣填充材料25。形成引線框架201，引線框架201包括芯片載體202和圍繞芯片載體202呈多圈排列的引腳203，引線框架201中配置有絕緣填充材料25，即芯片載體202和圍繞芯片載體202呈多圈排列的引腳203通過絕緣填充材料25固定在一起。經(jīng)選擇性部分蝕刻后形成的分離的引腳203具有內(nèi)引腳與外引腳，內(nèi)引腳在后續(xù)的引線鍵合工藝中由金屬導(dǎo)線觀連接至母IC芯片27的鍵合焊盤，外引腳作為連接外部電路的通道。 形成臺(tái)階式結(jié)構(gòu)Mb，臺(tái)階式結(jié)構(gòu)24b具有臺(tái)階式結(jié)構(gòu)表面Ma。在本實(shí)施例中，蝕刻液的噴淋方式優(yōu)先采用上噴淋方式，蝕刻液優(yōu)先選擇堿性蝕刻液，如堿性氯化銅蝕刻液、氯化銨等堿性蝕刻液，以減少蝕刻液對(duì)第一金屬材料層22的破壞作用。請(qǐng)參照?qǐng)D51，通過粘貼材料沈?qū)⒛窱C芯片27配置于引線框架上表面20a的第一金屬材料層22位置，且固定于芯片載體202的中央部位，在本實(shí)施例中，粘貼材料沈可以是粘片膠帶、含銀顆粒的環(huán)氧樹脂等材料。請(qǐng)參照?qǐng)D5J，通過倒裝上芯設(shè)備將具有凸點(diǎn)四的子IC芯片觀配置于母IC芯片 27的有緣面上，在本實(shí)施例中，凸點(diǎn)四可以是無鉛焊料凸點(diǎn)、含鉛焊料凸點(diǎn)或者金屬凸點(diǎn)， 倒裝上芯后通過回流焊或者熱壓焊工藝使凸點(diǎn)四焊接至母IC芯片27的有緣面上，以實(shí)現(xiàn)母IC芯片27與子IC芯片28之間的電氣互聯(lián)。請(qǐng)參照?qǐng)D5K，下填料30配置于母IC芯片27的有緣面與子IC芯片28的有緣面之間，包覆凸點(diǎn)29、母IC芯片27的有緣面和子IC芯片28的有緣面，在本實(shí)施例中，下填料30通過毛細(xì)填充、壓力填充、真空填充或者傾斜填充方法配置于母IC芯片27的有緣面與子IC芯片28的有緣面之間，下填料30起到保護(hù)凸點(diǎn)29、母IC芯片27和子IC芯片28 的電路層的作用。請(qǐng)參照?qǐng)D5L，母IC芯片27上的多個(gè)鍵合焊盤通過金屬導(dǎo)線31連接至配置有第一金屬材料層22的多個(gè)引腳的內(nèi)引腳上，實(shí)現(xiàn)電氣互聯(lián)，在本實(shí)施例中，金屬導(dǎo)線31是金線、 鋁線、銅線以及鍍鈀銅線等。請(qǐng)參照?qǐng)D5M，采用注塑方法，通過塑封材料32包覆母IC芯片27、子IC芯片觀、 凸點(diǎn)29、下填料30、金屬導(dǎo)線31、下填料30、粘貼材料沈、第一金屬材料層22和引腳框架 201，形成芯片上倒裝芯片(FCoC)封裝件產(chǎn)品陣列。在本實(shí)施例中，塑封材料32可以是熱固性聚合物等材料，所填充的絕緣填充材料25具有與塑封材料32相似的物理性質(zhì)，例如熱膨脹系數(shù)，以減少由熱失配引起的產(chǎn)品失效，提高產(chǎn)品的可靠性，絕緣填充材料25與塑封材料32可以是同一種材料。塑封后進(jìn)行烘烤后固化，塑封材料32和絕緣填充材料25與具有臺(tái)階式結(jié)構(gòu)Mb的引線框架201具有相互鎖定功能，可以有效防止引線框架201與塑封材料32和絕緣填充材料25的分層以及引腳203或芯片載體202的脫落，而且有效阻止?jié)駳庋刂€框架201與塑封材料32和絕緣填充材料25的結(jié)合界面擴(kuò)散到封裝件內(nèi)部，提高了封裝件的可靠性。形成芯片上倒裝芯片(FCoC)封裝件產(chǎn)品陣列后，對(duì)產(chǎn)品陣列進(jìn)行激光打印。請(qǐng)參照?qǐng)D5N，切割芯片上倒裝芯片(FCoC)封裝件產(chǎn)品陣列，徹底切割分離塑封材料32和絕緣填充材料25形成單個(gè)芯片上倒裝芯片(FCoC)封裝件200，在本實(shí)施例中，單個(gè)產(chǎn)品分離方法是刀片切割、激光切割或者水刀切割等方法，且僅切割塑封材料32和絕緣填充材料25，不切割引線框架金屬材料，圖5N中僅繪制出切割分離后的2個(gè)芯片上倒裝芯片 (FCoC)封裝件 200。 對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例的描述是出于有效說明和描述本發(fā)明的目的，并非用以限定本發(fā)明，任何所屬本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解在不脫離本發(fā)明的發(fā)明構(gòu)思和范圍的條件下， 可對(duì)上述實(shí)施例進(jìn)行變化。故本發(fā)明并不限定于所披露的具體實(shí)施例，而是覆蓋權(quán)利要求所定義的本發(fā)明的實(shí)質(zhì)和范圍內(nèi)的修改。
權(quán)利要求
1.一種芯片上倒裝芯片封裝件結(jié)構(gòu)，其特征在于包括引線框架，沿厚度方向具有臺(tái)階式結(jié)構(gòu)，具有上表面、下表面和臺(tái)階表面，其中引線框架包括芯片載體、多個(gè)引腳芯片載體，配置于引線框架中央部位，芯片載體四邊邊緣部位沿厚度方向具有臺(tái)階式結(jié)構(gòu)，具有上表面、下表面和臺(tái)階表面，以及多個(gè)引腳，配置于芯片載體四周，圍繞芯片載體呈多圈排列，沿厚度方向具有臺(tái)階式結(jié)構(gòu)，具有上表面、下表面和臺(tái)階表面，其中每個(gè)引腳包括配置于該上表面的內(nèi)引腳和配置于該下表面的外引腳；第一金屬材料層，配置于引線框架的上表面位置； 第二金屬材料層，配置于引線框架的下表面位置； 絕緣填充材料，配置于引線框架的臺(tái)階式結(jié)構(gòu)下；母IC芯片，通過粘貼材料配置于引線框架上表面位置的第一金屬材料層上，且配置于芯片載體的中央部位；具有凸點(diǎn)子IC芯片，通過倒裝焊接配置于母IC芯片的有緣面上； 下填料，配置于母IC芯片的有緣面與子IC芯片的有緣面之間，包覆凸點(diǎn)、母IC芯片的有緣面和子IC芯片的有緣面；金屬導(dǎo)線，母IC芯片上的多個(gè)鍵合焊盤通過金屬導(dǎo)線分別連接至配置有第一金屬材料層的多個(gè)引腳的內(nèi)引腳；塑封材料，包覆母IC芯片、具有凸點(diǎn)的子IC芯片、下填料、金屬導(dǎo)線、粘貼材料、第一金屬材料層和引線框架，形成封裝件。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種芯片上倒裝芯片封裝件結(jié)構(gòu)，其特征在于，具有凸點(diǎn)的子IC芯片的凸點(diǎn)為單圈、多圈或面陣排列。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種芯片上倒裝芯片封裝件結(jié)構(gòu)，其特征在于，上述引線框架具有多個(gè)圍繞芯片載體排列的引腳，引腳橫截面形狀為圓形或矩形，排列圈數(shù)為單圈、雙圈，三圈或三圈以上。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種芯片上倒裝芯片封裝件結(jié)構(gòu)，其特征在于，芯片載體每邊的多圈引腳排列方式為平行排列或交錯(cuò)排列。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種芯片上倒裝芯片封裝件結(jié)構(gòu)，其特征在于，凸點(diǎn)為無鉛焊料凸點(diǎn)、含鉛焊料凸點(diǎn)或者金屬凸點(diǎn)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種芯片上倒裝芯片封裝件結(jié)構(gòu)的制造方法，其特征在于包括配置掩膜材料層，在薄板基材的上表面和下表面配置具有窗口的掩膜材料層圖形； 配置第一金屬材料層和第二金屬材料才，在配置于薄板基材上表面和下表面的掩膜材料層的窗口中分別配置第一金屬材料層和第二金屬材料層；下表面選擇性部分蝕刻，移除薄板基材下表面的掩膜材料層，以第二金屬材料層為抗蝕層，對(duì)薄板基材下表面進(jìn)行選擇性部分蝕刻，形成凹槽；配置絕緣填充材料，在薄板基材下表面經(jīng)選擇性部分蝕刻形成的凹槽中填充絕緣材料；上表面選擇性部分蝕刻，移除薄板基材上表面的掩膜材料層，以第一金屬材料層為阻蝕層，對(duì)薄板基材上表面進(jìn)行選擇性部分蝕刻，形成具有臺(tái)階式結(jié)構(gòu)的引線框架，包括分離的芯片載體和多圈引腳；配置母IC芯片，通過粘貼材料將母IC芯片配置于引線框架上表面的第一金屬材料層位置，且固定于芯片載體的中央部位；配置子IC芯片，通過倒裝上芯設(shè)備將具有凸點(diǎn)的子IC芯片倒裝配置于母IC芯片的有緣面上，通過回流焊或者熱壓焊實(shí)現(xiàn)凸點(diǎn)與母IC芯片的有緣面相連；配置下填料，將下填料配置于母IC芯片的有緣面與子IC芯片的有緣面之間，下填料包覆凸點(diǎn)、母IC芯片的有緣面和子IC芯片的有緣面；金屬導(dǎo)線鍵合連接，母IC芯片上的多個(gè)鍵合焊盤通過金屬導(dǎo)線分別連接至配置有第一金屬材料層的多個(gè)引腳的內(nèi)引腳；形成封裝件，用塑封材料包覆母IC芯片、具有凸點(diǎn)的子IC芯片、下填料、金屬導(dǎo)線、粘貼材料、第一金屬材料層和引線框架，形成產(chǎn)品陣列；切割分離形成單個(gè)封裝件，切割分離形成獨(dú)立的單個(gè)封裝件。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其 特征在于，經(jīng)蝕刻形成的分離的芯片載體和多圈引腳由絕緣填充材料連接固定。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，下填料通過毛細(xì)填充、壓力填充、真空填充或者傾斜填充方法配置于母IC芯片的有緣面與子IC芯片的有緣面之間。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，切割分離形成單個(gè)封裝件，是用刀片切害ι]、激光切割或者水刀切割方法切割，且僅切割塑封材料和絕緣填充材料。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種芯片上倒裝芯片封裝及制造方法。本封裝包括引線框架、第一、第二金屬材料層、母IC芯片、具有凸點(diǎn)的子IC芯片、絕緣填充材料、粘貼材料、下填料和塑封材料。引線框架包括芯片載體和引腳。金屬材料層配置于引線框架上表面和下表面。絕緣填充材料配置于引線框架的臺(tái)階式結(jié)構(gòu)下。母IC芯片通過粘貼材料配置于引線框架上表面的第一金屬材料層位置，具有凸點(diǎn)的子IC芯片倒轉(zhuǎn)焊接配置于母IC芯片的有緣面上。下填料配置于母IC芯片與具有凸點(diǎn)的子IC芯片之間。塑封材料包覆母IC芯片、具有凸點(diǎn)的子IC芯片、粘貼材料、下填料、第一金屬導(dǎo)線和引線框架。本發(fā)明提供了基于QFN封裝的高可靠性、低成本、高I/O密度的三維封裝結(jié)構(gòu)。
文檔編號(hào)H01L21/56GK102543937SQ20111045753
公開日2012年7月4日 申請(qǐng)日期2011年12月30日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月30日
發(fā)明者劉程艷, 夏國(guó)峰, 安彤, 朱文輝, 武偉, 秦飛 申請(qǐng)人:北京工業(yè)大學(xué)