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密度IO互连PoP堆叠封装结构及其制造工艺

阅读:50发布:2023-03-13

专利汇可以提供密度IO互连PoP堆叠封装结构及其制造工艺专利检索,专利查询,专利分析的服务。并且本 发明 涉及一种高 密度 IO互连PoP堆叠封装结构及其制造工艺,包括上封装体和下封装体,其特征是:所述下封装体包括具有内部连线结构的下封装体 基板 ,在下封装体基板的背面设置背面焊球,在下封装体基板 正面 固定芯片和多个正面焊球,正面焊球上设置 铜 柱,芯片、正面焊球和铜柱被塑封于塑封材料中,铜柱的下端与正面焊球固定,铜柱的上端凸出于塑封材料的表面;所述上封装体背面的焊球与下封装体中的铜柱上表面连接。本发明通过在PoP下封装体上涂覆焊 锡 膏和贴装金属铜柱的方式,缩小上、下封装体之间的互连 节距 ,提升I/O互连数量。,下面是密度IO互连PoP堆叠封装结构及其制造工艺专利的具体信息内容。

1.一种高密度IO互连PoP堆叠封装结构,包括上封装体(1a)和下封装体(7),其特征是:所述下封装体(7)包括具有内部连线结构的下封装体基板(1),在下封装体基板(1)的背面设置背面焊球(6),在下封装体基板(1)正面固定芯片(4)和多个正面焊球(2),正面焊球(2)上设置柱(3),芯片(4)、正面焊球(2)和铜柱(3)被塑封于塑封材料(5)中,铜柱(3)的下端与正面焊球(2)固定,铜柱(3)的上端凸出于塑封材料(5)的表面;所述上封装体(1a)背面的焊球(2a)与下封装体(7)中的铜柱(3)上表面连接。
2.如权利要求1所述的高密度IO互连PoP堆叠封装结构,其特征是:所述铜柱(3)的外圆周面包裹一层塑胶层(3-1),铜柱(3)的上下表面为裸露表面。
3.如权利要求1所述的高密度IO互连PoP堆叠封装结构,其特征是:所述铜柱(3)的高度大于芯片(4)的高度。
4.如权利要求2所述的高密度IO互连PoP堆叠封装结构,其特征是:所述的塑胶层(3-1)的厚度为10~20μm。
5.一种高密度IO互连PoP堆叠封装结构的制造工艺,其特征是,包括以下步骤:
(1)在做好内部连线结构的下封装体基板(1)的上表面涂覆焊膏,得到多个正面焊球(2);
(2)将铜柱(3)放置于对应的正面焊球(2)处,并将铜柱(3)的一端与正面焊球(2)焊接固定;
(3)在下封装体基板(1)上表面安装芯片(4);
(4)采用塑封材料(5)将正面焊球(2)、铜柱(3)和芯片(4)塑封成一整体;
(5)对塑封材料(5)的上表面进行抛光,以露出铜柱(3)的上表面,使铜柱(3)的上端凸出于塑封材料(5)的上表面;
(6)在下封装体基板(1)下表面进行植球,得到背面焊球(6),完成下封装体(7)的制作;
(7)将步骤(6)得到的下封装体(7)与上封装体(1a)进行堆叠,上封装体(1a)背面的焊球(2a)与下封装体(7)中的铜柱(3)上表面连接。
6.如权利要求5所述的高密度IO互连PoP堆叠封装结构的制造工艺,其特征是:所述铜柱(3)凸出于塑封材料(5)上表面的高度为10~20μm。

说明书全文

密度IO互连PoP堆叠封装结构及其制造工艺

技术领域

[0001] 本发明涉及一种高密度IO互连PoP堆叠封装结构及其制造工艺,属于半导体封装技术领域。

背景技术

[0002] 移动通信产品关键是要解决“带宽”的问题,通俗的讲就是高速处理信号的能。解决方案之一就是在逻辑器件上放置一枚存储器件(通常为动态存储器);即,通过叠层封装(Package on Package,POP封装)将内存和处理器封装到了一起,实现小型化,节约电路板空间、减少引脚数、简化系统集成和提高性能。PoP封装有助于客户推出体积小巧、功能丰富的无线电话、PDA、数码相机和MP3播放器。
[0003] 随着用户对先进功能不断增长的需求,PoP封装中逻辑器件和存储器件之间的互连密度不断提高。在这种情况下,靠进一步缩小PoP封装中焊球尺寸的方式来提升互连I/O数量受到材料物理特性和设备工艺的限制,互连I/O数量逐渐成为限制PoP封装性能提升的瓶颈
[0004] 而在公布号为CN102325431A的专利申请文件中,公开了一种在电路板上制作柱的方法和具有表面铜柱的电路板,在基板上通过电制作铜柱的方法,从而可以减小I/O互连节距,提升互连数量。但电镀耗费过大,故有必要提出一种新的铜柱制作方式,以解决现有电镀方式费用过大的问题。
[0005] 器件的堆叠是提高电子封装高密化的主要途径之一,作为目前封装高密集成的主要方式,PoP封装得到越来越多的重视。现有技术中,典型的两层PoP封装结构一般如图1所示,上封装体1a通过焊球2a的回流过程焊接到下封装体3a的上面。为了避免下封装体3a上的芯片4a碰撞上封装体1a,上封装体1a周边的焊球2a直径一般设计为大于下封装体3a上芯片4a的高度,但是如此设计就增加了焊球2a及其间距的尺寸,这与封装技术的高密集成要求相背。因此有必要对上述封装结构进行进一步改进。

发明内容

[0006] 本发明的目的是克服现有技术中存在的不足,提供一种高密度IO互连PoP堆叠封装结构及其制造工艺,缩小上封装体和下封装体之间的互连节距,提升I/O互连数量;另外所述制造工艺相比基板电镀工艺,成熟度高,成本低。
[0007] 按照本发明提供的技术方案,所述高密度IO互连PoP堆叠封装结构,包括上封装体和下封装体,其特征是:所述下封装体包括具有内部连线结构的下封装体基板,在下封装体基板的背面设置背面焊球,在下封装体基板正面固定芯片和多个正面焊球,正面焊球上设置铜柱,芯片、正面焊球和铜柱被塑封于塑封材料中,铜柱的下端与正面焊球固定,铜柱的上端凸出于塑封材料的表面;所述上封装体背面的焊球与下封装体中的铜柱上表面连接。
[0008] 进一步的,所述铜柱的外圆周面包裹一层塑胶层,铜柱的上下表面为裸露表面。
[0009] 进一步的,所述铜柱的高度大于芯片的高度。
[0010] 进一步的,所述的塑胶层的厚度为10~20μm。
[0011] 所述高密度IO互连PoP堆叠封装结构的制造工艺,其特征是,包括以下步骤:(1)在做好内部连线结构的下封装体基板的上表面涂覆焊膏,得到多个正面焊球;
(2)将铜柱放置于对应的正面焊球处,并将铜柱的一端与正面焊球焊接固定;
(3)在下封装体基板上表面安装芯片;
(4)采用塑封材料将正面焊球、铜柱和芯片塑封成一整体;
(5)对塑封材料的上表面进行抛光,以露出铜柱的上表面,使铜柱的上端凸出于塑封材料的上表面;
(6)在下封装体基板下表面进行植球,得到背面焊球,完成下封装体的制作;
(7)将步骤(6)得到的下封装体与上封装体进行堆叠,上封装体背面的焊球与下封装体中的铜柱上表面连接。
[0012] 进一步的,所述铜柱凸出于塑封材料上表面的高度为10~20μm。
[0013] 本发明所述高密度IO互连PoP堆叠封装结构及其制造工艺,通过在PoP下封装体上涂覆焊锡膏和贴装金属铜柱(或塑胶包裹铜柱结构)的方式,缩小上、下封装体之间的互连节距,提升I/O互连数量。同时,本发明所述工艺相比基板电镀工艺,成熟度高,成本低,本发明为一些高密度I/O互连叠层封装PoP产品提供了一套实际高效的解决方案。附图说明
[0014] 图1为现有技术中两层PoP封装结构的示意图。
[0015] 图2~图8为所述高密度IO互连PoP堆叠封装结构的制备流程图。其中:图2为在下封装体基板上涂覆焊锡膏的示意图。
[0016] 图3为在正面焊球上固定铜柱的示意图。
[0017] 图4为在下封装体中安装芯片的示意图。
[0018] 图5将正面焊球、铜柱和芯片进行塑封的示意图。
[0019] 图6为对塑封材料进行抛光的示意图。
[0020] 图7为制作背面焊球的示意图。
[0021] 图8为本发明所述高密度IO互连PoP堆叠封装结构的示意图。
[0022] 图9为采用塑胶芯表面镀铜结构铜柱的封装结构示意图。
[0023] 图中序号:下封装体基板1、正面焊球2、铜柱3、塑胶层3-1、芯片4、塑封材料5、背面焊球6、下封装体7。

具体实施方式

[0024] 下面结合具体附图对本发明作进一步说明。
[0025] 如图8所示:所述高密度IO互连PoP堆叠封装结构包括上封装体1a和下封装体7,下封装体7包括已做好内部连线结构的下封装体基板1,在下封装体基板1的背面设置背面焊球6,在下封装体基板1正面固定芯片4和多个正面焊球2,正面焊球2上设置铜柱3,铜柱3的高度大于芯片4的高度,芯片4、正面焊球2和铜柱3被塑封于塑封材料5中,铜柱
3的下端与正面焊球2固定,铜柱3的上端凸出于塑封材料5的表面,铜柱3凸出于塑封材料5表面的高度为10~20μm;所述上封装体1a背面的焊球2a与下封装体7中的铜柱3上表面实现电连接,可以避免下封装体7上的芯片4碰撞上封装体1a;
所述铜柱3也可以采用如图9所示的结构,在铜柱3的外圆周面包裹一层塑胶层3-1,铜柱3的上下表在为裸露表面,起到保护铜柱3,防止化的作用。
[0026] 上述高密度IO互连PoP堆叠封装结构的制造工艺,包括以下步骤:(1)如图2所示,在做好内部连线结构的下封装体基板1的上表面涂覆焊锡膏,得到多个正面焊球2;
(2)如图3所示,采用表面贴装工艺将铜柱3放置于对应的正面焊球2处,并将铜柱3的一端与正面焊球2焊接固定;
(3)如图4所示,在下封装体基板1上表面安装芯片4,具体方法为:采用传统工艺(即die attach,芯片黏着工艺),在下封装体基板1上涂die attach paste(固晶胶),然后将芯片采用加压的方式安装在下封装体基板1上,进行固化;图4中采用的为倒装芯片
(4)如图5所示,采用塑封材料5将正面焊球2、铜柱3和芯片4塑封成一整体;所述塑封材料5一般采用环氧树脂塑封料;
(5)如图6所示,对塑封材料5的上表面进行抛光,以露出铜柱3的上表面,使铜柱3的上端凸出于塑封材料5的上表面,以方便上下器件之间的堆叠加;所述铜柱3凸出于塑封材料5上表面的高度大概为10~20μm;
(6)如图7所示,在下封装体基板1下表面进行植球,得到背面焊球6,完成下封装体7的制作;
(7)如图8所示,将步骤(6)得到的下封装体7与已做好内层和外层连线结构的上封装体1a进行堆叠,上封装体1a背面的焊球2a与下封装体7中的铜柱3上表面实现电连接,可以避免下封装体7上的芯片4碰撞上封装体1a。
[0027] 其中,步骤(2)所采用的铜柱3也可以采用如图9所示的结构,在铜柱3的外圆周面包裹一层塑胶层3-1,起到保护铜柱3,防止氧化的作用;其中,所述的塑胶层3-1采用的厚度为10~20μm。
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