一种扇出封装结构及其形成方法

技术领域

本发明涉及半导体封装技术领域，尤其涉及一种扇出封装结构及其形成方法。

背景技术

伴随着微电子技术的快速发展，集成电路的特征尺寸不断缩小，互联的密度不断提高，对于封装整理的尺寸要求越来越严格，如何将多种不同尺寸类型的芯片高度集成在一个封装体中是如今芯片封装领域小型化趋势中一个主要的方向。

目前业界主流的扇出封装技术，都是通过芯片重构晶圆，并在该晶圆上进行RDL(Re-Distribution Layer，重布线层)来实现芯片的扇出封装，多种芯片的集成方式仅仅通过在平面上的集成完成封装，相对来说在三维方向上的利用率不足，同时由于传感芯片（MEMS芯片，光学传感器等）采集的感知信号不能穿过塑封料，故芯片表面不可以被塑封料覆盖。现有的将传感芯片塑封的封装结构会影响感知信号的传输。

发明内容

为解决现有技术中的上述问题中的至少一部分问题，本发明提供了一种扇出封装结构，包括：

第一芯片；

导电柱，其位于所述第一芯片的旁边，且一端与所述第一芯片的正面持平；

塑封层，其塑封所述第一芯片和所述导电柱，且所述第一芯片的正面和所述导电柱的两端露出所述塑封层；

第一互连结构，其布置在所述塑封层的第一面，并与所述第一芯片及所述导电柱电连接，其中所述塑封层的第一面为同时露出所述第一芯片和所述导电柱的表面；

第二互连结构，其布置在所述第一互连结构背离所述塑封层的一面；以及

第二芯片，其错位倒装布置在所述第二互连结构背离所述第一互连结构的一面。

进一步地，所述第二芯片的一部分与第二互连结构连接，另一部分在水平方向超出第二互连结构，处于悬空状态。

进一步地，还包括：

第三互连结构，其布置在所述塑封层的第二面，并与所述导电柱电连接，其中所述塑封层的第二面与第一面相对；

第四互连结构，其布置在所述第三互连结构背离所述塑封层的一面，并与所述第三互连结构电连接；

焊球，其布置在所述第四互连结构背离第三互连结构的一面；以及

底填胶，其填充在所述第二芯片与所述第二互连结构之间。

进一步地，所述第一互连结构包括：

第一介质层，其布置在所述塑封层的第一面；以及

第一重布线层，其位于第一介质层中，且表面露出第一介质层，所述第一重布线层与所述第一芯片及所述导电柱电连接；

所述第二互连结构包括：

第二介质层，其布置在所述第一互连结构背离所述塑封层的一面；以及

第一凸点下金属，其位于所述第二介质层中，且表面露出所述第二介质层，所述第一凸点下金属与第一重布线层电连接。

进一步地，所述第二芯片具有凸点，第二芯片的部分凸点与所述第一凸点下金属连接。

进一步地，所述第三互连结构包括：

第三介质层，其布置在所述塑封层的第二面；以及

第二重布线层，其位于所述第三介质层中，且表面露出所述第三介质层，所述第二重布线层与所述导电柱电连接；

所述第四互连结构包括：

第四介质层，其布置在所述第三互连结构背离所述塑封层的一面；以及

第二凸点下金属，其位于所述第四介质层中，且表面露出所述第四介质层，所述第二凸点下金属与所述第二重布线层电连接。

本发明还提供一种扇出封装结构的形成方法，包括：

在载片上覆盖临时键合层，并将第一芯片倒装布置在临时键合层上；

在所述临时键合层上、所述第一芯片的旁边布置导电柱；

在所述临时键合层上形成包裹所述第一芯片和所述导电柱的塑封层；

去除所述载片及所述临时键合层，暴露所述第一芯片的正面和所述导电柱的一端，并在所述塑封层的第一面依次布置第一互连结构和第二互连结构，其中所述塑封层的第一面为暴露所述第一芯片和所述导电柱的表面；以及

将第二芯片错位倒装布置在所述第二互连结构背离塑封层的一面，并在所述第二芯片与所述第二互连结构之间填充底填胶。

进一步地，在错位倒装布置第二芯片之前还包括：

将所述塑封层的第二面减薄，露出所述导电柱的另一端，所述塑封层的第二面与第一面相对；

在所述塑封层的第二面依次布置第三互连结构和第四互连结构；以及

在所述第四互连结构处布置焊球。

进一步地，在所述塑封层的第一面依次布置第一互连结构和第二互连结构包括：

在所述塑封层的第一面覆盖第一介质层，刻蚀所述第一介质层形成线路图形，并在线路图形中填充金属形成第一重布线层，得到所述第一互连结构，其中所述第一重布线层与所述第一芯片及所述导电柱电连接；以及

在所述第一介质层背离所述塑封层的表面覆盖第二介质层，通过刻蚀去除部分覆盖所述第一重布线层的所述第二介质层形成凸点下金属图形，填充金属形成第一凸点下金属，得到第二互连结构，所述第一凸点下金属与所述第一重布线层电连接；

在所述塑封层的第二面依次布置第三互连结构和第四互连结构包括：

在所述塑封层的第二面覆盖第三介质层，刻蚀所述第三介质层形成线路图形，并在线路图形中填充金属形成第二重布线层，得到第三互连结构；以及

在所述第三介质层背离所述塑封层的表面覆盖第四介质层，通过刻蚀去除部分覆盖所述第二重布线层的所述第四介质层形成凸点下金属图形，填充金属形成第二凸点下金属，得到第四互连结构。

进一步地，所述第二芯片的正面具有凸点，部分所述凸点与所述第一凸点下金属电连接，使得所述第二芯片的一部分与第二互连结构连接，另一部分在水平方向超出第二互连结构，处于悬空状态。

本发明至少具有下列有益效果：本发明公开的一种扇出封装结构及其形成方法，实现三维方向的芯片集成，显著提高了集成密度；通过扇出的方式解决了传感芯片的系统集成问题，且传感芯片在传输感知信号的过程中无需穿过塑封料；采用扇出封装，芯片之间可以通过导电柱进行信号传输，大幅了降低了信号传输路径，节约了基板传输媒介，有效的满足了高性能、低延时、单片模组低成本的要求；而且未被塑封的传感芯片错位设置，一部分悬空，构成悬臂梁结构，悬臂梁结构处没有任何干扰的介质，有利于芯片与外界互连。

附图说明

为了进一步阐明本发明的各实施例的以上和其它优点和特征，将参考附图来呈现本发明的各实施例的更具体的描述。可以理解，这些附图只描绘本发明的典型实施例，因此将不被认为是对其范围的限制。在附图中，为了清楚明了，相同或相应的部件将用相同或类似的标记表示。

图1示出了本发明一个实施例的一种扇出封装结构的剖面示意图;

图2示出了本发明一个实施例的第一芯片与载片键合的示意图；

图3示出了本发明一个实施例的在载片上布置导电柱的示意图；

图4示出了本发明一个实施例的塑封芯片的示意图；

图5示出了本发明一个实施例的在塑封层的第一面形成互连结构的示意图；

图6示出了本发明一个实施例的塑封层减薄后的示意图；

图7示出了本发明一个实施例的在塑封层的第二面布置互连结构的示意图；

图8示出了本发明一个实施例的布置焊球的示意图；以及

图9示出了本发明一个实施例的第二芯片的错位倒装示意图。

附图标记：101第一芯片；102导电柱；103塑封层；104第一介质层；105第一重布线层；106第二介质层；107第一凸点下金属；108第二芯片；109底填胶；110第三介质层；111第二重布线层；112第四介质层；113第二凸点下金属；114焊球；201载片；202临时键合层；203第一芯片；204导电柱；205塑封层；206第一介质层；207第一重布线层；208第二介质层；209第一凸点下金属；210第三介质层；211第二重布线层；212第四介质层；213第二凸点下金属；214焊球；215第二芯片；216底填胶。

具体实施方式

应当指出，各附图中的各组件可能为了图解说明而被夸大地示出，而不一定是比例正确的。

在本发明中，各实施例仅仅旨在说明本发明的方案，而不应被理解为限制性的。

在本发明中，除非特别指出，量词“一个”、“一”并未排除多个元素的场景。

在此还应当指出，在本发明的实施例中，为清楚、简单起见，可能示出了仅仅一部分部件或组件，但是本领域的普通技术人员能够理解，在本发明的教导下，可根据具体场景需要添加所需的部件或组件。

在此还应当指出，在本发明的范围内，“相同”、“相等”、“等于”等措辞并不意味着二者数值绝对相等，而是允许一定的合理误差，也就是说，所述措辞也涵盖了“基本上相同”、“基本上相等”、“基本上等于”。

在此还应当指出，在本发明的描述中，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是明示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为明示或暗示相对重要性。

另外，本发明的实施例以特定顺序对工艺步骤进行描述，然而这只是为了方便区分各步骤，而并不是限定各步骤的先后顺序，在本发明的不同实施例中，可根据工艺的调节来调整各步骤的先后顺序。

图1示出了本发明一个实施例的一种扇出封装结构的剖面示意图。

如图1所示，一种扇出封装结构包括第一芯片101、导电柱102、塑封层103、第一互连结构、第二互连结构、第二芯片108、底填胶109、第三互连结构、第四互连结构、焊球114。

第一芯片101的正面具有管脚。

导电柱102的一端与第一芯片101的正面持平。导电柱102位于第一芯片101的旁边。

塑封层103塑封第一芯片101和导电柱102，且第一芯片101的正面和导电柱102的两端露出塑封层103。塑封层103的第一面与第一芯片101的正面及导电柱102的一端持平，塑封层103的第二面与导电柱102的另一端持平，塑封层103的第一面与第二面相对。

第一互连结构布置在塑封层103的第一面，并与第一芯片101及导电柱102电连接。第一互连结构包括第一介质层104和第一重布线层105，第一重布线层105位于第一介质层104中，且表面露出第一介质层104。第一重布线层105与第一芯片101及导电柱102电连接。

第二互连结构布置在第一互连结构背离塑封层103的一面。第二互连结构与第一互连结构电连接。第二互连结构包括第二介质层106和第一凸点下金属107，第一凸点下金属107位于第二介质层106中，且表面露出第二介质层106。第一凸点下金属107与第一重布线层105电连接。

第二芯片108错位倒装布置在第二互连结构背离第一互连结构的一面。第二芯片108的正面具有凸点，第二芯片108的部分凸点与第一凸点下金属107连接，使得第二芯片108的一部分与第二互连结构连接，另一部分在水平方向超出第二互连结构，处于悬空状态，构成悬臂梁结构，悬臂梁结构处没有任何干扰的介质，这样更有利于第二芯片108和外界（光口、空腔、接收器等）互连。

第二芯片108是传感芯片，例如微机电系统（MEMS）芯片、光学传感器、温度传感芯片、湿度传感芯片、压力传感芯片、气体传感芯片、生物传感芯片等。第二芯片108未被塑封，避免了被塑封料影响传感信号的传输。第一芯片101与第二芯片108可以是相同的芯片，还可以不同。

底填胶109填充在第二芯片108与第二互连结构之间。

第三互连结构布置在塑封层103的第二面，并与导电柱102电连接。第三互连结构包括第三介质层110和第二重布线层111，第二重布线层111位于第三介质层110中，且表面露出第三介质层110。第二重布线层111与导电柱102电连接。

第四互连结构布置在第三互连结构背离塑封层103的一面，并与第三互连结构电连接。第四互连结构包括第四介质层112和第二凸点下金属113，第二凸点下金属113位于第四介质层112中，且表面露出第四介质层112。第二凸点下金属113与第二重布线层111电连接。

焊球114布置在第四互连结构背离第三互连结构的一面。焊球114与第二凸点下金属113连接。

图2示出了本发明一个实施例的第一芯片与载片键合的示意图；图3示出了本发明一个实施例的在载片上布置导电柱的示意图；图4示出了本发明一个实施例的塑封芯片的示意图；图5示出了本发明一个实施例的在塑封层的第一面形成互连结构的示意图；图6示出了本发明一个实施例的塑封层减薄后的示意图；图7示出了本发明一个实施例的在塑封层的第二面布置互连结构的示意图；图8示出了本发明一个实施例的布置焊球的示意图；图9示出了本发明一个实施例的第二芯片的错位倒装示意图。

一种扇出封装结构的形成方法包括：

步骤1，如图2所示，在载片201上覆盖临时键合层202，并将第一芯片203倒装布置在临时键合层202上。第一芯片203的正面具有管脚，第一芯片203的正面与临时键合层202连接。

步骤2，如图3所示，在临时键合层202上、第一芯片203的旁边布置导电柱204。

步骤3，如图4所示，在临时键合层202上形成包裹第一芯片203和导电柱204的塑封层205。与临时键合层202连接的塑封层205的第一面与第一芯片203的正面持平，管脚未被塑封层205覆盖。

步骤4，如图5所示，去除载片201及临时键合层202，暴露第一芯片203的正面和导电柱204的一端，并在塑封层205的第一面依次布置第一互连结构和第二互连结构。

第一互连结构包括第一介质层206和第一重布线层207，第二互连结构包括第二介质层208及第一凸点下金属209。第一凸点下金属209与第一重布线层207电连接。第一重布线层207与导电柱204及第一芯片203电连接。

具体的，在塑封层205的第一面覆盖第一介质层206，刻蚀第一介质层206形成线路图形，并在线路图形中填充金属形成第一重布线层207。在第一介质层206背离塑封层205的表面覆盖第二介质层208，通过刻蚀去除部分覆盖第一重布线层207的第二介质层208形成凸点下金属图形，在凸点下金属图形中填充金属形成第一凸点下金属209。

步骤5，如图6所示，将塑封层205的第二面减薄，露出导电柱204的另一端。塑封层205的第二面与第一面相对。

步骤6，如图7所示，在塑封层205的第二面依次布置第三互连结构和第四互连结构。

第三互连结构包括第三介质层210和第二重布线层211，第四互连结构包括第四介质层212及第二凸点下金属213。第二凸点下金属213与第二重布线层211电连接。第二重布线层211与导电柱204电连接。

具体的，在塑封层205的第二面覆盖第三介质层210，刻蚀第三介质层210形成线路图形，并在线路图形中填充金属形成第二重布线层211。在第三介质层210背离塑封层205的表面覆盖第四介质层212，通过刻蚀去除部分覆盖第二重布线层211的第四介质层212形成凸点下金属图形，在凸点下金属图形中填充金属形成第二凸点下金属213。

步骤7，如图8所示，通过植球工艺在第四互连结构处布置焊球214。焊球214与第二凸点下金属213电连接。

步骤8，如图9所示，将第二芯片215错位倒装布置在第二互连结构背离塑封层205的一面，并在第二芯片215与第二互连结构之间填充底填胶216。将第二芯片215正面的部分凸点与第一凸点下金属209连接，第二芯片215的一部分与第二互连结构连接，另一部分在水平方向超出第二互连结构，处于悬空状态，构成悬臂梁结构，悬臂梁结构处没有任何干扰的介质，这样更有利于第二芯片215和外界（光口、空腔、接收器等）互连。

第二芯片215是传感芯片，例如微机电系统（MEMS）芯片、光学传感器、温度传感芯片、湿度传感芯片、压力传感芯片、气体传感芯片、生物传感芯片等。

虽然本发明的一些实施方式已经在本申请文件中予以了描述，但是本领域技术人员能够理解，这些实施方式仅仅是作为示例示出的。本领域技术人员在本发明的教导下可以想到众多的变型方案、替代方案和改进方案而不超出本发明的范围。所附权利要求书旨在限定本发明的范围，并借此涵盖这些权利要求本身及其等同变换的范围内的方法和结构。