基板嵌埋局部有机互联桥的芯片高密度封装方法及结构

技术领域

本发明涉及芯片封装技术领域，特别涉及一种基板嵌埋局部有机互联桥的芯片高密度封装方法及结构。

背景技术

先进制程发展趋缓，芯片性能提升减慢，摩尔定律面临失效。随着集成电路工艺向着3nm甚至2nm方向发展，单颗系统芯片(System on Chip，SoC)设计开发费用成本超过10亿美元，且单颗大芯片的制造难度大、良率低导致经济效益变差。Chiplet通过拆分SoC获得小尺寸、跨工艺节点、高良率的芯粒并实现IP复用，可有效降低芯片面积、降低成本，并通过先进封装技术实现大尺寸、多功能整合。芯粒间横向高密度互联是实现高性能封装的基础。目前主流的2.5D和3D封装技术均基于高密度布线硅转接板，如台积电，使用晶圆前道工艺制造的硅转接板线宽/线距＜2μm/2μm，实现芯粒间超带宽横向互联提高封装整体性能。但是基于晶圆工艺的硅转接板包括高深宽比的硅通孔和高密局冲重布线层(RDL)，工艺难度大，目前仅少数头部晶圆厂具备硅转接板工艺能力，高昂的开发费用也导致硅转接板产品应用较少。

为解决大尺寸硅转接板的成本和工艺难题，Intel开发了小尺寸硅桥并将其嵌入到基板中实现2.5D封装，称之为EMIB技术。一方面硅桥仍采用晶圆制造工艺，生产周期长，且随着芯粒/芯片数量增加硅桥也相应增多，工艺难度和成本提升；另一方面硅的热膨胀系数(CTE)为2.4ppm/℃，典型的FCBGA封装基板CTE为14.2ppm/℃，基板与硅桥之间存在CTE失配，基板单面嵌埋硅桥数量过多后将在基板两侧产生不对称的应力和应变，导致基板和硅桥之间粘接分层、线路开裂进而导致基板整体失效。例如公开号为CN116130457A的中国发明专利申请公开的一种具有硅桥互连结构的2.5D封装结构及其制作方法，包括至少两个芯片与硅桥键合构成的硅桥互连结构和玻璃中介层，玻璃中介层上设有贯穿第一表面和第二表面的金属通孔，并且在玻璃中介层的第一表面和第二表面上分别设有与金属通孔连接的第一重布线层和第二重布线层以及包覆住第一重布线层和第二重布线层的第一钝化层和第二钝化层，至少两个芯片通过微凸点倒装在硅桥的高密度布线层上以构成硅桥互连结构，通过凸点键合在玻璃中介层的第一重布线层，将玻璃中介层的第二重布线层焊接在基板上，实现芯片与基板的电连接。该方案两个芯片之间仍通过硅桥互连结构形成互连，需要提出成本更低、CTE失配更小、可靠性更高的2.5D封装方法。

发明内容

本发明的目的是：针对上述背景技术中存在的不足，提供一种有机互联桥替代硅桥的芯片封装方案，实现工艺难度小、成本低、可靠性高的2.5D封装。

为了达到上述目的，本发明提供了一种基板嵌埋局部有机互联桥的芯片高密度封装方法，包括如下步骤：

S1，准备临时载板；

S2，在临时载板上粘贴一层ABF材料，形成ABF层；

S3，将互联桥导线层和聚酰亚胺层依次堆叠在ABF层上，实现互联桥导线层的互联；

S4，将临时载板上的有机层切割为若干有机互联桥分段；

S5，将临时载板与有机互联桥解键合，得到若干有机互联桥；

S6，在基板中嵌埋有机互联桥，实现相邻芯片的横向高速互联。

进一步地，S1中临时载板的材质为玻璃或硅片或DFT材料。

进一步地，S2中通过光/热固化胶粘贴ABF材料，S5中通过光/热将临时载板与有机互联桥解键合。

进一步地，S3中通过机械/激光进行切割。

进一步地，S6具体包括如下子步骤：

S61，在基板表面开设有机互联桥的安装凹槽；

S62，在安装凹槽底部放入填充胶，将有机互联桥嵌埋入基板的安装凹槽中；

S63，在基板、有机互联桥表面制造微凸点焊盘；

S64，将芯片键合在基板、有机互联桥上，使芯片与基板以及有机互联桥连接；

S65，通过填充胶填充微凸点间隙；

S66，在基板背面植入BGA焊球。

进一步地，所述有机互联桥用于连接所述基板上横向的相邻两个芯片。

本发明还提供了一种基板嵌埋局部有机互联桥的芯片高密度封装结构，包括基板、有机互联桥和芯片，所述基板包括基板芯材层、以及位于所述基板芯材层的上方和下方的基板导线层，所述基板上方的基板导线层开设有安装凹槽，所述有机互联桥埋设于所述安装凹槽内，所述芯片通过微凸点与所述基板、所述有机互联桥键合，所述有机互联桥连接横向的相邻两个所述芯片。

进一步地，所述有机互联桥包括互联桥导线层，所述安装凹槽的底部填充底填胶，所述互联桥导线层与所述基板导线层不导通。

进一步地，所述基板下方的基板导线层也开设有所述安装凹槽，所述安装凹槽内设置所述有机互联桥，所述基板的下方设置有芯片，所述述基板下方的芯片通过所述有机互联桥实现横向互联。

本发明的上述方案有如下的有益效果：

本发明提供的基板嵌埋局部有机互联桥的芯片高密度封装方法及结构，能够采用基板制造工艺实现在ABF上堆叠多层PI和多层导线，线宽/线距＜10μm/μm，由于封装基板的工艺已经非常成熟，相较硅转接板而言，有机互联桥的工艺难度更小及加工成本更低，可以兼容现有基板厂商，实现快速大规模生产，周期可以快速缩短，有利于新产品开发迭代和上市；本发明采用的PI材料和ABF材料是高密度基板常用的材料，热膨胀(CTE)失配更小，因此失效风险更小，寿命和可靠性更高，可以根据需求在基板内部嵌埋更多数量的有机互联桥；本发明中有机互联桥材质与基板的布线层相同，相较于硅转接板与基板的布线层异质材料互联，同质材料互联工艺成熟，CTE匹配更好，界面结合更好，基板和2.5D封装的可靠性更佳；虽然采用有机互联桥的2.5D布线密度可能不及硅转接板，但其成本更低，工艺难度更小，基板可靠性更高，可以实现更高的性价比；

本发明的其它有益效果将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

附图说明

图1为本发明的S1对应结构示意图；

图2为本发明的S2对应结构示意图；

图3为本发明的S3对应结构示意图；

图4为本发明的S4对应结构示意图；

图5为本发明的S5对应结构示意图；

图6为本发明的S6对应结构示意图；

图7为本发明的S61对应结构示意图；

图8为本发明的S62对应结构示意图；

图9为本发明的S63对应结构示意图；

图10为本发明的S64对应结构示意图；

图11为本发明的S65对应结构示意图。

【附图标记说明】

1-临时载板；2-ABF层；3-互联桥导线层；4-聚酰亚胺层；5-有机互联桥；7-基板；701-基板芯材层；702-基板导线层；8-芯片；9-安装凹槽；10-微凸点；11-BGA焊球；12-底填层。

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本公开的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本公开的其他优点与功效。显然，所描述的实施例仅仅是本公开一部分实施例，而不是全部的实施例。本公开还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本公开的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。基于本公开中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本公开保护的范围。

需要说明的是，下文描述在所附权利要求书的范围内的实施例的各种方面。应显而易见，本文中所描述的方面可体现于广泛多种形式中，且本文中所描述的任何特定结构及/或功能仅为说明性的。基于本公开，所属领域的技术人员应了解，本文中所描述的一个方面可与任何其它方面独立地实施，且可以各种方式组合这些方面中的两者或两者以上。举例来说，可使用本文中所阐述的任何数目个方面来实施设备及/或实践方法。另外，可使用除了本文中所阐述的方面中的一或多者之外的其它结构及/或功能性实施此设备及/或实践此方法。

还需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本公开的基本构想，图式中仅显示与本公开中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。另外，在以下描述中，提供具体细节是为了便于透彻理解实例。然而，所属领域的技术人员将理解，可在没有这些特定细节的情况下实践所述方面。

实施例1：

本发明的实施例1提供了一种基板嵌埋局部有机互联桥的芯片高密度封装方法，包括如下步骤：

S1，如图1所示，准备一块临时载板1，临时载板1的材质可以为玻璃、硅片、DFT材料等。

S2，如图2所示，在临时载板1上通过光/热固化胶粘贴一层ABF材料，形成ABF层2。

S3，如图3所示，在ABF层2制备多层互联线，可以采用基板制造工序，如刻蚀、电镀、层压等工艺后，将互联桥导线层3(铜层)和聚酰亚胺层4(PI层)依次堆叠在ABF层2上，实现互联桥导线层3之间的互联。

S4，如图4所示，通过机械/激光等方式对有机层进行切割，将临时载板1上的有机层切割为若干小尺寸的、局部的有机互联桥5。

S5，如图5所示，通过光/热方式将临时载板1与有机互联桥5解键合，得到若干有机互联桥5。

S6，如图6所示，在基板7中嵌埋有机互联桥5，实现相邻芯片8的横向高速互联，获得高密度2.5D封装结构。

该方法中，采用基板7制造工艺(如减成法、加成法、半加成法、ETS等)实现在ABF上堆叠多层PI和多层导线，线宽/线距＜10μm/μm。由于封装基板7的工艺已经非常成熟，相较硅转接板而言，有机互联桥5的工艺难度更小及加工成本更低，可以兼容现有基板7厂商，实现快速大规模生产，周期可以快速缩短，有利于新产品开发迭代和上市。采用的PI材料和ABF材料是高密度基板7常用的材料，热膨胀(CTE)失配更小，因此失效风险更小，寿命和可靠性更高，可以根据需求在基板7内部嵌埋更多数量的有机互联桥5。有机互联桥5材质与基板7的布线层相同，相较于硅转接板与基板7的布线层异质材料互联，同质材料互联工艺成熟，CTE匹配更好，界面结合更好，基板7和2.5D封装的可靠性更佳。虽然，采用有机互联桥5的2.5D布线密度可能不及硅转接板，但其成本更低，工艺难度更小，基板7可靠性更高，可以实现更高的性价比。

实施例2：

本发明的实施例2提供了一种实施例1中有机互联桥的安装方法，即实施例1中S6的具体步骤：

S61，如图7所示，基板7制备过程中，在基板7表面开设有机互联桥5的安装凹槽9。

S62，如图8所示，在安装凹槽9底部放入填充胶，将有机互联桥5嵌埋入基板7的安装凹槽9中。

S63，如图9所示，在基板7、有机互联桥5表面制造微凸点10焊盘。

S64，如图10所示，使用回流或者热压键合等方式，将芯片8(或芯粒)键合在基板7、有机互联桥5上，使芯片8与基板7以及有机互联桥5连接。

S65，如图11所示，采用填充胶填充微凸点10间隙。

S66，请再次参阅图6，在基板7背面植入BGA焊球11，完成整个芯片封装结构的制备。

需要说明的是，本实施例中的基板7本身可以为现有技术中常见的形式，通过基板7制造工艺完成。所采用的有机互联桥5的线宽/线距＜10μm/μm(现有技术中封装基板7通常的线宽/线距)，在横向上实现两个相邻芯片8之间的高密度互联，相较于基板7或者PCB板之间的横向互联，信号传输距离显著减小、大幅增加了走线密度，从而显著提高了封装体的性能，同时相对于硅转接板的形式，成本更低，工艺难度更小，基板可靠性更高。

其中，基板7包括基板芯材层701、以及位于基板芯材层701的上方和下方的基板导线层702，有机互联桥5埋设于上方和下方的基板导线层702内，基板导线层702包括介质材料和导电线路，有机互联桥5嵌埋入安装凹槽9后，基于填充胶的设置，不与导电线路电性连接。本实施例中的基板芯材层701以典型的三明治结构为例，基材为常用的树脂与玻纤的层压材料，上下两层制造基板导线层，两层基板导线层之间通过基板芯材层701上的过孔来实现基板芯材层上下的互联。使用树脂等介质材料和铜，在基板芯材层的上下制造若干基板导线层702，在基板导线层702上开设安装凹槽9，以安装有机互联桥5。

芯片8通过微凸点10与基板7、有机互联桥5键合，即芯片8通过微凸点10同时与基板7及有机互联桥5连接。并且，微凸点10的位置设置有底填层12，底填层12由底填胶填充，实现应力缓冲和保护功能。

实施例3：

本发明的实施例3提供了一种基板嵌埋局部有机互联桥的芯片高密度封装结构，包括基板7、有机互联桥5和芯片8。其中，基板7包括基板芯材层701、以及位于基板芯材层701的上方和下方的基板导线层702。在基板7上方的基板导线层702的对应位置开设安装凹槽9，安装凹槽9的底部填充底填胶，有机互联桥5埋设于安装凹槽9内，芯片8通过微凸点10与基板7、有机互联桥5键合，依靠有机互联桥5连接横向的两个芯片8。

其中，基板导线层702包括介质材料和铜，通过基板导线层702、基板芯材层701上的过孔使基板7的上下层连接，而有机互联桥5的互联桥导线层3与基板导线层701是不连接的，在安装凹槽9内底填胶的填充下。因此，有机互联桥5仅用于横向连接两个芯片8，有机互联桥5内的互联线仅设置横向互联线即可，进一步简化了有机互联桥5的结构，降低了制造难度、制造成本等。

实施例4：

本发明的实施例4提供了另一种基板嵌埋局部有机互联桥的芯片高密度封装结构，与实施例3的主要区别在于，在基板7下方的基板导线层702的对应位置也开设安装凹槽9，安装凹槽9内填充底填胶以及安装有机互联桥5，同时基板7下方安装芯片8，其通过有机互联桥5实现横向互联，且依靠基板导线层702实现上下互联。该方式进一步提升了芯片8封装密度，且基于前述提及的、有机互联桥5材质与基板导线层702相同，因此在布置更多有机互联桥5、芯片8的同时，CTE匹配等仍能够得到保证，从而提升封装密度的同时保证基板7和2.5D封装的可靠性。

以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对申请范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请的保护范围应以所附权利要求为准。