一种2.5D注塑模组可控翘曲焊接方法

技术领域

本发明属于半导体封装技术领域，特别涉及一种2.5D注塑模组可控翘曲焊接方法。

背景技术

随着FPGA、SoC、CPU和GPU等超大规模集成电路向高速、高密度、高性能方向发展。单芯片倒装焊封装已难以满足高密度封装需求，必须采用基于TSV(Through-SiliconVia，硅通孔)的2.5D封装结构实现。CoWoS(Chip-on-Wafer-on-Substrate)封装中CoW重组芯片及基板的回流翘曲是导致组装过程中C4(controlled collapse chip connection，可控塌陷芯片连接)凸点虚焊、桥连的主要原因，这给互连技术和器件可靠性提出了极大挑战。

现有的注塑体翘曲控制方法多集中于晶圆级注塑翘曲控制，采用的方法包括真空吸附、刚性约束、临时键合等。对于注塑体回流焊接过程中的翘曲控制研究较少。真空吸附方法可以实现晶圆级的翘曲控制，但是在注塑模组回流焊接过程该方法真空吸附条件难以施加。刚性约束方法容易对注塑模组造成损伤，不适合注塑模组回流焊接过程。临时键合方法可以实现薄晶圆级的回流翘曲控制，同时对晶圆的损伤小，具有注塑模组回流翘曲控制的可行性。但临时键合方式用于注塑模组倒装焊尚未见报道，通过施加在注塑模组背部与键合载板之间的键合胶有望实现注塑模组回流翘曲控制。但由于基板回流翘曲的存在，注塑模组与基板倒装焊点仍然有较大的虚焊、桥连风险。

发明内容

为了克服现有技术中的不足，本发明人进行了锐意研究，提供了一种2.5D注塑模组可控翘曲焊接方法，有效减少注塑模组回流过程中的热致翘曲，避免C4焊接虚焊、桥连问题。

本发明提供的技术方案如下：

一种2.5D注塑模组可控翘曲焊接方法，包括如下步骤：

制备注塑模组封装用的注塑倒装凸点，注塑倒装凸点与注塑模组正面形成点互连；所述注塑模组包括带有芯片凸点的芯片及转接板，芯片的芯片凸点面倒装在转接板上，并通过芯片底部填充胶对芯片凸点包裹保护；

将临时键合胶涂敷在键合载板底面与注塑模组背部之间形成临时键合结构，所述键合载板具有支撑结构，支撑结构之间形成容纳注塑模组的空间；

将临时键合结构的注塑倒装凸点面倒装在封装基板上，与封装基板实现电互连；

倒装焊接完成后，采用解键合方式使键合载板与注塑模组背部分离；

将注塑倒装底部填充胶填充于封装基板、注塑模组之间空隙中，对注塑倒装凸点进行包裹保护，实现注塑模组-基板封装。

根据本发明提供的一种2.5D注塑模组可控翘曲焊接方法，具有以下有益效果：

(1)本发明采用2.5D注塑模组可控翘曲焊接方法，可以解决注塑模组芯片回流翘曲度大导致无法形成有效互连的问题，避免了翘曲导致的虚焊、桥连问题，实现倒装凸点高度和形态可控调节，形成了一种低成本一体化的焊接方法；

(2)本发明采用2.5D注塑模组可控翘曲焊接方法，与注塑模组芯片尺寸无关，对大尺寸2.5D封装注塑模组具有很好的兼容性。

(3)本发明采用2.5D注塑模组可控翘曲焊接方法，临时键合胶键合与解键合过程对注塑模组芯片不会造成损伤，具有很好的工艺兼容性。

(4)本发明采用2.5D注塑模组可控翘曲焊接方法，临时键合载板具有可以重复利用，可以降低成本。

(5)本发明采用2.5D注塑模组可控翘曲焊接方法，注塑模组互连焊点形态一致性好，具有更高的可靠性。

(6)本发明采用2.5D注塑模组可控翘曲焊接方法，注塑模组边缘互连焊点残余应力小，具有更好的抗温循能力。

附图说明

图1为本发明实施例2.5D注塑模组可控翘曲焊接方法的结构示意图；

图2为本发明实施例注塑模组结构示意图；

图3(a)为本发明2.5D注塑模组可控翘曲焊接方法实施例1临时键合注塑模组结构示意图；

图3(b)为本发明2.5D注塑模组可控翘曲焊接方法实施例2临时键合注塑模组结构示意图；

图4为本发明2.5D注塑模组可控翘曲焊接方法临时键合注塑模组与基板焊接互连结构示意图；

图5为本发明2.5D注塑模组可控翘曲焊接方法临时键合注塑模组载板解键合结构示意图；

图6为本发明2.5D注塑模组可控翘曲焊接方法注塑模组与基板焊接互连底部填充结构示意图；

图7为实施例1中注塑模组翘曲控制效果图；

图8为实施例2中注塑模组翘曲控制效果图。

附图标号说明：

1-封装基板；2-注塑倒装底部填充胶；3-注塑倒装凸点；4-转接板；5-芯片底部填充胶；6-注塑模组；7-芯片凸点；8-芯片I；9-芯片II；10-临时键合胶；11-键合载板。

具体实施方式

下面通过对本发明进行详细说明，本发明的特点和优点将随着这些说明而变得更为清楚、明确。

在这里专用的词“示例性”意为“用作例子、实施例或说明性”。这里作为“示例性”所说明的任何实施例不必解释为优于或好于其它实施例。尽管在附图中示出了实施例的各种方面，但是除非特别指出，不必按比例绘制附图。

本发明提供了一种2.5D注塑模组可控翘曲焊接方法，包括如下步骤：

(一)、制备注塑模组6封装用的注塑倒装凸点3，注塑倒装凸点3与注塑模组6正面形成点互连材料，见图2；其中，注塑模组6包括带有芯片凸点7的芯片(8、9)及转接板4，芯片的芯片凸点7面倒装在转接板4上，并通过芯片底部填充胶5对芯片凸点7包裹保护。

该步骤中，所述注塑倒装凸点3为SnAg球、SnPb球、Cu柱或金凸块等，可采用落球法、电镀法、激光植球法等制备注塑倒装凸点3，注塑倒装凸点3的高度≤300μm。

(二)、将临时键合胶10涂敷在键合载板11与注塑模组6背部之间形成临时键合结构，所述键合载板11具有支撑结构，支撑结构之间形成容纳注塑模组6的空间，见图3a和图3b；支撑结构可以为板支撑，支撑结构之间形成容纳注塑模组的腔体，或者支撑结构为四角支撑结构。

该步骤中，键合载板通过临时键合胶起到粘附注塑模组，抑制模组回流过程中的翘曲。

该步骤中，临时键合结构的形成方式包括以下两种：

(i)将临时键合胶10涂敷在键合载板11上，随后与注塑模组6背部相接形成临时键合结构，见图3a；

(ii)将临时键合胶10涂敷在注塑模组6背部，随后与键合载板11底面相接形成临时键合结构，见图3b。

该步骤中，所述临时键合胶10采用干膜或者胶水形态，为紫外激光解键合临时键合材料、热滑移解键合临时键合材料或机械解键合临时键合材料。

该步骤中，所述临时键合胶10的厚度为30-50μm，厚度均匀性≤10μm。

该步骤中，所述键合载板11为玻璃载板、硅载板或金属载板等，键合载板的支撑高度C＝A+B+D，其中A为注塑模组的厚度、B为临时键合胶的厚度、D为焊点的高度。

该步骤中，通过调节键合载板的支撑高度C可以实现焊点高度D的调节。

该步骤中，所述临时键合胶10为紫外激光解键合临时键合材料时，键合载板11为玻璃载板。

(三)、将临时键合结构的注塑倒装凸点3面倒装在封装基板1上，与封装基板1实现电互连，见图4。

该步骤中，所述封装基板1为Al

该步骤中，所述临时键合胶10、键合载板11、注塑模组6形成的临时键合结构采用真空回流焊接、热风回流焊接、红外回流焊接、汽相回流焊接、热压焊接或超声热压焊接等工艺，通过注塑倒装凸点3与封装基板1实现电互连。

该步骤中，所述临时键合结构与封装基板1形成的倒装焊器件为非气密结构，利于后续键合载板11与注塑模组6的解键合。

(四)、倒装焊接完成后，采用解键合方式使键合载板11与注塑模组6背部分离，见图5。

该步骤中，所述解键合方式为紫外激光解键合、热滑移解键合或机械解键合等，与临时键合胶10的选材对应。

(五)、将注塑倒装底部填充胶2填充于封装基板1、注塑模组6之间空隙中，对注塑倒装凸点3进行包裹保护，实现注塑模组-基板封装，见图6。虽然不存在该过程/结构形式，为了更清楚的了解本发明，给出了不拆除键合载板11时且具有注塑倒装底部填充胶2时键合注塑模组与基板焊接互连结构示意图，如图1所示。

第一步，制备注塑模组6封装用的注塑倒装凸点3，如图2所示。采用落球法制备注塑倒装凸点，注塑倒装凸点为SnAg球，高度为100μm。

第二步，采用临时键合胶10涂敷在键合载板11上，随后与注塑模组6背部粘结形成临时键合结构，如图3(a)所示。

其中，所述临时键合胶10为干膜形态的紫外激光解键合临时键合材料，厚度为30μm，厚度均匀性10μm。所述键合载板11为玻璃载板，键合载板厚度为0.5mm，载板深腔高度C＝A+B+D，其中A为注塑模组的厚度、B为临时键合胶的厚度、D为注塑倒装凸点3形成的焊点的高度70μm。

第三步，采用真空回流焊接工艺将所述临时键合结构的注塑倒装凸点3面倒装在封装基板1上，实现临时键合结构与封装基板1实现电互连，如图4所示。其中，所述封装基板1为Al

第四步，倒装焊接完成后，采用紫外激光解键合方式实现键合载板11与注塑模组的分离，如图5所示。

第五步，将注塑倒装底部填充胶2填充于封装基板1、注塑模组6之间空隙中。将注塑倒装凸点3进行包裹保护，实现注塑模组-基板封装，如图6所示。采用摩尔云纹设备对注塑模组翘曲度进行测量，得到注塑模组翘曲云图(图7左图)及云图对角线取值(图7右图)。由结果可以看出，注塑模组经键合胶膜键合至玻璃载板上，模组翘曲被控制在18μm以内，由于干膜具有更好的平整度，能够有效控制模组翘曲。

第一步，制备注塑模组6封装用的注塑倒装凸点3，如图2所示。采用激光植球法制备注塑倒装凸点3，注塑倒装凸点为SnPb球，高度为300μm。

第二步，注塑模组6、键合载板11采用晶圆形式，临时键合胶10采用晶圆旋涂工艺涂敷在注塑模组6晶圆背部，随后将载体晶圆压放至临时键合胶10上。采用晶圆划片设备分割出临时键合结构，如图3(b)所示。

其中，所述临时键合胶10为胶水形态的热滑移解键合临时键合材料，厚度为30-50μm，厚度均匀性≤10μm。所述键合载板(11)为硅材质载板，键合载板的厚度1mm，载板深腔高度C＝A+B+D，其中A为注塑模组的厚度、B为临时键合胶的厚度、D为注塑倒装凸点3形成的焊点的高度220μm。

第三步，采用热风回流焊接工艺将所述临时键合结构的注塑倒装凸点3面倒装在封装基板1上，实现临时键合结构与封装基板1实现电互连，如图4所示。其中，所述封装基板1为LTCC低温陶瓷基板，共面性50μm。

第四步，倒装焊接完成后，采用热滑移解键合方式实现键合载板11与注塑模组的分离，如图5所示。

第五步，将注塑倒装底部填充胶2填充于封装基板1、注塑模组6之间空隙中。将注塑倒装凸点3进行包裹保护，实现注塑模组-基板封装，如图6所示。采用摩尔云纹设备对注塑模组翘曲度进行测量，得到注塑模组翘曲云图(图8左图)及云图对角线取值(图8右图)。由结果可以看出，注塑模组经旋涂键合至硅材质载板上，模组翘曲被控制在24μm以内，翘曲度得到有效控制。

本发明采用2.5D注塑模组可控翘曲焊接方法，可以解决注塑模组芯片回流翘曲度大导致无法形成有效互连的问题，避免了翘曲导致的虚焊、桥连问题。2.5D注塑模组可控翘曲焊接方法与注塑模组芯片尺寸无关，对大尺寸2.5D封装注塑模组具有很好的兼容性。临时键合胶键合与解键合过程对注塑模组芯片不会造成损伤，具有很好的工艺兼容性。采用的临时键合载板具有可以重复利用，可以降低成本。注塑模组互连焊点形态一致性好，具有更高的可靠性，注塑模组边缘互连焊点残余应力小，具有更好的抗温循能力。

以上结合具体实施方式和范例性实例对本发明进行了详细说明，不过这些说明并不能理解为对本发明的限制。本领域技术人员理解，在不偏离本发明精神和范围的情况下，可以对本发明技术方案及其实施方式进行多种等价替换、修饰或改进，这些均落入本发明的范围内。本发明的保护范围以所附权利要求为准。

本发明说明书中未作详细描述的内容属本领域技术人员的公知技术。