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CN106997876A - 一种三维PoP堆叠封装结构及其制造方法 - Google Patents

一种三维PoP堆叠封装结构及其制造方法 Download PDF

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CN106997876A CN201610043246.6A CN201610043246A CN106997876A CN 106997876 A CN106997876 A CN 106997876A CN 201610043246 A CN201610043246 A CN 201610043246A CN 106997876 A CN106997876 A CN 106997876A
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夏国峰
尤显平
葛卫国
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Chongqing Three Gorges University
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Abstract

本发明公开了一种三维PoP堆叠封装结构及其制造方法。该三维PoP堆叠封装通过上、下封装堆叠形成，其中下封装为塑封型BGA、CSP封装等表面贴装型封装，上封装为至少具有一个插针的PGA封装等插装型封装。上封装的插针完全插入下封装的塑封材料中，并与下封装基板上的焊料凸点形成互联。制造该封装结构的主要方法：在基板上表面通过引线键合或者倒装上芯方式贴装芯片，在基板上表面制作形成焊料凸点，上封装的插针与所述焊料凸点进行回流焊接形成互联，采用塑封材料进行包覆密封，在基板下表面制作焊球，回流后形成三维PoP堆叠封装。

Description

一种三维 PoP 堆叠封装结构及其制造方法
技术领域
本发明涉及微电子封装技术以及三维集成技术领域，特别涉及一种三维PoP 封装技术及其制造方法。
背景技术
随着电子封装产品向高密度、多功能、低功耗、小型化方向的不断发展，采用三维集成技术的系统级封装（System in Package，SiP）取得了突飞猛进的发展。现有成熟的三维集成技术主要为堆叠封装（Package on Package，PoP）。在PoP封装中，上封装通过焊球作为互联结构实现与下封装，以及外部环境的三维导通。由于上、下封装结构的差异，导致制造工艺过程中封装翘曲难以得到有效控制，严重影响焊球互联结构的可靠性。另外，由于焊球互联结构的存在，PoP封装的高度无法进一步的降低，难以满足小型化的要求。
因此，仍然需要新的封装结构和制造技术，以解决现有技术所存在的问题。
发明内容
本发明针对三维PoP 封装技术提出一种封装结构和制造方法，以解决现有PoP 封装技术所存在的封装密度和成本问题。
为了实现上述目的，本发明采用下述技术方案。
本发明提出一种三维PoP堆叠封装结构，包括PoP封装的第一封装体（下封装体）和第二封装体（上封装体）。三维PoP堆叠封装通过上、下封装堆叠形成，其中下封装为塑封型BGA、CSP封装等表面贴装型封装，上封装为至少具有一个插针的PGA封装等插装型封装。上封装的插针完全插入下封装的塑封材料中，并与下封装基板上表面的焊料凸点形成互联。
利用该结构，上封装的插针完全插入下封装的塑封材料中，并与下封装基板上的焊料凸点形成互联，从而实现上封装与下封装体之间，以及与外部环境的互联。由于上、下封装之间无需传统形式的焊球互联结构，而是直接通过插针实现互联，不仅提高了封装的热-机械可靠性，而且还降低了封装的整体高度。
根据本发明的实施例，焊料凸点为Sn、SnAg、SnCu、SnAgCu、SnIn、SnBi等钎焊料或焊膏。
根据本发明的实施例，上封装的插针的高度小于塑封材料的高度。
根据本发明的实施例，塑封材料为环氧树脂塑封料、下填料等绝缘材料。
本发明公开了一种三维PoP堆叠封装结构的制造方法，所述方法包括以下步骤：
步骤1：在基板上表面通过贴片或者倒装上芯贴装芯片。
步骤2：在基板上表面制作形成焊料凸点。
步骤3：准备至少具有一个插针的PGA封装等插装型封装，作为PoP堆叠封装的上封装。
步骤4：上封装的插针与所述焊料凸点进行回流焊接形成互联。
步骤5：采用塑封材料进行包覆密封。
步骤6：在基板下表面制作焊球，回流后形成三维PoP堆叠封装。
根据本发明的实施例，焊料凸点通过植球工艺制作，或者采用电镀、钎料膏印刷或者液态金属填充等方法并经过回流工艺制作。
附图说明
图1是在基板上表面通过引线键合方式贴装芯片的示意图。
图2是在基板上表面制作形成焊料凸点的示意图。
图3是准备三维PoP堆叠封装的上封装的示意图。
图4是上封装的插针与焊料凸点进行回流焊接形成互联的示意图。
图5是采用塑封材料进行包覆密封的示意图。
图6是三维PoP堆叠封装的一实施例的示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。
图6为根据本发明的一实施例绘制的三维PoP堆叠封装的示意图。三维PoP堆叠封装通过上、下封装堆叠形成。在本发明中，上、下封装中芯片的数量不限，芯片的配置方式不限，可以为引线键合方式，也可以为倒装上芯方式，或者为两者的混合模式。本实施例中，上、下封装均采用引线键合方式。三维PoP堆叠封装的下封装包含基板1、芯片2、粘贴材料3、金属导线4、焊料凸点5、塑封料6和焊球7。三维PoP堆叠封装的上封装包含基板21、芯片23、粘贴材料22、金属导线24、塑封料25和插针26。上封装的插针26完全插入下封装的塑封材料6中，并与下封装基板1上表面的焊料凸点5形成互联，从而实现上封装与下封装体之间，以及与外部环境的互联。
下面将以图6所述实施例的三维PoP堆叠封装结构为例，以图1至图6来详细说明三维PoP堆叠封装结构的制造流程。
步骤1：在基板上表面通过引线键合或者倒装上芯方式贴装芯片，如图1所示。
请参照图1，在基板1上表面通过引线键合方式贴装芯片2。在本发明中，芯片的数量不限，芯片的配置方式不限，可以为引线键合方式，也可以为倒装上芯方式，或者为两者的混合模式。本实施例中，芯片采用引线键合方式进行配置。芯片2通过粘贴材料3配置于基板1上，并通过金属导线4实现芯片2与基板1的电气互联。
步骤2：在基板上表面制作形成焊料凸点，如图2所示。
请参照图2，在基板1上表面制作形成焊料凸点5。在本发明中，焊料凸点通过植球工艺制作，或者采用电镀、钎料膏印刷或者液态金属填充等方法并经过回流工艺制作。
步骤3：准备至少具有一个插针的PGA封装等插装型封装，作为三维PoP堆叠封装的上封装，如图3所示。
请参照图3，准备至少具有一个插针的PGA封装等插装型封装，作为三维PoP堆叠封装的上封装。在本发明中，上封装中芯片的数量不限，芯片的配置方式不限，可以为引线键合方式，也可以为倒装上芯方式，或者为两者的混合模式。本实施例中，下封装采用引线键合方式。三维PoP堆叠封装的上封装包含基板21、芯片23、粘贴材料22、金属导线24、塑封料25和插针26。
步骤4：上封装的插针与焊料凸点进行回流焊接形成互联，如图4所示。
请参照图4，上封装的插针26与焊料凸点5进行回流焊形成互联。插针26和与焊料凸点5的互联实现上封装与下封装体之间，以及与外部环境的互联。
步骤5：采用塑封材料进行包覆密封，如图5所示。
请参照图5，采用塑封材料6进行包覆密封。通过塑封材料6包覆密封芯片2和焊料凸点5，塑封后进行烘烤后固化工艺。在本发明中，塑封材料6可以为环氧树脂塑封料或下填料等绝缘材料。
步骤6：在基板下表面制作焊球，回流后形成三维PoP堆叠封装，如图6所示。
请参照图6，在基板1下表面制作焊球7，回流后形成三维PoP堆叠封装。通过植球和回流工艺制作形成焊球7的阵列，形成三维PoP堆叠封装。
对本发明的实施例的描述是出于有效说明和描述本发明的目的，并非用以限定本发明，任何所属本领域的技术人员应当理解：凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1. 一种三维PoP堆叠封装结构，其特征在于，所述封装结构包括：
三维PoP堆叠封装结构通过上、下封装堆叠形成，其中下封装为塑封型BGA、CSP封装等表面贴装型封装，上封装为至少具有一个插针的PGA封装等插装型封装；上封装的插针完全插入下封装的塑封材料中，并与下封装基板上的焊料凸点形成互联。
2.根据权利要求1所述一种三维PoP堆叠封装结构，其特征在于，焊料凸点为Sn、SnAg、SnCu、SnAgCu、SnIn、SnBi等钎焊料或焊膏。
3.根据权利要求1所述一种三维PoP堆叠封装结构，其特征在于，上封装的插针的高度小于塑封材料的高度。
4.根据权利要求1所述三维PoP堆叠封装结构的制造方法，其特征在于，塑封材料为环氧树脂塑封料、下填料等绝缘材料。
5.一种三维PoP堆叠封装结构的制造方法，其特征在于，所述方法包括：
步骤1：在基板上表面通过贴片或者倒装上芯贴装芯片；
步骤2：在基板上表面制作形成焊料凸点；
步骤3：准备至少具有一个插针的PGA封装等插装型封装，作为PoP堆叠封装的上封装；
步骤4：上封装的插针与所述焊料凸点进行回流焊接形成互联；
步骤5：采用塑封材料进行包覆密封；
步骤6：在基板下表面制作焊球，回流后形成三维PoP堆叠封装。
6.根据权利要求5所述三维PoP堆叠封装结构的制造方法，其特征在于，焊料凸点通过植球工艺制作，或者采用电镀、钎料膏印刷或者液态金属填充等方法并经过回流工艺制作。
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