3D垂直互连封装结构及其制备方法与流程

本发明属于半导体制造，涉及一种3d垂直互连封装结构及其制备方法。

背景技术：

1、封装技术是半导体制造过程中的关键环节，它不仅保护了芯片免受物理损伤和环境影响，还提供了电气连接和热管理的功能。随着电子产品对小型化、轻量化和高性能的需求不断增加，封装技术也在不断发展和创新。

2、封装过程中，在将多个小芯片进行同质、异质整合时，通常需要进行如前道的芯片加工、中道的凸点工艺(bumping)、后道的重新布线层(rdl)与硅通孔(tsv)转接板的互连、芯片与被动元件的键合、塑封及塑封后与基板的互连等工艺步骤。其中，由于电源管理芯片及被动元件水平键合于基板表面，在电源传输的过程中，传输路径需经过基板、电源管理芯片、被动元件及芯片电源区，该传输距离较长，易导致传输干扰，造成ir压降损耗。现有的解决方案大多是增大平台电压源(例如从0.9v提升到1.1v)，以确保电性能，但这种方法会造成芯片整体功率的上升。

3、因此，提供一种3d垂直互连封装结构及其制备方法，实属必要。

技术实现思路

1、鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种3d垂直互连封装结构及其制备方法，用于解决现有技术中难以有效进行电源信号传输的问题。

2、为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种3d垂直互连封装结构的制备方法，包括以下步骤：

3、提供晶圆级支撑衬底；

4、于所述晶圆级支撑衬底上形成第一重新布线层；

5、提供电源管理芯片单元，将所述电源管理芯片单元键合于所述第一重新布线层上，所述电源管理芯片单元包括电源管理芯片及位于所述电源管理芯片表面的第二重新布线层，且所述第二重新布线层与所述电源管理芯片电连接，以及在所述第一重新布线层上形成金属连接件，所述金属连接件的第一端与所述第一重新布线层电连接；

6、于所述第一重新布线层上形成封装层，所述封装层包覆所述电源管理芯片单元及所述金属连接件，且显露所述第二重新布线层及所述金属连接件的第二端；

7、于所述封装层上形成第三重新布线层，所述第三重新布线层与所述第二重新布线层及所述金属连接件的第二端均电连接；

8、提供被动元件，将所述被动元件键合于所述第三重新布线层上，且所述被动元件与所述第三重新布线层电连接；

9、去除所述晶圆级支撑衬底，显露所述第一重新布线层；

10、进行切割，形成独立的3d稳压结构，且所述3d稳压结构的相对侧面均显露所述第一重新布线层及所述第三重新布线层中的金属布线的第一端及第二端；

11、提供基板，所述基板包括基板第一面及相对的基板第二面；

12、旋转所述3d稳压结构，将所述3d稳压结构键合于所述基板第一面构成3d垂直稳压结构，且显露的所述金属布线的第一端与所述基板电连接，以及提供tsv转接单元，并将所述tsv转接单元键合于所述基板第一面，其中，所述tsv转接单元包括与所述基板电连接的tsv转接板及位于所述tsv转接板表面的第四重新布线层，且所述第四重新布线层与所述tsv转接板电连接；

13、形成第一填充层，所述第一填充层填充所述3d垂直稳压结构、所述tsv转接单元与所述基板之间的间隙，且显露所述金属布线的第二端及所述第四重新布线层；

14、提供芯片单元，将所述芯片单元键合于所述3d垂直稳压结构及所述tsv转接单元上，所述芯片单元包括功能芯片及第五重新布线层，所述功能芯片包括芯片电源区及芯片信号区，所述第五重新布线层包括与所述芯片电源区对应电连接的布线电源区及与所述芯片信号区对应电连接的布线信号区，且所述布线电源区与所述3d垂直稳压结构电连接，所述布线信号区与所述第四重新布线层电连接；

15、形成第二填充层，所述第二填充层填充所述芯片单元与所述第一填充层之间的间隙；

16、于所述基板第二面形成与所述基板电连接的金属凸块。

17、可选地，所述基板中具有基板凹槽，且所述3d垂直稳压结构键合于所述基板凹槽内。

18、可选地，还包括于所述芯片单元上键合散热元件的步骤。

19、可选地，所述散热元件包括散热壳体或散热片。

20、可选地，所述布线电源区与所述3d垂直稳压结构沿竖向设置。

21、可选地，切割形成独立的所述3d稳压结构的方法包括机械切割或激光切割中的一种或组合。

22、本发明还提供一种3d垂直互连封装结构，所述3d垂直互连封装结构包括：

23、基板，所述基板包括基板第一面及相对的基板第二面；

24、3d垂直稳压结构，所述3d垂直稳压结构键合于所述基板第一面，所述3d垂直稳压结构包括电源管理芯片单元、位于所述电源管理芯片单元的相对两面的第一重新布线层及第三重新布线层、包覆所述电源管理芯片单元的封装层、贯穿所述封装层且第一端与所述第一重新布线层电连接且第二端与所述第三重新布线层电连接的金属连接件，以及键合于所述第三重新布线层上且与所述第三重新布线层电连接的被动元件，其中，所述电源管理芯片单元包括电源管理芯片及位于所述电源管理芯片表面的第二重新布线层，所述第二重新布线层与所述电源管理芯片电连接，所述第三重新布线层与所述第二重新布线层电连接，所述3d垂直稳压结构显露所述第一重新布线层及所述第三重新布线层中的金属布线的第一端及第二端，且显露的所述金属布线的第一端与所述基板电连接；

25、tsv转接单元，所述tsv转接单元键合于所述基板第一面，所述tsv转接单元包括与所述基板电连接的tsv转接板及位于所述tsv转接板表面的第四重新布线层，且所述第四重新布线层与所述tsv转接板电连接；

26、第一填充层，所述第一填充层填充所述3d垂直稳压结构、所述tsv转接单元与所述基板之间的间隙，且显露所述金属布线的第二端及所述第四重新布线层；

27、芯片单元，所述芯片单元键合于所述3d垂直稳压结构及所述tsv转接单元上，所述芯片单元包括功能芯片及第五重新布线层，所述功能芯片包括芯片电源区及芯片信号区，所述第五重新布线层包括与所述芯片电源区对应电连接的布线电源区及与所述芯片信号区对应电连接的布线信号区，且所述布线电源区与所述3d垂直稳压结构电连接，所述布线信号区与所述第四重新布线层电连接；

28、第二填充层，所述第二填充层填充所述芯片单元与所述第一填充层之间的间隙；

29、金属凸块，所述金属凸块位于所述基板第二面，且与所述基板电连接。

30、可选地，所述基板中具有基板凹槽，且所述3d垂直稳压结构键合于所述基板凹槽内。

31、可选地，还包括位于所述芯片单元上的散热元件，所述散热元件包括散热壳体或散热片。

32、可选地，所述布线电源区与所述3d垂直稳压结构沿竖向设置。

33、如上所述，本发明的3d垂直互连封装结构及其制备方法，通过制备双面具有重新布线层的3d稳压结构，并在键合时将3d稳压结构垂直设置以构成3d垂直稳压结构，从而可通过3d垂直稳压结构使得电源与功能芯片之间构成垂直对接，以缩短传输距离，降低传输干扰，降低ir压降损耗，以有效进行电源信号传输。