嵌入式晶粒封装的制作方法

本发明申请涉及生产一种用于集成电路封装的柔性衬底，更具体来讲，涉及生产一种柔性衬底嵌入式晶粒封装。

背景技术：

1、传统上，集成电路(ic)晶粒是通过将元件放置在衬底顶部，然后通过倒装芯片或引线键合的方法将衬底互连进行封装的。衬底充当器件和主板之间的中介层。嵌入式晶粒是一种ic封装类型，其中一个晶粒、多个晶粒、无源器件或微机电系统(mems)等元件直接嵌入到衬底中，无需任何额外的互连。这种方法显著地缩小了器件封装的尺寸，从而提供了更大的设计灵活性。此外，由于元件完全密封在衬底内，其还提高了晶粒互连的可靠性、设备性能并改进了保护。因此，这项技术吸引了很多关注，尤其是汽车和数据中心行业，这些行业需要实现高功率和热管理以及尺寸小型化。然而，由于制造产量和供应链成熟度的问题，嵌入式晶粒技术也面临着很多挑战。在将晶粒集成到衬底上之前，嵌入晶粒通常需要在晶圆级(在切割/分割之前)或面板级进行额外的处理。这些额外的处理不仅会导致成本增加，还会导致供应链所有权的问题。

2、柔性电子产品已成为设备小型化的有前途的解决方案，这是因为与印刷电路板(pcb)的刚性对应物相比，其具有许多优势，包括更高的电路密度、更薄的外形、更轻的重量和形状一致性的能力(可折叠和可弯曲)。在加工方面，由于具有卷对卷的制造能力，柔性电子产品还提供具有竞争力的成本和效率。

3、在柔性衬底上嵌入元件是一种极具吸引力的封装解决方案，其可提供增加的输入/输出(i/o)密度、尺寸小型化、改进的电气和热性能、异构集成和卷对卷处理能力的组合。在传统封装中，由于散热问题，通常无源元件不能放置在有源元件(半导体晶粒)附近。通过事先将晶粒嵌入衬底，无源元件也可以组装在晶粒本身的顶部，从而最大限度地减少封装上的器件占用空间。

4、美国专利8,780,335(van steenberge等人)、7,803,658(shimanuki)以及美国专利申请2016/0056101(jee等人)、2019/0333895(kim)、3030/0185322(zhang等人)和2016/0233166(teh等人)教示了各种半导体晶粒封装。

技术实现思路

1、本发明的一个主要目的是在于提供一种柔性衬底嵌入式晶粒封装。

2、本发明的另一个目的是在于提供一种具有减小的厚度、气密密封和介电强度的柔性衬底嵌入式晶粒封装。

3、本发明的又一个目的是在于提供一种无须通过硅通孔的柔性衬底嵌入式晶粒封装。

4、本发明的还一个目的是在于提供一种柔性衬底嵌入式晶粒封装的生产方法。

5、根据本发明的目的，实现了一种柔性衬底嵌入式晶粒封装。所述柔性衬底嵌入式晶粒封装包括多层柔性衬底、通过粘合剂贴附至所述柔性衬底的半导体晶粒，以及围绕所述半导体晶粒并将所述半导体晶粒密封至所述柔性衬底的介电键合膜。所述多层柔性衬底包括介电衬底和通过所述介电衬底与微通孔互连连接的顶部金属层和底部金属层。

6、还根据本发明的目的，实现了一种柔性衬底嵌入式晶粒封装的生产方法。提供多层柔性衬底，所述多层柔性衬底包括介电衬底和通过所述介电衬底与微通孔互连连接的顶部金属层和底部金属层。通过粘合剂将半导体晶粒贴附至所述柔性衬底。将介电键合膜层压在所述柔性衬底和所述半导体晶粒上，并进行固化以将所述半导体晶粒密封至所述柔性衬底。

7、又根据本发明的目的，实现了一种柔性衬底嵌入式晶粒封装。所述柔性衬底嵌入式晶粒封装包括多层柔性衬底、通过粘合剂贴附至所述柔性衬底的顶部金属层的第一半导体晶粒、通过粘合剂贴附至所述柔性衬底的底部金属层的第二半导体晶粒，以及围绕所述第一半导体晶粒和所述第二半导体晶粒并将所述第一半导体晶粒和所述第二半导体晶粒密封至所述柔性衬底的介电键合膜。所述多层柔性衬底包括介电衬底和通过所述介电衬底与微通孔连接的所述顶部金属层和所述底部金属层。

8、又根据本发明的目的，实现了一种柔性衬底嵌入式晶粒封装。所述柔性衬底嵌入式晶粒封装包括第一多层柔性衬底、通过粘合剂贴附至所述第一柔性衬底的第一半导体晶粒、围绕所述半导体晶粒并将所述半导体晶粒密封至所述第一柔性衬底的介电键合膜、位于所述介电键合膜顶部以将所述半导体晶粒的内部电路扇出至所述第一柔性衬底上的电路、以及第二多层柔性衬底和另一层通过所述第二介电衬底使用第二微通孔互连来与所述第一多层柔性衬底连接的介电键合膜。所述第一多层柔性衬底包括第一介电衬底和通过所述第一介电衬底与微通孔互连连接的第一顶部金属层和第二底部金属层，所述第二多层柔性衬底包括第二介电衬底和通过所述第二介电衬底与第二微通孔互连连接的第二顶部金属层和第二底部金属层。

技术特征：

1.一种柔性衬底嵌入式晶粒封装，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的封装，其特征在于，所述介电衬底包括聚酰亚胺(pi)、液晶高分子聚合物(lcp)、聚酯(pet)、聚萘二甲酸乙二醇酯(pen)、环烯烃聚合物(cop)、聚四氟乙烯，或层压衬底，或特氟龙或改性特氟龙，间规聚苯乙烯(sps)或双马来酰亚胺(bmi)，所述层压衬底包括环氧树脂衬底和双马来酰亚胺三嗪树脂(bt)。

3.根据权利要求1所述的封装，其特征在于，所述柔性衬底的厚度在约10μm至约45μm之间。

4.根据权利要求1所述的封装，其特征在于，所述粘合剂包括异方性导电胶膜(acf)、异方性导电胶(acp)、非导电胶膜(ncf)，或非导电胶(ncp)。

5.根据权利要求1所述的封装，其特征在于，所述介电键合膜包括聚酰亚胺、含氟聚合物、聚酯、改性环氧树脂，或纤维增强热固性粘合剂，如环氧树脂、氰化物酯或丙烯酸粘合剂。

6.根据权利要求1所述的封装，其特征在于，所述介电键合膜的玻璃转移温度在约120℃至约170℃之间、在低于所述玻璃转变温度的温度下的热膨胀系数为约10至约50之间，以及在高于所述玻璃转变温度的温度下的热膨胀系数为约70至约200之间。

7.根据权利要求1所述的封装，其特征在于，所述封装还包括位于所述介电键合膜顶部的电路，以将所述半导体晶粒的内部电路扇出至所述柔性衬底上。

8.根据权利要求1所述的封装，其特征在于，所述封装还包括安装在所述底部金属层上的印刷电路板。

9.根据权利要求1所述的封装，其特征在于，所述封装的厚度小于约100μm。

10.根据权利要求1所述的封装，其特征在于，所述封装还包括安装在所述顶部金属层上的至少一个无源元件。

11.一种柔性衬底嵌入式晶粒封装的制作方法，其特征在于，包括：

12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，所述介电衬底包括聚酰亚胺(pi)、液晶高分子聚合物(lcp)、聚酯(pet)、聚萘二甲酸乙二醇酯(pen)、环烯烃聚合物(cop)、聚四氟乙烯，或层压衬底，或特氟龙或改性特氟龙，间规聚苯乙烯(sps)或双马来酰亚胺(bmi)，所述层压衬底包括环氧树脂和双马来酰亚胺三嗪树脂(bt)。

13.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，所述柔性衬底的厚度在约10μm至约45μm之间。

14.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，所述装片包括使用所述粘合剂在约130℃至230℃的温度和约120mpa至280mpa的压力下进行热压键合，所述粘合剂包括异方性导电胶膜(acf)、异方性导电胶(acp)、非导电胶膜(ncf)，或非导电胶(ncp)。

15.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，所述介电键合膜包括聚酰亚胺、含氟聚合物、聚酯、改性环氧树脂，或纤维增强热固性粘合剂，如环氧树脂、氰化物酯或丙烯酸粘合剂。

16.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，所述介电键合膜的玻璃转移温度在约120℃至约170℃之间、在低于所述玻璃转变温度的温度下的热膨胀系数为约10至约50之间，以及在高于所述玻璃转变温度的温度下的热膨胀系数为约70至约200之间。

17.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，所述固化所述介电键合膜包括在高于其玻璃转变温度的温度下进行固化。

18.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

19.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

20.根据权利要求19所述的方法，其特征在于，所述安装包括焊接或使用导电油墨。

21.根据权利要求11所述的封装，其特征在于，所述封装的厚度小于约100μm。

22.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

23.一种柔性衬底嵌入式晶粒封装，其特征在于，包括：

24.一种柔性衬底嵌入式晶粒封装，其特征在于，包括：

25.根据权利要求24所述的封装，其特征在于，所述封装还包括：

26.根据权利要求24所述的封装，其特征在于，所述封装还包括：

27.根据权利要求24所述的封装，其特征在于，所述封装还包括：

技术总结本发明公开一种柔性衬底嵌入式晶粒封装，其包括多层柔性衬底、通过粘合剂贴附至所述柔性衬底的半导体晶粒，以及围绕所述半导体晶粒并将所述半导体晶粒密封至所述柔性衬底的介电键合膜。所述多层柔性衬底包括介电衬底和通过所述介电衬底与微通孔互连连接的顶部金属层和底部金属层。技术研发人员：潘宝梁,张志华,杰森·罗塔森受保护的技术使用者：金柏科技有限公司技术研发日：技术公布日：2024/8/1