1.本发明涉及芯片封装技术领域，特别是涉及一种基于硅桥的小芯片互联封装结构及其制造方法。
背景技术：2.随着计算机技术的发展，芯片作为计算处理单元已经深入到各行各业，为了减少芯片对产品体积的占用，现有的芯片越来越微型化，微型化的芯片在进行集成电路封装时加工难度也越来越大。现有的基于硅桥(si bridge)的小芯片互联封装，可以发现主要可以归纳为以下几种方案；一是以emib(embedded multi-die interconnect bridge，埋入式多芯片互联硅桥)为主的通过将高密度互联硅桥埋入到有机基板中，多颗小芯片通过硅桥来互联；二是以扇出(fan-out)的方式将硅桥集成在有机的转接板中，小芯片通过倒装的方式贴装到转接板上。第一种基于emib方案的封装加工难度高，需要在基板制造的过程中通过在基板上开槽的方式来贴装薄的硅桥芯片，贴装难度高，存在倾斜/偏移等风险，同时在封装制程中也存在小芯片凸点需要使用不同的尺寸来满足贴装，在实际加工过程中很容易出现凸点共面性等问题影响焊接，因此整体方案成本高，制程难度大；第二种扇出(fan-out)的方式将硅桥集成在有机的转接板方案是将硅桥通过fan-out的方式来形成一个转接板，小芯片再用倒装的方式来进行贴装，这个方案中需要额外制造一个转接板，成本会上升，另外用扇出的方式制作的转接板因为整体转接板涨缩/芯片偏移等问题会存在小芯片偏移问题。另外现还有一些方案是将硅桥芯片通过倒装的方式和两个相邻的小芯片形成互联，然后再利用塑封重构等方式将需要扇出的小芯片上的连接点引出，之后再布线最后形成互连凸点，这种方案在制成难度上有了较大的改善，但是其硅桥芯片和小芯片互连的凸点结构极为脆弱，在拆键合制程中以及最终单颗产品的可靠性中都有较大的风险。
3.因此，现有的小芯片互联封装方式，一方面制作成本高，另一方面凸点结构极为脆弱容易损坏。
技术实现要素：4.基于此，有必要提供一种既能够降低制作成本又能够构建较强凸点结构的一种基于硅桥的小芯片互联封装结构及其制造方法。
5.一种基于硅桥的小芯片互联封装结构，包括：第一小芯片、第二小芯片、假片和硅桥芯片，第一小芯片、第二小芯片上表面设置多个第一凸块和多个第二凸块，第一凸块的高度大于第二凸块的高度，假片上表面设置多个第三凸块，硅桥芯片下表面设置多个第四凸块、多个第五凸块，假片位于第一小芯片、第二小芯片之间，第一小芯片、第二小芯片、假片并排设置于硅桥芯片下表面，第四凸块与第二凸块连接、第五凸块与第三凸块连接，第一小芯片、第二小芯片、假片和硅桥芯片通过塑封料封装，第一凸块露出封装结构。
6.在其中一个实施例中，第三凸块截面积大于第一凸块、第二凸块的截面积。
7.在其中一个实施例中，第三凸块为ubm。
8.在其中一个实施例中，所述多个第四凸块的密度和间距与多个第二凸块顶端的ubm的密度和间距一一对应，所述多个第五凸块的密度和间距与多个第三凸块的密度和间距一一对应。
9.在其中一个实施例中，第一凸块的高度超过第四凸块、第二凸块高度之和10um。
10.在其中一个实施例中，第三凸块截面积大于或等于第二凸块的截面积的2倍。
11.在其中一个实施例中，基于硅桥的小芯片互联封装结构，还包括：设置于第一小芯片、第二小芯片、假片下表面的导热层。
12.在其中一个实施例中，基于硅桥的小芯片互联封装结构，还包括：与第一凸块连接的焊球凸点。
13.一种基于硅桥的小芯片互联封装方法，包括：
14.在一块膨胀系数与小芯片相似的临时载板上附着一层临时键合层；
15.第一小芯片、假片、第二小芯片底部设置粘结层，将第一小芯片、假片、第二小芯片并排与临时载板完成贴装；
16.对贴装完成后的第一小芯片、假片、第二小芯片底部的粘结层进行固化；
17.将第一小芯片、第二小芯片上的第二凸块与硅桥芯片上的第四凸块、假片上的第三凸块分别与硅桥芯片上的第五凸块进行焊接；
18.在焊接后的硅桥芯片与第一小芯片、假片、第二小芯片之间的间隙填充底填胶；
19.对底填胶进行烘烤固化；
20.采用塑封料将临时载板上的硅桥芯片与第一小芯片、假片、第二小芯片的结构封装重构，形成封装包；其中，硅桥芯片与第一小芯片、假片、第二小芯片包裹在封装包内部；
21.采用晶圆减薄的方式将封装包上表面减薄，直到第一凸块全部露出
22.将焊球凸点采用重布线工艺与第一凸块连接，形成互连结构；
23.将互连结构的临时载板拆除，并采用晶圆切割的方式进行切割形成单个基于硅桥的小芯片互联封装结构。
24.在其中一个实施例中，所述将互连结构的临时载板拆除，并采用晶圆切割的方式进行切割形成单个基于硅桥的小芯片互联封装结构，包括：将互连结构的临时载板采用激光或热的方式进行拆除，获得基于硅桥的小芯片互联封装结构半成品；将于硅桥的小芯片互联封装结构半成品采用晶圆切割的方式进行切割，并在底面增加导热层形成单个基于硅桥的小芯片互联封装结构。
25.上述基于硅桥的小芯片互联封装结构及其制造方法，通过假片连接第一小芯片和第一小芯片固定于硅桥芯片上，能够通过截面积大的凸块和硅桥芯片形成互联，增强整体封装结构强度，并为底填工艺提供了一个毛细牵引平台，有利于芯片间底填胶充满；同时，通过在硅桥芯片上增加大凸块来和小芯片以及假片形成互联，增大了硅桥芯片和其他芯片的接触面积，并将原本集中在硅桥小凸块上的应力转移到无实际电性能的大凸块上。
附图说明
26.为了更清楚地说明本技术实施例或传统技术中的技术方案，下面将对实施例或传统技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以
根据这些附图获得其他的附图。
27.图1为一实施例中基于硅桥的小芯片互联封装结构的结构示意图；
28.图2为一实施例中小芯片的结构示意图；
29.图3为一实施例中假片与硅桥芯片的结构示意图；
30.图4为一实施例中假片与硅桥芯片的凸块示意图；
31.图5为一实施例中第一小芯片、第二小芯片、假片与临时载板粘结的结构示意图；
32.图6为一实施例中第一小芯片、第二小芯片、假片与硅桥芯片填充底填胶的结构示意图；
33.图7为一实施例中第一小芯片、第二小芯片、假片与硅桥芯片连接的俯视图；
34.图8为一实施例中封装包减薄部分的结构示意图。
35.附图标记说明：
36.100-第一小芯片；101-第二小芯片；102-假片；103-硅桥芯片；104-导热层；200-第一凸块；201-第二凸块；202-第四凸块；203-第五凸块；204-第三凸块；205-焊球凸点；300-粘结层；301-底填胶；302-塑封料；303-减薄部分；400-临时载板；401-临时键合层。
具体实施方式
37.为了便于理解本技术，下面将参照相关附图对本技术进行更全面的描述。附图中给出了本技术的实施例。但是，本技术可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使本技术的公开内容更加透彻全面。
38.除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本技术的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本技术的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本技术。
39.可以理解，本技术所使用的术语“第一”、“第二”等可在本文中用于描述各种元件，但这些元件不受这些术语限制。这些术语仅用于将第一个元件与另一个元件区分。举例来说，在不脱离本技术的范围的情况下，可以将第一电阻称为第二电阻，且类似地，可将第二电阻称为第一电阻。第一电阻和第二电阻两者都是电阻，但其不是同一电阻。
40.可以理解，以下实施例中的“连接”，如果被连接的电路、模块、单元等相互之间具有电信号或数据的传递，则应理解为“电连接”、“通信连接”等。
41.在此使用时，单数形式的“一”、“一个”和“所述/该”也可以包括复数形式，除非上下文清楚指出另外的方式。还应当理解的是，术语“包括/包含”或“具有”等指定所陈述的特征、整体、步骤、操作、组件、部分或它们的组合的存在，但是不排除存在或添加一个或更多个其他特征、整体、步骤、操作、组件、部分或它们的组合的可能性。同时，在本说明书中使用的术语“和/或”包括相关所列项目的任何及所有组合。
42.在现有技术中，硅桥都是先贴装或者固定到基板或者是转接板上，硅桥芯片的凸点(焊点)密度高，因此对其的贴装精度要求很高，另外贴装完成后还需要将承载的基板/转接板进行后续的制程，这对其位置精度都是很大的挑战；其次，贴装的小芯片都需要进行凸点加工，而为了兼容较大凸点间距的应用，在同一颗小芯片上需要制造出不同大小的凸点，由于电镀电流密度不同的关系，凸点的球共面性很难保持一致。本发明基于这些缺点考虑将小芯片固定在临时的载板上，在小芯片间贴装无功能的假片，其上可以形成大的ubm pad
来和硅桥互联，在硅桥芯片上制作出两种小凸点来和不同的小芯片以及假片互联；小芯片上可以制造出高度不等的凸块(硅桥互联区域可以不长，如果要长的话要保持共面性相同)，凸点间距较大的区域的凸块不需要对共面性管控，但需要管控较高凸点的最低高度来保证后续的塑封减薄能全部露出来；贴装完成进行底填和塑封来稳定整体结构；塑封减薄露出连接点后再进行rdl(re-distributed layer，重布线层)互联，最后电镀出焊接凸点；临时键合层可以通过激光/热等方式来完成拆除，为了整体的稳定性和散热性在芯片的背面增加一层导热层。
43.在一个实施例中，如图1-图3所示，提供了一种基于硅桥的小芯片互联封装结构，其包括：第一小芯片100、第二小芯片101、假片102和硅桥芯片103，第一小芯片100、第二小芯片101上表面设置多个第一凸块200和多个第二凸块201，第一凸块200的高度大于第二凸块201的高度，假片102上表面设置多个第三凸块204，硅桥芯片103下表面设置多个第四凸块202、多个第五凸块203，假片102位于第一小芯片100、第二小芯片101之间，第一小芯片100、第二小芯片101、假片102并排设置于硅桥芯片103下表面，第四凸块202与第二凸块201连接、第五凸块203与第三凸块204连接，第一小芯片100、第二小芯片101、假片102和硅桥芯片103通过塑封料302封装，第一凸块200露出封装结构。其中，假片102为dummy芯片。小芯片可为图像处理芯片、语音芯片等微型芯片，芯片的种类在此不作限制。
44.其中，第三凸块204截面积大于第一凸块200、第二凸块201的截面积。本实施例中，凸块可采用类似于铜的导电材料制作。
45.本实施例中，通过假片(dummy芯片)连接第一小芯片和第一小芯片固定于硅桥芯片上，能够通过截面积大的凸块和硅桥芯片形成互联，增强整体封装结构强度，并为底填工艺提供了一个毛细牵引平台，有利于芯片间底填胶充满；同时，通过在硅桥芯片上增加大凸块来和小芯片以及假片形成互联，增大了硅桥芯片和其他芯片的接触面积，并将原本集中在硅桥小凸块上的应力转移到无实际电性能的大凸块上。
46.在其中一个实施例中，第三凸块204为ubm。其中，ubm(under bump metallurgy，凸点下金属层)，是在芯片焊盘与凸点之间的金属化过渡层，主要起粘附和扩散阻挡的作用，它通常由粘附层、扩散阻挡层和浸润层等多层金属膜组成。目前通常采用溅射、蒸发、化学镀、电镀等方法来形成ubm，所以ubm层的制作是凸点制作的关键工艺之一，其好坏将直接影响凸点的质量，以及倒装焊接的成品率和封装后凸点的可靠性。
47.在其中一个实施例中，所述多个第四凸块202的密度和间距与多个第二凸块201顶端的ubm的密度和间距一一对应，所述多个第五凸块203的密度和间距与多个第三凸块204的密度和间距一一对应。其中，硅桥芯片上的第四凸块的数目与第二凸块数目相同，第四凸块与第二凸块一一对应焊接；硅桥芯片上的第五凸块与第三凸块数目相同，第五凸块与第三凸块一一对应焊接。
48.在其中一个实施例中，第一凸块200的高度超过第四凸块202、第二凸块201高度之和10um。本实施例中，第一凸块200的高度超过第四凸块202、第二凸块201高度之和10um确保后续制程的进行。
49.在其中一个实施例中，如图4所示，第三凸块204截面积大于或等于第二凸块201的截面积的2倍。本实施例中，第三凸块为大面积的凸块，硅桥芯片通过大面积的凸块来和小芯片以及假片形成互联，增大了硅桥芯片和其他芯片的接触面积，并将原本集中在硅桥小
凸块上的应力转移到无实际电性能的大凸块上，提高了基于硅桥的小芯片互联封装结构的抗压性能。
50.在其中一个实施例中，如图1所示，基于硅桥的小芯片互联封装结构，还包括：设置于第一小芯片100、第二小芯片101、假片102下表面的导热层104。其中，导热层可为铜层。本实施例中，在小芯片背面增加导热层来增加整体封装结构的散热和结构强度。
51.在其中一个实施例中，如图1所示，基于硅桥的小芯片互联封装结构，还包括：与第一凸块200连接的焊球凸点205。
52.在一个实施例中，如图1、图5-图8所示，提供了一种基于硅桥的小芯片互联封装方法，包括以下步骤：
53.a1，在一块膨胀系数与小芯片相似的临时载板400上附着一层临时键合层401；其中，键合层为感光键合层或者热键合层，不限制材料及附着方式；
54.a2，第一小芯片、假片、第二小芯片底部设置粘结层300，将第一小芯片、假片、第二小芯片并排与临时载板400完成贴装；如图5所示，第一小芯片、假片、第二小芯片通过粘结层固定于临时载板400上；
55.a3，对贴装完成后的第一小芯片、假片、第二小芯片底部的粘结层300进行固化；
56.a4，将第一小芯片、第二小芯片上的第二凸块与硅桥芯片上的第四凸块、假片上的第三凸块分别与硅桥芯片上的第五凸块进行焊接；
57.a5，在焊接后的硅桥芯片与第一小芯片、假片、第二小芯片之间的间隙填充底填胶；其中，如图6和图7所示，小芯片和硅桥间的间隙通过底填胶301来进行填充，因为在硅桥下增加了假片102，底填胶301的毛细现象会更加明显，底填胶301能够顺利渗透到硅桥芯片与第一小芯片、假片、第二小芯片之间的间隙，烘烤之后可以很好的将硅桥芯片与第一小芯片、假片、第二小芯片进行固定；
58.a6，对底填胶进行烘烤固化；
59.a7，采用塑封料302将临时载板400上的硅桥芯片与第一小芯片、假片、第二小芯片的结构封装重构，形成封装包；其中，硅桥芯片与第一小芯片、假片、第二小芯片包裹在封装包内部；
60.a8，采用晶圆减薄的方式将封装包上表面减薄，直到第一凸块全部露出；
61.a9，将焊球凸点205采用重布线工艺与第一凸块连接，形成互连结构；
62.a10，将互连结构的临时载板拆除，并采用晶圆切割的方式进行切割形成单个基于硅桥的小芯片互联封装结构。其中，临时键合层可以通过激光/热等方式来完成拆除，以将互连结构的临时载板拆除。
63.其中，在小芯片互联封装之前需要准备：在需要互联的第一小芯片100和第二小芯片101等上使用电镀的方式长成足够长度的第一凸块200，第一凸块200长度一般需要超过第四凸块202、第二凸块201和硅桥芯片的高度之和10um以上来确保后续制程的进行；在第一小芯片、第二小芯片需要互联的区域以ubm的方式来形成焊接层及应力吸收层；假片102不含功能，其上长有大尺寸的第三凸块204，第三凸块204的截面尺寸是小芯片互联区域ubm截面尺寸的2倍以上；硅桥芯片103是连接相邻小芯片(100，101)的高密度互联芯片，其上在对应的小芯片区域长有高密度小间距第四凸块202，其密度和间距与小芯片(100，101)上的第二凸块201一一对应，而大间距的第五凸块203则和假片102上的第三凸块204一一对应。
64.具体的，如图8所示，在采用塑封料将临时载板上的硅桥芯片与第一小芯片、假片、第二小芯片的结构封装重构，形成封装包之后，采用晶圆减薄的方式将封装包上表面减薄，直到第一凸块全部露出。其中，减薄部分303位于封装包的上部，完成固化后晶圆封装包会有较大的翘曲，在利用晶圆减薄的方式将硅桥103和塑封料302减薄，互联凸块200露出用于后续的再布线工艺。
65.在其中一个实施例中，所述将互连结构的临时载板拆除，并采用晶圆切割的方式进行切割形成单个基于硅桥的小芯片互联封装结构，包括：将互连结构的临时载板采用激光或热的方式进行拆除，获得基于硅桥的小芯片互联封装结构半成品；将于硅桥的小芯片互联封装结构半成品采用晶圆切割的方式进行切割，并在底面增加导热层形成单个基于硅桥的小芯片互联封装结构。本实施例中，通过在小芯片底部增加导热层，能够来增加整体封装结构的散热和结构强度。
66.关于基于硅桥的小芯片互联封装方法的具体限定可以参见上文中对于基于硅桥的小芯片互联封装结构的限定，在此不再赘述。
67.在本说明书的描述中，参考术语“有些实施例”、“其他实施例”、“理想实施例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特征包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性描述不一定指的是相同的实施例或示例。
68.以上所述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。
69.以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
技术特征：1.一种基于硅桥的小芯片互联封装结构，其特征在于，包括：第一小芯片(100)、第二小芯片(101)、假片(102)和硅桥芯片(103)，第一小芯片(100)、第二小芯片(101)上表面设置多个第一凸块(200)和多个第二凸块(201)，第一凸块(200)的高度大于第二凸块(201)的高度，假片(102)上表面设置多个第三凸块(204)，硅桥芯片(103)下表面设置多个第四凸块(202)、多个第五凸块(203)，假片(102)位于第一小芯片(100)、第二小芯片(101)之间，第一小芯片(100)、第二小芯片(101)、假片(102)并排设置于硅桥芯片(103)下表面，第四凸块(202)与第二凸块(201)连接、第五凸块(203)与第三凸块(204)连接，第一小芯片(100)、第二小芯片(101)、假片(102)和硅桥芯片(103)通过塑封料(302)封装，第一凸块(200)露出封装结构。2.根据权利要求1所述的基于硅桥的小芯片互联封装结构，其特征在于，第三凸块(204)截面积大于第一凸块(200)、第二凸块(201)的截面积。3.根据权利要求1所述的基于硅桥的小芯片互联封装结构，其特征在于，第三凸块(204)为ubm。4.根据权利要求3所述的基于硅桥的小芯片互联封装结构，其特征在于，所述多个第四凸块(202)的密度和间距与多个第二凸块(201)的ubm的密度和间距一一对应，所述多个第五凸块(203)的密度和间距与多个第三凸块(204)的密度和间距一一对应。5.根据权利要求1所述的基于硅桥的小芯片互联封装结构，其特征在于，第一凸块(200)的高度超过第四凸块(202)、第二凸块(201)的高度之和10um。6.根据权利要求1所述的基于硅桥的小芯片互联封装结构，其特征在于，第三凸块(204)截面积大于或等于第二凸块(201)的截面积的2倍。7.根据权利要求1所述的基于硅桥的小芯片互联封装结构，其特征在于，还包括：设置于第一小芯片(100)、第二小芯片(101)、假片(102)下表面的导热层(104)。8.根据权利要求1所述的基于硅桥的小芯片互联封装结构，其特征在于，还包括：与第一凸块(200)连接的焊球凸点(205)。9.一种基于硅桥的小芯片互联封装方法，其特征在于，包括：在一块膨胀系数与小芯片相似的临时载板上附着一层临时键合层；第一小芯片、假片、第二小芯片底部设置粘结层，将第一小芯片、假片、第二小芯片并排与临时载板完成贴装；对贴装完成后的第一小芯片、假片、第二小芯片底部的粘结层进行固化；将第一小芯片、第二小芯片上的第二凸块与硅桥芯片上的第四凸块、假片上的第三凸块分别与硅桥芯片上的第五凸块进行焊接；在焊接后的硅桥芯片与第一小芯片、假片、第二小芯片之间的间隙填充底填胶；对底填胶进行烘烤固化；采用塑封料将临时载板上的硅桥芯片与第一小芯片、假片、第二小芯片的结构封装重构，形成封装包；其中，硅桥芯片与第一小芯片、假片、第二小芯片包裹在封装包内部；采用晶圆减薄的方式将封装包上表面减薄，直到第一凸块全部露出；将焊球凸点采用重布线工艺与第一凸块连接，形成互连结构；将互连结构的临时载板拆除，并采用晶圆切割的方式进行切割形成单个基于硅桥的小芯片互联封装结构。
10.根据权利要求9所述的基于硅桥的小芯片互联封装方法，其特征在于，所述将互连结构的临时载板拆除，并采用晶圆切割的方式进行切割形成单个基于硅桥的小芯片互联封装结构，包括：将互连结构的临时载板采用激光或热的方式进行拆除，获得基于硅桥的小芯片互联封装结构半成品；将于硅桥的小芯片互联封装结构半成品采用晶圆切割的方式进行切割，并在底面增加导热层形成单个基于硅桥的小芯片互联封装结构。
技术总结本发明涉及一种基于硅桥的小芯片互联封装结构及其制造方法。基于硅桥的小芯片互联封装结构包括：第一小芯片、第二小芯片、假片和硅桥芯片，第一小芯片、第二小芯片上表面设置多个第一凸块和多个第二凸块，第一凸块的高度大于第二凸块的高度，假片上表面设置多个第三凸块，硅桥芯片下表面设置多个第四凸块、多个第五凸块，假片位于第一小芯片、第二小芯片之间，第一小芯片、第二小芯片、假片并排设置于硅桥芯片下表面，第四凸块与第二凸块连接、第五凸块与第三凸块连接，第一小芯片、第二小芯片、假片和硅桥芯片通过塑封料封装，第一凸块露出封装结构。该基于硅桥的小芯片互联封装结构成本低且坚固。低且坚固。低且坚固。
技术研发人员：刘军 陆春荣
受保护的技术使用者：无锡芯光互连技术研究院有限公司
技术研发日：2022.07.01
技术公布日：2022/11/1
