半導體器件管芯鍵合的製作方法
2023-10-29 07:11:02
專利名稱：半導體器件管芯鍵合的製作方法
技術領域：
本發明涉及半導體管芯封裝的方法，並且更特別地，涉及控制用於將半導體管芯附接於管芯支撐部件的材料的填角高度的方法
背景技術：
半導體器件封裝實現了基本功能，例如，提供到/來自半導體管芯的外部電連接以及保護管芯免受機械的和環境的應力。在封裝管芯的常見方法中，晶片被切單並且切單的管芯被鍵合於管芯支撐件，例如襯底或者引線框的管芯焊盤或旗座(flag)。在管芯鍵合工藝中，布置於管芯和支撐件之間的粘性鍵合材料固化。典型的鍵合材料是聚合物粘合劑，例如，環氧樹脂、軟焊料或共晶合金。·在管芯鍵合操作期間，鍵合材料可以向上流到管芯的邊緣，形成填角(fillet)。填角的高度是一個生產變量，控制該生產變量是重要的。為了提高封裝密度，半導體管芯的厚度被最小化。例如，可以在半導體管芯的切單之前磨削晶片的背面以減小晶片的厚度。但是，減小管芯厚度增加了填角高度變得過大的風險；也就是，其中管芯鍵合材料溢出管芯的邊緣並且流到管芯的有源面之上，這繼而又能夠引起絲線鍵合的缺陷(例如，管芯上的接觸焊盤的短路)的情形。因而，能夠精確地控制填角高度並且從而防止管芯鍵合材料流到管芯的有源面之上將是有利的。
本發明以實例的方式示出並且不受其示出於附圖中的實施例限制，在附圖中相同的參考符號指示相似的元件。在附圖中的元件僅出於簡明和清晰器起見而示出，並不一定要按比例畫出。圖I是具有與管芯支撐元件鍵合的半導體管芯的常規半導體器件的示意性截面圖；圖2是根據本發明的一種實施例(以實例的方式給出的)的具有與管芯支撐元件鍵合的半導體管芯的半導體器件的示意性截面圖；以及圖3到圖7是根據本發明的一種實施例(以實例的方式給出的)的圖2的半導體器件在組裝或封裝過程中的各個階段的截面圖。
具體實施例方式用於表面安裝的半導體器件封裝具有暴露的電接觸。暴露的電接觸在內部與半導體管芯的有源面上的電接觸焊盤連接。可使用各種技術來使封裝的暴露電接觸與嵌入的半導體管芯連接。在附圖中示出的半導體器件是絲線鍵合的封裝，在該封裝中半導體管芯安裝於管芯支撐件上，半導體管芯的有源面與管芯支撐件相反。絲線然後鍵合至半導體管芯的接觸焊盤以及至封裝的暴露電接觸以提供內部連接。但是，所示出並描述的將管芯鍵合於管芯支撐件上的實例同樣可應用於其他的半導體器件封裝結構。
圖I示出了一種已知的封裝半導體器件100。半導體器件100包括具有相反的第一面42和第二面44以及邊緣表面46的半導體管芯40。半導體管芯40的第一面42是有源面並且具有多個電接觸元件(沒有示出)。半導體管芯40的第二面44以管芯附接材料52(例如，環氧物)附接於管芯支撐部件51。在管芯的第一面42上的電接觸元件以鍵合絲線54電連接至管芯支撐件51上的暴露電接觸元件(沒有示出)以用於與外部電路的連接。管芯40和鍵合絲線51以模塑料(molding compound) 56覆蓋。在半導體管芯40與管芯支撐件51鍵合期間，管芯附接材料52是粘性的。當將半導體管芯40的第二面44施加於管芯附接材料52時，會促使管芯附接材料52外流超出管芯40的邊緣表面46以保證完全覆蓋第二面44並降低半導體管芯40傾斜的風險。然後，表面張力促使管芯附接材料52向上流到邊緣表面46，形成填角50。如果填角50具有過大的高度，這將會表現出管芯附接材料52流過管芯邊緣46並且流到了有源面42之上，伴隨有引起諸如在管芯40上的接觸焊盤短路的缺陷的風險。如果邊緣表面46是平坦的，使得半導體管芯40的截面是矩形的，則管芯附接材料52將向上直流到管芯的邊緣表面46。為了降低管芯附接材料52溢出到有源面42之上的風險，已知的半導體器件100具有形成於 管芯邊緣表面46中的臺階48。臺階48形成於半導體管芯40的第一面42中。管芯附接材料52能夠在溢出到有源面42上之前流過臺階48的距離大於在直邊緣表面46的情形中的距離。但是，臺階減小了有源面42的寬度，使得該寬度小於相反面44的寬度，這具有減少每一晶片的管芯數和/或減少能夠位於活性面42之上的電接觸元件的數量的缺點。此外，當管芯附接材料52流過臺階48時，表面張力將會促使管芯附接材料52仍舊朝上流向有源面42，留下了管芯附接材料52溢出到有源面42之上的一定風險。圖2示出了根據本發明的一種實施例的半導體器件200的實例。半導體器件200包括具有相反的第一面204和第二面206以及邊緣表面208的半導體管芯202。半導體器件200還包括具有鍵合表面212的管芯支撐部件210，例如引線框的導熱旗座。半導體管芯202在邊緣208具有位於第一面204下方或之下的底切214。半導體管芯202的第二面206鍵合至管芯支撐部件210的具有管芯附接材料的鍵合表面212，其中管芯附接材料的填角216形成於由底切214限定的區域之內。在將半導體管芯202的第二面206鍵合至鍵合表面212的過程期間，底切214含有管芯附接材料使得填角216沒有延伸過管芯外緣208且流到管芯的第一面204之上。即使填角216的尺寸過大，管芯附接材料將由鍵合表面212的通常平行於底切214的懸突的表面張力吸引而傾向於向外流動，而不是沿著垂直的邊緣表面208朝上流向第一面204，從而降低了管芯附接材料溢出到第一面204之上和引起缺陷的風險。第一面204是半導體管芯202的有源面並且具有大於第二面206的寬度，與半導體器件100相比，這能夠允許增加每一晶片的管芯202的數量和/或增加在管芯202的第一正面(有源面)204上的電接觸元件的數量。半導體器件200包括一組暴露的電接觸元件218，暴露的電接觸元件218可以由引線框的一部分來形成，引線框還提供了管芯支撐件210。半導體管芯202的有源面204具有與暴露的電接觸元件218 (例如，與鍵合絲線222)電連接的多個電接觸元件220，這可以使用已知的絲線鍵合工藝和設備來完成。模塑料224覆蓋第一面204、填角216和鍵合絲線222。
應當意識到，諸如器件200的半導體器件可以包括多於一個的半導體管芯202，該半導體管芯202的每一個的邊緣表面208包括底切214。為了清晰起見，在附圖中的垂直尺寸已經相對於水平尺寸進行了放大。舉例來說，在半導體管芯202的一種實例中，通過在切單管芯之前對晶片進行背研磨來使管芯202的厚度減小至125 μ m。底切214為50 μ m寬和75 μ m高。圖3到圖7示出了根據本發明的一種實施例的一種製作半導體器件(例如，器件200)的方法的實例。該方法開始先提供在其中形成半導體電路的晶片300。圖3是晶片300的一部分的截面圖，所示出的這部分包括用於兩個相鄰的半導體管芯202的部分的材料。圖3到圖7所示的方法包括提供具有相反的第一面204和第二面206以及邊緣表面208的半導體管芯202。管芯的邊緣表面208具有形成於第一面204下方或之下的底切214。如前面所討論的，底切214的作用是防止管芯附接材料流到管芯202的第一面(有源面)204之上，使得管芯附接材料不妨礙在管芯202的第一面(有源面)上的電連接和電接觸元件。再次參考圖3，圖3所示的晶片300的頂面形成了半導體管芯202的第一面204。 圖3所示的晶片300的底面或背面在背研磨之後形成了半導體管芯202的第二面206。第一面204包括多個電接觸元件220。圖3所示的晶片300的頂面還給出了對準標記(沒有示出)，用於引導切單和其他鋸切操作。如圖4所示，晶片300然後被翻轉並且被安裝使半導體管芯202的第一面204在背襯(backing) 400 (例如,粘合劑支撐膜)之上。如圖5所示，在背襯400上的晶片300安置於鋸機內。鋸機在附圖中由第一鋸片500和攝像機502來表示。介於晶片300和攝像機502之間的背襯和任何卡臺對攝像機502及鋸機的引導系統而言都是透明的。第一鋸片500由橢圓形象徵性地表示，但是應當意識至IJ，旋轉鋸片500實際上應當是具有任意適合的截面的圓形。第一鋸片500被用來形成在晶片300的背面上的第一切口以形成凹槽504，該凹槽504部分路徑通過在半導體管芯202的第二面206中的晶片300的厚度。凹槽504被示出為具有矩形截面，但是應當理解，凹槽504可以具有任意適合的截面，這將通常由旋轉鋸片500的截面來限定。第一鋸片500沿著在相鄰的半導體管芯202之間的一組平行鋸道和一組正交的平行鋸道位移以形成凹槽504。第一鋸片500的位移由在晶片300的第一面204上的對準標記來引導，該對準標記由攝像機502感測。凹槽504的寬度SI由第一鋸片500的寬度限定。每個凹槽504將形成相鄰的半導體管芯202的底切214。凹槽504的寬度SI大於兩個相鄰底切214的寬度，以允許半導體管芯202隨後的切單。如圖6所示，在本發明的一種實施例的這個實例中，半導體管芯202然後被切單。第一鋸片500替換為第二鋸片600並且第二鋸片600被用來形成沿著在相鄰的半導體管芯202之間的同一組平行鋸道和同一組正交的平行鋸道的第二切口，該第二鋸片600仍由在晶片300的頂面上的對準標記來引導，該對準標記由攝像機502感測。第二鋸片600的寬度S2小於第一鋸片500的寬度SI。第二鋸片600在凹槽504中從與半導體管芯202的第二面206相同的一側整體上切割通過晶片300的剩餘厚度，以便對半導體管芯202切單。如圖7所示，支撐材料700(例如，粘合劑支撐膜)在切單之後被施加於半導體管芯202的第二面206並且在第一面204上的背襯400被去除。在支撐材料700上的半導體管芯202然後被反轉或被翻轉並且然後由本技術領域中已知的拾放工具從支撐材料700單個地拾起。然後，每個半導體管芯202以管芯附接粘合劑附接於管芯支撐部件210的鍵合表面212並且填角216形成於底切214之內。在該實例中，管芯附接粘合劑被施加於管芯支撐件210的鍵合表面212。然後，半導體管芯202的第二面206被施加於管芯附接材料，管芯附接材料流入由凹槽504形成的底切214內，從而形成了填角216。在本發明的另一實施例的一個實例中，管芯附接材料被施加於半導體管芯202的第二面206並且管芯202然後被施加於管芯支撐件210的鍵合表面212，並且填角216再一次形成於底切214之內。在將半導體管芯202附接於管芯支撐件210的鍵合表面212之後，例如以使用市場上可購得的絲線鍵合設備的已知的絲線鍵合工藝來使管芯202的電接觸元件220與暴露的電接觸元件218中對應的那些電連接。在絲線鍵合之後，執行包封，管芯202、鍵合絲線222和填角216由模塑料224覆蓋。在切割凹槽504的同一臺機器上執行晶片300的切單是方便的。在該方法的這個實例中，同時使用兩個寬度不同的鋸片，以不同的鋸片高度在不同的鋸道中切割。作為選擇，將較寬的鋸片改變成較窄的鋸片並且調整鋸片高度將是可能的。但是，在本發明的另一實施例的另一實例中，在切割凹槽504之後，晶片300被安裝於背襯700上。隨後通過鋸切、劃片或雷射切割來執行晶片300的切單。在前面的說明中，本發明已經針對本發明的實施例的具體實例進行了描述。但是，明顯的是，在不脫離所附權利要求書所闡述的本發明更廣泛的精神和範圍的情況下可以進行各種修改和改變。例如，在此所描述的半導體管芯202能夠是任意半導體材料或材料組合，例如砷化鎵、鍺矽、絕緣體上矽(SOI)、矽、單晶矽等，以及以上這些的組合。詞語「前面」、「後面」、「頂部」、「底部」、「上方」、「下方」等在說明書和權利要求書 中用於敘述性的作用並且不一定描述不變的相對位置。應當理解，這樣使用的詞語在適當的情況下是可互換的，使得例如本發明在此所描述的實施例能夠按照與此所示出的或另外描述的那些取向不同的取向來操作。此外，本領域技術人員應當意識到，在以上所描述的操作之間的界限只是例示性的。因而，說明書和附圖因此將被看作是說明性的而不是限制性的。
權利要求
1.一種組裝半導體器件的方法，包括以下步驟 提供具有相反的第一面和第二面以及邊緣表面的半導體管芯，其中所述邊緣表面具有在所述第一面下的底切，並且其中所述第一面是所述半導體管芯的有源面且具有大於所述第二面的寬度； 提供具有鍵合表面的管芯支撐部件；以及 以管芯附接材料將所述半導體管芯附接於所述鍵合表面，其中所述管芯附接材料流入所述底切中並且在所述底切中形成填角。
2.根據權利要求I所述的方法，其中將所述半導體管芯附接於所述鍵合表面的步驟包括將所述管芯附接材料施加於所述鍵合表面，以及將所述半導體管芯的所述第二面施加於所述管芯附接材料。
3.根據權利要求I所述的方法，其中所述半導體器件具有多個暴露的電接觸元件並且所述半導體管芯具有多個在所述有源面上的電接觸元件，所述方法還包括將所述管芯的所述電接觸元件與所述暴露的電接觸元件電連接的步驟。
4.根據權利要求3所述的方法，其中將所述管芯的所述電接觸元件與所述暴露電接觸元件電連接的步驟包括將絲線鍵合至所述電接觸元件。
5.根據權利要求4所述的方法，還包括以模塑料包封所述半導體管芯、鍵合絲線和填角，其中所述第一面嵌入到所述模塑料中。
6.根據權利要求I所述的方法，其中提供所述半導體管芯的步驟包括安裝半導體材料的晶片使所述管芯的所述第一面在背襯材料上，用具有第一寬度的第一鋸片執行第一鋸切操作以形成所述底切，其中所述第一鋸切操作包括部分地鋸切通過所述晶片，以及用具有小於所述第一寬度的第二寬度的第二鋸片執行第二鋸切操作，其中所述第二鋸切操作對所述半導體管芯切單。
7.根據權利要求6所述的方法，其中所述晶片包括在所述管芯的所述第一面上的對準標記，所述對準標記用於在所述第一鋸切操作期間引導所述第一鋸片。
8.根據權利要求6所述的方法，還包括背研磨所述晶片以產生所述管芯的所述第二面。
9.一種半導體管芯，包括 相反的第一面和第二面以及邊緣表面，其中所述邊緣表面包括在所述第一面下的底切，在將所述第二面鍵合於鍵合表面期間管芯附接材料能夠流入所述底切內使得所述管芯附接材料的填充物形成於所述底切之內；以及 多個電接觸元件，用於與封裝器件的相應多個暴露的電接觸元件連接，所述電接觸元件被布置於所述第一面上。
10.一種半導體器件，包括 具有相反的第一面和第二面以及邊緣表面的半導體管芯，其中所述邊緣表面包括在所述第一面下的底切，其中所述第一面是所述半導體管芯的有源面，並且其中所述第一面具有大於所述第二面的寬度； 具有鍵合表面的管芯支撐元件，其中所述半導體管芯的所述第二面以管芯附接材料附接於所述鍵合表面，其中所述管芯附接材料的填角形成於所述底切中； 多個暴露的電接觸元件，其中所述半導體管芯的所述有源面具有與所述暴露的電接觸元件電連接的相應的多個電接觸元件，並且其中所述管芯的所述電接觸元件被用鍵合絲線與所述暴露 的電接觸元件電連接；以及 模塑料，至少覆蓋所述半導體管芯的所述第一面、所述鍵合絲線和所述填角。
全文摘要
本發明公開了一種半導體器件，該半導體器件包括具有相反的第一面和第二面以及邊緣表面的半導體管芯。邊緣表面具有在第一面之下的底切。半導體管芯的第二面以管芯附接材料鍵合至管芯支撐部件(例如，引線框的導熱旗座)的鍵合表面。鍵合材料的填角形成於底切之內。
文檔編號H01L23/488GK102931105SQ20111022775
公開日2013年2月13日 申請日期2011年8月10日 優先權日2011年8月10日
發明者邱書楠, 貢國良, 駱軍華, 徐雪松 申請人:飛思卡爾半導體公司