半導體晶片及其封裝結構與製法的製作方法

2023-09-11 12:18:20

專利名稱：半導體晶片及其封裝結構與製法的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種半導體晶片及其封裝結構與製法，尤指一種覆晶 式半導體晶片及其封裝結構與製法。
背景技術：
模壓式覆晶(Molded Flip-Chip)半導體封裝件是指一種通過多個 導電凸塊(Solder Bump)以將半導體晶片的主動面(Active Surface) 電性連接至基底(Substrate)表面上，且包括一通過模壓製造方法形成 於該基底表面並包覆該晶片的封裝膠體，以及於該基底另一表面上植 設多個可作為輸入/輸出(I/O)端的焊球(SolderBall),以供該半導體 晶片電性連接至外部裝置的封裝結構；此設計不但可大幅縮減封裝件 體積，以使半導體晶片與基底的比例更趨接近，同時也減去現有焊線 (Wire)設計，而可降低阻抗提升電性，因此己成為下一世代晶片與 電子元件的主流封裝技術。相關如美國專利第6,038,136號案、第 6,867,487號案或中國臺灣專利公告第1244145號案等現有技術，均已 公開相似的封裝結構。然而當半導體晶片尺寸愈來愈大(超過15mm*15mm)時，因該半 導體晶片與封裝膠體間的材料熱膨脹係數(CTE)不同，且接觸面積 過大，於晶片封裝的熱循環過程中產生的熱應力及熱變形是與距離成 正比關係，即S (變形量)=a (材料熱膨脹係數)*L (與材料變形量 為O的距離)*At (溫度變化量)，也即該覆晶式半導體晶片IO的邊緣 角端，由於其與晶片中心處(變形量為0處)距離最遠，因此將受到 較大的熱應力及熱變形，故往往於半導體晶片角端發生脫層現象，而 影響覆產品品質。鑑於前述問題，美國專利第5,773,362號案、第6,184,064號案及 第6,225,695號案則公開於半導體晶片的非主動面予以粗糙化，從而由 此增加半導體晶片與封裝膠體的粘附力，避免發生脫層問題。
請參閱圖1，為現有模壓式覆晶半導體封裝件的剖視圖，其顯示半導體晶片10通過其主動面101上所接置的多導電凸塊11而電性連接 至一基底12，且於該半導體晶片10的非主動面102上全面形成有粗糙 化結構100，從而供該半導體晶片10得以通過該粗糙化結構100強化 與封裝膠體13的粘附力，減少脫層問題發生。但是當半導體晶片表面經粗糙化後，該半導體晶片的表面強度將 會降低，且在面對現今封裝結構及電子產品輕薄短小的發展趨勢下， 半導體晶片的厚度也需薄化以符合需求，如此將嚴重造成此種非主動 面粗糙化的半導晶片強度不足而發生裂損，此一情形尤以厚度較薄的 大尺寸半導體晶片更加嚴重。因此，如何開發出一種可適用大尺寸晶片且可避免於晶片角端發 生脫層，以及因粗糙化晶片所導致晶片強度降低及裂損問題，確已為 此相關研發領域所急需解決的問題。發明內容因此，有鑑於前述及其他問題，本發明的一目的即在於提供一種 半導體晶片及其封裝結構與製法，可適用於封裝大尺寸的半導體晶片。本發明的又一 目的即在於提供一種半導體晶片及其封裝結構與制 法，可避免於半導體晶片角端發生脫層問題。本發明的再一 目的即在於提供一種半導體晶片及其封裝結構與制 法，可避免半導體晶片因粗糙化所導致的裂損問題。本發明的又一目的即在於提供一種半導體晶片及其封裝結構與制 法，可維持粗糙化半導體晶片的強度。為達前述及其他目的，本發明揭露一種半導體晶片，包括有芯 片本體，該晶片本體具有一主動面及一相對的非主動面；以及粗糙化 結構，形成於該非主動面的外圍，從而將該非主動面劃分為未予粗糙 化的中央部分，以及形成有粗糙化結構的外圍部分。此外，本發明還公開一種半導體封裝結構的製法，包括提供一 半導體晶片，該半導體晶片具有一主動面及相對的非主動面，以對應 於該非主動面的外圍進行粗糙化，從而將該非主動面劃分為未予粗糙 化的中央部分，以及形成粗糙化的外圍部分；該半導體晶片主動面通
過多導電凸塊接置於一晶片承載件上；以及於該晶片承載件上形成一 包覆該半導體晶片的封裝膠體。該半導體晶片非主動面上的粗糙化範圍，主要是設於該半導體芯 片的角端處，且該粗糙化的範圍是至少為三分之一的晶片角端至晶片中心距離，即三分之一的形心距(DNP， Distance to neutral point),從而同時通過於該半導體晶片外圍部分(角端)所形成的粗糙化強化半導 體晶片與封裝膠體的介面粘附力，以及通過該半導體晶片中央部分未 粗糙區域以維持晶片強度c通過前述製法，本發明也公開一種半導體封裝結構，包括晶片 承載件；半導體晶片，具有一主動面及相對的非主動面，該半導體芯 片是以其主動面通過多導電凸塊而接置於該晶片承載件上，且該非主 動面的外圍形成粗糙化結構，從而將該非主動面劃分為未予粗糙化的 中央部分，以及形成粗糙化的外圍部分；以及封裝膠體，是形成於該 晶片承載件上用以包覆該半導體晶片。因此，本發明的半導體晶片及其封裝結構與製法主要即在於半導 體晶片的非主動面外圍進行粗糙化，且該粗糙化的範圍，主要是位於 該半導體晶片的角端處，該粗糙化的範圍是至少為三分之一的晶片角 端至晶片中心距離，即三分之一的形心距(DNP)，從而通過於該半導 體晶片外圍部分(角端)所形成的粗糙化結構強化半導體晶片與封裝 膠體的粘附力，同時通過該半導體晶片中央部分未予粗糙化的區域維 持晶片強度，進而可適用於封裝大尺寸的半導體晶片，同時避免於半 導體晶片角端發生脫層問題及半導體晶片全面粗糙化所導致的裂損問 題。


圖1是現有覆晶式半導體封裝件的剖視圖；圖2A至2C是本發明的半導體晶片及其封裝結構與製法的示意 圖；以及圖3至5是本發明的半導體晶片其它實施例的頂視圖。 主要元件符號說明810半導體晶片ioo粗糙化結構101主動面 102非主動面 11導電凸塊 12基底 13膠裝膠體 20基底 200粗糙化結構 201主動面 202非主動面 21導電凸塊 22基底 23膠裝膠體 24焊球 DNP形心距具體實施方式
以下是通過特定的具體實例說明本發明的實施方式，本領域技術 人員可由本說明書所公開的內容輕易地了解本發明的其他優點與功 效。請參閱圖2A至2C，為本發明的半導體晶片及其封裝結構與製法 示意圖。如圖2A及2B所示，其中圖2B為對應於圖2A的剖視圖，首先本 發明所公開的半導體晶片20包括有一晶片本體，該晶片本體具有一主 動面201及一相對的非主動面202，以對應於該非主動面202的外圍部 分形成粗糙化結構200，從而將該非主動面202劃分為未予粗糙化的中 央部分，以及形成有粗糙化結構200的外圍部分。該半導體晶片20非主動面202上的粗糙化範圍，主要設於該半導 體晶片20的角端處，且該粗糙化的範圍是至少為三分之一的晶片角端 至晶片中心(晶片變形量為零)距離，即三分之一的形心距(DNP,Distance to neutral point),從而同時通過於該半導體晶片20外圍部分 (角端)所形成的粗糙化結構200強化半導體晶片20與後續覆蓋其上 的封裝膠體的介面粘附力，以及通過該半導體晶片20中央部分未形成 粗糙化結構200的區域維持晶片強度。該粗糙化的方式一般可釆用波 長小於0.5微米((im)的雷射或電漿或化學蝕刻等方式形成，該粗糙 化結構的深度以0.5至5微米為宜，其中又以2微米為佳。於本實施例中，該粗糙化結構200可形成於該半導體晶片20非主 動面202的四角隅且未相互連接，其中該粗糙化的範圍為自角端到中 心距離的三分之一處，也即，自晶片中心向外三分的二的形心距為範 圍所構成的晶片中央部分未予粗糙化。另外，於形成粗糙化結構200前是可先對該半導體晶片進行拋光 處理(polish)以強化表面強度後，再於該半導體晶片非主動面的角端 進行粗糙化處理。如圖2C所示，將該半導體晶片20主動面201通過多導電凸塊21 接置於一晶片承載件22」1;以及於該晶片承載件22上形成一包覆該 半導體晶片20的封裝膠體23，從而形成一半導體封裝結構。該晶片承載件22是可例如為球柵陣列式(BGA)基底，以對應於 該基底上未供接置半導體晶片20的一側植設有多焊球24，進而供該半 導體晶片20電性連接至外部裝置。另外，該晶片承載件也可為一導線 架 (lead frame )。還請參閱圖3至5，為本發明的半導體晶片頂視圖，該半導體晶片 20非主動面上未形成有粗糙化的中央部分形狀是可為圓形(如圖3所 示)，或矩形(如圖4所示)，也或多邊形(如圖5所示)，且其外圍部 分所形成粗糙化結構200的範圍至少為自角端到晶片中心距離的三分 之一，且可環繞該半導體晶片非主動面邊緣，從而同時通過於該半導 體晶片20外圍部分所形成的粗糙化結構200強化半導體晶片20與後 續覆蓋其上的封裝膠體的介面粘附力，以及通過該半導體晶片20中央 部分未形成粗糙化結構200的區域維持晶片強度，進而可適用於封裝 大尺寸的半導體晶片，同時避免於半導體晶片角端發生脫層問題及半 導體晶片全面粗糙化所導致的裂損問題。以上所述僅為本發明的較佳實施方式而已，並非用以限定本發明 的範圍，也即，本發明事實上仍可做其他改變，因此，本領域技術人 員在未脫離本發明所公開的精神與技術思想下所完成的一切等效修飾 或改變，仍應由權利要求所涵蓋。
權利要求
1.一種半導體晶片，包括晶片本體，該晶片本體具有一主動面及一相對的非主動面；以及粗糙化結構，形成於該非主動面的外圍，從而將該非主動面劃分為未予粗糙化的中央部分，以及形成有粗糙化結構的外圍部分。
2. 根據權利要求1所述的半導體晶片，其中，該粗糙化結構主要是 設於該半導體晶片的非作用表面角端處。
3. 根據權利要求2所述的半導體晶片，其中，該粗糙化結構的範圍 是至少為三分之一的半導體晶片角端至半導體晶片中心距離。
4. 根據權利要求1所述的半導體晶片，其中，該粗糙化結構是利用波長小於0.5微米的雷射、電漿及化學蝕刻的其中一方式形成，且該粗 糙化結構的深度以0.5至5微米為宜，其中又以2微米為佳。
5. 根據權利要求1所述的半導體晶片，其中，該粗糙化結構是形成 於該非主動面的四角端且未相互連接。
6. 根據權利要求1所述的半導體晶片，其中，該粗糙化結構是形成 於該非主動面的四角端且相互連接。
7. 根據權利要求1所述的半導體晶片，其中，該半導體晶片是先經 拋光處理以強化表面強度，再於該非主動面的角端進行粗糙化處理。
8. 根據權利要求1所述的半導體晶片，其中，該非主動面上未形成 有粗糙化結構之中央部分形狀是可為圓形、矩形及多邊形的其中之一。
9. 根據權利要求1所述的半導體晶片，其中，該粗糙化結構的範圍 至少為自半導體晶片角端到半導體晶片中心距離的三分之一，且可環繞該半導體晶片非主動面邊緣。
10. —種半導體封裝結構，包括晶片承載件；半導體晶片，具有一主動面及相對的非主動面，該半導體晶片是 以其主動面通過多導電凸塊而接置於該晶片承載件上，且該非主動面 的外圍形成有粗糙化結構，從而將該非主動面劃分為未予粗糙化的中 央部分，以及形成有粗糙化結構的外圍部分；以及封裝膠體，形成於該晶片承載件上用以包覆該半導體晶片。
11. 根據權利要求10所述的半導體封裝結構，其中，該粗糙化結構主要是設於該半導體晶片的角端處。
12. 根據權利要求11所述的半導體封裝結構，其中，該粗糙化結構 的範圍是至少為三分之一的半導體晶片角端至半導體晶片中心距離。
13. 根據權利要求11所述的半導體封裝結構，其中，該粗糙化結構 是利用波長小於0.5微米的雷射、電漿及化學蝕刻的其中一方式形成， 且該粗糙化結構的深度以0.5至5微米為宜，其中又以2微米為佳。
14. 根據權利要求11所述的半導體封裝結構，其中，該粗糙化結構 是形成於該非主動面的四角端且未相互連接。
15. 根據權利要求11所述的半導體封裝結構，其中，該粗糙化結構 是形成於該非主動面的四角端且相互連接。
16. 根據權利要求11所述的半導體封裝結構，其中，該半導體晶片 是先經拋光處理以強化表面強度，再於該非主動面的角端進行粗糙化 處理。
17. 根據權利要求11所述的半導體封裝結構，其中，該晶片承載件 為球柵陣列式基底及導線架的其中之一。
18. 根據權利要求11所述的半導體封裝結構，其中，該半導體晶片 非主動面上未形成有粗糙化結構的中央部分形狀是可為圓形、矩形及多邊形的其中之一。
19. 根據權利要求11所述的半導體封裝結構，其中，該粗糙化結構 的範圍至少為自半導體晶片角端到半導體晶片中心距離的三分之一， 且可環繞該半導體晶片非主動面邊緣。
20. —種半導體封裝結構的製法，包括提供一半導體晶片，該半導體晶片具有一主動面及相對的非主動 面，以於該非主動面的外圍進行粗糙化，從而將該非主動面劃分為未予粗糙化的中央部分及形成有粗糙化結構的外圍部分；將該半導體晶片主動面通過多導電凸塊接置於一晶片承載件上；以及於該晶片承載件上形成一包覆該半導體晶片的封裝膠體。
21. 根據權利要求20所述的半導體封裝結構的製法，其中，該粗糙 化結構主要是設於該半導體晶片的角端處。
22. 根據權利要求21所述的半導體封裝結構的製法，其中，該粗糙 化結構的範圍是至少為三分之一的半導體晶片角端至半導體晶片中心 距離。
23. 根據權利要求20所述的半導體封裝結構的製法，其中，該粗糙 化結構是利用波長小於0.5微米的雷射、電漿及化學蝕刻的其中一方式 形成，且該粗糙化結構的深度以0.5至5微米為宜，其中又以2微米為 佳。
24. 根據權利要求20所述的半導體封裝結構的製法，其中，該粗糙 化結構是形成於該非主動面的四角端且未相互連接。
25. 根據權利要求20所述的半導體封裝結構的製法，其中，該粗糙 化結構是形成於該非主動面的四角端且相互連接。
26. 根據權利要求20所述的半導體封裝結構的製法，其中，該半導 體晶片是先經拋光處理以強化表面強度，再於該非主動面的角端進行 粗糙化處理。
27. 根據權利要求20所述的半導體封裝結構的製法，其中，該晶片 承載件為球柵陣列式基底及導線架的其中之一。
28. 根據權利要求20所述的半導體封裝結構的製法，其中，該半導 體晶片非主動面上未形成有粗糙化結構的中央部分形狀是可為圓形、 矩形及多邊形的其中之一。
29. 根據權利要求20所述的半導體封裝結構的製法，其中，該粗糙化結構的範圍至少為自半導體晶片角端到半導體晶片中心距離的三分 之一，且可環繞該半導體晶片非主動面邊緣。
全文摘要
一種半導體晶片及其封裝結構與製法，主要是提供具有一主動面及相對非主動面的半導體晶片，以對應該非主動面的外圍進行粗糙化，從而將該非主動面劃分為未予粗糙化的中央部分及形成有粗糙化結構的外圍部分，以供該半導體晶片主動面通過多導電凸塊接置於晶片承載件上，並於該晶片承載件上形成一包覆該半導體晶片的封裝膠體，從而通過於該半導體晶片非主動面外圍部分所形成的粗糙化結構強化半導體晶片與封裝膠體的粘附力，同時通過該中央部分未粗糙化的區域維持晶片強度。
文檔編號H01L29/02GK101150143SQ20061013928
公開日2008年3月26日 申請日期2006年9月20日 優先權日2006年9月20日
發明者曾文聰, 林長甫, 蕭承旭, 蔡和易, 黃文宏 申請人:矽品精密工業股份有限公司