封裝結構及其封裝方法
2023-08-05 15:38:21 1
專利名稱：封裝結構及其封裝方法
技術領域：
本發明涉及一種封裝方法，尤指一種可在晶圓背面形成凹槽，並在 所述凹槽中設置散熱元件的封裝方法。
背景技術：
近年來，隨著筆記型電腦、個人數位助理器(PDA)與行動電話等便攜 式機器的小型化與高功能化，以及中央處理器(CPU)與內存模組(memory module)等的功能複雜化，使半導體製程不僅需朝向高積集度發展，也必 需朝向高密度(high density)封裝發展，於是各種輕、薄、短、小的封 裝體便不斷地被開發出來。覆晶(flipchip, FC)封裝結構與傳統的封裝 結構相較，具有散熱快、低電感、多端子以及晶片尺寸小的優點，其應 用範圍因為這些優點不斷地被擴展，並且在未來的幾年內的使用量將成 數倍成長。
請參照圖l所示，圖1為現有的一種覆晶封裝結構30的示意圖，覆晶 封裝結構30包含有一個晶粒(die) 32以及若干個接合墊(未圖示)設置於 晶粒32的主動表面(active surface)34上。此外，覆晶封裝結構30另包 含有一個基板36，例如一個多層電路載板，且基板36具有一個上表面38， 以及若干個凸塊焊墊(未圖示)設置於上表面38上。
在進行封裝時，晶粒32的主動表面34是面向基板36的上表面38，且各 接合墊的位置(site)是與各凸塊焊墊的位置相對應。其次，若干個凸塊 (solder bump)42分別設置於各接合墊與各凸塊焊墊之間，以提供各接合 墊至各凸塊焊墊的物理及電性連接。此外，在各接合墊與各凸塊42之間 另包含有一個凸±央下金屬層(under bump metallurgy layer,未圖示)，
其可視製程與元件設計的需要來作為接合層、阻障層、溼潤層或是導電 層。同時，晶粒32中包含有至少一個超大規模集成電路(very large scale integration, VLSI)或是至少一個極大規模集成電路(ultra large scale integration, ULSI)等級以上的集成電路，且這些超大規模集成 電路或極超大規模集成電路是透過上述各接合墊、各凸塊"以及各凸塊焊墊與基板36電性連接。
除此之外，覆晶封裝結構30另包含有一個填滿基板36與晶粒32之間空 隙的底膠(underfill layer)44，用來保護覆晶封裝結構30免受惡劣環境 的影響，並同時消除凸塊42連接處的應力(stress)。同時，覆晶封裝結 構30另設置有若干個錫球焊墊(solder ball pad)46在基板36的一下表面 45上，以及若干個分別與各錫球焊墊46連接的錫球(solder balls)48。 此外，在晶粒32的背面47上，則另設置有一個散熱元件49，例如散熱片、 散熱鰭片、或風扇等，用於晶粒32運作時排除晶粒32所產生的熱能。
然而，上述現有的覆晶封裝結構30具有一些常見缺點。雖然覆晶封 裝結構30的散熱元件49是直接貼附在晶粒32的背面，但是在晶粒32運作 時，仍時常會因晶粒32內靠近主動表面34的電路元件與散熱元件49之間 的距離過於遙遠，而嚴重降低晶粒32的散熱速度與延長晶粒32的散熱時 間，從而影響覆晶封裝結構30的整體效能。此外，散熱元件49僅通過散 熱膏等的黏結作用貼附於晶粒32的背面47上，這樣的固定效果並不佳。
因此，如何能發展出一種新的封裝結構及封裝方法來解決上述問題 已成為現今一重要的課題。
發明內容
本發明的目的在於提供一種在晶粒背面形成凹槽，並在所述凹槽內 設置散熱元件的封裝結構及其封裝方法，可以改善晶粒的散熱效果。
為達成上述目的，本發明採用如下技術方案 一種封裝方法，首先， 提供一個晶圓，且在所述晶圓的正面定義有若干個晶粒區及若干條切割 道；然後，在所述晶圓背面相對應各所述晶粒區之處分別形成一個凹槽; 接著，沿著所述切割道切割所述晶圓，以形成若干個晶粒；隨後，在各 所述晶粒的所述凹槽中分別設置一個散熱元件。
依據本發明的上述封裝方法製作而成的封裝結構主要包括有 一個 基板及至少一個設置在所述基板的上表面並與所述基板電性連接的晶 粒，在所述晶粒的背面具有至少一個凹槽，而在所述凹槽內至少設置有 一個散熱元件。
相較於現有技術，本發明設置散熱元件的封裝方法是在切割一個晶圓並形成若干個晶粒之前，就已經先於各晶粒背面形成一個凹槽；在晶粒 形成之後，在各晶粒的凹槽中分別嵌合一個散熱元件。通過這種封裝方
法製作而成的封裝結構可有效縮短晶粒熱傳導(heat transfer)的距離 並提高散熱元件的固定效果，進而大幅增加晶粒的散熱速度與效果。
圖l為現有覆晶封裝結構的示意圖。
圖2至圖7為本發明製作封裝結構的方法示意圖。
具體實施例方式
請參照圖2至圖7，圖2至圖7為本發明製作封裝結構的方法示意圖。 如圖2所示，首先要提供一個完成超大規模集成電路(VLSI)製程或極大規 模集成電路(ULSI)製程的晶圓(wafer) 60，且晶圓60正面定義有若干個晶 粒區(未圖示)以及若干條本質上相互平行的水平切割道(未圖示)與若干 條本質上彼此平行的垂直切割道(未圖示)，用以分隔開各個晶粒區(未圖 示)。
如圖3所示，然後在晶圓60背面形成一個圖案化屏蔽62，例如在晶圓 60背面形成一個圖案化光阻層，這樣可以在晶圓60背面分別定義出相對 應各晶粒區的若干個凹槽位置。
如圖4所示，接著進行一個蝕刻製程，例如溼蝕刻(wet etch)或電漿 蝕刻(plasma etch)製程，從而在晶圓60背面相對應各晶粒區之處分別形 成一凹槽64。
如圖5所示，接著沿著切割道切割晶圓60，以形成若干個晶粒66，且 每一個晶粒66均分別具有一主動表面68與一背面70，其中圖5中是以單一 晶粒為例。
然後，如圖6所示，進行一個封裝製程，例如覆晶封裝製程，可以在 各晶粒66的主動表面68上形成若干個凸塊72，並利用各凸塊72將各晶粒 66電性連接於一相對應的基板74表面。隨後在完成覆晶鍵結製程(flip chip bond process)的回焊(ref low)步驟後，再在晶粒66、凸塊72與基 板74之間填充一底膠(underfill)76，並利用底膠76將晶粒66固定於基板 74表面。
如圖7所示，接著在各凹槽64內塗布一導熱膠(thermal inductive material, TIM)(未圖示)，然後在各晶粒66的凹槽64中分別設置一散熱 元件(heat spreader)78，例如一散熱片、散熱鰭片或風扇等，以形成本 發明的覆晶封裝結構80。隨後進行一個烘烤(curing)製程，將覆晶封裝 結構80放置於一個氮氣烘烤爐(N2 oven)中進行加熱，以將散熱元件78 有效黏著於凹槽64表面。最後，可依據不同製程需求，在基板74下表面 另設置若干個錫球82。
值得注意的是，由於本發明是在切割晶圓60之前就在各晶粒66的背 面70形成一凹槽64，而在切割晶圓60之後，再將散熱元件78分別設置於 各晶粒66的凹槽64中，因此可大幅縮短散熱元件78與晶粒66間的距離， 並有效將各散熱元件78嵌合於各晶粒66的凹槽64中。換句話說，通過設 置凹槽64來縮短散熱元件78與熱源(heat source)間的距離，本發明可以 有效改善封裝結構的散熱效果及固裝機制。
此外，不局限於先前所述的方法，本發明還可以在晶圓60背面形成 若干個凹槽64之後，先在未具有凹槽64的晶圓60正面上形成若干個凸塊 72，然後再沿著切割道切割晶圓60，以形成若干個具有凸塊72的晶粒66。 接著當形成若干個晶粒66後，又可以先在各凹槽64內塗布一導熱膠 (TIM)，然後再藉助導熱膠將散熱元件78分別黏著於各晶粒66的凹槽64 中。隨後利用形成於晶粒66的主動表面68上的若干個凸塊72將各晶粒66 電性連接於基板74表面，當然，在晶粒66的主動表面68上形成若干個凸 塊72的步驟也可以在這一步驟中進行，而非一定要在前述的步驟(即切 割晶圓60之前)中進行，然後可利用這些凸塊72將各晶粒66電性連接於 基板74表面。最後將一底膠76填充於晶粒66、凸塊72與基板74之間，以 形成本發明的覆晶封裝結構80。
因此如圖7所示，通過上述本發明的製作方法而得到的覆晶封裝結構 80包括有基板74、至少一個設置於基板74的上表面並與基板74電性連 接的具有凹槽64的晶粒66，以及設置於晶粒66背面的凹槽64內的散熱元 件78，其中基板74為一覆晶基板。覆晶封裝結構80還包括有若干個凸塊 72，這些凸塊72是形成於晶粒66與基板74之間。同時，覆晶封裝結構80 還包括有形成於晶粒66、凸塊72與基板74之間的底膠76，及設置於凹槽 64內並用來黏接散熱元件78與晶粒66的導熱膠。
綜上所述，相較於現有製作具有散熱元件的封裝結構的方法，本發明 是在切割一個晶圓並形成若干個晶粒之前，就已經先於各晶粒背面形成 一個凹槽；在晶粒形成之後，在各晶粒的凹槽中分別嵌合一個散熱元件， 因此可有效縮短晶粒熱傳導(heat transfer)的距離並提高散熱元件的 固定效果，進而大幅增加晶粒的散熱速度與效果。
權利要求
1.一種封裝方法，其步驟包括有步驟(a)是提供一個晶圓，在所述晶圓的正面定義有若干個晶粒區及若干條切割道；其特徵在於還具有步驟(b)、(c)及(d)，步驟(b)是在所述晶圓的背面相對應各所述晶粒區之處分別形成一個凹槽；步驟(c)是沿著所述切割道切割所述晶圓，以形成若干個晶粒，此時在每一所述晶粒的背面均具有一個凹槽；步驟(d)是在各所述晶粒的所述凹槽中分別設置一個散熱元件。
2. 如權利要求l所述的封裝方法，其特徵在於在步驟(b)中形成的所述凹槽是利用一個蝕刻製程所達成的，所述蝕刻製程為溼蝕刻或電 漿蝕刻製程。
3. 如權利要求2所述的封裝方法，其特徵在於在步驟(b)中形成 所述凹槽之前，還具有一個形成一圖案化屏蔽的步驟，用來在所述晶粒 背面分別定義出相對應各所述晶粒區的各所述凹槽的位置。
4. 如權利要求l所述的封裝方法，其特徵在於在將所述散熱元件 分別設置於各所述凹槽之前，還具有一個在各所述凹槽內塗布導熱膠的 步驟。
5. 如權利要求4所述的封裝方法，其特徵在於在設置所述散熱元 件之後，還具有一個烘烤製程。
6. 如權利要求l所述的封裝方法，其特徵在於在將所述散熱元件 分別設置於各所述凹槽之後，還要進行一個覆晶封裝製程。
7. 如權利要求l所述的封裝方法，其特徵在於在將所述散熱元件 分別設置於各所述凹槽之後，還包括有一個在不具有凹槽的晶粒表面形 成若干個凸塊的步驟，以利用所述凸塊將各所述晶粒電性連接於所述基 板表面。
8. —種封裝結構，其包括有一個基板及至少一個設置在所述基板的上表面並與所述基板電性連接的晶粒，其特徵在於在所述晶粒背面具 有至少一個凹槽，而在所述凹槽內至少設置有一個散熱元件。
9. 如權利要求8所述的封裝結構，其特徵在於所述封裝結構還包括有若干個形成於所述晶粒與所述基板之間的凸塊。
10.如權利要求8所述的封裝結構，其特徵在於所述封裝結構還包 括有一個設置於所述凹槽內的導熱膠，用以黏結所述散熱元件與所述晶 粒。
全文摘要
本發明公開一種封裝方法，首先提供一個晶圓，在所述晶圓的正面定義有若干個晶粒區及若干條切割道；然後，在所述晶圓的背面相對應各所述晶粒區之處分別形成有一個凹槽；接著，沿著所述切割道切割所述晶圓，以形成若干個晶粒；隨後，分別在各所述晶粒的所述凹槽中設置一個散熱元件(heat spreader)。
文檔編號H01L21/50GK101197295SQ20061016887
公開日2008年6月11日 申請日期2006年12月8日 優先權日2006年12月8日
發明者李秋鋒 申請人:日月光半導體製造股份有限公司