圓片級封裝結構及其引線焊盤電信號引出方法
2023-05-03 03:56:46
專利名稱：圓片級封裝結構及其引線焊盤電信號引出方法
技術領域：
本發明涉及一種圓片級封裝結構及其引線焊盤電信號引出方法，特別是 針對引線焊盤位於晶片結構外圍的圓片級封裝裝器件電信號引出方法。
背景技術：
現有技術中一種互連技術是倒裝焊技術。倒裝焊技術是在晶片的輸入/ 輸出端利用平面工藝製成焊料凸點焊球，將晶片面朝下，直接貼裝在基片上， 利用回流焊工藝使晶片焊球和基板焊盤之間形成焊點，實現晶片與基板的電、 熱、機械連接。該技術的缺點在於晶片的熱膨脹係數和底板的熱膨脹係數存 在熱失配，因此在晶片工作時，熱膨脹失配嚴重。在熱循環加載下，焊點內 產生很大的周期性塑性形變，萌生裂縫並擴展，使焊點很快疲勞失效。
另一種技術是金屬柱互連平行板結構。在矽片的正反兩面上下各有一層
互相平行的陶瓷覆銅板(DBC)。 DBC板上預先刻蝕有相應的電路。矽片的底 面之間焊接在DBC板上，而矽片正面的電極是通過直接鍵合的金屬柱引出， 與上DBC板構成電氣連接，即藉助金屬柱完成了矽片之間及上下DBC板之間 的互連。該技術既要考慮不同材料之間的熱匹配，又要考慮不同金屬柱之間 的工藝匹配。因此基於該技術的互連工藝相當複雜。
還有的一種技術是穿透矽片的互連(TSV)。通過在矽晶片或者矽圓片上 適當的位置形成小的通孔並實現孔內的金屬化，形成晶片兩面的電互連。這 樣的電連接通過類似於倒裝晶片凸點的技術可以完成層疊晶片直接的互連。 該技術涉及到多方面的工藝細節，除了矽通孔本身的製作之外，還要考慮通 孔內導電互連線的實現及導電互連線與矽襯底電絕緣的形成，因此其製作工 藝複雜，工藝實現難度大。
再有一種技術是引線鍵合技術，該技術採甩壓金絲的方法實現了晶片到 基板或者引線框架之間的互連。該技術的特點是工藝相對成熟穩定，易實現。 但對某些含有可動結構和特殊要求的晶片，直接利用該技術，不利於晶片結 構的保護。
發明內容
本發明的目的旨在克服上述所存在的缺陷，提出一種引線焊盤位於晶片 結構外圍的圓片級封裝器件電信號引出方法，利用深度可控、精確定位的多 步徑劃片技術分別沿晶片鍵合環外圍和晶片引線焊盤外圍的劃片標記進行雙 面劃片，同時精確控制劃片深度，在上層結構和下層支撐襯底的一定位置處 使刀片停止向下切割，避免了劃片工藝中水流進入晶片內部。最後利用裂片 技術，使晶片信號引線焊盤露出，利用引線鍵合等工藝實現晶片與後續電路 的互連。該方法也適用於層疊式器件結構的金屬互連。
本發明的技術解決方案圓片級封裝結構，其特徵在於是包括上層結構、 中層結構和下層支撐；其中中層結構外圍有一鍵合環，下層支撐上分布有芯 片結構的引線焊盤，所述的引線焊盤位於鍵合環的外側；封裝結構的上層結 構、中層結構和下層支撐利用鍵合環通過MEMS鍵合成一體；對圓片進行多步 徑劃片、裂片，使信號引線焊盤露出，利用引線鍵合方法將晶片與後續電路 互連。
圓片級封裝結構的引線焊盤電信號引出方法，其特徵是該方法包括如下步
驟
1) 在所述圓片下層支撐層上粘貼膠膜；
2) 在所述圓片的上層結構上沿晶片上層結構的多步徑劃片標記自上而下 進行精確定位、深度精確可控、多步徑劃片並使刀片在上層結構自下而上 30 u m-50 u m處停止向下切割，使所剩其餘部分連接；
3) 將所述圓片下層支撐上的膠膜去掉，在上層結構上粘貼膠膜；
4) 在所述圓片的下層支撐上沿晶片下層支撐材料上的劃片標記自上而下 進行精確定位、深度精確可控劃片，並在下層支撐結構自下而上30um-50um 位置深處使刀片停止向下切割，使所剩其餘部分連接；
5) 將所述圓片上層結構上的膠膜去掉； 上述所述工藝步驟順序也可以是-
1) 在所述圓片上層結構上粘貼膠膜；
2) 在所述圓片的下層支撐層上沿晶片下層支撐材料上的劃片標記進行劃 片，並在下層支撐結構自下而上30-50"m位置處使刀片停止向下切割，使所剩其餘部分連接；
3) 將所述圓片上層結構上的膠膜去掉，在所述圓片下層支撐層上粘貼膠
膜；
4) 在所述圓片的上層結構上沿晶片上層結構的多步徑劃片標記進行多步 徑劃片並使刀片在上層結構自下而上30-50 " m處停止向下切割，使所剩其餘 部分連接；
5) 將所述圓片下層支撐層上的膠膜去掉；
6) 將所述圓片裂片成獨立單元，使信號引線焊盤露出；
7) 所述的晶片採用引線鍵合方式與後續電路進行互連。 本發明的優點本發明提供的圓片級封裝結構的引線焊盤電信號引出方
法降低了工藝實現難度，方便了晶片與後續電路的引線焊接。與現有的引線 鍵合互連技術相比，本發明通過對晶片結構的合理分布設計，針對某些含有 可動結構的、需要避免水汽接觸的晶片單元，採用多步徑、深度可控、精確 定位的劃片和裂片技術，保護了晶片內部可動結構，避免了傳統劃片、封裝 等後續製作工藝對器件結構的損傷，提高了工藝成品率，同時進一步減小了 器件的封裝體積。
附圖1是圓片級封裝結構晶片單元。
附圖2是圓片組的放大示意圖。
附圖3是圓片組的劃片放大示意圖。
附圖4是圓片級封裝晶片與電路互連示意圖。
圖中的l是中層結構、2是鍵合環、3是引線焊盤、4是下層支撐、5是 上層結構、6是微凹槽、7是刀具、8是上層結構的劃片對準標記、9是下層 支撐的劃片對準標記、IO是金絲。
具體實施例方式
以下為本發明提供的實施例，結合圖l、圖2、圖3具體說明。
對照附圖l，該晶片包括上層結構5，中層結構1和下層支撐4。所述的 上層結構5材料為玻璃，中層結構l材料為矽，下層支撐4材料為玻璃。下 層支撐4材料上沉積金屬並刻蝕形成有引線焊盤3，晶片中層結構1外圍有一鍵合環2，鍵合環2底部與下層支撐4材料上金屬引線接觸處有一微凹槽6， 所述微凹槽6的高度略大於金屬引線的高度，寬度略大於金屬引線的寬度。 所述引線焊盤3通過該微凹槽6與晶片中層結構1內部連通。
所述的上層結構材料為玻璃，所述中層結構材料為矽，所述下層支撐材 料為玻璃，在所述的上層結構材料上劃片對應位置製作多步徑劃片標記，在 所述下層支撐材料上劃片對應位置製作劃片標記。
所述的上層結構材料為矽，所述中層結構材料為矽，所述下層支撐材料 為玻璃，在所述的上層結構材料上劃片對應位置製作多步徑劃片標記，在所 述下層支撐材料上劃片對應位置製作劃片標記。
所述的上層結構材料上的多步徑劃片標記位於晶片鍵合環外圍引線焊盤 正上方位置，所述下層支撐材料上的劃片標記位於相鄰的鍵合環中間。
所述的鍵合環底部刻蝕有一微凹槽，所述晶片下層支撐上的信號金屬引 線通過該微凹槽與晶片中層結構內部互連。所述信號金屬引線高度《4um， 所述微凹槽的高度略大於金屬引線的高度，寬度略大於金屬引線的寬度。
對所述圓片進行雙面、深度可控、精確定位多步徑劃片。
該方法包括如下步驟
1) 在所述圓片下層支撐層上粘貼膠膜；
2) 在所述圓片的上層結構上沿晶片上層結構的多步徑劃片標記自上而下 進行精確定位、深度精確可控、多步徑劃片並使刀片在上層結構自下而上 50um處停止向下切割，使所剩其餘部分連接；
3) 將所述圓片下層支撐上的膠膜去掉，在上層結構上粘貼膠膜；
4) 在所述圓片的下層支撐上沿晶片下層支撐材料上的劃片標記自上而下 進行精確定位、深度精確可控劃片，並在下層支撐結構自下而上50um位置 深處使刀片停止向下切割，使所剩其餘部分連接；
5) 將所述圓片上層結構上的膠膜去掉； 上述所述工藝步驟順序也可以是
1) 在所述圓片上層結構上粘貼膠膜；
2) 在所述圓片的下層支撐層上沿晶片下層支撐材料上的劃片標記進行劃 片，並在下層支撐結構自下而上30-50 tim位置處使刀片停止向下切割，使所剩其餘部分連接；
3) 將所述圓片上層結構上的膠膜去掉，在所述圓片下層支撐層上粘貼膠
膜；
4) 在所述圓片的上層結構上沿晶片上層結構的多步徑劃片標記進行多步 徑劃片並使刀片在上層結構自下而上30-50txm處停止向下切割，使所剩其餘 部分連接；
5) 將所述圓片下層支撐層上的膠膜去掉；
6) 將所述圓片裂片成獨立單元，使信號引線焊盤露出； 所述的晶片單元採用引線鍵合方式與後續電路進行互連。 所述刀片採用300um厚的樹脂結合劑切割刀片，分別在所述的上層結構
和下層支撐結構自下而上30 u m-50 u m處使刀片停止向下切割。
本發明結合雙面、深度可控、精確定位的多步徑劃片技術，實現了圓片 級封裝結構的引線焊盤電信號引出，保護了晶片結構，提高了工藝成品率， 且工藝簡單、易實現。同時該方法也適合於層疊式器件結構的金屬互連。
本發明所述圓片級封裝結構的雙面、深度可控、精確定位的多步徑劃片， 具體實施步驟如下
將所述圓片置於平整潔淨的水平桌面上，下層支撐4材料面朝上，將膠 膜帶有粘性的一面輕輕覆蓋在下層支撐4材料上。均勻加熱，使圓片牢固地 貼在膠膜上，減小劃片時產生的振動對晶片結構的影響。
選用300um厚的樹脂結合劑切割刀片劃片，將貼有膠膜的圓片裝於劃片 機上，將刀具7對準上層結構上的對準劃片標記8，如圖2所示，針對多個 不同劃片步徑，設置精確的劃片參數，使刀片在上層結構自下而上50ym深 度處停止向下切割，開始進行劃片，如圖3所示。
完成上層結構的劃片後，將下層支撐4材料上的膠膜輕輕取下，烘乾圓 片上的水漬。將所述圓片置於平整潔淨的水平桌面上，使上層結構5面朝上， 將膠膜帶有粘性的一面輕輕覆蓋在上層結構5材料上。均勻加熱，使圓片牢 固地貼在膠膜上。
將貼有膠膜的圓片裝於劃片機上，將刀具7對準下層支撐上的對準劃片 標記9，如圖2所示，設置精確的劃片參數，使刀片在下層支撐結構自下而上50um位置深處停止向下切割，開始進行劃片，如圖3所示。
完成下層支撐材料的劃片後，將膠膜輕輕取下，烘乾圓片上的水漬。利 用輔助工具輕輕壓在沒劃透的劃片槽上，根據自然解理的特性，可將所述圓 片分離為一個個獨立晶片，如圖1所示。晶片內部結構得到了有效的保護， 引線焊盤暴露在晶片外面，方便了進一步引線鍵合封裝，達到了圓片級封裝 的目的。
在完成雙面、深度可控、精確定位的多步徑劃片和裂片工藝後， 一個個 獨立的晶片單元，利用引線鍵合方式採用熱壓鍵合將晶片引線焊盤和後續電 路進行金屬互連，如圖4所示。
權利要求
1、圓片級封裝結構，其特徵是包括上層結構、中層結構和下層支撐；其中中層結構外圍有一鍵合環，下層支撐上分布有晶片結構的引線焊盤，所述的引線焊盤位於鍵合環的外側；封裝結構的上層結構、中層結構和下層支撐利用鍵合環通過MEMS鍵合成一體；對圓片進行多步徑劃片、裂片，使信號引線焊盤露出，利用引線鍵合方法將晶片與後續電路互連。
2、 根據權利要求1所述的圓片級封裝結構，其特徵是所述的上層結構材 料為玻璃，所述的中層結構材料為矽，所述的下層支撐材料為玻璃，在所述 的上層結構材料上劃片對應位置製作多步徑劃片標記，在所述下層支撐材料 上劃片對應位置製作劃片標記。
3、 根據權利要求l所述的圓片級封裝結構，其特徵是所述的上層結構材 料為矽，所述的中層結構材料為矽，所述的下層支撐材料為玻璃，在所述的 上層結構材料上劃片對應位置製作多步徑劃片標記，在所述下層支撐材料上 劃片對應位置製作劃片標記。
4、 根據權利要求2所述的圓片級封裝結構，其特徵是所述的上層結構材 料上的多步徑劃片標記位於晶片鍵合環外圍引線悍盤正上方位置，所述下層 支撐材料上的劃片標記位於相鄰的鍵合環中間。
5、 根據權利要求l所述的圓片級封裝結構，其特徵是所述的鍵合環底部 刻蝕有一微凹槽，所述的晶片下層支撐上的信號金屬引線通過該微凹槽與芯 片中層結構內部互連，所述的信號金屬引線高度《4um，所述的微凹槽的高 度大於金屬引線的高度，寬度大於金屬引線的寬度。
6、 圓片級封裝結構的引線焊盤電信號引出方法，其特徵是該方法包括如 下步驟1) 在所述圓片下層支撐層上粘貼膠膜；2) 在所述圓片的上層結構上沿晶片上層結構的多步徑劃片標記進行多步 徑劃片並使刀片在上層結構自下而上30-50ym處停止向下切割，使所剩其餘 部分連接；3) 將所述圓片下層支撐層上的膠膜去掉，在上層結構上粘貼膠膜；4) 在所述圓片的下層支撐層上沿晶片下層支撐材料上的劃片標記進行劃片，並在下層支撐結構自下而上30-50um位置處使刀片停止向下切割，使所 剩其餘部分連接；5) 將所述圓片上層結構層上的膠膜去掉； 上述所述工藝步驟順序也可以是1) 在所述圓片上層結構上粘貼膠膜；2) 在所述圓片的下層支撐層上沿晶片下層支撐材料上的劃片標記進行劃 片，並在下層支撐結構自下而上30-50um位置處使刀片停止向下切割，使所 剩其餘部分連接；3) 將所述圓片上層結構上的膠膜去掉，在所述圓片下層支撐層上粘貼膠膜；4) 在所述圓片的上層結構上沿晶片上層結構的多步徑劃片標記進行多步 徑劃片並使刀片在上層結構自下而上30-50 u m處停止向下切割，使所剩其餘 部分連接；5) 將所述圓片下層支撐層上的膠膜去掉；6) 將所述圓片裂片成獨立單元，使信號引線焊盤露出；7) 所述晶片採用引線鍵合方式與後續電路進行互連。
7、根據權利要求6所述的圓片級封裝結構的引線焊盤電信號引出方法， 其特徵是選用300um厚的樹脂結合劑切割刀片劃片，分別在所述的上層結構 和下層支撐結構自下而上30 u m-50 " m處使刀片停止向下切割。
全文摘要
本發明提供一種利用多步徑、精密控深的劃片技術實現針對圓片級封裝結構器件的引線焊盤的電信號引出方法，包括以下特徵所述圓片級封裝結構包括上層結構、中層結構和下層支撐；其中中層結構外圍有一鍵合環，下層支撐上分布有晶片結構的引線焊盤，所述的引線焊盤位於鍵合環的外側；封裝結構的上層結構、中層結構和下層支撐利用鍵合環通過MEMS鍵合成一體；對圓片進行多步徑劃片、裂片，使信號引線焊盤露出，利用引線鍵合方法將晶片與後續電路互連。本發明通過對晶片引線位置的合理設計，對圓片進行雙面、多步徑、深度可控、精確定位的劃片，將引線焊盤直接暴露出來，利用引線鍵合技術實現晶片互連。該方法保護了晶片內部單元結構，大大提高了圓片級到獨立晶片的成品率，減小了器件的封裝體積，同時避免了採用倒裝焊、通孔等複雜刻蝕工藝實現晶片引線之間的互連。
文檔編號H01L23/498GK101477977SQ20091002818
公開日2009年7月8日 申請日期2009年1月20日 優先權日2009年1月20日
發明者芳 侯, 璟 吳, 健 朱, 賈世星 申請人:中國電子科技集團公司第五十五研究所