晶片級尺寸封裝的切割方法
2023-05-13 22:46:41 1
專利名稱：晶片級尺寸封裝的切割方法
技術領域：
本發明涉及半導體組件封裝領域，特別涉及一種半導體組件封裝的切割方法，用於將面板(panel)分離成為分離的封裝。
背景技術：
在電子組件領域中，集成電路(IC)通常是製造在半導體基板上的，如已知的晶片(chip)，並且該晶片通常由矽(silicon)構成。這種矽晶片通常裝配在大型封裝中，以有效增加輸入/輸出矽接點間的距離或間距(pitch)，這樣才適合裝配到印刷電路板(printed circuitboard)，並且保護IC免受機械或環境的損害。
一般IC是由晶片切割之後再一一封裝，而晶片級尺寸封裝(wafer level package；WLP)或晶片尺度封裝(chip scale package；CSP)的發展提供了另一種解決手段，這種手段直接附屬覆晶組件，多個晶粒是封裝之後才被切割成為單個組件。晶粒的分離是通過一切割步驟將半導體基板切割成為個別的晶粒。晶片切割技術的快速發展滿足了封裝上的各種需求，能夠提高產量、提高量率以及降低成本。
如圖1所示，是現有技術晶片中的多個覆晶組件的側視圖。復晶100包括具有金屬墊106的晶粒105，它通常具有一般IC組件的結構。上述晶粒105是通過黏著層104附著在一基板102上，並且晶粒105具有多個電性連接108，例如重布層(redistribution layer；RDL)線路。凸塊，例如錫球107，形成在電性連接108上。保護層109覆蓋在電性連接108上，同時為連接錫球107部分電性連接108沒有覆蓋層。此外，緩衝層101形成在基板102的底部表面。
組件100通常通過切割刀在具有錫球107的表面上沿著虛線110切割來分離面板。上述切割刀通常由一些堅硬的材料構成，目前市面上有這種刀具，例如(1)鑽石燒結刀(sintereddiamond blade)，將鑽石粒子熔入如黃銅或紅銅等軟金屬中，或是通過粉末冶金的方法結合而成；(2)碟式鑽石刀，是通過電鍍處理將鑽石粒子熔入鎳中與鎳結合形成的；(3)樹脂鑽石刀，將鑽石粒子熔入樹脂中產生均質的基礎。矽晶片切割大多採用碟式鑽石刀，該應用已經獲得了成功的驗證。
一般工業標準上雖然已經採用切割刀來切割晶片以及面板，但是上述切割還存在某些缺點。首先，切割刀會隨著工作時間而受到磨損，因而新刀具與使用過的刀具的切割質量不同。因此，操作者必須提前估計刀具什麼時候到達它的使用壽命，但是該使用壽命通常無法準確地被估計。所以上述刀具通常會在到達使用壽命之前被更換，因而增加了設備成本。另外，在切割過程中，刀具會將機械應力引入工作對象中，特別是工作物的表面上，所以刀具無法切割非常薄的工作件，例如超薄半導體晶片。IC技術在微波與混合電路、內存、計算機、醫療保健類等電子應用的增加為該應用在工業上帶來了新的難題。
使用切割刀的另一缺點是耗費時間。通常處理一片晶片必須花費2至3小時。上述問題不僅影響到產品的生產量，也增加了處理晶片或面板所需的成本。
使用切割刀的還有一個缺點是成本較高。由於切割刀並非普通刀具，它通常比一般刀具昂貴。一個切割刀通常約為60美元，而根據切割機械的設計通常一個切割機械上不止一把切割刀。
使用切割刀切割還有一個缺點，即每次切割後的晶粒邊緣粗糙。由於切割處理是研磨與切割類似的機械磨蝕過程，每個晶粒的邊緣通常非常粗糙或容易產生毛邊。
發明內容
鑑於上述現有技術中的問題，本發明提供了嶄新的用於晶片尺寸封裝的封裝切割方法，本發明提供的半導體組件封裝的切割方法可避免每個晶粒的邊緣在經過切割刀切割後所產生的毛邊。
根據本發明的切割方法可以避免切割刀成本過高，並且也能避免傳統切割方法耗時過長的問題。
本發明提供一種用於分離晶片級尺寸封裝的方法，包括(a)在基板的第一表面塗上緩衝層，其中上述緩衝層中具有標示每個晶粒的紋路；(b)切割上述封裝，由上述晶片尺寸封裝的第二表面沿著一切割線以一機械力(例如刀)切割；(c)沿著上述紋路蝕刻上述晶片尺寸封裝組件的基板。
其中上述緩衝層包括光環氧物(photo epoxy)。其中上述紋路的厚度約與上述緩衝層的厚度相等。其中上述紋路的寬度是固定的。其中上述蝕刻步驟包括溼蝕刻步驟，其中所使用的蝕刻溶液包括氯化鐵、氯化銅以及硫酸銨。其中上述蝕刻步驟中基板的材料包括矽、合金42、石英或陶瓷。
另外，本發明提供了一種半導體組件封裝結構。上述結構包括晶粒，在該晶粒的第一表面上具有多個電性連接；多個導電球耦合於該電性連接上；第一緩衝層附著在上述晶粒的第二表面；第一緩衝層形成在上述基板上緊鄰的上述晶粒；以及第二緩衝層，其中上述第二緩衝層配置覆蓋於上述基板，其中上述基板與上述第二緩衝層凹陷於上述第一緩衝層。其中上述第二緩衝層中的凹陷約為上述紋路寬度的一半。
上述緩衝層能夠提供保護功能，用以避免當上述晶粒或基板的邊緣部分碰撞一外部物體時所造成的損傷。
本發明的技術方案帶來的有益效果是通過本發明提供的切割方法可避免每個晶粒在經過切割刀切割後邊緣所產生的毛邊。同時也可以避免切割刀成本過高，並且避免了傳統切割方法耗時過長的問題。
圖1是現有技術中晶片級尺寸封裝結構的側視圖；圖2A是本發明的半導體晶片結構的第一側視圖；圖2B是本發明的半導體晶片結構的第二側視圖；圖2C是本發明的半導體晶片結構的第三側視圖；圖2D是本發明的半導體晶片結構的第四側視圖；圖2E是本發明的半導體晶片結構的第五側視圖；圖2F是本發明的半導體晶片結構的第六側視圖；圖3A是本發明中單個半導體晶片結構的第一側視圖；圖3B是本發明中單個半導體晶片結構的第二側視圖；圖3C是本發明中單個半導體晶片結構的第三側視圖；圖3D是本發明中單個半導體晶片結構的第四側視圖。
附圖中，各標號所代表的部件列表如下100復晶101緩衝層102基板104黏著層105晶粒106金屬墊
107錫球108電性連接109保護層110虛線200晶片201第二緩衝層202基板203第一緩衝層204黏著層205晶粒206金屬墊207錫球208電性連接209保護層210紋路211蝕刻道212切割線213核心材料214殘留215凹陷216復晶具體實施方式
下面結合附圖和具體實施例對本發明作進一步說明，但不作為對本發明的限定。
在此，本發明將詳細地敘述一些實施例。然而，除了明確的敘述外，本發明可以實施在一廣泛範圍內的其它實施例中，並且本發明的範圍不受限於本發明提供的實施例，保護範圍是專利申請中權利要求的範圍。此外，組件的不同部分沒有按照比例顯示。相關部件的尺寸是放大的，並且沒有意義的部分沒有顯示，以使所提供的技術方案更清楚，利於理解。
首先參考圖2A，是本發明的半導體晶片結構的第一側視圖，如圖所示為顯示晶片200的一部分，包括多個晶粒205，它上面有金屬墊206與錫球207，以電性連接一印刷電路板(未顯示於圖中)。保護層209覆蓋電性連接208，並暴露電性連接208的一部分，該暴露的部分上允許形成接觸金屬球。
晶粒205的背面通過一黏著層204直接附著在基板202上，並且第一緩衝層203形成在基板202上緊鄰晶粒205的位置。應當注意，基板202的尺寸遠大於晶粒205的尺寸。電性連接208的材料為金屬合金，例如通過濺鍍方式形成的鈦/銅合金及/或以電鍍方式形成的銅/鎳/金合金。第一緩衝層203的材料包括核心(core)材料，它是一種彈性材料，例如矽橡膠、矽樹脂、彈性聚氨基甲酸酯(elastic PU)、多孔性聚氨基甲酸酯(porous PU)、丙烯酸橡膠(acrylic rubber)、藍膠(blue tape)或UV膠。基板202包括但不限定為矽、玻璃、合金42、石英或陶瓷。
在本實施例中，本發明的切割方法的第一步驟是形成第二緩衝層201於基板202的背面。第二緩衝層201中有紋路210，位於每個晶粒間的位置，約對齊第一緩衝層203。每個紋路210間的距離基本上是固定的，並且根據每個封裝組件切割後的尺寸而定。每個紋路210的深度約與第二緩衝層201的厚度相同。第二緩衝層201的材料包括光環氧物(photo epoxy)。
參考圖2B，是本發明的半導體晶片結構的第二側視圖，本發明的切割方法的第二步驟為沿第一緩衝層203中的切割線212切割晶片200。上述切割線212約在紋路210的中央。上述切割步驟可以實施在具有錫球207的一側。第一緩衝層203的材料包括矽橡膠，它可以用任何刀具例如切割用的美工刀來切割。
參考圖2C，是本發明的半導體晶片結構的第三側視圖，第三步驟是蝕刻基板202，它是通過溼蝕刻處理並且沿著第二緩衝層201中的紋路210而完成。上述溼蝕刻所使用的溶液包括氯化鐵、氯化銅以及硫酸銨。基板202被蝕刻道211所分離。蝕刻道211從位於第二緩衝層201中的紋路延伸至第一緩衝層203。
其中蝕刻道211以及第一緩衝層203之間可留有一小部分基板202，如圖2D所示，是本發明的半導體晶片結構的第四側視圖，在本實施例中，介於蝕刻道211與第一緩衝層203之間的殘留214的厚度小於50μm。
需要說明的是，上述第二步驟與第三步驟可以互換，即先蝕刻上述基板，然後再切割晶片200為多個分離的封裝。在本實施例中，上述蝕割道211中可填滿核心(core)材料，它是一種彈性材料，例如矽橡膠、矽樹脂、彈性聚氨基甲酸酯(elastic PU)、多孔性聚氨基甲酸酯(porous PU)、丙烯酸橡膠(acrylic rubber)、藍膠(blue tape)或UV膠，如圖2E所示，是本發明的半導體晶片結構的第五側視圖。上述切割可以實施於晶片200的任何一個面上。
本發明還有一個實施例如圖2F所示，是本發明的半導體晶片結構的第六側視圖。在本實施例中，蝕刻步驟實施在切割步驟之前。基板202的殘留約略小於50um，並且蝕刻道211中填滿核心材料213。上述切割步驟可實施在晶片200的任何一個面上。
根據本發明，在切割處理之後，上述面板被分離為個別的封裝，共有四種不同的封裝組件的結構，分別顯示在圖3A、圖B、圖C、圖D中。在圖3A中，是本發明中單個半導體晶片結構的第一側視圖，基板202被完全蝕刻形成沿著基板202以及第二緩衝層201邊緣的凹陷215。在圖3B中，是本發明中單個半導體晶片結構的第二側視圖，上述凹陷215中填滿核心材料。在圖3C中，是本發明中單個半導體晶片結構的第三側視圖，基板202並未被完全蝕穿，因此其封裝的邊緣具有殘留214。在圖3D中，是本發明中單個半導體晶片結構的第四側視圖，上述封裝具有殘留214，並且其邊緣上的凹陷215中填滿核心材料213。
本發明還揭露了一種半導體組件封裝結構，其中基板202與第二緩衝層201的邊緣凹陷(recess)於第一緩衝層203的邊緣。復晶216的結構與圖1中通過現有技術的切割處理的復晶結構不同。由一般切割刀所切割的復晶100的每一層的寬度是基本上相同，並且復晶100的邊緣可能因為現有的切割而粗糙或起毛邊。
綜上所述，根據本發明方法所切割的半導體組件封裝結構與使用一般切刻方式切割的半導體組件結構不同。使用一般切割方法所切割的組件結構由於每一層結構是同時被切割的，所以每一層的厚度相同。而根據本發明的封裝組件結構，其基板與緩衝層的邊緣具有凹陷。而這種特殊結構可用來決定一個組件是否是根據本發明的方式作切割的。
本發明以較佳實施例說明如上，然而它並不是用以限定本發明所提供的專利權利範圍。專利保護範圍以申請專利範圍及其等同領域而定。凡本領域的技術人員，在不脫離本專利提供的方案範圍內所作的修改，均屬於本發明提供的技術所完成的等效改變或設計，應包含在本申請專利範圍內。
權利要求
1.一種用於自一晶片尺寸封裝的基板上分離IC封裝的方法，其特徵在於，包括在該基板的第一表面形成一緩衝層於，其中該緩衝層具有紋路標示該每一IC封裝；蝕刻該晶片尺寸封裝組件的該基板，沿著該紋路因此產生開口；以及切割該IC封裝，通過機械力由該第一表面或第二表面沿著一切割線切割。
2.如權利要求1所述的用於自一晶片尺寸封裝的基板上分離IC封裝的方法，其特徵在於，其中該緩衝層包括光環氧物。
3.如權利要求1所述的用於自一晶片尺寸封裝的基板上分離IC封裝的方法，其特徵在於，進一步包括在實施該切割之前填入核心材料於該開口中。
4.如權利要求1所述的用於自一晶片尺寸封裝的基板上分離IC封裝的方法，其特徵在於，其中該蝕刻步驟包括溼蝕刻步驟，其中所使用的蝕刻溶液包括氯化鐵、氯化銅以及硫酸銨。
5.如權利要求1所述的用於自一晶片尺寸封裝的基板上分離IC封裝的方法，其特徵在於，其中該蝕刻步驟中的基板層的材料包矽、合金42、石英或陶瓷。
6.一種用於自一晶片尺寸封裝的基板上分離IC封裝的方法，其特徵在於，包括形成一緩衝層於該基板的第一表面，其中該緩衝層具有紋路標示該每一IC封裝；切割該IC封裝，通過機械力由該第一表面或第二表面沿著一切割線切割；以及蝕刻該晶片尺寸封裝組件的該基板，沿著該紋路因此產生開口。
7.如權利要求6所述的用於自一晶片尺寸封裝的基板上分離IC封裝的方法，其特徵在於，其中該緩衝層包括光環氧物。
8.如權利要求6所述的用於自一晶片尺寸封裝的基板上分離IC封裝的方法，其特徵在於，其中該蝕刻步驟包括溼蝕刻步驟，其中所使用的蝕刻溶液包括氯化鐵、氯化銅以及硫酸銨。
9.如權利要求6所述的用於自一晶片尺寸封裝的基板上分離IC封裝的方法，其特徵在於，其中該蝕刻步驟中的基板的材料包括矽、合金42、石英或陶瓷。
10.一種半導體組件封裝結構，其特徵在於，包括一晶粒具有多個電性連接於該晶粒的一第一表面上；多個導電球耦合於該連接；一第一緩衝層附著在該晶粒的第二表面；一第一緩衝層形成於該基板上緊鄰該晶粒；以及一第二緩衝層，其中該第二緩衝層配置覆蓋於該基板，其中該基板與該第二緩衝層凹陷於該第一緩衝層。
全文摘要
本發明提供了一種半導體組件封裝的分離方法，屬於半導體組件封裝領域。所述方法包括在晶片的基板背面塗一層光環氧化物(photo epoxy)層，以標記所要切割的切割線。然後，沿著上述光環氧化物層中的記號蝕刻上述基板。使用一般美工刀將上述面板切割成為單一封裝。本發明提供的半導體組件封裝的分離方法不僅可以避免每個晶粒的邊緣粗糙，並且可以降低切割程序的成本。
文檔編號H01L21/304GK101028728SQ200610152740
公開日2007年9月5日 申請日期2006年9月26日 優先權日2005年9月26日
發明者楊文焜, 餘俊輝, 張瑞賢, 許獻文 申請人:育霈科技股份有限公司