半導體晶片封裝結構及其封裝方法與流程
2023-08-06 20:22:26 5
本發明有關於一種半導體晶片的封裝結構，特別是有關於一種不需使用模具就能完成封裝製程的半導體晶片封裝結構及其封裝方法。
背景技術：
一般半導體組件在晶圓廠完成功能性的製造後，需要經過切割成晶片，再將晶片與電路板電性連接；之後，要將完成電性連接的晶片與電路板放進一個模具中，接著，將樹脂注入模具中，用以完全包覆晶片與電路板；再接著，經過烘烤將樹脂固化後，即完成半導體組件的封裝。
在這個封裝過程中，模具為一種耗材，且需要根據不同的晶片尺寸個別製作；由於，開模製造模具的費用很高，故在產品製造的競爭過程中，往往造成成本增加的問題。此外，每一個晶片必須與一個電路板電性連接，故使得電路板也成為製造成本之一。
為了進一步降低半導體晶片的封裝成本，故需要一種簡易的封裝結構。
技術實現要素：
根據上述問題，本發明的主要目的在提供一種半導體晶片的封裝結構，包括:晶片，其主動面上配置有多個焊接點；多條金屬導線，其一端與焊接點電性連接；蓋體，由多個邊緣及封閉邊緣的頂部所形成，用以包覆晶片及金屬導線；封膠體，形成於蓋體中，包覆晶片及金屬導線，並暴露於蓋體的底部；多個金屬接點，曝露出封膠體表面，而每一個金屬接點與多條金屬導線的另一端電性連接成一體；其中，蓋體的一些邊緣上配置有孔隙。
根據上述之目的，使得本發明的封裝結構不需經過模具的製程，可以有效地降低製造成本。此外，本發明的封裝結構也不需使用基板，除了可以進一步地降低製造成本外，還可以降低封裝結構的高度。
本發明另一主要目的在提供一種半導體晶片的封裝方法，包括:提供底材，底材上形成多個區域且每一個區域上配置有多個辨識記號；依序提供晶片，每一個晶片的主動面上配置有多個焊墊，並將相對主動面的底部固接於底材的每一個區域上，並配置在每一區域的辨識記號之間；執行打線，是依序將每一條金屬導線的一端與每一個焊墊電性連接，並將每一條金屬導線的另端與每一個辨識記號電性連接，並形成金屬接點；提供蓋體，是於一側邊形成多個具有開口的容置空間，蓋體的每一個容置空間覆蓋一個晶片及金屬導線並與底材固接，而蓋體的一些邊緣上配置有孔隙；執行注模，是將模流材料經由蓋體邊緣上的孔隙注入至蓋體中的每一個容置空間中，以形成封膠體，每一個封膠體並包覆晶片及金屬導線；以及執行剝離，是將底材與封膠體及蓋體分離，以曝露出金屬接點。
根據上述之目的，使得本發明的封裝方法不需經過模具的製程，可以有效地降低製造成本。此外，本發明的封裝結構也不需使用基板，除了可以進一步地降低製造成本外，還可以降低封裝結構的高度。
附圖說明
圖1A 是本發明的底材上視示意圖；
圖1B 是本發明的底材剖面示意圖；
圖2 是本發明的底材與晶片結合上視示意圖；
圖3 是本發明的晶片完成打線製成的剖面示意圖；
圖4 是本發明的蓋體底面視示意圖；
圖5 是本發明的蓋體覆蓋晶片的剖面示意圖；
圖6A-6C 是本發明的注模過程剖面示意圖；
圖7 是本發明完成剝離後的底面示意圖；
圖8A 是本發明完成切割後的封裝結構底面示意圖；以及
圖8B 是本發明完成切割後的封裝結構剖面示意圖。
具體實施方式
為使本發明之目的、技術特徵及優點，能更為相關技術領域人員所了解並得以實施本發明，在此配合所附圖式，於後續之說明書闡明本發明之技術特徵與實施方式，並列舉較佳實施例進一步說明，然以下實施例說明並非用以限定本發明，且以下文中所對照圖式，表達與本發明特徵有關之示意。
首先，請參考圖1A及圖1B，其中圖1A是本發明的底材上視示意圖，圖1B是本發明的底材剖面示意圖。如圖1A所示，是本發明的底材10是由高分子材料所形成，例如一種樹脂或AB膠。底材10可以區分為多個置放半導體組件的晶粒區14，每一個晶粒區14由虛線區分出來。此外，本發明的底材10，可以使用具有一定的硬度，或是先將底材10經過烘烤過程，也使得底材10具有一定的硬度。接著，在晶粒區14的周邊位置形成多個辨識符號12，每一個辨識符號12為幾何形狀，例如:十字符號，且每一個辨識符號12的材質為金屬，例如:金或銅或銅合金等。而每一個辨識符號12可以是由半導體製程以金屬沉積方式形成或是以電鍍方式形成或是以網印方式形成，如圖1B所示，本發明並不加以限制。此外， 對於每一個辨識符號12寸大小，可以根據所要封裝的半導體組件20的焊墊22數量來調整，本發明並不加以限制。
接著，請參考圖2，是本發明的底材與晶片結合上視示意圖。如圖2所示，將已經切割完成的半導體組件20(例如:DRAM或Flash內存)，將其經由取放機構(Handler)逐一將每一半導體組件20放置至底材10上的晶粒區14，並且是將半導體組件20配置在每一個辨識符號12之間。此外，半導體組件20放置至底材10上的晶粒區14的固定方式，可以選擇使用一種樹脂(resin)，特別是一種B-Stage樹脂或是具有導熱效果的樹脂來做為半導體組件20與底材10的黏著層。
再接著，請參考圖3，是本發明的底材與晶片結合上視示意圖。如圖3所示，使用打線機(wire bonding machine)將每一個半導體組件20上的焊墊22以一條金屬線30連接至底材10的辨識符號12上，以形成電性連接。而在較佳實施例中，當打線機以逆打線方式，先在辨識符號12上形成金屬球體32後，再將金線30連接至半導體組件20上的焊墊22；此外，在發明的另一個實施例中，打線也可以選擇先將金線30與半導體組件20上的焊墊22連接後，再將金屬線30連接至辨識符號12上，並在辨識符號12形成金屬球體32；其中，在本發明的金屬球體32是由打線機將金屬材料與每一個底材10上的辨識符號12連接成一體，且每一個金屬球體32的直徑可以介於0.01mm～0.5.mm。此外，在本發明的較佳實施例中，可以在晶粒區14上，先形成黏著層50，以便藉由此黏著層50來固接半導體組件20；而此黏著層50可以是一種固化膠，例如:B-Stage固化膠；此外，黏著層50也可以是一種高導熱的樹脂，例如:以環氧樹脂為主要材料所形成的導熱膠。
接著，請參考圖4A及圖4B，是本發明的蓋體底面及剖面示意圖。如圖4A所示，蓋體40可以使用射出成型的方式，形成多個具有容置空間的蓋體區域42， 其中，每一個蓋體區域42由多個邊緣及封閉多個邊緣的頂部所形成。蓋體40可以經過精確的設計，使得每一個蓋體區域42的容置空間可以封閉一個個間隔排列並且已經電性連接在底材10上的半導體組件20；其中，蓋體40的材料可以選擇使用塑料或樹脂。此外，在射出成型的蓋體40設計上，其在四個周邊的寬度可以設計在0.5～1mm，而在本發明的實施例中，蓋體40四個周邊的寬度選擇在0.5mm；而在切割線寬約需1.2mm的狀況下，故四個周邊以外的其他中邊框的寬度選擇在2.2mm；其中，在圖4A中的虛線是代表切割線44的位置。此外，本發明的蓋體40進一步在每一個邊框中間區域或邊框底部上形成孔隙46，其寬度可以選擇在1～5mm，可以作為後續注入模流模的進出口。而在本實施例中，其孔隙46的寬度是選擇在2.5mm，如圖4B所示。
接著，請參考圖5，是本發明的蓋體覆蓋晶片的剖面示意圖。如圖5所示，可以選擇在蓋體40的底部邊框上先形成黏著層(未顯示於圖中)後，藉由此黏著層50與底材10固接。故當射出成型的多個具有容置空間的蓋體區域42經過對準後，可以封閉多個間隔排列的半導體組件20，如圖5所示。
接著，請參考圖6A及圖6B及圖6C，是本發明的注模過程剖面示意圖。如圖6A所示，當每一個具有容置空間的蓋體區域42封閉每一個底材10上的半導體組件20並藉由此黏著層50與底材10固接後，隨即可以進行一個注模(molding)的封膠程序，其中，注入蓋體區域42中的封膠材料可以選擇環氧樹脂(Epoxy)或是低溫膠等。當注入的封膠材料由射出成型的蓋體40上的至少一個孔隙46注入至蓋體區域42的容置空間中，如由圖6A箭頭所示處注入口注入封膠材料；隨著適當的施加壓力，可以使得注入的封膠材料完全充填至蓋體區域42的容置空間中；當注入的封膠材料在蓋體40的另一側邊的孔隙46溢出時，即代表封膠材料已完 全充填至每一個蓋體區域42；最後，再經過適當的加溫烘烤後，即可將封膠材料固化，如圖6B所示。根據本發明蓋體的設計，使得在半導體組件20的封裝過程中，不需要使用任何模具，而是以蓋體來取代，故可以節省製造模具的費用。
接著，請參考圖6C，是本發明將底材剝離封裝體的剖面示意圖。如圖6C所示，當封膠材料已完全充填至每一個蓋體區域42後，並經過適當的加溫烘烤後，即可將封膠材料固化，以在每一個蓋體區域42形成一個包覆半導體組件20的封膠體。接著，將底材10與封膠體及蓋體邊緣剝離，使得封膠體的底部及多個金屬球體32暴露出來，如圖6C所示。而在較佳實施例中，在完成封膠體的製程後，可以將封膠體先經過一個低溫的熱製程，使得底材10可以軟化，方便將底材10與封膠體剝離。而在本實施例，此低溫的熱製程可以選擇30～60度。很明顯的，本發明的封裝結構也不需使用底材10，除了可以進一步地降低製造成本外，還可以降低封裝結構的高度。
請參考圖7，是本發明完成剝離後的底面示意圖。如圖7所示，當底材10與封膠體剝離後，即會使得封膠體底部及多個金屬球體32暴露出來，此時，封膠體底部及多個金屬球體32是在同一個平面上。而在本發明的較佳實施例中，可以在晶粒區14上，先形成金屬層60，其形成方式可以與形成辨識符號12同時完成。之後，將黏著層50形成在金屬層60之上，以便藉由此黏著層50與半導體組件20固接，其中，黏著層50可以是一種高導熱的樹脂，例如:以環氧樹脂為主要材料所形成的導熱膠。而當底材10與封膠體剝離後，金屬層60即會暴露出來，如圖7所示。藉由此金屬層60的設計，可以作為半導體組件20的散熱路徑；此時，封膠體底部、多個金屬球體32即金屬層60是在同一個平面上。
請參考圖8A及圖8B，是本發明完成切割後的封裝結構底面示意圖及剖面示意圖。如圖8A所示，當底材10與封膠體剝離後，封膠體底部、多個金屬球體32以及金屬層60即會暴露出來；接著，將一整片封裝結構中暴露出來的每一個金屬球體32上形成錫膏(Solder Paste)後，再經過熱製程後，即會在每一個金屬球體32上形成錫球(Solder Ball)16，使得錫球16突出於封膠體底部。
最後，經由雷射沿著切割線進行切割後，即可以完成半導體組件20的封裝，如圖8B所示。很明顯的，本發明藉由此射出成型的蓋體作為模具，固可以節省傳統注模所需的模具，故可以進一步降低製造的成本。
本發明接著提供一種半導體晶片的封裝方法，包括:
步驟一:提供底材10，並且在底材10上形成多個區域且每一個區域上配置有多個辨識記號12，其中，是底材10由高分子材料所形成，例如一種AB膠；此外，底材10可以區分為多個置放半導體組件的晶粒區14。在晶粒區14的周邊位置形成多個辨識符號12，每一個辨識符號12為幾何形狀，例如:十字符號，且每一個辨識符號12的材質為金屬，例如:金或銅或銅合金等。而每一個辨識符號12可以是由半導體製程以金屬沉積方式形成或是以電鍍方式形成或是以網印方式形成，如圖1B所示，本發明並不加以限制。
步驟二:依序提供晶片20，每一個晶片20的主動面上配置有多個焊墊22，並將相對主動面的底部固接於底材的每一個晶粒區14上，並配置在每一個區域的辨識記號12之間。此外，半導體組件20放置至底材10上的晶粒區14的固定方式，可以選擇使用一種樹脂(resin)，特別是一種B-Stage樹脂來做為半導體組件20與底材10的黏著層。而在較佳實施例中，可以在晶粒區14上，先形成金屬 層60，其形成方式可以與形成辨識符號12同時完成。之後，將黏著層50形成在金屬層60之上，以便藉由此黏著層50與半導體組件20固接。
步驟三:執行打線，是依序將每一條金屬導線30的一端與每一個焊墊22電性連接，並將每一條金屬導線30的另一端與每一個辨識記號12電性連接，並形成金屬球體32；在本發明的金屬球體32是由打線機將金屬材料與每一個底材10上的辨識符號12連接成一體，且每一個金屬球體32的直徑可以介於1mm～10mm。
步驟四:提供蓋體，蓋體40可以使用射出成型的方式，形成多個具有容置空間的蓋體區域42，其中，每一個蓋體區域42由多個邊緣及封閉邊緣的頂部所形成。蓋體40可以經過精確的設計，使得每一蓋體區域42的容置空間可以封閉一個個間隔排列並且已經電性連接在底材10上的半導體組件20；其中，蓋體40的材料可以選擇使用塑料或樹脂。此外，本發明的蓋體40進一步於一些邊緣上配置有孔隙46，以作為模流的注入口及出口。
步驟五:執行注模，是將一模流材料經由蓋體40邊緣上的至少一個孔隙46注入至蓋體40中的每一個容置空間42中，注入蓋體區域42中的封膠材料可以選擇環氧樹脂(Epoxy)或是低溫膠等。當注入的封膠材料由射出成型的蓋體40上的至少一個孔隙46注入至蓋體區域42的容置空間中，如圖6A的箭頭所示處注入口；隨著適當的施加壓力，可以使得注入的封膠材料完全充填至蓋體區域42的容置空間中；當注入的封膠材料在蓋體40的另一側邊的孔隙46溢出時，即代表封膠材料已完全充填至每一個蓋體區域42。此時，形成封膠體可以包覆晶片及金屬導線。
步驟六:執行加熱，可以將封膠體先經過一個低溫的熱製程，使得底材10可以軟化，方便將底材10與封膠體剝離。而在實施例，此低溫的熱製程可以選 擇30～60度。在此要說明，此加熱步驟為選擇步驟，可以根據所使用的底材10的材質來決定是否要執行此步驟。
步驟六:執行剝離，是將底材與封膠體及蓋體分離。當底材10與封膠體剝離後，即會使得封膠體底部及多個金屬球體32暴露出來。而在晶粒區14上配置有金屬層60時，而當底材10與封膠體剝離後，金屬層60即會暴露出來。
步驟七:形成錫球，是將一整片封裝結構中暴露出來的每一個金屬球體32上形成錫膏(Solder Paste)後，再經過一熱製程後，即會在每一個金屬球體32上形成錫球(Solder Ball)，使得錫球16突出於封膠體底部。在此要說明，此形成錫球步驟為選擇步驟，可以根據所使用的封裝結構是平面網格數組封裝(Land Grid Array；LGA)或是球格數組封裝(Ball Grid Array；BGA)來決定是否要執行此步驟；其中，當封裝結構要形成BGA封裝結構時，及要執行此步驟。
步驟八:執行切割，是經由雷射沿著切割線44進行切割後，即可以完成半導體組件20的封裝，如圖8A或圖8B所示。
雖然本發明以前述之較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何熟習本領域技藝者，例如，半導體組件20即不限定為內存，只要是經由半導體製程所形成的晶粒，均為本發明封裝之目標；因此，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作些許之更動與潤飾，因此本發明之專利保護範圍須視本說明書所附之申請專利範圍所界定者為準。