一種包覆型晶片尺寸封裝結構及其封裝方法與流程
2023-12-12 22:23:02 1
本發明涉及一種包覆型晶片尺寸封裝結構及其封裝方法，屬於半導體封裝技術領域。
背景技術：
隨著無線手持設備、掌上電腦以及其他移動電子設備的增加，消費者對各種小外形、特徵豐富產品的需求也與日俱增，微電子封裝技術面臨著電子產品「高性價比、高可靠性、多功能、小型化及低成本」發展趨勢帶來的挑戰和機遇。圓片級晶片尺寸封裝技術滿足了電子產品向更加小型、更多功能、更高可靠性對電路組件的要求。然而圓片級晶片尺寸封裝也面臨著一些問題，隨著晶片變的小而薄，而且其側壁沒有保護，在smt時晶片的取放會造成邊角應力，甚至晶片碎裂。
同時，傳統的扇出型晶片尺寸封裝工藝，將重構後的晶圓再做rdl工藝，往往存在晶片偏移帶來的光刻偏移問題。
技術實現要素：
本發明的目的在於克服上述不足，提供一種側壁絕緣保護、不易漏電或短路、避免晶片偏移帶來的光刻偏移的包覆型晶片尺寸封裝結構及其封裝方法。
本發明的目的是這樣實現的：
本發明一種包覆型晶片尺寸封裝結構，其包括矽基本體和晶片電極，所述矽基本體的正面設置鈍化層並開設鈍化層開口，所述晶片電極由背面嵌入矽基本體的正面，所述鈍化層開口露出晶片電極的正面。
所述鈍化層的上表面設置介電層ⅰ並開設介電層ⅰ開口ⅰ，所述介電層ⅰ開口ⅰ露出晶片電極的正面，所述介電層ⅰ不覆蓋到鈍化層的邊緣，其上依次覆蓋金屬種子層ⅰ、金屬層ⅰ和介電層ⅱ，所述介電層ⅱ開設介電層ⅱ開口ⅰ露出金屬層ⅰ的上表面；
所述金屬層ⅰ的上表面設置凸塊底部金屬ⅱ，所述凸塊底部金屬ⅱ由下而上依次包括金屬種子層ⅱ、金屬層ⅱ組成，並在金屬層ⅱ上設置焊球；
在所述矽基本體的四周和背面設置包封層ⅱ，所述包封層ⅱ向上延展覆蓋鈍化層的裸露部分，其上表面與介電層ⅱ的上表面齊平，所述包封層ⅱ為一體結構。
可選地，所述矽基本體的側壁設有臺階。
本發明一種包覆型晶片尺寸封裝結構的封裝方法，其包括如下步驟：
步驟一，取集成電路晶圓，其表面設有晶片電極及相應電路布局，覆蓋於晶圓上表面的鈍化層於晶片電極上方開設晶片表面鈍化層開口露出晶片電極的正面；
步驟二，利用光刻工藝在晶圓表面設置介電層ⅰ並開設介電層ⅰ開口ⅰ和介電層ⅰ開口ⅱ，其中，介電層ⅰ開口ⅰ露出晶片電極的正面，介電層ⅰ開口ⅱ沿劃片道設置，並露出鈍化層的上表面；
步驟三，利用濺射或化學鍍的方法在晶圓表面沉積金屬種子層，再利用成熟的再布線工藝形成，具體為依次利用光刻工藝和電鍍工藝在晶片電極的上表面設置再布線金屬層ⅰ，並腐蝕去掉無效的金屬種子層ⅰ，形成凸塊底部金屬ⅰ，該凸塊底部金屬ⅰ由下而上依次包括金屬種子層ⅰ、金屬層ⅰ，並在金屬層ⅰ的最外層設有輸入/輸出端；
步驟四，再次利用光刻工藝在金屬層ⅰ上覆蓋介電層ⅱ並開設介電層ⅱ開口ⅰ和介電層ⅱ開口ⅱ，其中，介電層ⅱ開口ⅰ露出金屬層ⅰ的輸入/輸出端，介電層ⅱ開口ⅱ再次沿劃片道設置，並與介電層ⅰ開口ⅱ重合露出鈍化層的上表面；
步驟五，再次利用濺射或化學鍍的方法在介電層ⅱ的表面沉積金屬種子層ⅱ，再次利用成熟的再布線工藝形成，具體為依次利用光刻工藝和電鍍工藝在金屬種子層ⅱ的上表面設置再布線金屬層ⅱ，並腐蝕去掉無效的金屬種子層ⅱ，形成凸塊底部金屬ⅱ，該凸塊底部金屬ⅱ由下而上依次包括金屬種子層ⅱ、金屬層ⅱ，並在金屬層ⅱ的最外層設有輸入/輸出端；
步驟六，通過物理研磨的方法將晶圓背面進行減薄工藝，其減薄厚度根據實際情況確定，並將減薄的晶圓切成單顆，形成晶片單體；
步驟七，取一矽基支撐載體，並在矽基支撐載體本體上黏貼剝離膜，將複數顆步驟六的晶片單體按照一定的排列順序倒裝至矽基支撐載體上，晶片單體通過剝離膜與矽基支撐載體臨時鍵合；
步驟八，在真空環境下，在矽基支撐載體上通過注塑包封料或者貼包封膜的方式形成包封層，包封層完全包覆晶片單體，形成包封層保護的包封體，並將矽基支撐板鍵合至薄膜包封體的背面；
步驟九，將矽基支撐載體去除，同時去除剝離膜，露出晶片單體上表面的金屬層ⅱ，並對晶片單體的表面進行清洗，去除殘留物；
步驟十，通過物理研磨或化學蝕刻的方式去除矽基支撐板；
步驟十一，在金屬層ⅱ的輸入/輸出端處設置焊球；
步驟十二，將上述通過圓片級工藝完成的包覆型晶片尺寸封裝結構進行切割形成側壁由包封層ⅱ包覆的晶片單體。
可選地，所述介電層ⅰ的材質是低溫固化的聚醯亞胺樹脂，或者是高溫固化的高分子材料。
可選地，所述介電層ⅱ的材質是低溫固化的聚醯亞胺樹脂，或者是高溫固化的高分子材料。
可選地，所述剝離膜為uv剝離膜或者熱剝離膜。
可選地，步驟六中，通過雷射切割或者刀片物理切割的方式將減薄的晶圓切成單顆。
本發明的有益效果是：
1、本發明包覆型晶片封裝結構側壁和邊角設置保護，加強了晶片拐角處的抗應力破裂強度，避免了晶片切割造成的晶片碎角或者側壁開裂，同時降低了smt時晶片取放造成晶片碎角、晶片碎裂等缺陷的發生機率，減少了漏電流的產生，提高了晶片的可靠性能，改善了晶片的良率；
2、本發明包覆型晶片封裝結構上表面邊緣、四周和下表明設置的包封層為一體結構，與同類產品如扇出型晶片尺寸封裝技術封裝的結構相比增強了包封層與側壁的結合力，不容易因受力而脫落；
3、本發明採用成熟的圓片級晶片尺寸封裝技術後將晶圓切割成單顆進行側壁保護，與扇出型晶片尺寸封裝技術相比，不存在重構晶圓帶來的光刻對位偏移的問題；並且本發明製作晶圓再布線工藝時，不受包封膠的影響，不局限於使用低溫固化膠。
附圖說明
圖1為本發明一種包覆型晶片尺寸封裝結構的正面示意圖；
圖2為本發明一種包覆型晶片尺寸封裝結構的實施例的a-a剖面示意圖；
圖3a-3l為本發明上述實施例的封裝方法的工藝流程示意圖；
圖3m為圖2實施例的變形一；
圖3n為圖2實施例的變形二；
其中：
晶圓100
矽基本體111
晶片電極113
包封層ⅰ121
包封層ⅱ123
鈍化層210
鈍化層開口213
介電層ⅰ310
介電層ⅰ開口ⅰ311
介電層ⅰ開口ⅱ312
金屬種子層ⅰ410
金屬層ⅰ510
介電層ⅱ320
介電層ⅱ開口ⅰ321
介電層ⅱ開口ⅱ322
金屬種子層ⅱ420
金屬層ⅱ520
焊球600
矽基支撐載體710
剝離膜730
矽基支撐板800。
具體實施方式
下面結合附圖對本發明的具體實施方式進行詳細說明。
實施例
圖1為本發明一種包覆型晶片尺寸封裝結構的實施例的正面示意圖，圖2為其a-a剖面示意圖。
本發明一種包覆型晶片尺寸封裝結構，其矽基本體111的正面設置鈍化層210並開設鈍化層開口213，其晶片電極113由背面嵌入矽基本體111的正面，鈍化層開口213露出晶片電極113的正面。
鈍化層210的上表面設置介電層ⅰ310並開設介電層ⅰ開口ⅰ311，介電層ⅰ開口ⅰ311露出晶片電極113的正面，介電層ⅰ310不覆蓋到鈍化層210的邊緣，其上依次覆蓋金屬種子層ⅰ410、金屬層ⅰ510和介電層ⅱ320，該介電層ⅱ320開設介電層ⅱ開口ⅰ321露出金屬層ⅰ510的上表面。
在金屬層ⅰ510的上表面設置凸塊底部金屬ⅱ，該凸塊底部金屬ⅱ由下而上依次包括金屬種子層ⅱ420、金屬層ⅱ520，並在金屬層ⅱ520上方設置焊球600。
在矽基本體111的四周和背面設置包封層ⅱ123，該包封層ⅱ123向上延展覆蓋鈍化層210的裸露部分，其上表面與介電層ⅱ320的上表面齊平，該包封層ⅱ123為一體結構。該矽基本體111的側壁是垂直的。該矽基本體111的側壁也可以設有臺階，以進一步增強包封層ⅱ123與側壁的結合力，使其不容易因受力而脫落。
本發明包覆型晶片邊角設置了介電層ⅱ320進行絕緣保護，加強了晶片拐角處的抗應力破裂強度，避免了碎角的風險，也減少了漏電流的產生。而且降低了smt時晶片取放造成晶片碎角、晶片碎裂等缺陷的發生機率。
上述實施例的包覆型晶片尺寸封裝結構的封裝方法，包括如下步驟：
步驟一，參見圖3a，取集成電路晶圓100，其表面設有晶片電極113及相應電路布局，覆蓋於晶圓100上表面的鈍化層210於晶片電極113上方開設晶片表面鈍化層開口213露出晶片電極113的正面。
步驟二，參見圖3b，利用光刻工藝在晶圓100表面設置介電層ⅰ310並開設介電層ⅰ開口ⅰ311和介電層ⅰ開口ⅱ312，其中，介電層ⅰ開口ⅰ311露出晶片電極113的正面，介電層ⅰ開口ⅱ312沿劃片道設置，並露出鈍化層210的上表面；此處介電層ⅰ310材質可以是低溫固化的聚醯亞胺樹脂，也可以是高溫固化的高分子材料，可根據產品需求選擇。
步驟三，參見圖3c，利用濺射或化學鍍的方法在晶圓100表面沉積金屬種子層，再利用成熟的再布線工藝形成，具體為依次利用光刻工藝和電鍍工藝在晶片電極113的上表面設置再布線金屬層ⅰ，並腐蝕去掉無效的金屬種子層ⅰ，形成凸塊底部金屬ⅰ，該凸塊底部金屬ⅰ由下而上依次包括金屬種子層ⅰ410、金屬層ⅰ510，並在金屬層ⅰ510的最外層設有輸入/輸出端。
步驟四，參見圖3d，再次利用光刻工藝在金屬層ⅰ510上覆蓋介電層ⅱ320並開設介電層ⅱ開口ⅰ321和介電層ⅱ開口ⅱ322，其中，介電層ⅱ開口ⅰ321露出金屬層ⅰ510的輸入/輸出端，介電層ⅱ開口ⅱ322再次沿劃片道設置，並與介電層ⅰ開口ⅱ312重合露出鈍化層210的上表面；此處介電層ⅱ320材質可以是低溫固化的聚醯亞胺樹脂，也可以是高溫固化的高分子材料，可根據產品需求選擇。
步驟五，參見圖3e，再次利用濺射或化學鍍的方法在介電層ⅱ320的表面沉積金屬種子層ⅱ，再次利用成熟的再布線工藝形成，具體為依次利用光刻工藝和電鍍工藝在金屬種子層ⅱ的上表面設置再布線金屬層ⅱ，並腐蝕去掉無效的金屬種子層ⅱ，形成凸塊底部金屬ⅱ，該凸塊底部金屬ⅱ由下而上依次包括金屬種子層ⅱ420、金屬層ⅱ520，並在金屬層ⅱ520的最外層設有輸入/輸出端。
步驟六，參見圖3f，通過物理研磨的方法將晶圓100背面進行減薄工藝，其減薄厚度根據實際情況確定，並將減薄的晶圓100切成單顆，形成晶片單體；將減薄的晶圓100切成單顆的方式可以是用雷射切割或者刀片物理切割。
步驟七，參見圖3g，取一矽基支撐載體710，並在矽基支撐載體710本體上黏貼剝離膜730，將複數顆步驟六的晶片單體按照一定的排列順序倒裝至矽基支撐載體710上，晶片單體通過剝離膜730與矽基支撐載體710臨時鍵合；所用的剝離膜730為臨時鍵合膜，如uv剝離膜或者熱剝離膜。
步驟八，參見圖3h，在真空環境下，在矽基支撐載體710上通過注塑包封料或者貼包封膜的方式形成包封層120，包封層120完全包覆晶片單體，形成包封層120保護的包封體，並將矽基支撐板800鍵合至薄膜包封體的背面。
步驟九，參見圖3i，將矽基支撐載體710去除，同時去除剝離膜730，露出晶片單體上表面的金屬層ⅱ520，並對晶片單體的表面進行清洗，去除殘留物。
步驟十，參見圖3j，通過物理研磨或化學蝕刻的方式去除矽基支撐板800。
步驟十一，參見圖3k，在金屬層ⅱ520的輸入/輸出端處形成連接件，圖中以焊球600示意。
步驟十二，參見圖3l，將上述通過圓片級工藝完成的包覆型晶片尺寸封裝結構進行切割形成側壁由包封層120包覆的晶片單體。
以上所述的具體實施方式，對本發明的目的、技術方案和有益效果進行了進一步地詳細說明，所應理解的是，以上所述僅為本發明的具體實施方式而已，並不用於限定本發明的保護範圍，如晶片側壁可以是垂直的，如圖3f所示，也可以是呈臺階狀的，如圖3m所示；在步驟十中，矽基支撐板800也可以部分去除，在矽基本體111的背面形成矽基加強層115，如圖3n所示。凡在本發明的精神和原則之內，所做的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護範圍之內。