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芯片封装方法

《芯片封装方法》是南通富士通微电子股份有限公司于2010年11月5日申请的专利,该专利的公布号为CN102034720A,授权公布日为2011年4月27日,发明人是石磊、高国华、陶玉娟、舜田直实、目黑弘一。 
《芯片封装方法》提供了一种芯片封装方法,包括步骤:提供半封装晶圆,所述半封装晶圆上具有切割道以及芯片的金属焊垫;在切割道上形成第一保护层;在金属焊垫上形成球下金属电极;在所述球下金属电极上形成焊球;沿所述切割道对晶圆进行划片。该发明所述的第一保护层能够使得切割道内的金属不被电镀析出,且在切割后能够保护分立芯片的侧面,工艺流程简单,提高了封装效率以及成品率。 
2018年12月20日,《芯片封装方法》获得第二十届中国专利奖优秀奖。 
(概述图为《芯片封装方法》摘要附图) 

芯片封装方法基本信息

芯片封装方法技术领域

《芯片封装方法》涉及半导体技术领域,尤其涉及一种晶圆级的芯片封装方法。

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芯片封装方法造价信息

  • 市场价
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芯片

  • CA-EI-C品种:ID卡;
  • 霍尼韦尔
  • 13%
  • 石家庄冠旭商贸有限公司
  • 2022-12-07
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滴胶卡IC复旦芯片

  • 说明:100张起售
  • 宏卡
  • 13%
  • 沈阳宏卡科技开发有限公司
  • 2022-12-07
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芯片

  • CA-MS-C品种:系统调试卡;型号:Mifare-1;
  • 霍尼韦尔
  • 13%
  • 石家庄冠旭商贸有限公司
  • 2022-12-07
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控制器组网芯片

  • 13%
  • 四川久远智能监控有限责任公司昆明办事
  • 2022-12-07
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滴胶卡ID芯片

  • 说明:100张起售
  • 宏卡
  • 13%
  • 沈阳宏卡科技开发有限公司
  • 2022-12-07
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自动洗

  • 台班
  • 韶关市2010年8月信息价
  • 建筑工程
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X光脱水烘干机

  • ZTH-340
  • 台班
  • 韶关市2010年8月信息价
  • 建筑工程
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弯管机(带胎压机)

  • WC27-108
  • 台班
  • 汕头市2011年3季度信息价
  • 建筑工程
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弯管机(带胎压机)

  • WC27-108
  • 台班
  • 汕头市2011年2季度信息价
  • 建筑工程
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弯管机(带胎压机)

  • WC27-108
  • 台班
  • 广州市2011年1季度信息价
  • 建筑工程
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系统芯片

  • :(Vcc/Vdd)1.81V - 2V数据转换器A/D: 16x12b振荡器类型:内部工作温度:-40°C - 125°C(TA)
  • 20个
  • 1
  • 中档
  • 含税费 | 含运费
  • 2022-08-09
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RFID芯片

  • 工作频率:915±45MHz
  • 10600个
  • 1
  • 中档
  • 不含税费 | 含运费
  • 2018-08-21
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信息芯片

  • DS1990A-F5
  • 5926台
  • 1
  • DALLAS
  • 普通
  • 含税费 | 含运费
  • 2015-07-15
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DSP芯片

  • 1、DSP资源扩展卡2、含2个DSP芯片3、处理芯片运算能力不劣于800MHz
  • 1块
  • 1
  • 中档
  • 不含税费 | 不含运费
  • 2020-05-11
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MI高频芯片房卡

  • 1.名称:MI高频芯片房卡2.参数:M1高频芯片卡,房卡智能化使用第十扇区
  • 1000张
  • 1
  • 肯天智能;深圳
  • 中高档
  • 含税费 | 含运费
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芯片封装方法专利背景

晶圆级芯片尺寸封装(Wafer Level Chip Size Packaging,WLCSP)技术是对整片晶圆进行封装测试后再切割得到单个成品芯片的技术,封装后的芯片尺寸与裸片完全一致。晶圆级芯片尺寸封装技术彻底颠覆了传统封装如陶瓷无引线芯片载具(Ceramic Leadless Chip Carrier)、有机无引线芯片载具(Organic Leadless Chip Carrier)的模式,顺应了市场对微电子产品日益轻、小、短、薄化和低价化要求。经晶圆级芯片尺寸封装技术封装后的芯片尺寸达到了高度微型化,芯片成本随着芯片尺寸的减小和晶圆尺寸的增大而显著降低。晶圆级芯片尺寸封装技术是可以将IC设计、晶圆制造、封装测试、整合为一体的技术,是当前封装领域的热点和未来发展的趋势。

中国发明专利申请第200610096807.5号公开了一种基于晶圆级芯片尺寸的封装方法,主要包括如下工艺步骤:

首先如图1所示,将半导体晶圆1与同样尺寸的第一玻璃基板2粘接,这样在封装的初始阶段,所述晶圆表面的器件部分将被基板盖住保护,减少了外界的污染和损害。

如图2所示,对半导体晶圆1相对于第一玻璃基板2的背面进行减薄,并利用光刻技术以及等离子刻蚀对所述晶圆背面进行选择性刻蚀,形成多个V形沟槽作为切割道,并暴露出部分芯片焊垫11(即芯片电极)。

如图3所示,用绝缘介质填充所述V形沟槽,并在所述晶圆背面压合第二玻璃基板3以及焊料掩模4。所述第二玻璃基板3用于支撑半导体晶圆1,而电热绝缘焊料4则用于在后续的机械切割工艺中起机械缓冲保护半导体晶圆1的作用。

如图4所示,采用机械切割工艺半切割原V形沟槽所在位置(不穿透分离芯片),形成新的V形沟槽作为晶圆的切割道,且使得芯片焊垫11从V形沟槽的侧面暴露。

如图5所示,然后采用电镀工艺制作外引线12,所述外引线12一端在V形沟槽内与芯片焊垫11连接,另一端延伸至晶圆背面,所述芯片焊垫11的电性功能通过外引线12而延伸至晶圆背面。

如图6所示,在晶圆背面选择性形成绝缘保护层14,露出部分外引线12,在露出的外引线12上制作焊接凸点15,将上述晶圆沿其背面的V形沟槽切割划片,形成分立芯片,然后再对分立芯片进行外壳的封装,最终完成芯片的封装工艺。

截至2010年11月5日的晶圆级芯片封装方法存在如下问题:在采用电镀工艺制作外引线12时,切割道内(例如上述专利所述的V形沟槽内)的金属也容易电镀析出而导致各连线之间发生短路。此外在切割后,分立芯片的侧面也即原V形沟槽的侧壁,暴露于外界环境中,在进行外壳封装时容易受到损伤,导致外引线断路,进而影响芯片的成品率。

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芯片封装方法附图说明

通过附图中所示的《芯片封装方法》的优选实施例的更具体说明,《芯片封装方法》的上述及其他目的、特征和优势将更加清晰。附图中与截至2010年11月5日技术相同的部件使用了相同的附图标记。附图并未按比例绘制,重点在于示出《芯片封装方法》的主旨。在附图中为清楚起见,放大了层和区域的尺寸。

图1至图6为一种晶圆级的芯片封装方法各步骤剖面示意图;

图7为《芯片封装方法》所述封装方法的基本流程图;

图8为《芯片封装方法》第一实施例的流程示意图;

图9、图11、图13、图14、图15、图16为图8所示部分步骤的示意图;

图10为图9的俯视示意图;

图12为图11的俯视示意图;

图17为《芯片封装方法》第二实施例的流程示意图;

图18至图20为图17所示部分步骤的示意图;

图21为《芯片封装方法》第三实施例的流程示意图;

图22以及图23为图21所示部分步骤的示意图。

《芯片封装方法》附图说明

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芯片封装方法常见问题

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芯片封装方法荣誉表彰

2018年12月20日,《芯片封装方法》获得第二十届中国专利奖优秀奖。 2100433B

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芯片封装方法实施方式

芯片封装方法操作内容

晶圆级芯片封装方法,切割道内的金属容易在球下金属电极制作时电镀析出而导致短路,且晶圆在划片后,分立芯片的侧面暴露于外界环境中容易受到损伤。《芯片封装方法》则采用丝网印刷技术在切割道上形成第一保护层以解决上述问题。下面结合附图对《芯片封装方法》进行具体说明。

该实施例提供的封装方法的基本流程示意图如图7所示,包括:

S101、提供半封装晶圆。具体的,所述半封装晶圆包括:形成有芯片的半导体衬底、将晶圆划分成若干个独立芯片单元的切割道、位于半导体衬底上起到绝缘保护作用且具有若干开口的保护掩模、开口内曝露出芯片的金属焊垫。所述保护掩模可以是聚酰亚胺等有机膜,所述金属焊垫可以是铜、铝等常规的互连金属。

S102、在切割道上形成第一保护层,具体的,可以采用丝网印刷技术在切割道上印刷所述第一保护层。

优选的,所述第一保护层的宽度要大于切割道宽度,使得划片后,分立芯片的侧面顶部边缘处也受到保护。为降低工艺难度,所述第一保护层可以采用热固性树脂,例如环氧树脂、酚醛树脂、脲醛树脂、三聚氰胺-甲醛树脂、不饱和树脂、聚氨酯、聚酰亚胺等。

S103、在所述金属焊垫上形成球下金属电极;

可以采用电镀或选择性气相沉积的方式在所述保护掩模开口内、金属焊垫上形成所述球下金属电极。其中,可以采用无电解电镀以提高电镀的均匀性;而采用选择性气相沉积,则可以反复利用同一块金属掩模板以降低成本。常见的球下金属电极材料包括镍、金、铜、铝、钛、钨、铬或其合金、组合等,可以根据球下金属电极的实际厚度尺寸限制选择相应材料,以满足工艺以及成本需求。

为了进一步改善对晶圆的保护效果,提高封装的成品率,在形成球下金属电极后,还可以在晶圆上采用丝网印刷技术形成第二保护层,所述第二保护层可以选用与第一层保护层相同的热固性树脂材料。通过调整丝网印刷所采用的丝网版的开口区域,可以选择所述第二保护层的具体形成位置。在形成第二层保护层后,通常还应当利用等离子刻蚀去除丝网印刷时,因热固性树脂的流动性而覆于球下金属电极顶部表面的部分第二保护层,并采用研磨工艺处理晶圆的表面。以暴露出球下金属电极顶部,便于后续工艺进行焊球的制作。

S104、在所述球下金属电极上形成焊球。可以在球下金属电极的顶部先涂覆焊料,然后进行高温的回流,形成所述焊球。常见的焊料包括锡、铅、银、铜、锌等金属或其合金、组合等。

S105、沿所述切割道对晶圆进行划片,形成分立的芯片。

通常采用宽度小于切割道的刀片进行机械切割,还可以采用激光切割。切割后的分立芯片侧面以及顶部边缘均覆有第一保护层,能够在后续封装过程中,保护该处的金属布线避免受到损伤。最后进行芯片外壳的封装完成《芯片封装方法》所述芯片封装工艺。

芯片封装方法实施案例

为进一步阐述《芯片封装方法》之优点,以下结合说明书附图提供了《芯片封装方法》的三个具体实施例。

  • 第一实施例

图8为《芯片封装方法》第一实施例的流程示意图,而图9至图16为上述流程中各步骤的示意图,以下结合图8对各步骤进行详细说明。

如图9所示,提供半封装晶圆10,所述半封装晶圆包括:形成有芯片的半导体衬底100、将晶圆划分成若干个独立芯片单元的切割道200、位于所述半导体衬底100上具有开口的保护掩模101、所述开口内曝露出芯片的金属焊垫102。所述保护掩模101可以是聚酰亚胺等有机膜,所述金属焊垫102可以是铜、铝等常规的互连金属。

需要指出的是,上述半导体衬底100并非局限于单质硅或绝缘体上硅衬底,还应当包括制作于其上的半导体器件、金属互连以及其他半导体结构。所述保护掩模101即覆于上述半导体结构的表面,从而起到保护芯片的作用。所述芯片的金属焊垫102作为芯片的输入/输出端的电极,用于引出芯片的电性功能。

图10为上述半封装晶圆的俯视示意图,可见所述晶圆上形成有格子状的切割道200,上述切割道200将晶圆划分成若干方片区域,每个方片区域代表一块独立的芯片。所述切割道200的截面形状可以为等腰梯形,深度不宜过深以免影响晶圆的钢型硬度。该实施例中,所述切割道200的开口宽度为30~80微米。

图11为半封装晶圆的剖面示意图,图12为图11的俯视示意图,结合图11以及图12所示,将上述半封装晶圆表面进行丝网印刷工艺,在切割道200的上方形成第一保护层301。其中,所述第一保护层301如前例举的热固性树脂,该实施例中,出于降低成本的考量,第一保护层301优选热固性环氧树脂。通过调整丝网印刷所使用的丝网版的开口,可以选择第一保护层301的形成位置。

具体的,丝网印刷的工艺示意图如图13所示,包括:将晶圆10固定于印刷装置中,丝网版20的底部,在丝网版20上涂抹液态的环氧树脂;用刮刀30按压丝网版20以及晶圆10,使得液态的环氧树脂通过丝网版20的开孔处涂布至晶圆10表面;将丝网版20从晶圆10上揭下,这样液态的环氧树脂便转录至晶圆10上,形成所需图案。

该步骤中,上述丝网版20的开孔对准晶圆10上的切割道200,液态环氧树脂渗入晶圆10后,将填充于切割道200内,加热所述晶圆10至固化温度,使得所述液态的环氧树脂固化以形成第一保护层301。此外为了使得第一保护层301的宽度大于切割道200的宽度,仅需使得丝网版20的开孔宽度大于切割道200的宽度即可,该实施例中所述第一保护层301的宽度设置为50~120微米。

如图14所示,采用无电解电镀,以第一保护层301以及保护掩模101作为电镀掩模,在所述保护掩模101的开口内,金属焊垫102表面形成球下金属电极103。

具体的,在该实施例中,电镀前先对金属焊垫102进行锌酸盐处理,去除其表面的氧化膜,以降低接触电阻;然后在金属焊垫102上依次进行无电解镍电镀以及无电解金电镀,电镀厚度分别为3微米以及0.05微米,最终形成凸出于保护掩模101表面的球下金属电极103。

如图15所示,在球下金属电极103的顶部,采用焊料回流工艺制作焊球104。该实施例中,出于降低成本的考量,采用锡作为焊料材质。具体包括:将焊料锡膏涂覆于球下金属电极103上,然后进行高温回流,使得所述焊料锡膏转变成焊球104。通常为了保持晶圆其他部分表面的平整性以及加强绝缘保护,还会在焊球104以外的晶圆表面进行底部填充工艺。

如图16所示,在完成焊球制作工艺后,沿切割道200对晶圆10进行划片,形成分立的芯片。具体的,采用宽度小于第一保护层301的划片刀对晶圆10机械切割,这样在切割后,分立芯片的侧面以及边缘顶部覆有连续的第一保护层301,位于上述位置的金属引线或其他半导体结构均能够得到有效的保护。

  • 第二实施例

图17为《芯片封装方法》第二实施例的流程示意图,而图18至图20为上述流程中部分步骤的示意图,以下结合图17对各步骤进行详细说明。

参照图17,该实施例的基该步骤包括:提供半封装晶圆;采用丝网印刷技术在切割道上印刷第一保护层;采用无电解电镀在金属焊垫上形成球下金属电极;在晶圆表面、球下金属电极以外区域形成第二保护层;对晶圆表面进行研磨以及等离子刻蚀工艺处理;在球下金属电极上形成焊球;沿切割道对晶圆划片。

与图8相比,该实施例与第一实施例相比,区别仅在于:在无电解电镀形成球下金属电极后,还包括在晶圆表面球下金属电极以外区域形成第二保护层以及进行相关工艺的步骤。所述第二保护层能够进一步保护晶圆10,并在后续焊球制作工艺中,不用进行底部填充,简化了工艺流程,同时如果采用深色树脂(环氧树脂即典型的深色树脂),还可以防止因外界光照引发光电效应产生的芯片电路故障。

如图18所示,以第一实施例中图14所示的半封装晶圆结构为基础,采用丝网印刷技术在晶圆10上形成第二保护层302。

具体的,为降低工艺成本,所述第二保护层302可以选用与第一保护层301相同的材料,例如热固性环氧树脂。但与填充于切割沟道200内的第一保护层301不同的是,所述第二保护层302为薄膜结构,所需厚度仅为5微米~50微米。为了保证第二保护层302的薄膜均匀性,需要在丝网印刷的过程中保持热固性环氧树脂的流动性,即保证晶圆10的温度低于热固性环氧树脂的固化温度。

所述丝网印刷的具体工艺可以参考图13形成第一保护层301的图示,可选的,变更丝网版20的图案,使得液态的热固性环氧树脂涂布至晶圆10上、球下金属电极103以外的区域,然后加热固化形成所需的第二保护层302。

该实施例中,为降低工艺难度,所述环氧树脂的固化温度小于200℃。为了改善环氧树脂的固化性能,通常环氧树脂中还包含固化填充剂,例如含有二氧化硅或其他固体颗粒的填充剂。所述填充剂颗粒直径应当小于印刷厚度的1/3,以实现薄膜印刷的均匀性以及平整度需求,从而减少晶圆10表面的翘曲。所述印刷厚度通过调节丝网版20的乳剂厚度进行控制。该实施例中,进行丝网印刷时,液态的环氧树脂的印刷厚度为15微米,而填充剂颗粒直径最大不得超过5微米,环氧树脂固化后形成的第二保护层302的平均厚度可以控制在11微米~12微米。

在丝网印刷过程中,由于液态环氧树脂具有流动性,依然难免会渗入球下金属电极103区域。这样会存在如下问题:当在球下金属电极103顶部制作焊球时,所述位于球下金属电极103顶部表面的环氧树脂将使得焊球与球下金属电极103的接触面积减小,从而阻碍焊球与球下金属电极103的结合,甚至可能在封装后的可靠性实验以及衬底跌落实验中导致焊球的脱落,产生不良影响。因此在形成第二保护层302后,通常需要利用研磨对晶圆10作表面处理,去除上述残渣。

所述研磨可以是机械或化学研磨等,如图19所示,该实施例中,所采用的具体的研磨工艺包括:将晶圆10放置于固定工作台;将柔软度小于晶圆的非织造布40缠绕于研磨盘50上,并紧贴晶圆10表面;然后使用研磨液浸润所述非织造布40,进行机械研磨,去除附着于晶圆10表面的残渣物质。

作为另一个可选方案,在研磨结束后,如图20所示,还可以进行等离子刻蚀工艺,进一步去除上述覆于球下金属电极103顶部表面的环氧树脂。上述等离子刻蚀工艺的刻蚀气体包含氧气,能够与固化的环氧树脂发生反应生成气体而除去。

在进行完上述工艺后,便进入焊球制作以及划片等后续工艺,与第一实施例相同,此处不再赘述。

  • 第三实施例

图21为《芯片封装方法》第二实施例的流程示意图,而图22以及图23为上述流程中部分步骤的示意图,以下结合图21进行详细说明。

参照图21,该实施例基该步骤包括:提供半封装晶圆、采用丝网印刷技术在切割道上印刷第一保护层;采用选择性气相沉积在金属焊垫上形成球下金属电极;在晶圆表面、球下金属电极以外区域形成第二保护层;对晶圆表面进行研磨以及等离子刻蚀工艺处理;在球下金属电极上形成焊球;沿切割道对晶圆划片。

与图8以及图17相比较,该实施例与前述两实施例的区别在于:形成球下金属层的方法不同。具体的,采用选择性气相沉积在晶圆10上的预定位置处形成球下金属电极,代替无电解电镀。

如图22所示,以第一实施例中图11所示的半封装晶圆结构为基础,首先在晶圆10的表面设置掩模板60,所述掩模板60可以是金属掩模板,紧贴于晶圆10上,且上述掩模板60上形成有开口,所述掩模板60上的开口对准晶圆10表面保护掩模101的开口。

该实施例中,选用镍以及铜作为球下金属电极材料,如图23所示,将上述晶圆10以及掩模板60放置于沉积腔内,采用物理气相沉积工艺,依次进行镍金属以及铜金属的沉积,形成所需的球下金属电极103。由于掩模板60的存在,上述金属仅可能沉积于保护掩模101的开口内,也即预定的球下金属电极103形成位置,从而实现选择性气相沉积。上述掩模板60可以重复使用,与无电解电镀相比较,具有更为优异的经济性,且具有气相沉积所固有的沉积速度快,工艺流程短的优点。

后续工艺与前序实施例完全相同,此处不再赘述。

此外,在上述各实施例中,为了提高丝网印刷工艺中热固性树脂的附着力,通常在丝网印刷之前,还可以先对上述晶圆10的半成品进行烘烤处理,或者进行表面活性化的等离子处理。

《芯片封装方法》虽然已以较佳实施例公开如上,但其并不是用来限定《芯片封装方法》,任何该领域技术人员在不脱离《芯片封装方法》的精神和范围内,都可以利用上述揭示的方法和技术内容对《芯片封装方法》技术方案做出可能的变动和修改,并对上述三实施例中具有差异的技术特征互相进行替换,因此,凡是未脱离《芯片封装方法》技术方案的内容,依据《芯片封装方法》的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化及修饰,均属于《芯片封装方法》技术方案的保护范围。

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芯片封装方法发明内容

芯片封装方法专利目的

《芯片封装方法》解决的技术问题是提供一种芯片封装方法,可以提高封装效率以及成品率。

芯片封装方法技术方案

《芯片封装方法》提供的芯片封装方法,包括步骤:提供半封装晶圆,所述半封装晶圆上具有切割道以及芯片的金属焊垫;在所述金属焊垫上形成球下金属电极;在所述球下金属电极上形成焊球;沿切割道对晶圆进行划片;还包括在切割道上方形成第一保护层的步骤。

优选的,所述第一保护层的宽度大于切割道的宽度。所述切割道的宽度为30~80微米,所述第一保护层的宽度为50~120微米。

可选的,所述第一保护层为热固性环氧树脂,采用丝网印刷技术形成。

可选的,所述形成球下金属电极的方法为无电解电镀。所述无电解电镀包括:对晶圆表面先进行锌酸盐清洗处理,再无电解电镀镍,然后无电解电镀金,电镀厚度分别为3微米以及0.05微米。

可选的,所述形成球下金属电极的方法为选择性气相沉积。

所述选择性气相沉积包括:在晶圆表面设置掩模板,所述掩模板露出晶圆上需形成球下金属电极的位置;采用物理气相沉积工艺,依次沉积镍金属以及铜金属。

优选的,在形成球下金属电极后,还包括采用丝网印刷技术在晶圆上、球下金属电极以外区域形成第二保护层的步骤。所述第二保护层的厚度为5微米~50微米。

可选的,所述第二保护层的材质为热固性树脂,采用丝网印刷技术形成。

所述丝网印刷时,保持晶圆的温度低于所述热固性环氧树脂的固化温度。所述形成第二保护层后,还包括采用等离子刻蚀去除覆于球下金属电极顶部表面的热固性环氧树脂的步骤。

可选的,所述形成第二保护层后,还包括研磨晶圆表面的步骤。

所述研磨采用机械研磨,具体包括:将晶圆放置于固定工作台;将柔软度小于晶圆的非织造布缠绕于研磨盘上,并紧贴晶圆表面;然后使用研磨液浸润所述非织造布,进行机械研磨。

优选的,所述热固性树脂的固化温度小于200℃。

所述热固性树脂中包含固化填充剂,所述固化填充剂的颗粒直径小于环氧树脂印刷厚度的1/3。

优选的,所述热固性树脂的印刷厚度为15微米,固化填充剂的颗粒直径小于5微米,固化后形成的第二保护层平均厚度为11微米~12微米。

优选的,在进行丝网印刷技术时,先对晶圆进行烘烤处理或者进行表面活性化的等离子处理。

《芯片封装方法》所述封装方法利用丝网印刷技术在切割道上形成第一保护层,具体的可以选择热固性环氧树脂作为保护层材料,一方面在采用电镀工艺形成球下金属电极时,能够防止切割道内的金属被电镀析出;另一方面在划片后,能够保护分立芯片的侧面,尤其是金属引线,不受到损伤。

芯片封装方法改善效果

《芯片封装方法》工艺流程简单,成本低廉,且提高了封装效率以及封装成品率。

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芯片封装方法权利要求

1.一种芯片封装方法,其特征在于,包括步骤:提供半封装晶圆,所述半封装晶圆包括:形成有芯片的半导体衬底切割道以及用于保护所述芯片的保护掩模,所述保护掩模覆于半导体衬底的表面且露出位于切割道处的半导体衬底,所述保护掩模具有开口,所述开口露出所述芯片的金属焊垫;采用丝网印刷工艺在切割道上形成第一保护层,所述丝网印刷工艺所用的丝网版的开孔对准所述切割道,且所述开孔的宽度大于所述切割道的宽度;在形成所述第一保护层之后,在所述金属焊垫上形成球下金属电极;在所述球下金属电极上形成焊球;沿切割道对晶圆进行划片。

2.如权利要求1所述的芯片封装方法,其特征在于,所述第一保护层的宽度大于切割道的宽度。

3.如权利要求2所述的芯片封装方法,其特征在于,所述切割道的宽度为30~80微米,所述第一保护层的宽度为50~120微米。

4.如权利要求1所述的芯片封装方法,其特征在于,所述第一保护层为热固性环氧树脂。

5.如权利要求1所述的芯片封装方法,其特征在于,所述形成球下金属电极的方法为无电解电镀。

6.如权利要求5所述的芯片封装方法,其特征在于,所述无电解电镀包括:对晶圆表面先进行锌酸盐清洗处理;在晶圆上无电解电镀镍,然后无电解电镀金。

7.如权利要求6所述的芯片封装方法,其特征在于,所述镍的电镀厚度为3微米,金的电镀厚度为0.05微米。

8.如权利要求1所述的芯片封装方法,其特征在于,所述形成球下金属电极的方法为选择性气相沉积。

9.如权利要求8所述的芯片封装方法,其特征在于,所述选择性气相沉积包括:在晶圆表面设置掩模板,所述掩模板露出晶圆上需形成球下金属电极的位置;以所述掩模板为掩模,采用物理气相沉积工艺,在晶圆上依次沉积镍金属以及铜金属。

10.如权利要求1所述的芯片封装方法,其特征在于,在形成球下金属电极后,还包括采用在晶圆上、球下金属电极以外区域形成第二保护层的步骤。

11.如权利要求10所述的芯片封装方法,其特征在于,所述第二保护层的厚度为5微米~50微米。

12.如权利要求10所述的芯片封装方法,其特征在于,所述第二保护层的材质为热固性环氧树脂,采用丝网印刷技术形成。

13.如权利要求10所述的芯片封装方法,其特征在于,所述形成第二保护层后,还包括研磨晶圆表面的步骤。

14.如权利要求13所述的芯片封装方法,其特征在于,所述研磨采用机械研磨,具体包括:将晶圆放置于固定工作台;将柔软度小于晶圆的非织造布缠绕于研磨盘上,并紧贴晶圆表面;使用研磨液浸润所述非织造布,进行机械研磨。

15.如权利要求12所述的芯片封装方法,其特征在于,所述形成第二保护层后,还包括采用等离子刻蚀去除覆于球下金属电极顶部表面的热固性环氧树脂的步骤。

16.如权利要求12所述的芯片封装方法,其特征在于,所述丝网印刷时,保持晶圆的温度低于所述热固性环氧树脂的固化温度。

17.如权利要求12所述的芯片封装方法,其特征在于,所述热固性环氧树脂的固化温度小于200℃。

18.如权利要求17所述的芯片封装方法,其特征在于,所述热固性环氧树脂中包含固化填充剂,所述固化填充剂的颗粒直径小于环氧树脂印刷厚度的1/3。

19.如权利要求18所述的芯片封装方法,其特征在于,所述热固性环氧树脂的印刷厚度为15微米,固化填充剂的颗粒直径小于5微米,固化后形成的第二保护层平均厚度为11微米~12微米。

20.如权利要求4或12任意所述的芯片封装方法,其特征在于,在进行丝网印刷技术时,先对晶圆进行烘烤处理或者进行表面活性化的等离子处理。

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芯片封装方法文献

芯片封装中铜线焊接性能分析 芯片封装中铜线焊接性能分析

芯片封装中铜线焊接性能分析

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通过对纯铜的机械、电、热和化学性能进行分析和比较,表明铜线在芯片引线键合工艺中具有良好的机械、电、热性能。它替代金线和铝线,可缩小焊接间距、提高芯片频率和可靠性。但是铜由于表面氧化使其可焊性较差,可采用焊接工艺来改善其可焊性,并给出了具体方案。

集成电路芯片封装第1讲 集成电路芯片封装第1讲

集成电路芯片封装第1讲

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集成电路芯片封装第1讲

芯片封装测试基本定义

芯片封装测试的定义? 什么是芯片封装? 思科微电子芯片研发技术中心

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芯片封装测试主要分类

1、BGA(ballgridarray)

球形触点陈列,表面贴装型封装之一。在印刷基板的背面按陈列方式制作出球形凸点用以代替引脚,在印刷基板的正面装配LSI芯片,然后用模压树脂或灌封方法进行密封。也称为凸点陈列载体(PAC)。引脚可超过200,是多引脚LSI用的一种封装。

封装本体也可做得比QFP(四侧引脚扁平封装)小。例如,引脚中心距为1.5mm的360引脚BGA仅为31mm见方;而引脚中心距为0.5mm的304引脚QFP为40mm见方。而且BGA不用担心QFP那样的引脚变形问题。

该封装是美国Motorola公司开发的,首先在便携式电话等设备中被采用,今后在美国有可能在个人计算机中普及。最初,BGA的引脚(凸点)中心距为 1.5mm,引脚数为225。也有一些LSI厂家正在开发500引脚的BGA。BGA的问题是回流焊后的外观检查。尚不清楚是否有效的外观检查方法。有的认为,由于焊接的中心距较大,连接可以看作是稳定的,只能通过功能检查来处理。

美国Motorola公司把用模压树脂密封的封装称为OMPAC,而把灌封方法密封的封装称为GPAC(见OMPAC和GPAC)。

2、BQFP(quadflatpackagewithbumper)

带缓冲垫的四侧引脚扁平封装。QFP封装之一,在封装本体的四个角设置突起(缓冲垫)以防止在运送过程中引脚发生弯曲变形。美国半导体厂家主要在微处理器和ASIC等电路中采用

此封装。引脚中心距0.635mm,引脚数从84到196左右(见QFP)。

3、碰焊PGA(buttjointpingridarray)

表面贴装型PGA的别称(见表面贴装型PGA)。

4、C-(ceramic)

表示陶瓷封装的记号。例如,CDIP表示的是陶瓷DIP。是在实际中经常使用的记号。

5、Cerdip

用玻璃密封的陶瓷双列直插式封装,用于ECLRAM,DSP(数字信号处理器)等电路。带有玻璃窗口的Cerdip用于紫外线擦除型EPROM以及内部带有EPROM的微机电路等。引脚中心距2.54mm,引脚数从8到42。在日本,此封装表示为DIP-G(G即玻璃密封的意思)。

6、Cerquad

表面贴装型封装之一,即用下密封的陶瓷QFP,用于封装DSP等的逻辑LSI电路。带有窗口的Cerquad用于封装EPROM电路。散热性比塑料QFP 好,在自然空冷条件下可容许1.5~2W的功率。但封装成本比塑料QFP高3~5倍。引脚中心距有1.27mm、0.8mm、0.65mm、0.5mm、 0.4mm等多种规格。引脚数从32到368。

7、CLCC(ceramicleadedchipcarrier)

带引脚的陶瓷芯片载体,表面贴装型封装之一,引脚从封装的四个侧面引出,呈丁字形。

带有窗口的用于封装紫外线擦除型EPROM以及带有EPROM的微机电路等。此封装也称为QFJ、QFJ-G(见QFJ)。

8、COB(chiponboard)

板上芯片封装,是裸芯片贴装技术之一,半导体芯片交接贴装在印刷线路板上,芯片与基板的电气连接用引线缝合方法实现,芯片与基板的电气连接用引线缝合方法实现,并用树脂覆盖以确保可靠性。虽然COB是最简单的裸芯片贴装技术,但它的封装密度远不如TAB和倒片焊技术。

9、DFP(dualflatpackage)

双侧引脚扁平封装。是SOP的别称(见SOP)。以前曾有此称法,已基本上不用。

10、DIC(dualin-lineceramicpackage)

陶瓷DIP(含玻璃密封)的别称(见DIP).

11、DIL(dualin-line)

DIP的别称(见DIP)。欧洲半导体厂家多用此名称。

12、DIP(dualin-linepackage)

双列直插式封装。插装型封装之一,引脚从封装两侧引出,封装材料有塑料和陶瓷两种。DIP是最普及的插装型封装,应用范围包括标准逻辑IC,存贮器 LSI,微机电路等。引脚中心距2.54mm,引脚数从6到64。封装宽度通常为15.2mm。有的把宽度为7.52mm和10.16mm的封装分别称为 skinnyDIP和slimDIP(窄体型DIP)。但多数情况下并不加区分,只简单地统称为DIP。另外,用低熔点玻璃密封的陶瓷DIP也称为 cerdip(见cerdip)。

13、DSO(dualsmallout-lint)

双侧引脚小外形封装。SOP的别称(见SOP)。部分半导体厂家采用此名称。

14、DICP(dualtapecarrierpackage)

双侧引脚带载封装。TCP(带载封装)之一。引脚制作在绝缘带上并从封装两侧引出。由于利

用的是TAB(自动带载焊接)技术,封装外形非常薄。常用于液晶显示驱动LSI,但多数为定制品。另外,0.5mm厚的存储器LSI簿形封装正处于开发阶段。在日本,按照EIAJ(日本电子机械工业)会标准规定,将DICP命名为DTP。

15、DIP(dualtapecarrierpackage)

同上。

日本电子机械工业会标准对DTCP的命名(见DTCP)。

16、FP(flatpackage)

扁平封装。表面贴装型封装之一。QFP或SOP(见QFP和SOP)的别称。部分半导体厂家采用此名称。

17、flip-chip

倒焊芯片。裸芯片封装技术之一,在LSI芯片的电极区制作好金属凸点,然后把金属凸点与印刷基板上的电极区进行压焊连接。封装的占有面积基本上与芯片尺寸相同。是所有封装技术中体积最小、最薄的一种。但如果基板的热膨胀系数与LSI芯片不同,就会在接合处产生反应,从而影响连接的可靠性。因此必须用树脂来加固LSI芯片,并使用热膨胀系数基本相同的基板材料。

18、FQFP(finepitchquadflatpackage)

小引脚中心距QFP。通常指引脚中心距小于0.65mm的QFP(见QFP)。部分导导体厂家采用此名称。

19、CPAC(globetoppadarraycarrier)

美国Motorola公司对BGA的别称(见BGA)。

20、CQFP(quadfiatpackagewithguardring)

带保护环的四侧引脚扁平封装。塑料QFP之一,引脚用树脂保护环掩蔽,以防止弯曲变形。

在把LSI组装在印刷基板上之前,从保护环处切断引脚并使其成为海鸥翼状(L形状)。这种封装在美国Motorola公司已批量生产。引脚中心距0.5mm,引脚数最多为208左右。

21、H-(withheatsink)

表示带散热器的标记。例如,HSOP表示带散热器的SOP。

22、pingridarray(surfacemounttype)

表面贴装型PGA。通常PGA为插装型封装,引脚长约3.4mm。表面贴装型PGA在封装的底面有陈列状的引脚,其长度从1.5mm到2.0mm。贴装采用与印刷基板碰焊的方法,因而也称为碰焊PGA。因为引脚中心距只有1.27mm,比插装型PGA小一半,所以封装本体可制作得不怎么大,而引脚数比插装型多(250~52,是大规模逻辑LSI用的封装。封装的基材有多层陶瓷基板和玻璃环氧树脂印刷基数。以多层陶瓷基材制作封装已经实用化。

23、JLCC(J-leadedchipcarrier)

J形引脚芯片载体。指带窗口CLCC和带窗口的陶瓷QFJ的别称(见CLCC和QFJ)。部分半导体厂家采用的名称。

24、LCC(Leadlesschipcarrier)

无引脚芯片载体。指陶瓷基板的四个侧面只有电极接触而无引脚的表面贴装型封装。是高速和高频IC用封装,也称为陶瓷QFN或QFN-C(见QFN)。

25、LGA(landgridarray)

触点陈列封装。即在底面制作有阵列状态坦电极触点的封装。装配时插入插座即可。现已实用的有227触点(1.27mm中心距)和447触点(2.54mm中心距)的陶瓷LGA,应用于高速逻辑

LSI电路。LGA与QFP相比,能够以比较小的封装容纳更多的输入输出引脚。另外,由于引线的阻抗小,对于高速LSI是很适用的。但由于插座制作复杂,成本高,基本上不怎么使用。预计今后对其需求会有所增加。

26、LOC(leadonchip)

芯片上引线封装。LSI封装技术之一,引线框架的前端处于芯片上方的一种结构,芯片的中心附近制作有凸焊点,用引线缝合进行电气连接。与原来把引线框架布置在芯片侧面附近的结构相比,在相同大小的封装中容纳的芯片达1mm左右宽度。

27、LQFP(lowprofilequadflatpackage)

薄型QFP。指封装本体厚度为1.4mm的QFP,是日本电子机械工业会根据制定的新QFP外形规格所用的名称。

28、L-QUAD

陶瓷QFP之一。封装基板用氮化铝,基导热率比氧化铝高7~8倍,具有较好的散热性。封装的框架用氧化铝,芯片用灌封法密封,从而抑制了成本。是为逻辑 LSI开发的一种封装,在自然空冷条件下可容许W3的功率。现已开发出了208引脚(0.5mm中心距)和160引脚(0.65mm中心距)的LSI逻辑用封装,并于1993年10月开始投入批量生产。

29、MCM(multi-chipmodule)

多芯片组件。将多块半导体裸芯片组装在一块布线基板上的一种封装。根据基板材料可分为MCM-L,MCM-C和MCM-D三大类。

MCM-L是使用通常的玻璃环氧树脂多层印刷基板的组件。布线密度不怎么高,成本较低。

MCM-C是用厚膜技术形成多层布线,以陶瓷(氧化铝或玻璃陶瓷)作为基板的组件,与使

用多层陶瓷基板的厚膜混合IC类似。两者无明显差别。布线密度高于MCM-L。

MCM-D是用薄膜技术形成多层布线,以陶瓷(氧化铝或氮化铝)或Si、Al作为基板的组件。

布线密谋在三种组件中是最高的,但成本也高。2100433B

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芯片封装技术发展

从DIP封到BGA封装

芯片的封装技术种类实在是多种多样,诸如DIP,PQFP,TSOP,TSSOP,PGA,BGA,QFP,TQFP,QSOP,SOIC,SOJ,PLCC,WAFERS......一系列名称看上去都十分繁杂,其实,只要弄清芯片封装发展的历程也就不难理解了。芯片的封装技术已经历经好几代的变迁,技术指标一代比一代先进,包括芯片面积与封装面积之比越来越接近,适用频率越来越高,耐温性能越来越好,以及引脚数增多,引脚间距减小,重量减小,可靠性提高,使用更加方便等等,都是看得见的变化。20世纪70年代时,芯片封装流行的还是双列直插封装,简称DIP(Dual ln-line Package)。DIP封装在当时具有适合PCB(印刷电路板)的穿孔安装,具有比TO型封装易于对PCB布线以及操作较为方便等一些特点,其封装的结构形式也很多,包括多层陶瓷双列直插式DIP,单层陶瓷双列直插式DIP,引线框架式DIP等等。但是衡量一个芯片封装技术先进与否的重要指标是芯片面积与封装面积之比,这个比值越接近1越好。比如一颗采用40根I / O引脚塑料双列直插式封装(PDIP)的芯片为例,其芯片面积/封装面积=(3 x3)/(15.24 x 50)=1:86,离l相差很远。不难看出,这种封装尺寸远比芯片大不少,说明封装效率很低,占去了很多有效安装面积。

到了80年代出现的内存第二代封装技术以TSOP为代表,它很快为业界所普遍采用,到目前为止还保持着内存封装的主流地位。TSOP是英文Thin Small Outline Package的缩写,意即薄型小尺寸封装。TSOP内存封装技术的一个典型特征就是在封装芯片的周围做出引脚,如SDRAM内存的集成电路两侧都有引脚,SGRAM内存的集成电路四面都有引脚。TSOP适合用SMT技术(表面安装技术)在PCB(印制电路板)上安装布线。TSOP封装外形尺寸时,寄生参数(电流大幅度变化时,引起输出电压扰动) 减小,适合高频应用,操作比较方便,可靠性也比较高。改进的TSOP技术目前广泛应用于SDRAM内存的制造上,不少知名内存制造商如三星、现代、Kingston等目前都在采用这项技术进行内存封装。

20世纪90年代随着集成技术的进步、设备的改进和深亚微米技术的使用,LSI、VLSI、ULSI相继出现,芯片集成度不断提高,I / O引脚数急剧增加,功耗也随之增大,对集成电路封装的要求也更加严格。为满足发展的需要,在原有封装方式的基础上,又增添了新的方式一一球栅阵列封装,简称BGA(Ball Grid Array Package)。BGA封装技术已经在笔记本电脑的内存、主板芯片组等大规模集成电路的封装领域得到了广泛的应用。比如我们所熟知的Intel BX、VIA MVP3芯片组以及SODIMM等都是采用这一封装技术的产品。

BGA 封装技术有这样一些特点:I / O引脚数虽然增多,但引脚间距并不小,从而提高了组装成品率;虽然它的功耗增加,但BGA能用可控塌陷芯片法焊接,从而可以改善它的电热性能;厚度和重量都较以前的封装技术有所减少;寄生参数减小,信号传输延迟小,使用频率大大提高;组装可用共面焊接,可靠性高。不过BGA封装仍然存在着占用基板面积较大的问题。

随着以CPU为主的计算机系统性能的总体大幅度提升趋势,人们对于内存的品质和性能要求也日趋苛刻。为此,人们要求内存封装更加紧致,以适应大容量的内存芯片,同时也要求内存封装的散热性能更好,以适应越来越快的核心频率。毫无疑问的是,进展不太大的TSOP等内存封装技术也越来越不适用于高频、高速的新一代内存的封装需求,新的内存封装技术也应运而生了。采用BGA新技术封装的内存,可以使所有计算机中的DRAM内存在体积不变的情况下内存容量提高两到三倍,BGA与TSOP相比,具有更小的体积,更好的散热性能和电性能。BGA封装技术使每平方英寸的存储量有了很大提升,采用BGA封装技术的内存产品在相同容量下,体积只有TSOP封装的三分之一;另外,与传统TSOP封装方式相比,BGA封装方式有更加快速和有效的散热途径。

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