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。
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。
