CN104201114A

CN104201114A - 一种侧壁绝缘保护的芯片封装方法及其封装结构

Info

Publication number: CN104201114A
Application number: CN201410426690.7A
Authority: CN
Inventors: 高军明; 赖志明; 龙欣江; 孙超; 曾志华
Original assignee: Jiangyin Changdian Advanced Packaging Co Ltd
Current assignee: Jiangyin Changdian Advanced Packaging Co Ltd
Priority date: 2014-08-26
Filing date: 2014-08-26
Publication date: 2014-12-10

Abstract

本发明公开了一种侧壁绝缘保护的芯片封装方法及其封装结构，属于半导体封装技术领域。其芯片电极（102）嵌入硅基本体（101）的上表面，金属凸块（300）位于硅基本体（101）的上表面并与芯片电极（102）连接，所述绝缘层Ⅰ（202）设置于硅基本体（101）的侧壁，其通过激光与O₂或N₂在切割圆片（100）的过程中形成，所述绝缘层Ⅱ（210）设置于硅基本体（101）上表面的金属凸块（300）以外的部分，背面保护层（400）设置于硅基本体（101）的下表面。本发明于硅基本体（101）的侧壁通过激光形成绝缘层Ⅰ（202），有效地消除了侧壁的爬锡现象，克服了芯片尺寸封装的漏电问题，提升了芯片的良率，其封装方法简洁、环保，降低了生产成本。

Description

一种侧壁绝缘保护的芯片封装方法及其封装结构

技术领域

本发明涉及一种侧壁绝缘保护的芯片封装方法及其封装结构，属于半导体封装技术领域。

背景技术

现有的圆片级CSP（Chip Scale Package）封装结构，其芯片四周的硅裸露在组装环境中，在贴装回流工艺中，焊锡球或电极区域容易因为焊锡膏印刷量过多而导致部分焊锡爬升到芯片侧壁裸露的硅上面，造成芯片漏电；或者由于芯片间距比较近，加热或回流后，导致芯片的侧壁接触到了其他芯片的金属凸块而导致失效。

同时，对于极小尺寸封装产品，如0402、0210、01005等尺寸的封装产品而言，如图1左图所示，其自身重量很轻，在表面贴装过程中如果两电极的焊锡膏印刷量有差异，以及回流受热温度不均，造成电极两端不平衡，极易导致芯片一端翘起，形成“墓碑”现象，如图1右图所示，造成芯片贴装不良。

发明内容

本发明的目的在于克服上述封装结构的不足，提供一种改善芯片贴装不良、且不易造成芯片漏电的侧壁绝缘保护的芯片封装方法及其封装结构。

本发明的目的是这样实现的：

本发明的一种侧壁绝缘保护的芯片封装方法，其工艺过程如下：

步骤一、提供带有芯片电极和划片道的圆片；

步骤二、将激光刀与圆片置于封闭空间内，启动激光刀，使其沿圆片的划片道行进，进行切割圆片，形成沟槽，同时提供O₂或N₂，于沟槽壁形成硅的氧化物或硅的氮化物的绝缘层Ⅰ；

步骤三、在圆片表面采用PECVD的方法沉积 SiO₂/SiN，形成绝缘层Ⅱ，并在芯片电极的上方通过腐蚀或刻蚀的方法形成绝缘层Ⅱ开口，绝缘层Ⅱ开口露出芯片电极的表面；

步骤四、通过化学镀或电镀工艺，在芯片电极的表面之上形成金属凸块；

步骤五、在圆片上覆膜，并上下翻转180°；

步骤六、通过磨片工艺，对圆片的背面进行减薄；

步骤七、通过贴膜工艺，在圆片背部粘贴背面保护层；

步骤八、通过裂片和去膜，使圆片单颗化，形成单颗的侧壁绝缘保护的芯片封装结构。

可选地，所述沟槽深度h为≥30μm。

可选地，所述沟槽的深度h为100～250μm。

上述侧壁绝缘保护的芯片封装方法形成的所述侧壁绝缘保护的芯片封装结构，其包括硅基本体、芯片电极、绝缘层Ⅰ、绝缘层Ⅱ、金属凸块和背面保护层，其中，芯片电极嵌入硅基本体的上表面，金属凸块位于硅基本体的上表面并与芯片电极连接，所述绝缘层Ⅰ设置于硅基本体的侧壁，所述绝缘层Ⅱ设置于硅基本体上的金属凸块以外的部分，背面保护层设置于硅基本体的下表面。

可选地，所述绝缘层Ⅰ的厚度为0.5～5μm。

本发明的另一种侧壁绝缘保护的芯片封装方法，其工艺过程如下：

步骤一、提供带有芯片电极和划片道的圆片；

步骤二、在圆片表面采用PECVD的方法沉积SiO₂/SiN或涂覆聚酰亚胺，形成绝缘层Ⅱ，并在芯片电极的上方通过腐蚀或刻蚀的方法形成绝缘层Ⅱ开口，绝缘层Ⅱ开口露出芯片电极的表面；

步骤三、通过化学镀或电镀工艺，在芯片电极的表面之上形成金属凸块；

步骤四、在圆片上覆膜，并上下翻转180°；

步骤五、通过磨片工艺，对圆片的背面进行减薄；

步骤六、通过贴膜工艺，在圆片背部粘贴背面保护层，

步骤七、将激光刀与待切割的圆片置于封闭空间内，启动激光刀，使其沿圆片的划片道行进，进行切割圆片，同时提供O₂或N₂，于沟槽壁形成硅的氧化物或硅的氮化物的绝缘层Ⅰ；

可选地，所述圆片剩余厚度h2为≥30μm。

可选地，所述圆片剩余深度h2为100～250μm。

上述侧壁绝缘保护的芯片封装方法形成的所述侧壁绝缘保护的芯片封装结构，其包括硅基本体、芯片电极、绝缘层Ⅰ、绝缘层Ⅱ、金属凸块和背面保护层，其中，芯片电极嵌入硅基本体的上表面，金属凸块位于硅基本体的上表面并与芯片电极连接，所述绝缘层Ⅰ设置于硅基本体的侧壁，所述绝缘层Ⅱ设置于硅基本体上表面的金属凸块以外的部分，背面保护层设置于硅基本体的下表面。

可选地，所述绝缘层Ⅰ的厚度为0.5～5μm。

本发明的有益效果是：

1、本发明侧壁绝缘保护的芯片封装结构，其在硅基本体的侧壁设置硅的氧化物和/或硅的氮化物的绝缘层Ⅰ，消除了硅基本体侧壁的爬锡现象，克服了芯片尺寸封装的漏电问题，提升了芯片的贴装良率；

2、本发明的硅的氧化物或硅的氮化物的绝缘层Ⅰ是在激光切割圆片过程中形成的，制程简洁、环保，降低了生产成本。

附图说明

图1是现有芯片封装结构的爬锡现象的示意图；

图2为本发明一种侧壁绝缘保护的芯片封装方法的工艺流程图；

图3为本发明一种侧壁绝缘保护的芯片封装结构的实施例一的剖面示意图；

图4至图12实施例一的封装方法的工艺过程示意图；

图13为本发明一种侧壁绝缘保护的芯片封装结构的实施例一的变形的剖面示意图；

图14为本发明一种侧壁绝缘保护的芯片封装方法的另一工艺流程图；

图15为本发明一种侧壁绝缘保护的芯片封装结构实施例二的剖面示意图；

图16至图21为实施例二的封装方法的工艺过程示意图；

其中，硅基本体101

芯片电极102

绝缘层Ⅰ202

绝缘层Ⅱ210

绝缘层Ⅱ开口211

金属凸块300

背面保护层400；

圆片100

芯片11

划片道12

沟槽103

膜500

激光刀600。

具体实施方式

现在将在下文中参照附图更加充分地描述本发明，在附图中示出了本发明的示例性实施例，从而本公开将本发明的范围充分地传达给本领域的技术人员。然而，本发明可以以许多不同的形式实现，并且不应被解释为限制于这里阐述的实施例。

方案一

参见图2，本发明一种侧壁绝缘保护的芯片封装方法，其工艺流程如下：

执行步骤S101：提供带有芯片电极阵列的圆片；

执行步骤S102：沿圆片的划片道用激光开设沟槽，同时于沟槽壁形成绝缘层Ⅰ；

执行步骤S103：在圆片的表面形成绝缘层Ⅱ和与芯片电极相连的金属凸块；

执行步骤S104：减薄圆片的背面，并覆膜；

执行步骤S105：裂片，形成单颗的侧壁绝缘保护的芯片封装结构。

采用上述工艺方法，形成本发明单颗的侧壁绝缘保护的芯片封装结构的实施例一，如下：

如图3所示的一种侧壁绝缘保护的芯片封装结构，其包括硅基本体101、芯片电极102、绝缘层Ⅰ202、绝缘层Ⅱ210、金属凸块300和背面保护层400。其中，芯片电极102嵌入硅基本体101的上表面，金属凸块300位于硅基本体101的上表面并与芯片电极102连接，通常金属凸块300为具有优越的导电性能、导热性能和可靠性的铜柱、纯锡柱、锡银合金柱或Ni/Pd、Ni/Au、 Ni/Pd/Au等多层金属柱。金属凸块300呈块状，也可以呈柱状。在金属凸块300的顶端还可以有焊锡材质的金属防氧化层。绝缘层Ⅰ202设置于硅基本体101的侧壁，材质为硅的氧化物或硅的氮化物，一般厚度为0.5～5μm，其避免了硅基本体101侧壁的裸露，能有效地消除爬锡现象，减少了芯片在安装和使用时的损伤，提高了芯片的贴装良率。绝缘层Ⅱ210设置于硅基本体101上的金属凸块300以外的部分。背面保护层400设置于硅基本体101的下表面，其厚度为5~40um。使用时，本发明的金属凸块300倒装至基板上，通过回流工艺与基板固连；或者通过打线工艺把芯片固定在引线框上。

上述实施例一的工艺过程如下：

步骤一、提供带有芯片电极阵列的圆片100，如图4和图5所示，其可以形成成千上万颗芯片11，相邻芯片11间通常有间距为40μm ～ 100μm的划片道12，圆片100切割成单体后形成硅基本体101。其中图4为圆片的正视图，图5为经过其中一列芯片电极的圆片的局部放大的剖视图。

步骤二、将激光刀600与待切割的圆片100置于封闭空间内，如图6所示，启动激光刀600，使其沿圆片100的划片道12行进，进行切割圆片100，形成光洁度很高的沟槽103，沟槽103深度h为≥30μm，以深度h为100～250μm为佳。因激光刀600不切透圆片100，为后续的工艺提供支撑力。

在激光切割圆片100时，采用的激光设备可以为激光波长1064nm的红外激光器，激光器所发出的激光束经透镜聚焦，在焦点处聚成一极小的光斑，其光斑大小可以小至30～80μm，在光斑处聚焦的激光功率密度高达10⁹～10¹²W/mm²。处于其焦点处的硅物质受到高功率密度的激光光斑照射，会产生10000°C以上的局部高温，使之瞬间汽化，并被气流吹走，形成沟槽103，同时焦点处边缘的硅物质与其周围的O₂或N₂发生反应，形成附着于沟槽103壁的、成分为硅的氧化物或硅的氮化物的绝缘层Ⅰ202，该绝缘层Ⅰ202的厚度为0.5～5μm，具有绝缘保护作用。

步骤三、在圆片100表面采用PECVD的方法沉积 SiO₂/SiN，形成绝缘层Ⅱ210，并在芯片电极102的上方通过腐蚀或刻蚀的方法形成绝缘层Ⅱ开口211，绝缘层Ⅱ开口211露出芯片电极102的表面，如图7所示。

步骤四、通过化学镀或电镀工艺，在芯片电极102的表面之上形成金属凸块300，如图8所示。

步骤五、在圆片100上覆膜500，该覆膜500一般为UV膜，并上下翻转180°，如图9所示。

步骤六、通过磨片工艺，对圆片100的背面进行减薄，减薄厚度根据实际需要确定。可以减薄至沟槽103的底部剩余厚度h1，也可以减薄至露出沟槽103的底部，还可以减薄至去掉沟槽103的剩余厚度和沟槽103内的绝缘层Ⅰ202和绝缘层Ⅱ210厚度，如图10所示。

步骤七、通过贴膜工艺，在圆片100背部粘贴背面保护层400，以增强封装结构的强度，如图11所示。

步骤八、通过裂片和去膜500，使圆片100单颗化，形成单颗的侧壁绝缘保护的芯片封装结构，如图12所示。

由于圆片100的背面减薄的厚度不同，可以形成多种尺寸厚度的、封装结构略有差别的侧壁绝缘保护的芯片封装结构，如图13所示，硅基本体101的厚度更薄，绝缘层Ⅱ210也可以延伸至绝缘层Ⅰ202的外侧。

方案二

参见图14，本发明一种侧壁绝缘保护的芯片封装方法，其工艺流程如下：

执行步骤S101：提供带有芯片电极阵列的圆片；

执行步骤S102：在圆片的表面形成绝缘层Ⅱ和与芯片电极相连的金属凸块；

执行步骤S103：减薄圆片的背面，并覆膜；

执行步骤S104：沿圆片的划片道用激光开设沟槽，同时于沟槽壁形成绝缘层Ⅰ；

采用上述工艺方法，形成本发明单颗的侧壁绝缘保护的芯片封装结构的实施例二，如下：

如图15所示的一种侧壁绝缘保护的芯片封装结构，其包括硅基本体101、芯片电极102、绝缘层Ⅰ202、绝缘层Ⅱ210、金属凸块300和背面保护层400，其中，芯片电极102嵌入硅基本体101的上表面，金属凸块300位于硅基本体101的上表面并与芯片电极102连接。绝缘层Ⅰ202设置于硅基本体101的侧壁，材质为硅的氧化物或硅的氮化物，一般厚度为0.5～5μm，其能有效地消除爬锡现象，提高了芯片的贴装良率。绝缘层Ⅱ210设置于硅基本体101上表面的金属凸块300以外的部分，背面保护层400设置于硅基本体101的下表面。

上述实施例二的工艺过程如下：

步骤一、提供带有芯片电极阵列的圆片100，如图16所示。

步骤二、在圆片100表面采用PECVD的方法沉积 SiO₂/SiN或涂覆聚酰亚胺，形成绝缘层Ⅱ210，并在芯片电极102的上方通过腐蚀或刻蚀的方法形成绝缘层Ⅱ开口211，绝缘层Ⅱ开口211露出芯片电极102的表面，如图17所示。

步骤三、通过化学镀或电镀工艺，在芯片电极102的表面之上形成金属凸块300，如图18所示。

步骤四、在圆片100上覆膜500，该覆膜500一般为UV膜，并上下翻转180°，如图19所示。

步骤五、通过磨片工艺，对圆片100的背面进行减薄，使圆片100剩余厚度h2为≥30μm，以深度h2为100～250μm为佳，如图19所示。

步骤六、通过贴膜工艺，在圆片100背部粘贴背面保护层400，如图20所示。

步骤七、将激光刀600与待切割的圆片100置于封闭空间内，启动激光刀600，使其沿圆片100的划片道12行进，进行切割圆片100，如图20所示，同时提供O₂或N₂，于沟槽103壁形成厚度为0.5～5μm、材质为硅的氧化物或硅的氮化物的绝缘层Ⅰ202，起绝缘保护作用。

步骤八、通过裂片和去膜500，使圆片100单颗化，如图21所示。

本发明一种侧壁绝缘保护的芯片封装方法及其封装结构不限于上述优选实施例，如激光切割圆片100时，也可以在空气中进行，形成的绝缘层Ⅰ202的材质为硅的氧化物和硅的氮化物的混合物，同样起到绝缘保护作用。或者激光切割圆片100时，提供其他易与硅物质反应生成绝缘保护层的气体或液体。

另外，除激光外，其他高速切割方式或化学腐蚀方法处理圆片时也可以形成侧面绝缘保护层。

因此任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何修改、等同变化及修饰，均落入本发明权利要求所界定的保护范围内。

Claims

1.一种侧壁绝缘保护的芯片封装方法，其工艺过程如下：

步骤一、提供带有芯片电极（102）和划片道（12）的圆片（100）；

步骤二、将激光刀（600）与圆片（100）置于封闭空间内，启动激光刀（600），使其沿圆片（100）的划片道（12）行进，进行切割圆片（100），形成沟槽（103），同时提供O₂或N₂，于沟槽（103）壁形成硅的氧化物或硅的氮化物的绝缘层Ⅰ（202）；

步骤三、在圆片（100）表面采用PECVD的方法沉积 SiO₂/SiN，形成绝缘层Ⅱ（210），并在芯片电极（102）的上方通过腐蚀或刻蚀的方法形成绝缘层Ⅱ开口（211），绝缘层Ⅱ开口（211）露出芯片电极（102）的表面；

步骤四、通过化学镀或电镀工艺，在芯片电极（102）的表面之上形成金属凸块（300）；

步骤五、在圆片（100）上覆膜（500），并上下翻转180°；

步骤六、通过磨片工艺，对圆片（100）的背面进行减薄；

步骤七、通过贴膜工艺，在圆片（100）背部粘贴背面保护层（400）；

步骤八、通过裂片和去膜（500），使圆片（100）单颗化，形成单颗的侧壁绝缘保护的芯片封装结构。

2.根据权利要求1或2所述的芯片封装方法，其特征在于：所述沟槽（103）深度h为≥30μm。

3.根据权利要求2所述的芯片封装方法，其特征在于：所述沟槽（103）的深度h为100～250μm。

4.根据权利要求1所述的芯片封装方法，其特征在于：所述侧壁绝缘保护的芯片封装结构，其包括硅基本体（101）、芯片电极（102）、绝缘层Ⅰ（202）、绝缘层Ⅱ（210）、金属凸块（300）和背面保护层（400），其中，芯片电极（102）嵌入硅基本体（101）的上表面，金属凸块（300）位于硅基本体（101）的上表面并与芯片电极（102）连接，所述绝缘层Ⅰ（202）设置于硅基本体（101）的侧壁，所述绝缘层Ⅱ（210）设置于硅基本体（101）上的金属凸块（300）以外的部分，背面保护层（400）设置于硅基本体（101）的下表面。

5.根据权利要求1或4所述的芯片封装方法，其特征在于：所述绝缘层Ⅰ（202）的厚度为0.5～5μm。

6.一种侧壁绝缘保护的芯片封装方法，其工艺过程如下：

步骤二、在圆片（100）表面采用PECVD的方法沉积 SiO₂/SiN或涂覆聚酰亚胺，形成绝缘层Ⅱ（210），并在芯片电极（102）的上方通过腐蚀或刻蚀的方法形成绝缘层Ⅱ开口（211），绝缘层Ⅱ开口（211）露出芯片电极（102）的表面；

步骤三、通过化学镀或电镀工艺，在芯片电极（102）的表面之上形成金属凸块（300）；

步骤四、在圆片（100）上覆膜（500），并上下翻转180°；

步骤五、通过磨片工艺，对圆片（100）的背面进行减薄；

步骤六、通过贴膜工艺，在圆片（100）背部粘贴背面保护层（400），

步骤七、将激光刀（600）与待切割的圆片（100）置于封闭空间内，启动激光刀（600），使其沿圆片（100）的划片道（12）行进，进行切割圆片（100），同时提供O₂或N₂，于沟槽（103）壁形成硅的氧化物或硅的氮化物的绝缘层Ⅰ（202）；

7.根据权利要求6所述的芯片封装方法，其特征在于：所述圆片（100）剩余厚度h2为≥30μm。

8.根据权利要求7所述的芯片封装方法，其特征在于：所述圆片（100）剩余深度h2为100～250μm。

9.根据权利要求6所述的芯片封装方法，其特征在于：所述侧壁绝缘保护的芯片封装结构，其包括硅基本体（101）、芯片电极（102）、绝缘层Ⅰ（202）、绝缘层Ⅱ（210）、金属凸块（300）和背面保护层（400），其中，芯片电极（102）嵌入硅基本体（101）的上表面，金属凸块（300）位于硅基本体（101）的上表面并与芯片电极（102）连接，所述绝缘层Ⅰ（202）设置于硅基本体（101）的侧壁，所述绝缘层Ⅱ（210）设置于硅基本体（101）上表面的金属凸块（300）以外的部分，背面保护层（400）设置于硅基本体（101）的下表面。

10.根据权利要求6或9所述的芯片封装方法，其特征在于：所述绝缘层Ⅰ（202）的厚度为0.5～5μm。