CN109003946B - 封装结构及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种封装结构，其包括重布线路结构、晶粒、绝缘密封体、保护层以及多个导电端子。重布线路结构具有第一表面以及相对于第一表面的第二表面。晶粒电性连接至重布线路结构。晶粒具有主动面、相对于主动面的后表面以及位于主动面与后表面之间的侧边。绝缘密封体包封晶粒的侧边以及重布线路结构的第一表面。保护层位于晶粒的后表面以及绝缘密封体上。导电端子形成于重布线路结构的第二表面上。另外，一种封装结构的制造方法亦被提出。

Description

封装结构及其制造方法

技术领域

本发明涉及一种封装结构，尤其涉及一种具有保护层的封装结构及其制造方法。

背景技术

近几年来，半导体封装技术的发展逐渐朝向体积较小、重量较轻、整合度(integration level)较高、制造成本较低的产品迈进。于此同时，当小型化封装结构之时，如何保有封装件的可靠性(reliability)实为目前研究人员亟欲解决的课题。

发明内容

本发明提供一种半导体封装结构及其制造方法，其可以有效地提升封装结构的可靠性且具有较低的制造成本。

本发明提供一种封装结构，其包括重布线路结构、晶粒、绝缘密封体、保护层以及多个导电端子。重布线路结构具有第一表面以及相对于第一表面的第二表面。晶粒电性连接至重布线路结构。晶粒具有主动面、相对于主动面的后表面以及位于主动面与后表面之间的侧边。绝缘密封体包封晶粒的侧边以及重布线路结构的第一表面。保护层位于晶粒的后表面以及绝缘密封体上。导电端子形成于重布线路结构的第二表面上。

在本发明的一实施例中，保护层的杨氏模量在0.5GPa和5GPa之间的范围内。

在本发明的一实施例中，保护层的颜色为黑色。

在本发明的一实施例中，保护层的厚度范围介于10微米至40微米之间。

本发明提供一种封装结构的制造方法。本方法包括至少以下步骤。提供载体基板。形成保护层于载体基板上。设置多个晶粒于保护层上。各个晶粒具有主动面、相对于主动面的后表面以及位于主动面与后表面之间的侧边。晶粒的后表面贴附至保护层。以绝缘密封体包封晶粒的侧边。形成重布线路结构于晶粒以及绝缘密封体上。重布线路结构电性连接至晶粒。将载体基板自保护层分离。形成多个导电端子于重布线路层上。

在本发明的一实施例中，本方法更包括形成离型层于载体基板以及保护层之间。

在本发明的一实施例中，保护层通过涂布处理或层压处理形成。

在本发明的一实施例中，导电端子通过植球处理形成。

在本发明的一实施例中，相较于绝缘密封体的热膨胀系数，载体基板的热膨胀系数较为接近保护层的热膨胀系数。

在本发明的一实施例中，保护层的材质包括B阶(B-stage)材料。

在本发明的一实施例中，保护层的杨氏模量小于绝缘密封体的杨氏模量。

在本发明的一实施例中，保护层的湿气吸收率低于绝缘密封体的湿气吸收率。

基于上述，保护层形成于晶粒以及绝缘密封体上。晶粒以及绝缘密封体被保护层良好地保护，且使得通过绝缘密封体以及晶粒之间的界面的水分渗透的问题可以被有效地减少。除此之外，相较于绝缘密封体的热膨胀系数，由于载体基板的热膨胀系数较为接近保护层的热膨胀系数，可以充分地减少于封装结构的制造过程中的翘曲问题。因此，可以提升封装结构的可靠性。此外，通过将B阶材料作为保护层，可以提高封装结构的整体强度。此外，也可以降低封装结构的制造过程中的分层以及晶粒偏移的问题。除此之外，通过使用保护层来替代绝缘密封体的包模(over-molding)部分，可以有效地降低封装结构的制造成本。

为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合附图作详细说明如下。

附图说明

图1A至图1I是依据本发明一实施例的封装结构的制造方法的剖面示意图。

附图标号说明：

10：封装结构

100：载体基板

200：离型层

300：保护层

400：晶粒

400a：表面

402：接垫

404：钝化图案

406：导电连接端子

500：绝缘密封体

500a：第一表面

500b：第二表面

500b'：薄化的第二表面

600：重布线路结构

600a：第一表面

600b：第二表面

610：介电层

620：导电元件

700：导电端子

具体实施方式

图1A至图1I是依据本发明一实施例的封装结构10的制造方法的剖面示意图。

请参照图1A，提供载体基板100。载体基板100可以由玻璃、硅、塑胶或其他适宜的材料所制成。形成离型层200于载体基板100上，以暂时地增强载体基板100以及随后形成于其上的元件之间的黏着。离型层可以为光热转换(light to heat conversion；LTHC)黏着层或是其他适宜的黏着层。

请参照图1B，于离型层200上形成保护层300。离型层200可以位于保护层300以及载体基板100之间。保护层300可以由B阶(B-stage)材料制成。举例来说，保护层300可以包括构成晶粒黏着膜(die attach film；DAF)的树脂。保护层300可以通过涂布处理(coatingprocess)或层压处理(lamination process)形成。举例来说，保护层300可以是干膜，且可以通过层压处理贴附于离型层200上。或者，可以通过涂布处理将保护层300的溶液(液态)涂布于离型层200上。之后，将前述的溶液干燥或固化以形成保护层300的固态层。在一些实施例中，保护层300的厚度范围介于10微米(micrometer；μm)至40微米之间。在前述的厚度范围内，保护层300可以充分地保护封装结构10内的其他元件，同时保持封装结构10的薄化特征。

请参照图1C，形成多个晶粒400于保护层300上。保护层300可以是用于将晶粒400贴附于保护层300上的晶粒黏着膜。保护层300还可以作为缓冲层，以避免在封装结构10的制造过程期间，其他元件与载体基板100之间的分层(delamination)。

各个晶粒400具有形成于其上的多个导电连接端子406。晶粒400可以通过以下的步骤制造。首先，提供晶圆(未显示)，且晶圆具有多个接垫402形成于其上。接着，形成钝化层(未显示)以覆盖接垫402以及晶圆。钝化层被图案化以形成多个钝化图案404。钝化层例如可以通过微影(photolithography)以及蚀刻处理(etching process)以图案化。钝化图案404暴露出至少部分接垫402。然后，形成导电连接端子406于接垫402上。导电连接端子406可以通过镀析处理(plating process)形成。镀析处理例如为电镀(electro-plating)、化学镀(electroless-plating)、浸镀(immersion plating)或类似之方法。之后，研磨晶圆上相对于导电连接端子406的后表面，并将其切割成多个晶粒400。

各个晶粒400上，具有导电连接端子406的表面为晶粒400的主动面(activesurface)。换言之，相对于主动面的表面400a为晶粒400的后表面。各个晶粒400还包括位于主动面以及后表面(即，表面400a)之间的侧边。如图1C所示，各个晶粒400的主动面远离保护层300。各个晶粒400的后表面(即，表面400a)可以物理性地贴附至保护层300。在一些实施例中，导电连接端子406可以为导电凸块(conductive bump)，导电柱(conductivepillar)或上述之组合。导电连接端子406的材质可以为铜、铝、锡、金、银或上述的组合。

请参照图1D，绝缘密封体500用以包封晶粒400。绝缘密封体500可以位于保护层300以及晶粒400上，以使绝缘密封体500完全覆盖晶粒400。举例来说，绝缘密封体500包封晶粒400的侧边。在一些实施例中，绝缘密封体500可以包括通过模塑处理(moldingprocess)所形成的模塑化合物(molding compound)。在一些替代性实施例中，绝缘密封体500可以是由例如是环氧树脂(epoxy)或其他适宜树脂等绝缘材料所形成。如图1D所示，绝缘密封体500具有第一表面500a以及相对于第一表面500a的第二表面500b。绝缘密封体500的第一表面500a直接地/物理性地接触/贴附至保护层300。如上所述，各个晶粒400的后表面(即，表面400a)也物理性地贴附至保护层300。因此，绝缘密封体500的第一表面500a与各个晶粒400的表面400a共面(coplanar)。换言之，第二表面500b的高度可以高于晶粒400的顶表面。也就是说，绝缘密封体500的厚度t1大于晶粒400的厚度。

在一些实施例中，相较于绝缘密封体500的热膨胀系数(coefficient of thermalexpansion；CTE)，载体基板100的热膨胀系数较为接近保护层300的热膨胀系数。举例而言，载体基板100的热膨胀系数可以在3到20之间的范围内，保护层300的热膨胀系数可以在5和40之间的范围内，绝缘密封体500的热膨胀系数可以在10和70之间的范围内。换言之，保护层300的杨氏模量(Young's modulus)小于绝缘密封体500的杨氏模量。举例而言，保护层300的杨氏模量可以在0.5GPa(gigapascal)和5GPa之间的范围内，且绝缘密封体500的杨氏模量可以在5GPa和20GPa之间的范围内。由于上述的性质，借助于保护层300，可以减少于封装结构10的制造过程中的翘曲(warpage)问题，并且可以提升封装结构10的整体强度。此外，保护层300的湿气吸收率(moisture absorption rate)低于绝缘密封体500的湿气吸收率。因此，晶粒400以及绝缘密封体500被保护层300良好地保护，且使得通过绝缘密封体500以及晶粒400之间的界面的水分渗透的问题可以被有效地减少。

如上所述，保护层300可以是用作晶粒黏着膜。晶粒400固定于保护层300上。于绝缘密封体500的形成过程(例如，模塑处理)中，可以降低晶粒移动的问题。因此，可以充分地提升封装结构10的整体良率(yield)。

请参照图1E，绝缘密封体500被薄化成厚度t2，以使各个晶粒400的一部分露出。如图1E所示，绝缘密封体500薄化的第二表面500b'暴露出导电连接端子406的顶表面。在一些实施例中，绝缘密封体500被减薄以暴露出导电连接端子406的顶表面。更可于导电连接端子406上进行蚀刻处理。举例而言，可以部分地移除导电连接端子406，以使导电连接端子406的顶表面略低于绝缘密封体500薄化的第二表面500b'。在一些实施例中，导电连接端子406的顶表面比绝缘密封体500薄化的第二表面500b'低1微米至3微米。如此一来，可以增加绝缘密封体500以及导电连接端子406的表面粗糙度，从而提升后续形成于其上形成的膜层的黏合性。薄化处理例如可以经由机械研磨，化学机械研磨(chemical mechanicalpolishing；CMP)或蚀刻来执行。导电连接端子406的蚀刻处理可以包括非等向性蚀刻(anisotropic etching)或等向性蚀刻(isotropic etching)。

请参照图1F，形成重布线路结构600于晶粒400以及绝缘密封体500上。重布线路结构600电性连接至晶粒400的导电连接端子406。重布线路结构600可以包括至少一介电层610以及嵌入于介电层610中的多个导电元件620。如图1F所示，重布线路结构600包括四个介电层610。然而，本发明对于介电层610的数量并不加以限制，并且可以基于电路的设计而进行调整。导电元件620可以包括多个线路层以及连接线路层的多个互连结构。第一线路层可以直接与导电连接端子406接触，以在晶粒400以及重布线路结构600之间形成电性连接。第二介电层610(从底部至顶部计数)暴露出部分的第一线路层(即，图1F中所示的最下面的线路层)，以使第一线路层可以通过互连结构电性连接至其他的线路层。最后的线路层(即，图1F所示的最上面的导电元件620)电性连接至由最后的介电层610所暴露出的部分第三线路层。最后的线路层可以用以与后续处理中所形成的元件电性连接。在一些实施例中，最后的线路层被称为凸块底金属(under-bump metallization；UBM)。导电元件620可以通过镀析处理形成，且可以包括铜、铝、金、银、锡或上述之组合。

请参照图1G，载体基板100通过剥离处理(debonding process)以与保护层300分离。举例而言，在离型层200以及保护层300之间的界面处进行分离。在一些实施例中，可以将热能或光能(例如：加热或紫外光(UV光)照射)施加于离型层200。于激发时，离型层200失去黏着性，并且可以容易地从保护层300剥离。

请参照图1H，形成多个导电端子700于重布线路结构600上。在一些实施例中，导电端子700设置于导电元件620(即，最后的线路层；凸块底金属)之上。导电端子700例如可以通过植球处理(ball placement process)以及回焊处理(reflow process)来形成。于此之后，进行切单处理(singulation process)以单一化晶粒400。如图1I所示，对相邻的晶粒400之间的绝缘密封体500进行切割，以形成多个封装结构10。切单处理例如包括以旋转刀片或激光光束进行切割。

请参照图1I，各个封装结构10包括重布线路结构600、晶粒400、绝缘密封体500、保护层300以及多个导电端子700。重布线路结构600具有第一表面600a以及相对于第一表面600a的第二表面600b。晶粒400位于重布线路结构600的第一表面600a上，且电性连接至重布线路结构600。在一些实施例中，晶粒400通过覆晶接合(flip-chip bonding)电性连接至重布线路结构600。各个晶粒400具有主动面、相对于主动面的后表面(即，表面400a)以及位于主动面与后表面之间的侧边。绝缘密封体500在重布线路结构600的第一表面600a上，且包封晶粒400的侧边以及重布线路结构600的第一表面600a。绝缘密封体500的第一表面500a与晶粒400的后表面(即，表面400a)共面。保护层300位于晶粒400的后表面(即，表面400a)以及绝缘密封体500上。部分的保护层300覆盖晶粒400，且另一部分的保护层300覆盖绝缘密封体500。也就是说，晶粒400以及绝缘密封体500之间的界面被保护层300密封，以防止水分渗透。在一些实施例中，保护层300的颜色可以为黑色。如此一来，可以清楚地看到保护层300上由激光标记/雕刻所形成的日期代码。此外，由于保护层300的成本低于绝缘密封体500的成本，因此可以降低封装结构10的整体制造成本。如图1I所示，导电端子700在重布线路结构600的第二表面600b上。

综上所述，于本发明中，保护层形成于晶粒以及绝缘密封体上。晶粒以及绝缘密封体被保护层良好地保护，且使得通过绝缘密封体以及晶粒之间的界面的水分渗透的问题可以被有效地减少。除此之外，相较于绝缘密封体的热膨胀系数，由于载体基板的热膨胀系数较为接近保护层的热膨胀系数，可以充分地减少于封装结构的制造过程中的翘曲问题。因此，可以提升封装结构的可靠性。此外，通过将B阶材料作为保护层，可以提高封装结构的整体强度。此外，可以降低封装结构的制造过程中的分层以及晶粒偏移的问题。除此之外，通过使用保护层来替代绝缘密封体的包模(over-molding)部分，可以有效地降低封装结构的制造成本。

虽然本发明已以实施例揭示如上，然其并非用以限定本发明，任何所属技术领域中技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的更改与润饰，故本发明的保护范围当视权利要求书所界定的为准。

Claims (9)

1.一种封装结构，其特征在于，包括：

重布线路结构，具有第一表面以及相对于所述第一表面的第二表面；

晶粒，电性连接至所述重布线路结构，所述晶粒具有主动面、相对于所述主动面的后表面以及位于所述主动面与所述后表面之间的侧边，且所述主动面上具有导电连接端子；

绝缘密封体，包封所述晶粒的所述侧边、所述晶粒的所述主动面以及所述重布线路结构的所述第一表面，且所述绝缘密封体暴露出所述导电连接端子的顶表面，其中所述晶粒的所述主动面不与所述导电连接端子的所述顶表面共平面；

保护层，位于所述晶粒的所述后表面以及所述绝缘密封体上，且所述保护层的杨氏模量小于所述绝缘密封体的杨氏模量，其中所述晶粒的所述后表面物理性地贴附至所述保护层，且所述保护层不与所述晶粒以及所述绝缘密封体电性连接；以及

多个导电端子，形成于所述重布线路结构的所述第二表面上。

2.根据权利要求1所述的封装结构，其特征在于，所述保护层的材质包括B阶材料。

3.根据权利要求1所述的封装结构，其特征在于，所述保护层的湿气吸收率低于所述绝缘密封体的湿气吸收率。

4.根据权利要求1所述的封装结构，其特征在于，所述重布线路结构包括至少一介电层以及嵌入于所述至少一介电层中的多个导电元件，且所述晶粒与所述多个导电元件电性连接。

5.根据权利要求1所述的封装结构，其特征在于，所述晶粒通过覆晶接合电性连接至所述重布线路结构。

6.根据权利要求1所述的封装结构，其特征在于，所述晶粒的所述后表面与所述绝缘密封体的表面共面。

7.一种封装结构的制造方法，其特征在于，包括：

提供载体基板；

形成保护层于所述载体基板上；

配置多个晶粒于所述保护层上，其中各个所述多个晶粒具有主动面、相对于所述主动面的后表面以及位于所述主动面与所述后表面之间的侧边，且所述多个晶粒的所述后表面贴附至所述保护层，其中所述主动面上具有导电连接端子；

形成绝缘密封体以包封所述晶粒的所述侧边以及所述多个晶粒的所述主动面，且所述绝缘密封体暴露出所述导电连接端子的顶表面，其中所述多个晶粒的所述主动面不与所述导电连接端子的所述顶表面共平面，且所述保护层的杨氏模量小于所述绝缘密封体的杨氏模量；

形成重布线路结构于所述晶粒以及所述绝缘密封体上，其中所述重布线路结构电性连接至对应的所述多个晶粒；

将所述载体基板自所述保护层分离，其中所述保护层不与所述多个晶粒以及所述绝缘密封体电性连接；以及

形成多个导电端子于所述重布线路结构上。

8.根据权利要求7所述的封装结构的制造方法，其特征在于，还包括进行切单处理以单一化所述多个晶粒。

9.根据权利要求7所述的封装结构的制造方法，其特征在于，包封所述晶粒的所述侧边的步骤包括：

形成所述绝缘密封体于所述多个晶粒上，以使所述绝缘密封体完全覆盖所述多个晶粒；以及

减小所述绝缘密封体的厚度以露出各个所述多个晶粒的一部分。

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