TW201032300A - Chip scale package and method of fabricating the same - Google Patents

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201032300 六、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明是有關於一種封裝結構及其製造方法，且特 別是有關於一種具有高散熱效率之晶片級尺寸封裝 (CSP)結構及其製造方法。 【先前技術】 隨著電子技術的日新月異，追求高速度與外型輕薄 Φ 短小的高科技電子產品相繼問世。而封裝產業的主要功 能是支援電子產品開發的需求，確保半導體封裝件的速 度不斷提升並能充分發揮其功能，且應用之電子產品能 達到輕薄短小以具有市場優勢。為滿足這些需求，半導 體封裝件的封裝形式不斷地發展翻新，其主要發展趨勢 包括：輸入/輸出接點（I/O Pads)數增加、訊號速度加快、 功率大幅上升、腳距日益縮小、連接效率（指封裝件内晶 片的尺寸和封裝件尺寸的比值）提高、多晶片封裝等等。 因此，過去以導線架（Lead-Frame)的封裝形式已無法滿 ® 足市場的需求，封裝產業一路由低階的雙列直插式封裝 (Dua卜In-Line Package，DIP)、小外形封裝（Small Out-line Package，SOP)，薄型小尺寸封裝（Thin Small Outline Package，TSOP)等逐漸走向以1C載板的閘球 陣列（BGA)、覆晶（Flip Chip ; FBGA)，乃至於晶片級尺 寸封裝（Chip Scale Package，CSP)等高階封裝形式， 構裝型態一直在演變來滿足終端應用市場的需求。當 然，不論構裝型態如何演變，外型輕薄小型化和高散熱 性一直都是市場追求的重要目標。 3 201032300 i w^fjy/rrt .晶片級尺寸封裝（CSP)結構依照晶片的設置方式大 致可區分為：打線連接（Wire Bond)和覆晶（Flip Chip)型 態的封裝結構。在打線連接的CSP封裝結構中，其散熱 途徑主要為經由塑模的封裝膠體（Molding Compound) 的傳導，將熱對流至空氣中。而覆晶型態的CSP封裝結 構中，有兩條主要的散熱途徑：（1)覆晶經由下方錫鉛凸 塊及底層填充材料將熱傳到基板中，再藉由基板及錫 球，將熱傳到外接的PCB中；和（2)熱傳向上透過封裝 膠體的傳導，再將熱對流至大氣中。 然而由於封裝膠體的傳導性較差，若要想再提升封 裝結構的散熱效率，則需要藉由其他方式來改善，例如 在晶片的上方接黏熱擴散片（heat spread)，利用其面積 的增加及南熱傳導係數’以增加其熱傳量。在現有的晶 片級尺寸封裝結構（CSP Package)中，不論是打線連接 或是覆晶型態的CSP封裝結構，若想在CSP封裝結構 上設置散熱片以提升散熱效果，需要經過複雜的製造過 程來改良結構，即使改善了散熱效果，也相對地提高了 製造成本。 因此，如何以較簡單的製造程序，製造出具高散熱 效果的CSP封裝結構，以兼具高散熱和低製造成本等優 點，則為相關業者努力之一目標。 【發明内容】 有鑑於此，本發明的目的就是在提供一種晶片級尺 寸封裝（CSP)結構及其製造方法，不但增加封裝結構的 201032300 散熱效率，亦可控制封裝結構的介面厚度（Bond Line Thickness，BLT)，製造出高散熱效率和低厚度的封裝產 品。 根據本發明的目的，係提出一種封裝結構之製造方 法，包括：提供一基板；設置一晶片於基板之正面，且 電性連接晶片與基板；形成一導熱膠（Thermal Conductive Paste)於晶片之表面；形成一封裝膠體 (Molding Compound)於該晶片之周圍；和應用一削磨製 程（Mming)於封裝膠體，使得削磨後封裝膠體之高度與 _ 導熱膠的高度齊平。 其中，晶片可以是利用打線接合或是覆晶接合方式 設置於基板上。而導熱膠可以是在削磨製程之前、或是 之後形成於晶片之表面處。 若是應用本發明於打線接合之封裝結構，則可於晶 片之正面（電極面）上形成導熱膠，再以削磨製程去除部 分的封裝膠體和部分的導熱膠。 若是應用本發明於覆晶接合之封裝結構，則可於晶 Φ 片之背面處形成導熱膠，再以削磨製程去除部分的封裝 膠體和部分的導熱膠；或是先於晶片之背面處形成光阻 層和於基板上形成封裝膠體，再以削磨製程去除部分的 封裝膠體，接著再去除光阻層，並於原光阻層的位置形 成導熱膠，使得導熱膠的高度與削磨後的封裝膠體之高 度齊平。 根據本發明的目的，係提出一種晶片級尺寸封裝結 構，包括··一基板；一晶片，以打線接合或是覆晶接合 方式設置於基板之正面；一導熱膠，位於晶片之表面處； 5 201032300 和一封裝膠體，位於晶片之周圍，且透過—削磨製程使 得封裝膠體之高度係與導熱膠的高度齊平。 為讓本發明之上述目的、特徵、和優點能更明顯易 懂，下文特舉較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細說 明如下： 【實施方式】 本發明係提出一種晶片級尺寸封裝（csp)結構及其 製造方法，主要是利用一導熱材料(Therma|c〇nductive Material)和經過特殊的製程，以使形成的封裝結構可輕易 地裝設上散熱片’以增加散熱效率。再者，根據本發明所 提出的製造方法’可輕易地控制介面厚度（B〇nd Line Thickness，BLT，即散熱片到晶片表面的距離），並可使 BLT值盡量降低。BLT值愈低’散熱效果愈好，而最終產 品的整體厚度也愈薄。因此，應用本發明之方法可製造出 散熱效率和厚度均合乎客戶需求的封裝產品。 以下係提出本發明之第一〜第四實施例。其中，第 一實施例係以打線接合方式安裝晶片，第二〜第四實施 例係以覆晶接合方式安裝晶片作本發明之說明，而該些 實施例之製程中係應用一削磨步驟（Mnnng)以控制介面 厚度，削磨步驟後封裝膠體（Molding Compound)之上表 面與導熱材料（例如一導熱膠）的上表面齊平。然而，該 些實施例中所提出的封装結構和製程步驟僅為舉例說明 之用’並非對本發明欲保護之範圍做限縮。再者，實施 例中之圖不亦省略不必要之元件，以利清楚顯示本發明 之技術特點。 201032300 第一實施例 請參照第1A〜1 Η圖，其繪示依照本發明第一實施 例之晶片級尺寸封裝（CSΡ)結構之製造方法。首先，提 供一基板101 ’並透過一黏膠（Adhesive) 103將一晶片 105之背面固定在基板1〇1之正面i〇ia處，如第ία圖 所示。之後，利用銲線107以打線接合（Wire Bond)方式 電性連接晶片105之正面（電極面）與基板1〇1，如第1B 圖所示。 ❹ 接著，將一絕緣膠（Non-conductive Paste)l 1 〇 以 圍攔狀（Dam)形成於晶片1〇5的正面處，且絕緣膠並覆 蓋銲線107’如第1C圖所示。其中，絕緣膠11〇係於 晶片105的正面處圍出一容置區域111。絕緣膠的材質 例如是非導電性的環氧樹脂（Epoxy)或是類似材質。 之後，將一導熱膠（Thermal Conductive Paste)112 填充於容置區域111内，然後例如以加熱步驟固化 (Curing)導熱膠112和圍攔狀之絕緣膠110,如第id圖 φ 所示。其中’導熱膠112的材質例如是在非導電性的環 氧樹脂（Epoxy)或是類似材質中掺雜有導電金屬顆粒，以 具有高導電和高導熱之效果。 由於銲線107有絕緣膠110的包覆，因此導熱膠 112填充後亦不會與銲線1〇7接觸而造成電性短路（wire Short)的問題。再者，若使用的導熱膠112流動性較大， 先形成圍攔狀之絕緣膠110則可避免導熱膠112溢流至 晶片1 0 5外侧。 接著，形成一封裝膠體（Molding Compound) 114 7 201032300 丄VVHJ力ΓΛ

於基板⑻之正面101a上，且覆蓋 絕緣膠训與導熱膠112,如第1E 植球___步驟’於基板1〇1之背面1〇1，= 多個錫球(So丨derBallsmo,如第1f^所示。 之後，進行削磨製程（_吻，以去除部 膠體114、部分絕緣膠㈣與部分導熱膠112，使得I 磨後的封裝㈣m’的高度h1，導熱膠112，的高度1 和絕緣膠H0,的高度h2齊平，如g1G圖所示。而 後的封裝膠體114’、導熱膠112，和絕緣膠，係、較佳地 構成一水平表面118。此時，導熱膠112，的高度h2係決 定了所形成封裝結構之介面厚度Bi_T(=h2)。 、 最後，s史置一散熱片13〇於裸露的導熱膠112，上 方丄如第1H圖所不。設置的方式例如是利用一黏勝（未 顯示）將散熱片130黏貼於導熱膠112，之上表面，再利用 加熱方式使黏膠固化’以固定散熱片13〇。 根據第一實施例所提出之製造方法，可使散熱片可 輕易地架設到以打線接合方式安裝晶片的csp結構 中，再者，製成結構的介面厚度BLT亦可透過削磨步驟 (Milling)而控制。因此，在實際應用時BLT值可視該產 品對散熱效率的需求而決定。一般而言，BLT值愈低， 散熱效果愈好，而最終產品的整體厚度愈薄。不過值得 注意的是，削磨後絕緣膠11〇’的高度h2應至少超過銲 線107的線弧高度（例如大於等於75μΓη)，以避免造成短 路問題。 第二實施例 201032300 請參照第2A〜2H圖，其繪示依照本發明第二實施 例之晶片級尺寸封裝（CSP)結構之製造方法。在第二實 施例中係以覆晶接合方式安裝晶片為例作說明。 首先，提供一基板201，並利用錫鉛凸塊203通過 焊接將晶片205以正面（電極面）朝下的覆晶方式固定在 基板201之正面201a處，如第2A圖所示。相較於打線 接合的方式，覆晶封裝採用錫鉛凸塊的好處，是可以大 幅提高晶片輸入/輸出（I/O)接點的密度。接著，可選擇性 地填充一底膠（underfill)207於晶片205與基板201之 參 間，如第2B圖所示。 之後，如第2C圖所示，將一導熱膠212置於晶片 205之表面（即背面205b)處，再用例如加熱方式使導熱 膠212固化。第2D圖則顯示固化後之導熱膠212a。其 中，導熱膠112的材質例如是在非導電性的環氧樹脂 (Epoxy)或是類似材質中掺雜有導電金屬顆粒，以具有高 導電和高導熱之效果。 接著，形成一封裝膠體（Molding Compound) 214 φ 於基板201之正面201a上，且覆蓋晶片205、與導熱 膠212a，如第2E圖所示。然後，進行植球（Ball Mount) 步驟，於基板201之背面201b處植上多個錫球（Solder Balls)220，如第2F圖所示。 之後，進行削磨製程（Mming)，以去除部分的封裝 膠體214與部分的導熱膠212a’，使得削磨後的封裝膠 體214’的高度h3和導熱膠212a’的高度h4齊平，如第 2G圖所示。此時，所形成封裝結構之介面厚度BLT亦 取決於削磨步驟後之導熱膠212a’的高度h4 (BLT=h4)。 9 201032300 i w^Dy/r/\ 最後，設置一散熱片230於裸露的導熱膠212a，上 方:如第2H圖所示。設置的方式例如是利用—黏膠（未 顯示）將散熱片230黏貼於導熱膠112a’之上表面，再利 用加熱方式使黏膠固化，以固定散熱片230。 第三實施例 請參照第3A〜3丨圖，其繪示依照本發明第三實施 例之晶片級尺寸封裝（CSP)結構之製造方法。在第三實 施例中亦以覆晶接合方式安裝晶片為例作說明。第1和 第三實施例的步驟十分相似，其差別在於：第三實施例 在使用導熱膠前，先形成一圍欄狀之絕緣膠，以避免導 熱膠溢流。以下係簡述第三實施例之步驟。 首先，提供一基板301，並利用錫鉛凸塊3〇3將晶 片305以正面（電極面）以覆晶方式固定在基板3〇1之正 面301a處’如第3A圖所示。接著’選擇性地填充一底

膠（underfiM)307於晶片305與基板301之間，如第3B 圖所示。 之後’將一絕緣膠（Non-conductive Paste)310 以 圍攔形狀形成於晶片305的背面305a處，如第3C圖所 示。其中，絕緣膠310係圍出一容置區域31】。之後， 將一導熱膠312填充於容置區域311内，如第3D圖所 示。然後例如以加熱步驟固化導熱膠312和圍攔狀之絕 緣膠310。第3E圖則顯示固化後之導熱膠312a和絕緣 膠310。其中’絕緣膠的材質例如是非導電性的環氧樹 脂（Epoxy)或是類似材質；而導熱膠112的材質例如是在 非導電性的環氧樹脂或是類似材質中掺雜導電金屬顆 201032300 粒，以具有南導電和南導熱之效果。 接著，形成一封裝膠體314於基板301之正面301a 上，且覆蓋晶片305、絕緣膠310與導熱膠312a，如第 3F圖所示。並於基板301之背面301b處植上多個錫球 320，如第3G圖所示。 之後，進行削磨製程（Milling)，使得削磨後的封裝 膠體314’的高度h5和導熱膠312a’的高度h6齊平，如 第3H圖所示。此時，所形成封裝結構之介面厚度BLT亦 取決於削磨步驟後之導熱膠312a’的高度h6 ⑩ （BLT=h6)。最後，設置一散熱片330於裸露的導熱膠 312a’上方，如第3I圖所示。 第四實施例 請參照第4A〜4H圖，其繪示依照本發明第四實施 例之晶片級尺寸封裝結構之製造方法。在第四實施例中 亦以覆晶接合方式安裝晶片為例作說明，但導熱膠的形 成方式與第二和三實施例不同。 首先，提供一基板401，並利用錫鉛凸塊203將晶 片405以正面（電極面）朝下的覆晶方式固定在基板401 之正面401a處，之後於晶片405之背面處形成一光阻 層406，如第4A圖所示。其中，光阻層406所形成的 厚度可以是1〇μητι至50μηη，其數值視實際應用之需求 而作適當調整。 接著，選擇性地填充一底膠407於晶片405與基板 401之間，如第4Β圖所示。 然後，形成一封裝膠體414於基板401之正面401a 11 201032300 . 上，且覆蓋晶片405與光阻層406，如第4C圖所示。 並於基板401之背面401b處植上多個錫球420，如第 4D圖所示。 之後，進行削磨製程（Milling)，以去除部分的封裝 膠體414並裸露出光阻層406，如第4E圖所示。削磨 後的封裝膠體414’的高度為h7。另外，進行削磨製程時 可僅切除部分的封裝膠體414，亦可一併切除部分的光 阻層406，本發明對此並不多作限制。 接著，移除光阻層406，如第4F圖所示。其中， 可以依照所選用的光阻材料特性，選擇以乾式蝕刻、有 ❹ 機溶劑（例如丙酮）、或其他等適當方式來進行光阻層的 去除，本發明對此並不多作限制。 接著，形成一導熱膠422於晶片405之背面處，如 第4G圖所示。在此步驟中，可利用印刷方式或其他方 式將導熱膠422塗佈於晶片405背面，即原光阻層406 的位置，並較佳地使導熱膠422的高度h8和削磨後的 封裝膠體414’高度h7齊平。此時，所形成封裝結構之 介面厚度BLT係取決於導熱膠422的高度h8 ^ (BLT=h8)。 最後，設置一散熱片430於裸露的導熱膠422上 方，如第4H圖所示。 根據第二〜四實施例所提出之製造方法，可使散熱 片可輕易地架設到以覆晶方式接合晶片的C S P結構 中。再者，製成結構的介面厚度BLT亦可透過削磨步驟 (Milling)而控制。BLT值愈低，散熱效果愈好，而最終產 12 201032300 品的整體厚度愈薄。應用本發明之製造方法於覆晶CSP 結構中，BLT值可最小化至約10μίΤΊ，使整體封裝結構 不但具有高散熱，亦能達到輕薄化。 綜上所述，應用本發明簡單之製程步驟，即可在不 增加製造成本的情況下，輕易地於封裝結構上裝設散熱 片，增加封裝結構的散熱效率。再者，根據本發明所提 出的製造方法，可輕易地控制封裝結構的介面厚度BLT 值，使B LT值盡量降低。B LT值愈低，散熱效果愈好， ❹ 而最終產品的整體厚度也愈薄。因此，應用本發明之方 法可製造出高散熱效率和輕薄化的封裝構件。 綜上所述，雖然本發明已以較佳實施例揭露如上， 然其並非用以限定本發明，任何熟習此技藝者，在不脫 離本發明之精神和範圍内，當可作各種之更動與潤飾， 因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定 者為準。 【圖式簡單說明】 第1Α〜1Η圖其繪示依照本發明第一實施例之晶片 級尺寸封裝結構之製造方法。 第2Α〜2Η圖，其繪示依照本發明第二實施例之晶 片級尺寸封裝結構之製造方法。 第3Α〜3Ι圖繪示依照本發明第三實施例之晶片級 尺寸封裝結構之製造方法。 第4Α〜4Η圖繪示依照本發明第四實施例之晶片級 13 201032300 尺寸封裝結構之製造方法。 【主要元件符號說明】 101、201、301、401 :基板 101a、201a、301a、401a :基板之正面 101b、201b、301b、401b :基板之背面 103 :黏膠 105、205、305、405 :晶片 107 :銲線 110、 110’、310、310’ ：絕緣膠 111、 311 :容置區域 112、 112,、212、212a、212a，、312、312a、312a，、 422 :導熱膠 114、114’、214、214’、314、314,、414、414’ ： 封裝膠體 118 :水平表面 120、220、320、420 :錫球 130、230、330、430 :散熱片 406 :光阻層

Claims (1)

1. 201032300 七、申請專利範圍： 1. 一種封裝結構之製造方法，包括： 提供一基板，該基板具有一正面和一背面； 設置一晶片於該基板之該正面，且電性連接該晶片 與該基板； 形成一導熱膠（Thermal Conductive Paste)於該晶 片之表面； 形成一封裝膠體（Molding Compound)於該晶片之 周圍；和 ❹ 應用一削磨製程（Mming)於該封裝膠體，使得削磨 後該封裝膠體之高度與該導熱膠的高度齊平。 2. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中該晶 片係以多條銲線電性連接至該基板。 3. 如申請專利範圍第2項所述之方法，其中設置 該晶片後更包括： 形成一圍欄狀之絕緣膠（〇13171-丨丨1^11011-00门€11<1(^~6 paste)於該晶片上並覆蓋該些銲線，且該圍欄狀之絕緣 ^ 膠係圍出一容置區域於該晶片之表面。 4. 如申請專利範圍第3項所述之方法，其中該導 熱膠係填充於該容置區域内，且該方法更包括固化該圍 欄狀之絕緣膠與該導熱膠之步驟。 5. 如申請專利範圍第4項所述之方法，更包括： 形成該封裝膠體於該基板之該正面上，且覆蓋該晶 片、該些銲線、該絕緣膠與該導熱膠； 於該基板之該背面處進行植球；和 對該封裝膠體進行該削磨製程（Milling)，以去除部 15 201032300 分該封裝膠體

   6·如申明專利範圍第$項所述之方法， 膠，使該封 的高度齊 6. 製程後， 程後，更包括·· ，於該削磨 設置一散熱片於該導熱膠上。 〜巾請專利範圍第1項所述之方法’其中該晶 片係以覆晶方式電性連接至該基板。 8·如申請專利範圍第7項所述之方法，更包括填 充一底膠（underfill)於該晶片與該基板之間。 ' 9_如申請專利範圍第7項所述之方法，其中 該導熱膠於該晶片之表面上之後’更包括固化該導 之步驟。 …、 1 〇如申請專利範圍第9項所述之方法，固化該導 熱膠之步驟後，更包括： μ 形成該封裝膠體於該基板之該正面上，且覆蓋曰 片與該導熱膠； 形成複數個錫球於該基板之該背面處；和 對該封裝膠體進行該削磨製程（Mming)，以去除部 分該封裝膠體與部分該導熱膠，使該封裝谬體的高^與 該導熱膠的高度和該絕緣膠的高度齊平。 X、 11.如申請專利範圍第7項所述之方法，其中設置 該晶片後，更包括： 先形成一圍攔狀之絕緣朦（dam-like non_conductive paste)於該晶片上，且該絕緣膠係圍出 一容置區域於該晶片之表面； 16

   且覆蓋該晶 201032300 填充該導熱膠於該容置區域内；和 固化該圍攔狀之絕緣膠與該導熱膠。 12·如申請專利範圍第彳彳項所述之方法，固化該 絕緣膠與該導熱膠之步驟後，更包括： μ 形成該封裝膠體於該基板之該正面上，且覆蓋該曰 片、該絕緣膠與該導熱膠； sa 形成複數個錫球於該基板之該背面處；和 對該封裝膠體進行該削磨製程㈧丨丨丨ing)，以去除部 分該封裝膠體、部分該絕緣膠與部分該導熱膠，使該 ^膠體的高度與該導熱膠的高度和該絕緣膠的高度^、 13_如申請專利範圍第7項所述之方法， 晶片後，更包括·· & 於該晶片之背面形成一光阻層； 形成該封裝膠體於該基板之該正面上 片和該光阻層； 對該封裝膠體進行該削磨製程（Mj丨丨jng)，以 該光阻層； 去除該光阻層，以裸露出該晶片之背面；和 一形成該導熱膠於該晶片之背面處，且該封裝膠體之 商度與該導熱膠的高度齊平。 一 14.如申請專利範圍第13項所述之方法其中該 光阻層形成之厚度約為ΙΟμητΊ至50μΓΠ。 ,15·如申請專利範圍第13項所述之方法其中在 I成該封裝膠體後’更包括：形成複數個錫球於該基板 之該背面虛。 17 201032300 l w^fjy/r/\ 利用一6乾範㈣13韻収料，其中係 乾式㈣方式去除該総層。兴ψ係 17.如申請專利範圍第13 利用一有機溶劑去除該光阻層。項付之方法，其中係 利用二广申請專利範圍第13項所述之方法，其中係 19如該導熱膠塗佈於該晶片之背面處。 製程後，更=專利範圍第7項所述之方法，於該削磨 設置一散熱片於該導熱膠上。

   2〇. —種晶片級尺寸封裝（csp)結構，包括 一基板，具有一正面和一背面； 與該基 一晶片，設置於該基板之該正面，且該 板電性連接； 阳月 Paste) ’位於該晶 一導熱膠（Thermal Conductive 片之表面處；和 封裝膠體（Molding Compound)，位於該晶片之周 圍，且透過一削磨製程（Milling)該封裝膠體之高度係與 該導熱膠的高度齊平。

   21_如申請專利範圍第2〇項所述之結構，更包括 多條銲線以電性連接該晶片與該該基板。 22·如申請專利範圍第21項所述之結構，更包括： 、一圍攔狀之絕緣膠，設置於該晶片正面之周圍以形 成一容置區域，且該絕緣膠係包覆該些銲線之線弧處， 而該導熱膠則填充於該容置區域内。 23.如申請專利範圍第22項所述之結構，其中該 封裝膠艘的高度、該導熱膠的高度和該絕緣膠的高度係 18 201032300 齊平。 24·=申請專利範圍第23項所述之結構，其中該 導熱膠的高度和該絕緣膠的高度約大於等於75μΓΤ1。 25·如申請專利範圍第2〇項所述之結構， 夕個錫鉛凸塊電性連接該晶片之正面與該基板。 26_如申請專利範圍第25項所述之結構，更包括 27·如申請專利範圍第25項所述之結構，更包括· 成__ j Λ狀之絕緣膠，設置於該晶片背面之周圍以形 成谷置區域，且該導熱膠則填充於該容置區域内。 封二SI奮專，圍第27項所述之結構，其中該 t膠體&度、該導熱膠的高度和該絕緣膠的高度係 29. 如申請專利範圍第25項所述之社 導熱膠的高度係大於等於約彳_。 。冓’，、中該 30. 如申請專利範圍第2〇項所述之 鲁 一散熱片設置於該導熱膠上。 ° 31. 如申請專利範圍第2〇項所述之 形成複數個錫球於該基板之該背面處。 ，更匕括