TW201743409A

TW201743409A - 半導體晶片模組的製造方法

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Publication number: TW201743409A
Application number: TW106119874A
Authority: TW
Inventors: 柳弘俊; 宋厚根
Original assignee: 宰體有限公司
Priority date: 2016-06-14
Filing date: 2017-06-14
Publication date: 2017-12-16
Also published as: KR20170140969A; WO2017217770A1

Abstract

本發明涉及一種半導體晶片模組的製造方法，詳言之，係對包含貼合有多個半導體晶片的PCB層的PCB基板以半導體晶片的邊界為準進行切割，從而製造半導體晶片模組的半導體晶片模組的製造方法。本發明揭露一種半導體晶片模組的製造方法，包括：PCB基板(1)準備步驟，準備PCB基板(1)，PCB基板(1)包括PCB層(20)和玻璃層(10)，PCB層(20)貼合有執行預先設定功能的多個半導體晶片(24)，並以半導體晶片(24)為基準分割PCB層(20)，玻璃層(10)附著在PCB層20的一面；分割步驟，利用雷射光束依次切割PCB層(20)和玻璃層(10)，以半導體晶片(24)為基準按照預先設定的形狀分割的分割PCB基板(1)步驟。

Description

半導體晶片模組的製造方法

本發明涉及一種半導體晶片模組的製造方法，詳言之，係涉及對於包含貼合有多個半導體晶片的PCB層的PCB基板以半導體晶片的邊界為準進行切割，從而製造半導體晶片模組的半導體晶片模組的製造方法。

半導體封裝(Semiconductor Packaging)意味著將在晶圓上形成積體電路製造出的半導體晶粒(Die)貼合(Attach)於如同印刷電路板(Printed Circuit Board，PCB)的基板(substrate)上。

如此，半導體封裝技術也應用於影像感測器上。影像感測器可大致分為電荷耦合元件的影像感測器(charge coupled device image sensor，CCD)和金屬氧化物半導體元件的影像感測器(CMOS Image Sensor)。

該影像感測器的封裝採取在影像感測器半導體晶粒貼合於貼合基板或封裝之後如同玻璃基板的透明基板間隔固定距離地覆蓋上部的形態。即，影像感測器的封裝是在保護影像感測器的同時，使光入射於受光面或者活，性表面(Active Surface)來構成封裝。

如上所述，影像感測器的封裝結構採取在基板或由封裝材料形成的封裝的內部貼合在貼合影像感測器晶片晶粒的形態。封裝材料是影像感測器封裝外殼(Housing)構成物之一，除此之外，還需要使光入射之諸如玻璃基板的透明基板。

半導體及其他電子元件通常是通過在基板上一同生成元件的多個複製物並切割該元件(singulation)而製造出的。

切割是在元件之間產生切斷或破壞將在基板上製造的多個元件相互分離，以形成單獨的元件，並且可通過雷射處理來進行該切割。

一般來說，玻璃基板相比於貼合在貼合影像感測器半導體晶粒的基板更易脆，在用雷射處理玻璃基板時，存在沿著切割槽(kerf)發生裂縫和碎片的傾向。

從而，現有的影像感測器封裝結構製造方法如下：在貼合影像感測器半導體晶粒貼合的基板上蓋住玻璃基板之前，對基板進行切割，之後將玻璃基板覆蓋於被切割的基板來形成影像感測器的封裝結構，或者通過將被玻璃基板覆蓋的基板翻轉的同時用分別不同波長的雷射進行處理的方式形成影像感測器的封裝結構。

即，對於現有的方式，由於製造影像感測器封裝的製程分為許多步驟，因此製程時間拉長，據此存在製造成本增加的問題。

本發明的目的在於，為了解決如上所述的問題提供如下的半導體晶片模組的製造方法：利用雷射光束依次切割貼合多個半導體晶片的PCB層和附著在PCB層一面的玻璃層，可以將因切割而可能發生的的裂縫(crack)和碎屑(chipping)最小化。

本發明為了達成如上所述的發明目的，揭露一種半導體晶片模組的製造方法，包括：PCB基板(1)準備步驟，準備該PCB基板(1)，該PCB基板(1)包括PCB層(20)和玻璃層(10)，該PCB層(20)貼合有執行預先設定功能的多個半導體晶片(24)，並以半導體晶片(24)為基準分割該PCB層(20)，該玻璃層(10)附著在該PCB層20的一面；分割步驟，利用雷射光束依次切割該PCB層(20)和該玻璃層(10)，以該半導體晶片(24)為基準按照預先設定的形狀分割的分割該PCB基板(1)步驟。

該PCB層(20)厚度可大於該玻璃層(10)。

該分割步驟可包括：切割該PCB層(20)的第一切割步驟；以及切割該玻璃層(10)的第二切割步驟。

在一實施例中，該第一切割步驟可切割至比該PCB層(20)的底面高的高度。

此時，該第二切割步驟可一同切割在該PCB層(20)未被切割的部分和該玻璃層10。

在另一實施例中，可在該第二切割步驟之後執行該第一切割步驟。

該第二切割步驟可利用具有功率比在切割該PCB層(20)時使用的雷射光束的功率低的雷射光束來切割該玻璃層(10)。

該分割步驟可利用具有預先設定的波束寬度的平行雷射光束依次切割該PCB層(20)和該玻璃層(10)。

該第二切割步驟可利用具有波束寬度比在切割該PCB層(20)時使用的雷射光束的波束寬度小的平行雷射光束切割該玻璃層(10)。

該第二切割步驟可沿著螺旋形態的路徑移動該雷射光束來切割該玻璃層(10)。

該雷射光束可以是短波長的UV雷射光束。

該半導體晶片模組(2)可以是指紋識別感測器。

根據本發明的半導體晶片模組的製造方法具有如下的優點：其利用雷射光束依次切割貼合多個半導體晶片的PCB層和附著在PCB層一面的玻璃層，可以將因切割而可能產生的裂縫(crack)和碎屑(chipping)最小化。

具體而言，將PCB層切割至比PCB層底面更高的高度，之後再將PCB層中未切割的部分和玻璃層一同切割，因此可以防止因受到雷射光束透過致使溫度上升從而導致PCB層過熱而發生玻璃層的損傷。

並且，根據本發明的半導體晶片模組製造方法具有如下的優點：只改變短波長雷射光束的功率，將PCB層和附著在PCB層一面的玻璃層全部切割，進而可使半導體晶片模組的製程簡單化，並縮短製程時間，從而減少製造成本。

1‧‧‧PCB基板

2‧‧‧半導體晶片模組

10‧‧‧玻璃層

20‧‧‧PCB層

22‧‧‧基板

24‧‧‧半導體晶片

26‧‧‧環氧模具化合物(EMC)

30‧‧‧切割槽

D₁‧‧‧波束寬度

C‧‧‧切割線

D₂‧‧‧波束寬度

d₁‧‧‧波束寬度

d₂‧‧‧波束寬度

K₁~K₃‧‧‧厚度

L₁‧‧‧路徑

L₂‧‧‧路徑

圖1是顯示通過根據本發明的半導體晶片模組的製造方法製造的半導體晶片模組的立體圖；圖2是顯示根據本發明的半導體晶片模組的製造方法的一實施例的剖面圖；圖2a是顯示在被雷射光束切割之前的PCB基板的圖1中I-I’方向的剖面圖；圖2b是顯示在被雷射光束第一次切割PCB基板的圖1中I-I’方向的剖面圖；圖2c是顯示在被雷射光束第二次切割的PCB基板的圖1中I-I’方向的剖面圖；以及圖3是將圖1的D₁擴大的擴大圖，顯示被雷射光束經過二次切割的PCB基板的一部分的平面圖。

以下，對於根據本發明的半導體晶片模組的製造方法將參照附圖進行如下說明。

根據本發明的半導體晶片模組的製造方法中所使用的PCB基板1可包括：貼合有執行預先設定功能的多個半導體晶片24，並以該半導體晶片24為基準分割的PCB層20；以及附著在PCB層20的一面上的玻璃層10。

該半導體晶片可以是屬於執行預先設定功能的元件。

例如，半導體晶片24是利用光電變換元件和電荷耦合元件對拍攝物件進行拍攝並輸出電氣性信號的影像感測器晶片，可以是固態拍攝元件(CCD，charge couple device)或者金屬氧化物半導體元件影像感測器晶片(CIS；CMOS Image Sensor)，但並不限定於此。

若半導體晶片24是影像感測器晶片，則通過半導體晶片24形成的半導體晶片模組2可屬於指紋識別感測器。

如圖1所示，PCB基板1可包括：貼合有執行預先設定功能的多個半導體晶片24，並以半導體晶片24為基準分割的PCB層20；及附著在該PCB層20的一面的玻璃層10。

PCB基板1是在基板22(substrate)上貼合有多個半導體晶片24而形成的。這時，該PCB基板1為了切割後形成多個半導體晶片模組2而貼合具有預定間隔或預定圖案的多個半導體晶片24。

因此，PCB基板1通過雷射光束按照預先設定的形狀分割以預定間隔貼合的半導體晶片24，從而可形成個別運作的半導體晶片模組2。

作為一例，如圖1所示可以沿著將半導體晶片24邊緣的周邊分割的圓形切割線(C)分割PCB基板1，但並不限定於此。該切割線(C)可根據半導體晶片模組2的用途具有圓形及多角形等多種形狀。

構成PCB基板1的PCB層20可包括：多個半導體晶片24、貼合多個半導體晶片24的基板22以及形成在半導體晶片24的貼合面的EMC 26。

PCB層20可根據半導體晶片24的功能及性能形成多種厚度。PCB層20的一面，特別是貼合半導體層24的面上可附著玻璃層10。這時，在玻璃層10在附著於PCB層20之前，貼合半導體晶片24的面可由EMC 26(epoxy mold compound，環氧模具化合物)注塑。

玻璃層10在保護貼合在該PCB層20的基板22上的半導體晶片24，同時如果半導體晶片24是影像感測器晶片，則可以使光入射至影像感測器晶片的受光面。

玻璃層10根據半導體晶片24的功能和性能可以形成多種厚度。但玻璃層10作用為半導體晶片模組2的保護層，因此較佳係玻璃層10厚度小於PCB層20。

作為一例，當PCB層20的厚度是K1時，玻璃層10的厚度K2可以比K1的1/7小或在相同的範圍內。

當用雷射光束對在PCB層20上完成塗層玻璃層10的PCB基板1進行切割時，在PCB層20的一面塗層的玻璃層10非常薄，因此相比於PCB層20相對較脆，因此存在雷射光束形成的熱玻璃層20破損，以及切割後產生裂縫和碎片現象的問題。

以下，參照圖2a至圖3，將針對用於解決上述問題之本發明的半導體晶片模組的製造方法進行說明。

圖2是顯示根據本發明的半導體晶片模組的製造方法的一實施例的剖面圖；圖2a是顯示在被雷射光束切割之前的PCB基板的圖1中I-I’方向的剖面圖；圖2b是顯示在被雷射光束第一次切割PCB基板的圖1中I-I’方向的剖面圖；以及圖2c是顯示在被雷射光束第二次切割的PCB基板的圖1中I-I’方向的剖面圖。

首先，在圖2a中，以位於半導體晶片24的邊緣的邊界的切割線(C)為基準分割該PCB基板1，進而可形成單一的半導體晶片模組2。

在一實施例中，PCB基板1上部配置玻璃層10，首先通過雷射光束切割玻璃層10，之後可切割位於下部的PCB層20。

在另一實施例中，在PCB基板1上部配置PCB層20，首先通過雷射光束切割PCB層20，之後可切割位於下部的玻璃層10。

圖2b及圖2c是示出當PCB基板1上部配置PCB層20時的半導體晶片模組的製造方法的圖面。

圖2b中，具有預先設定條件的雷射光束照射於PCB層20的上面，可對PCB層20進行第一次切割。

在此，雷射光束的預先設定的條件是指，例如雷射光束的波長、功率的大小及波束寬度(beam width)等。

具有d₁波束寬度並沿著切割線(C)移動的UV(ultra violet，紫外線)雷射光束照射於PCB層20上面，對PCB層20進行第一次切割。

在PCB層20和玻璃層10不產生破損的範圍內，PCB層20可以具有多種波長的雷射光束切割，但是用UV雷射光束切割PCB層20切割時，無需改變照射於切割PCB層20的第一切割階段與切割玻璃層10的第二切割步驟之間的雷射光束波長，因此具有縮減製程時間和費用的優點。

另外，如圖2b至圖3所示，該雷射光束具有D₁的波束寬度並以半導體晶片24的邊緣的切割線(C)為移動路徑(L₁)照射於PCB層20的上面，在該雷射光束照射的PCB層20的上面可形成沿著切割線C而形成並具有d₁寬度的切割槽30(kerf)。

這時，較佳為，對於PCB層20全部切割，而是切割至比PCB層20的底面高的高度。

也就是說，若PCB層20如果都被雷射光束全部切割，則在PCB層20底面附著之薄薄的玻璃層10就會有可能被通過雷射光束在PCB層20上產生的熱所損壞，因此較佳為留出PCB層20和玻璃層10的邊界部分的一部分。

即，如果PCB層20的厚度是K1，則通過該雷射光束可形成K3(K3>K1)深度的切割槽30。

剩下未被切割的PCB層20的厚度(K1-K3)較佳為至少大於玻璃層10的厚度K2，以防止玻璃層10因為PCB層20的熱而破損。

並且，為使切割槽30的切割寬度和切割深度均勻的形成，可由通過遠心(telecentric)透鏡的平行雷射光束切割PCB層20，但並不限定於此。

之後，如圖2c所示，若對PCB層20通過雷射光束完成第一次切割步驟結束，則可對玻璃層10的執行通過雷射光束的第二次切割步驟。

如圖2c所示，具有預先設定條件的雷射光束照射於在PCB層20形成的切割槽30的底面，從而可對玻璃層10進行第二次切割。

即，玻璃層10與在第一次切割步驟中未被完全切割而剩下的PCB層20的一部分一同被進行切割。

對於未被完全切割而剩下的PCB層20與玻璃層10，雷射光束照射於在PCB層20上形成的切割槽30，因此為了進行玻璃層20的第二次切割而無需再翻轉PCB基板1，進而可節省製程時間和費用，同時沿著在PCB層20上形成的切割槽30照射雷射光束且使雷射光束保持不變，因此具有可以更精準地第二次切割玻璃層10的優點。另外，照射具有d2波束寬度且沿著切割線(C)而移動的UV(ultra violet)雷射光束照射，從而第二次切割該未被完全切割而剩下的PCB層20與玻璃層10。

這時，較佳為，對未被完全切割而剩下的PCB層20與玻璃層10進行切割時使用與在對PCB層20進行第一次切割時使用的雷射光束相同波長的UV雷射光束。

未被完全切割而剩下的PCB層20與玻璃層10在進行切割時，可以在PCB層20與玻璃層10不破損的範圍內使用各種波長的雷射光束進行切割，但通過使用與在對PCB層20進行第一次切割時所使用的雷射光束相同波長的UV雷射光束，進而無需改變照射於切割PCB層20的第一次切割步驟與切割玻璃層10的第二次切割步驟之間的雷射光束的波長，因此具有縮減製程時間和費用的優點。

並且，較佳為，未被完全切割而剩下的PCB層20與玻璃層10在進行切割時使用功率比在第一次切割PCB層20時使用的雷射光束功率低的雷射光束。

通常，玻璃層10相比於貼合半導體晶片24的PCB層20更脆(brittleness)，因此利用功率比在第一次切割PCB層20時使用的雷射光束功率低的雷射光束切割未被完全切割而剩下的PCB層20和玻璃層10，從而可以將在玻璃層10上可能產生的裂縫和碎片等的破損最小化。

並且，較佳為，在切割玻璃層10時，使用雷射波束寬度比在切割PCB層20時使用的波束寬度d₁更小的波束寬度d₂的雷射光束。

因此雷射光束可以在切割槽30的寬度d₁之間沿著形成的特定圖案的移動路徑移動來切割玻璃層10。

作為一例，如圖3所示，可以通過在切割槽30的寬度d₁之間沿著螺旋形態的路徑(L₂)而移動雷射光束切割玻璃層10，但這並不限定於此。

玻璃層10可被沿著螺旋形態的路徑(L₂)而移動的雷射光束切割，進而相比於單純沿著切割線(C)而進行移動雷射光束，具有在切割時可以減少因雷射光束可在玻璃層10產生裂縫和破損等的損傷的優點。

並且，為使玻璃層10的切割寬度和切割深度均勻地形成，玻璃層10可被通過遠心(telecentric)透鏡的平行雷射光束切割，但並不限定於此。

利用具有如上所述結構的PCB基板1的半導體晶片模組的製造方法，包括：準備PCB基板1步驟，PCB基板1包括PCB層20、玻璃層10，其中PCB層20貼合有執行預先設定功能的多個半導體晶片24，並以半導體晶片24為基準分割PCB層20，玻璃層10附著在PCB層20的一面；分割步驟，利用雷射光束依次切割PCB層20及玻璃層10，以半導體24為基準按照預先設定的形狀分割PCB基板1。

準備PCB基板1的步驟如下：為了利用雷射光束依次切割PCB層20及玻璃層10，提供上部配置有PCB層20的PCB基板1，或者提供上部配置有玻璃層10的PCB基板1。

在一實施例中，提供上部配置有PCB層20的PCB基板1時，第一次切割PCB層20，之後可第二次切割玻璃層10。

另一實施例中，提供上部配置有玻璃層10的PCB基板1時，第一次切割玻璃層10之後可第二次切割PCB層20。

具體而言，該切割步驟可以包括：切割PCB層20的第一切割步驟；切割玻璃層10的第二切割步驟。

對於第一切割步驟與第二切割步驟，可通過具有預先設定條件的雷射光束進行切割。

如果對PCB層20進行切割的第一切割步驟先於對玻璃層10進行第二切割步驟執行，第一切割步驟可以切割至比PCB層20的底面高的高度。

這時，第一切割步驟之後執行的第二切割步驟，可對PCB層20 中未切割的部分與玻璃層10一同進行切割。

這時，第二切割步驟可以利用功率比在切割PCB層20時使用的雷射光束的功率低的雷射光束切割玻璃層10。

對於PCB基板1的分割步驟，可利用具有預先設定波束寬度(beam width)的平行雷射光束，依次切割PCB層20和玻璃層10。

這時，較佳為，第二切割步驟利用波束寬度比在切割PCB層20時使用的雷射光束的波束寬度(beam width)小的平行雷射光束切割玻璃層10。

並且，在第二切割步驟中，該雷射光束可沿著螺旋形態的路徑移動來切割玻璃層10。

該分割步驟中使用的雷射光束可以是短波長的UV雷射光束。

以上內容不過是就本發明而實現的較佳實施例的一部分而進行了說明，眾所周知，對本發明的範圍的理解不能侷限於以上實施例。以上說明的本發明的技術思想以及包含其根本的技術思想全部都包含於本發明的範圍之內。