專利名稱:芯片封裝結(jié)構(gòu)與芯片封裝工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本發(fā)明涉及一種半導(dǎo)體元件與其制造方法,且特別涉及一種芯片封裝結(jié)構(gòu)與芯片封裝工藝。
背景技術(shù):
近年來,由于電子技術(shù)的日新月異以及半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的興起,使得更人性化、功能更佳的電子產(chǎn)品不斷地推陳出新,并朝向輕、薄、短、小的趨勢(shì)設(shè)計(jì)。在半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)中,芯片封裝的目的在于防止裸芯片受到濕氣、熱量及噪聲的影響,并提供裸芯片與外部電路,例如印刷電路板(PrintedCircuit Board,PCB)或其它封裝用基板之間電連接的媒介。
請(qǐng)參照?qǐng)D1,其表示一種公知的芯片封裝結(jié)構(gòu)。芯片封裝結(jié)構(gòu)100包括芯片110、基板120以及封裝膠體130,其中芯片110設(shè)置于基板120之表面上,而封裝膠體130與芯片110設(shè)置于基板120的同一表面,并覆蓋芯片110,用以防止芯片110受到外界之濕氣、熱量及噪聲等影響,并可保護(hù)芯片110免于外力之破壞。此外,芯片110可通過各種接合方式與基板120電連接,以通過基板120底部的接點(diǎn)(圖中未表示)電連接至外部電路。另外,也有其它的作法是將接點(diǎn)設(shè)計(jì)在封裝膠體130的表面,并通過在封裝膠體130內(nèi)形成內(nèi)連線結(jié)構(gòu),以連接芯片110與接點(diǎn)。
值得注意的是,不論是公知何種形態(tài)的封裝方法,在形成封裝膠體時(shí),先提供高溫且為半融熔狀態(tài)之封膠材料,如環(huán)氧樹脂(epoxy resin)等,再經(jīng)過壓模與冷卻等步驟,以于基板上形成封裝膠體,并使封裝膠體覆蓋芯片。然而,由于芯片、基板以及封裝膠體的熱膨脹系數(shù)(Coefficient ofThermal Expansion,CTE)不同,因此在芯片封裝工藝中或是產(chǎn)品之可靠性測(cè)試及實(shí)際運(yùn)行時(shí),將因環(huán)境溫度的不同,而使得芯片、基板與封裝膠體產(chǎn)生不同大小的熱應(yīng)變,同時(shí)在三者之接合處產(chǎn)生相應(yīng)之熱應(yīng)力。并且,隨著芯片封裝結(jié)構(gòu)的微型化與線路集成度的提高,上述之熱應(yīng)力作用將更為明顯,而可能使基板產(chǎn)生嚴(yán)重的翹曲(warpage),并在工藝中發(fā)生芯片上的焊墊受到破壞、芯片與基板對(duì)位不準(zhǔn)等問題。更嚴(yán)重者,將導(dǎo)致芯片自基板剝離(delaminate)以及封裝體變形(out of spec),而影響到芯片的正常工作與封裝工藝的合格率。
發(fā)明內(nèi)容
鑒于上述情況,本發(fā)明的目的就是提供一種可有效減少熱應(yīng)力作用的芯片封裝結(jié)構(gòu),其具有較高之可靠性(reliability)。
本發(fā)明的再一目的是提供一種芯片封裝工藝,其可降低工藝中熱應(yīng)力的影響,以得到較佳的制造合格率。
基于上述或其它目的,本發(fā)明提出一種芯片封裝結(jié)構(gòu),包括芯片與緩沖膠體,其中芯片具有主動(dòng)表面、相對(duì)之背面以及連接于主動(dòng)表面與背面之間的多個(gè)側(cè)面。此外,緩沖膠體至少設(shè)置于主動(dòng)表面與背面上,且緩沖膠體的楊氏模量介于1MPa與1GPa之間。
在本發(fā)明之一實(shí)施例中,緩沖膠體例如包括第一膠層與第二膠層,其中第一膠層設(shè)置于芯片的主動(dòng)表面上,而第二膠層設(shè)置于芯片的背面上。在另一實(shí)施例中,第一膠層與第二膠層還例如可延伸至芯片的側(cè)面上,并相互連接,以包覆芯片。
在本發(fā)明之一實(shí)施例中,第一膠層與第二膠層的材質(zhì)相同。
在本發(fā)明之一實(shí)施例中,封裝膠體還包括第三膠層,設(shè)置于芯片之側(cè)面上,并連接第一膠層與第二膠層,以包覆芯片。此外,第一膠層、第二膠層與第三膠層可以是相同的材質(zhì)。
在本發(fā)明之一實(shí)施例中,芯片封裝結(jié)構(gòu)還包括多個(gè)接點(diǎn)與多個(gè)內(nèi)連線,其中接點(diǎn)設(shè)置于緩沖膠體之表面,而內(nèi)連線設(shè)置于緩沖膠體內(nèi),以連接芯片與接點(diǎn)。
在本發(fā)明之一實(shí)施例中,芯片封裝結(jié)構(gòu)還包括基板,且芯片通過緩沖膠體而設(shè)置于基板上。
在上述實(shí)施例中,芯片封裝結(jié)構(gòu)還可包括封裝膠體,其設(shè)置于基板上并覆蓋緩沖膠體與芯片,其中封裝膠體之楊氏模量大于緩沖膠體之楊氏模量。此外,芯片封裝結(jié)構(gòu)還可包括多個(gè)接點(diǎn)與多個(gè)內(nèi)連線,其中接點(diǎn)設(shè)置于封裝膠體之表面,而內(nèi)連線設(shè)置于緩沖膠體與封裝膠體內(nèi),以連接芯片與接點(diǎn)。
在本發(fā)明之一實(shí)施例中,緩沖膠體的材質(zhì)例如是橡膠(rubber)或硅膠(silicon)。
本發(fā)明還提出一種芯片封裝工藝,包括提供基板;設(shè)置芯片于基板上;以及形成緩沖膠體于基板與芯片上,其中緩沖膠體覆蓋芯片。
在本發(fā)明之一實(shí)施例中,設(shè)置芯片于基板的方法包括在芯片與基板之間設(shè)置黏著層,以通過黏著層連接芯片與基板。
在本發(fā)明之一實(shí)施例中,芯片封裝工藝還包括形成多個(gè)內(nèi)連線于緩沖膠體內(nèi),以使芯片可通過內(nèi)連線連接至外界。
在本發(fā)明之一實(shí)施例中,芯片封裝工藝還包括形成封裝膠體于基板上,以使封裝膠體覆蓋緩沖膠體與芯片。此外,芯片封裝工藝還可形成多個(gè)內(nèi)連線于緩沖膠體與封裝膠體內(nèi),以使芯片可通過內(nèi)連線連接至外界。
本發(fā)明還提出另一種芯片封裝工藝,包括提供基板;形成緩沖膠體于基板上;以及,置入芯片于緩沖膠體內(nèi)。
在本發(fā)明之一實(shí)施例中,上述另一種芯片封裝工藝還包括形成多個(gè)內(nèi)連線于緩沖膠體內(nèi),以使芯片可通過內(nèi)連線連接至外界。
在本發(fā)明之一實(shí)施例中,上述另一種芯片封裝工藝還包括形成封裝膠體于基板上,以使封裝膠體覆蓋緩沖膠體與芯片。此外,還可形成多個(gè)內(nèi)連線于緩沖膠體與封裝膠體內(nèi),以使芯片可通過內(nèi)連線連接至外界。
基于上述,本發(fā)明是在芯片外圍設(shè)置緩沖膠體,用以吸收熱應(yīng)力的作用,因此可有效降低基板翹曲以及芯片受到應(yīng)力破壞或自基板剝離等問題,而可進(jìn)一步提高封裝工藝的合格率與產(chǎn)品的可靠性。
為讓本發(fā)明之上述和其它目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能更明顯易懂,下文特舉較佳實(shí)施例,并配合附圖,作詳細(xì)說明如下。
圖1表示一種公知的芯片封裝結(jié)構(gòu)。
圖2表示為本發(fā)明之較佳實(shí)施例的一種芯片封裝結(jié)構(gòu)。
圖3A~3E依次表示本發(fā)明之較佳實(shí)施例的一種芯片封裝工藝。
圖4A~4E表示本發(fā)明的另一種芯片封裝工藝。
圖5~9分別表示本發(fā)明其它幾種不同的緩沖膠體的設(shè)置方式。
圖10表示本發(fā)明之較佳實(shí)施例的另一種芯片封裝結(jié)構(gòu)。
主要元件標(biāo)記說明100、200芯片封裝結(jié)構(gòu)110、210、510、610、710、810、910、1010芯片120、220、1020基板130、230封裝膠體212、512、612、712、812芯片的主動(dòng)表面214、514、614、714、814芯片的背面216、616、716、816芯片的側(cè)面240、1040內(nèi)連線242、1042表層線路244、1044接點(diǎn)250、1050保護(hù)層260、1060焊球270、570、670、770、870、970、1070緩沖膠體272黏著層
274、572、574、672、674、676、772、774、872、874膠層280間隙物300治具具體實(shí)施方式
圖2表示為本發(fā)明之較佳實(shí)施例的一種芯片封裝結(jié)構(gòu)。如圖2所示,本發(fā)明為了對(duì)芯片210提供應(yīng)力緩沖的效果,在芯片210四周設(shè)置緩沖膠體270,且芯片通過緩沖膠體270設(shè)置于基板220上。此外,封裝膠體230覆蓋緩沖膠體270與芯片210,且緩沖膠體270與封裝膠體230內(nèi)形成有多個(gè)內(nèi)連線240。
請(qǐng)?jiān)賲⒄請(qǐng)D2,部分的內(nèi)連線240會(huì)連接至封裝膠體230表面的表層線路242,且封裝膠體230表面設(shè)置有保護(hù)層250,其暴露出部分的表層線路242,以作為多個(gè)接點(diǎn)244。此外,接點(diǎn)244上設(shè)置有焊球260,而芯片210可通過內(nèi)連線240、表層線路242與焊球260電連接至外部電路(圖中未表示)。
在本發(fā)明中,緩沖膠體270主要是用以吸收熱應(yīng)力的作用,因此其楊氏模量理應(yīng)小于封裝膠體230的楊氏模量,即介于較佳的范圍1MPa至1GPa之間。在實(shí)際應(yīng)用上,例如可以選擇橡膠(rubber)、硅膠(silicon)或其它適用的材料來制造緩沖膠體270。如此一來,緩沖膠體270便可以在兩個(gè)熱膨脹程度不同的元件,例如芯片210與封裝膠體230,或芯片210與基板220之間,提供應(yīng)力緩沖的效果。
請(qǐng)參照?qǐng)D3A~3E,為了更清楚說明本發(fā)明的特征,下文將再就上述之芯片封裝結(jié)構(gòu)的工藝進(jìn)行說明。
首先,如圖3A所示,將芯片210設(shè)置于基板220上,其中芯片210的主動(dòng)表面212朝上,而以背面214與基板220接合,且芯片210之背面214是通過黏著層272與基板220連接。值得一提的是,此黏著層272例如是在進(jìn)行晶片切割前便已成在晶片背面,或是另外通過點(diǎn)膠的方式形成在基板220上,而本發(fā)明所采用之黏著層272的材質(zhì)例如是楊氏模量在1MPa與1GPa之間的緩沖材質(zhì),如上述。
接著,如圖3B所示,在芯片210上形成膠層274,其中膠層274覆蓋芯片210的主動(dòng)表面212與側(cè)面216,并與黏著層272連接,以構(gòu)成包覆芯片210的緩沖膠體270。在本實(shí)施例中,膠層274可以選用與黏著層272相同的材質(zhì),或是與黏著層272不同,但楊氏模量同樣介于1MPa與1GPa之間的材質(zhì)。
然后,如圖3C所示,在基板220上形成封裝膠體230,并使其覆蓋芯片210與緩沖膠體270。一般而言,封裝膠體230通常是采用例如環(huán)氧樹脂(epoxy resin)等楊氏模量較大的介電材質(zhì),以提供較佳的保護(hù)與絕緣效果。
接著,如圖3D所示,在封裝膠體230與緩沖膠體270內(nèi)形成內(nèi)連線240,并在封裝膠體230表面形成表層線路242。此外,在封裝膠體230的表面形成圖案化的保護(hù)層250,其中保護(hù)層250具有多個(gè)開口,用以暴露出部分的表層線路242,以作為接點(diǎn)244。之后,如圖3E所示,在每一接點(diǎn)244上形成焊球260,以大致完成芯片封裝結(jié)構(gòu)200的制造,其中焊球260可供芯片封裝結(jié)構(gòu)200與外界電路接合之用。
除此之外,本發(fā)明還提出另一種芯片封裝結(jié)構(gòu)的制造方法,請(qǐng)參照?qǐng)D4A~4E所示之本發(fā)明的另一種芯片封裝工藝。
首先,如圖4A所示,先在基板220上形成緩沖膠體270,其中緩沖膠體270內(nèi)可摻有多個(gè)間隙物(spacer)280。同樣的,緩沖膠體270所采用的材質(zhì)例如是楊氏模量介于1MPa與1GPa之間的橡膠或硅膠等緩沖材質(zhì)。接著,如圖4B所示,將芯片210置入緩沖膠體270內(nèi),并通過治具300將緩沖膠體270成型,其中間隙物280有助于維持芯片210在緩沖膠體270內(nèi)的位置。然后,進(jìn)行如上述實(shí)施例所述的步驟,依次形成封裝膠體230(圖4C);制造內(nèi)連線240與表層線路242(圖4D);以及在接點(diǎn)244上形成焊球260(圖4E),以完成本發(fā)明之另一種芯片封裝工藝。
在上述兩種芯片封裝工藝中,緩沖膠體270可以分成兩個(gè)步驟(黏著層272與膠層274)來形成,或是一次性地形成在芯片210外圍。當(dāng)然,本發(fā)明用以形成緩沖膠體的方法并不限于上述兩種,且緩沖膠體亦不限于是由單一材質(zhì)所構(gòu)成。換言之,本發(fā)明可視需求來變更緩沖膠體的組成或制造步驟,以期得到最佳化的應(yīng)力緩沖效果,以下將再列舉幾種不同的緩沖膠體結(jié)構(gòu)。
圖5~9分別表示本發(fā)明其它幾種不同的緩沖膠體的設(shè)置方式,其中為了簡化圖示,圖5~9僅繪出芯片與緩沖膠體。
請(qǐng)參照?qǐng)D5所示的實(shí)施例,其中緩沖膠體570包括設(shè)置于芯片510之主動(dòng)表面512的第一膠層572,以及設(shè)置于芯片510之背面514的第二膠層574(例如是黏著層)。
圖6表示的緩沖膠體670包括設(shè)置于芯片610之主動(dòng)表面612的第一膠層672;設(shè)置于芯片610之背面614的第二膠層674;以及,設(shè)置于芯片610之側(cè)面614的第三膠層676。在制造上,第一、第二與第三膠層672、674與676是由不同的步驟制造而成,而分別具有不同的材質(zhì)。
圖7表示由不同材質(zhì)的第一膠層772與第二膠層774所構(gòu)成的緩沖膠體770,其中第一膠層772設(shè)置于芯片710之主動(dòng)表面712,而第二膠層774設(shè)置于芯片710之背面714,且第一膠層772與第二膠層774還分別延伸至芯片710的側(cè)面716上,并相互連接,以包覆芯片710。在制造上,例如是先提供第二膠層774,并將芯片710部分埋入第二膠層774內(nèi),之后再于第二膠層774上形成覆蓋芯片710的第一膠層772。
圖8表示與圖7類似的緩沖膠體870,其同樣是由不同材質(zhì)的第一膠層872與第二膠層874所構(gòu)成。第二膠層874設(shè)置于芯片810之背面814,而第一膠層872設(shè)置于芯片810之主動(dòng)表面812,并延伸至芯片810的側(cè)面816上,以包覆芯片810。圖8與圖7所表示的不同之處在于制造緩沖膠體870時(shí),先提供第一膠層872,并將芯片810放至于第二膠層874的表面,之后再于第二膠層872上形成覆蓋芯片810的第一膠層872。
圖9表示由單一材質(zhì)所形成的封裝膠體970,其包覆于芯片910外,其中封裝膠體970可以是通過灌模(molding)等單一步驟,或是通過上述實(shí)施例所示的多個(gè)步驟制造而成(亦即形成相同材質(zhì)的膠層)。
值得一提的是,若緩沖膠體的介電性質(zhì)與材料強(qiáng)度在允許的范圍內(nèi),本發(fā)明還可不需額外形成封裝膠體,以簡化制造流程,并可降低制造成本。請(qǐng)參照?qǐng)D10,其表示本發(fā)明之較佳實(shí)施例的另一種芯片封裝結(jié)構(gòu)。如圖10所示,芯片1010被緩沖膠體1070包覆,而緩沖膠體1070設(shè)置于基板1020上。此外,緩沖膠體1070內(nèi)設(shè)置有多個(gè)內(nèi)連線1040,其連接至緩沖膠體1070表面的表層線路1042,且緩沖膠體1070表面可設(shè)置有保護(hù)層1050,其暴露出部分的表層線路1042,以作為多個(gè)接點(diǎn)1044。另外,接點(diǎn)1044上設(shè)置有焊球1060,而芯片1010可通過內(nèi)連線1040、表層線路1042與焊球1060電連接至外部電路(圖中未表示)。在本實(shí)施例中,緩沖膠體1070可以是圖6~9所示的多種形態(tài),而其材質(zhì)的楊氏模量同樣是介于1MPa與1GPa之間,例如是橡膠(rubber)、硅膠(silicon)或其它適用的材料。
除了上述實(shí)施例之外,本發(fā)明的緩沖膠體還可應(yīng)用于其它類型的封裝結(jié)構(gòu)中,以解決芯片與其它封裝元件之間因?yàn)闊釕?yīng)力所造成的問題,然此應(yīng)屬所屬技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在參照本發(fā)明的披露之后所能理解并輕易推及的范圍,在此便不再一一贅述。
綜上所述,本發(fā)明通過在芯片外圍設(shè)置緩沖膠體,以對(duì)熱應(yīng)力作用提供緩沖的效果。因此,本發(fā)明所提出的芯片封裝結(jié)構(gòu)可有效降低基板翹曲以及芯片受到應(yīng)力破壞或自基板剝離等問題,因而具有較佳的可靠性。另一方面,本發(fā)明之芯片封裝工藝也同樣具有較佳之合格率。
雖然本發(fā)明已以較佳實(shí)施例披露如上,然其并非用以限定本發(fā)明,任何所屬技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員,在不脫離本發(fā)明之精神和范圍內(nèi),當(dāng)可作些許之更動(dòng)與改進(jìn),因此本發(fā)明之保護(hù)范圍當(dāng)視權(quán)利要求所界定者為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1.一種芯片封裝結(jié)構(gòu),其特征是包括芯片,具有主動(dòng)表面、相對(duì)之背面以及連接于該主動(dòng)表面與該背面之間的多個(gè)側(cè)面;以及緩沖膠體,至少設(shè)置于該主動(dòng)表面與該背面上,且該緩沖膠體的楊氏模量介于1MPa與1GPa之間。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述之芯片封裝結(jié)構(gòu),其特征是該緩沖膠體包括第一膠層,設(shè)置于該芯片的該主動(dòng)表面上;以及第二膠層,設(shè)置于該芯片的該背面上。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述之芯片封裝結(jié)構(gòu),其特征是該第一膠層與該第二膠層還延伸至該芯片的上述這些側(cè)面上,并相互連接,以包覆該芯片。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述之芯片封裝結(jié)構(gòu),其特征是該第一膠層與該第二膠層的材質(zhì)相同。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述之芯片封裝結(jié)構(gòu),其特征是該緩沖膠體還包括第三膠層,設(shè)置于該芯片之上述這些側(cè)面上,并連接該第一膠層與該第二膠層,以包覆該芯片。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述之芯片封裝結(jié)構(gòu),其特征是該第一膠層、該第二膠層與該第三膠層的材質(zhì)相同。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述之芯片封裝結(jié)構(gòu),其特征是還包括多個(gè)接點(diǎn),設(shè)置于該緩沖膠體之表面;以及多個(gè)內(nèi)連線,設(shè)置于該緩沖膠體內(nèi),以連接該芯片與上述這些接點(diǎn)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述之芯片封裝結(jié)構(gòu),其特征是還包括基板,且該芯片通過該緩沖膠體而設(shè)置于該基板上。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述之芯片封裝結(jié)構(gòu),其特征是還包括封裝膠體,設(shè)置于該基板上并覆蓋該緩沖膠體與該芯片,其中該封裝膠體之楊氏模量大于該緩沖膠體之楊氏模量。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述之芯片封裝結(jié)構(gòu),其特征是還包括多個(gè)接點(diǎn),設(shè)置于該封裝膠體之表面;以及多個(gè)內(nèi)連線,設(shè)置于該緩沖膠體與該封裝膠體內(nèi),以連接該芯片與上述這些接點(diǎn)。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述之芯片封裝結(jié)構(gòu),其特征是該緩沖膠體的材質(zhì)包括橡膠或硅膠。
12.一種芯片封裝工藝,其特征是包括提供基板;設(shè)置芯片于該基板上;以及形成緩沖膠體于該基板與該芯片上,其中該緩沖膠體覆蓋該芯片。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述之芯片封裝工藝,其特征是設(shè)置該芯片于該基板時(shí),包括在該芯片與該基板之間設(shè)置黏著層,以通過該黏著層連接該芯片與該基板。
14.根據(jù)權(quán)利要求12所述之芯片封裝工藝,其特征是還包括形成多個(gè)內(nèi)連線于該緩沖膠體內(nèi),以使該芯片可通過上述這些內(nèi)連線連接至外界。
15.根據(jù)權(quán)利要求12所述之芯片封裝工藝,其特征是還包括形成封裝膠體于該基板上,以使該封裝膠體覆蓋該緩沖膠體與該芯片。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述之芯片封裝工藝,其特征是還包括形成多個(gè)內(nèi)連線于該緩沖膠體與該封裝膠體內(nèi),以使該芯片可通過上述這些內(nèi)連線連接至外界。
17.一種芯片封裝工藝,其特征是包括提供基板;形成緩沖膠體于該基板上;以及置入芯片于該緩沖膠體內(nèi)。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述之芯片封裝工藝,其特征是還包括形成多個(gè)內(nèi)連線于該緩沖膠體內(nèi),以使該芯片可通過上述這些內(nèi)連線連接至外界。
19.根據(jù)權(quán)利要求17所述之芯片封裝工藝,其特征是還包括形成封裝膠體于該基板上,以使該封裝膠體覆蓋該緩沖膠體與該芯片。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述之芯片封裝工藝,其特征是還包括形成多個(gè)內(nèi)連線于該緩沖膠體與該封裝膠體內(nèi),以使該芯片可通過上述這些內(nèi)連線連接至外界。
全文摘要
本發(fā)明提出一種芯片封裝結(jié)構(gòu),包括芯片與緩沖膠體,其中芯片具有主動(dòng)表面、相對(duì)之背面以及連接于主動(dòng)表面與背面之間的多個(gè)側(cè)面。此外,緩沖膠體至少設(shè)置于主動(dòng)表面與背面上,且緩沖膠體的楊氏模量介于1MPa與1GPa之間。此緩沖膠體有助于減少熱應(yīng)力的作用,進(jìn)而提高芯片封裝結(jié)構(gòu)之可靠性。另外,本發(fā)明還提出一種芯片封裝工藝,其同樣可通過在芯片周圍形成緩沖膠體來得到較佳的制造合格率。
文檔編號(hào)H01L21/56GK1996575SQ200510135700
公開日2007年7月11日 申請(qǐng)日期2005年12月31日 優(yōu)先權(quán)日2005年12月31日
發(fā)明者江家雯, 陳守龍 申請(qǐng)人:財(cái)團(tuán)法人工業(yè)技術(shù)研究院