減少模封膠體內(nèi)氣泡的壓縮模封方法與裝置制造方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種減少模封膠體內(nèi)氣泡的壓縮模封方法與裝置，其特征在于：在一加壓腔室提供壓縮模模具組，其包含有上模具與配置于該上模具下方的下模具，下模具有模穴和密封環(huán)；在上模具裝載基板，基板的預(yù)定封膠區(qū)朝下且對(duì)準(zhǔn)該下模具的模穴，將基板設(shè)置與芯片通過(guò)焊線進(jìn)行電性連接；加壓腔室還具有加壓口和排氣口，模穴內(nèi)填入封裝材料；加熱下模具，使封裝材料熔融，并借加壓腔室提供一高于一大氣壓力的氣壓，排出或減少封裝材料內(nèi)的氣泡；保持加熱加壓并下壓上模具，直到封裝材料密封芯片，其接觸至基板，并使封裝材料預(yù)固化成模封膠體，結(jié)合于基板；模封膠體成形之后，卸載基板。本發(fā)明的有益效果是：提升了制程良率、產(chǎn)品可靠度與使用壽命。
【專(zhuān)利說(shuō)明】減少模封膠體內(nèi)氣泡的壓縮模封方法與裝置
[0001]
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0002]本發(fā)明涉及半導(dǎo)體裝置的封裝技術(shù)，特別系有關(guān)于一種減少模封膠體內(nèi)氣泡的壓縮模封方法與裝置。
【背景技術(shù)】
[0003]為了提高先進(jìn)芯片封裝結(jié)構(gòu)的封膠質(zhì)量來(lái)確保產(chǎn)品的可靠度，并提升制程生產(chǎn)力，有別于轉(zhuǎn)移成型的模封技術(shù)，目前已開(kāi)發(fā)出一種適用于半導(dǎo)體封裝之壓縮模封方法，其可使熔融狀態(tài)之模封膠體包覆芯片，并在特定模具壓力下固化，相對(duì)于轉(zhuǎn)移成型，更能節(jié)省封裝材料在模具流道的浪費(fèi)。但是，壓縮模封中由升溫至冷卻階段，封裝材料在填充時(shí)的固態(tài)或膠態(tài)熔融成液態(tài)進(jìn)而固化的過(guò)程中因本身的空隙或是反應(yīng)產(chǎn)生的氣體，使得已固化之模封膠體內(nèi)產(chǎn)生有空孔，其系為氣泡殘留其中，減弱了產(chǎn)品的機(jī)械強(qiáng)度或客戶(hù)指定的產(chǎn)品重量。此外，模封膠體內(nèi)有空孔或氣泡時(shí)，在熱循環(huán)制程中容易產(chǎn)生芯片與基板間熱膨脹而爆裂情形，而衍生出質(zhì)量可靠度等問(wèn)題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于提供了一種減少模封膠體內(nèi)氣泡的壓縮模封方法與裝置，用以解決上述的現(xiàn)有問(wèn)題。
[0005]本發(fā)明的技術(shù)方案如下:一種減少模封膠體內(nèi)氣泡的壓縮模封方法與裝置，其特征在于:在一加壓腔室提供一壓 縮模模具組，其包含有上模具與配置于該上模具下方的下模具，下模具具有一模穴和密封環(huán)；在上模具裝載一基板，基板的預(yù)定封膠區(qū)朝下且對(duì)準(zhǔn)該下模具的模穴，將基板設(shè)置與芯片通過(guò)焊線進(jìn)行電性連接，其芯片量為復(fù)數(shù)；加壓腔室還具有一加壓口和一排氣口，模穴內(nèi)填入封裝材料；加熱下模具，使封裝材料熔融，并借加壓腔室提供一高于一大氣壓力的氣壓，排出或減少封裝材料內(nèi)的氣泡；保持加熱加壓并下壓上模具，直到封裝材料密封芯片，其接觸至基板，并使封裝材料預(yù)固化成形為一模封膠體，結(jié)合于基板；模封膠體成形之后，卸載基板。
[0006]封裝材料預(yù)固化過(guò)程中，同時(shí)對(duì)該加壓腔室排氣并維持該氣壓在1.8至8大氣壓力(atm)之間。
[0007]封裝材料在填入時(shí)為粉末狀、顆粒狀或是膠膜狀。
[0008]本發(fā)明的有益效果是:可排出或減少封裝材料內(nèi)的氣泡，避免芯片與基板間熱膨脹而爆裂問(wèn)題，有效地提升了制程良率、產(chǎn)品可靠度與使用壽命。
【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0009]第I至6圖為本發(fā)明各步驟中元件的截面示意圖；
圖7為本發(fā)明應(yīng)用在半導(dǎo)體封裝技術(shù)的主要流程方塊圖。[0010]圖中標(biāo)示:10、加壓腔室，11、加壓口，12、排氣口，20、壓縮模模具組，21、上模具，22、下模具，23、模穴，24、密封環(huán)，110、基板，111、芯片，112、焊線，131、封裝材料，132、模封膠體。
【具體實(shí)施方式】
[0011]結(jié)合附圖，對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。
[0012]如圖所示，本發(fā)明一種減少模封膠體內(nèi)氣泡的壓縮模封方法與裝置，其特征在于:在一加壓腔室10提供一壓縮模模具組20，其包含有上模具21與配置于該上模具21的下方的下模具22,下模具22具有一模穴23和密封環(huán)24 ;在上模具21裝載一基板110,基板110的預(yù)定封膠區(qū)朝下且對(duì)準(zhǔn)該下模具22的模穴23，將基板110設(shè)置與芯片111通過(guò)焊線112進(jìn)行電性連接，其芯片量為復(fù)數(shù)；加壓腔室10還具有一加壓口 11和一排氣口 12，模穴23內(nèi)填入封裝材料131 ;加熱下模具22，使封裝材料131熔融，并借加壓腔室10提供一高于一大氣壓力的氣壓，排出或減少封裝材料131內(nèi)的氣泡；保持加熱加壓并下壓上模具21,直到封裝材料131密封芯片111，其接觸至基板110，并使封裝材料131預(yù)固化成形為一模封膠體132，結(jié)合于基板110 ;模封膠體132成形之后，卸載基板110。封裝材料131預(yù)固化過(guò)程中，同時(shí)對(duì)該加壓腔室10排氣并維持該氣壓在1.8至8大氣壓力(atm)之間。封裝材料131在填入時(shí)為粉末狀、顆粒狀或是膠膜狀。
[0013]首先，如圖1所示，壓縮模模具組20放置于該加壓腔室10內(nèi)。上模具21與下模具22通常為金屬材質(zhì)。模穴23應(yīng)視預(yù)定封膠區(qū)的大小、數(shù)量與排列方式、和基板上所要形成的封裝膠體厚度的不同來(lái)作對(duì)應(yīng)變化。
[0014]接著，如第2圖所示，裝載一基板110于上模具21?；?10的預(yù)定封膠區(qū)系朝下并對(duì)準(zhǔn)模穴23。加壓腔室10內(nèi)的氣壓系可設(shè)定為一大氣壓以上(蘭760 torr)。該基板110設(shè)置有復(fù)數(shù)個(gè)與該基板110電性連接的芯片111。具體而言，基板110系可為一印刷電路板、一導(dǎo)線架、一電路薄膜或各種芯片載板。通?；?10系為基板條型態(tài)，以供大量生產(chǎn)。將芯片111固定在該基板110的上表面，并進(jìn)行一打線接合制程或覆晶接合制程使該芯片111與基板110電性連接。在本實(shí)施例中，芯片111利用復(fù)數(shù)個(gè)的焊線112電性連接至基板110，這些焊線112的材質(zhì)可為金、銅、鋁或是金屬合金線。熟悉者亦可以視需要增加半導(dǎo)體芯片堆棧的數(shù)目，或/并將上述銲線接合的方式變更為卷帶自動(dòng)接合或是其他形式。
[0015]之后，再如圖2所示，填入封裝材料131于模穴23內(nèi)。其中，封裝材料131的主要材質(zhì)為任何適用于半導(dǎo)體封裝特性要求之材料配方組成，主要成份有熱固化樹(shù)脂與無(wú)機(jī)填充料。封裝材料131在填入時(shí)可為粉末狀、顆粒狀或是膠膜狀。
[0016]之后，如圖3所示，加熱下模具22，使封裝材料131熔融，并藉由該加壓腔室10提供一高于一大氣壓力之氣壓，以排出或減少封裝材料131內(nèi)氣泡，以提升制程良率、產(chǎn)品可靠度與使用壽命。在此所指的「大氣壓力」系為標(biāo)準(zhǔn)大氣壓力。具體而言，于此步驟中，將該加壓腔室10內(nèi)的氣壓設(shè)定為高于一大氣壓力之氣壓，等到該加壓腔室10內(nèi)的氣壓到達(dá)所設(shè)定的高于一大氣壓力之氣壓并穩(wěn)定后，此時(shí)該封裝材料131內(nèi)的氣泡因受到較大壓力，其體積會(huì)縮小甚或消失，而空隙也會(huì)縮小。詳細(xì)而言，加壓腔室10內(nèi)系可達(dá)一預(yù)定的固化溫度并維持在一預(yù)定之壓力，加壓腔室10具有一加壓口 11與一排氣口 12，將該封裝材料131填入于模穴23內(nèi)后，可一面加壓一面加熱，當(dāng)該加壓腔室10內(nèi)持續(xù)升溫時(shí)，該封裝材料131會(huì)熔融而具有流動(dòng)性，借由該加壓口 11持續(xù)提供氣體進(jìn)入腔內(nèi)，可同時(shí)對(duì)該加壓腔室10排氣并維持該正壓系在1.8至8大氣壓力(atm)之間，即在一大氣壓的環(huán)境下由該加壓口 11更施予導(dǎo)入的氣壓介于I至7 kg/cm2，使該加壓腔室10內(nèi)之高溫氣體為高壓狀態(tài)流動(dòng)，能擠壓出置于該加壓腔室10內(nèi)的封裝材料131的氣泡(或揮發(fā)性溶劑)或使其縮小，并且揮發(fā)性溶劑將可由該排氣口 12排出，以使該加壓腔室10內(nèi)具有良好的空氣氣氛。更細(xì)部而言，由該加壓口 11導(dǎo)入之加壓氣體可為干燥空氣、氮?dú)狻⒒蚨栊詺怏w等，以使可能尚殘留于封裝材料131內(nèi)部的氣泡容易更加縮小或排出，而潛在于熔融態(tài)封裝材料131的溶劑以及在芯片、基板等封裝元件內(nèi)的水氣也會(huì)被排出。依此步驟，排氣口 12的排氣量系應(yīng)設(shè)定為小于加壓口 11的進(jìn)氣量，以使加壓腔室10內(nèi)的壓力保持正壓以持續(xù)逼出或縮小封裝材料131內(nèi)含的氣泡。
[0017]最后，如第3與4圖所示，保持加熱加壓并下壓上模具21，直到封裝材料131密封該些芯片111并接觸至基板110，并使該封裝材料131預(yù)固化成形為一結(jié)合于基板110的模封膠體132 (如第5圖所示)。詳細(xì)而言，在封裝材料131預(yù)固化過(guò)程中，可同時(shí)對(duì)該加壓腔室10排氣并維持該氣壓在1.8至8大氣壓力(atm)之間，加熱溫度可約在100°C至160°C之間。具體而言，當(dāng)上模具21移近下模具22且接觸時(shí)，呈熔融狀態(tài)的封裝材料131會(huì)包覆這些芯片111，并同時(shí)在加熱條件下使封裝材料131以壓縮狀態(tài)變成半固化的較穩(wěn)定狀態(tài)。即在加熱加壓的同時(shí)，進(jìn)行預(yù)固化成型，可視封裝材料131的特性設(shè)定固化參數(shù)。之后，再執(zhí)行后烘烤，使封裝材料131成為一密封性良好、化學(xué)安定性高、且絕緣的模封膠體132，以保護(hù)這些芯片111不受外界污染物的入侵而受到破壞。經(jīng)由上述提供一高于一大氣壓力之氣壓加壓的作用，有效消除封裝材料131的內(nèi)部氣泡，故不會(huì)在后續(xù)的熱循環(huán)制程中造成半導(dǎo)體裝置的爆米花效應(yīng)而使半導(dǎo)體裝置失效。
[0018]較佳地，如第3與4圖所示，上模具21可包含一對(duì)準(zhǔn)于該第一模穴23之外的密封環(huán)24，其具有彈性與耐熱性，用以當(dāng)下壓上模具21時(shí)，阻擋封裝材料131溢膠。
[0019]此外，如5與6圖所示，在前述的壓縮模封方法中可另包含的步驟為:模封膠體132成形之后，卸載基板110。待完成該模封膠體132預(yù)固化制程而成形之后，可分離上模具21與下模具22，取出基板110。經(jīng)后烘烤之后，可使用旋轉(zhuǎn)刀具或雷射切割工具對(duì)該模封膠體132以及基板110進(jìn)行切割而制成復(fù)數(shù)個(gè)半導(dǎo)體封裝構(gòu)造。
[0020]如圖7所示，為本發(fā)明的方法應(yīng)用在半導(dǎo)體封裝技術(shù)的主要流程方塊圖，半導(dǎo)體封裝制程系主要包含以下步驟:1、晶圓研磨步驟；2、晶圓切割；3、黏晶；4、打線電性連接；
5、模封，6、植球；7封裝切割。其中步驟6是依封裝類(lèi)型不同可為選擇性執(zhí)行、替換或省略，但不影響本方法可實(shí)施性的步驟。而本發(fā)明所揭示的減少模封膠體內(nèi)氣泡的壓縮模封方法是可應(yīng)用在步驟5模封中，并配合圖1至圖6詳細(xì)說(shuō)明如后。
[0021]首先，執(zhí)行步驟I晶圓研磨，一晶圓包含有復(fù)數(shù)個(gè)一體未分離的芯片。該晶圓的基礎(chǔ)材質(zhì)通常是硅、硅鍺化物及砷化鎵等半導(dǎo)體材料。該晶圓可具有一集成電路形成表面以及一背面。該晶圓在切割步驟之前先利用一研磨機(jī)構(gòu)研磨該晶圓的背面使其薄化至適當(dāng)?shù)暮穸取?br> [0022]接著，執(zhí)行步驟2晶圓切割，晶圓經(jīng)研磨之后可以機(jī)械或雷射方式切割分離該晶圓，使其成為復(fù)數(shù)個(gè)芯片111 (如第2圖所示)。[0023]下一步，執(zhí)行步驟3黏晶，在芯片承載件(例如第2圖中所述的基板110)預(yù)定黏著芯片的位置上涂布膠黏劑，例如環(huán)氧樹(shù)脂、銀膠；或預(yù)先貼上膠片，例如雙面膠片，然后利用一芯片吸嘴將已分離的芯片111自晶圓上取出，并且放置于該基板110上。
[0024]然后，執(zhí)行步驟4打線電性連接，利用打線機(jī)將細(xì)金屬線連接芯片111與基板110。非限定地，這些芯片111除了可以打線電性連接之外，亦可以覆晶接合、引腳接合或是其它已知電性連接方式完成這些芯片111與基板110的電性互連。
[0025]接下來(lái)，執(zhí)行步驟5模封，即利用本發(fā)明所述的方法將上述的封裝材料131形成在基板110上并密封芯片111。特別的，可藉由加壓加熱固化模封膠體的步驟順序作為其中之一技術(shù)手段，利用將上模具21與下模具22置于壓力腔10內(nèi)并在填料至預(yù)烘烤過(guò)程中提供一高于一大氣壓力之氣壓，可排出或減少封裝材料131內(nèi)的氣泡，以提升制程良率、產(chǎn)品可靠度與使用壽命。
[0026]等到封裝材料131固化后，即可執(zhí)行步驟6植球，將復(fù)數(shù)個(gè)焊球設(shè)置在該基板110的下表面以對(duì)外連接。最后，執(zhí)行步驟7封裝切割，以機(jī)械或雷射方式切割分離該封裝材料131固化后的模封膠體132而制成復(fù)數(shù)個(gè)半導(dǎo)體封裝構(gòu)造。經(jīng)斷面分析，該模封膠體132內(nèi)部的氣泡數(shù)量與尺寸相較于傳統(tǒng)抽真空的壓縮模封方式可有效縮小。
[0027]以上所述，僅是本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并非對(duì)本發(fā)明作任何形式上的限制，雖然本發(fā)明已以較佳實(shí)施例如上所述，然而并非用以限定本發(fā)明，任何熟悉本項(xiàng)技術(shù)者，在不脫離本發(fā)明之技術(shù)范圍內(nèi)，所作的任何簡(jiǎn)單修改、等效性變化與修飾，均仍屬于本發(fā)明的技術(shù)范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種減少模封膠體內(nèi)氣泡的壓縮模封方法與裝置，其特征在于: 在一加壓腔室(10)提供一壓縮模模具組(20),其包含有上模具(21)與配置于該上模具(21)下方的下模具(22)，下模具(22)具有一模穴(23)和密封環(huán)(24)； 在上模具(21)裝載一基板(110)，基板(110)的預(yù)定封膠區(qū)朝下且對(duì)準(zhǔn)該下模具(22)的模穴(23)，將基板(110)設(shè)置與芯片(111)通過(guò)焊線(112)進(jìn)行電性連接，其芯片量為復(fù)數(shù)； 加壓腔室(10)還具有一加壓口(11)和一排氣口(12)，模穴(23)內(nèi)填入封裝材料(131)； 加熱下模具(22),使封裝材料(131)熔融,并借加壓腔室(10)提供一高于一大氣壓力的氣壓，排出或減少封裝材料(131)內(nèi)的氣泡； 保持加熱加壓并下壓上模具(21 )，直到封裝材料(131)密封芯片(111 )，其接觸至基板(110)，并使封裝材料(131)預(yù)固化成形為一模封膠體(132)，結(jié)合于基板(110); 模封膠體(132 )成形之后，卸載基板(110)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的減少模封膠體內(nèi)氣泡的壓縮模封方法，其特征在于:封裝材料(131)預(yù)固化過(guò)程中，同時(shí)對(duì)該加壓腔室(10)排氣并維持該氣壓在1.8至8大氣壓力(atm)之間。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的減少模封膠體內(nèi)氣泡的壓縮模封方法，其特征在于:封裝材料(131)在填入時(shí)為粉末狀、顆粒狀或是膠膜狀。
【文檔編號(hào)】H01L21/50GK103700596SQ201310657972
【公開(kāi)日】2014年4月2日 申請(qǐng)日期:2013年12月9日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月9日
【發(fā)明者】朱科奇 申請(qǐng)人:寧波市鄞州科啟動(dòng)漫工業(yè)技術(shù)有限公司