一種扇出晶圓級封裝方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種扇出晶圓級封裝方法，包括以下工藝步驟：提供載板；在載板上貼上一層可剝離保護(hù)膜，并在特定區(qū)域形成圖形開口；在所述的圖形開口上形成金屬層；將帶有金屬層的保護(hù)膜從載板上剝離；將芯片安裝在所述的在金屬層上，并進(jìn)行打線或植球；對芯片和金屬布線進(jìn)行塑封。本發(fā)明的技術(shù)方案，工藝簡單，封裝精度高，成本低，能夠適用于高密集的I/O端封裝結(jié)構(gòu)中，特別適用于薄型封裝工藝中。
【專利說明】一種扇出晶圓級封裝方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及半導(dǎo)體封裝領(lǐng)域，具體地說，涉及一種高集成扇出晶圓級封裝方法。

【背景技術(shù)】
[0002]在當(dāng)前的半導(dǎo)體行業(yè)中，電子封裝已經(jīng)成為行業(yè)發(fā)展的一個重要方面，幾十年的封裝技術(shù)的發(fā)展，使高密度、小尺寸的封裝要求成為封裝的主流方向。扇出晶圓級是在晶圓級加工的嵌入式封裝，也是一種I/o數(shù)較多、集成靈活性好的主要先進(jìn)封裝工藝。它能在一個封裝內(nèi)實現(xiàn)垂直和水平方向多芯片集成且不用襯底。這樣，扇出晶圓級技術(shù)目前正在發(fā)展成為下一代封裝技術(shù)，如多芯片、低剖面封裝和3D SiP。隨著電子產(chǎn)品向更薄、更輕、更高引腳密度、更低成本方面發(fā)展，采用單顆芯片封裝技術(shù)已經(jīng)逐漸無法滿足產(chǎn)業(yè)需求，而扇出晶圓級封裝技術(shù)的出現(xiàn)為封裝行業(yè)想低成本封裝發(fā)展提供了契機(jī)。
[0003]圓片級扇出結(jié)構(gòu),其通過重夠圓片和圓片級再布線方式，實現(xiàn)芯片扇出結(jié)構(gòu)的塑封，最終切割成單顆封裝體。但其仍存在如下不足:1)芯片外面包覆塑料塑封強(qiáng)度偏低，扇出結(jié)構(gòu)的支撐強(qiáng)度不夠，在薄型封裝中難以應(yīng)用；2)扇出結(jié)構(gòu)單一，應(yīng)用不夠廣泛；3)現(xiàn)有工藝不利于產(chǎn)品的低成本化；4) I/O端密度相對較低。
[0004]中國專利201210243958.4公開了一種扇出型圓片級芯片封裝方法，包括芯片、金屬微結(jié)構(gòu)、高密度布線層、硅腔體、鍵合層和焊球凸點，在芯片上通過濺射、光刻、電鍍等工藝形成金屬微結(jié)構(gòu)，將芯片倒裝在高密度布線層上，用光學(xué)掩膜、刻蝕等方法在硅腔體上形成下凹的硅腔，所述硅腔體將芯片扣置在硅腔內(nèi)，所述高密度布線層與硅腔體通過鍵合層鍵合，加熱使包封料層和鍵合層固化成形。但該發(fā)明工藝復(fù)雜，成本高，不適合薄型封裝工藝。
[0005]中國專利201110032264.1公開了一種高集成度晶圓扇出封裝結(jié)構(gòu)，包括:被封裝單元，包括芯片及無源器件，所述被封裝單元具有功能面；與被封裝單元的功能面相對的另一面形成有封料層，所述封料層對被封裝單元進(jìn)行封裝固化，所述封料層表面對應(yīng)于被封裝單元之間設(shè)有凹槽。中國專利201110032591.7公開了一種高集成度晶圓扇出封裝方法，包括步驟:在載板上形成膠合層；將由芯片和無源器件組成的被封裝單元的功能面貼于所述膠合層上；將載板貼有芯片和無源器件的一面形成封料層，進(jìn)行封裝固化，所述封料層表面對應(yīng)于被封裝單元之間設(shè)有凹槽；去除所述載板和膠合層。以上專利可以避免封料層在晶圓封裝的后續(xù)過程中出現(xiàn)翹曲變形，提高晶圓封裝成品的質(zhì)量。
[0006]中國專利201110069815.1公開了一種扇出系統(tǒng)級封裝方法，包括以下步驟:提供載板，在載板上形成剝離膜，在剝離膜上形成保護(hù)層，在保護(hù)層中形成再布線金屬層，在保護(hù)層上形成與再布線金屬層導(dǎo)通的布線封裝層，在布線封裝層上形成引線鍵合封裝層，各組封裝層之間相互電連接，去除載板及剝離膜，裸露出第一保護(hù)層中的再布線金屬，在裸露的再布線金屬上形成金屬焊球。該專利的技術(shù)方案可以降低系統(tǒng)內(nèi)電阻、電感以及芯片間的干擾因素。
[0007]上述現(xiàn)有技術(shù)雖然對封裝方法進(jìn)行了改進(jìn)，但并未解決扇出晶圓級工藝中的工藝復(fù)雜、成本高的問題，不適用于薄型產(chǎn)品的封裝工藝。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]為了克服上述缺點，本發(fā)明提供一種扇出晶圓級封裝方法，采用先去除載板再進(jìn)行布線的工藝，可用于各類扇出型圓片級芯片封裝。本發(fā)明的技術(shù)方案，工藝簡單，成本低，能夠適用于高密集的I/o端封裝結(jié)構(gòu)中，特別適用于薄型封裝工藝中。
[0009]本發(fā)明的技術(shù)方案是:一種扇出晶圓級封裝方法，包括以下工藝步驟:
[0010](I)提供載板；
[0011](2)在載板上貼上可剝離保護(hù)膜，并在特定區(qū)域形成圖形開口 ；
[0012](3)在所述圖形開口上形成至少一層金屬層；
[0013](4)去除載板；
[0014](5)將芯片安裝在所述金屬層上，并進(jìn)行打線或植球；
[0015](6)對芯片和金屬布線進(jìn)行塑封。
[0016]更優(yōu)地，所述金屬層為兩層，其中第一金屬層為錫層或銀層，第二金屬層為銅、鎳、鈀、金中的一種。
[0017]更為優(yōu)選地，所述芯片安裝為正裝或倒裝；在芯片安裝步驟中，通過C⑶影像對位裝置檢測芯片的偏移情況，通過金屬針管吸取多余的阻焊劑；通過芯片卡爪糾正芯片的偏移。所述芯片卡爪具有四個方向爪指，根據(jù)C⑶影像對位裝置的監(jiān)控結(jié)果對芯片進(jìn)行微移，使其位于準(zhǔn)確的位置。
[0018]此外，還包括以下步驟:對芯片和金屬布線進(jìn)行塑封。在所述第二金屬層以及靠近第二金屬層的保護(hù)膜上形成介質(zhì)保護(hù)層，所述介質(zhì)保護(hù)層不完全覆蓋第二金屬層，在金屬層處形成開口。在形成的開口上形成再布線層；在所述再布線層上植球。
[0019]此外，
[0020]所述載板材料為玻璃、氧化鋁、單晶硅、氮化鋁、氧化鈹、碳化硅、藍(lán)寶石中的一種。
[0021]所述可剝離保護(hù)膜為UV膜、PET膜、PE膜、OPP膜、聚乙烯醇膜中的一種。
[0022]所述塑封材料為硅樹脂、環(huán)氧樹脂、聚酰亞胺、酚醛樹脂、聚氨酯、丙烯酸樹脂中的一種。
[0023]所述的介質(zhì)保護(hù)層為油墨、Si02薄膜、UV膜、PET膜、聚酯膜、PP膜、PE膜中的一種。
[0024]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是:本發(fā)明提供的扇出晶圓級封裝方法，工藝簡單，成本低，綠色環(huán)保，且能夠適用于高密集的I/o端封裝結(jié)構(gòu)中，特別適用于薄型封裝工藝中，而且封裝過程芯片產(chǎn)生的偏移小，精確度高。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0025]圖1是本發(fā)明步驟⑴載板結(jié)構(gòu)示意圖；
[0026]圖2是本發(fā)明步驟(2)形成保護(hù)膜后的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0027]圖3是本發(fā)明步驟(2)保護(hù)膜開口后的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0028]圖4是本發(fā)明步驟(3)形成第一層金屬層后的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0029]圖5是本發(fā)明步驟(3)形成第二層金屬層后的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0030]圖6是本發(fā)明步驟⑷載板剝離時的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0031]圖7是本發(fā)明步驟(5)裝片打線或植球后的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0032]圖8是本發(fā)明步驟(6)塑封后的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0033]圖9是本發(fā)明形成介質(zhì)保護(hù)層并形成開口后的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0034]圖10是本發(fā)明形成再布線層后的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0035]圖11是本發(fā)明植球后的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0036]圖12是本發(fā)明封裝時的CXD影像對位裝置及金屬針管結(jié)構(gòu)示意圖；
[0037]圖13是本發(fā)明在封裝時的芯片卡爪結(jié)構(gòu)示意圖。
[0038]圖中，101載板,201可剝離保護(hù)膜,301第一金屬層,401第二金屬層，501芯片，502金屬線，601塑封材料，701介質(zhì)保護(hù)層，801再布線層，901錫球，1001為C⑶影像對位裝置、1002為金屬針管、1003為芯片卡爪。

【具體實施方式】
[0039]以下結(jié)合附圖和實施例，對本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實施例僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。
[0040]在本發(fā)明的第一實施方式中，提供了一種扇出晶圓級封裝方法，包括以下工藝步驟:
[0041](I)提供載板；
[0042](2)在載板上貼上可剝離保護(hù)膜，并在特定區(qū)域形成圖形開口 ；
[0043](3)在所述圖形開口上形成至少一層金屬層；
[0044](4)去除載板；
[0045](5)將芯片安裝在所述的在金屬層上，并進(jìn)行打線或植球；
[0046](6)對芯片和金屬布線用進(jìn)行塑封。
[0047]如圖1所示，在上述步驟(I)中，在進(jìn)行封裝工藝前先提供一個集成電路所用的載板(圖中101)，載板材料為玻璃、氧化鋁、單晶硅、氮化鋁、氧化鈹、碳化硅、藍(lán)寶石中的一種。所述載板具有較好的硬度和平整度，降低封裝器件的失效比例，防止封裝過程中出現(xiàn)翹曲。選用載板的原則是后續(xù)步驟中易被剝離，抗腐蝕能力強(qiáng)，不會與膠合層的接觸而發(fā)生物理和化學(xué)性能的改變，因此可以進(jìn)行重復(fù)利用。
[0048]圖2是本發(fā)明步驟(2)形成保護(hù)膜后的結(jié)構(gòu)示意圖。即在所述載板的正面貼上一層可剝離保護(hù)膜(圖2中201所示)，保護(hù)膜可以選用的材質(zhì)有多種，比如UV膜、PET膜、PE膜、OPP膜、聚乙烯醇膜中的一種，這里優(yōu)選UV膜，UV膜具有易剝離性，容易從載板上剝離下來，它可以耐130?150°C高溫，收縮率低，柔韌性好，容易剝離，不斷膠。在形成UV膜時可以選用絲網(wǎng)印刷法，印刷厚度為10-20 μ m,印刷完畢后，采用光刻法在保護(hù)膜的特定區(qū)域形成圖形開口，具體方法是通過紫外光透過掩膜板將圖像轉(zhuǎn)移到UV膠上，UV膠在紫外光照射下會發(fā)生固化反應(yīng)形成膜，然后將沒有固化的區(qū)域沖洗掉，即就在特定區(qū)域形成了開口。如果采用PET膜、PE膜、OPP膜、聚乙烯醇膜等工藝稍復(fù)雜，需先將保護(hù)膜的表面做等離子處理，或在保護(hù)膜的表面涂氟處理，或涂硅油處理等，使其表現(xiàn)出極輕且穩(wěn)定的可剝離性，然后采用等離子干蝕的方法在特定區(qū)域形成開口。圖3是本發(fā)明步驟2)保護(hù)膜開口后的結(jié)構(gòu)示意圖，開口后形成鏤空的槽。
[0049]圖4、圖5為步驟(3)中在所述的圖形開口上形成金屬層后的結(jié)構(gòu)示意圖，在該步驟中，至少形成一金屬層。其中圖4為形成第一層金屬層后的結(jié)構(gòu)示意圖，圖中，101為載板,201為可剝離保護(hù)膜,301為第一金屬層。可選地，可在第一金屬層301的基礎(chǔ)上形成第二金屬層。圖5為形成第二層金屬層后的結(jié)構(gòu)示意圖，401為第二金屬層。其中第一金屬層為錫層或銀層，第二金屬層為銅、鎳、鈀、金中的一種，形成所述金屬層的方法為電鍍、化學(xué)鍍、真空蒸鍍法、化學(xué)氣相沉積法中的一種。
[0050]在形成第一金屬層時，優(yōu)選使用化學(xué)鍍法或者濺射法，濺射法是在高真空充入適量的氬氣，在陰極(柱狀靶或平面靶)和陽極(鍍膜室壁)之間施加幾百K直流電壓，在鍍膜室內(nèi)產(chǎn)生磁控型異常輝光放電，使氬氣發(fā)生電離，氬離子被陰極加速并轟擊陰極靶表面，將靶材表面原子濺射出來沉積在基底表面上形成薄膜層，濺射法鍍層與基材的結(jié)合力強(qiáng)、鍍層致密、均勻。在形成第二金屬層時，優(yōu)選使用電鍍法，因為在在半導(dǎo)體芯片封裝工藝中，線寬通常為微米、亞微米級(0.15-0.09um)，如此精細(xì)的線寬對后續(xù)的工藝比如植球提出了更高的要求，得出的金屬鍍層必須有足夠的抗剝離強(qiáng)度。因為有了前述的第一金屬層，在形成第二金屬層時，采用電鍍法工藝簡單，且和第一金屬層結(jié)合緊密、均勻。
[0051]圖6為去除載板的示意圖，在該步驟中，由于前述采用的是可剝離保護(hù)膜，所以在本步驟很容易實現(xiàn)載板剝離，載板剝離的目的是為了便于后續(xù)芯片安裝和打線或植球，本發(fā)明中采用先載板分離后打線或植球的方法，可以降低成本，且使封裝后的產(chǎn)品更薄，利于向密集化方向發(fā)展。
[0052]圖7為本發(fā)明步驟(5)裝片打線或植球后的結(jié)構(gòu)示意圖；圖中，501為芯片，502為金屬線。去除載板后，將已經(jīng)備好的芯片金屬正裝或倒裝與第一金屬層連接在一起，圖7示意了正裝的情況。連接的方式有熱壓焊接、焊料焊接、超聲焊接、粘膠連接等，然后打線或植球焊接，打線或植球焊接的方式主要有熱壓焊、超聲焊、金絲球焊三種。在本發(fā)明的該步驟中，優(yōu)選使用超聲焊、金絲球焊。
[0053]在芯片安裝過程中，芯片發(fā)生偏斜是一個相當(dāng)難處理的技術(shù)問題，如果偏移距離過大，就會導(dǎo)致良率的降低。如何迅速地消除造成芯片偏斜，一直是一個技術(shù)難題題。發(fā)明人在實踐中發(fā)現(xiàn)，在芯片安裝時多余的助焊劑是造成芯片偏移的原因之一，因此發(fā)明人在進(jìn)行芯片安裝時，在機(jī)器上安裝了 CXD影像對位裝置(如圖12中1001)中的，用來檢測芯片的偏移情況，且安裝了金屬針管(如圖12中1002)用來吸取多余的阻焊劑，同時安裝了芯片卡爪(如圖12中1003)用來糾正芯片的偏移，其中芯片卡爪具有四個方向的爪指，同時根據(jù)CXD影像對位裝置的監(jiān)控結(jié)果對芯片進(jìn)行微移，使其位于準(zhǔn)確的位置。
[0054]圖8是本發(fā)明步驟(6)塑封后的結(jié)構(gòu)示意圖；芯片安裝和金屬布線后要進(jìn)行塑封，進(jìn)行塑封的材料為硅樹脂、聚酰亞胺、酚醛樹脂、環(huán)氧樹脂、聚氨酯、丙烯酸樹脂中的一種，為了進(jìn)一步改善封裝材料的性能，本發(fā)明一個優(yōu)選的實施方式為在上述封裝材料中添加適量的氧化鋁粉或氣相二氧化硅來對塑封材料進(jìn)行改性，改性后的塑封材料粘接強(qiáng)度高、電性能好、耐化學(xué)腐蝕性好、耐溫寬、收縮率低、密封性能好，塑型容易，在固化過程中不產(chǎn)生揮發(fā)性物質(zhì)，不易產(chǎn)生氣孔、裂紋和剝離等現(xiàn)象。封裝的具體工藝是先用有機(jī)導(dǎo)電膠將芯片粘接在框架上，再通過引線鍵合將芯片的鋁焊塊和框架的管腳用金絲或鋁絲連接起來，然后用塑封材料經(jīng)過注塑模包封成型，最后外引線鍍上一層鉛錫合金，再從條帶上沖切下來，按照所需要的形狀成型。
[0055]塑封完畢后進(jìn)行再布線，所述再布線的步驟包括:在所述第二金屬層上設(shè)置介質(zhì)保護(hù)層；所述介質(zhì)保護(hù)層不完全覆蓋第二金屬層；在介質(zhì)保護(hù)層未覆蓋的第二金屬層之上形成再布線層，所述再布線層至少為一層。如圖8所示，述第二金屬層以及靠近第二金屬層的保護(hù)膜上形成介質(zhì)保護(hù)層，所述介質(zhì)保護(hù)層不完全覆蓋第二金屬層，并在金屬層處形成開口，使得介質(zhì)保護(hù)層不完全覆蓋金屬層。圖9是本發(fā)明形成介質(zhì)保護(hù)層后的結(jié)構(gòu)示意圖；圖中，601為塑封，701為已經(jīng)開口的介質(zhì)保護(hù)層，形成的介質(zhì)保護(hù)層可以為感光油墨、熱固性油墨、涂料、Si02薄膜、UV膠、PET膜、聚酯膜、pp膜、PE膜中的一種，形成介質(zhì)保護(hù)層的方法有噴涂法、絲網(wǎng)印刷法、氣相沉積法。如果該步驟中形成介質(zhì)保護(hù)層選用UV膠，就可以采用光刻法進(jìn)行開口，具體原理同前述步驟2)。如果選用其它材料，就需要采用等離子體干蝕法進(jìn)行選擇性蝕刻來實現(xiàn)介質(zhì)保護(hù)層上的開口。在金屬層形成的開口上形成再布線層。圖10是本發(fā)明形成再布線層后的結(jié)構(gòu)示意圖；圖中，801為所形成的再布線層。該再布線層至少為一層，可以為銅、銀、錫、鎳、鈀、金中的一種或其合金中的一種。形成的再布線層的目的是為了增加前述第二金屬層的厚度，以便于后續(xù)植球的順利進(jìn)行，提高良率，在該步驟中，其中一種可選的形成金屬層的方法是化學(xué)鍍，即不需要外在電流通過的情況下就可以在基體表面形成鍍層，其工藝簡便、節(jié)能、環(huán)保，而且鍍層均勻，使用壽命也比其它方法長。
[0056]在所述再布線層上植球或者涂覆絕緣層。圖11以植球為例進(jìn)行說明，該圖為植球后的結(jié)構(gòu)示意圖，即將微小尺寸的焊球放置到形成的再布線層上，然后經(jīng)過回流焊爐固化，使其和再布線層緊密連接在一起，形成焊球凸點陣列，圖中901為錫球。植球法技術(shù)可靠，工藝簡單，效率高，可以大大降低封裝成本。
[0057]采用本發(fā)明提供的扇出晶圓級封裝方法，工藝簡單，成本低，綠色環(huán)保，且能夠適用于高密集的I/o端封裝結(jié)構(gòu)中，特別適用于薄型封裝工藝中。
[0058]上述說明示出并描述了本發(fā)明的優(yōu)選實施例，如前所述，應(yīng)當(dāng)理解本發(fā)明并非局限于本文所披露的形式，不應(yīng)看作是對其他實施例的排除，而可用于各種其他組合、修改和環(huán)境，并能夠在本文所述發(fā)明構(gòu)想范圍內(nèi)，通過上述教導(dǎo)或相關(guān)領(lǐng)域的技術(shù)或知識進(jìn)行改動。而本領(lǐng)域人員所進(jìn)行的改動和變化不脫離本發(fā)明的精神和范圍，則都應(yīng)在本發(fā)明所附權(quán)利要求的保護(hù)范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種扇出晶圓級封裝方法，包括以下工藝步驟:在載板上貼可剝離保護(hù)膜，并在特定區(qū)域形成圖形開口 ；所述圖形開口上形成金屬層，所述金屬層為一層或者一層以上；去除載板；將芯片與所述金屬層連接；進(jìn)行塑封和再布線。
2.如權(quán)利要求1所述的扇出晶圓級封裝方法，其特征在于:所述金屬層為兩層，其中第一金屬層與第二金屬層為錫、銀、銅、鎳、鈕、金中的一種；第一金屬層為靠近載板的金屬層，第二金屬層位于第一金屬層之上。
3.如權(quán)利要求2所述的扇出晶圓級封裝方法，其特征在于:所述第一金屬層和第二金屬層為不同金屬材料。
4.如權(quán)利要求3所述的扇出晶圓級封裝方法，其特征在于:所述再布線的步驟包括:在所述第二金屬層上設(shè)置介質(zhì)保護(hù)層；所述介質(zhì)保護(hù)層不完全覆蓋第二金屬層；在介質(zhì)保護(hù)層未覆蓋的第二金屬層之上形成再布線層，所述再布線層至少為一層。
5.如權(quán)利要求4所述的扇出晶圓級封裝方法，其特征在于:再布線之后，在所述再布線層上植球或者涂覆絕緣層。
6.如權(quán)利要求4所述的扇出晶圓級封裝方法，其特征在于:將芯片與所述金屬層連接的方式為正裝或倒裝。
7.如權(quán)利要求4所述的扇出晶圓級封裝方法，其特征在于，所述載板材料為玻璃、氧化鋁、單晶硅、氮化鋁、氧化鈹、碳化硅、藍(lán)寶石中的一種。
8.如權(quán)利要求4所述的扇出晶圓級封裝方法，其特征在于:所述可剝離保護(hù)膜為UV膜、PET膜、PE膜、OPP膜、聚乙烯醇膜中的一種；所述塑封材料為硅樹脂、環(huán)氧樹脂、聚酰亞胺、酚醛樹脂、聚氨酯、丙烯酸樹脂中的一種；所述的介質(zhì)保護(hù)層為油墨、S12薄膜、UV膜、PET膜、聚酯膜、PP膜、PE膜中的一種。
9.如權(quán)利要求4所述的扇出晶圓級封裝方法，其特征在于:所述芯片安裝為正裝或倒裝；在芯片安裝步驟中，通過CXD影像對位裝置檢測芯片的偏移情況，通過金屬針管吸取多余的阻焊劑；通過芯片卡爪糾正芯片的偏移。
10.如權(quán)利要求6所述的扇出晶圓級封裝方法，其特征在于:所述芯片卡爪具有四個方向爪指，根據(jù)CXD影像對位裝置的監(jiān)控結(jié)果對芯片進(jìn)行微移，使其位于準(zhǔn)確的位置。
【文檔編號】H01L21/56GK104465418SQ201410818160
【公開日】2015年3月25日 申請日期:2014年12月24日 優(yōu)先權(quán)日:2014年12月24日
【發(fā)明者】石磊 申請人:南通富士通微電子股份有限公司