倒裝芯片的封裝方法及裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種半導(dǎo)體封裝技術(shù)，特別涉及一種倒裝芯片的封裝方法及裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]在本領(lǐng)域中，為了將裸芯片設(shè)置于基板上，可通過位于裸芯片及基板上的多個(gè)接合焊點(diǎn)來實(shí)現(xiàn)，在此過程中，可應(yīng)用多種芯片封裝技術(shù)，如球柵陣列(BallGridArray，BGA)、線結(jié)合、倒裝芯片等。為了確保電子產(chǎn)品或通信裝置的小型化及功能多樣化，半導(dǎo)體封裝需要尺寸小、多引腳連接、高速率、高功率及多功能化。
[0003]輸入輸出(Input-Output，I/O)引腳數(shù)目的增加、高性能IC需求的增加以及LED高功率需求的增加，促進(jìn)了倒裝芯片封裝技術(shù)的發(fā)展。倒裝芯片技術(shù)使用位于芯片的多個(gè)接合焊盤上的多個(gè)凸點(diǎn)(bumps)與封裝介質(zhì)直接互連。芯片通過最短路徑面向接合封裝介質(zhì)。該技術(shù)不僅可應(yīng)用于單芯片封裝，也可應(yīng)用于更高整合水平的尺寸較大的封裝，以及可容納幾個(gè)芯片以形成較大功能單元的更加精密的基板。倒裝芯片技術(shù)使用區(qū)域陣列，具有實(shí)現(xiàn)與裝置的互連密度最高與封裝的互連電感較低的優(yōu)點(diǎn)。
[0004]然而，傳統(tǒng)倒裝芯片技術(shù)面臨基板上的凸點(diǎn)間距限制的挑戰(zhàn)。另外，高性能FCBGA封裝因昂貴的芯片載體基板(典型的芯片載體基板包含1+2+1層構(gòu)建材料或更多層構(gòu)建材料)而價(jià)格不菲。由于倒裝芯片技術(shù)的發(fā)展與凸點(diǎn)間距縮小遠(yuǎn)比裸芯片縮小與引腳數(shù)目的增長慢得多，因此，基板的凸點(diǎn)間距成為倒裝芯片線路圖的瓶頸所在。即便未來裸芯片縮小將超越基板載體的凸點(diǎn)間距分辨率的縮小。為了克服此技術(shù)差距，硅中介層(siliconinterposer)技術(shù)與娃片直通孔技術(shù)(Through Silicon Via, TSV)技術(shù)是目前唯一且昂貴的解決方案。因此，產(chǎn)業(yè)界強(qiáng)烈需求一種改進(jìn)型倒裝芯片封裝技術(shù)，以符合成本效益并解決基板上的凸點(diǎn)間距限制。
[0005]另外一點(diǎn)，隨著半導(dǎo)體LED照明的普及，半導(dǎo)體LED芯片使用倒裝封裝已經(jīng)成為趨勢，目前除了共晶這種常見的倒裝芯片封裝的鍵合方式外，還有新近出現(xiàn)的電磁脈沖焊接鍵合方式，如專利CN103094135A中所述；這種鍵合方式的好處是芯片電極和基板電極之間是原子級連接，非常有助于大功率芯片的散熱，但是在研制的過程中發(fā)現(xiàn)，使用電磁脈沖焊接方式鍵合時(shí)，芯片電極和基板電極對準(zhǔn)精度成為影響封裝效率和成品的關(guān)鍵因素。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的是為了解決現(xiàn)有技術(shù)中芯片電極與基板電極對準(zhǔn)精度較差、基板上凸點(diǎn)存在間距限制且成本過高的缺陷，提供一種芯片電極與基板電極對準(zhǔn)精度更高，且成本較低的倒裝芯片的封裝方法及裝置。
[0007]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案:
[0008]一種倒裝芯片的封裝方法，其特點(diǎn)在于，其包括有以下步驟:
[0009]S1、將一芯片與一基板鍵合，其中，所述芯片包括有至少兩個(gè)電極，所述電極之間包括有至少一用于隔絕所述電極之間電連接的絕緣區(qū)域，所述基板包括有至少一導(dǎo)電區(qū)域，在所述芯片和所述基板鍵合后，所述電極之間通過所述導(dǎo)電區(qū)域電連接；
[0010]S2、從所述導(dǎo)電區(qū)域與所述絕緣區(qū)域重疊的區(qū)域?qū)⑺鰧?dǎo)電區(qū)域分離形成若干個(gè)相互絕緣的導(dǎo)電分區(qū)。
[0011 ] 此處，現(xiàn)有技術(shù)通常在用于倒裝的芯片的電極上都會(huì)植入若干個(gè)金屬的凸點(diǎn)，然后再將植入有凸點(diǎn)的一面對準(zhǔn)基板上的電極進(jìn)行鍵合，精度受到凸點(diǎn)間距的限制。本發(fā)明的方案中，由于在基板上設(shè)置有導(dǎo)電區(qū)域，導(dǎo)電區(qū)域在芯片與基板鍵合后覆蓋了芯片的電極之間的絕緣區(qū)域，使得在鍵合過程中對精度的要求大幅降低(因?yàn)樾酒贤裹c(diǎn)與基板的電極之間的點(diǎn)對點(diǎn)以及芯片與基板上的絕緣區(qū)域的對準(zhǔn)的方式對精度要求非常高)。另外，在鍵合后由于芯片的電極之間通過基板上的導(dǎo)電區(qū)域電連接，需要沿著芯片上的電極之間的絕緣區(qū)域，將芯片的電極之間的電連接切斷，因此可以選擇導(dǎo)電區(qū)域與芯片的絕緣區(qū)域重疊的區(qū)域上的線段，沿著這些線段將導(dǎo)電區(qū)域分離成與芯片的電極一一對應(yīng)的若干個(gè)相互絕緣的導(dǎo)電分區(qū)。
[0012]也就是說，由于需要降低芯片與基板鍵合時(shí)相互對準(zhǔn)的精度要求，而將芯片上的絕緣區(qū)域與基板上的絕緣區(qū)域相互對準(zhǔn)對精度的要求較高，本發(fā)明的方案無視基板上的絕緣區(qū)域，直接在基板上設(shè)置導(dǎo)電區(qū)域覆蓋芯片上的絕緣區(qū)域。這樣一來，鍵合時(shí)的精度要求被大大降低，但是帶來的副作用是芯片的電極之間會(huì)存在電連接，無法使用。為了消除這一副作用，在鍵合后，需要將芯片的電極之間的電連接切斷。換言之，切斷芯片的電極之間的電連接所需要的切割/阻斷的精度相對于芯片上的絕緣區(qū)域與基板上的絕緣區(qū)域的對準(zhǔn)的精度(也可以理解為基板電極和芯片電極對準(zhǔn)精度)更容易達(dá)到。
[0013]此外，還可以本方案還可以理解為選用單一電極的基板與芯片鍵合后，再將基板的單一電極分離為若干個(gè)與芯片的電極--對應(yīng)的鍵合的電極。
[0014]較佳的，所述基板為單層金屬基板。
[0015]較佳的，所述基板為多層金屬基板。
[0016]也就是說，使用金屬制成的基板，則整個(gè)基板都是導(dǎo)電區(qū)域。且金屬制成的基板相對于現(xiàn)有技術(shù)的陶瓷基板，具有散熱快的優(yōu)點(diǎn)。
[0017]較佳的，所述S2為:使用激光將所述導(dǎo)電區(qū)域與所述絕緣區(qū)域重疊的區(qū)域切割，使得所述導(dǎo)電區(qū)域分割形成若干個(gè)相互絕緣的導(dǎo)電分區(qū)。
[0018]激光束加工(LBM，Laser Beam Machining)是利用能量密度很高的激光束使工件材料熔化、汽化和蒸發(fā)而予以去除的高能束加工。激光是單色光，強(qiáng)度高、相干性和方向性好，通過一系列的光學(xué)系統(tǒng)，可將激光束聚焦成光斑直徑小到幾微米、能量密度高達(dá)108?109W/cm2，并能在千分之幾秒甚至更短的時(shí)間內(nèi)使任何可熔化、不可分解的材料熔化、蒸發(fā)、汽化而達(dá)到加工的目的。激光束加工主要用于打孔、切割、焊接和表面處理等材料成形和改性等一系列加工工藝中。在過去二十多年時(shí)間里，激光束加工技術(shù)得到了異常迅速的發(fā)展，而且得到了廣泛的工業(yè)應(yīng)用。
[0019]此處，激光切割更容易達(dá)到一個(gè)較高的精度，或者說，激光切割達(dá)到一個(gè)較高精度的成本相對于增加芯片貼片鍵合的對準(zhǔn)精度所增加的成本要低很多。而切割形成相互絕緣的導(dǎo)電分區(qū)，旨在斷開芯片的電極之間的電連接。
[0020]較佳的，所述S2為:
[0021]以機(jī)械磨削或切割的方式將所述導(dǎo)電區(qū)域與所述絕緣區(qū)域重疊的區(qū)域切割，使得所述導(dǎo)電區(qū)域分割形成若干個(gè)相互絕緣的導(dǎo)電分區(qū)。
[0022]此處，采用機(jī)械磨削或切割的方式也是可行的。
[0023]較佳的，所述S2為:
[0024]采用顯影的方式將所述導(dǎo)電區(qū)域與所述絕緣區(qū)域重疊的區(qū)域腐蝕，暴露所述絕緣區(qū)域，使得所述導(dǎo)電區(qū)域分離形成若干個(gè)相互絕緣的導(dǎo)電分區(qū)。
[0025]此處，還可以使用如顯影等方式，將基板與芯片鍵合后在基板上涂抹防腐蝕的圖層，并暴露導(dǎo)電區(qū)域與芯片上的絕緣區(qū)域重疊的位置，在腐蝕掉導(dǎo)電區(qū)域與芯片上的絕緣區(qū)域重疊的位置上的導(dǎo)體后，芯片的電極之間的電連接也可以斷開。
[0026]較佳的，所述導(dǎo)電區(qū)域上開設(shè)有至少一通槽，所述通槽用于暴露所述芯片與所述基板的鍵合的一面的上的圖形識別特征。
[0027]此處，由于進(jìn)行機(jī)械切割或激光切割基板時(shí)，需要對芯片上的絕緣區(qū)域的位置進(jìn)行精確定位，因此設(shè)置通槽后，從基板未鍵合芯片的一面，可以使用圖形識別技術(shù)，在通槽的位置對芯片上的圖形識別特征進(jìn)行辨識。例如，當(dāng)絕緣區(qū)域?yàn)橐粭l細(xì)直線時(shí)，可以設(shè)置兩個(gè)通槽分別暴露該細(xì)直線的一段以供圖形識別，也可以通過通槽暴露芯片上其他位置上的圖形識別點(diǎn)，間接的將絕緣區(qū)域的位置定位。
[0028]本發(fā)明還涉及一種倒裝芯片的封裝裝置，其包括有一將芯片鍵合于一基板的鍵合裝置，其特點(diǎn)在于，所述倒裝芯片的封裝裝置使用如上所述的倒裝芯片的封裝方法，所述芯片包括有至少兩個(gè)電極，所述電極之間包括有至少一用于隔絕所述電極之間電連接的絕緣區(qū)域，所述基板包括有至少一導(dǎo)電區(qū)域，在所述芯片和所述基板鍵合后，所述電極之間通過所述導(dǎo)電區(qū)域電連接；
[0029]此處，鍵合裝置可以是采用共晶或者回流焊等工藝的裝置，由于共晶或回流焊等工藝為現(xiàn)有技術(shù)的常用手段，此處不再贅述。
[0030]所述倒裝芯片的封裝裝置還包括有一用于從所述導(dǎo)電區(qū)域與所述絕緣區(qū)域重疊的區(qū)域?qū)⑺鰧?dǎo)電區(qū)域分離形成若干個(gè)相互絕緣的導(dǎo)電分區(qū)的分離裝置。
[0031]較佳的，所述分離裝置用于使用激光將所述導(dǎo)電區(qū)域與所述絕緣區(qū)域重疊的區(qū)域切割，使得所述導(dǎo)電區(qū)域分割形成若干個(gè)相互絕緣的導(dǎo)電分區(qū)。
[0032]較佳的，所述分離裝置用于以機(jī)械磨削或切割的方式將所述導(dǎo)電區(qū)域與所述絕緣區(qū)域重疊的區(qū)域切割，使得所述導(dǎo)電區(qū)域分割形成若干個(gè)相互絕緣的導(dǎo)電分區(qū)。
[0033]本發(fā)明的積極進(jìn)步效果在于:通過在基板上設(shè)置導(dǎo)電區(qū)域同時(shí)與芯片上的所有電極鍵合，再將該導(dǎo)電區(qū)域分離形成與芯片上的電極一一對應(yīng)的鍵合且相互絕緣的導(dǎo)電分區(qū)，以較低成本解決