一種半導體器件的圓片級封裝方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種半導體器件的圓片級封裝方法，屬于半導體封裝【技術(shù)領(lǐng)域】。其工藝流程如下：取硅晶圓片；采用圓片級硅基轉(zhuǎn)接板工藝在硅晶圓片上完成絕緣層、導電電極、硅通孔、再布線金屬層等的排布，并為LED芯片預(yù)留倒裝區(qū)域；LED芯片倒裝至倒裝區(qū)域；形成覆蓋LED芯片的透光層，并將透光層的表面進行粗化處理；將完成封裝工藝的硅晶圓片切割成單顆半導體器件的封裝體。本發(fā)明利用圓片級硅基轉(zhuǎn)接板工藝和表面粗化工藝形成了同等尺寸芯片的封裝結(jié)構(gòu)尺寸更小、熱阻值更低、成本更低而亮度更高的半導體器件的封裝結(jié)構(gòu)的圓片級封裝方法。
【專利說明】一種半導體器件的圓片級封裝方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種半導體器件的圓片級封裝方法，屬于半導體封裝【技術(shù)領(lǐng)域】。

【背景技術(shù)】
[0002]諸如發(fā)光二極管(Lighlt-Emitting D1de,簡稱LED)的發(fā)光元件芯片是通過PN結(jié)形成發(fā)光源來發(fā)射各種顏色的光的半導體器件。隨著電子技術(shù)的發(fā)展，LED電子產(chǎn)品的封裝密度要求越來越高。理論上，當封裝基板厚度越小，相應(yīng)的封裝熱阻值越小，LED芯片工作時候的節(jié)點溫度越低，芯片的電光轉(zhuǎn)化效率就越高，LED芯片的亮度就越高。
[0003]因此，在一定意義上，小型化與低熱阻值是在保證LED芯片高亮度的情況下對市場低成本要求的不懈追求。傳統(tǒng)的陶瓷基板與引線框架的LED封裝結(jié)構(gòu)，其在封裝尺寸上受基板制造能力的限制，在LED封裝小型化方面難以取得突破，傳統(tǒng)封裝面積與LED芯片面積的橫截面比在2:1以上，從而導致封裝成本難以下調(diào)，而其熱阻值在8-15°C /ff (差異源于基板導熱系數(shù)的不同)，電光轉(zhuǎn)化效率大致在25%至45%。因此以陶瓷封裝與引線框架為代表的傳統(tǒng)封裝形式難以實現(xiàn)小型化、低熱阻值、高亮度、低成本此四者的兼顧。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于克服上述傳統(tǒng)半導體器件的封裝不足，提供一種同等尺寸芯片的封裝結(jié)構(gòu)尺寸更小、熱阻值更低、成本更低而亮度更高的半導體器件的圓片級封裝結(jié)構(gòu)的封裝方法。
[0005]本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的:
本發(fā)明一種半導體器件的圓片級封裝方法，其工藝過程如下:
步驟一、取娃晶圓片，所述娃晶圓片的正面沉積一絕緣層；
步驟二、順次通過濺射、光刻、電鍍金屬工藝，在硅晶圓片的正面完成陣列排布的導電電極組，所述導電電極組的端部為導電電極的輸入/輸出端，所述導電電極的輸入/輸出端的余下區(qū)域為預(yù)留的芯片的倒裝區(qū)域；
步驟三、在完成導電電極組的硅晶圓片的正面通過粘合劑臨時鍵合載體圓片；
步驟四、上下180°翻轉(zhuǎn)完成臨時鍵合的硅晶圓片，并減薄硅晶圓片的背面形成減薄面，硅基襯底的厚度hi減至200微米以下；
步驟五、在對應(yīng)導電電極的輸入/輸出端處，在減薄面上順次通過光刻、干法刻蝕工藝由上而下刻蝕硅晶圓片，形成硅通孔；
步驟六、在硅通孔內(nèi)和減薄面的表面沉積另一絕緣層；
步驟七、通過激光工藝或干法刻蝕工藝在硅通孔底部開設(shè)絕緣層開口，露出導電電極；
步驟八、在完成絕緣層開口的絕緣層的表面順次通過濺射、光刻、電鍍工藝形成陣列排布的再布線金屬層，在芯片的倒裝區(qū)域內(nèi)相鄰兩個再布線金屬層彼此絕緣；
步驟九、取LED芯片，將LED芯片倒裝于芯片的倒裝區(qū)域內(nèi)、且LED芯片與芯片的倒裝區(qū)域內(nèi)的各再布線金屬層均連接；
步驟十、在完成芯片倒裝的硅晶圓片的邊緣設(shè)置圍壩，在所述圍壩內(nèi)點入熱固性樹脂并流平，所述熱固性樹脂覆蓋芯片，熱固性樹脂經(jīng)加溫后固化成透光層；
步驟十一、在透光層成形后去除圍壩；
步驟十二、利用表面粗化工藝將透光層的表面進行粗化處理，所述表面粗化工藝是將透光層的上表面通過機械拋磨或激光打點的方法，使得透光層的上表面呈具有微型結(jié)構(gòu)的非光滑面，所述微型結(jié)構(gòu)均勻分布；
步驟十三、采用拆鍵合工藝去除載體圓片和粘合劑，并貼裝至劃片膜上；
步驟十四、將劃片膜上的完成封裝工藝的硅晶圓片切割成獨立的半導體器件的封裝結(jié)構(gòu)的單體，所述硅晶圓片形成單顆的硅基襯底；
所述半導體器件的封裝結(jié)構(gòu)的硅基襯底與LED芯片的橫截面的面積比最小可達1.5:1。
[0006]本發(fā)明在步驟二中，在硅晶圓片的正面完成陣列排布的導電電極組的同時還包括步驟:順次通過濺射、光刻、電鍍金屬工藝，在導電電極之間或者其一側(cè)，且于LED芯片的正下方形成導熱電極。
[0007]進一步地，在步驟二中，所述導電電極與導熱電極的表面通過化學鍍的方法形成先成形鎳層再成形金層的鎳金層或通過化學鍍的方法形成錫層。
[0008]進一步地，在步驟二中，所述導電電極的輸入/輸出端設(shè)置于LED芯片的正負電極的長端外側(cè)、短端外側(cè)、對角線的外延側(cè)的一種或任意幾種的組合。
[0009]本發(fā)明在步驟四中，所述硅基襯底的厚度hi減至70?100微米。
[0010]本發(fā)明在步驟五中，所述硅通孔開設(shè)于LED芯片的垂直區(qū)域之外，其縱截面呈倒梯形，且其大口端朝向LED芯片、小口端朝向?qū)щ婋姌O，所述硅通孔的小口端的口徑不小于20微米。
[0011]本發(fā)明在步驟九中，將所述LED芯片倒裝于芯片的倒裝區(qū)域內(nèi)、且LED芯片與芯片的倒裝區(qū)域內(nèi)的各再布線金屬層均連接之前還包括步驟:所述LED芯片的正負電極與再布線金屬層之間電鍍或化學鍍金屬塊。
[0012]本發(fā)明所述金屬塊的靠近LED芯片的正負電極的一端通過電鍍的方法形成金屬錫或錫合金。
[0013]本發(fā)明在步驟十中，在所述圍壩內(nèi)點入熱固性樹脂之前還包括步驟:在所述LED芯片的出光面涂覆熒光物質(zhì)。
[0014]進一步地，在步驟十中，所述熱固性樹脂為硅膠。
[0015]本發(fā)明的有益效果是:
1、本發(fā)明采用圓片級硅基轉(zhuǎn)接板工藝在硅晶圓片上完成絕緣層、導電電極、硅通孔、再布線金屬層等的排布，并為LED芯片預(yù)留倒裝區(qū)域，實現(xiàn)了同等尺寸芯片的封裝結(jié)構(gòu)尺寸更小，達到封裝面積與芯片面積的橫截面比最小至1.5:1，而傳統(tǒng)封裝面積與LED芯片面積的橫截面比在2:1以上，顯著減小了封裝結(jié)構(gòu)的尺寸，同時降低了生產(chǎn)成本，符合封裝結(jié)構(gòu)的小型化發(fā)展趨勢。
[0016]2、本發(fā)明的封裝方法實現(xiàn)的封裝結(jié)構(gòu)將硅通孔設(shè)置于LED芯片的垂直區(qū)域之外，而在其背面設(shè)置延展面積和設(shè)置位置占優(yōu)勢的導熱電極，有效地解決了半導體器件LED芯片的封裝結(jié)構(gòu)的可靠性和散熱問題，降低了熱阻值；同時，進一步減薄了硅基本體的厚度，減小了封裝結(jié)構(gòu)的厚度，也有助于降低熱阻值；并對透光層采用表面粗化工藝，因此本發(fā)明的半導體器件的亮度得到了顯著提高。
[0017]

【專利附圖】

【附圖說明】
圖1為本發(fā)明一種半導體器件的圓片級封裝方法的流程圖；
圖2-1為本發(fā)明一種小型的LED封裝結(jié)構(gòu)的實施例一的俯視(正面)不意圖；
圖2-2為圖2-1的A-A劑面不意圖；
圖2-3為圖2-1的B-B劑面不意圖；
圖2-4至圖2-9為圖2-2的仰視(背面)不意圖；
圖2-10為圖2-2的變形示意圖；
圖2A至圖20為本發(fā)明實施例一的封裝方法的流程示意圖；
圖3-1為本發(fā)明一種小型的LED封裝結(jié)構(gòu)的實施例二的俯視(正面)示意圖；
圖3-2為圖3-1的仰視(背面)不意圖；
圖3-3為圖3-1的變形的仰視(背面)不意圖；
圖4-1為本發(fā)明一種小型的LED封裝結(jié)構(gòu)的實施例三的俯視(正面)示意圖；
圖4-2為圖4-1的C-C劑面不意圖；
圖4-3為圖4-1的仰視(背面)不意圖；
圖4-4為圖4-1的變形一；
圖4-5為圖4-1的變形二 ；
圖5-1為本發(fā)明一種小型的LED封裝結(jié)構(gòu)的實施例四的俯視(正面)示意圖；
圖5-2為圖5-1的仰視(背面)不意圖；
圖6-1為圖5-1的變形；
圖6-2為圖6-1的仰視(背面)不意圖；
其中，硅基襯底I 娃通孔11 絕緣層I 121 大口端1211 絕緣層II 122 小口端1221 凹穴13
再布線金屬層圖案I 21 再布線金屬層圖案II 22 導電電極I 321 導電電極II 322 導熱電極323 金屬塊41、42 LED芯片5 熒光物質(zhì)6 透光層7; 娃晶圓片10 減薄面111 絕緣層I開口 1211 輸入/輸出端3211、3221 芯片的倒裝區(qū)域50 載體圓片81 粘合劑811。
[0018]

【具體實施方式】
[0019]參見圖1，本發(fā)明一種半導體器件的圓片級封裝方法的工藝流程如下:
5101:取娃晶圓片；
5102:采用圓片級硅基轉(zhuǎn)接板工藝在硅晶圓片上完成絕緣層、導電電極、硅通孔、再布線金屬層等的排布，并為LED芯片預(yù)留倒裝區(qū)域；
5103=LED芯片倒裝至倒裝區(qū)域；
5104:形成覆蓋LED芯片的透光層，并將透光層的表面進行粗化處理；
5105:將完成封裝工藝的硅晶圓片切割成單顆半導體器件的封裝體。
[0020]現(xiàn)在將在下文中參照附圖更加充分地描述本發(fā)明，在附圖中示出了本發(fā)明的示例性實施例，從而本公開將本發(fā)明的范圍充分地傳達給本領(lǐng)域的技術(shù)人員。然而，本發(fā)明可以以許多不同的形式實現(xiàn)，并且不應(yīng)被解釋為限制于這里闡述的實施例。
[0021]實施例一，參見圖2-1至圖2-10
半導體器件LED的封裝結(jié)構(gòu)如圖2-2和圖2-3所示，分別為圖2_1的A-A剖面圖和B-B剖面圖。在硅基襯底I的上表面設(shè)置絕緣層I 121、下表面設(shè)置絕緣層II 122，絕緣層I 121和絕緣層II 122的材質(zhì)可以相同，其材質(zhì)包括但不局限于氧化硅薄膜，以使具有半導體性能的硅基襯底I絕緣。絕緣層I 121的上表面為彼此絕緣的再布線金屬層圖案I 21、再布線金屬層圖案II 22，再布線金屬層圖案I 21、再布線金屬層圖案II 22的材質(zhì)一般由金屬銅制成，其最外層為光滑平坦的銀層、鋁層(圖中未示出)等兼具有高反射率和導電性能良好的金屬層，以增強LED封裝產(chǎn)品的光反射強度，提高LED封裝產(chǎn)品的出光亮度。LED芯片5倒裝于再布線金屬層圖案I 21和再布線金屬層圖案II 22的表面且與再布線金屬層圖案
I21和再布線金屬層圖案II 22橫跨連接。LED芯片5帶有正電極51、負電極52，再布線金屬層圖案I 21和再布線金屬層圖案II 22于該LED芯片5的正電極51與負電極52之間分開且彼此絕緣，以避免LED芯片5短路。在正電極51與再布線金屬層圖案I 21之間可以設(shè)置金屬塊I 41,在負電極52與再布線金屬層圖案II 22之間可以設(shè)置金屬塊II 42,金屬塊I 41、金屬塊II 42的材質(zhì)通常為銅，但其材質(zhì)不局限于此。其上兩端設(shè)有焊料金屬(圖中未示出)，通常為金屬錫或錫合金，其厚度不超過5微米，在LED芯片5完成倒裝工藝之后形成錫基金屬間化合物，以增強LED芯片5與再布線金屬層圖案I 21、再布線金屬層圖案
II22之間的連接可靠性。
[0022]金屬塊141、金屬塊II 42的橫截面形狀和大小根據(jù)實際需要確定。通常其橫截面形狀、大小與正電極51、負電極52的橫截面形狀、大小一致。金屬塊I 41與金屬塊II 42的高度一般相等，高度h2的范圍為3?20微米，以高度范圍為7?12微米為佳，以實現(xiàn)其支撐、導熱作用的同時滿足小型化的封裝結(jié)構(gòu)需要。
[0023]在LED芯片5的垂直區(qū)域之外設(shè)置兩個硅通孔11，如圖2_1、圖2_4、圖2_5、圖2_6所示。硅通孔11上下貫穿硅基襯底1、絕緣層I 121和絕緣層II 122，硅通孔11的縱截面呈倒梯形，且其大口端1211朝向絕緣層I 121、小口端1221朝向絕緣層II 122，如圖2-2、圖2-3所示，其小口端1221的口徑不小于20微米，以小口端1221的口徑在30微米左右為佳，以保證連接的電可靠性，同時降低工藝難度，進而降低生產(chǎn)成本。硅通孔11可以設(shè)置于LED芯片5的電極51、負電極52的短端外側(cè)，如圖2_1所示。硅通孔11在LED芯片5的倒裝區(qū)域之外的具體位置根據(jù)實際需要來確定。硅通孔11的內(nèi)壁設(shè)置絕緣層III 123，絕緣層
III123可以是獨立的膜層，如圖2-2所示，材質(zhì)為氧化硅薄膜，但材質(zhì)不局限于此。絕緣層III123可以是絕緣層I 121延伸至硅通孔11內(nèi)的部分，與絕緣層I 121為一體結(jié)構(gòu)。再布線金屬層圖案I 21、再布線金屬層圖案II 22分別向外延伸至同側(cè)的硅通孔11，并沿絕緣層III123的表面覆蓋硅通孔11的內(nèi)壁和沉積于硅通孔11的小口端1221的底部，并在硅通孔11的中央留下一小小的凹穴13。
[0024]硅通孔11也可以設(shè)置在LED芯片5的垂直區(qū)域之內(nèi)，但由于此凹穴13的存在和硅通孔11處各層材質(zhì)的多樣特性及封裝工藝的后續(xù)操作，可能會降低硅通孔11處各層與上下部件(如再布線金屬層、金屬塊、LED芯片5、導電電極)的連接可靠性，尤其是再布線金屬層與LED芯片5或金屬塊、再布線金屬層與導電電極之間的連接可靠性。
[0025]硅基襯底I的絕緣層II 122的下表面設(shè)置導電電極I 321和導電電極II 322，如圖2-1、圖2-3和圖2-4所示。導電電極I 321和導電電極II 322的材質(zhì)包括但不局限于銅，其表面可以但非必要設(shè)置先形成鎳層再形成金層的鎳金層或錫層作為保護層，鎳金層或錫層通過電鍍或化學鍍的方法形成，以防止金屬銅表面氧化并且滿足焊接可靠性的要求。導電電極I 321和導電電極II 322選擇性地覆蓋硅通孔11，并與硅通孔11內(nèi)的再布線金屬層圖案I 21、再布線金屬層圖案II 22通過小口端1221分別連接，導電電極321通過硅通孔11內(nèi)的再布線金屬層圖案I 21與正電極51實現(xiàn)電氣連通，導電電極322通過硅通孔11內(nèi)的再布線金屬層圖案II 22與負電極52實現(xiàn)電氣連通。導電電極I 321和導電電極II 322的形狀一般為大小合適的矩形，以與現(xiàn)有基板匹配，同時降低工藝難度。
[0026]硅基襯底I的上方的透光層7覆蓋并保護LED芯片5，其出光面為表面經(jīng)過粗化處理的平面，如圖2-2的區(qū)域I的放大區(qū)域I (a)、I (b)、I (c)所示。該表面粗化工藝可以使出光面的表面粗糙化，以有效減弱出光過程的全反射效應(yīng)，提升出光效率，進一步提高LED封裝產(chǎn)品的出光亮度。具體地，是在透光層7的出光面布滿密度均勻的微型凹槽，如平行延伸的V形槽(如I (a)所示)、平行延伸的弧形槽(如I (b)所示)等，槽的延伸方向、延伸軌跡(直的或曲的)具有任意性，或者為密度均勻的微型凹坑(如I (c)所示)，但微型結(jié)構(gòu)不限于此，要求粗化處理的密度均勻是為了保證LED的封裝產(chǎn)品的性能(如亮度等光學參數(shù))趨于一致。
[0027]透光層7必須選擇透光性、韌性較好的材質(zhì)，如硅膠、光學級的環(huán)氧樹脂等，以保護LED芯片5，且有利于光線出射。另外，透光層7可以對從LED芯片5發(fā)射的光的方向性或顏色進行調(diào)整。盡管在圖2-2、2-3中透光層7是平坦的，但是本發(fā)明不限于此。透光層7也可以具有各種形狀，例如，凹透鏡和凸透鏡。但透光層7的平坦的出光面可以更好地實現(xiàn)超薄、小型化的設(shè)計目的。透光層7同時填充硅通孔11內(nèi)的凹穴13，由于凹穴13很小，再布線金屬層圖案I 21、再布線金屬層圖案II 22的最外層為增強光線反射的銀層或鋁層，因此凹穴13的存在對整個LED封裝的出光效果不造成影響，即不會留下明顯的光線暗區(qū)，至少肉眼無法辨別。
[0028]為了解決LED封裝產(chǎn)品的散熱問題，硅基襯底I的下表面還可以設(shè)置導熱電極323，其形狀沒有特殊要求，一般制成大小合適的矩形，以降低工藝難度，如圖2-2、圖2-3、圖2-5和圖2-6所示。導熱電極323的材質(zhì)包括但不局限于銅，其表面可以但非必要設(shè)置鎳金層或錫層作為保護層，其中，鎳金層為先形成鎳層再形成金層的兩層結(jié)構(gòu)。該保護層也可通過電鍍或化學鍍的方法形成，以防止金屬銅表面氧化并且滿足焊接可靠性的要求。為了最大限度地發(fā)揮導熱電極323的導熱、散熱功能，導熱電極323以置于LED芯片5的正下方為佳，因為近距離地靠近LED芯片5可以使散熱通道更短，熱阻值更小，散熱性能更穩(wěn)定。具體地,導熱電極323可以設(shè)置于導電電極I 321和導電電極II 322之間，如圖2-5所示；或者設(shè)置于導電電極I 321和導電電極II 322的一側(cè)，如圖2-6所不。通常導熱電極323的延展面積大于導電電極321和/或?qū)щ婋姌O322的延展面積，也可以更好地發(fā)揮其導熱、散熱功能。
[0029]LED芯片5的正電極51、負電極52可以分別對應(yīng)一個硅通孔11，如圖2_1至圖2_6所不，娃通孔11位于正電極51、負電極52的短端外側(cè)的其中一側(cè)。
[0030]LED芯片5的正電極51、負電極52可以分別對應(yīng)兩個硅通孔11，如圖2_7至圖2_9所示。兩個硅通孔11分別位于正電極51、負電極52的短端外側(cè)的其中一側(cè)，該兩個硅通孔11可以并行橫向排列，如圖2-7所示，也可以并行縱向排列，如圖2-8所示，或者可以交錯排列，如圖2-9所示。
[0031]根據(jù)用于形成LED芯片5的化合物半導體材料的不同，該LED芯片5可以發(fā)射藍色光、綠色光或紅色光。而且，LED芯片5也可以發(fā)射沒有顏色的紫外(UV)光。日常生活中，人們更多的是使用白光。為了獲得白光，可以選擇發(fā)藍色光的LED芯片5，并在LED芯片5的出光面涂覆熒光物質(zhì)6，形成對LED芯片5的五個出光面的包覆，熒光物質(zhì)6可以外延至再布線金屬層21、22的上表面，形成對再布線金屬層21、22的部分覆蓋，如圖2_2、圖2_3所示；或者完全覆蓋，同時填充硅通孔11內(nèi)的凹穴13，如圖2-10所示，以適應(yīng)圓片級生產(chǎn)工藝，降低工藝難度。
[0032]熒光物質(zhì)6如:黃色熒光粉，通過藍光激發(fā)黃色熒光粉發(fā)出黃光，進而與LED芯片5所發(fā)的部分藍光混合獲得白光，或者使用黃色熒光粉與少量紅色熒光粉的混合來獲得暖白光，白光或暖白光LED的封裝結(jié)構(gòu)如圖2-2、圖2-10所示。
[0033]透光層7也可以包括熒光粉。可以根據(jù)所需的顏色適當?shù)剡x擇熒光粉，熒光粉可以分散在用于形成透光層7的透光材料中。
[0034]盡管在上述描述中透光層7是單層，但是本發(fā)明不限于此。可替換地，根據(jù)應(yīng)用領(lǐng)域，透光層7可以具有包括兩層或更多層的多層結(jié)構(gòu)。
[0035]該實施例的半導體器件LED的圓片級封裝方法的工藝過程如下:
步驟一、取硅晶圓片，所述硅晶圓片的正面和背面均沉積一氧化硅薄膜材質(zhì)的絕緣層120、122，起絕緣保護作用，如圖2A所示。
[0036]步驟二、順次通過濺射、光刻、電鍍金屬工藝，在硅晶圓片的正面完成陣列排布的導電電極組321、322，所述導電電極組321、322的端部為導電電極的輸入/輸出端3211、3221，所述導電電極的輸入/輸出端3211、3221設(shè)置于LED芯片5的正負電極的短端外側(cè)如圖2A和2A’所示。
[0037]所述導電電極的輸入/輸出端3211、3221的余下區(qū)域為預(yù)留的芯片的倒裝區(qū)域50 ;同時順次通過派射、光刻、電鍍金屬工藝,在導電電極之間或者其一側(cè),且于LED芯片5的正下方形成導熱電極323。所述導電電極與導熱電極323的表面通過化學鍍的方法形成先成形鎳層再成形金層的鎳金層或通過化學鍍的方法形成錫層。
[0038]步驟三、在完成導電電極組的硅晶圓片的正面通過粘合劑811臨時鍵合載體圓片81 ;如圖2B所示。
[0039]步驟四、上下180°翻轉(zhuǎn)完成臨時鍵合的硅晶圓片，并減薄硅晶圓片的背面形成減薄面111，娃基襯底I的厚度hi減至200微米以下,最薄可減至70?100微米，以滿足小型化封裝結(jié)構(gòu)的需要。如圖2C、2D所示。
[0040]步驟五、在對應(yīng)導電電極的輸入/輸出端3211、3221處，在減薄面111上順次通過光刻、干法刻蝕工藝由上而下刻蝕硅晶圓片，形成硅通孔11 ;所述硅通孔11開設(shè)于LED芯片5的垂直區(qū)域之外，其縱截面呈倒梯形，且其大口端1211朝向LED芯片5、小口端1221朝向?qū)щ婋姌O321、322，所述硅通孔11的小口端1221的口徑一般不小于20微米，以降低工藝難度，節(jié)約生產(chǎn)成本。如圖2E所示。
[0041]步驟六、在硅通孔內(nèi)和減薄面111的表面沉積另一絕緣層121 ;如圖2F所示。
[0042]步驟七、通過激光工藝或干法刻蝕工藝在硅通孔11的底部開設(shè)絕緣層開口 1211，露出導電電極的輸入/輸出端3211、3221 ;如圖2G所示。
[0043]步驟八、在完成絕緣層開口 1211的絕緣層121的表面順次通過濺射、光刻、電鍍工藝形成陣列排布的再布線金屬層21、22，在芯片的倒裝區(qū)域50內(nèi)相鄰兩個再布線金屬層21與再布線金屬層22彼此絕緣；如圖2H所示。再布線金屬層I 21、再布線金屬層II 22的最外層濺射銀層或鋁層(圖中未示出)，以提高光線的出射率。并通過電鍍或化學鍍的方法，在正電極51與再布線金屬層圖案I 21之間形成金屬塊I 41，在負電極52與再布線金屬層圖案II 22之間形成金屬塊II 42，如圖21所示。金屬塊I 41、金屬塊II 42的材質(zhì)通常為銅，其上端一般通過電鍍的方法形成厚度不超過5微米的金屬錫或錫合金。
[0044]金屬塊141、金屬塊1141的橫截面形狀和大小根據(jù)實際需要確定。通常其橫截面形狀、大小與正電極51、負電極52的橫截面形狀、大小一致。金屬塊I 41與金屬塊II 42的高度一般相等，高度h2的范圍為3?20微米，以高度范圍h2為7?12微米為佳，以實現(xiàn)其支撐、導熱作用的同時滿足小型化的封裝結(jié)構(gòu)需要。
[0045]步驟九、取LED芯片5，將LED芯片5倒裝于芯片的倒裝區(qū)域50內(nèi)、且LED芯片5與芯片的倒裝區(qū)域50內(nèi)的再布線金屬層I 21與再布線金屬層II 22均連接，在此過程中，金屬塊I 41、金屬塊II 42的上端的不厚的金屬錫或錫合金與相鄰金屬形成錫基金屬間化合物，以增強LED芯片5與再布線金屬層I 21、再布線金屬層II 22之間的連接可靠性；如圖2J所示。
[0046]步驟十、在完成芯片倒裝的硅晶圓片的邊緣設(shè)置足夠高的圍壩9，在所述圍壩9內(nèi)點入硅膠等熱固性樹脂并流平，所述熱固性樹脂覆蓋LED芯片5，熱固性樹脂經(jīng)加溫后固化成透光層7;如圖2K、圖2L所示。圍壩9的材質(zhì)包括但不局限于是硅膠。在所述圍壩9內(nèi)點入硅膠等熱固性樹脂之前還包括步驟:在所述LED芯片5的出光面涂覆熒光物質(zhì)6，如熒光粉與硅膠等膠混合形成的混合膠體；熒光物質(zhì)6也可以整面噴涂，亦可使用網(wǎng)版遮掩噴涂，然后通過晶圓級測試色溫，進行適當?shù)难a粉。
[0047]步驟十一、在透光層7成形后去除圍壩9 ;如圖2M所示。
[0048]步驟十二、利用表面粗化工藝將透光層7的表面進行粗化處理，所述表面粗化工藝是將透光層7的上表面進行機械拋磨，使得拋磨后的透光層7的上表面呈具有均勻分布的微型結(jié)構(gòu)的非光滑面，以提高出光效率，其微型結(jié)構(gòu)如圖2-2所示，如:機械加工頭選擇V形刀頭，通過設(shè)定的進程高速旋轉(zhuǎn)V形刀頭刻劃透光層7的上表面，形成均勻分布的V形槽(如圖2M之圖1I (a)所示)；或者利用激光打點工藝，在透光層7的上表面打制密度均勻的微型凹坑(如圖2M之圖11(c)所示)。表面粗化工藝不限于機械拋磨或激光打點的方法，其他方法，如干法刻蝕、軟膜轉(zhuǎn)印等方法也可實現(xiàn)透光層7的上表面的微型結(jié)構(gòu)，以提高出光效率。
[0049]步驟十三、采用拆鍵合工藝去除載體圓片81和粘合劑811，并貼裝至劃片膜82上；如圖2N所示。
[0050]步驟十四、將劃片膜82上的完成封裝工藝的硅晶圓片切割成單顆半導體器件的封裝體。如圖20所示。
[0051]實施例二
如圖3-1至圖3-3所示，該實施例與實施例一的區(qū)別在于:
LED芯片5的正電極51、負電極52可以分別對應(yīng)兩個硅通孔11，該兩個硅通孔11分別位于正電極51、負電極52的短端外側(cè)，如圖3-1和3-2所示。導電電極I 321和導電電極II 322與正電極51、負電極52平行分布，分別覆蓋正電極51、負電極52同側(cè)的兩個硅通孔11，并與同側(cè)的正電極51、負電極52實現(xiàn)電氣連通。
[0052]LED芯片5的正電極51、負電極52可以分別對應(yīng)兩個以上娃通孔11，再布線金屬層圖案I 21、再布線金屬層圖案II 22作相應(yīng)的調(diào)整來連接硅通孔11。如圖3-3所示。
[0053]該實施例的半導體器件的圓片級封裝方法的工藝過程與實施例一的圓片級封裝方法類似。
[0054]實施例三
如圖4-1至圖4-5所示，該實施例與實施例二、實施例三的區(qū)別在于:
娃通孔11設(shè)置于正電極51、負電極52的長端外側(cè),如圖4-1、圖4-2所不。娃通孔11在LED芯片5的倒裝區(qū)域之外的具體位置根據(jù)實際需要來確定。LED芯片5的正電極51、負電極52可以分別對應(yīng)兩個硅通孔11，再布線金屬層圖案I 21、再布線金屬層圖案II 22可以呈背對背的U字形來分別連通同側(cè)的兩個硅通孔11，兩個硅通孔11可以并排分布，如圖4-4所示，也可以交錯分布。導電電極I 321和導電電極II 322與正電極51、負電極52平行分布，分別覆蓋正電極51、負電極52同側(cè)的兩個娃通孔11,并與同側(cè)的正電極51、負電極52實現(xiàn)電氣連通。
[0055]LED芯片5的正電極51、負電極52可以分別對應(yīng)兩個以上娃通孔11，再布線金屬層圖案I 21、再布線金屬層圖案II 22作相應(yīng)的調(diào)整來連接硅通孔11。如圖4-5所示。
[0056]導熱電極323可以但非必要設(shè)置，如圖4-2、4-3所示。以導熱電極323設(shè)置于LED芯片5的正下方為佳,導電電極I 321和導電電極II 322設(shè)置于導熱電極323的兩側(cè)，導熱電極323的延展面積大于導電電極321和/或?qū)щ婋姌O322的延展面積，以更好地發(fā)揮其導熱、散熱功能，如圖4-3所示。
[0057]該實施例的半導體器件的圓片級封裝方法的工藝過程與實施例一的圓片級封裝方法類似。
[0058]實施例四
如圖5-1至圖5-2所示，該實施例與以上實施例的區(qū)別在于:
硅通孔11可以設(shè)置于對角線的外延側(cè)，如圖5-1所示，硅通孔11在LED芯片5的倒裝區(qū)域之外的具體位置根據(jù)實際需要來確定。再布線金屬層圖案I 21、再布線金屬層圖案
II22可以呈背對背的U字形來分別連通同側(cè)的兩個硅通孔11。導電電極I 321和導電電極II 322與正電極51、負電極52平行分布，分別覆蓋正電極51、負電極52同側(cè)的兩個硅通孔11，并與同側(cè)的正電極51、負電極52實現(xiàn)電氣連通。
[0059]導熱電極323設(shè)置于導電電極I 321和導電電極II 322之間，如圖5-2所示，通常導熱電極323的延展面積大于導電電極321和/或?qū)щ婋姌O322的延展面積，也可以更好地發(fā)揮其導熱、散熱功能。
[0060]該實施例的半導體器件的圓片級封裝方法的工藝過程與實施例一的圓片級封裝方法類似。
[0061]實施例五
如圖6-1至圖6-2所示，該實施例與以上實施例的區(qū)別在于:
硅通孔11可以設(shè)置于正電極51、負電極52的長端外側(cè)、短端外側(cè)、對角線的外延側(cè)的兩種或三種的組合，如圖6-1和圖6-2所示，以增加電信息通道，滿足實際需要。
[0062]該實施例的半導體器件的圓片級封裝方法的工藝過程與實施例一的圓片級封裝方法類似。
[0063]本發(fā)明的硅基襯底I及絕緣層I 121、絕緣層II 122、再布線金屬層、金屬塊采用圓片級硅基轉(zhuǎn)接板工藝形成，因此比傳統(tǒng)的硅基襯底更薄，厚度hi—般可以在200微米以下，甚至可以達到70?100微米。同時，硅基襯底I與LED芯片5的橫截面的面積比最小可達
1.5:1，適用于更小尺寸的LED芯片5封裝，顯著減小了的尺寸，符合LED產(chǎn)品的小型化應(yīng)用趨勢。而其熱阻值大致在3-5°C /W，有效地提高了電光轉(zhuǎn)化效率，因此其亮度遠超同等型號的產(chǎn)品。
[0064]本發(fā)明一種半導體器件LED的封裝結(jié)構(gòu)不限于上述優(yōu)選實施例，LED芯片5的正電極51或負電極52可以對應(yīng)多個金屬塊，在小型化封裝LED芯片5尺寸時，因LED芯片5的尺寸減小，以一個LED芯片5的電極對應(yīng)一個金屬塊為佳，金屬塊與電極的接觸面盡可能大，以利于散熱。
[0065]導電電極的個數(shù)也可以在兩個以上，以增加封裝的靈活性和使用的方便性。
[0066]因此，任何本領(lǐng)域技術(shù)人員在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實質(zhì)對以上實施例所作的任何修改、等同變化及修飾，均落入本發(fā)明權(quán)利要求所界定的保護范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種半導體器件的圓片級封裝方法，其工藝過程如下: 步驟一、取娃晶圓片，所述娃晶圓片的正面沉積一絕緣層； 步驟二、順次通過濺射、光刻、電鍍金屬工藝，在硅晶圓片的正面完成陣列排布的導電電極組，所述導電電極組的端部為導電電極的輸入/輸出端，所述導電電極的輸入/輸出端的余下區(qū)域為預(yù)留的芯片的倒裝區(qū)域(50)； 步驟三、在完成導電電極組的硅晶圓片的正面通過粘合劑臨時鍵合載體圓片； 步驟四、上下180°翻轉(zhuǎn)完成臨時鍵合的硅晶圓片，并減薄硅晶圓片的背面形成減薄面(111)，硅基襯底(I)的厚度hi減至200微米以下； 步驟五、在對應(yīng)導電電極的輸入/輸出端處，在減薄面(111)上順次通過光刻、干法刻蝕工藝由上而下刻蝕硅晶圓片，形成硅通孔； 步驟六、在娃通孔內(nèi)和減薄面(111)的表面沉積另一絕緣層； 步驟七、通過激光工藝或干法刻蝕工藝在硅通孔底部開設(shè)絕緣層開口，露出導電電極； 步驟八、在完成絕緣層開口的絕緣層的表面順次通過濺射、光刻、電鍍工藝形成陣列排布的再布線金屬層，在芯片的倒裝區(qū)域(50)內(nèi)相鄰兩個再布線金屬層彼此絕緣； 步驟九、取LED芯片(5)，將LED芯片(5)倒裝于芯片的倒裝區(qū)域(50)內(nèi)、且LED芯片(5)與芯片的倒裝區(qū)域(50)內(nèi)的各再布線金屬層均連接； 步驟十、在完成芯片倒裝的硅晶圓片的邊緣設(shè)置圍壩(9)，在所述圍壩(9)內(nèi)點入熱固性樹脂并流平，所述熱固性樹脂覆蓋芯片，熱固性樹脂經(jīng)加溫后固化成透光層(7); 步驟十一、在透光層(7)成形后去除圍壩(9); 步驟十二、利用表面粗化工藝將透光層(7)的表面進行粗化處理，所述表面粗化工藝是將透光層(7)的上表面通過機械拋磨或激光打點的方法，使得透光層(7)的上表面呈具有微型結(jié)構(gòu)的非光滑面，所述微型結(jié)構(gòu)均勻分布； 步驟十三、采用拆鍵合工藝去除載體圓片和粘合劑，并貼裝至劃片膜上； 步驟十四、將劃片膜上的完成封裝工藝的硅晶圓片切割成獨立的半導體器件的封裝結(jié)構(gòu)的單體，所述硅晶圓片形成單顆的硅基襯底(I)； 所述半導體器件的封裝結(jié)構(gòu)的硅基襯底(I)與LED芯片(5)的橫截面的面積比最小可達 1.5:1。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導體器件的圓片級封裝方法，其特征在于:在步驟二中，在硅晶圓片的正面完成陣列排布的導電電極組的同時還包括步驟:順次通過濺射、光刻、電鍍金屬工藝，在導電電極之間或者其一側(cè)，且于LED芯片(5)的正下方形成導熱電極(323)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的半導體器件的圓片級封裝方法，其特征在于:在步驟二中，所述導電電極與導熱電極(323)的表面通過化學鍍的方法形成先成形鎳層再成形金層的鎳金層或通過化學鍍的方法形成錫層。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的半導體器件的圓片級封裝方法，其特征在于:在步驟二中，所述導電電極的輸入/輸出端設(shè)置于LED芯片(5)的正負電極的長端外側(cè)、短端外側(cè)、對角線的外延側(cè)的一種或任意幾種的組合。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的半導體器件的圓片級封裝方法，其特征在于:在步驟四中，所述硅基襯底(I)的厚度hi減至70?100微米。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的半導體器件的圓片級封裝方法，其特征在于:在步驟五中，所述硅通孔(11)開設(shè)于LED芯片(5)的垂直區(qū)域之外，其縱截面呈倒梯形，且其大口端(1211)朝向LED芯片(5)、小口端(1221)朝向?qū)щ婋姌O，所述硅通孔(11)的小口端(1221)的口徑不小于20微米。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的半導體器件的圓片級封裝方法，其特征在于:在步驟九中，將所述LED芯片(5)倒裝于芯片的倒裝區(qū)域(50)內(nèi)、且LED芯片(5)與芯片的倒裝區(qū)域(50)內(nèi)的各再布線金屬層均連接之前還包括步驟:所述LED芯片(5)的正負電極與再布線金屬層之間電鍍或化學鍍金屬塊。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的半導體器件的圓片級封裝方法，其特征在于:所述金屬塊的靠近LED芯片(5)的正負電極的一端通過電鍍的方法形成金屬錫或錫合金。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的半導體器件的圓片級封裝方法，其特征在于:在步驟十中，在所述圍壩(9)內(nèi)點入熱固性樹脂之前還包括步驟:在所述LED芯片(5)的出光面涂覆熒光物質(zhì)(6)。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的半導體器件的圓片級封裝方法，其特征在于:在步驟十中，所述熱固性樹脂為硅膠。
【文檔編號】H01L33/00GK104465973SQ201410673365
【公開日】2015年3月25日 申請日期:2014年11月21日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月21日
【發(fā)明者】張黎, 賴志明, 陳棟, 陳錦輝 申請人:江陰長電先進封裝有限公司