微機電系統(tǒng)晶圓級封裝結(jié)構(gòu)的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種微機電系統(tǒng)晶圓級封裝結(jié)構(gòu)，包括晶圓、光學(xué)玻璃和環(huán)氧樹脂圓片，該晶圓其中一個側(cè)面上規(guī)律的排布若干個芯片，環(huán)氧樹脂圓片上對應(yīng)晶圓的每個芯片位置處分別形成一通孔，該環(huán)氧樹脂圓片的兩個相對側(cè)面分別與光學(xué)玻璃的一個側(cè)面和晶圓的設(shè)有芯片的一個側(cè)面對應(yīng)壓合形成一體，且壓合時晶圓上的芯片分別對應(yīng)環(huán)氧樹脂圓片上的通孔。該微機電系統(tǒng)晶圓級封裝結(jié)構(gòu)采用玻璃纖維環(huán)氧樹脂覆銅板耐燃材料在晶圓級封裝中對芯片進行氣密腔體覆封保護，能夠有效克服一定粘度的液態(tài)光致阻焊劑材料因曝光、顯影工藝流程對IC面造成的顆粒、溢膠污染與鍵合不良，以及后續(xù)制程中因光致阻焊劑材料因素產(chǎn)生的裂紋、剝離、斷短路等不良問題。
【專利說明】微機電系統(tǒng)晶圓級封裝結(jié)構(gòu)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及一種微機電系統(tǒng)晶圓級封裝結(jié)構(gòu)，主要應(yīng)用于半導(dǎo)體、微電子、微機電系統(tǒng)領(lǐng)域晶圓級(含硅通孔TSV)封裝技術(shù)產(chǎn)品中對晶圓IC面進行氣密腔體覆封保護。
【背景技術(shù)】
[0002]目前，在半導(dǎo)體領(lǐng)域的晶圓級(含硅通孔TSV)封裝過程中，對晶圓IC面進行腔體覆封保護時，普遍采用具有一定粘度的綠油材料，通過對該綠油進行粘度調(diào)配、攪拌后涂布于光學(xué)玻璃上，然后經(jīng)曝光、顯影、烘烤等方式在光學(xué)玻璃上形成40微米左右高的腔體，最后通過滾膠、對位、鍵合技術(shù)將晶圓IC與上述腔體對合形成對晶圓IC面的覆封保護。但這種方法有較大的局限性:首先，綠油在粘度調(diào)配上有一定的要求，一般需靜止四天且粘度達到要求后方可使用，且四天后需及時在規(guī)定的時段內(nèi)用掉，否則會因粘度或成分變化造成不良而不得不放棄使用，造成較大的材料浪費；其次，綠油需要四天的準備時間，造成封裝周期長，很難滿足客戶交期需求；再者，綠油在曝光、顯影、烘烤過程中，不可避免的造成顆粒污染比例較高，影響成品的良率；另外，在上述封裝過程中，由于應(yīng)用綠油材料制作的腔體厚度因綠油材料本身性質(zhì)、腔體制造工藝難管控等原因，腔體表面會凸凹不平，有一至十多個微米的刺狀凸起，這些會影響腔體與晶圓鍵合的結(jié)合力，同時綠油本身的特性使得在后續(xù)工藝過程中，難以應(yīng)對鍵合后工藝加工如研磨減薄過程產(chǎn)生的機械應(yīng)力及多步驟烘烤帶來的漲縮，造成裂紋、翹曲、剝離、滲水、溢膠、斷短路不良問題發(fā)生；最后，隨著晶圓朝12英寸等大尺寸方向的發(fā)展，在晶圓級(含硅通孔TSV)封裝芯片多功能封裝的要求越來越高的趨勢下，現(xiàn)有技術(shù)條件下作業(yè)面臨多種問題，如顯影不潔、顆粒污染、晶圓翹曲(warpage)斷短路問題等，而避開不良問題極其困難，從而直接影響產(chǎn)量及良率，使得生產(chǎn)工藝面臨困境，良率成本優(yōu)勢不再，從而制約公司產(chǎn)品的競爭力。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]為了克服上述缺陷，本實用新型提供了一種微機電系統(tǒng)晶圓級封裝結(jié)構(gòu)，采用玻璃纖維環(huán)氧樹脂覆銅板耐燃材料(FR-4或FR4)在晶圓級封裝中對芯片(IC)進行氣密腔體覆封保護，能夠有效克服一定粘度的液態(tài)光致阻焊劑(俗稱綠油)材料因曝光、顯影工藝流程對IC面造成的顆粒、溢膠污染與鍵合不良，以及后續(xù)制程中因光致阻焊劑(俗稱綠油)材料因素產(chǎn)生的裂紋、剝離、斷短路等不良問題。
[0004]本實用新型為了解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是:一種微機電系統(tǒng)晶圓級封裝結(jié)構(gòu)，包括晶圓，該晶圓具有兩個相對的側(cè)面，其中一個側(cè)面上規(guī)律的排布若干個芯片，所述封裝結(jié)構(gòu)還包括光學(xué)玻璃和環(huán)氧樹脂圓片，所述環(huán)氧樹脂圓片上對應(yīng)所述晶圓的每個芯片位置處分別形成一通孔，該環(huán)氧樹脂圓片的兩個相對側(cè)面分別與所述光學(xué)玻璃的一個側(cè)面和晶圓的設(shè)有芯片的一個側(cè)面對應(yīng)壓合形成一體，且壓合時所述晶圓上的芯片分別對應(yīng)所述環(huán)氧樹脂圓片上的通孔。
[0005]作為本實用新型的進一步改進，所述光學(xué)玻璃和環(huán)氧樹脂圓片均與所述晶圓的外形大小一致。
[0006]作為本實用新型的進一步改進，在所述環(huán)氧樹脂圓片的兩個相對側(cè)面與所述光學(xué)玻璃和晶圓之間分別涂覆粘結(jié)劑后對應(yīng)壓合形成一體。
[0007]作為本實用新型的進一步改進，所述環(huán)氧樹脂圓片為玻璃纖維環(huán)氧樹脂覆銅板耐熱材料制成。
[0008]作為本實用新型的進一步改進，所述環(huán)氧樹脂圓片上的通孔采用激光打孔形成。
[0009]本實用新型的有益效果是:
[0010]本發(fā)明采用的環(huán)氧樹脂材料比原光致阻焊劑(俗稱綠油)材料具有以下優(yōu)點:該環(huán)氧樹脂材料來源是市場上常見的銷售材料，并可采取普通裁切方式加工成匹配需要的8英寸或12英寸晶圓尺寸樣式，或由供應(yīng)商供應(yīng)裁切好的尺寸，更有利于節(jié)省材料、加工時間及方便保管與隨時使用；本發(fā)明通過材料裁切成形、材料打孔均在來料時即可按要求加工好或在普通工作區(qū)域自加工，減少了原綠油工藝曝光、顯影工藝流程對IC面造成的顆粒、涂膠及鍵合時造成的溢膠、無膠或鍵合不良，后續(xù)制程減薄、回流焊、切割時造成的裂紋、剝離、斷短路、滲水等不良項目，這些不良項目是晶圓級(含硅通孔TSV)封裝或晶圓級芯片封裝中影響品質(zhì)、良率的主要不良項目；本發(fā)明還可以減少后制程加工的難度，提升產(chǎn)品良率，進一步降低運作成本，滿足準時交貨的要求，滿足客戶日益增加的多功能芯片封裝的要求；因此本發(fā)明可以適應(yīng)大尺寸晶圓如八寸、十二英寸以及大芯片尺寸的晶圓級封裝技術(shù)要求。
[0011]同時，由于玻璃纖維環(huán)氧樹脂覆銅板耐燃材料(簡稱FR-4或FR4)的可得性及能在現(xiàn)有設(shè)備上進行作業(yè)，又不添加新的設(shè)備，減少了工藝步驟，縮短了制作時間，滿足了晶圓級封裝的氣密覆封要求；提升了準時交貨的要求，降低了設(shè)備成本.減少后制程加工的難度，可以提升產(chǎn)品良率，對芯片的功能沒有不良影響，對客戶及企業(yè)成本均有所降低；滿足客戶日益增加的多功能芯片封裝的要求，降低運作成本，提高了產(chǎn)品的競爭力。
[0012]總之，本發(fā)明采用的環(huán)氧樹脂材料還具有成本低，經(jīng)濟環(huán)保，無污染，宜處理，可得性好，市場有售此工藝原材料，較原工藝有較好的穩(wěn)定性.是目前及以后發(fā)展的方向.【專利附圖】

【附圖說明】
[0013]圖1為本實用新型實施例所述晶圓剖面結(jié)構(gòu)示意圖；
[0014]圖2為本實用新型實施例所述光學(xué)玻璃剖面結(jié)構(gòu)示意圖；
[0015]圖3為本實用新型實施例所述環(huán)氧樹脂剪切前結(jié)構(gòu)示意圖；
[0016]圖4為本實用新型實施例所述環(huán)氧樹脂剪切后結(jié)構(gòu)示意圖；
[0017]圖5為本實用新型實施例所述環(huán)氧樹脂打孔后剖面結(jié)構(gòu)示意圖；
[0018]圖6為本實用新型實施例所述晶圓、環(huán)氧樹脂基板和光學(xué)玻璃對位壓合狀態(tài)結(jié)構(gòu)示意圖；
[0019]圖7為本實用新型所述健合后晶圓封裝結(jié)構(gòu)不意圖。
[0020]結(jié)合附圖，作以下說明:
[0021]1-晶圓；11-1C ；
[0022]2——環(huán)氧樹脂圓片；21——通孔；
[0023]3—光學(xué)玻璃；20—環(huán)氧樹脂基板?！揪唧w實施方式】
[0024]結(jié)合附圖，對本實用新型作詳細說明，但本實用新型的保護范圍不限于下述實施例，即但凡以本實用新型申請專利范圍及說明書內(nèi)容所作的簡單的等效變化與修飾，皆仍屬本實用新型專利涵蓋范圍之內(nèi)。
[0025]一種微機電系統(tǒng)晶圓級封裝結(jié)構(gòu)的封裝方法，包括以下步驟:
[0026]首先，準備光學(xué)玻璃3 (如圖2)和環(huán)氧樹脂基板20 (如圖3)，本例中選用的環(huán)氧樹脂基板為玻璃纖維環(huán)氧樹脂覆銅板耐熱材料(簡稱FR-4或FR4)，在選擇時，可根據(jù)晶圓芯片產(chǎn)品的厚度、經(jīng)緯向、及客戶要求或設(shè)計的晶圓尺寸大小及芯片長寬來選擇合適的環(huán)氧樹脂基板，并沿環(huán)氧樹脂基板的經(jīng)緯度方向裁切成(6，8，12英寸)的環(huán)氧樹脂圓片2 (如圖4、5)，并標識經(jīng)緯度方向；然后再根據(jù)晶圓I的芯片11尺寸長寬比例，對環(huán)氧樹脂圓片2進行激光打孔形成適合尺寸的通孔21 (如圖6)，該通孔21位置與晶圓上的芯片11位置對應(yīng)，然后通過清洗或清潔氣體吹除掉此環(huán)氧樹脂圓片2的表面顆粒，然后檢測，將經(jīng)緯度方向及打孔過程異常的環(huán)氧樹脂圓片2篩選掉；
[0027]然后，采用中間層粘合劑鍵合的晶圓鍵合方法，在上述環(huán)氧樹脂圓片2上涂膠，與上述光學(xué)玻璃3進行初步鍵合并檢測，將有氣泡或有偏移的環(huán)氧樹脂圓片與光學(xué)玻璃的鍵合物重工處理，正常的環(huán)氧樹脂圓片與光學(xué)玻璃的鍵合物的腔體繼續(xù)進行涂膠并與晶圓進行對位后鍵合(如圖7)，鍵合溫度依據(jù)玻璃纖維環(huán)氧樹脂覆銅板耐燃材料(FR-4或FR4)的玻璃態(tài)轉(zhuǎn)化溫度(Tg)點與晶圓鍵合的壓力要求進行設(shè)定；鍵合后對晶圓芯片進行檢查，防止設(shè)備故障等原因造成偏移或有氣泡等不良問題，并對不良的芯片做好標識。即完成對晶圓芯片的封裝過程，形成如圖7所示的微機電系統(tǒng)晶圓級封裝結(jié)構(gòu)。
[0028]該微機電系統(tǒng)晶圓級封裝結(jié)構(gòu)，包括晶圓1、光學(xué)玻璃3和環(huán)氧樹脂圓片2，該晶圓具有兩個相對的側(cè)面，其中一個側(cè)面上規(guī)律的排布若干個芯片11，環(huán)氧樹脂圓片上對應(yīng)晶圓的每個芯片位置處分別形成一通孔21，該環(huán)氧樹脂圓片的兩個相對側(cè)面分別與光學(xué)玻璃的一個側(cè)面和晶圓的設(shè)有芯片的一個側(cè)面對應(yīng)壓合形成一體，且壓合時所述晶圓上的芯片分別對應(yīng)所述環(huán)氧樹脂圓片上的通孔。
[0029]優(yōu)選的，上述封裝結(jié)構(gòu)中，所述光學(xué)玻璃和環(huán)氧樹脂圓片均與所述晶圓的外形大小一致，在所述環(huán)氧樹脂圓片的兩個相對側(cè)面與所述光學(xué)玻璃和晶圓之間分別涂覆粘結(jié)劑后對應(yīng)壓合形成一體，所述環(huán)氧樹脂圓片為玻璃纖維環(huán)氧樹脂覆銅板耐熱材料制成，所述環(huán)氧樹脂圓片上的通孔采用激光打孔形成。
[0030]本發(fā)明選擇的環(huán)氧樹脂基板材料是玻璃纖維環(huán)氧樹脂覆銅板耐燃材料(簡稱FR-4或FR4)，為無鹵素(指的是不含有鹵素:氟、溴、碘等元素)的半固化片基材，有一定的熔點即玻璃態(tài)轉(zhuǎn)化溫度(Tg點)(130?210°C)，有耐潮濕性、耐化學(xué)性、耐穩(wěn)定性等特征，在高溫下，特別是在吸濕后受熱下，其材料的機械強度、尺寸穩(wěn)定性、粘接性、吸水性、熱分解性、熱膨脹性比綠油材料好。另外，玻璃纖維環(huán)氧樹脂覆銅板耐燃材料(FR-4或FR4)還有以下優(yōu)點:具有較高的機械性能和介電性能，較好的耐熱性和耐潮性，并有良好的機械加工性，電絕緣性能穩(wěn)定、平整度好、表面光滑、無凹坑、厚度公差標準，適合應(yīng)用于高性能電子絕緣要求的產(chǎn)品；玻璃纖維環(huán)氧樹脂覆銅板耐燃材料(FR-4或FR4)制程特性:(l)FR-4制程壓板熔點(203°C);(2)高抗化性；(3)低損耗系數(shù)(Df0.0025) ； (4)穩(wěn)定和低的介電常數(shù)(Dk2.35)； (5)熱塑性材料；因此在線路導(dǎo)通過程中不影響原有晶圓級芯片封裝的電器特性。
[0031]本發(fā)明通過對玻璃纖維環(huán)氧樹脂覆銅板耐燃材料(FR-4或FR4)裁切成形、打孔、材料整形、玻璃鍵合、晶圓對位、鍵合，形成對晶圓IC面的覆封保護；玻璃纖維環(huán)氧樹脂覆銅板耐燃材料(FR-4或FR4)裁切成形、材料打孔均在來料時即可按要求加工好或在普通工作區(qū)域自加工，材料厚度僅在30?100微米范圍，故芯片總厚度僅增加不到100微米，對后續(xù)流程及回流焊組裝生產(chǎn)不產(chǎn)生影響；玻璃纖維環(huán)氧樹脂覆銅板耐燃材料(FR-4或FR4)可以在同樣尺寸的芯片上達到客戶多線路連接，pad間距更小的設(shè)計要求。所有設(shè)計不需增加制程設(shè)備，僅在原有封裝設(shè)計技術(shù)基礎(chǔ)上，變更一步加工處理工藝即可達到需要的工藝流程.滿足客戶不同設(shè)計上的需求。
[0032]在晶圓級(含硅通孔TSV)封裝或晶圓級芯片封裝技術(shù)中，對晶圓IC面進行氣密腔體覆封保護的方法是通過粘接技術(shù)，粘合劑晶圓鍵合是采用中間層鍵合的一種鍵合方法(如玻璃，聚合物，抗蝕劑，聚酰亞胺)。在光致阻焊劑(俗稱綠油)材料或玻璃纖維環(huán)氧樹脂覆銅板耐燃材料(FR-4或FR4)上涂膠并與晶圓進行對位、在一定溫度及壓力下鍵合形成對對晶圓IC面進行氣密腔體覆封保護的方法；玻璃纖維環(huán)氧樹脂覆銅板耐燃材料(FR-4或FR4)擁有精確溫度和壓力控制，以及鍵合后卓越的均勻性，適用于諸多晶片尺寸，并可降低晶圓級(含硅通孔TSV)封裝或晶圓級芯片封裝的成本；由于鍵合溫度低，鍵合質(zhì)量好，鍵合材料限制少等優(yōu)點在晶圓級(含硅通孔TSV)封裝或晶圓級芯片封裝等領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。
[0033]由于環(huán)氧樹脂材料表面平坦，鍵合后在后制程中的減薄、電沉積、切割、BGA過程時也有較好的抗機械應(yīng)力、化學(xué)侵蝕表現(xiàn)如晶圓減薄時，可以很好的應(yīng)對機械研磨造成的機械應(yīng)力，并防止因晶圓厚度的減少造成的晶圓翹曲，減少曝光及刻蝕時的偏差帶來的找不到對位基準點、曝光不足或曝光過度，顯影不潔、斷短路，過刻蝕或刻蝕未凈等不良，在濺鍍(sputter) /電沉積(plating)過程中有較好的附著性及結(jié)合力，在回流焊(BGA)及切割(saw)時有較好的耐熱膨脹及機械應(yīng)力造成的剝離不良；從而在后續(xù)的客戶信賴性測試中有更優(yōu)異的表現(xiàn)。
【權(quán)利要求】
1.一種微機電系統(tǒng)晶圓級封裝結(jié)構(gòu)，包括晶圓(1)，該晶圓具有兩個相對的側(cè)面，其中一個側(cè)面上規(guī)律的排布若干個芯片(11)，其特征在于:所述封裝結(jié)構(gòu)還包括光學(xué)玻璃(3)和環(huán)氧樹脂圓片(2)，所述環(huán)氧樹脂圓片上對應(yīng)所述晶圓的每個芯片位置處分別形成一通孔(21)，該環(huán)氧樹脂圓片(2)的兩個相對側(cè)面分別與所述光學(xué)玻璃(3)的一個側(cè)面和晶圓的設(shè)有芯片的一個側(cè)面對應(yīng)壓合形成一體，且壓合時所述晶圓上的芯片分別對應(yīng)所述環(huán)氧樹脂圓片上的通孔。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微機電系統(tǒng)晶圓級封裝結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述光學(xué)玻璃(3)和環(huán)氧樹脂圓片(2)均與所述晶圓的外形大小一致。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的微機電系統(tǒng)晶圓級封裝結(jié)構(gòu)，其特征在于:在所述環(huán)氧樹脂圓片(2)的兩個相對側(cè)面與所述光學(xué)玻璃和晶圓之間分別涂覆粘結(jié)劑后對應(yīng)壓合形成一體。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的微機電系統(tǒng)晶圓級封裝結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述環(huán)氧樹脂圓片(2)為玻璃纖維環(huán)氧樹脂覆銅板耐熱材料制成。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的微機電系統(tǒng)晶圓級封裝結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述環(huán)氧樹脂圓片(2)上的通孔采用激光打孔形成。
【文檔編號】B81B7/00GK203582457SQ201320703714
【公開日】2014年5月7日 申請日期:2013年11月8日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月8日
【發(fā)明者】陳闖 申請人:陳闖