半導(dǎo)體芯片封裝結(jié)構(gòu)的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型提供一種半導(dǎo)體芯片封裝結(jié)構(gòu)，包括：半導(dǎo)體芯片，其一面設(shè)置有功能區(qū)；保護(hù)基板，覆蓋所述半導(dǎo)體芯片具有功能區(qū)的一面；支撐結(jié)構(gòu)，位于所述半導(dǎo)體芯片與所述保護(hù)基板之間，所述支撐結(jié)構(gòu)包括多個(gè)首尾相接的支撐臂，所述支撐臂與所述半導(dǎo)體芯片以及所述保護(hù)基板包圍形成密封空腔，所述功能區(qū)位于所述密封空腔內(nèi)；至少一個(gè)支撐臂上具有至少一個(gè)朝向所述功能區(qū)方向延伸的支撐凸壩，本實(shí)用新型通過(guò)設(shè)置支撐凸壩，使得水汽在支撐凸壩的邊角區(qū)域產(chǎn)生漩渦，漩渦與水汽之間發(fā)生碰撞摩擦從而產(chǎn)生能量損失，降低了水汽對(duì)支撐結(jié)構(gòu)的沖擊力，從而有效解決了支撐結(jié)構(gòu)分層開(kāi)裂的問(wèn)題。
【專利說(shuō)明】
半導(dǎo)體芯片封裝結(jié)構(gòu)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本實(shí)用新型涉及半導(dǎo)體技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及半導(dǎo)體芯片的封裝技術(shù)。
【背景技術(shù)】
[0002]晶圓級(jí)芯片尺寸封裝技術(shù)(Wafer Level Chip Size Packaging，WLCSP)是對(duì)整片晶圓進(jìn)行封裝后再切割得到單個(gè)成品芯片的技術(shù)。晶圓級(jí)芯片尺寸封裝技術(shù)順應(yīng)了市場(chǎng)對(duì)微電子產(chǎn)品日益輕、小、短、薄化和低價(jià)化要求，利用晶圓級(jí)芯片尺寸封裝技術(shù)封裝后的芯片尺寸達(dá)到了高度微型化，其封裝并切割之后的芯片尺寸與裸片尺寸幾乎一致，封裝成本隨著芯片尺寸的減小和晶圓尺寸的增大而顯著降低。晶圓級(jí)芯片尺寸封裝技術(shù)是當(dāng)前封裝領(lǐng)域的熱點(diǎn)和未來(lái)發(fā)展的趨勢(shì)。完成封裝以及切割得到的單個(gè)成品芯片需要對(duì)其進(jìn)行信賴性測(cè)試，只有通過(guò)信賴性測(cè)試的成品芯片才能被認(rèn)定為合格的芯片。針對(duì)某些具有敏感器件的半導(dǎo)體芯片，通過(guò)晶圓級(jí)芯片尺寸封裝技術(shù)在半導(dǎo)體芯片上覆蓋保護(hù)基板且在保護(hù)基板與半導(dǎo)體芯片之間形成密閉的密封空腔來(lái)保護(hù)半導(dǎo)體芯片上的敏感器件，避免其受到后續(xù)工藝以及外界環(huán)境的污染而影響半導(dǎo)體器件的性能。密封空腔的形成工藝成為影響封裝良率的關(guān)鍵。
[0003]請(qǐng)同時(shí)參考圖1至圖3，為晶圓級(jí)半導(dǎo)體芯片封裝工藝流程中晶圓與保護(hù)基板對(duì)位壓合之后的結(jié)構(gòu)示意圖，晶圓105上覆蓋有保護(hù)基板100，晶圓105上具有網(wǎng)格狀排列的半導(dǎo)體芯片110，本實(shí)施例中，半導(dǎo)體芯片110為影像傳感芯片，保護(hù)基板100為光學(xué)玻璃，每一半導(dǎo)體芯片110上具有感光區(qū)103，在感光區(qū)103具有光敏感器件，為了保護(hù)感光區(qū)103，避免光敏感器件在后續(xù)的工藝流程中被污染損壞，在晶圓105或者保護(hù)基板100上形成網(wǎng)格狀排列的支撐結(jié)構(gòu)101，每一支撐結(jié)構(gòu)101對(duì)應(yīng)一個(gè)半導(dǎo)體芯片110，利用黏合劑102將晶圓105具有感光區(qū)103的一面與保護(hù)基板100對(duì)位壓合，使感光區(qū)103收容于支撐結(jié)構(gòu)101、晶圓105以及保護(hù)基板100包圍形成的密封空腔104內(nèi)。
[0004]但是，在信賴性測(cè)試中，支撐結(jié)構(gòu)101會(huì)出現(xiàn)分層開(kāi)裂的現(xiàn)象，影響了成品芯片的質(zhì)量，成為本領(lǐng)域技術(shù)人員噬待解決的問(wèn)題。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0005]本實(shí)用新型解決的問(wèn)題是通過(guò)提供一種半導(dǎo)體芯片封裝結(jié)構(gòu)，可以消除支撐結(jié)構(gòu)分層開(kāi)裂的情況，提高半導(dǎo)體芯片封裝結(jié)構(gòu)的質(zhì)量以及信賴性。
[0006]本實(shí)用新型提供一種半導(dǎo)體芯片封裝結(jié)構(gòu)，包括:半導(dǎo)體芯片，其一面設(shè)置有功能區(qū)；保護(hù)基板，覆蓋所述半導(dǎo)體芯片具有功能區(qū)的一面;支撐結(jié)構(gòu)，位于所述半導(dǎo)體芯片與所述保護(hù)基板之間，所述支撐結(jié)構(gòu)包括多個(gè)首尾相接的支撐臂，所述支撐臂與所述半導(dǎo)體芯片以及所述保護(hù)基板包圍形成密封空腔，所述功能區(qū)位于所述密封空腔內(nèi)；至少一個(gè)支撐臂上具有至少一個(gè)朝向所述功能區(qū)方向延伸的支撐凸壩。
[0007]優(yōu)選的，所述支撐凸壩的橫截面為長(zhǎng)方形或者正方形。
[0008]優(yōu)選的，所述支撐凸壩的長(zhǎng)度范圍是100微米至450微米之間。
[0009]優(yōu)選的，所述支撐臂以及所述支撐凸壩的材質(zhì)為感光膠。
[0010]優(yōu)選的，至少一個(gè)支撐臂上設(shè)置至少一個(gè)開(kāi)口，所述開(kāi)口中填充有黏合劑。
[0011]優(yōu)選的，所述密封空腔內(nèi)包括至少一個(gè)支撐柱。
[0012]優(yōu)選的，所述支撐臂以及所述支撐凸壩的其中一個(gè)端面設(shè)置有凹槽結(jié)構(gòu)。
[0013]本實(shí)用新型的有益效果是，本實(shí)用新型通過(guò)在至少一個(gè)支撐臂上設(shè)置至少一個(gè)朝向功能區(qū)延伸的支撐凸壩，使得水汽在支撐凸壩的邊角區(qū)域產(chǎn)生漩渦，漩渦與水汽之間發(fā)生碰撞摩擦從而產(chǎn)生能量損失，降低了水汽對(duì)支撐結(jié)構(gòu)的沖擊力，從而有效解決了支撐結(jié)構(gòu)分層開(kāi)裂的問(wèn)題。
【附圖說(shuō)明】
[0014]圖1為現(xiàn)有技術(shù)中晶圓級(jí)半導(dǎo)體芯片封裝工藝流程中晶圓與保護(hù)基板對(duì)位壓合之后的結(jié)構(gòu)不意圖；
[0015]圖2為現(xiàn)有技術(shù)中晶圓級(jí)影像傳感芯片的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0016]圖3為現(xiàn)有技術(shù)中晶圓級(jí)半導(dǎo)體芯片封裝工藝流程中晶圓與保護(hù)基板對(duì)位壓合之后的尚J視圖；
[0017]圖4為本實(shí)用新型優(yōu)選實(shí)施例晶圓級(jí)影像傳感芯片封裝結(jié)構(gòu)的剖視圖；
[0018]圖5為本實(shí)用新型優(yōu)選實(shí)施例單個(gè)支撐結(jié)構(gòu)俯視圖；
[0019]圖6為本實(shí)用新型另一優(yōu)選實(shí)施例單個(gè)支撐結(jié)構(gòu)俯視圖。
【具體實(shí)施方式】
[0020]以下將結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型的【具體實(shí)施方式】進(jìn)行詳細(xì)描述。但這些實(shí)施方式并不限制本實(shí)用新型，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員根據(jù)這些實(shí)施方式所做出的結(jié)構(gòu)、方法、或功能上的變換均包含在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍內(nèi)。
[0021]需要說(shuō)明的是，提供這些附圖的目的是為了有助于理解本實(shí)用新型的實(shí)施例，而不應(yīng)解釋為對(duì)本實(shí)用新型的不當(dāng)?shù)南拗啤榱烁宄鹨?jiàn)，圖中所示尺寸并未按比例繪制，可能會(huì)做放大、縮小或其他改變。此外，在實(shí)際制作中應(yīng)包含長(zhǎng)度、寬度及深度的三維空間尺寸。
[0022]本實(shí)用新型優(yōu)選實(shí)施例以影像傳感芯片為例，當(dāng)然，本實(shí)用新型不限定為影像傳感芯片，其他的具有功能區(qū)需要進(jìn)行密封保護(hù)的半導(dǎo)體芯片比如MEMS芯片等也屬于本實(shí)用新型所說(shuō)的半導(dǎo)體芯片。
[0023]請(qǐng)參考圖4，為本實(shí)用新型優(yōu)選實(shí)施例晶圓級(jí)影像傳感芯片的封裝結(jié)構(gòu)剖視圖，晶圓200具有網(wǎng)格狀排布的多顆影像傳感芯片，每一影像傳感芯片具有功能區(qū)211，晶圓200具有第一表面200a以及與第一表面200a相對(duì)的第二表面200b。該多個(gè)功能區(qū)211均位于晶圓200的第一表面200a上，所謂功能區(qū)211是指影像傳感芯片上設(shè)置有光敏感器件的感光區(qū)。保護(hù)基板300覆蓋在晶圓200的第一表面200a上。在晶圓200與保護(hù)基板300之間具有網(wǎng)格狀排布的多個(gè)支撐結(jié)構(gòu)320，支撐結(jié)構(gòu)320使得晶圓200與保護(hù)基板300之間形成間隔，防止保護(hù)基板300的表面300a觸碰功能區(qū)211，且支撐結(jié)構(gòu)320與晶圓200以及保護(hù)基板300包圍形成網(wǎng)格狀排布的多個(gè)密封空腔310，一個(gè)密封空腔310對(duì)應(yīng)一個(gè)功能區(qū)211，功能區(qū)211位于密封空腔310內(nèi)。
[0024]本實(shí)施例中，支撐結(jié)構(gòu)320的材質(zhì)是感光膠。支撐結(jié)構(gòu)320通過(guò)曝光顯影的工藝形成于保護(hù)基板300上，然后通過(guò)絲網(wǎng)印刷工藝或者涂布印刷工藝在支撐結(jié)構(gòu)320的端面上形成黏合劑或者在晶圓200上形成與支撐結(jié)構(gòu)320形狀對(duì)應(yīng)的黏合劑，然后將晶圓200與保護(hù)基板300對(duì)位壓合。
[0025]影像傳感芯片具有用于與外部電路電連接的焊墊212，本實(shí)施例中，焊墊212與功能區(qū)211位于影像傳感芯片的同一側(cè)，本實(shí)施例中，在晶圓200與保護(hù)基板300對(duì)位壓合之后，采用硅通孔工藝在晶圓200的第二表面200b上形成與焊墊212電連接的焊接凸起216。
[0026]具體的，請(qǐng)參考圖4，在晶圓200的第二表面200b形成連通至焊墊212的通孔，在通孔的側(cè)壁以及晶圓200的第二表面200b形成絕緣層213，在絕緣層213上以及通孔的底部形成金屬布線層214，在金屬布線層214延伸至晶圓200的第二表面200b的位置上形成焊接凸起216，焊墊212與焊接凸起216通過(guò)金屬布線層214電連接。影像傳感芯片通過(guò)焊接凸起216與外部電路實(shí)現(xiàn)電連接。
[0027]晶圓在完成封裝并切割得到單顆成品半導(dǎo)體芯片之后，需要對(duì)成品半導(dǎo)體芯片進(jìn)行有關(guān)信賴性的一系列測(cè)試，此處不再對(duì)信賴性測(cè)試的相關(guān)內(nèi)容進(jìn)行詳細(xì)闡述，信賴性測(cè)試通常包括吸濕以及高溫，舉例來(lái)說(shuō)，將完成封裝的成品半導(dǎo)體芯片置于高濕度環(huán)境中一段時(shí)間，隨后將其置于高溫環(huán)境中一段時(shí)間，然后檢查該成品半導(dǎo)體芯片的各項(xiàng)參數(shù)。
[0028]成品半導(dǎo)體芯片在經(jīng)歷高溫測(cè)試環(huán)境之后，支撐結(jié)構(gòu)容易產(chǎn)生分層的情形，經(jīng)觀察研究推斷，導(dǎo)致支撐結(jié)構(gòu)分層的主要原因在于，半導(dǎo)體芯片在封裝工藝流程以及信賴性測(cè)試中引入了水汽進(jìn)入密封空腔，當(dāng)遇到高溫環(huán)境時(shí)，水汽瞬間氣化膨脹沖擊支撐結(jié)構(gòu)，從而導(dǎo)致支撐結(jié)構(gòu)分層開(kāi)裂。
[0029]本實(shí)用新型通過(guò)對(duì)支撐結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn)，從而有效解決支撐結(jié)構(gòu)分層開(kāi)裂的技術(shù)問(wèn)題。
[0030]請(qǐng)參考圖5，為本實(shí)用新型優(yōu)選實(shí)施例的支撐結(jié)構(gòu)的示意圖，支撐結(jié)構(gòu)320具有四個(gè)首尾相接的支撐臂321、支撐臂322、支撐臂323以及支撐臂324，四個(gè)支撐臂包圍形成封閉的長(zhǎng)方形。當(dāng)然，本實(shí)用新型不限定支撐臂的數(shù)目，也不限定支撐臂包圍形成的圖形，只要具有由多個(gè)支撐臂首尾相接形成封閉的環(huán)結(jié)構(gòu)即可。
[0031]本實(shí)用新型通過(guò)在至少一個(gè)支撐臂上設(shè)置至少一個(gè)朝向功能區(qū)延伸的支撐凸壩，使得水汽在支撐凸壩的邊角區(qū)域產(chǎn)生漩渦，漩渦與水汽之間發(fā)生碰撞摩擦從而產(chǎn)生能量損失，降低了水汽對(duì)支撐結(jié)構(gòu)的沖擊力，從而有效解決了支撐結(jié)構(gòu)分層開(kāi)裂的問(wèn)題。
[0032]本實(shí)施例中，在彼此相對(duì)的支撐臂321以及支撐臂323上分別設(shè)置有兩個(gè)朝向功能區(qū)211延伸的支撐凸壩325。
[0033]為了有利于水汽漩渦的形成，支撐凸壩325的橫截面為長(zhǎng)方形或者正方形。
[0034]支撐凸壩325可以與支撐臂321的材質(zhì)相同，兩者可以在同一工藝中同時(shí)形成，優(yōu)點(diǎn)在于簡(jiǎn)化了工藝流程，且提高了工藝的穩(wěn)定性以及產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。
[0035]設(shè)計(jì)人員可以根據(jù)密封空腔310的體積、密封空腔310中的水汽含量、支撐臂形狀、支撐臂的厚度等因素，合理設(shè)置支撐凸壩的形狀、個(gè)數(shù)、位置。
[0036]若支撐凸壩325厚度d過(guò)小，則不利于有效弱化水汽的沖擊力，優(yōu)選的支撐凸壩325的厚度d在100微米至450微米之間。本實(shí)施例中，支撐臂321的厚度為300微米，支撐凸壩325的厚度為150微米。
[0037]支撐凸壩325在半導(dǎo)體芯片與保護(hù)基板之間形成支撐，提供了支撐力，且支撐凸壩325可以弱化水汽對(duì)支撐臂的沖擊力，因此，可以適當(dāng)減小支撐臂的厚度D，支撐臂的厚度D減小，使得支撐臂與功能區(qū)211之間的距離變大，降低了黏合劑污染功能區(qū)211的風(fēng)險(xiǎn)。
[0038]由于對(duì)位壓合時(shí)，黏合劑具有流動(dòng)性，容易產(chǎn)生溢膠現(xiàn)象，通過(guò)在支撐臂321、322、323、324以及支撐凸壩325用于與黏合劑接觸的端面上形成凹槽結(jié)構(gòu)，凹槽結(jié)構(gòu)可以容置多余的黏合劑，防止黏合劑溢出而污染功能區(qū)211。
[0039]支撐臂長(zhǎng)度M大于其上支撐凸壩325長(zhǎng)度m，優(yōu)選的，支撐臂長(zhǎng)度M是其上支撐凸壩325長(zhǎng)度m的2倍至1倍。
[0040]密封空腔中的水汽主要是在支撐結(jié)構(gòu)的形成階段以及晶圓與保護(hù)基板對(duì)位壓合階段產(chǎn)生的，請(qǐng)參考圖6，為本實(shí)用新型另一實(shí)施例支撐結(jié)構(gòu)的示意圖，通過(guò)在至少一個(gè)支撐臂上設(shè)置至少一個(gè)開(kāi)口，有利于大部分水汽在封裝完成之前排出，降低后期信賴性測(cè)試時(shí)密封空腔中的水汽含量，進(jìn)一步降低了水汽受熱膨脹對(duì)支撐結(jié)構(gòu)的沖擊。
[0041 ]本實(shí)施例中，支撐結(jié)構(gòu)420具有四個(gè)首尾相接的支撐臂421、422,423、424，在支撐臂422上以及支撐臂424上分別設(shè)置有一個(gè)開(kāi)口 426，在晶圓與保護(hù)基板對(duì)位壓合的工藝中，含有烘烤的工藝，水汽因此會(huì)蒸發(fā)，通過(guò)在支撐臂上設(shè)置開(kāi)口，方便水汽排出，且由于對(duì)位壓合工藝中黏合劑會(huì)逐漸填充開(kāi)口 426從而保證密封腔的密封性，不會(huì)由于設(shè)置開(kāi)口而導(dǎo)致密封空腔不密封，防止后續(xù)工藝中發(fā)生污染功能區(qū)211’的情況。
[0042]開(kāi)口 426長(zhǎng)度不宜過(guò)大，否則黏合劑不能完全充滿開(kāi)口而導(dǎo)致密封空腔不密封。設(shè)計(jì)人員可以根據(jù)支撐臂的材質(zhì)、支撐臂的尺寸、黏合劑的材質(zhì)、工藝參數(shù)等綜合考量，設(shè)計(jì)出合理的開(kāi)口數(shù)目以及開(kāi)口的尺寸。
[0043]于本實(shí)施例中，僅在支撐臂421上且僅設(shè)置一個(gè)支撐凸壩425，支撐凸壩425設(shè)置于支撐臂421的中心，支撐凸壩425的長(zhǎng)度是支撐臂421長(zhǎng)度的1/3。
[0044]為了提高支撐結(jié)構(gòu)的支撐力，可以在密封空腔內(nèi)設(shè)置支撐柱。于本實(shí)施例中，在密封空腔內(nèi)設(shè)置有多個(gè)支撐柱427，支撐柱427形成于晶圓與保護(hù)基板兩者之一上。
[0045]支撐柱427可以與支撐臂的材質(zhì)相同，為了簡(jiǎn)化工藝流程，提高工藝的穩(wěn)定性，可以在形成支撐臂的同時(shí)形成支撐柱。本實(shí)施例中，支撐臂、支撐柱以及支撐凸壩在同一工藝中同時(shí)形成。
[0046]本實(shí)施例中支撐臂、支撐柱以及支撐凸壩的材質(zhì)是光刻膠，首先，將光刻膠整面涂布于保護(hù)基板或者晶圓上，通過(guò)曝光顯影工藝圖案化并定型。設(shè)計(jì)人員可以根據(jù)支撐臂的材質(zhì)、工藝參數(shù)、密封空腔的體積、功能區(qū)的大小和位置等因素合理設(shè)計(jì)支撐柱427的尺寸以及位置。
[0047]當(dāng)然，支撐臂、支撐柱以及支撐凸壩的材質(zhì)不限定為有機(jī)材料，任一者可以是無(wú)機(jī)材料，如氧化硅、氮化硅、氮氧化硅等絕緣介質(zhì)材料，通過(guò)沉積工藝形成于晶圓或者保護(hù)基板上，然后采用刻蝕工藝進(jìn)行圖形化。
[0048]黏合劑可以為高分子粘接材料，例如硅膠、環(huán)氧樹(shù)脂、苯并環(huán)丁烯等聚合物材料。
[0049]應(yīng)當(dāng)理解，雖然本說(shuō)明書按照實(shí)施方式加以描述，但并非每個(gè)實(shí)施方式僅包含一個(gè)獨(dú)立的技術(shù)方案，說(shuō)明書的這種敘述方式僅僅是為清楚起見(jiàn)，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)將說(shuō)明書作為一個(gè)整體，各實(shí)施方式中的技術(shù)方案也可以經(jīng)適當(dāng)組合，形成本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解的其他實(shí)施方式。
[0050]上文所列出的一系列的詳細(xì)說(shuō)明僅僅是針對(duì)本實(shí)用新型的可行性實(shí)施方式的具體說(shuō)明，它們并非用以限制本實(shí)用新型的保護(hù)范圍，凡未脫離本實(shí)用新型技藝精神所作的等效實(shí)施方式或變更均應(yīng)包含在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種半導(dǎo)體芯片封裝結(jié)構(gòu)，包括: 半導(dǎo)體芯片，其一面設(shè)置有功能區(qū)； 保護(hù)基板，覆蓋所述半導(dǎo)體芯片具有功能區(qū)的一面； 支撐結(jié)構(gòu)，位于所述半導(dǎo)體芯片與所述保護(hù)基板之間，所述支撐結(jié)構(gòu)包括多個(gè)首尾相接的支撐臂，所述支撐臂與所述半導(dǎo)體芯片以及所述保護(hù)基板包圍形成密封空腔，所述功能區(qū)位于所述密封空腔內(nèi)； 其特征在于， 至少一個(gè)支撐臂上具有至少一個(gè)朝向所述功能區(qū)方向延伸的支撐凸壩。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體芯片封裝結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述支撐凸壩的橫截面為長(zhǎng)方形或者正方形。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體芯片封裝結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述支撐凸壩的長(zhǎng)度范圍是10微米至450微米之間。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體芯片封裝結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述支撐臂以及所述支撐凸壩的材質(zhì)為感光膠。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體芯片封裝結(jié)構(gòu)，其特征在于，至少一個(gè)支撐臂上設(shè)置至少一個(gè)開(kāi)口，所述開(kāi)口中填充有黏合劑。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體芯片封裝結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述密封空腔內(nèi)包括至少一個(gè)支撐柱。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體芯片封裝結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述支撐臂以及所述支撐凸壩的其中一個(gè)端面設(shè)置有凹槽結(jié)構(gòu)。
【文檔編號(hào)】H01L27/146GK205508822SQ201620193449
【公開(kāi)日】2016年8月24日
【申請(qǐng)日】2016年3月14日
【發(fā)明人】段珍珍, 王宥軍, 王鑫琴
【申請(qǐng)人】蘇州晶方半導(dǎo)體科技股份有限公司