芯片倒裝封裝中間結(jié)構(gòu)和倒裝封裝結(jié)構(gòu)及倒裝封裝方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種芯片倒裝封裝方法，包括下述步驟：提供一封裝基板；在封裝基板上的芯片倒裝焊一面壓合半固化樹脂片作為芯片的底填料，另一面壓合塑性樹脂片；壓合溫度低于半固化樹脂片的固化溫度；分板：將整張封裝基板分割成條，每條基板上有多個(gè)對應(yīng)芯片的單元；倒裝焊接芯片：在整條基板上每個(gè)基板單元倒裝貼芯片；在封裝基板的半固化樹脂片一面倒裝焊芯片，倒裝焊接過程中，芯片通過倒裝焊機(jī)焊頭壓在封裝基板的基板電極上，并通過焊頭加溫，在半固化樹脂片固化前使得芯片的芯片焊球與對應(yīng)的基板電極鍵合，本步驟中保持半固化樹脂片未固化狀態(tài)；后續(xù)進(jìn)行半固化樹脂片的固化、塑封、植球等步驟。本發(fā)明避免封裝過程中產(chǎn)生氣泡，降低封裝成本。
【專利說明】
芯片倒裝封裝中間結(jié)構(gòu)和倒裝封裝結(jié)構(gòu)及倒裝封裝方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及一種芯片封裝方法，尤其是一種芯片倒裝封裝方法。
【背景技術(shù)】
[0002]目前傳統(tǒng)的芯片倒裝封裝方法是:基板_>芯片倒裝焊接_>底填料填充_>塑封;具體做法是是芯片采用倒裝焊接至基板后，在芯片與基板間灌封液態(tài)底填料的方法完成封裝，以增加可靠性。其主要問題是芯片和基板鍵合后，芯片和基板間隙很小，從芯片邊緣涂覆底填樹脂過程中，容易產(chǎn)生氣泡。芯片尺寸越大，氣泡越容易產(chǎn)生。由于基板和芯片間有大量的芯片焊球，底填料通過毛細(xì)現(xiàn)象填充基板以及芯片焊球形成的空隙，由于焊球的阻礙，底填料在不同焊球間流動，會形成空氣腔，在固化后形成起泡。氣泡會導(dǎo)致在后續(xù)高溫回流過程中產(chǎn)生開焊，導(dǎo)致封裝失效。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，提供一種芯片倒裝封裝方法，以及封裝過程中的芯片倒裝封裝中間結(jié)構(gòu)以及封裝完畢后的芯片倒裝封裝結(jié)構(gòu);避免封裝過程中產(chǎn)生氣泡，以及能夠減少工藝步驟，減少設(shè)備需求，降低封裝成本。本發(fā)明采用的技術(shù)方案是:
一種芯片倒裝封裝方法，包括下述步驟:
步驟SI，提供一封裝基板，所述封裝基板正反兩面已制作好基板電極；
步驟S2，在封裝基板上的芯片倒裝焊一面壓合半固化樹脂片作為芯片的底填料，另一面壓合塑性樹脂片;壓合溫度低于半固化樹脂片的固化溫度;半固化樹脂片的尺寸與封裝基板尺寸相同；半固化樹脂片的厚度大于芯片的芯片焊球高度；
步驟S3，分板:將整張封裝基板分割成條，每條基板上有多個(gè)對應(yīng)芯片的單元；
步驟S4，倒裝焊接芯片:在整條基板上每個(gè)基板單元倒裝貼芯片;在封裝基板的半固化樹脂片一面倒裝焊芯片;倒裝焊接過程中，芯片通過倒裝焊機(jī)焊頭壓在封裝基板的基板電極上，使得芯片下的半固化樹脂片部分樹脂被擠出芯片下面區(qū)域;并通過焊頭加溫，在半固化樹脂片固化前使得芯片的芯片焊球與對應(yīng)的基板電極鍵合;本步驟中保持半固化樹脂片未固化狀態(tài)；
步驟S5，將整條基板放入烘箱在半固化樹脂片固化溫度固化芯片的底填料即半固化樹月旨片;
步驟S6，帶有倒裝芯片的整條基板進(jìn)行封裝，在封裝基板芯片所在面形成基板封裝層； 步驟S7，去除封裝基板上的塑性樹脂片；
步驟S8，植球:在整條塑封好的基板沒有封裝材料的一面的基板電極上植球形成封裝焊球；
步驟S9，最后切割形成各獨(dú)立的芯片的封裝結(jié)構(gòu)。
[0004]進(jìn)一步地，步驟S2中，半固化樹脂片和塑性樹脂片厚度相同。
[0005]進(jìn)一步地，步驟S2中，半固化樹脂片和塑性樹脂片采用CTE相同或相近的樹脂片。
[0006]進(jìn)一步地，半固化樹脂片采用熱固性EVA樹脂片，塑性樹脂片采用熱塑性EVA樹脂片。
[0007]進(jìn)一步地，所述芯片上的芯片焊球?yàn)榻鹎?，步驟S4中，需要在焊頭加溫的同時(shí)，對芯片加超聲，使得芯片焊球和對應(yīng)的基板電極超聲共晶鍵合;共晶鍵合溫度在80 °C?130 °C間。
[0008]進(jìn)一步地，所述芯片上的芯片焊球?yàn)楹辖鸷盖颍襟ES4中，倒裝焊機(jī)焊頭加溫至達(dá)到芯片焊球熔點(diǎn)溫度，在半固化樹脂片固化前使得芯片焊球與對應(yīng)的基板電極鍵合。
[0009]進(jìn)一步地，步驟S4中，通過焊頭對芯片加溫時(shí)，對封裝基板同時(shí)加溫;對封裝基板加溫的溫度低于半固化樹脂片的固化溫度。
[0010]本發(fā)明提供的一種芯片倒裝封裝中間結(jié)構(gòu)，包括一封裝基板，所述封裝基板正反兩面已制作好基板電極；
在封裝基板上的芯片倒裝焊一面壓合半固化樹脂片作為芯片的底填料，另一面壓合塑性樹脂片;半固化樹脂片的尺寸與封裝基板尺寸相同；半固化樹脂片的厚度大于芯片的芯片焊球高度;壓合溫度低于半固化樹脂片的固化溫度使得半固化樹脂片未固化；
在封裝基板的半固化樹脂片一面通過壓力倒裝貼芯片，使得芯片下的半固化樹脂片部分樹脂被擠出芯片下面區(qū)域，倒裝焊接芯片;芯片的芯片焊球與對應(yīng)的基板電極鍵合;且倒裝焊接時(shí)半固化樹脂片保持未固化。
[0011]該芯片倒裝封裝中間結(jié)構(gòu)中，半固化樹脂片和塑性樹脂片厚度相同；半固化樹脂片和塑性樹脂片采用CTE相同或相近的樹脂片。
[0012]本發(fā)明提供的一種芯片倒裝封裝結(jié)構(gòu)，包括一封裝基板，所述封裝基板正反兩面已制作好基板電極；
在封裝基板上的芯片倒裝焊一面壓合有半固化樹脂片作為芯片的底填料，半固化樹脂片的尺寸與封裝基板尺寸相同；半固化樹脂片的厚度大于芯片的芯片焊球高度;在在封裝基板的半固化樹脂片一面通過壓力倒裝貼芯片，使得芯片下的半固化樹脂片部分樹脂被擠出芯片下面區(qū)域;倒裝焊接芯片；芯片的芯片焊球與對應(yīng)的基板電極鍵合;芯片焊接完畢后，所述半固化樹脂片經(jīng)過固化處理；
在封裝基板芯片所在面形成基板封裝層;在封裝基板沒有封裝材料的另一面的基板電極上植球形成封裝焊球。
[0013]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于:
I)減小小間距芯片焊球間回流過程中短路的風(fēng)險(xiǎn)，有效提高倒裝焊接的良率。
[0014]2)減少工藝步驟，由常規(guī)倒裝焊接的兩部工藝:倒裝+涂敷底填材料，變成一步工藝將芯片倒裝直接插在片狀底填樹脂中。
[0015]3)減少設(shè)備需求，無需點(diǎn)膠機(jī)在基板上點(diǎn)液態(tài)底填材料，無需點(diǎn)膠設(shè)備，減少設(shè)備需求，降低成本。
[0016]4)表面半固化樹脂片底填料的壓合在基板加工工藝中完成，所有單元一次壓合完成，減少工藝步驟，降低封裝成本。
[0017]5)通過芯片倒裝封裝中間結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，可以有效降低封裝過程中基板翹曲問題，進(jìn)而有效降低封裝后封裝體的翹曲。
[0018]6)減少封裝過程中氣泡的產(chǎn)生。
【附圖說明】
[0019]圖1為本發(fā)明的封裝基板示意圖。
[0020]圖2為本發(fā)明的低溫壓合半固化樹脂片和塑性樹脂片示意圖。
[0021]圖3為本發(fā)明的倒裝焊接芯片示意圖。
[0022]圖4為本發(fā)明的芯片塑封示意圖。
[0023]圖5為本發(fā)明的去除封裝基板上的塑性樹脂片示意圖。
[0024]圖6為本發(fā)明的制作封裝焊球示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0025]下面結(jié)合具體附圖和實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。
[0026]實(shí)施例一，本實(shí)施例中的需封裝芯片上的芯片焊球?yàn)榻鹎?，因此該芯片通常被稱為金球芯片；
本實(shí)施例中芯片的倒裝封裝方法如下:
步驟SI，如圖1所示，提供一封裝基板I，所述封裝基板I正反兩面已制作好基板電極2;步驟S2，如圖2所示，在封裝基板I上的芯片倒裝焊一面壓合半固化樹脂片3作為芯片的底填料，另一面壓合塑性樹脂片4;半固化樹脂片3的尺寸與封裝基板I尺寸相同；半固化樹脂片3的厚度大于芯片5的芯片焊球51高度;壓合溫度低于半固化樹脂片3的固化溫度;半固化樹脂片3和塑性樹脂片4采用CTE(熱膨脹系數(shù))相同或相近的樹脂片，兩層樹脂片的厚度相同；本例中CTE相近可以是兩者CTE相差不超過10%，或更優(yōu)地不超過3%;
半固化樹脂片3和塑性樹脂片4可采用EVA樹脂片;EVA樹脂片有兩種，一種是熱固性EVA樹脂片，商用的熱固性EVA樹脂片是處于半固化狀態(tài)，在低溫下，比如80°C熱固性EVA樹脂片具有一定粘度具有良好的粘接性能，當(dāng)溫度提高到145°C左右，熱固性EVA樹脂片將在10幾分鐘內(nèi)固化；另一種是熱塑性EVA樹脂片，在較大溫度范圍內(nèi)具有一定粘度，到一定溫度即軟化，但是在較高溫度下也不會固化。半固化樹脂片3采用熱固性EVA樹脂片，塑性樹脂片4采用熱塑性EVA樹脂片。
[0027]半固化樹脂片3和塑性樹脂片4具有相似的CTE，以保證壓合完成后基板不會因兩種樹脂片的CTE不同產(chǎn)生應(yīng)力，導(dǎo)致基板翹曲。
[0028]此步驟為低溫壓合步驟，比如，半固化樹脂片3固化溫度180°C，低溫壓合采用100°C左右，比如80?110°C，在此溫度下，半固化樹脂片3具有一定的粘度，將半固化樹脂片3粘接在封裝基板I表面。同時(shí)，塑性樹脂片4在此低溫下具有良好的粘接性能，在此溫度下，塑性樹脂片4粘接在封裝基板I另一面。
[0029]步驟S3，分板:將整張封裝基板I分割成條，每條基板上有多個(gè)對應(yīng)芯片的單元;每個(gè)單元上均有作為半固化樹脂片3(底填料)和塑性樹脂片4;
步驟S4，如圖3所示，倒裝焊接芯片:在整條基板上每個(gè)基板單元倒裝貼芯片5;在封裝基板的半固化樹脂片3—面倒裝焊芯片5;倒裝焊接過程中，芯片5通過倒裝焊機(jī)焊頭以一定壓力壓在封裝基板的基板電極2上，使得芯片5下的半固化樹脂片3部分樹脂被擠出芯片下面區(qū)域，并通過焊頭加溫，以及更優(yōu)地對封裝基板I同時(shí)加溫；同時(shí)對芯片5加超聲；金球芯片在超聲共晶鍵合情況下，溫度可以在低溫下形成良好鍵合，鍵合溫度越高鍵合能力越強(qiáng)，鍵合溫度從室溫到200°C均可，考慮到半固化樹脂片3底填材料在高溫下也會發(fā)生固化，因此，共晶鍵合溫度建議在80 °C?130 °C間。
[0030]此步驟中，通過超聲和壓力，將芯片焊球間的空氣排出；通過超聲和壓力將芯片焊球下面的樹脂(半固化樹脂片3的部分)擠向芯片焊球兩側(cè)，在超聲和壓力作用下，芯片焊球?qū)渲崎_與基板電極接觸;在壓力和超聲作用下，通過高頻微小摩擦，將芯片焊球表面和基板表面金屬的氧化層破壞掉，使芯片焊球51中金屬焊料和基板電極2進(jìn)行充分接觸，形成共晶鍵合；
倒裝焊機(jī)焊頭對芯片5施加壓力時(shí)，封裝基板另一面的塑性樹脂片4可起到平衡應(yīng)力的作用，防止基板變形翹曲。
[0031]基板加熱溫度要低于半固化樹脂片3的熱固化溫度，保證整個(gè)基板貼片過程中半固化樹脂片3不固化，保持具有粘度的狀態(tài)。
[0032]步驟S5，將整條基板放入烘箱在半固化樹脂片3固化溫度固化芯片的底填料即半固化樹脂片3;
步驟S6，如圖4所示，將帶有倒裝芯片的整條基板在塑封機(jī)中進(jìn)行塑封，在封裝基板I芯片所在面形成基板塑封層6;基板塑封層6作為基板封裝層;在其它實(shí)施例中，也可采用現(xiàn)有技術(shù)的其它封裝方法，以及其它封裝材料進(jìn)行封裝；
步驟S7，如圖5所示，去除封裝基板I上的塑性樹脂片4;塑性樹脂片4可以直接揭掉或者采用溶劑溶解的方式去除；
步驟S8，如圖6所示，植球:在整條塑封好的基板沒有塑封材料的一面的基板電極上植球形成封裝焊球7;
步驟S9，最后切割形成各獨(dú)立的芯片的塑封結(jié)構(gòu)。
[0033]實(shí)施例二，本實(shí)施例中的需封裝芯片上的芯片焊球?yàn)楹辖鸷噶锨?，因此該芯片通常被稱為合金焊料球芯片；
本實(shí)施例中芯片的倒裝封裝方法如下:
步驟SI至步驟S3同實(shí)施例一；
步驟S4，如圖3所示，倒裝焊接芯片:在整條基板上每個(gè)基板單元倒裝貼芯片5;在封裝基板的半固化樹脂片3—面倒裝焊芯片5;倒裝焊接過程中，芯片5通過倒裝焊機(jī)焊頭以一定壓力壓在封裝基板的基板電極2上，使得芯片5下的半固化樹脂片3部分樹脂被擠出芯片下面區(qū)域，并通過焊頭加溫，以及更優(yōu)地對封裝基板I同時(shí)加溫；
對封裝基板I加溫的溫度低于半固化樹脂片3的固化溫度，比如80°C?130°C間；
芯片5通過倒裝焊機(jī)焊頭加壓，倒裝焊機(jī)焊頭加溫至達(dá)到芯片焊球51熔點(diǎn)溫度，使得芯片焊球51與對應(yīng)的基板電極2鍵合；由于倒裝焊機(jī)焊頭加溫焊接時(shí)間較短，通常在數(shù)十秒，因此焊接完成時(shí)，半固化樹脂片3并沒有吸收到足夠熱量足以使其升溫至固化溫度(需180°C以上)，且半固化樹脂片3的固化時(shí)間通常要十多分鐘，在芯片焊球51和基板電極2鍵合期間的時(shí)間較短，半固化樹脂片3不會固化;因此可以在半固化樹脂片3固化前使得芯片5的芯片焊球51與對應(yīng)的基板電極2鍵合；
此步驟中，通過壓力將芯片焊球間的空氣排出；通過壓力將芯片焊球下面的樹脂(半固化樹脂片3的部分)擠向芯片焊球兩側(cè)，在壓力作用下，芯片焊球?qū)渲崎_與基板電極接觸;在回流溫度和壓力作用下，芯片焊球熔化與基板電極形成良好鍵合。加熱可以是倒裝焊機(jī)焊頭加熱，也可以是基板平臺對封裝基板I加熱，或兩者同時(shí)加熱；基板加熱溫度要低于半固化樹脂片3的固化溫度，保證整個(gè)基板貼片過程中半固化樹脂片3不固化，保持具有粘度的狀態(tài)。
[0034]后續(xù)步驟同實(shí)施例一。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種芯片倒裝封裝方法，其特征在于，包括下述步驟: 步驟SI，提供一封裝基板(I)，所述封裝基板(I)正反兩面已制作好基板電極(2); 步驟S2，在封裝基板(I)上的芯片倒裝焊一面壓合半固化樹脂片(3)作為芯片的底填料，另一面壓合塑性樹脂片(4);壓合溫度低于半固化樹脂片(3)的固化溫度;半固化樹脂片(3)的尺寸與封裝基板(I)尺寸相同；半固化樹脂片(3)的厚度大于芯片(5)的芯片焊球(51)高度； 步驟S3，分板:將整張封裝基板(I)分割成條，每條基板上有多個(gè)對應(yīng)芯片的單元； 步驟S4，倒裝焊接芯片:在整條基板上每個(gè)基板單元倒裝貼芯片(5);在封裝基板的半固化樹脂片(3) —面倒裝焊芯片(5);倒裝焊接過程中，芯片(5)通過倒裝焊機(jī)焊頭壓在封裝基板的基板電極(2)上，使得芯片(5)下的半固化樹脂片(3)部分樹脂被擠出芯片下面區(qū)域；并通過焊頭加溫，在半固化樹脂片(3)固化前使得芯片(5)的芯片焊球(51)與對應(yīng)的基板電極(2)鍵合;本步驟中保持半固化樹脂片(3)未固化狀態(tài)； 步驟S5，將整條基板放入烘箱在半固化樹脂片(3)固化溫度固化芯片的底填料即半固化樹脂片(3); 步驟S6，帶有倒裝芯片的整條基板進(jìn)行封裝，在封裝基板(I)芯片所在面形成基板封裝層； 步驟S7，去除封裝基板(I)上的塑性樹脂片(4); 步驟S8，植球:在整條塑封好的基板沒有封裝材料的一面的基板電極上植球形成封裝焊球(7); 步驟S9，最后切割形成各獨(dú)立的芯片的封裝結(jié)構(gòu)。2.如權(quán)利要求1所述的芯片倒裝封裝方法，其特征在于， 步驟S2中，半固化樹脂片(3)和塑性樹脂片(4)厚度相同。3.如權(quán)利要求1所述的芯片倒裝封裝方法，其特征在于， 步驟S2中，半固化樹脂片(3)和塑性樹脂片(4)采用CTE相同或相近的樹脂片。4.如權(quán)利要求1所述的芯片倒裝封裝方法，其特征在于， 半固化樹脂片(3)采用熱固性EVA樹脂片，塑性樹脂片(4)采用熱塑性EVA樹脂片。5.如權(quán)利要求1所述的芯片倒裝封裝方法，其特征在于， 所述芯片上的芯片焊球(51)為金球，步驟S4中，需要在焊頭加溫的同時(shí)，對芯片(5)加超聲，使得芯片焊球(51)和對應(yīng)的基板電極(2)超聲共晶鍵合;共晶鍵合溫度在80 °C?130。。間。6.如權(quán)利要求1所述的芯片倒裝封裝方法，其特征在于， 所述芯片上的芯片焊球(51)為合金焊球，步驟S4中，倒裝焊機(jī)焊頭加溫至達(dá)到芯片焊球(51)熔點(diǎn)溫度，在半固化樹脂片(3)固化前使得芯片焊球(51)與對應(yīng)的基板電極(2)鍵入口 ο7.如權(quán)利要求1所述的芯片倒裝封裝方法，其特征在于， 步驟S4中，通過焊頭對芯片(5)加溫時(shí)，對封裝基板(I)同時(shí)加溫;對封裝基板(I)加溫的溫度低于半固化樹脂片(3)的固化溫度。8.一種芯片倒裝封裝中間結(jié)構(gòu)，其特征在于: 包括一封裝基板(I)，所述封裝基板(I)正反兩面已制作好基板電極(2); 在封裝基板(I)上的芯片倒裝焊一面壓合半固化樹脂片(3)作為芯片的底填料，另一面壓合塑性樹脂片(4);半固化樹脂片(3)的尺寸與封裝基板(I)尺寸相同；半固化樹脂片(3)的厚度大于芯片(5)的芯片焊球(51)高度;壓合溫度低于半固化樹脂片(3)的固化溫度使得半固化樹脂片(3)未固化； 在封裝基板的半固化樹脂片(3)—面通過壓力倒裝貼芯片(5)，使得芯片(5)下的半固化樹脂片(3)部分樹脂被擠出芯片下面區(qū)域，倒裝焊接芯片(5);芯片(5)的芯片焊球(51)與對應(yīng)的基板電極(2)鍵合;且倒裝焊接時(shí)半固化樹脂片(3)保持未固化。9.如權(quán)利要求8所述的芯片倒裝封裝中間結(jié)構(gòu)，其特征在于， 半固化樹脂片(3)和塑性樹脂片(4)厚度相同；半固化樹脂片(3)和塑性樹脂片(4)采用CTE相同或相近的樹脂片。10.一種芯片倒裝封裝結(jié)構(gòu)，其特征在于: 包括一封裝基板(I)，所述封裝基板(I)正反兩面已制作好基板電極(2); 在封裝基板(I)上的芯片倒裝焊一面壓合有半固化樹脂片(3)作為芯片的底填料，半固化樹脂片(3)的尺寸與封裝基板(I)尺寸相同；半固化樹脂片(3)的厚度大于芯片(5)的芯片焊球(51)高度;在在封裝基板的半固化樹脂片(3)—面通過壓力倒裝貼芯片(5)，使得芯片(5)下的半固化樹脂片(3)部分樹脂被擠出芯片下面區(qū)域;倒裝焊接芯片(5);芯片(5)的芯片焊球(51)與對應(yīng)的基板電極(2)鍵合;芯片(5)焊接完畢后，所述半固化樹脂片(3)經(jīng)過固化處理； 在封裝基板(I)芯片所在面形成基板封裝層;在封裝基板沒有封裝材料的另一面的基板電極上植球形成封裝焊球(7)。
【文檔編號】H01L21/60GK105895539SQ201610403489
【公開日】2016年8月24日
【申請日】2016年6月8日
【發(fā)明人】于中堯
【申請人】華進(jìn)半導(dǎo)體封裝先導(dǎo)技術(shù)研發(fā)中心有限公司