CN102110667A - 一种进行圆片级电互连与引出的装置及其加工方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种进行圆片级电互连与引出的装置及其加工方法，所述装置包括硅圆片和基板，在硅圆片上加工有一个以上带斜坡边缘的微电子芯片、隔离槽和连接梁，所述隔离槽为微电子芯片之间的镂空部位，硅圆片上的其他实体部位为外围框架，微电子芯片通过连接梁与外围框架相连接；硅圆片固定在基板上；微电子芯片上设置有芯片焊盘，基板上设置有基板焊盘，基板焊盘位于基板与隔离槽相对应的位置处，芯片焊盘和基板焊盘通过圆片级PI和铜互连工艺连接形成电互连和电引出。本发明提供的装置，加工简单，无须专门制作；本发明提供加工方法，简单易行，由于标准的圆片级PI与铜互连工艺已经相当成熟，实现容易，并能够达到高可靠性的要求。

Description

一种进行圆片级电互连与引出的装置及其加工方法
技术领域
本发明涉及微电子机械，尤其涉及一种通过微机系统(简称MEMS)加工技术制造的具有斜倒角的芯片装置，以及实现该芯片装置的高可靠性电互连和引出的加工方法。
背景技术
引线键合就是用非常细小的线把芯片上焊盘和引线框架(或者基板)连接起来的过程。引线键合是微电子封装中一种非常关键的工艺，引线键合质量的好坏直接关系到整个器件的性能和可靠性，引线键合技术也直接影响到封装的总厚度。
传统引线键合的缺点在于线弧高度比较高，一般在150～250um之间。线弧高度是引线键合的一个重要的指标，线弧高度和引线键合参数、引线性能、引线框架的设计都有关系。为了实现在更小的封装体积内提高封装密度，实现更多的功能，就需要控制引线键合的线弧高度。在自动引线键合技术中，半导体器件键合点脱落是最常见的失效模式。这种失效模式用常规筛选和测试很难剔除，只有在强烈振动下才可能暴露出来，因此对半导体器件的可靠性危害极大。此外，引线键合还会存在键合位置不当、键合丝损伤、键合丝长尾、键合丝颈部损伤、键合变形过大或过小、金属化表面有擦伤、键合引线与管芯夹角太小、残留的键丝头在管芯上或管壳内等影响器件可靠性的问题。
PI与铜互连技术的优点在于，其解决了标准CSP工艺中钝化层开口过大或过小以及金属焊盘过小的问题。一般用PI与铜互连技术来实现芯片表面的电互连，通常用于表面为平面的圆片上，并未应用到芯片与基板之间的互连。
发明内容
发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种具有斜倒角的芯片装置及其加工方法，该装置结构简单、实现方法容易，并能够达到高可靠性的要求，能够克服传统引线键合线弧高度过高、键合点易脱落及键合导致的芯片面积增大等缺陷。
技术方案：为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
一种进行圆片级电互连与引出的装置，包括硅圆片和基板，在硅圆片上加工有一个以上带斜坡边缘的微电子芯片、隔离槽和连接梁，所述隔离槽为微电子芯片之间的镂空部位，硅圆片上的微电子芯片、隔离槽和连接梁以外的其他实体部位为外围框架，微电子芯片通过连接梁与外围框架相连接；所述硅圆片固定在基板上；所述微电子芯片上设置有芯片焊盘，所述基板上设置有基板焊盘，所述基板焊盘位于基板与隔离槽相对应的位置处，所述芯片焊盘和基板焊盘通过圆片级PI和铜互连工艺连接形成电互连和电引出。所述连接梁主要用于固定和连接微电子芯片与外围框架。
每一个微电子芯片优选通过四个连接梁与外围框架相连接。
上述进行圆片级电互连与引出的装置的一种加工方法，具体包括如下步骤：
(a1)在衬底硅圆片上制作一个以上微电子芯片，利用标准光刻和硅的各向异性腐蚀的方法刻蚀出微电子芯片的斜坡面、隔离槽和连接梁，硅圆片上的微电子芯片、隔离槽和连接梁以外的其他实体部位为外围框架；在微电子芯片上制作芯片焊盘；
(a2)制作基板以及基板焊盘，使基板焊盘位于基板上与隔离槽相对应的位置处；
(a3)将硅圆片与基板进行键合；
(a4)通过圆片级PI与铜互连工艺，在芯片焊盘和基板焊盘之间形成电互连和电引出，具体包括如下步骤：
(a41)在微电子芯片表面涂覆一层PI层后，图形化PI层；
(a42)在PI外侧溅射两层UMB(Ti/Cu)后，图形化UBM；
(a43)在UBM外侧镀铜层，实现微电子芯片与基板的电互连；
(a5)对电互连结构的区域进行划片，形成具有带斜坡边缘的微电子芯片装置。
上述加工方法中，使用的基板优选为玻璃基板或者硅基板。
上述进行圆片级电互连与引出的装置的另一种加工方法，具体包括如下步骤：
(b1)在衬底硅圆片上制作一个以上微电子芯片，利用标准光刻和硅的各向异性腐蚀的方法刻蚀出微电子芯片的斜坡面、隔离槽和连接梁，硅圆片上的微电子芯片、隔离槽和连接梁以外的其他实体部位为外围框架；在微电子芯片上制作芯片焊盘；
(b2)制作基板以及基板焊盘，使基板焊盘位于基板上与隔离槽相对应的位置处；
(b3)将硅圆片粘到基板上；
(b4)通过圆片级PI与铜互连工艺，在芯片焊盘和基板焊盘之间形成电互连和电引出，具体包括如下步骤：
(b41)在微电子芯片表面涂覆一层PI层后，图形化PI层；
(b42)在PI外侧溅射两层UMB(Ti/Cu)后，图形化UBM；
(b43)在UBM外侧镀铜层，实现微电子芯片与基板的电互连；
(b5)对电互连结构的区域进行划片，形成具有带斜坡边缘的微电子芯片装置。
上述加工方法中，使用的基板优选为陶瓷基板或者PCB板。
有益效果：本发明提供的一种具有斜倒角的芯片装置，在加工微电子器件结构的同时可以一起加工，无须专门制作；与传统微电子器件的制作过程类似，仅需增加形成斜坡形状的微电子芯片边缘以及位于微电子芯片与外围框架之间的连接梁的步骤；本发明提供的实现高可靠性电互连和引出的方法，简单易行，铜互连线一端连接在芯片上，另一端连接在要安装芯片的基板上；由于标准的圆片级PI与铜互连工艺已经相当成熟，所以实现起来非常容易，并能够达到高可靠性的要求。
附图说明
图1为本发明装置的俯视结构示意图；
图2为本发明装置的正视方向的剖面结构示意图；
图3为本发明方法的工艺流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作更进一步的说明。
如图1、图2所示为一种进行圆片级电互连与引出的装置，包括硅圆片1和基板4，在硅圆片1上加工有一个以上带斜坡边缘的微电子芯片2、隔离槽和连接梁，所述隔离槽为微电子芯片2之间的镂空部位，硅圆片1上的微电子芯片2、隔离槽和连接梁以外的其他实体部位为外围框架8，微电子芯片2通过连接梁与外围框架8相连接；所述硅圆片1固定在基板4上；所述微电子芯片2上设置有芯片焊盘52，所述基板4上设置有基板焊盘51，所述基板焊盘51位于基板4与隔离槽相对应的位置处，所述芯片焊盘52和基板焊盘51通过圆片级PI和铜互连工艺连接形成电互连和电引出。所述连接梁主要用于固定和连接微电子芯片2与外围框架8，每一个微电子芯片通过四个连接梁(连接梁31、连接梁32、连接梁33和连接梁34)与外围框架8相连接。
图3所示为上述装置的加工方法的工艺流程图，包括如下步骤：
①准备衬底硅圆片1，在该衬底硅圆片1上制作微电子芯片2及芯片焊盘52；
②利用标准光刻和硅的各向异性腐蚀的方法刻蚀出微电子芯片2的斜坡面、隔离槽和连接梁(连接梁31、连接梁32、连接梁33和连接梁34)，硅圆片1上的微电子芯片2、隔离槽和连接梁以外的其他实体部位为外围框架8；在微电子芯片上制作芯片焊盘52；
③设计基板4以及基板焊盘51，使基板焊盘51位于基板4上与隔离槽相对应的位置处；
④将硅圆片1与基板4进行键合，或者将硅圆片1粘到基板4上；
⑤在微电子芯片2表面涂覆一层PI层6；
⑥图形化PI层6；
⑦溅射两层UBM(Ti/Cu)；
⑧图形化UBM；
⑨镀Cu层7，实现微电子芯片2与基板4的电互连；
⑩对包含上述电互连结构的区域进行划片，形成具有带斜坡边缘的微电子芯片装置。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种进行圆片级电互连与引出的装置，其特征在于：所述装置包括硅圆片(1)和基板(4)，在硅圆片(1)上加工有一个以上带斜坡边缘的微电子芯片(2)、隔离槽和连接梁，所述隔离槽为微电子芯片(2)之间的镂空部位，硅圆片(1)上的微电子芯片(2)、隔离槽和连接梁以外的其他实体部位为外围框架(8)，微电子芯片(2)通过连接梁与外围框架(8)相连接；所述硅圆片(1)固定在基板(4)上；所述微电子芯片(2)上设置有芯片焊盘(52)，所述基板(4)上设置有基板焊盘(51)，所述基板焊盘(51)位于基板(4)与隔离槽相对应的位置处，所述芯片焊盘(52)和基板焊盘(51)通过圆片级PI和铜互连工艺连接形成电互连和电引出。
2.根据权利要求1所述的进行圆片级电互连与引出的装置，其特征在于：每一个微电子芯片(2)通过四个连接梁与外围框架(8)相连接。
3.根据权利要求1所述的进行圆片级电互连与引出的装置的加工方法，其特征在于：所述加工方法包括如下步骤：
(a1)在衬底硅圆片(1)上制作一个以上微电子芯片(2)，利用标准光刻和硅的各向异性腐蚀的方法刻蚀出微电子芯片(2)的斜坡面、隔离槽和连接梁，硅圆片(1)上的微电子芯片(2)、隔离槽和连接梁以外的其他实体部位为外围框架(8)；在微电子芯片(2)上制作芯片焊盘(52)；
(a2)制作基板(4)以及基板焊盘(51)，使基板焊盘(51)位于基板(4)上与隔离槽相对应的位置处；
(a3)将硅圆片(1)与基板(4)进行键合；
(a4)通过圆片级PI与铜互连工艺，在芯片焊盘(52)和基板焊盘(51)之间形成电互连和电引出，具体包括如下步骤：
(a41)在微电子芯片(2)表面涂覆一层PI层(6)后，图形化PI层(6)；
(a42)在PI外侧溅射两层UMB后，图形化UBM；
(a43)在UBM外侧镀铜层(7)，实现微电子芯片(2)与基板(4)的电互连；
(a5)对电互连结构的区域进行划片，形成具有带斜坡边缘的微电子芯片装置。
4.根据权利要求3所述的进行圆片级电互连与引出的装置的加工方法，其特征在于：所述基板(4)为玻璃基板或者硅基板。
5.根据权利要求1所述的进行圆片级电互连与引出的装置的加工方法，其特征在于：所述加工方法包括如下步骤：
(b1)在衬底硅圆片(1)上制作一个以上微电子芯片(2)，利用标准光刻和硅的各向异性腐蚀的方法刻蚀出微电子芯片(2)的斜坡面、隔离槽和连接梁，硅圆片(1)上的微电子芯片(2)、隔离槽和连接梁以外的其他实体部位为外围框架(8)；在微电子芯片(2)上制作芯片焊盘(52)；
(b2)制作基板(4)以及基板焊盘(51)，使基板焊盘(51)位于基板(4)上与隔离槽相对应的位置处；
(b3)将硅圆片(1)粘到基板(4)上；
(b4)通过圆片级PI与铜互连工艺，在芯片焊盘(52)和基板焊盘(51)之间形成电互连和电引出，具体包括如下步骤：
(b41)在微电子芯片(2)表面涂覆一层PI层(6)后，图形化PI层(6)；
(b42)在PI外侧溅射两层UMB后，图形化UBM；
(b43)在UBM外侧镀铜层(7)，实现微电子芯片(2)与基板(4)的电互连；
(b5)对电互连结构的区域进行划片，形成具有带斜坡边缘的微电子芯片装置。
6.根据权利要求5所述的具有斜倒角的芯片装置的加工方法，其特征在于：所述基板(4)为陶瓷基板或者PCB板。
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