CN112397459A - 一种半导体封装器件及其封装方法 - Google Patents

一种半导体封装器件及其封装方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种半导体封装器件及其封装方法，半导体封装器件包括倒装半导体芯片、碗杯、盖板；通过将倒装半导体芯片与碗杯底部电连接；在由0族元素组成的稀有气体环境中，将所述盖板固定在所述碗杯顶部以形成密闭的密封腔，所述密封腔的气压低于外界环境气压，本发明提供的半导体封装器件内部密封且处于由0族元素组成的低压稀有气体环境中，可以避免回流焊过程气体膨胀损坏器件，也能够避免填充物或气孔对器件的影响；同时，稀有气体能够对封装器件内部元件形成有效保护。

Description

一种半导体封装器件及其封装方法
技术领域
本发明涉及半导体的应用领域，尤其涉及一种半导体封装器件及其封装方法。
背景技术
目前半导体封装器件的安装焊接一般采用回流焊的方式，回流焊温度会超过230℃，但半导体封装器件内部存在大量空气，由于回流焊温度过高，在回流焊过程中随着温度升高半导体封装器件内部空气会迅速膨胀，造成半导体封装器件损坏。
发明内容
本发明提供一种半导体封装器件及其封装方法，主要解决的技术问题是：现有半导体封装器件在回流焊过程中半导体封装器件内部空气会随着温度迅速膨胀，造成半导体封装器件损坏的问题。
为解决上述技术问题，本发明提供一种半导体封装器件封装方法，封装方法包括：
步骤S1、将倒装半导体芯片与碗杯底部电连接；
步骤S2、在仅由0族元素组成的稀有气体环境中，将盖板固定在所述碗杯上以形成密闭的密封腔，所述密封腔的气压低于外界环境气压。
可选的，步骤S2中，步骤S1中：
在倒装半导体芯片放置在包含导电胶的碗杯底部上；
固化所述导电胶，以使得所述倒装半导体芯片底部的导电电极通过导电胶与所述碗杯底部电连接。
可选的，在步骤S2之前，包括：
在所述碗杯顶部涂覆粘结剂；
将半成品转移至密闭真空环境中，然后向密闭真空环境填充一定量的所述稀有气体。
可选的，步骤S2中：
在气压为0～900pa的所述稀有气体环境中，将所述盖板放置在所述粘结剂上，并固化所述粘结剂，以形成所述密封腔。
本发明还提供一种半导体封装器件，包括：倒装半导体芯片、碗杯、盖板；
所述倒装半导体芯片与所述碗杯底部电连接，所述盖板固定连接与所述碗杯顶部以形成密闭的密封腔；所述密封腔内仅填充有由0族元素组成的稀有气体，且所述密封腔的压强低于外界环境气压。
可选的，所述碗杯顶部包括“L”形台阶，所述盖板与所述台阶匹配。
可选的，所述盖板设置于所述碗杯顶部上，且通过粘结剂与所述碗杯固定。
可选的，所述密封腔的压强包括0～900pa。
有益效果
本发明提供一种半导体封装器件和半导体封装器件封装方法，半导体封装器件包括倒装半导体芯片、碗杯、盖板；通过将倒装半导体芯片与碗杯底部电连接；在由0族元素组成的稀有气体环境中，将所述盖板固定在所述碗杯顶部以形成密闭的密封腔，所述密封腔的气压低于外界环境气压；本发明提供的半导体封装器件内部密封且处于由0族元素组成的低压稀有气体环境中，可以避免回流焊过程气体膨胀损坏器件，也能够避免填充物或气孔对器件的影响；同时，稀有气体能够对封装器件内部元件形成有效保护。
附图说明
图1为本发明实施例一提供的一种半导体封装器件的结构示意图；
图2为本发明实施例一提供的另一种半导体封装器件的结构示意图；
图3为本发明实施例一提供的再一种半导体封装器件的结构示意图；
图4为本发明实施例二提供的半导体封装器件封装方法的流程图；
图5为本发明实施例二提供的在碗杯底部上涂覆导电胶的示意图；
图6为本发明实施例二提供的倒装半导体芯片放置在底座上的示意图；
图7为本发明实施例二提供的将盖板放置在碗杯顶部的示意图；
图8为本发明实施例三提供的半导体封装器件的结构示意图；
图9为本发明实施例三提供的半导体封装器件封装方法的流程图。
附图标记解释为：101为倒装半导体芯片，102为碗杯，103为盖板，104为密封腔，105为导电胶，1021为金属焊盘，1011为倒装半导体芯片正电极，1012为倒装半导体芯片负电极。
具体实施方式
为了使本发明的内容更容易被理解，下面通过具体实施方式结合附图对本发明作进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例一：
半导体封装器件内部存在大量空气，在回流焊过程中随着温度升高空气会迅速膨胀造成器件损坏，为了避免这一现象，目前的半导体封装器件采用两种方案：(1)在器件内部空隙填充有机材料，排出或减少器件内部空气。(2)在器件外壳开出气孔，受热膨胀时气体随排气孔排出。但这两种方案都有一定的局限性，采用方案(1)，内部有机填充物环境适应性差，受外界物质及环境影响易发生老化，影响器件性能；采用方案(2)器件处于非密封状态，外界环境污染物易进入器件内部，影响器件工作，为了解决上述问题，本实施例提供了一种半导体封装器件，请参见图1，半导体封装器件，可以实现光、电、声、磁、热、力信号中两种或多种间相互转换，该半导体封装器件包括：倒装半导体芯片101、碗杯102，盖板103；盖板103固定连接于碗杯102顶部以形成密闭的密封腔104，倒装半导体芯片101与位于密封腔104内的碗杯102底部电连接；其中密封腔104内仅填充有由0族元素组成的稀有气体，且所述密封腔104的压强低于外界环境气压；利用密封腔104使得倒装半导体芯片101处于密封状态，避免外界环境污染物进入器件内，同时增强倒装半导体芯片101与碗杯102之间的电绝缘性；通过该填充有稀有气体的密封腔104，使得倒装半导体芯片101不直接与碗杯102接触，从而可避免气体膨胀损坏器件，对倒装半导体芯片101形成有效保护。
在本实施例中，盖板103与碗杯102结合形成的密封腔104内部填充有稀有气体，是在密闭真空环境中填充一定量的稀有气体，即该密封腔104不包括其他气体，密封腔104的稀有气体压强低于外部环境大气压强；值得注意的是，0族元素组成的稀有气体包括氦气He2、氖气Ne2、氩气Ar2、氪气Kr2、氙气Xe2、氡气Rn2中的至少一种，例如密封腔104内部包括由He2、Ar2和Ne2混合形成的气体；较优的，密封腔104的压强包括0～900pa，例如密封腔内部为由He2、Ar2和Ne2混合组成的压强为500pa稀有气体环境。
需要说明的是，碗杯102的整体形状包括但不限于碗状、规则多边体状(如四边体)等。该碗杯102包括位于底部的底座和位于顶部外壳，底座以绝缘材料为基体，在绝缘材料上包括金属焊盘1021，其中该底座和外壳一体成型构成碗杯102，在其他实施例中，碗杯102也可以是将外壳单独成型后再固定在底座上形成碗杯102，此时外壳内部为空隙，外壳底部和顶部为开口状，分别于底座和盖板103密闭结合，例如在底座四周涂覆粘结剂，将外壳底部放置于底座粘结剂上，使外壳固定在底座上，外壳底部开口与底座密闭结合，外壳顶部开口与底座组合形成碗杯102状结构。倒装半导体芯片101的导电电极位于底部，进而倒装半导体芯片101底部的正电极1011和负电极1012分别与底座上的金属焊盘1021电连接，如图2所示，两个金属焊盘1021位于底座中心，金属焊盘1021的面积大于倒装半导体芯片101面积，以保证导体芯片与底座接触完整；在本实施例中，倒装半导体芯片101的导电电极通过导电胶(图2未示出)与金属焊盘1021电连接，导电胶是金属和非金属组合而成的导电胶状、膏状物，导电胶的一端连接半导体光电芯片的电极，另一端连接在底座的金属焊盘1021上，使倒装半导体芯片101与底座的金属焊盘1021实现电导通，其中该导电胶的面积小于金属焊盘1021，避免导电胶溢出金属焊盘1021。在其他实施例中，倒装半导体芯片101的导电电极也可以通过金属引线与金属焊盘1021连接。
在本实施例中，盖板103的形状、大小与碗杯102顶部开口状匹配，例如碗杯102开口为长方形，则盖板103也为长方形；值得注意的是，本实施例中的盖板103与碗杯102顶部的连接区域为粗糙表面，即盖板103部分区域和碗杯102顶部的部分区域均为粗糙表面，以增加盖板103与碗杯102顶部的结合力。由于碗杯102具有一定的厚度，盖板103的长度可以大于碗杯102最小长度，且小于碗杯102最大长度，为了保证密封腔104的完全封闭，本实施例中的盖板103的高度与碗杯102的高度持平，如图1所示，碗杯顶部包括“L”形台阶，盖板与台阶配合使得盖板103嵌入碗杯102中，使得盖板103与碗杯102高度持平。在本实施例中，盖板103可以通过粘结剂与碗杯102密封，该粘结剂包括但不限于有机胶水或金属焊接材料，例如聚二甲基硅氧烷或Si02为主材的粘结剂。在一些实施例中，盖板103长度可以略大于或等于碗杯102开口，例如如图3所示，盖板103直接放置在碗杯102顶部上，此时碗杯顶部为规则四边形，盖板103高度大于碗杯102高度。
需要说明的是，本实施例中的盖板103包括透明或半透明玻璃盖板，玻璃盖板对光有聚集的效果，适用于定向性应用，其中盖板103具体包括透明或半透明的有机玻璃盖板、透明或半透明的无机玻璃盖板、透明或半透明的有机与无机组合而成的玻璃盖板。
在本实施例中，倒装半导体芯片101包括但不限于半导体光电芯片，半导体光电芯片由芯片基材、P型半导体、N型半导体和电极组成，半导体光电芯片能吸收电能，并释放出光能及热能，实现电、光、热信号相互转换。
本实施例提供了一种半导体封装器件，盖板固定连接在所述碗杯以形成密闭的密封腔，所述倒装半导体芯片倒装在位于所述密封腔内的碗杯底座上，倒装半导体芯片的导电电极位于底部，使用导电胶将倒装半导体芯片固定于碗杯内的底座上，并通过处于芯片底部的导电胶将芯片电极与底座金属连接，实现电导通；盖板与碗杯形成的密封腔内部为由0族元素组成的压强为0～900pa低压稀有气体环境，可以避免回流焊过程气体膨胀损坏器件，也能够避免填充物或气孔对器件的影响，提高器件的可靠性。
实施例二：
本实施例提供一种实施例一中的半导体封装器件封装方法，如图4所示，封装方法包括：
步骤S401：将倒装半导体芯片与碗杯底部电连接。
步骤S402：在仅由0族元素组成的稀有气体环境中，将所述盖板固定在所述碗杯上以形成密闭的密封腔，所述密封腔的气压低于外界环境气压。
在本实施例中，碗杯102包括一体成型的底座(位于碗杯底部)和外壳(位于碗杯顶部)，底座上设置有金属焊盘1021，倒装半导体芯片101的导电电极位于底部，将倒装半导体芯片101的导电电极分别放在在底座上金属焊盘1021上实现电连接。具体的，在底座上金属焊盘1021上涂覆导电胶105，将倒装半导体芯片101放置在导电胶105上，固化导电胶105，以使得所述倒装半导体芯片101底部的导电电极通过导电胶105与位于碗杯底部的底座电连接，如图5、6所示；其中在夹具经预设导电胶，在80～140℃固化较好，未预热是在110～150℃固化较好。
在一些实施例中，当碗杯102包括单独成型的外壳和底座时，在步骤S901之前，还包括在底座四周涂覆粘结剂，将外壳底部放置于底座粘结剂上，进行粘结剂的固化，使外壳固定在底座上，外壳底部开口与底座密闭结合，外壳顶部开口与底座组合形成碗杯102状结构；其中粘结剂包括但不限于有机胶水或金属焊接材料，例如聚二甲基硅氧烷或Si02为主材的粘结剂。
需要说明的是，在步骤S901之后，步骤S902之前，还包括：在碗杯102顶部涂覆粘结剂，将半成品转移至密闭真空环境中，然后向密闭真空环境中填充一定量的稀有气体；例如将半成品转移至真空手套箱，在手套箱中填充稀有气体，该手套箱中的气压低于外界环境气压，该稀有气体包括He2、Ne2、Ar2、Kr2、Xe2、Rn2中的一种或多种混合形成的气体。
在本实施例中，在气压为0～900pa的所述稀有气体环境中，将所述盖板103放置在所述粘结剂上，并固化所述粘结剂，盖板103被固定于碗杯102的上方，使得碗杯102与盖板103紧密接触，内部形成所述密封腔，该密封腔的气压为0～900pa，低于外部环境气压，如图7所示；在一些实施例中，将盖板103与碗杯102顶部的连接区域为粗糙表面，预先对盖板103的两端区域、碗杯102顶部对应区域进行粗糙处理，当盖板103通过粘结剂与碗杯102顶部连接时，通过粗糙表面增加粘结剂与盖板103、碗杯102顶部的结合力。
本实施例提供了一种半导体器件封装方法，在碗杯底座上涂覆导电胶，将半导体光电芯片放置于导电胶上；进行导电胶的固化，导电胶将半导体光电芯片底部的正、负电极分别与底座的正、负焊盘相互连接，实现芯片与底座焊盘的电导通；在碗杯顶部涂覆粘结剂，所得已固晶的碗杯移至密闭真空环境中，然后向密闭真空环境中填充一定量的稀有气体；将顶部盖板放置于粘结剂上，在低压稀有气体环境中进行粘结剂的固化，顶部盖板被固定于碗杯的上方，使碗杯与顶部盖板紧密接触，内部形成密闭环境，密闭环境内部稀有气体压强低于外部环境气压，通过密闭环境对半导体封装器件形成有效保护，保证了半导体封装器件的性能。
实施例三：
本实施例提供一种具体的半导体封装器件，如图8所示，该半导体封装器件包括：碗杯102，倒装在碗杯102底部上的倒装半导体芯片101，固定连接在碗杯102顶部以形成密闭的密封腔104的盖板103，密封腔104内填充有0族元素组成的稀有气体，具体的，密封腔104内部仅包括由He2、Ne2、Ar2、Kr2、Xe2、Rn2中的一种或多种混合形成的稀有气体环境，密封腔104的气压包括0～900pa，低于外界环境气压。
在本实施例中，碗杯102包括一体成型的底座和外壳，底座上设置有两个金属焊盘1021，倒装半导体芯片101包括位于底部的正电极1011和负电极1012，正电极1011与负电极1012分别通过导电胶105与金属焊盘1021电连接，该导电胶105是由金属和非金属组合而成的导电胶状、膏状物。
在本实施例中，盖板103为透明玻璃盖板103且为长方形，该盖板103的形状与碗杯102开口一致；盖板103的长度大于碗杯102最小长度，且小于碗杯102最大长度，盖板103与碗杯102高度持平，碗杯102顶部为“L”形，使得盖板103嵌入碗杯102中，其中盖板103通过聚二甲基硅氧烷或Si02为主材的粘结剂与碗杯102密封；在一些实施例中，该盖板103的两端区域和碗杯102“L”形台阶均为粗糙表面，以增加所述盖板103与所述碗杯102顶部的结合力。
本实施例还提供一种具体的半导体封装器件封装方法，如图9所示，该封装方法包括：
S901：在底座上金属焊盘上涂覆导电胶。
S902:在倒装半导体芯片放置在包含导电胶的碗杯底座上,固化所述导电胶，以使得所述倒装半导体芯片底部的导电电极通过导电胶与所述底座电连接。
S903：在所述碗杯顶部涂覆粘结剂。
S904：将半成品转移至密闭真空环境中，然后向密闭真空环境填充一定量的所述稀有气体，稀有气体包括氦气、氖气、氩气、氪气、氙气、氡气中的至少一种。
S905：将顶部盖板放置于粘结剂上，在气压为0～900pa的稀有气体环境中进行粘结剂的固化，顶部盖板被固定于碗杯的上方，使碗杯与顶部盖板紧密接触形成密封腔。
本实施例提供一种半导体封装器件及其封装方法，包括倒装半导体芯片、碗杯、盖板；所述盖板固定连接在所述碗杯以形成密闭的密封腔，所述倒装半导体芯片倒装在位于所述密封腔内的碗杯底座上并所述底座电连接，所述密封腔内填充有由0族元素组成的稀有气体，且所述密封腔的压强低于常压，导体封装器件内部密封且处于由0族元素组成的低压稀有气体环境中，可以避免回流焊过程气体膨胀损坏器件，也能够避免填充物或气孔对器件的影响；同时，稀有气体能够对封装器件内部元件形成有效保护。
应当理解的是，本实施例提供的半导体封装器件可以应用于各种发光领域，例如其可以制作成背光模组应用于显示背光领域(可以是电视、显示器、手机等终端的背光模组)。此时可以将其应用于背光模组。还可应用于按键背光领域、拍摄领域、家用照明领域、医用照明领域、装饰领域、汽车领域、交通领域等。应用于按键背光领域时，可以作为手机、计算器、键盘等具有按键设备的按键背光光源；应用于拍摄领域时，可以制作成摄像头的闪光灯；应用于家用照明领域时，可以制作成落地灯、台灯、照明灯、吸顶灯、筒灯、投射灯等；应用于医用照明领域时，可以制作成手术灯、低电磁照明灯等；应用于装饰领域时可以制作成各种装饰灯，例如各种彩灯、景观照明灯、广告灯；应用于汽车领域时，可以制作成汽车车灯、汽车指示灯等；应用于交通领域时，可以制成各种交通灯，也可以制成各种路灯。上述应用仅仅是本实施例所示例的几种应用，应当理解的是半导体封装器件的应用并不限于上述示例的几种领域。
上面结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。

Claims (9)

1.一种半导体封装器件封装方法，其特征在于，包括：
步骤S1、将倒装半导体芯片与碗杯底部电连接；
步骤S2、在仅由0族元素组成的稀有气体环境中，将盖板固定在所述碗杯顶部以形成密闭的密封腔，所述密封腔的气压低于外界环境气压。
2.如权利要求1所述的半导体封装器件封装方法，其特征在于，步骤S1中：
在倒装半导体芯片放置在包含导电胶的碗杯底部上；
固化所述导电胶，以使得所述倒装半导体芯片底部的导电电极通过导电胶与所述碗杯底部电连接。
3.如权利要求2所述的半导体封装器件封装方法，其特征在于，在步骤S2之前，包括：
在所述碗杯顶部涂覆粘结剂；
将半成品转移至密闭真空环境中，然后向密闭真空环境填充一定量的所述稀有气体。
4.如权利要求3所述的半导体封装器件封装方法，其特征在于，步骤S2中：
在气压为0～900pa的所述稀有气体环境中，将所述盖板放置在所述粘结剂上，并固化所述粘结剂，以形成所述密闭腔。
5.一种半导体封装器件，其特征在于，包括：倒装半导体芯片、碗杯、盖板；
所述倒装半导体芯片与所述碗杯底部电连接，所述盖板固定连接于所述碗杯顶部以形成密闭的密封腔；所述密封腔内仅填充有由0族元素组成的稀有气体，且所述密封腔的压强低于外界环境气压。
6.如权利要求5所述的半导体封装器件，其特征在于，所述盖板与碗杯顶部的连接区域为粗糙表面，以增加所述盖板与所述碗杯顶部的结合力。
7.如权利要求6所述的半导体封装器件，其特征在于，所述碗杯顶部包括“L”形台阶，所述盖板与所述台阶匹配。
8.如权利要求6所述的半导体封装器件，其特征在于，所述盖板设置于所述碗杯顶部上，且通过粘结剂与所述碗杯固定。
9.如权利要求5-8任一项所述的半导体封装器件，其特征在于，所述密封腔的压强包括0～900pa。
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