CN114975734A - 一种超薄型芯片制造封装方法 - Google Patents
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Abstract
一种超薄型芯片制造封装方法,包括如下步骤:步骤1.将倒装芯片晶圆初步研磨衬底层;步骤2.将单颗倒装芯片以阵列形式排列于载板上;载板包括一个硬质基板及贴合在硬质基板一侧的双面胶层;步骤3.以第一胶体填满倒装芯片阵列中芯片之间的空隙;步骤4.将倒装芯片顶面研磨二次减薄;步骤5.倒装芯片正上方铺盖一层第二胶体,完成最后封装;步骤6.切割得到封装好的单颗倒装芯片。采用本发明所述的薄型芯片制造封装方法,通过改变工艺流程,增加载板和弹性胶层,晶粒可增大减薄力度,实现晶粒封装后的厚度小于100微米的芯片,最低可达30微米。
Description
技术领域
本发明属于芯片技术领域,具体涉及一种超薄型芯片制造封装方法。
背景技术
目前LED芯片最常见的是正装结构,还有垂直结构和倒装结构。正装结构由于p,n电极在LED同一侧,容易出现电流拥挤现象,而且热阻较高,而垂直结构则可以很好的解决这两个问题,可以达到很高的电流密度和均匀度。这也导致垂直结构通常用于大功率LED应用领域,而正装技术一般应用于中小功率LED。
倒装结构技术也可以细分为两类,一类是在蓝宝石芯片基础上倒装,蓝宝石衬底保留,利于散热,但是电流密度提升并不明显;另一类是倒装结构并剥离了衬底材料,可以大幅度提升电流密度。
为了避免正装芯片中因电极挤占发光面积从而影响发光效率,芯片研发人员设计了倒装结构,即把正装芯片倒置,由于衬底被剥去而芯片材料透明,可使发光层激发出的光直接从电极的另一面发出,同时,针对倒装设计出方便LED封装厂焊线的结构,从而,整个芯片称为倒装芯片(Flip Chip),该结构在大功率芯片较多用到。
倒装芯片具有以下优点: 一是没有通过蓝宝石散热,可通大电流使用;二是尺寸可以做到更小,光学更容易匹配;三是散热功能的提升,使芯片的寿命得到了提升;四是抗静电能力的提升;五是为后续封装工艺发展打下基础。
随着光电组件与集成电路技术发展,薄型化晶圆的需求,对晶圆越薄减薄加工的良率越低的限制,半导体晶圆的减薄后常见的厚度约150~250μm,小于80μm的厚度即面临量产可行的问题,更薄的厚度将会增加成本以及良率的损失,导致目前并没有相关产品在市场上。
晶圆减薄的困难点在于本身为硬脆材料,晶圆面积尺寸越大研磨抛光过程稳定性越低且破片率越高,因而导致这些半导体的封装厚度受到局限。由于硅晶圆比蓝宝石更易加工,用本发明所述制造工艺与封装方法对硅芯片进行封装可以达到30微米的更低厚度。
发明内容
为克服现有技术存在的缺陷,本发明公开了一种超薄型芯片制造封装方法。
本发明所述超薄型芯片制造封装方法,包括如下步骤:
步骤1.将倒装芯片晶圆初步研磨衬底层,使倒装芯片晶圆厚度初步减薄至80~150μm,将初步减薄后的晶圆经过切割为单颗倒装芯片;
步骤2.将单颗倒装芯片以阵列形式排列于载板上;载板包括一个硬质基板及贴合在硬质基板一侧的双面胶层,单颗倒装芯片排列在双面胶层上并被胶层粘接固定,电极面贴向载板;
步骤3.以第一胶体填满倒装芯片阵列中芯片之间的空隙,使第一胶体包覆倒装芯片四周,或较厚第一胶体五面包覆;
步骤4.胶体包覆固化后将倒装芯片顶面研磨二次减薄,二次减薄得到的二次减薄芯片整体厚度降低至20μm~70μm;
步骤5.倒装芯片正上方铺盖一层第二胶体,完成最后封装,第二胶体的厚度为20~80μm,封装后的倒装芯片厚度约40~100μm;
步骤6.切割得到封装好的单颗倒装芯片。
优选的,步骤1的初步减薄采用CMP技术减薄厚度。
优选的,所述步骤2利用固晶机设备进行。
优选的,所述第一胶体和/或第二胶体为硅胶。
优选的,步骤3中以第一胶体包覆倒装芯片的具体方法为点注法或用预制模具盖住倒装芯片后灌注第一胶体。
优选的,所述步骤4中二次减薄采用的研磨粉材料为碳化硅、碳化硼、立方氮化硼、钻石微粉中的任意一种。
优选的,所述倒装芯片为LED芯片或IC芯片。
采用本发明所述的薄型芯片制造封装方法,通过改变工艺流程,增加载板和弹性胶层,晶粒可增大减薄力度,对于蓝宝石衬底芯片,可实现晶粒封装后的厚度小于100微米的芯片(可达40微米)。利用本发明所述封装方法对IC半导体硅晶圆进行封装。由于硅晶圆比蓝宝石更易加工,用本发明所述封装方法进行封装可以达到30微米的更低厚度。
附图说明
图1为本发明一种具体实施方式示意图;
图中附图标记名称为:1-倒装式芯片晶圆,2-单颗倒装芯片,3-双面胶层,4-基板,5-第一胶体,6-二次减薄芯片,7-第二胶体。
具体实施方式
下面对本发明的具体实施方式作进一步的详细说明。
具体实施方式1,以倒装式LED芯片为例:
倒装结构尤其适用于LED 芯片,以LED芯片为例,本发明所述薄型芯片制造封装方法,包括如下步骤:
步骤1.将倒装式LED芯片晶圆(Flip chip LED或 FC LED),初步研磨衬底层,例如蓝宝石衬底层,使倒装式LED芯片晶圆厚度初步减薄至80~150um,将初步减薄后的晶圆经过切割为单颗倒装芯片;
所谓晶圆是集成排列有大量单颗倒装芯片的圆形芯片;切割工具可以采用芯片切割机进行;初步减薄可采用常规CMP(Chemical Mechanical Polishing,化学机械抛光)技术减薄厚度。上述步骤从厂家新世纪光电科技有限公司 (中国台湾)制作完成,购入倒装式LED芯片,其长和宽分别为200×500um 的单颗晶粒(厚度为100um)。
步骤2.将单颗倒装芯片以阵列形式排列于载板上,其中单颗芯片的间距可取0.2-0.5毫米,电极面贴向载板;步骤2通常利用固晶机设备来进行。
载板包括一个硬质基板及贴合在硬质基板一侧的双面胶层,硬质基板厚度0.6mm,双面打磨光滑的金属片,双面胶功能为一面可粘着固定单颗芯片的电极面,另一面可以粘着于固定于硬质基板,最好选择两面黏着度不一样的双面胶,一面黏着度较高,一面黏着度较低。黏着度较低的面贴在硬质基板,黏着度较高的面用于固定单颗芯片。
单颗倒装芯片排列在双面胶层上并被胶层粘接固定;
步骤3.以第一胶体填满倒装芯片阵列中芯片之间的空隙,使第一胶体包覆倒装芯片四周,如果第一胶体量较大,可能对倒装芯片五面包覆;但不影响后续的制程,顶部的第一胶体可以在后续步骤中研磨去除。
第一胶体可以选择硅胶,其功能主要有:(1) 固定倒装芯片,研磨时可以避免蓝宝石位移;(2)减震:避免研磨时晶粒崩裂或产生缺陷;(3)可根据发光需求在第一胶体混入滤光介质,调整LED芯片光色或亮度等。
步骤3可以利用点注法:利用器具以挤出作胶体为点注来注入胶体,也可用机器设备来进行挤出点注;也可以用预制模具盖住倒装芯片后进行灌注。
步骤4.胶体包覆固化后将倒装芯片顶面研磨二次减薄,二次减薄得到的二次减薄芯片整体厚度降低至20um~70um,研磨液中的研磨粉材料为碳化硅(SiC)、碳化硼(B4C)、立方氮化硼(CBN)、钻石微粉等。
步骤5.倒装芯片正上方铺盖一层第二胶体,完成最后封装,第二胶体的厚度为20~80um,封装后的倒装芯片 厚度约40~100um;
此处第二胶体可以和第一种胶体可以选择相同材料,也可以是其它胶体,不同光学性能的两种胶体可以实现更多样化的发光组件。
步骤6.切割得到封装好的单颗倒装芯片;
切割第一胶体和第二胶体后,将单颗倒装芯片从硬质基板剥离,得到单颗倒装芯片;
最后可采用排片机将独立的倒装芯片在SPV224蓝膜上排列整齐即完成封装,一般来说电极都是贴在蓝膜上,或利用自动贴片机将独立的倒装芯片装在芯片卷盘的载卷上,而硬质基板基本可以重复直到有缺陷或损毁,或是单次使用后即可抛弃。
具体实施方式2,以倒装式IC芯片为例:
1.倒装式IC (Flip chip IC),于硅晶圆完成半导体集成电路、金属线路及保护制程后,为了降低IC的厚度会将晶圆研磨硅基底材料,使其晶圆厚度减薄至50~250um;
2.减薄后的倒装芯片经过切割为单颗的FC IC (长度和宽度的范围在100um~1000um);上述步骤已于IC厂制作完成,本案使用中国台湾安沛科技公司(Anapex) FC IC的单颗晶粒,长宽540x590um,厚度150um。
3.将单颗的FC IC 矩阵排列于载板(FC IC 之间隙 0.2~1mm,其载板由一平整的硬质基板及双面胶所组成,硬质基板可为金属片或是玻璃片,硬质基板厚度0.3~1mm,双面胶其一面贴合硬质基板,另一面贴合矩阵排列之FC IC 的电极;
4.使用第一胶体填满矩阵排列晶粒之间的空隙,使第一胶体包覆晶粒四周;
5.胶体包覆且固化后,将倒装芯片顶面研磨减薄至10~50um;
6. 倒装芯片顶面上方再铺盖一层第二胶体进行最后的封装,第二胶体厚度可为20~50um;
7. 材料切割完成,即完成可小于100um 薄型FC IC 封装。
具体实施例3:以普通LED芯片为例:
步骤1.从厂家新世纪光电科技有限公司 (中国台湾)购入倒装式LED芯片晶圆,厂家已初步研磨蓝宝石衬底层,使倒装式LED芯片晶圆厚度初步减薄至100μm,并将初步减薄后的晶圆经过切割为单颗倒装芯片;其长和宽分别为200×500um 的单颗晶粒。
步骤2.将单颗倒装芯片以阵列形式排列于载板上,其中单颗芯片的间距取0.2-0.5毫米,电极面贴向载板;步骤2利用由深圳新益昌科技股份有限公司 LED固晶机生产的倒装LED固晶机来进行。
载板包括一个硬质基板及贴合在硬质基板一侧的双面胶层,硬质基板厚度0.8 mm的玻璃片,双面胶功能为一面可粘着固定单颗芯片的电极面,另一面可以粘着于固定于硬质基板,选择两面黏着度不一样的双面胶,一面黏着度较高,一面黏着度较低。黏着度较低的面贴在硬质基板,黏着度较高的面用于固定单颗芯片。
单颗倒装芯片排列在双面胶层上并被胶层粘接固定;
步骤3.以第一胶体为硅胶填满倒装芯片阵列中芯片之间的空隙,使第一胶体包覆倒装芯片四周,如果第一胶体量较大,可能对倒装芯片五面包覆;但不影响后续的制程,顶部的第一胶体可以在后续步骤中研磨去除。
第一胶体为硅胶,其功能主要有:(1) 固定倒装芯片,研磨时可以避免蓝宝石位移;(2)减震:避免研磨时晶粒崩裂或产生缺陷;(3)可根据发光需求在第一胶体混入滤光介质,调整LED芯片光色或亮度等。
步骤3利用点注法:利用注射器具以挤出作胶体为点注来注入胶体。
步骤4.胶体包覆固化后将倒装芯片顶面 以全自动晶圆研磨机(Wafer Grinding,GDM300衡鹏)研磨二次减薄,将不同试样分别经二次减薄得到的二次减薄芯片整体厚度分别降低至20μm、40 μm、70μm,研磨液中的研磨粉材料为碳化硅(SiC)。
步骤5.倒装芯片正上方铺盖一层第二胶体(硅胶),完成最后封装,第二胶体的厚度为20μm;
步骤6.切割得到封装好的单颗倒装芯片;
切割第一胶体和第二胶体后,将单颗倒装芯片从硬质基板剥离,得到单颗倒装芯片;
最后可采用排片机将独立的倒装芯片在SPV224蓝膜上排列整齐即完成封装,一般来说电极都是贴在蓝膜上,或利用自动贴片机将独立的倒装芯片装在芯片卷盘的载卷上,而硬质基板基本可以重复直到有缺陷或损毁,或是单次使用后即可抛弃。
本实施例步骤4中二次减薄不同厚度后芯片整体厚度的相关数据列于表1,可以得知,产品最实际尺寸厚度愈薄 (研磨愈多,减薄程度愈多)其良率就愈低,但是其良率都能超过75%以上。最终产品实际尺寸厚度与第二胶体的厚度精度有很大关系,导致其最终产品的厚度会有一定的差异性。
具体实施例4:以普通IC芯片为例:
步骤1.倒装式IC,使用中国台湾安沛科技公司(Anapex) FC IC 的单颗晶粒,厂家于硅晶圆完成半导体集成电路、金属线路及保护制程后,为了降低IC的厚度会将晶圆研磨硅衬底材料,使其晶圆厚度减薄至150μm;
步骤2.厂商将减薄后的倒装式芯片经过切割为单颗的倒装式 IC (长度和宽度为540x590um;
步骤3.将单颗的倒装式IC 矩阵排列于载板(倒装式IC 之间隙 0.2~1mm,其载板由一平整的硬质基板及双面胶所组成,硬质基板为金属片,硬质基板厚度0.5 mm,双面胶其一面贴合硬质基板,另一面贴合矩阵排列的倒装式 IC 的电极;
步骤4.使用点注法将第一胶体填满矩阵排列晶粒之间的空隙,使第一胶体包覆晶粒四周,有时点注量过多导致第五面即最上方的面也被胶体包覆,发生这种情况没有关系,并不影响后续的制程;
步骤5.胶体包覆且固化后,将倒装芯片顶面以全自动晶圆研磨机(WaferGrinding, GDM300衡鹏)分别研磨二次减薄至10 μm、30 μm、60μm;研磨液中的研磨粉材料为钻石微粉。
步骤6.倒装芯片顶面上方再铺盖一层第二胶体进行最后的封装,第二胶体厚度为20μm;
步骤7.材料切割完成,即完成薄型倒装式IC 封装。
本实施例步骤5中二次减薄不同厚度后的相关数据列于表1,可以得知,产品最实际尺寸厚度愈薄 (研磨愈多,减薄程度愈多)其良率就愈低,但是其良率都能超过70%以上。最终产品实际尺寸厚度与第二胶体的厚度精度有很大关系,导致其最终产品的厚度会有一定的差异性。
表一
采用本发明所述的薄型芯片制造封装方法,通过改变工艺流程,增加载板和弹性胶层,晶粒可增大减薄力度,实现晶粒封装后的厚度小于100微米的芯片。
前文所述的为本发明的各个优选实施例,各个优选实施例中的优选实施方式如果不是明显自相矛盾或以某一优选实施方式为前提,各个优选实施方式都可以任意叠加组合使用,所述实施例以及实施例中的具体参数仅是为了清楚表述发明人的发明验证过程,并非用以限制本发明的专利保护范围,本发明的专利保护范围仍然以其权利要求书为准,凡是运用本发明的说明书及附图内容所作的等同结构变化,同理均应包含在本发明的保护范围内。
Claims (7)
1.一种超薄型芯片制造封装方法,包括如下步骤:
步骤1.将倒装芯片晶圆初步研磨衬底层,使倒装芯片晶圆厚度初步减薄至80~150μm,将初步减薄后的晶圆经过切割为单颗倒装芯片;
步骤2.将单颗倒装芯片以阵列形式排列于载板上;载板包括一个硬质基板及贴合在硬质基板一侧的双面胶层,单颗倒装芯片排列在双面胶层上并被胶层粘接固定,电极面贴向载板;
步骤3.以第一胶体填满倒装芯片阵列中芯片之间的空隙,使第一胶体包覆倒装芯片四周,或较厚第一胶体五面包覆;
步骤4.胶体包覆固化后将倒装芯片顶面研磨二次减薄,二次减薄得到的二次减薄芯片整体厚度降低至20μm~70μm;
步骤5.倒装芯片正上方铺盖一层第二胶体,完成最后封装,第二胶体的厚度为20~80μm,封装后的倒装芯片厚度约40~100μm;
步骤6.切割得到封装好的单颗倒装芯片。
2.如权利要求1所述的超薄型芯片制造封装方法,其特征在于,步骤1的初步减薄采用CMP技术减薄厚度。
3.如权利要求1所述的超薄型芯片制造封装方法,其特征在于,所述步骤2利用固晶机设备进行。
4.如权利要求1所述的超薄型芯片制造封装方法,其特征在于,所述第一胶体和/或第二胶体为硅胶。
5.如权利要求1所述的超薄型芯片制造封装方法,其特征在于,步骤3中以第一胶体包覆倒装芯片的具体方法为点注法或用预制模具盖住倒装芯片后灌注第一胶体。
6.如权利要求1所述的超薄型芯片制造封装方法,其特征在于,所述步骤4中二次减薄采用的研磨粉材料为碳化硅、碳化硼、立方氮化硼、钻石微粉中的任意一种。
7.如权利要求1所述的超薄型芯片制造封装方法,其特征在于,所述倒装芯片为LED芯片或IC芯片。
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