CN116472601A - 用于制造包封半导体管芯和/或包封半导体封装的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种用于制造包封半导体管芯和/或包封半导体封装或用于制造半导体管芯和/或半导体封装的包封物的方法，该方法包括以下步骤：(1)将大量裸半导体管芯组装在临时载体上，以及(2)包封所组装的裸半导体管芯，该方法的特征在于，在步骤(2)中施加含水水硬硬化无机水泥制剂作为包封物。
Description
本发明涉及用于制造半导体管芯的和/或半导体封装的包封物的或相应地用于制造包封半导体管芯的和/或包封半导体封装的改善的方法。本发明还涉及能够通过该方法获得的包封半导体管芯或包封半导体封装。
半导体管芯包括例如存储器芯片、逻辑功能芯片等。
本文使用的术语“半导体封装”是指包括少量半导体管芯(例如，至少2个半导体管芯，例如2至5个或2至10个半导体管芯)的集合。
裸半导体管芯的现有技术制造包括半导体晶片的结构化(包括光刻结构化)、任选地施加常规的金属化以用于电接触目的，并且最后将结构化半导体晶片分成单个半导体管芯(所谓的管芯切分)，即分成缺少电绝缘和/或保护性包封物的裸半导体管芯。可例如通过金刚石锯切或激光切割来执行划分结构化晶片。这些方法也称为所谓的扇出和扇入晶片或面板级封装。
为了为裸半导体管芯配备保护性且电绝缘的包封物，常规上，首先将它们放置或固定在临时载体上。临时载体可由例如钢、石英玻璃或玻璃制成，并且该临时载体可具有用于在其上临时固定裸半导体管芯的剥离带。
进行临时固定使得裸半导体管芯被布置为使它们之间有适当距离或间隙，由此所述距离或间隙限定要用包封剂填充的空间。因此，在将裸半导体管芯放置在临时载体上之后，将呈可硬化(可固化)有机成型物质的形式的包封剂(例如，环氧成型化合物)施加在裸半导体管芯之间并施加到裸半导体管芯上并且允许其硬化，从而导致形成有机聚合物组合物(例如，硬化环氧聚合物组合物等)。可通过常规的成型技术(例如，模压成型或传递成型)进行施加。硬化通常通过施加热来实现，从而使物体温度达到例如100℃至200℃的范围内。在硬化之后形成某一结构，该结构包括在其上具有单独半导体管芯的临时载体，该临时载体被有机聚合物罩状包封物覆盖。
然后，从临时载体去除由包括半导体管芯的有机聚合物罩状包封物组成的如此形成的结构，即所谓的脱粘或载体剥离。然后，载体剥离之后可以是为半导体管芯在该管芯的底面或顶面处配备电绝缘装置和电互连件的连续步骤。常规的电绝缘装置的示例包括介电聚合物，而常规的电互连件的示例包括重新分布的金属线和触点层，例如金属镀层像铜镀层。
最后，将由具有配备有电绝缘装置和电互连件的半导体管芯的罩状有机聚合物包封物组成的结构分成单独包封半导体管芯或包封半导体封装，这一过程称为“切分(singulation)”或“切分(singulating)”。切分例如可通过锯切(例如，金刚石锯切)或通过激光切割来进行。最后，获得可用作电子部件的大量包封半导体管芯和/或包封半导体封装。
不仅热硬化所述包封剂而且为半导体管芯配备电绝缘装置和电互连件都需要施加热，这伴随着显著物体温度变化，并视情况还伴随包封材料的体积变化，在该过程中，可能发生有害的翘曲现象和不期望的管芯移位。管芯移位意指管芯的位置的变化；例如，管芯可能从期望位置移动，从而导致不能连结到金属触点。这样一种翘曲现象是在包封剂的热硬化期间由具有包括半导体管芯的罩状有机聚合物包封物的临时载体组成的结构的不期望的弓弯。另一种翘曲现象是在为半导体管芯配备电绝缘装置和电互连件期间包括半导体管芯的去除的罩状有机聚合物包封物的不期望的弓弯。作为弓弯和管芯移位的不期望的结果，至少一些半导体管芯可能移位，从而导致不能正确地连结到金属触点，并且因此，那些移位半导体管芯需要被标记为废料。可在质量和功能检查期间检测此类废料。
期望找到一种用于在更低或甚至没有废料形成速率的情况下制造包封半导体管芯或包封半导体封装的方法，即具有更少或甚至没有废料形成的制造方法，或者换句话说，更少或甚至没有发生前述翘曲现象的制造方法。例如，根据JEDEC标准JESD22-B108B，或者如果要在回流焊接温度下表征翘曲，则根据JESD22-B112，可使用阴影莫尔法测量翘曲。
申请人通过使用基于可水硬硬化无机水泥的包封剂找到令人惊奇的解决方案。
本发明是一种用于制造包封半导体管芯和/或包封半导体封装的方法，该方法包括以下步骤：
(1)将大量裸半导体管芯组装在临时载体上，以及
(2)包封所组装的裸半导体管芯，
该方法的特征在于，在步骤(2)中施加含水水硬硬化无机水泥制剂作为包封物。
在一个实施方案中，该方法还可包括以下步骤：(3)去除临时载体，以及(4)切分该包封半导体管芯和/或该包封半导体封装。在此类实施方案中，该方法是用于制造包封半导体管芯和/或包封半导体封装的方法，该方法包括以下步骤：
(1)将大量裸半导体管芯组装在临时载体上，
(2)包封所组装的裸半导体管芯，
(3)去除该临时载体，以及
(4)切分该包封半导体管芯和/或该包封半导体封装，
该方法的特征在于，在步骤(2)中施加含水水硬硬化无机水泥制剂作为包封物。
为了防止误解，本公开中和权利要求中使用的术语“水硬硬化”意指“水硬固化”或“水硬凝固”，即分别在水的存在下或在添加水之后的凝固。水硬硬化方法可在没有或有模压(机械压力)支持的情况下进行。
本发明还可被理解为一种用于制造半导体管芯和/或半导体封装的包封物的方法，该方法包括以下步骤：
(1)将大量裸半导体管芯组装在临时载体上，以及
(2)包封所组装的裸半导体管芯，
该方法的特征在于，在步骤(2)中施加含水水硬硬化无机水泥制剂作为包封物。
在一个实施方案中，用于制造半导体管芯的或半导体封装的包封物的该方法还可包括以下步骤：(3)去除临时载体，以及(4)切分该包封半导体管芯和/或该包封半导体封装。在此类实施方案中，该方法是用于制造半导体管芯和/或半导体封装的包封物的方法，该方法包括以下步骤：
(1)将大量裸半导体管芯组装在临时载体上，
(2)包封所组装的裸半导体管芯，
(3)去除该临时载体，以及
(4)切分该包封半导体管芯和/或该包封半导体封装，
该方法的特征在于，在步骤(2)中施加含水水硬硬化无机水泥制剂作为包封物。
在步骤(1)中，将大量裸半导体管芯组装在临时载体上。
裸半导体管芯可以如上所述的常规方式获得。对于组装裸半导体管芯存在两个选项，面向下组装或面向上组装。面向下组装意指管芯的面指向临时载体，而面向上组装正好相反，即，在此管芯被组装成使它们的面背对临时载体。为了防止误解，“管芯的面”意指半导体管芯的用于互连的关键有源区。
通常，临时载体采用片材的形式。临时载体可由例如石英玻璃、玻璃、聚合物或金属(例如，钢)制成。临时载体可配备有剥离带。
组装裸半导体管芯以便使它们之间具有适当的距离或间隙。该距离(间隙宽度)在例如30μm至70μm的范围内，并且其限定在步骤(2)期间要用含水水硬硬化无机水泥制剂填充的空间。
在步骤(2)中，包封所组装的半导体管芯，其中施加含水可水硬硬化无机水泥制剂作为包封剂。为此，在已经将裸半导体管芯放置在临时载体上或其剥离带上之后，将含水水硬硬化无机水泥制剂施加到裸半导体管芯上并施加在裸半导体管芯之间并且允许其水硬地硬化。
在本文中区分了可水硬硬化无机水泥、含水水硬硬化无机水泥制剂和水硬硬化无机水泥组合物。可水硬硬化无机水泥(其为粉末)可与水混合以产生含水水硬硬化无机水泥制剂、特别是呈粘弹性(例如，糊状或可流动)物质的形式，也称为水泥浆或水泥胶。含水水硬硬化无机水泥制剂可水硬地硬化以获得呈硬固体的形式的水硬硬化无机水泥组合物，也称为水泥石。换句话说，水硬硬化无机水泥组合物基于可水硬硬化无机水泥。水硬硬化无机水泥组合物或水泥石基本上或完全地不溶于水。
水硬硬化无机水泥组合物可由水硬硬化无机水泥组成。水硬硬化无机水泥基于可水硬硬化无机水泥，并且水硬硬化无机水泥组合物可通过将可水硬硬化无机水泥与水混合以形成水硬硬化无机水泥制剂、接着施加、水硬地硬化并干燥该水硬硬化无机水泥制剂来制成。
在另选方案中，水硬硬化无机水泥组合物还可仅包含水硬硬化无机水泥作为基质形成成分。在此类情况下，水硬硬化无机水泥组合物可包含例如0.5重量％至98重量％(重量％)的总量的一种或多种另外成分(除了水硬硬化无机水泥之外的成分)，即，其可由例如2重量％至99.5重量％的水硬硬化无机水泥以及因此0.5重量％至98重量％的一种或多种另外成分组成。此处，水硬硬化无机水泥基于可水硬硬化无机水泥和一种或多种另外成分，并且水硬硬化无机水泥组合物可通过将可水硬硬化无机水泥与水和与一种或多种另外成分混合以形成含水水硬硬化无机水泥制剂、接着施加、水硬地硬化和干燥该含水水硬硬化无机水泥制剂来制成。
如果水硬硬化无机水泥组合物包含至少一种另外成分，则含水水硬硬化无机水泥制剂除了水之外还包含至少一种另外成分、特别是与水硬硬化无机水泥组合物相同的另外成分。此类另外成分可能已经被添加或混合到可水硬硬化无机水泥中。还可以首先在不添加水的情况下将可水硬硬化无机水泥与所有另外成分混合，并且然后，与水进一步混合以产生含水水硬硬化无机水泥制剂。在另选方案中，可在添加水之前、期间或之后添加至少一种另外成分。考虑到含水水硬硬化无机水泥制剂的均质性和处理性，添加的量、时间和顺序取决于在生产含水水硬硬化无机水泥制剂期间的化学和物理性质；从实用角度，本领域技术人员将认清材料的混溶性和行为(例如，其所谓的适用期)。
相对于含水水硬硬化无机水泥制剂，可以例如0.1重量％至92重量％的总量包括至少一种另外成分。
因此，可水硬硬化无机水泥是粉末。该可水硬硬化无机水泥可以是卜特兰水泥、氧化铝水泥、氧化镁水泥、磷酸盐水泥(如磷酸锌水泥或优选地是磷酸镁水泥)。
所述另外成分的示例包括填料、纤维、流动增强剂、缓凝剂、消泡剂、水混溶性有机溶剂、表面活性剂、润湿剂和增粘剂。
填料的示例包括玻璃；硫酸钙；硫酸钡；简单和复杂的硅酸盐，包括钠、钾、钙、铝、镁、铁和/或锆；简单和复杂的铝酸盐，包括钙、镁和/或锆；简单和复杂的钛酸盐，包括钙、铝、镁、钡和/或锆；简单和复杂的锆酸盐，包括钙、铝和/或镁；二氧化锆；二氧化钛；氧化铝；二氧化硅，特别是硅石或石英；碳化硅；氮化铝；氮化硼和氮化硅。在本文中，区分了简单和复杂的硅酸盐、铝酸盐、钛酸盐和锆酸盐。复杂的硅酸盐、铝酸盐、钛酸盐和锆酸盐在配位化合物的意义上不应当被理解为复杂化合物；而是，在此意指具有多于一种类型的阳离子的硅酸盐、铝酸盐、钛酸盐和锆酸盐，如例如硅酸铝钠、硅酸铝钙、钛酸铅锆等。填料的存在可对水硬硬化无机水泥组合物的热导率和/或热膨胀行为有有利影响。
纤维的示例包括玻璃纤维、玄武岩纤维、硼纤维和陶瓷纤维，例如碳化硅纤维和氧化铝纤维、岩棉纤维、硅灰石纤维和芳族聚酰胺纤维。纤维的存在可对水硬硬化无机水泥组合物内的应力分布和裂缝预防有有利影响。
含水水硬硬化无机水泥制剂可具有例如6重量％至25重量％的水含量。
新鲜制成(在完成制备后的5分钟内)的含水水硬硬化无机水泥制剂的粘度可例如在0.1Pa·s至20Pa·s的范围内(在通过可旋转粘度计、板-板测量原理、板直径25mm、测量间隙1mm、样品温度20℃进行确定时)。
可通过将含水水硬硬化无机水泥制剂施加到临时载体上的裸半导体管芯上并施加在该裸半导体管芯之间并且允许其水硬地硬化和干燥来以常规方式进行包封步骤(2)。施加方法的示例包括常规的成型技术，如例如模压成型或传递成型。施加含水水硬硬化无机水泥制剂以便在半导体管芯的顶部上形成具有例如30μm至1000μm、特别是50μm至300μm的厚度的包封物。
水硬硬化可在环境条件下、例如在例如20℃至25℃的范围内的环境物体温度下进行，并且这可能需要例如1分钟至6小时的范围内的时间。如果期望更短的持续时间，则可升高物体温度，并且然后，可在30℃至90℃的物体温度下进行水硬硬化，并且接着，例如，可在30秒至1小时内完成水硬硬化。
在水硬硬化后进行干燥，即去除水，并且干燥可能需要在例如80℃至300℃的物体温度下进行例如0.5小时至6小时。干燥可以是真空支持的。
在结束水硬硬化和干燥之后，即在结束步骤(2)之后，获得某一结构，该结构包括在其上具有单独半导体管芯的临时载体，该临时载体被呈水硬硬化无机水泥组合物的覆盖物(即，水泥石的覆盖物)的形式的罩状包封物覆盖。
代替现有技术有机成型组合物类型包封剂用含水水硬硬化无机水泥制剂作为包封剂进行步骤(2)的益处在于，可在相当程度上或甚至完全地防止不期望的翘曲和/或管芯移位现象(如上述那些)。产生使得不能进行正确的电接触的在包封半导体管芯方面的更少的废料。然而，防止废料形成不是唯一益处；用含水水硬硬化无机水泥制剂代替现有技术有机成型组合物类型包封剂具有一些另外有益方面，如更少的化学危害和无火灾危险。与现有技术有机聚合物组合物类型包封物相比，水泥石包封物的优点包括无玻璃化转变和更高的耐热性。
在步骤(3)中，去除临时载体；即，使临时载体从步骤(2)中形成的结构剥离或脱粘，或者更确切地，从包括在其上具有单独半导体管芯的临时载体的结构剥离或脱粘，该临时载体被水泥石的罩状包封物覆盖。由于去除临时载体，因此获得由包括半导体管芯的水泥石的脱粘的罩状包封物组成的结构。
在步骤(3)和(4)之间，可存在提供具有电绝缘装置和电互连件的包封半导体管芯的中间步骤(3')。上文已经公开电绝缘装置和电互连件的示例。在步骤(1)中已经将半导体管芯面向下组装在临时载体上的情况下，可在包封半导体管芯的底面处提供电绝缘装置和电互连件两者。在步骤(1)中已经将半导体管芯面向上组装在临时载体上的另一种情况下，可在包封半导体管芯的顶面处提供电绝缘装置和电互连件两者；然而，这里，在提供电绝缘装置和电互连件之前，需要穿过覆盖顶面的水泥石包封物制备接入路径。
在步骤(4)中，切分包封半导体管芯和/或包封半导体封装。这可通过本领域技术人员已知的常规方法执行。此类方法的示例包括金刚石锯切和激光切割。
如上所述，通过本发明的方法获得大量包封半导体管芯和/或包封半导体封装。因此，可执行本发明的方法，使得产生包封半导体管芯以及包封半导体封装。为此，可尤其是关于在半导体管芯之间的间隙宽度的适当选择相应地调适组装步骤(1)和切分步骤(4)。
本发明还涉及能够通过本发明的上文公开的实施方案中的任何一个实施方案中的上文公开的方法获得的包封半导体管芯或包封半导体封装。
本发明还涉及包封半导体管芯，该包封半导体管芯包括裸半导体管芯以及上文公开的实施方案中的任何一个实施方案(特别地包括涉及水硬硬化无机水泥组合物的组合物的上文公开的实施方案)中的水硬硬化无机水泥组合物的包封物或由这两者组成。
本发明还涉及包封半导体封装，该包封半导体封装包括至少2个半导体管芯以及上文公开的实施方案中的任何一个实施方案(特别地包括涉及水硬硬化无机水泥组合物的组合物的上文公开的实施方案)中的水硬硬化无机水泥组合物的包封物或由这两者组成。
工作实施例：
将5pbw(重量份)的最大粒度为50μm的氧化镁水泥粉末、6pbw的2-咪唑烷酮、11pbw的最大粒度为5μm的微二氧化硅、65pbw的最大粒度为100μm的氧化铝粉末和12pbw的水混合，以形成含水水硬硬化无机水泥制剂。
将具有3mm×3mm的正方形形式的300μm厚裸半导体管芯以规则半导体封装布置(每一封装3个半导体管芯)组装在钢板载体的剥离带上，其中在封装之间的间隙宽度为300μm并且在单独管芯之间的间隙宽度为50μm。将含水水硬硬化无机水泥制剂包覆成型在半导体管芯之间并以150μm厚度包覆成型在该半导体管芯的顶部上。允许如此形成的结构的如此施加的含水水硬硬化无机水泥制剂在20℃下水硬地硬化4小时。然后，将该结构在烘箱中以1K/min的加热速率加热到90℃目标温度并保持在90℃下1小时。然后，将物体温度以1K/min的加热速率增加到160℃并保持在160℃下1小时。在冷却之后，使如此获得的结构经受金刚石锯切，在该过程中，切分包封半导体封装。
Claims (15)
1.一种用于制造包封半导体管芯和/或包封半导体封装或用于制造半导体管芯和/或半导体封装的包封物的方法，包括以下步骤：
(1)将大量裸半导体管芯组装在临时载体上，以及
(2)包封所组装的裸半导体管芯，
所述方法的特征在于，在步骤(2)中施加含水水硬硬化无机水泥制剂作为包封物。
2.根据权利要求1所述的方法，还包括以下步骤：
(3)去除所述临时载体，以及
(4)切分所述包封半导体管芯和/或所述包封半导体封装。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其中组装所述裸半导体管芯以便使它们之间的距离在30μm至70μm的范围内，其中所述距离限定在步骤(2)期间要用所述含水水硬硬化无机水泥制剂填充的空间。
4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中执行步骤(2)，使得将所述含水水硬硬化无机水泥制剂施加到所述裸半导体管芯上并施加在所述裸半导体管芯之间，并且允许水硬地硬化和干燥所述含水水硬硬化无机水泥制剂。
5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中通过将可水硬硬化无机水泥与水混合或通过将可水硬硬化无机水泥与水和与至少一种另外成分混合来制备所述含水水硬硬化无机水泥制剂。
6.根据权利要求5所述的方法，其中所述可水硬硬化无机水泥是选自由以下项组成的组的粉末：卜特兰水泥、氧化铝水泥、氧化镁水泥和磷酸盐水泥。
7.根据前述权利要求中任一项的方法，其中所述施加所述含水水硬硬化无机水泥制剂通过模压成型或通过传递成型进行。
8.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中施加所述含水水硬硬化无机水泥制剂以便在所述半导体管芯的顶部上形成具有30μm至1000μm的厚度的包封物。
9.根据权利要求2至8中任一项所述的方法，包括在步骤(3)和(4)之间的提供具有电绝缘装置和电互连件的包封半导体管芯的中间步骤(3')。
10.根据权利要求2至9中任一项所述的方法，其中通过金刚石锯切或激光切割来执行步骤(4)的所述切分。
11.一种能够通过根据前述权利要求中任一项所述的方法获得的包封半导体管芯或包封半导体封装。
12.一种包括裸半导体管芯和水硬硬化无机水泥组合物的包封物或由这两者组成的包封半导体管芯，或者一种包括至少2个裸半导体管芯和水硬硬化无机水泥组合物的包封物或由这两者组成的包封半导体封装。
13.根据权利要求12所述的包封半导体管芯或所述包封半导体封装，其中所述水硬硬化无机水泥组合物由水硬硬化无机水泥组成。
14.根据权利要求12所述的包封半导体管芯或所述包封半导体封装，其中所述水硬硬化无机水泥组合物由2重量％至99.5重量％的水硬硬化无机水泥和0.5重量％至98重量％的一种或多种另外成分组成。
15.根据权利要求12至14中任一项所述的包封半导体管芯或所述包封半导体封装，其中所述水硬硬化无机水泥组合物基于选自由以下项组成的组的可水硬硬化无机水泥：卜特兰水泥、氧化铝水泥、氧化镁水泥和磷酸盐水泥。
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