CN213184260U - 一种芯片的封装结构 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种芯片的封装结构，包括芯片以及在基材上电铸成型的金属管脚模块，芯片通过引线与金属管脚模块之间形成电连接，其特征在于，芯片背面覆盖有用于在封装时将芯片贴在基材上的可固化、高可靠性粘接材料或高分子材料层，金属管脚模块、芯片、引线及可固化、高可靠性粘接材料或高分子材料层位于包封层内，包封层仅覆盖至芯片正面的边缘，芯片正面的感应区露于外。本实用新型可使封装体厚度小于或等于200微米，同时满足高可靠性要求。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种芯片(尤其是光学芯片)的封装结构，属于半导体技术领域。
背景技术
随着消费类电子产品的发展，终端的需求对产品的空间尺寸要求越来越小、越来越薄，集成度越来越高。例如：扁平无引脚封装(Qual Flat Non Lead Package,QFN)，QFN结构通常包含芯片焊盘与引线管脚行程的导线框架、塑封树脂包封层、金属引线及芯片。由于引线框架的结构及封装工艺的限制，其封装包封层厚度最小为450微米左右。
在传统指纹芯片封装工艺中，为了使芯片表面感应区域外露，在注塑封装工序中需要异形注塑模具，其缺陷在于模具成本高昂，不同的芯片设计需要不同的异形注塑模具。由此带来了极大的封装成本和极低的操作灵活性。
现有封装方法将芯片贴合在基板上，直接通过引线键合将芯片焊盘与基板关键连接实现电气连接。虽然可以实现封装厚度在250微米左右，但是芯片裸露于环境中，可靠性不能满足要求，同时封装过程中可操作性极低。采用现有铜框架封装芯片，能够满足军标标准第三等级，但是其封装厚度在450微米左右，实现不了超薄封装。同时在封装时，为了使芯片正面裸露于包封层，需采用异形塑封模具封装。异形模具成本高昂，灵活度极低，故不适合在消费类电子芯片封装领域。
实用新型内容
本实用新型的目的是：降低半导体封装结构的厚度和封装工艺的难度。
为了达到上述目的，本实用新型的技术方案是提供了一种芯片的封装结构，包括芯片以及在基材上电铸成型的金属管脚模块，芯片通过引线与金属管脚模块之间形成电连接，其特征在于，芯片背面覆盖有用于在封装时将芯片贴在基材上的可固化、高可靠性粘接材料或高分子材料层，金属管脚模块、芯片、引线及可固化、高可靠性粘接材料或高分子材料层位于包封层内，包封层仅覆盖至芯片正面的边缘，芯片正面的感应区露于外。
优选地，所述金属管脚边缘具有蘑菇头结构。
优选地，所述基材上的金属管脚、焊盘的厚度为40—65微米。
优选地，所述芯片正面感应区表面高度低于包封层上表面，形成凹槽“天井结构”。
本实用新型的另一个技术方案是提供了一种芯片的封装结构，包括芯片以及在基材上电铸成型的金属管脚模块、金属焊盘，芯片通过引线与金属管脚模块之间形成电连接，其特征在于，芯片背面覆盖有可固化、高可靠性粘接材料或高分子材料层，芯片通过可固化、高可靠性粘接材料或高分子材料层与金属焊盘连接固定，金属焊盘、金属管脚模块、芯片、引线及可固化、高可靠性粘接材料或高分子材料层位于包封层内，包封层仅覆盖至芯片正面的边缘，芯片正面的感应区露于外。
优选地，所述金属管脚边缘具有蘑菇头结构。
优选地，所述基材上的金属管脚、焊盘的最佳厚度为40—65微米。
优选地，所述芯片正面感应区表面高度低于包封层上表面，形成凹槽“天井结构”。
本实用新型的另一个技术方案是提供了一种芯片的封装结构，包括芯片以及在基材上电铸成型的金属管脚模块，芯片通过引线与高管脚的金属管脚模块之间形成电连接，其特征在于，芯片背面覆盖有用于在封装时将芯片贴在基材上的可固化、高可靠性粘接材料或高分子材料层，金属管脚模块、芯片及可固化、高可靠性粘接材料或高分子材料层位于包封层内，包封层仅覆盖至芯片正面的边缘，芯片正面的感应区露于外，引线外包裹有胶层。
本实用新型可使封装体厚度小于或等于200微米，同时满足高可靠性要求。本实用新型通过注塑成形可将芯片、引线、金属管脚、金属焊盘及芯片正面感应区的光刻胶或其他高分子材料和芯片背面的高分子粘接材料包封，形成包封层。完成塑封包封层后，通过机械研磨的方式打磨包封层上表面至所要求的厚度，同时芯片表面的光刻胶或其他高分子材料外露。去除芯片正面感应区上的光刻胶或其他高分子材料后，芯片正面的高度低于包封层表面，形成凹槽结构。
附图说明
图1为本实用新型专利提供的一种封装结构封装后结构，为通过化学药水或物理外力去除芯片正面光刻胶或其他高分子材料后的结构。
图2至图7为本实用新型专利提供的一种封装结构封装流程示意图，其中：
图2为本实用新型专利一种封装结构中应用的高精度电铸框架包含基板和金属管脚及线路的结构示意图；
图3为本实用新型专利一种封装结构中正面具有光刻胶或其他高分子材料保护正面感应区的芯片通过高分子粘接材料与基板粘接的结构示意图；
图4为本实用新型专利一种封装结构中通过引线键合方式将芯片正面焊盘与基板上金属管脚连接的结构示意图；
图5为本实用新型专利一种封装结构中通过注塑树脂将芯片、管脚及引线包封的包封层结构示意图；
图6为本实用新型专利一种封装结构中通过人工或机械使基板与芯片背面高分子粘接材料、金属管脚物理分离的结构示意图；
图7为本实用新型专利一种封装结构中通过研磨工艺的机械研磨降低或减薄包封层厚度直至达到要求的厚度的结构示意图；
图8为图1所示实用新型专利一种封装结构的实施方式的工序流程注释。
图9为本实用新型专利提供的另一种封装结构封装后结构示意图，为通过化学药水或物理外力去除芯片正面光刻胶或其他高分子材料后的结构。
图10至图15为本实用新型专利提供的另一种封装结构封装流程示意图，其中：
图10为本实用新型专利另一种封装结构中应用的高精度电铸框架包含基板、金属管脚、金属焊盘及线路的结构示意图；
图11为本实用新型专利另一种封装结构正面具有光刻胶或其他高分子材料保护正面感应区的芯片通过高分子粘接材料与金属焊盘粘接的结构示意图；
图12为本实用新型专利另一种封装结构中通过引线键合方式将芯片正面焊盘与基板上金属管脚连接的结构示意图；
图13为本实用新型专利另一种封装结构中通过注塑树脂将芯片、金属管脚、金属焊盘及引线包封的包封层结构示意图；
图14为本实用新型专利另一种封装结构中通过人工或机械使基板与芯片背面高分子粘接材料、金属管脚物理分离的结构示意图；
图15为本实用新型专利另一种封装结构中通过研磨工艺的机械研磨降低或减薄包封层厚度直至达到要求的厚度的结构示意图。
图16为图9所示的实用新型专利另一种封装结构的实施方式的工序流程注释；
图17a和图17b为本实用新型专利第三种结构形式的芯片封装结构所采用的基板的结构示意图；
图18为实用新型专利第三种结构形式的芯片封装结构的芯片表面预置光刻胶或其他高分子材料，芯片背面通过高分子材料粘接材料与基板预设位置粘接的示意图；
图19为实用新型专利第三种结构形式的芯片封装结构的通过注塑工艺注塑树脂将芯片、芯片正面预置的光刻胶或其他高分子材料、芯片与基板之间的高分子粘接材料及金属管脚包封形成包封层的结构示意图；
图20为实用新型专利第三种结构形式的芯片封装结构的通过人工或者设备物理地将基板与包封层、包封层中的金属管脚、芯片背面的高分子粘接材料分离后的结构示意图；
图21为实用新型专利第三种结构形式的通过机械研磨的方式打磨包封层上表面至所要求的厚度，同时芯片表面的光刻胶或其他高分子材料外露，基板表面电铸的金属管脚外露的结构示意图；
图22为实用新型专利第三种结构形式的芯片封装结构的采用化学药水或者物理外力去除芯片正面感应区上的光刻胶或其他高分子材料后，芯片正面的高度低于包封层表面，形成凹槽结构的结构示意图；
图23为实用新型专利第三种结构形式的芯片封装结构的通过引线键合工艺将芯片焊盘与金属管脚连接实现电气连接的结构示意图；
图24a与图24b为实用新型专利第三种结构形式的芯片封装结构的用点胶或者涂胶的方式对引线进行保护固定的结构示意图；
图25为本发明的一种封装结构的实施方式的工序流程注释。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐述本实用新型。应理解，这些实施例仅用于说明本实用新型而不用于限制本实用新型的范围。此外应理解，在阅读了本实用新型讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本实用新型作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
实施例1
如图1所示，为本实施例公开的半导体封装工艺结构，该半导体封装工艺结构包括芯片2以及在基材6上电铸成型的金属管脚模块1，芯片2通过引线5与金属管脚模块1之间形成电连接。芯片2背面覆盖有用于在封装时将芯片贴在基材6上的可固化、高可靠性粘接材料或高分子材料层4，金属管脚模块1、芯片2、引线5及可固化、高可靠性粘接材料或高分子材料层4位于包封层3内，包封层3仅覆盖至芯片2正面的边缘，芯片2正面的感应区露于外。
上述结构采用如图8所示的工艺步骤获得，具体包括以下步骤：
步骤S1:如图2所示，在基板6上电铸好预先设计的金属管脚1。
金属管脚1预先电铸在基板6上表面。金属管脚1的最佳厚度为40微米、45微米、60微米及65微米。但是实用新型专利不限制其尺寸。
在金属管脚1上表面四周具有蘑菇头结构8(直角凸台结构)。蘑菇头结构8横向最佳尺寸大于或等于5微米。但是实用新型专利不限制其尺寸。
基板6厚度为150微米为最佳，但是实用新型专利不限制其厚度。
步骤S2：如图3所示，在芯片2正面感应区涂覆湿式高分子材料7或粘贴干式高分子材料7，去除指定位置的多余的高分子材料7。
本实施例中，湿式高分子材料7或干式高分子材料7采用湿式光刻胶或者干式光刻胶。以湿式光刻胶或者干式光刻胶为例，可以通过旋转涂布湿式光刻胶(或其他高分子材料7)在芯片2表面，或者可以通过黏贴干式光刻胶(或其他干式高分子材料7)在芯片2表面。再通过曝光显影技术，去除指定位置的多余的光刻胶(或其他高分子材料)。留下部分湿式光刻胶或者干式光刻胶(或者其他湿式高分子材料或其他干式高分子材料)固定在芯片2表面，起到保护作用。
也可以通过丝网印刷工艺印刷湿式光刻胶(或其他湿式高分子材料7)至芯片2正面的指定区域。再经过高温烘烤，使湿式光刻胶(或其他湿式高分子材料7)固定在芯片2正面的指定区域。
芯片2正面固定好的光刻胶(或其他高分子材料7)的厚度在40到60微米为最佳，但本实用新型专利不限制其厚度。
步骤S3：如图3所示，通过可固化、高可靠性粘接材料或高分子材料4将芯片2贴在基板6上。
将可固化、高可靠性粘接材料或高分子材料4预先黏贴在芯片2背面，芯片2背面通过可固化、高可靠性粘接材料或高分子材料4贴到基板6上预留的指定位置。
可将可固化、高可靠性粘接材料或高分子材料4先切割分离成形，再预先贴在基板6上预留的指定位置，最后将芯片2背面贴在可固化、高可靠性粘接材料或高分子材料4上。
步骤S4：如图4所示，采用引线键合的方式连接芯片2焊盘与框架金属管脚1上表面。
通过半导体封装工艺引线键合的方式，连接芯片2焊盘与框架金属管脚1实现电气连接。其引线可以为金、银、铝，铜、钯或其他合金线材。
步骤S5：如图5所示，通过注塑模具将树脂材料包封住金属管脚1、芯片2、引线5及光刻胶或其他高分子材料7，形成包封层3。
通过半导体封装中注塑成型的工艺，将树脂材料包封住金属管脚1、芯片2、引线5、光刻胶或其他高分子材料7及可固化、高可靠性粘接材料或高分子材料4在包封层3内。
或者用注塑模具在注塑成形时，模具腔体上表面直接与芯片2正面功能区的高分子材料7接触从而使注塑树脂不能注塑到高分子材料表面，形成包封层3后，使芯片表面的光刻胶或高分子材料直接外露于包封层3，此时，经过步骤S6后跳过步骤S7，直接进入步骤S8。
步骤S6：如图6所示，通过人工或者机械设备将基板6与包封层3分离，并使金属管脚1、芯片2、引线5及可固化、高可靠性粘接材料或高分子材料4留在包封层3内。
步骤S7：如图7所示，通过机械研磨的方式研磨包封层3的上表面，直至达到要求的厚度为止，其厚度小于等于150微米。同时，使光刻胶或其他高分子材料7外露于表面。
步骤S8：采用化学药水或物理外力将留着芯片2正面的光刻胶或其他高分子材料7去除。化学药水不能对芯片2正面造成损伤，不限于化学药水的酸碱度。
实施例2
如图9所示，为本实施例公开的半导体封装工艺结构，该半导体封装工艺结构包括芯片2以及在基材6上电铸成型的金属管脚模块1、金属焊盘9，芯片2通过引线5与金属管脚模块1之间形成电连接。芯片2背面覆盖有可固化、高可靠性粘接材料或高分子材料层4，芯片2通过可固化、高可靠性粘接材料或高分子材料层4与金属焊盘9连接固定，金属焊盘9、金属管脚模块1、芯片2、引线5及可固化、高可靠性粘接材料或高分子材料层4位于包封层3内，包封层3仅覆盖至芯片2正面的边缘，芯片2正面的感应区露于外。
上述结构采用如图16所示的工艺步骤获得，具体包括以下步骤：
本实施例与实施例2的不同在于，采用步骤11代替实施例1中的步骤1。步骤S11:如图10所示，在基板6上电铸好预先设计的金属管脚1和金属焊盘9。
金属管脚1和金属焊盘9预先电铸在基板6上表面。其中金属管脚1和金属焊盘9的最佳厚度为40微米、45微米、60微米及65微米。但是实用新型专利不限制其尺寸。
在金属管脚1和金属焊盘9上表面四周具有蘑菇头结构8(直角凸台结构)。蘑菇头结构8横向最佳尺寸大于或等于5微米。但是实用新型专利不限制其尺寸。
基板6厚度为150微米为最佳，但是实用新型专利不限制其厚度。
步骤S2：如图11所示，在芯片2正面感应区涂覆湿式高分子材料7或粘贴干式高分子材料7，去除指定位置的多余的高分子材料7。
本实施例中，湿式高分子材料7或干式高分子材料7采用湿式光刻胶或者干式光刻胶。以湿式光刻胶或者干式光刻胶为例，可以通过旋转涂布湿式光刻胶(或其他高分子材料7)在芯片2表面，或者可以通过黏贴干式光刻胶(或其他干式高分子材料7)在芯片2表面。再通过曝光显影技术，去除指定位置的多余的光刻胶(或其他高分子材料)。留下部分湿式光刻胶或者干式光刻胶(或者其他湿式高分子材料或其他干式高分子材料)固定在芯片2表面，起到保护作用。
也可以通过丝网印刷工艺印刷湿式光刻胶(或其他湿式高分子材料7)至芯片2正面的指定区域。再经过高温烘烤，使湿式光刻胶(或其他湿式高分子材料7)固定在芯片2正面的指定区域。
芯片2正面固定好的光刻胶(或其他高分子材料7)的厚度在40到60微米为最佳，但本实用新型专利不限制其厚度。
本实施例与实施例2的不同在于，采用步骤11代替实施例1中的步骤3。步骤S10：如图12所示，通过可固化、高可靠性粘接材料或高分子材料4将芯片2贴在金属焊盘9上。
将可固化、高可靠性粘接材料或高分子材料4预先黏贴在芯片2背面，将把芯片2背面通过可固化、高可靠性粘接材料或高分子材料4贴到金属焊盘9上。
可将可固化、高可靠性粘接材料或高分子材料4先切割分离成形，再预先贴在金属焊盘9上，最后将芯片2背面贴在可固化、高可靠性粘接材料或高分子材料4上。
步骤S4：如图13所示，采用引线键合的方式连接芯片2焊盘与框架金属管脚1上表面。
通过半导体封装工艺引线键合的方式，连接芯片2焊盘与框架金属管脚1实现电气连接。其引线可以为金、银、铝，铜、钯或其他合金线材。
步骤S5：通过半导体封装中注塑成型的工艺，将树脂材料包封住金属管脚1、焊盘9、芯片2、引线5、光刻胶或其他高分子材料7及可固化、高可靠性粘接材料或高分子材料4在包封层3内。
或者用注塑模具在注塑成形时，模具腔体上表面直接与芯片2正面功能区的高分子材料7接触从而使注塑树脂不能注塑到高分子材料表面，形成包封层3后，使芯片表面的光刻胶或高分子材料直接外露于包封层3，此时，经过步骤S6后跳过步骤S7，直接进入步骤S8。
步骤S6：如图14所示，通过人工或者机械设备将基板6与包封层3分离，并使金属管脚1、焊盘9、芯片2、引线5及可固化、高可靠性粘接材料或高分子材料4留在包封层3内。
步骤S7：如图15所示，通过机械研磨的方式研磨包封层3的上表面，直至达到要求的厚度为止，其厚度小于等于150微米。同时，使光刻胶或其他高分子材料7外露于表面。
步骤S8：采用化学药水或物理外力将留着芯片2正面的光刻胶或其他高分子材料7去除。化学药水不能对芯片表面造成损伤，不限于化学药水的酸碱度。
实施例3
如图24a及图24b所示，为本实施例公开的半导体封装工艺结构，该半导体封装工艺结构包括芯片2以及在基材6上电铸成型的金属管脚模块1，芯片2通过引线5与高管脚的金属管脚模块10之间形成电连接。芯片2背面覆盖有用于在封装时将芯片贴在基材6上的可固化、高可靠性粘接材料或高分子材料层4，金属管脚模块1、芯片2及可固化、高可靠性粘接材料或高分子材料层4位于包封层3内，包封层3仅覆盖至芯片2正面的边缘，芯片2正面的感应区露于外，引线5外包裹有胶层11。
如图25所示，本实施例公开的一种芯片的封装结构的封装方法，包括以下步骤：
步骤S1：如图17a和图17b为本实施例中所使用的两种结构形式的框架，其具有基板6和高管脚的金属管脚模块10。其中，金属管脚模块10预先电铸在基板6上表面。金属管脚模块10的最佳厚度为80微米到130微米。但是发明不限制其尺寸。
在金属管脚模块10上表面四周具有蘑菇头结构8(直角凸台结构)。蘑菇头结构8的横向最佳尺寸大于或等于5微米。但是发明专利不限制其尺寸。
基板6厚度为150微米为最佳，但是发明专利不限制其厚度。
步骤S2：如图18所示，在芯片2正面的感应区旋转涂布湿式光刻胶或粘贴干式光刻胶或其他高分子材料7。或通过丝网印刷工艺印刷液体光刻胶或其他湿式高分子材料7至芯片2正面。
步骤S3：在芯片2背面贴上可固化、高可靠性粘接材料或高分子材料4，将把芯片2背面通过可固化、高可靠性粘接材料或高分子材料4贴到基板6的预定位置上。
可将可固化、高可靠性粘接材料或高分子材料4先切割分离成形，再预先贴在基板6的预定位置上，最后将芯片2背面贴在可固化、高可靠性粘接材料或高分子材料4上。
步骤S4：如图19所示，通过注塑模具，采用半导体封装中注塑成型的工艺将树脂材料包封住金属管脚模块10、芯片2及芯片2正面的高分子材料7和背面的可固化、高可靠性粘接材料或高分子材料4，形成包封层3。
步骤S5：如图20所示，通过人工或者设备物理地将基板6与包封层3分离，并使金属管脚模块10、芯片2、可固化、高可靠性粘接材料或高分子材料4及芯片2正面的光刻胶或其他高分子材料5留在包封层3内。
步骤S6：如图21所示，通过机械研磨的方式研磨包封层3的上表面，直至达到要求的厚度为止。同时使光刻胶或其他高分子材料7外露，金属管脚模块10外露。
步骤S7：如图22所示，采用化学药水将留在芯片2正面的光刻胶或其他高分子材料7去除。化学药水不能对芯片表面造成损伤，不限于化学药水的酸碱度。
步骤S8：如图23所示，采用半导体封装工艺引线键合的方式利用引线5连接芯片2正面的焊盘与金属管脚模块10上表面，实现电气连接。引线5可以为金、银、铝，铜、钯或其他合金线材。
步骤S9：如图24a及图24b所示，点胶将引线7覆盖住，形成保护层11。
Claims (9)
1.一种芯片的封装结构，包括芯片以及在基材上电铸成型的金属管脚模块，芯片通过引线与金属管脚模块之间形成电连接，其特征在于，芯片背面覆盖有用于在封装时将芯片贴在基材上的可固化、高可靠性粘接材料或高分子材料层，金属管脚模块、芯片、引线及可固化、高可靠性粘接材料或高分子材料层位于包封层内，包封层仅覆盖至芯片正面的边缘，芯片正面的感应区露于外。
2.如权利要求1所述的一种芯片的封装结构，其特征在于，所述金属管脚边缘具有蘑菇头结构。
3.如权利要求1所述的一种芯片的封装结构，其特征在于，所述基材上的金属管脚、焊盘的厚度为40—65微米。
4.如权利要求1所述的一种芯片的封装结构，其特征在于，所述芯片正面感应区表面高度低于包封层上表面，形成凹槽“天井结构”。
5.一种芯片的封装结构，包括芯片以及在基材上电铸成型的金属管脚模块、金属焊盘，芯片通过引线与金属管脚模块之间形成电连接，其特征在于，芯片背面覆盖有可固化、高可靠性粘接材料或高分子材料层，芯片通过可固化、高可靠性粘接材料或高分子材料层与金属焊盘连接固定，金属焊盘、金属管脚模块、芯片、引线及可固化、高可靠性粘接材料或高分子材料层位于包封层内，包封层仅覆盖至芯片正面的边缘，芯片正面的感应区露于外。
6.如权利要求5所述的一种芯片的封装结构，其特征在于，所述金属管脚边缘具有蘑菇头结构。
7.如权利要求5所述的一种芯片的封装结构，其特征在于，所述基材上的金属管脚、焊盘的厚度为40—65微米。
8.如权利要求5所述的一种芯片的封装结构，其特征在于，所述芯片正面感应区表面高度低于包封层上表面，形成凹槽“天井结构”。
9.一种芯片的封装结构，包括芯片以及在基材上电铸成型的金属管脚模块，芯片通过引线与高管脚的金属管脚模块之间形成电连接，其特征在于，芯片背面覆盖有用于在封装时将芯片贴在基材上的可固化、高可靠性粘接材料或高分子材料层，金属管脚模块、芯片及可固化、高可靠性粘接材料或高分子材料层位于包封层内，包封层仅覆盖至芯片正面的边缘，芯片正面的感应区露于外，引线外包裹有胶层。
Applications Claiming Priority (2)
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| CN202021387585.4U Active CN213184260U (zh) | 2020-07-09 | 2020-07-15 | 一种芯片的封装结构 |
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2020
- 2020-07-15 CN CN202021387585.4U patent/CN213184260U/zh active Active
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