TW503488B - Method for manufacturing a component having microstructure - Google Patents

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503488 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 五、發明說明（1·) 本發明係關於一種製造一元件之方法，其中，在一具有 一微結構之物件上，設置至少一凸出超過該物件外封包表面 之凸起物，並於該物件上，壓鑄一能將該凸起物或該等凸起 物側面圍繞並覆蓋之、具流動性之封包材料，緊接著再將其 固化。 根據由 John Η· Lau，McGraw_Hill ( 1996)所著之“覆晶 技術”（Flip chip technologies) —書第 123 及 124 頁所述， 人們已知一前述之方法，其中該具有微結構之物件係一基 板，於其上之一平面製出多個由一焊料組成之凸起物，即所 謂足凸塊（Bump)。一半導體晶片被以下述方式配置於該等 凸起物之上，即該晶片平面係平行於該基板之表面。該半導 體晶片於其朝向基板之平面上具有夠電性連接點，其與該 等凸塊接觸，並因而產生與基板之電性連接。在該半導體晶 片貼覆於該基板上之後，在該半導體晶片及該基板間所形成 之中間空隙中填充-底膠，其係為一相對稀薄而流動性佳之 封包㈣，經由毛細管作用滲人該㈣體晶片與該基板間所 形成之中’隙中，而將其完全填充。其後另—封包材料被 灌注進去，直到整個半導體晶片被該封包材料所包覆。然 後該具说動性之封包材料被固化，藉以產生一固態之封包 膠體’如此即可提昇基板與半導體晶片間連接之機械穩 性。 然而該方法有其缺點，即只有在付出某種程度之代價 2，才有可能將其整合入一半導體製程中，因為和主該底膠 而要有特別之製造設備。此外，在選用一適當之底膠材料時 ‘紙張尺度適用㈣國家標準（CNS)A4規格（咖__χ挪公爱） -4_

·ί*ί ^-------—訂-----I I I — · (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 503488 A7 —' -------____ 五、發明說明（2·) — 也有所限制，因其必須具有-相對較低之黏度，以利於半導 體晶片與基板_成之中間空轉以發揮毛細f作用。此 外不利的疋，如果遠半導體晶片及/或該基板所圍成之中 間空隙之表面具有-表面結構，而該表面結構不適於或有困 難於使喊闕姐人該悄，麟該巾酸隙即可 形成殘留空洞或氣泡。 因此其存在—任務’即創造—前述_之方法，而其可 以用-簡單之方式製造—由封包材料所包覆之元件，其中， 該封包材制具有-到達祕件之電性及/或光學通路或一 供流體用之通路。 在了前述類型之方法中，本任務之解決方案在於，該封 包材料於目化後’將其聽物件較遠之表面加以舰，直到 該凸起物或該等凸起物局部暴露為止。 將該封包材料應用於一壓模程序中則是一可能且較有 利之方式’其使得辭電子類、光學類或微類齡件之製 造，可以使用現有之壓模設備並採用封包材料，如此該等用 以將底膠材料注入所需之製造設備即可以被節省下來。此種

製造方法因此得以利用應有之極低代價被整合入一半導體 製程或一微機械製程中。 K 有利的是，當封包材料被固化後，可以藉由蝕刻加以剥 姓，特別是經由電漿蝕刻。此方法能更佳的被整合入一半導 體製程中。 於本發明另一實施形式中，該封包材料於固化後係以機 械方式加以剥蚀’特別是指經由研磨方式。藉此，得以避免 本紙張尺度週用〒國國豕標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） ------------------- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 503488 五、發明說明（3.) 孩冗件之不需剥韻之表面區域受到餘刻。 &構之有利《實施形式中之設計，包括，該具有微 …構捕件係—紐及/或絲之组件，特別是指-半導於 ίΐί—f晶片導板，此夕卜，其至少具有一由導電及/或ΐ ^材科所製<凸输，特別是指以凸塊及/或烊線之形式， 得以被黏附於件之可導f區及/或光雌區。該貫穿封 包材料之凸起物，因而得以在該組件之可導電區及Μ光活 性區與外部之電機及/或光學設備間形成-電性之及/或光學 之連接麟包材料之選用，則係根據該凸起物應用於導電 及/或導光之不同材料而不同。 經 濟 部 智 慧 財 產 局 員 工 消 費 合 作 社 印 製 /於本發明之-有利實施形式中，在該凸起物局部暴露 後’將-與該凸起物接觸之電極層，及/或將一可與該凸起 物光I禺合之光學導波層，設置於該固化之具流動性之封包材 料上。該具有微結構之物件則可形成—轉體晶片，其具有 -電子運算線路，用以處理一經由該電極層所_得到之電 訊號，及/或供應-電壓於該電極層。該電極層可被設計成 數碼電容器，其具有梳狀而交錯連接之電_，以此種電極 層即可檢驗及/或刺激例如於電極上聚積之生物材料，例如 活體生物細胞。於該半導體晶片上也可設置一光學發射器及 /或接收器，其經由該導光凸起物與設置於封包材料表面上 之導波層形成光耦合。如此該元件即可例如被設計成光亮度 檢測器。 儿又 本發明之一特別有利之實施形式中亦有一種設計，於至 少-導電及/或導光之凸起物局部暴露後，在該位於電性及/ 503488 A7 員 費 五、發明說明（4·) i光學組件之固⑽包材料上，設置至少另—具有微結構之 私性及/或光學組件以形成一三明治形式之結構，在此種方 式中’該至少-導電及/或導光之凸起物與該於三明治形式 〜構中相對配置之組件之微結構上之導電區及/或光活性區 相互電性連結或光韓合。如此即有可能，將以不同技術製造 出之組件以簡單方式相互連結成一元件。例如，其中可能在 邊二明治形式配置元件巾至少有—為树化鎵或亞鱗酸姻 技術所製造之感測晶片，及例如可能具有—細層用以偵測 光線及/或磁場，而同時間，該三明治形式配置元件中之至 少另一元件係由較低成本之矽技術所製造，而且例如其可具 有一運算線路，以處理一藉由該感測晶片所偵測得到之信 在本發明之另一設計中，在該三明治形式配置中至少有 =組件為-半導體晶片，其具有—活性感測層，在該至少一 導黾及/或導光凸起物局部暴露後，其被配置在另一组件 上，使得其與其之感測層轉向背離該組件。該感測層因而得 以藉由該感測半導體晶片上背離該封包材料之平面侧提供 一待測介質易於接近達到，而同時，該感測半導體晶片之另 一平面側則設置供該等組件之電性及/或光學之連接。 於本發明之-特別有利之實施形式中亦有一種設計，即 該三明治形式配置組件中至少有一為具活性感測層之半導 體晶片，且該半導體晶片在該至少一導電及/或導光凸起物 局部暴露後，以其感測層朝向另一組件之方式，配置於另一 組件上。該感測層因而朝向該封包材科，並在此情況下緊連 <請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) -------It----

n _i_i I mmmMm I i. 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規袼（210 X 297公釐） -7- 503488 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 B7 _ 五、發明說明（5·) 其上，使其得以被完善賴以避免機械傷害。當該感測層用 以偵測磁場時，該感測層以具此種配置尚有另一優點，即在 該磁鐵與該感測層間產生-確定之最小距離，其&合該感 測層至感測層背離之半導體晶片背面之距離。於此應用中， 凛距離了藉由在製造遠半導體晶片時所採用之半導體晶片 製造技術之方法，極精確地調整。 在本發明之另-f施形式中，在該固化之封包材料中設 置開口此處係開口於該局邵暴露之凸起物上，其開口直 到位於其下祕微結構之物件之部份區麵露為止。剝蚀該 凸起物最好是藉由-化學反應來進行，特別是經由一腐敍 劑。該腐蝕劑被優先採用之原則係，其既不會侵蝕該封包材 料，也不侵蝕位於該封包材料下方具微結構之物件。此方法 尚可應用於，在一微機栗之外殼，於緊鄰該系室之外殼壁 上，開设用以輸送流體之輸入口及排出口。該等輸入口及排 出口同時得以在-更進―步之方法步驟中裝設f·。很明顯 地，以此種方法亦可在任一其他之微機組件中開設一開口。 於固化封包材料中開設之開口中，也可充填與該封包材 料不同之具流動性之附加材料，隨後並加以固化。該附加材 料可為例如一光學過濾材料，提供一位於該開口後之光感測 器及提供一位於該處之光源。 特別之優點為’當該具流動性之封包材料被壓注入壓鑄 模具内具微結構之物件上時，以及當在該固化封包材料上設 置開口後，將該附加材料壓注入同一壓鑄模具内之封包材料 上。此時，該被壓注入之附加材料之體積包含有之前被剝蝕 1^— ------^---------------- (請先閱讀背面之注音？事項再填寫本頁) 本紙張尺度適用中國國家標準格（21〇x297公羞） 發明說明（6·) 之固化封包㈣之體積，t_用來暴露該凸起物或該等凸 ^物，並包含餘凸起物或鱗凸起物上開口所去除之體 2 ’如此該元件將可具有如封包材料被繼之前之外形尺 其伽為，可享有節省―用以敎麵加材料之额 材模^、°、=’在某歸況下，甚絲可能在將該附加 =糧=_之上後，將該附加㈣之層厚度加以 ί小’/匕時，可將該附加材料背離該封包材料之-侧之整個 κ附加材料加以_ ’特別是可採用—種腐银劑。 尚有優點為，當該設計成半導體晶片之物件設置於 ’祕注該具流動性之封包婦，及必要時壓注附加 3在該麟模具之内型穴内為導線架之部份區域設 i ’且若#該導線架設置於該壓鑄模 二:’縣開口《輪廓周邊於壓鑄時係密封緊貼於該等導 、、泉架《邵份區域。之後該導線架之部份區域即不會有且流動 =材料及必要時之附加材料，並得·被 '•點’用財接孩具微結構而被設計解導體晶片之物 ^電性或電予線路。雜赫可以、軸—方研接於導線 ^性賴料议縣，與辭導體晶體 以下，將藉由圖式更進一步說明本發明之實施例。並中 邵份以較強化之圖式加簡示： ’、 圖一 -半導體晶片之剖賴，於其上之—平面爾製一形 成一凸起物之焊線， 圖二一賴—中所示之半導體晶片，於壓注—具流動 503488 A7 五、發明說明（7·) 封包材料後之剖面圖， 圖二如圖二所示之裝設電極層之後之設置圖， 圖四類似圖三之圖式，於該電極層上加設另一層， 圖五一電子感測元件之剖面圖， 曰 圖六至圖十-—電子元件之細圖，_示私同之方法 步驟，以及 圖十二一電子元件之剖面圖，其具有兩個以三明治形式上 下配置之半導體晶片。 訂 於用以製造整個以1標示之元件之一方法中，在一設計 成具有-軸積體電路之微結構2之轉體晶片之物^ 上，經由在祕件3之一平面侧上設置一洋線，以形成一凸 起物4。於圖—中即可看出，形成該凸起物4之洋線約垂直 設置於該物件3之延伸平面上，並且以其之任1凸出超過 該物件3之封包面及最高位置。鱗線以其鄭接該物件3 之尾端與祕件3之—電連接點5相細。雜件3之其他 連接點6 ’圖式中僅顯示其中之一，係以習知之方式經由焊 線7與被用來做為外部電性連接之導線架第—部份區域8 相連接。圖式中僅可看到該等第一部份區域8中之一該導線 架之另-部分區域9設置於該物件3之下方並將其撐起。該 導線架倾計成單件式，其中_份_ S及9雜由圖^ 中未顯示之接橋相互連接。 圖-所示之架構被置人—壓鑄模具，其至少由兩個於連 結處具有-關穴輪廓之砂餅所減，其並具有用於導線 木之硝伤區域8 l斗及/或通道之開口。然後將麟模具 本纸張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格_ϋ"_297公£ -10- 503488 A7 五、發明說明（8·) 閉合。此時。該開口之輪廓邊緣係密封緊貼於該導線架之部 份區域8上。於喊雜具之㈣穴中職由原即設計於該 壓鑄模具巾之麟道將—具流動性之封包材料1G灌入，复 即將該物件3包園起來（如圖二）。形成凸起物4之焊線^ ，面尺寸之決定’係根據#封包材料1G儒人時不會吹散 焊線。之後’該具流動性之封包材料1〇即被固化，例如經 由時效硬化、凝固作用及/或乾燥處理。 二 該壓鑄模具被打開之後，在與該物件3背離之封包材料 10又表面上，將該整個平面之材料加以鑛，直到該凸起 物4局部暴露為止（如圖三）。例如可經由將該封包材料⑺ 與一腐蝕劑接觸而剝蝕該封包材料10。在該凸起物4局部 暴露之後，於該固化之封包材料10上設置一與凸起物4具 電性接觸之電極層11。之後，該元件！重新再置入該壓轉 模具中，而於之前被剥蝕之封包材料10之部份體積，即經 由填充附加材料12至該壓鑄模具之内型穴（如圖四）。該附 加材料12可為與封包材料10相同者，或者亦可以應用一與 封包材料10不同之附加材料12。在該附加材料12固化之 後，蔹元件1即自壓鑄模具中被取出以利後續加工處理。在 其後之加工步驟中則根據習知之方式，該導線架之各個部份 區域8，於其與封包材料10背離之端緣相互連結之接橋逐 、被分離’並且該邵份區域8用以供電性之自由端則被彎折 成與該物件3之延伸面成90度角。 根據圖五所示之實施形式，在一具有用來當作感測信號 運算線路之微結構之半導體晶片所形成之物件3之電性連 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（21〇 X 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 裝 0 n 1 n ----訂--- 五 發明說明（9·) 上長凸塊，即產生了凸起物4。該等凸塊係由-導電 ，㈣—轉贱―包含導電粒子 、甘口、、彡。如根據圖-至圖四之實施例所示，該物件3 八他之連接，點6 ,係經由焊線與一位於該物件S側之 ，架部份區域9相連接。然而亦可考慮其他之實施形式，其 ’焊線7可以料’或者可以凸制紅其 以取代坪線7。 於及等品塊製作完成之後，該具有凸起物4之物件以一 具流動性之封包材料1G加吨覆，其將麵性糊繞該且 有凸起物4之物件3。該封包材料1〇覆蓋於該物件，使直 覆蓋超過該凸起物4之遠離該物件3之自由端。於該封包材 料10固化讀，遠離該物件3之一侧之封包材料即被剥钱， 濟 部 智 慧 財 產 局 員 工 消 費 合 作 社 印 製 直到該等凸起物4於遠離該物件3之自由端暴露為止。此時 =了該封包材料10，在某些情況下，該等凸输4之自由 端區域也被剝姓’如此，該等凸起物4之自由端之表面將與 該封包材料10之相鄰表面共同形成一完整之平坦表面。/、 於該等凸_ 4局部暴露之後，根據_五所示之實施形 式’在該固化之封包材料10上設置一設計成半導體晶片之 組件13，使該組件13之電性連接點14與該物件3之凸起 物4相接觸。於該組件13之連接點14與該物件3之凸起物 4間之機械結合則採用覆晶技術之方法，例如經錯焊或黏 膠。 1 … 該連接點14係經由圖式中看不到之傳導線路，與一組 件13上被設計成磁場感測备之感測層15相連接。該感測層

503488 A7 五、發明說明（10.) lj可設計成例如—霍耳感測器（Hall_Sens〇r)或一磁阻感測 用。該組件13之基板16於應用於霍耳感測ϋ時，主要 疋由碎化鎵或亞瑪酸銦所製成，而應用於磁阻感測器時，則 由一電性隔離材料所製成，反之，物件3之基板17則可分 別使用另一種材料，例如矽。 於圖五中即可看出，該感測層15係設置於鄰接該組 件13=雙平面侧表面中之一。該組件13被如此定位於物件 3 ’使得該感’ 15朝向錄件3，使其-方面可藉由該物 件3 ’而另一方面可藉由該組件之基板16加以保護避免 機械傷害。該感測層15、經由該基板16，使其盘组件13上 遠離物件3之平面表面維持—目定之轉，而該距離於製造 、、且件13時，可藉由半導體製程麟之方法非常精確地加以 調整。 如於圖十二中即可看出，該組件13在凸起物4局部暴 露讀，亦可如此被定位於物件3之上，即 i己置於該組件13遠離該物件3上之-侧上。該組“具有 只楼觸機制19，其中之—端與感測層15相連接，而另一 ‘與该物件3之凸起物4相連接。 根據圖六_之實施例，在—騎成轉體晶片之物件 3上’孩物件可為圖式中未顯示之多晶片導板之一部份，設 置數個凸塊型式之凸起物4。其後，該物件3於—壓鱗模具 2以具，性^包婦10加以包覆，如同已於根據圖二 =《貫㈣式中所描述。如於圖七中即 料1〇包覆圍繞著該等凸起物4’並覆蓋其自由端。於該封 &紙張尺度刺巾關家標準(CNS)A4規; (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 裝 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 -13 - 五 發明說明（11·) 包材料10固化後，其整個表面即被剥韻 遠離該物件3之尾端暴露為止（圖八）。]琢凸起物4 之後，為了將封包材料10上具有暴露凸起物區域之一 侧開設-開口 18，將該封包材料1G接觸—腐ϋ J物4之猶具广對封包材料10而言較大之腐辦:該 腐餘劑<選用’最好是其僅會絲凸起物4之 與該封包材料U)起化學反應。藉由__，凸起物^ 浦被_，4雜於其下方之物件3之部健域暴露為 止0 於根據圖九麻之實施形式中嗔應用了—種異方祕 刻法，其於垂麵該物件3之延伸面之方向上具有—較平行 面為大之腐解。然而，除了該異方性_法，也可應用同 向性働】>去，例如當該封包材料1〇可能浸飯不足時。 、在開設該等開口 18後，此時，該物件3係被該具流動 性（封包材料1G所包覆，於同—雜雜翻，於該封包 材料10上，壓注-與該封包材料1〇不同之具流動性之附加 材料12，之後並將其固化。如在圖十中即可看出，其填充 滿之前被剥蝕之封包材料1〇及凸起物4材料所佔之空間。 該附加材料12可以是例如光學透明及/或具導電性，同時， 藏封包材料可能是光學不透明及/或不具導電性的。該開口 18之底部上，該物件3可能具有一光學發射器及/或接收 詻。因此，整個產生出一元件，其具有一光學及/或電性之 入口以達到未封包之物件3上。 如於圖十一中即可看出，一位於附加材料12上遠離該 本紙張尺度顧中_豕標準（CNS)A4規格（ χ 297公爱） -14- Α7 五、發明說明（12.) 叙，古切上之附加材料層，於該附加材料12固化後即 ^至可μ啦附加材料12僅殘留賴開口 18内止。此時 直到加材料12於細口 18内也有細皮剝蚀， 域處Γ 附加材料12僅存在-些於鄰近底板之區 之物於製造—元件1之方法中，在一具有微結構2 於丄t二製出;突出於該物件3之凸起物心之後’ 其圍繞至少二T=性之封包材料10’並加以固化， 於農n (物 以覆蓋。該固化之封包材料10 義：：=痛件3之表面恤，直到至少-凸起物4局部 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) ▼裝 訂--------- 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製

Claims (1)

1. //隼7月7 θ修正./更正/補I

   六、申請專利範圍第90111260號專利案申請專利範圍修正本 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 • -種製造具有微結構元件⑴之方法，其於具有一微結 構⑵《物件⑶上，設置至少一凸出超過該物件⑶ 外封包表面之凸起物⑷，並於該物件（3)上，設置一 種圍繞及«於該凸起物或該等凸起物⑷之侧面之且 流動性之封包材料（10)，隨後將之固化，其特徵為，該 封包材料（10)於固化後，在其遠離該物件⑴之表面 被剝姓L纟凸起物或該等凸S物⑷局纟曝露為止。 2·根據申請專利範圍第1項所述之方法，其特徵為，該封包 材料（10)於固化後藉由触刻所剥姓，特別是經由電漿名虫 刻。 3·根據申請專利範圍第丨項所述之方法，其特徵為，該封包 材料（10)於固化後以機械方式加以剝蝕，特別是經由研 磨加工。 4·根據申請專利範圍第丨項所述之方法，其特徵為，該具有 微結構（2)之物件（3)係一電性及/或光學之組件，特別 是一半導體晶片或一多晶片導板，且至少有一凸起物，以 一導電及/或導光之材料，尤以一凸塊及/或焊線之型式， 設置於該組件上之一可導電區及/或光活性區上。 5.根據申請專利範園第1項所述之方法，其特徵為，於凸起 物（4)局部暴露之後，在該固化之封包材料（1〇)上安 置一接觸該凸起物（4)之電極層（11 )，及/或一可與該凸 起物（4)光耦合之光學導波層。 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) -------^---- - - ---- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） -16 -

   經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A8 B8 ^___— —_D8 六、申請專^ -- 6·根據申請專利範圍第4項所述之方法，其特徵為，於至少 導電及/或導光之凸起物（4)局部暴露之後，在該固化 之位於該電性及/或光學之組件上之封包材料（1〇)上，以 二明治形式設置至少另一具微結構之電性及/或光學之組 件（13)，在此種方式中，該至少一導電及/或導光之凸起 物（4)與該於三明治形式結構中相對配置之組件（13) 之微結構上之導電區及/或光活性區相互電性連結或光耦 合。 7·根據申請專利範圍第4項或第6項所述之方法，其特徵 為，在該三明治形式配置中至少有一組件（3、13)為一 半導體晶片，其具有一活性感測層（丨5)，在該至少一導 電及/或導光之凸起物（4)局部暴露後，該半導體晶片被 配置在另一組件（13、3)上，使得其與其之感測層（15) 轉向背離該組件（13、3)。 •根據申清專利範圍第4項或第6項所述之方法，其特徵 為’在該三明治形式配置中至少有一組件（3、13)為半 導體晶片，具有一活性感測層（15)，在該至少一導電及/ 或導光之凸起物（4)局部暴露後，該半導體晶片以其感 測層（15)轉向另一組件（13、3)之方式，配置於另一 組件（13、3)上。 9·根據申請專利範圍第1項所述之方法，其特徵為，在該固 =之封包材料（10)中設置一開口（18)，同時該局部暴 路之凸起物（4)被剝蝕，直至該具有微結構（2)之物件 (3)位於其下方之邵份區域暴露為止。 (請先聞讀背面之注意事項再填寫本頁)

   -17- 503488 A8 B8 C8 D8

   申請專利範圍 1〇.==_第9項所述之方法 材料⑽中之開口⑼… (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 材枓（10)不同之、具流動性之附加材料 後將該附加材料（12)固化。 並於八 11·根據t料·_ 1G顿狀祜 ⑵讀件⑶上’並於固化封包材料（10)中設置開 口⑼之後’在同—壓鑄模具内，於該封包材料 上灌注該附加材料（12)。 η.根射料纖圍第u爾述之料，其特徵為，在該 附加材料（12)壓鑄於該封包材料（10)上之後，該附加 材料（12)之層厚度被減少，即在該附加材料（12)遠離 該封包材料（10)之一侧上，將該附加材料（12)全平面 式地加以剝蝕，特別是藉由一腐蝕劑加以剥蝕。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 13·根據申請專利範圍第1項所述之方法，其特徵為，該設計 成半導體晶片之物件⑶係配置於—導線架上，並經由 遠具氣動性之封包材料（10)及必要時之附加材料（U) 加以封包，且在該壓鑄模具之内型穴内為導線架之部份區 域（8)設計受料及/或通道之開口，且該導線架設置於該 壓鑄模具内，使得該等開口之輪廓周邊於壓鑄時，係密封 緊貼於該等導線架之部份區域。 -18