TWI690040B

TWI690040B - 保護膜片

Info

Publication number: TWI690040B
Application number: TW108124526A
Authority: TW
Inventors: 陳燈桂; 尤智隆; 黃麗容
Original assignee: 晶化科技股份有限公司
Priority date: 2019-07-11
Filing date: 2019-07-11
Publication date: 2020-04-01
Also published as: TW202103272A

Abstract

本發明提供一種保護膜片，用於供具焊錫陣列之半導體晶片形成保護該焊錫陣列的絕緣防焊層，該保護膜片具有一成平板狀的支撐層、一設置於該支撐層的其中一表面的形變層，及一設置於該形變層的表面的絕緣層，該形變層的彈性模數小於該支撐層，於受到壓力後可產生形變，該絕緣層由絕緣材料構成，軟化溫度小於該形變層，且該絕緣層的厚度小於該焊錫陣列的錫球結構的高度。

Description

保護膜片

本發明是有關於一種用於半導體元件的保護膜片，特別是指一種用於供形成半導體晶片之焊錫陣列的絕緣防焊層的保護膜片。

隨著各類電子產品的功能越來越多樣化及尺寸越來越輕薄的要求下，傳統的半導體封裝技術已無法滿足該些產品所需的高密度、多功能整合及高效能的需求。因此，晶圓級封裝技術(Wafer Level Package，WLP)已為目前封裝相關業者積極發展的下世代封裝技術。

晶圓級封裝技術是基於球柵陣列(Ball Grid Array，BGA)的基礎，將球柵陣列直接形成在矽晶片上，而得以增加I/O引腳數量，但不減小引腳之間的間距。一般形成在矽晶片的球柵陣列是成球狀或柱狀(錫球或銅柱)，而為了避免球柵陣列相鄰的錫球或錫柱之間因為距離過近造成短路，或避免矽晶片沾錫而影響功能，因此，會在矽晶片未形成錫球(或錫柱)的表面形成一層由絕緣材料構成的絕緣防焊層。然而，隨著晶片尺寸越來越小，錫球的尺寸以及錫球之間的間隙也越來越細微，因此，如何在不影響錫球功能的前提下形成絕緣防焊層，以及增加矽晶片上錫球的機械強度，也是相關業者積極開發的方向之一。

因此，本發明之目的，即在提供一種保護膜片，用於供一具有焊錫陣列之半導體晶片形成保護該焊錫陣列的絕緣防焊層。

於是，本發明的保護膜片，包含一支撐層、一形變層，及一絕緣層。

該形變層設置於該支撐層的其中一表面，彈性模數小於該支撐層，並於受到壓力後可產生形變。

該絕緣層設置於該形變層的表面，由絕緣材料構成，軟化溫度小於該形變層，且該絕緣層的厚度小於該焊錫陣列的錫球高度。

本發明之功效在於：利用該保護膜片的結構設計，藉由成平板狀的支撐層均勻分散壓力，並搭配受到壓力後可產生形變的形變層擠壓該絕緣層，而得以讓受熱後可流動的該絕緣層可受到該形變層的擠壓朝向焊錫陣列之間的間隙流動，而於焊錫陣列的結構之間形成一層由絕緣材料構成的絕緣防焊層。

在本發明被詳細描述前，應當注意在以下的說明內容中，類似的元件是以相同的編號來表示。

本發明的保護膜片是用於具有焊錫陣列之半導體元件。該半導體元件可以是矽晶片或印刷電路板(PCB)。以該半導體元件是矽晶片為例，該半導體元件具有一矽基材，及一形成於該矽基材反向該矽基材具有導電線路的表面的焊錫陣列。

要說明的是，當錫球與矽基材/PCB的連接焊墊為平面形時，該焊墊的厚度可忽略不計。因此，該焊錫陣列的高度H即為錫球的高度H。當該焊錫陣列是藉由柱狀的焊墊作為矽基材/PCB與錫球的連接墊時，該焊錫陣列則可視為由多個成陣列排列的柱狀焊墊排列而得，此時，該焊錫陣列的高度H即為柱狀焊墊的高度。

參閱圖1，該保護膜片2的實施例包含一支撐層21、一形變層22、一絕緣層23，及一離型層24。

該支撐層21成平板狀，並具有支撐性，可於承受自外界施加一定的壓力後不會產生巨觀的變形量，以將承受的壓力平均釋放至該形變層22。該支撐層21可選自具有支撐性的材料，例如高分子、陶瓷、金屬、玻璃等均可。進一步地，就成本、製程，使用便利性等各方面綜合考量，該支撐層21選自高分子材料，例如聚酯、壓克力等。

該形變層22設置於該支撐層21的其中一表面，彈性模數小於該支撐層21，並於受到壓力後可隨著按壓元件的外輪廓而產生相應形變。其中，該形變層22與該支撐層21的密著性大於該形變層22與該絕緣層23的密著性，以利於後續該形變層22與該絕緣層23的分離。該形變層22的材料可選擇與該絕緣層23的密著性小，且不會造成絕緣層23材料的形變與剝離的材料，例如，但不限於矽膠(Silicone Rubber)、橡膠(SBS、SIS、SEBS等)、壓克力膠(Acrylic Polymer)、乙烯-醋酸乙烯共聚物(EVA)、聚丙烯(PP)，或聚乙烯(PE)等。

該絕緣層23設置於該形變層22的表面，由絕緣材料構成，軟化溫度小於該形變層22，且該絕緣層23的厚度小於該焊錫陣列101的高度H。該絕緣層23的材料包含樹脂、硬化劑、填充物與添加劑，其中，該樹脂可選自環氧樹脂、壓克力樹脂、聚酯樹脂、酚醛樹脂，及聚氨酯的其中至少一組合，且該樹脂的軟化溫度不大於150℃。

該離型層24貼附於該絕緣層23遠離該支撐層21的表面，是用於暫時保護該絕緣層23，於使用時可直接將該離型層24自該絕緣層23表面撕除。因此，控制該離型層24與絕緣層23之間的密著力小於形變層22與絕緣層23之間的密著力，以避免於移除該離型層24時，影響該形變層22與絕緣層23的密著。該離型層24的材料可選擇具離型功能的材料，但不限於PET、PP、PTFE、PE等高分子材料，或是於高分子材料形成有一層離型劑後所構成。

茲將利用本發明該保護膜片於一具有焊錫陣列之矽晶片形成絕緣防焊層的方法說明如下。

配合參閱圖1、2，首先，將該具有焊錫陣列101之矽晶片100以焊錫陣列101朝外，設置於一真空腔體的加熱台(圖未示)上，將該保護膜片2的該離型層24移除後，以該絕緣層23與該等錫球102接觸方式覆蓋該焊錫陣列101。圖2是以該焊錫陣列101具有多個成陣列排列的錫球102，且用於連接錫球102的焊墊(圖未式)是平面狀，厚度可忽略不計為例說明。

設定該加熱台的溫度大於該保護膜片2的絕緣層23的軟化溫度(以該絕緣層23為使用軟化溫度為50℃左右的環氧樹脂為例，該加熱台的溫度及設定至約90℃)，以令該絕緣層23具有流動性，並將該真空腔體抽真空至壓力約0.5torr。

待該真空腔體溫度到達90℃後，將設置於該真空腔體的氣囊充氣至約3~5Kg，利用充氣後的該氣囊對該保護膜片2加壓，並靜置約10~15分鐘後，停止加熱，破真空，將該矽晶片100及該保護膜片2一同取出，之後撕除該形變層22，令將該形變層22與該絕緣層23分離，即可於該矽晶片100的錫球102之間的表面形成一層由該絕緣層23轉移後形成的絕緣防焊層103。

要說明的是，當該支撐層21的彈性模數不足，而於受壓後產生變形時，會影響製程過程該形變層22的受力均勻性，因此，較佳地，該支撐層21的彈性模數至少為形變層22的1.2倍。

此外，要再說明的是，為避免該變形層23因厚度過大，導致受壓後變形量不足，或厚度不足而無法有效擠壓該絕緣層23，因此，於一些實施例中，在錫球高度為100~150μm的狀況下，該變形層23的厚度介於30~80μm。較佳地，該變形層23的厚度介於50~70μm。

再者，因製程後是利用撕除方式直接將該形變層22與該絕緣層23分離，於一些實施例中，控制該形變層22與該絕緣層23的密著力小於該絕緣層23的構成材料與該半導體元件的密著性。該形變層22可進一步選自具有較佳離型效果的低極性材料，如PP、PE，以避免移除該形變層22時破壞該絕緣防焊層103與該半導體元件的接著性。

又為了避免該絕緣層23於熱壓轉移過程殘留於該等錫球102的頂面而影響元件對外連接的電性，因此，於熱壓形成該絕緣防焊層103後，可再進一步利用溶劑移除殘留於該等錫球102的頂面的絕緣材料。

本發明藉由該保護膜片2的膜層結構設計，利用具有支撐性並成平板狀的該支撐層21作為壓力分散層，因此，可讓受力平均向下分散，並配合該形變層22可於受到壓力變形的特性，而得以在受到自該支撐層21施加的壓力後向下推擠，因此，當該絕緣層23被加熱超過軟化點，並同時被該形變層22擠壓時，該形變層22會向下推擠該絕緣層23並於頂抵該等錫球102時會同時伴隨形變，進一步將該絕緣層23推擠至該等錫球102的間隙，而可於該等錫球102的間隙形成由該絕緣層23的絕緣材料構成的該絕緣防焊層103。

於一些實施例中，為了避免該絕緣層23於填充錫球102之間的間隙後，會進一步溢出而包覆過多的錫球102表面，該保護膜片2的絕緣層23的厚度會小於該錫球102的高度H。

於一些實施例中，為了進一步避免該絕緣層23的厚度不夠，導致最終形成的該絕緣防焊層103過薄或是覆蓋度不佳的問題，進一步控制令該保護膜片2的形變層22與絕緣層23的厚度總和不小於錫球高度H的1/2，且小於該錫球102的高度H。

茲以下述具體例及比較例說明使用不同的保護膜片結構於錫球102之間形成絕緣防焊層的特性。其中，錫球102的高度H為130μm。該具體例是使用本發明該實施例的保護膜片(支撐層21/形變層22/絕緣層23)結構且熱擠壓條件如前所述。

該具體例以及實施例的各膜層材料及厚度如下所述：

具體例：支撐層(PET，50μm)/形變層(EVA，50μm)/ 絕緣層(環氧樹脂混合物，50μm)。

比較例1：支撐層(PET，50μm)/ 絕緣層(環氧樹脂混合物，50μm)。

比較例2：形變層(EVA，50μm)/支撐層(PET，50μm)/ 絕緣層(環氧樹脂混合物，50μm)。

前述該環氧樹脂混合物為由NPEL-128(南亞)：BNE-200(長春)：PK-HH(InChemRez)與Hyhard ^® 100S(AlzChem)以30:43:21:6的比例混合而得，軟化溫度為50℃EVA膜購自友連科技有限公司。

茲將該具體例以及實施例經熱壓後對錫球頂面的影響結果整理如表1所示。

表1

由表1結果可知，當該保護膜片結構不具有該形變層22(EVA，比較例1)，或是形變層(EVA)22與支撐層(PET)21順序相反時，因為沒有形變層22的輔助擠壓，所以，該絕緣層23無法順利的被推擠到錫球102之間的空隙，而會覆蓋該錫球102頂面，導致影響後續的電連接特性。

要說明的是，當該焊錫陣列101是由多個成陣列排列的柱狀焊墊(圖未示)排列而得時，則可於形成柱狀焊墊後先利用本發明該保護膜片形成該絕緣防焊層103，該絕緣防焊層103時的實施方法與前述方法雷同，不同處在於，是將該絕緣層23的厚度控制在小於該柱狀焊墊的高度。而在形成該絕緣防焊層103後，再於露出的柱狀焊墊頂面形成錫球即可。此外，為了避免該絕緣層23於熱壓轉移過程殘留於該等柱狀焊墊的頂面而影響後續製程，因此，於熱壓形成該絕緣防焊層103後，同樣可先利用溶劑移除殘留於該等柱狀焊墊的頂面的絕緣材料，再於柱狀焊墊頂面形成錫球。

該絕緣防焊層103最終還可經過熱固化或UV固化，使其增加機械強度、耐熱性質與耐化學性質，本發明則是採用180℃烘烤1小時來進行固化。

綜上所述，本發明利用該保護膜片2的結構設計，藉由該支撐層21均勻分散壓力，並搭配受到壓力後可產生形變的形變層22擠壓該絕緣層23，而得以讓受熱後可流動的該絕緣層23受到該形變層22的擠壓後朝向該焊錫陣列101的結構間隙流動，而於錫球102/柱狀焊墊之間形成該絕緣防焊層103。利用擠壓膜片方式形成的該絕緣防焊層103不僅整體製程簡單容易控制，且藉由該絕緣防焊層103可增加該等錫球102/柱狀焊墊與該矽晶片100的側面穩固特性，提升該等錫球102/柱狀焊墊的機械強度，而可避免錫球102/柱狀焊墊於可靠度測試時斷路，或受碰撞時掉落或有裂痕的問題產生，故確實能達成本發明之目的。

以上所述者，僅為本發明之實施例而已，當不能以此限定本發明實施之範圍，凡是依本發明申請專利範圍及專利說明書內容所作之簡單的等效變化與修飾，皆仍屬本發明專利涵蓋之範圍內。

2:保護膜片 100:矽晶片 21:支撐層 101:焊錫陣列 22:形變層 102:錫球 23:絕緣層 103:絕緣防焊層 24:離型層 H:高度

本發明之其他的特徵及功效，將於參照圖式的實施方式中清楚地呈現，其中：圖1是一側視示意圖，說明本發明保護膜片的實施例；及圖2是一流程示意圖，說明利用該實施例形成絕緣防焊層的示意流程。

2:保護膜片

21:支撐層

22:形變層

23:絕緣層

24:離型層

Claims

一種保護膜片，用於供一具有焊錫陣列之半導體元件形成保護該焊錫陣列的絕緣防焊層，該保護膜片包含：一支撐層，成平板狀；一形變層，設置於該支撐層的其中一表面，彈性模數小於該支撐層，並於受到壓力後可產生形變；及一絕緣層，設置於該形變層的表面，由絕緣材料構成，軟化溫度小於該形變層，且該絕緣層的厚度小於該焊錫陣列的高度。
如請求項1所述的保護膜片，其中，該焊錫陣列具有多個成陣列排列的錫球或柱狀焊墊，該絕緣層的厚度小於該錫球或柱狀焊墊的高度。
如請求項1所述的保護膜片，其中，該支撐層為由不小於形變層的彈性模數1.2倍的高分子材料構成。
如請求項1所述的保護膜片，其中，該形變層選自矽膠、橡膠、乙烯-醋酸乙烯共聚物、壓克力聚合物、聚丙烯、聚乙烯。
如請求項1所述的保護膜片，其中，該絕緣層的構成材料包含樹脂，該樹脂選自環氧樹脂、壓克力樹脂、聚酯樹脂、酚醛樹脂，及聚氨酯樹脂的其中至少一組合，且軟化溫度不大於150℃。
如請求項1所述的保護膜片，其中，該形變層與該絕緣層的厚度總和不小於該錫球結構的高度的1/2，且小於該錫球結構的高度。
如請求項1所述的保護膜片，其中，該形變層與該支撐層的密著性大於該形變層與該絕緣層的密著性。
如請求項5所述的保護膜片，其中，該形變層與該絕緣層的密著力小於該絕緣層與該半導體元件的密著力。
如請求項1所述的保護膜片，還包含一可移除的設置於該絕緣層表面的離形層。