TWI816263B - 經密封半導體晶粒及/或經密封半導體封裝之製造方法 - Google Patents

經密封半導體晶粒及/或經密封半導體封裝之製造方法 Download PDF

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Abstract

本發明提供一種製造經密封半導體晶粒及/或經密封半導體封裝或製造半導體晶粒及/或半導體封裝之密封體的方法,其包含以下步驟: (1)在臨時載體上組裝多個裸半導體晶粒,及 (2)密封經組裝裸半導體晶粒, 其特徵在於在步驟(2)中應用水性液壓硬化無機水泥製備物作為密封劑。

Description

經密封半導體晶粒及/或經密封半導體封裝之製造方法
本發明係關於一種用於製造半導體晶粒及/或半導體封裝之密封體或分別用於製造經密封半導體晶粒及/或經密封半導體封裝的經改良方法。本發明亦係關於可藉由該方法獲得之經密封半導體晶粒或經密封半導體封裝。
半導體晶粒包括例如記憶體晶片、邏輯功能晶片以及類似者。
本文中所使用之術語「半導體封裝」意謂包含小數目個半導體晶粒,例如至少2個半導體晶粒,例如2至5個或2至10個半導體晶粒,之集合。
目前製造裸半導體晶粒之先進技術包含構造(包括光微影構造)半導體晶圓,視情況出於電接觸目的應用習知金屬化物且最後將結構化半導體晶圓分成單個半導體晶粒(所謂的晶粒單體化),亦即,分成缺少電絕緣及/或保護性密封體之裸半導體晶粒。分割結構化晶圓可例如藉由金剛石鋸切或雷射切割執行。此等方法亦稱為所謂的扇出及扇入晶圓或板級封裝。
為了用保護性及電絕緣密封體裝備裸半導體晶粒,習知的是首先將該等裸半導體晶粒放置或固定於臨時載體上。臨時載體可由例如鋼、石英玻璃或玻璃製成,且其可具有用於將裸半導體晶粒臨時固定於其上之釋放帶。
進行臨時固定以使得裸半導體晶粒其間配置有適當距離或間隙,藉此該距離或間隙界定待用密封劑填充之空間。因此,在將裸半導體晶粒置放於臨時載體上之後,將呈可硬化(可固化)有機模製塊體(例如,環氧樹脂模製化合物)形式之密封劑塗覆於裸半導體晶粒之間及其上且使其硬化以使得形成有機聚合組成物,例如硬化環氧樹脂聚合組成物或其類似物。塗覆可藉由習知成型技術(例如,壓縮成型或轉注成型)進行。硬化通常藉由施加熱量,導致目標溫度在例如100℃至200℃範圍內來實現。硬化之後,形成一結構,該結構包含其上具有個別半導體晶粒之臨時載體,該等個別半導體晶粒由有機聚合類罩密封體覆蓋。
隨後自臨時載體移除由包含半導體晶粒之有機聚合類罩密封體構成的由此成形之結構,亦即所謂的剝離或載體釋放。載體釋放後可為使半導體晶粒之晶粒底面或頂面設有電絕緣構件及電互連件之連續步驟。習知電絕緣構件之實例包括介電聚合物,而習知電互連件之實例包括金屬線及觸點之重佈層,例如,金屬鍍層,如鍍銅。
最後,由具有配備有電絕緣構件及電互連件之半導體晶粒的類罩有機聚合密封體構成之結構經劃分成個別經密封半導體晶粒或經密封半導體封裝,此係一種被稱為「單體化(singulation或singulating)」之方法。舉例而言,單體化可藉由鋸切(例如,金剛石鋸切)或藉由例如雷射切割來進行。最後,獲得可用作電子組件的多個經密封半導體晶粒及/或經密封半導體封裝。
不僅該密封劑之熱硬化,而且使半導體晶粒配備有電絕緣構件及電互連件亦需要加熱,該加熱伴隨顯著目標溫度變化,且視具體情況而定,在不利翹曲現象及不合需要的晶粒移位之過程中,密封材料之體積很可能發生變化。晶粒移位意謂晶粒之位置改變;例如,晶粒可自所要位置移動,從而導致無法接合至金屬觸點。一種此類翹曲現象係在密封劑之熱硬化期間,由具有類罩有機聚合密封體之臨時載體構成之結構的非所要彎曲,該類罩有機聚合密封體包含半導體晶粒。另一翹曲現象係在用電絕緣構件及電互連件配備半導體晶粒期間,包含半導體晶粒之經移除類罩有機聚合密封體的不合需要之彎曲。作為彎曲及晶粒移位之不合需要之結果,至少一些半導體晶粒可經移位,從而導致無法恰當地接合至金屬觸點,且因此,彼等經移位之半導體晶粒需要被標記為廢料。可在品質及功能檢查期間偵測到此廢料。
需要發現一種具有較低或甚至不具有廢料形成率之經密封半導體晶粒或經密封半導體封裝的製造方法,亦即具有較少或甚至不具有廢料形成,或換言之具有較少或甚至不存在前述翹曲現象之製造方法。可例如根據JEDEC標準JESD22-B108B使用陰影疊紋法量測翹曲,或在回焊焊接溫度下表徵翹曲之情況下,根據JESD22-B112量測翹曲。
本申請人已藉由使用基於液壓可硬化無機水泥之密封劑找到出人意料的解決方案。
申請人發明係一種經密封半導體晶粒及/或經密封半導體封裝之製造方法,其包含以下步驟: (1)在臨時載體上組裝多個裸半導體晶粒,及 (2)密封經組裝裸半導體晶粒, 其特徵在於在步驟(2)中應用水性液壓硬化無機水泥製備物作為密封劑。
在實施例中,該方法可進一步包含以下步驟:(3)移除臨時載體,及(4)將經密封半導體晶粒及/或經密封半導體封裝單體化。在此類實施例中,該方法為一種經密封半導體晶粒及/或經密封半導體封裝之製造方法,其包含以下步驟: (1)在臨時載體上組裝多個裸半導體晶粒, (2)密封經組裝裸半導體晶粒, (3)移除臨時載體,及 (4)將經密封半導體晶粒及/或經密封半導體封裝單體化, 其特徵在於在步驟(2)中應用水性液壓硬化無機水泥製備物作為密封劑。
為防止誤解,本發明及申請專利範圍中所使用之術語「液壓硬化」意謂「液壓固化」或「液壓定形」,亦即分別在存在水的情況下或添加水之後定形。液壓硬化方法可不由或由壓縮(機械壓力)支援而繼續進行。
本發明亦可理解為一種半導體晶粒及/或半導體封裝之密封體之製造方法,其包含以下步驟: (1)在臨時載體上組裝多個裸半導體晶粒,及 (2)密封經組裝裸半導體晶粒, 其特徵在於在步驟(2)中應用水性液壓硬化無機水泥製備物作為密封劑。
在實施例中,半導體晶粒或半導體封裝之密封體的此製造方法亦可進一步包含以下步驟:(3)移除臨時載體,及(4)將經密封半導體晶粒及/或經密封半導體封裝單體化。在此類實施例中,該方法為一種半導體晶粒及/或半導體封裝之密封體之製造方法,其包含以下步驟: (1)在臨時載體上組裝多個裸半導體晶粒, (2)密封經組裝裸半導體晶粒, (3)移除臨時載體,及 (4)將經密封半導體晶粒及/或經密封半導體封裝單體化, 其特徵在於在步驟(2)中應用水性液壓硬化無機水泥製備物作為密封劑。
在步驟(1)中,將多個裸半導體晶粒組裝於臨時載體上。
裸半導體晶粒可以如上文已描述之習知方式獲得。存在用於組裝裸半導體晶粒、面朝下總成或面朝上總成之兩個選項。面朝下總成意謂晶粒面朝向臨時載體,而面朝上總成意思恰恰相反,亦即,此處晶粒面背向臨時載體而組裝。為避免誤解,「晶粒面」意謂用於互連之半導體晶粒之關鍵作用區域。
典型地,臨時載體呈薄片之形式。臨時載體可由例如石英玻璃、玻璃、聚合物或金屬(例如鋼)製成。臨時載體可配備有釋放帶。
裸半導體晶粒經組裝,以便在其間具有適當距離或間隙。彼距離(間隙寬度)處於例如30 µm至70 µm之範圍內,且其界定將在步驟(2)期間用水性液壓硬化無機水泥製備物填充之空間。
在步驟(2)中,密封經組裝之半導體晶粒,其中水性液壓可硬化無機水泥製備物經應用為密封劑。為此目的,在裸半導體晶粒已置放於臨時載體上或其釋放帶上之後,將水性液壓硬化無機水泥製備物塗覆於裸半導體晶粒上及其間且使其以液壓方式硬化。
本文中,對液壓可硬化無機水泥、水性液壓硬化無機水泥製備物及經液壓硬化無機水泥組成物進行區分。可將作為粉末之液壓可硬化無機水泥與水混合以產生水性液壓硬化無機水泥製備物,其尤其呈黏彈性形式,例如糊狀或可流動物質,亦稱為水泥漿或水泥膠。水性液壓硬化無機水泥製備物可以液壓方式硬化,以獲得呈硬固體形式之經液壓硬化無機水泥組成物,亦稱為水泥岩。換言之,經液壓硬化無機水泥組成物係基於液壓可硬化無機水泥。經液壓硬化無機水泥組成物或水泥岩基本上或完全不溶於水。
經液壓硬化無機水泥組成物可由經液壓硬化無機水泥組成。經液壓硬化無機水泥係基於液壓可硬化無機水泥,且經液壓硬化無機水泥組成物可藉由將液壓可硬化無機水泥與水混合以形成液壓硬化無機水泥製備物,隨後對其塗覆、以液壓方式硬化及乾燥來製得。
在替代方案中,經液壓硬化無機水泥組成物亦有可能包含僅作為基質形成成分之經液壓硬化無機水泥。在此情況下,經液壓硬化無機水泥組成物可包含總量為例如0.5 wt.-%至98 wt.-% (重量%)之一或多種其他成分(除經液壓硬化無機水泥以外之成分),亦即其可由例如2 wt.-%至99.5 wt.-%之經液壓硬化無機水泥及相應地0.5 wt.-%至98 wt.-%之一或多種其他成分構成。此處,經液壓硬化無機水泥係基於液壓可硬化無機水泥及一或多種其他成分,且經液壓硬化無機水泥組成物可藉由將液壓可硬化無機水泥與水且與一或多種其他成分混合以形成水性液壓硬化無機水泥製備物,隨後對其塗覆、以液壓方式硬化且乾燥來製得。
若經液壓硬化無機水泥組成物包含至少一種其他成分,則水性液壓硬化無機水泥製備物除了水之外亦包含至少一種其他成分,詳言之,與經液壓硬化無機水泥組成物包含相同的其他成分。此類其他成分可已添加至或混合至液壓可硬化無機水泥中。亦有可能的是,首先在不添加水之情況下將液壓可硬化無機水泥與所有其他成分混合,且隨後與水進一步混合以產生水性液壓硬化無機水泥製備物。在替代方案中,可在添加水之前、期間或之後添加至少一種其他成分。考慮到其均質性及處理,添加量、時間及順序視產生水性液壓硬化無機水泥製備物期間之化學及物理特性而定;自實用觀點看,熟習此項技術者將以材料之互混性及狀態(例如其所謂的適用期)自行決定。
至少一種其他成分可以相對於水性液壓硬化無機水泥製備物之例如0.1 wt.-%至92 wt.-%的總量包含。
因此,液壓可硬化無機水泥為粉末。其可為卜特蘭水泥、氧化鋁水泥、氧化鎂水泥、如磷酸鋅水泥或較佳地為磷酸鎂水泥之磷酸鹽水泥。
該等其他成分之實例包含填充劑、纖維、流動增強劑、緩凝劑、消泡劑、可與水混溶之有機溶劑、界面活性劑、潤濕劑及增黏劑。
填充劑之實例包含:玻璃;硫酸鈣;硫酸鋇;包含鈉、鉀、鈣、鋁、鎂、鐵及/或鋯之簡單及複雜矽酸鹽;包含鈣、鎂及/或鋯之簡單及複雜鋁酸鹽;包含鈣、鋁、鎂、鋇及/或鋯之簡單及複雜鈦酸鹽;包含鈣、鋁及/或鎂之簡單及複雜鋯酸鹽;二氧化鋯;二氧化鈦;氧化鋁;二氧化矽,尤其如矽石或石英;碳化矽;氮化鋁;氮化硼及氮化矽。本文中,對簡單及複雜的矽酸鹽、鋁酸鹽、鈦酸鹽及鋯酸鹽進行區別。在配位化合物意義上,不將複雜矽酸鹽、鋁酸鹽、鈦酸鹽及鋯酸鹽理解為錯合化合物;相反,本文中意謂具有多於一種類型之陽離子的矽酸鹽、鋁酸鹽、鈦酸鹽及鋯酸鹽,如同例如矽酸鋁鈉、矽酸鋁鈣、鈦酸鋯鉛等。填充物之存在可對經液壓硬化無機水泥組成物之熱導率及/或熱膨脹行為具有有利影響。
纖維之實例包括玻璃纖維、玄武岩纖維、硼纖維及陶瓷纖維,例如碳化矽纖維及氧化鋁纖維、礦石棉纖維、矽灰石纖維及芳綸纖維。纖維之存在可對經液壓硬化無機水泥組成物內之應力分佈及裂痕預防具有有利影響。
水性液壓硬化無機水泥製備物可具有例如6 wt.-%至25 wt.-%之含水量。
新製成(在製備完成後5分鐘內)之水性液壓硬化無機水泥製備物之黏度可在例如0.1 Pa∙s至20 Pa∙s之範圍內(在藉由旋轉黏度測定法判定時,板-板量測原理,板直徑25 mm,量測間隙1 mm,樣本溫度20℃)。
密封步驟(2)可以習知方式藉由將水性液壓硬化無機水泥製備物塗覆至臨時載體上之裸半導體晶粒上及其間且使其以液壓方式硬化且乾燥來進行。塗覆方法之實例包括習知成型技術,如例如壓縮成型或轉注成型。塗覆水性液壓硬化無機水泥製備物以便在半導體晶粒之頂部上形成具有例如30 µm至1000 µm,詳言之50 µm至300 µm之厚度的密封體。
液壓硬化可在環境條件下,例如在例如20℃至25℃範圍內之環境目標溫度下進行,且其可花費例如1分鐘至6小時範圍內之時間。若需要較短持續時間,則可升高目標溫度且可接著在30℃至90℃之目標溫度下進行液壓硬化,且可接著例如在30秒至1小時內結束。
乾燥,亦即除水,遵循液壓硬化,且其在例如80℃至300℃之目標溫度下可能需要例如0.5小時至6小時。乾燥可為真空支援的。
在液壓硬化及乾燥結束之後,亦即在步驟(2)結束之後,獲得包含臨時載體之結構,該臨時載體上具有由呈經液壓硬化無機水泥組成物之罩蓋,亦即水泥岩之罩蓋形式的類罩密封體覆蓋之個別半導體晶粒。
藉由水性液壓硬化無機水泥製備物作為密封劑而非先前技術之有機模製組成物型密封劑進行步驟(2)之益處在於,可在相當程度上或甚至完全防止如以上提及之彼等者之不合需要的翹曲及/或晶粒移位現象。就無法進行恰當電接觸之經密封半導體晶粒而言,產生更少廢料。然而,避免廢料形成並非唯一益處;用水性液壓硬化無機水泥製備物替換先前技術之有機模製組成物型密封劑具有一些額外有益態樣,如化學危害及火災危害較少。當與先前技術之有機聚合組成物型密封體相比較時,水泥岩密封體之優勢包括無玻璃轉化及較高熱阻。
在步驟(3)中,移除臨時載體;亦即,其自形成於步驟(2)中之結構釋放或剝離,或更精確而言,自包含臨時載體之結構釋放或剝離,該臨時載體上具有由水泥岩之類罩密封體覆蓋之個別半導體晶粒。作為移除臨時載體之結果,獲得由包含半導體晶粒之水泥岩的經剝離類罩密封體構成之結構。
在步驟(3)與(4)之間,可存在向經密封半導體晶粒提供電絕緣構件及電互連件的中間步驟(3')。上文已揭示電絕緣構件及電互連件之實例。在半導體晶粒已在步驟(1)中面朝下組裝於臨時載體上之情況下,電絕緣構件及電互連件兩者可設置於經密封半導體晶粒之底面處。在半導體晶粒已在步驟(1)中面朝上組裝於臨時載體上之另一情況下,電絕緣構件及電互連件兩者可設置於經密封半導體晶粒之頂面處;然而,此處,在提供電絕緣構件及電互連件之前,需要藉由用水泥岩密封體覆蓋頂面來製備通路。
在步驟(4)中,經密封半導體晶粒及/或經密封半導體封裝件經單體化。此可藉由熟習此項技術者已知之習知方法執行。此類方法之實例包括金剛石鋸切及雷射切割。
如上文已提及,藉由本發明之方法獲得多個經密封半導體晶粒及/或經密封半導體封裝。因此,可執行本發明之方法以使得產生經密封半導體晶粒以及經密封半導體封裝。為此目的,可相應地調適組裝步驟(1)及單體化步驟(4),尤其是對於半導體晶粒之間的間隙寬度之適當選擇。
本發明亦係關於可藉由上文所揭示之方法在其以上所揭示之實施例中之任一者中獲得的經密封半導體晶粒或經密封半導體封裝。
本發明亦係關於在上文所揭示之實施例中之任一者中的包含裸半導體晶粒或由其構成之經密封半導體晶粒及經液壓硬化無機水泥組成物之密封體,尤其包括與經液壓硬化無機水泥組成物之組成物相關的上文所揭示之實施例。
本發明亦係關於在上文所揭示之實施例中之任一者中的包含至少2個半導體晶粒或由其構成之經密封半導體封裝及經液壓硬化無機水泥組成物之密封體,尤其包括與經液壓硬化無機水泥組成物之組成物相關的上文所揭示之實施例。 工作實例 將5 pbw (重量份)最大粒度為50 µm之氧化鎂水泥粉末、6 pbw 2-咪唑啶酮、11 pbw最大粒度為5 µm之矽灰、65 pbw最大粒度為100 µm之氧化鋁粉末與12 pbw水混合以形成水性液壓硬化無機水泥製備物。
將具有3 mm×3 mm之正方形規格的300 µm厚的裸半導體晶粒組裝於呈半導體封裝(每封裝3個半導體)之規則配置的鋼板載體之釋放帶上,其中在封裝之間具有300 µm之間隙寬度且在個別晶粒之間具有50 µm之間隙寬度。水性液壓硬化無機水泥製備物在半導體晶粒頂部上之150 µm厚度之間及其中包覆成型。使由此成形結構之如此塗覆之水性液壓硬化無機水泥製備物在20℃下以液壓方式硬化4小時。隨後在烘箱中以1 K/min之加熱速率將結構加熱至90℃之目標溫度,且保持在90℃下1小時。其後,目標溫度以1 K/min之加熱速率增加至160℃且保持在160℃下1小時。冷卻後,使由此獲得之結構經受金剛石鋸切,在此期間將經密封半導體封裝單體化。

Claims (11)

  1. 一種製造經密封半導體晶粒及/或經密封半導體封裝或製造半導體晶粒及/或半導體封裝之密封體的方法,其包含以下步驟:(1)在臨時載體上組裝多個裸半導體晶粒,(2)密封經組裝裸半導體晶粒,(3)移除該臨時載體,及(4)將該等經密封半導體晶粒及/或經密封半導體封裝單體化,其特徵在於在步驟(2)中應用水性液壓硬化無機水泥製備物作為密封劑,其中該水性液壓硬化無機水泥製備物係藉由使液壓可硬化無機水泥與水混合或藉由使液壓可硬化無機水泥與水且與至少一種其他成分混合而製得,且其中該液壓可硬化無機水泥為選自由以下各者組成之群組的粉末:氧化鎂水泥及磷酸鹽水泥。
  2. 如請求項1之方法,其中該等裸半導體晶粒經組裝以便在其等之間具有介於30μm至70μm之範圍內的距離,其中該距離界定待在步驟(2)期間用該水性液壓硬化無機水泥製備物填充之空間。
  3. 如請求項1或2之方法,其中執行步驟(2),使得將該水性液壓硬化無機水泥製備物塗覆至該等裸半導體晶粒上及其等之間,且使其以液壓方式硬化且乾燥。
  4. 如請求項1或2之方法,其中該水性液壓硬化無機水泥製備物之塗覆係藉由壓縮成型或藉由轉注成型進行。
  5. 如請求項1或2之方法,其中該水性液壓硬化無機水泥製備物經塗覆以便在該等半導體晶粒之頂部上形成厚度為30μm至1000μm之密封體。
  6. 如請求項1或2之方法,其包含在步驟(3)與步驟(4)之間的中間步驟(3'),該步驟向經密封半導體晶粒提供電絕緣構件及電互連件。
  7. 如請求項1或2之方法,其中步驟(4)之該單體化係藉由金剛石鋸切或雷射切割執行。
  8. 一種藉由如請求項1至7中任一項之方法獲得的經密封半導體晶粒或經密封半導體封裝。
  9. 一種經密封半導體晶粒或經密封半導體封裝,該經密封半導體晶粒由裸半導體晶粒及經液壓硬化無機水泥組成物之密封體構成,該經密封半導體封裝由至少2個裸半導體晶粒及經液壓硬化無機水泥組成物之密封體構成,其中該經液壓硬化無機水泥組成物係基於選自由以下各者組成的群組的液壓可硬化無機水泥:氧化鎂水泥及磷酸鹽水泥。
  10. 如請求項9之經密封半導體晶粒或經密封半導體封裝,其中該經液壓 硬化無機水泥組成物由經液壓硬化無機水泥組成。
  11. 如請求項9之經密封半導體晶粒或經密封半導體封裝,其中該經液壓硬化無機水泥組成物由2wt.-%至99.5wt.-%之經液壓硬化無機水泥及0.5wt.-%至98wt.-%之一或多種其他成分組成。
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