一种芯片封装结构及其封装方法技术

本发明专利技术涉及一种芯片封装结构及其封装方法，属于半导体封装技术领域。其包括硅基本体和芯片电极，所述硅基本体的正面设置钝化层并开设钝化层开口，所述芯片电极由背面嵌入于硅基本体的正面，所述钝化层开口露出芯片电极的正面，所述钝化层的上表面设置介电层并开设介电层开口，所述芯片电极的正面设置金属凸块结构；所述硅基本体的侧壁和背面设置包封层。本发明专利技术提供了一种侧壁绝缘保护、不易漏电或短路、提高可靠性、改善芯片贴装良率的芯片封装结构，本发明专利技术的封装方法采用在晶圆背面设置沟槽，将晶圆分割成芯片单体，并实施芯片单体四周和背面保护技术，这种方法避免了晶圆重构，对于较小芯片来说，有效地提高了产能，进一步降低成本。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种芯片封装结构及其封装方法，属于半导体封装

技术介绍
随着半导体硅工艺的发展，芯片的尺寸越来越小，芯片尺寸封装是主流，但部分封装结构并不采用BGA阵列结构，而是采用与传统QFN或LGA相类似地平面焊盘结构。由于硅基体本身是半导体材料，其芯片四周的硅基本体1裸露在组装环境中，如图1所示，在贴装回流工艺中，电极区域11容易因为焊锡膏2印刷量过多而导致部分焊锡爬升到硅基本体1的侧壁裸露的硅上面，造成芯片漏电或短路；或者由于芯片间距比较近，加热或回流后，导致芯片的侧壁接触到了其他芯片的金属凸块而导致失效。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服上述不足，提供一种侧壁绝缘保护、不易漏电或短路、提高可靠性、改善芯片贴装良率的芯片封装结构及其封装方法。本专利技术的目的是这样实现的：本专利技术一种芯片封装结构及其封装方法，其包括硅基本体和芯片电极，所述硅基本体的正面设置钝化层并开设钝化层开口，所述芯片电极由背面嵌入于硅基本体的正面，所述钝化层开口露出芯片电极的正面，所述钝化层的上表面设置介电层并开设介电层开口，所述介电层开口也露出芯片电极的正面；所述芯片电极的正面设置金属凸块结构，并与芯片电极固连，所述金属凸块结构由下而上依次包括金属种子层、金属柱、焊料层；所述硅基本体的侧壁与芯片电极所在的水平面的夹角为α，夹角α取值范围为60°≤α≤120°，所述硅基本体的背面设置导电加强层和包封层，所述导电加强层附着于硅基本体的背面，所述包封层包覆导电加强层并覆盖硅基本体的裸露的背面和侧壁，所述包封层为一体结构，其与介电层于两者的交界处密闭连接；所述芯片封装结构的总厚度H为50~300微米。进一步地，所述包封层与介电层于两者的交界处设置密闭连接结构，所述密闭连接结构在介电层和\\或硅基本体上呈点状、锯齿状、阶梯状。进一步地，所述导电加强层由上而下依次包括金属种子层、导电金属层。进一步地，所述导电加强层为高分子导电材料或导电纳米材料。进一步地，所述导电加强层完全覆盖硅基本体的背面。进一步地，所述导电加强层部分覆盖硅基本体的背面，其呈复数个同心环状、复数个条形状。本专利技术一种芯片封装结构的封装方法，包括步骤：步骤一，取集成电路晶圆，其表面设有芯片电极及相应的电路布局，覆盖于晶圆上表面的钝化层于芯片电极上方开设钝化层开口并露出芯片电极的正面；步骤二，利用光刻工艺在晶圆表面设置介电层并开设介电层开口，介电层开口，介电层开口露出芯片电极的正面；步骤三，利用溅射或化学镀的方法在晶圆表面沉积金属种子层，再依次利用光刻工艺、电镀工艺在芯片电极的正面设置金属柱和金属柱顶端的焊料层，去除剩余的光刻胶，并腐蚀去掉金属柱以外区域的无效的金属种子层，形成金属凸块结构；步骤四，在晶圆正面临时键合与之大小一致的支撑载体，所述支撑载体是硅基加强板或是玻璃基载体；步骤五，通过物理研磨或湿法腐蚀的方法将晶圆背面进行减薄工艺，其减薄厚度根据实际情况确定；步骤六，在减薄的晶圆的背面通过蒸镀或印刷的方法形成导电加强层13，步骤七，沿划片道方向依次通过光刻、干法或湿法刻蚀以及光刻胶剥离工艺形成沟槽，所述沟槽的底部在垂直方向上的位置低于芯片电极的电路的底部，所述沟槽的槽壁与沟底的夹角范围为β，夹角β的取值范围为60°≤β≤120°；步骤八，在真空环境下，在形成沟槽的晶圆背面通过注塑包封料或者贴膜工艺贴覆包封膜的方式形成包封层，所述包封层完全包覆硅基本体的侧壁和背面；步骤九，通过印刷工艺或贴膜工艺在包封层的背面形成背面保护层；步骤十，去除键合的支撑载体，并对步骤三中的封装结构的上表面进行清洗，并去除残留物，露出晶圆正面及金属凸块结构；步骤十一，将上述步骤中的封装结构再次沿划片道进行切割，形成复数颗独立的封装单体。进一步地，步骤七中，所述沟槽在深度方向上贯穿晶圆，将晶圆分割成复数量的硅基本体。进一步地，步骤七中，在沟槽形成之后还包括步骤：在所述沟槽的沟底和\\或槽壁通过激光工艺或刻蚀工艺形成呈点状、锯齿状或阶梯状的密闭连接结构。本专利技术的有益效果是：1）、本专利技术封装的芯片封装结构侧壁设置绝缘保护，避免了因焊锡爬升到硅基本体的侧壁裸露的硅上面而造成的漏电或短路，提高可靠性，改善了芯片的良率；2）、本专利技术实现的芯片封装结构的金属柱高度尺寸进一步减薄，且采用裸露设计，而硅基本体的四周和背面设置的包封层为一体结构，结构简洁，降低了设计难度，节约了制造成本；3）、本专利技术采用在晶圆背面设置沟槽，将晶圆分割成芯片单体，并实施芯片单体四周和背面保护技术，这种方法避免了晶圆重构，对于较小芯片来说，有效地提高了产能，进一步降低成本；4）、本专利技术采用的临时键合技术，解决了薄片的取放问题，有利于便携式电子设备的集成发展，同时实现了封装结构的小型化、薄型化和轻量化。附图说明图1为现有芯片封装结构的剖面示意图；图2为本专利技术一种芯片封装结构及其封装方法的流程图；图3A为本专利技术一种芯片封装结构的实施例的正面示意图；图3B为图3A的A-A剖面示意图；图4A、4B为导电加强层的示意图；图5A~5L为图3A的实施例的封装方法流程图；图中：晶圆100硅基本体1芯片电极11钝化层12钝化层开口121导电加强层13包封层3介电层4介电层开口41金属凸块结构5金属种子层51金属柱53焊料层55支撑载体6临时键合胶61临时键合膜63沟槽7背面保护层8。具体实施方式参见图2，本专利技术一种芯片封装结构及其封装方法的工艺流程如下：S1：取集成电路晶圆，在晶圆表面设置介电层并开介电层开口；S2：在介电层开口内设置金属凸块结构；S3：在晶圆正面键合支撑载体；S4：减薄晶圆背面S5：在减薄的晶圆的背面形成导电加强层，再沿划片道设置沟槽；S6：在设置沟槽的晶圆背面形成包封层；S7：去除临时键合的支撑载体；S8：将完成封装工艺的上述结构切割成复数颗背面及四周保护的封装单体。现在将在下文中参照附图更加充分地描述本专利技术，在附图中示出了本专利技术的示例性实施例，从而本公开将本专利技术的范围充分地传达给本领域的技术人员。然而，本专利技术可以以许多不同的形式实现，并且不应被解释为限制于这里阐述的实施例。具体实施例，参见图3A和图3B。其中，图3A为本专利技术一种芯片封装结构的实施例的正面示意图、图3B为图3A的实施例的A-A剖面示意图。其硅基本体1的正面设置钝化层12并开设钝化层开口121。芯片电极11至少为两个，其中一个为负极，如图3A所示，并规则排布。芯片电极11由背面嵌入硅基本体1的正面，钝化层开口121露出芯片电极11的正面。钝化层12的上表面设置介电层4并开设介电层开口41，介电层开口41略小于钝化层开口121，介电层开口41也露出芯片电极11的正面。在芯片电极11的正面设置金属凸块结构5，该金属凸块结构5由下而上依次包括金属种子层51、金属柱53、焊料层55。其中，金属柱53采用裸露设计，一般地，金属柱53的厚度范围为3~10微米。为了在贴装回流工艺中避免电极区域的爬锡现象，起连接固定作用的金属凸块结构5的高度只需略高于介电层4的高度即可，其中以金属柱53的厚度范围3~5微米为佳。如图3B所示，金属凸块结构5的高度尺寸尽可能地减薄，节约了制造成本，其简洁的封装结构，也降低了工艺难度，提高了封装的可靠性。硅基本体1的侧壁与芯片电极11所在的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种芯片封装结构，其包括硅基本体（1）和芯片电极（11），所述硅基本体（1）的正面设置钝化层（12）并开设钝化层开口（121），所述芯片电极（11）由背面嵌入于硅基本体（1）的正面，所述钝化层开口（121）露出芯片电极（11）的正面，其特征在于：所述钝化层（12）的上表面设置介电层（4）并开设介电层开口（41），所述介电层开口（41）也露出芯片电极（11）的正面；所述芯片电极（11）的正面设置金属凸块结构（5），并与芯片电极（11）固连，所述金属凸块结构（5）由下而上依次包括金属种子层（51）、金属柱（53）、焊料层（55）；所述硅基本体（1）的侧壁与芯片电极（11）所在的水平面的夹角为α，夹角α取值范围为60°≤α≤120°，所述硅基本体（1）的背面设置导电加强层（13）和包封层（3），所述导电加强层（13）附着于硅基本体（1）的背面，所述包封层（3）包覆导电加强层（13）并覆盖硅基本体（1）的裸露的背面和侧壁，所述包封层（3）为一体结构，其与介电层（4）于两者的交界处密闭连接；所述芯片封装结构的总厚度H为50~300微米。

【技术特征摘要】
1.一种芯片封装结构，其包括硅基本体（1）和芯片电极（11），所述硅基本体（1）的正面设置钝化层（12）并开设钝化层开口（121），所述芯片电极（11）由背面嵌入于硅基本体（1）的正面，所述钝化层开口（121）露出芯片电极（11）的正面，其特征在于：所述钝化层（12）的上表面设置介电层（4）并开设介电层开口（41），所述介电层开口（41）也露出芯片电极（11）的正面；所述芯片电极（11）的正面设置金属凸块结构（5），并与芯片电极（11）固连，所述金属凸块结构（5）由下而上依次包括金属种子层（51）、金属柱（53）、焊料层（55）；所述硅基本体（1）的侧壁与芯片电极（11）所在的水平面的夹角为α，夹角α取值范围为60°≤α≤120°，所述硅基本体（1）的背面设置导电加强层（13）和包封层（3），所述导电加强层（13）附着于硅基本体（1）的背面，所述包封层（3）包覆导电加强层（13）并覆盖硅基本体（1）的裸露的背面和侧壁，所述包封层（3）为一体结构，其与介电层（4）于两者的交界处密闭连接；所述芯片封装结构的总厚度H为50~300微米。2.根据权利要求1所述的一种芯片封装结构，其特征在于：所述包封层（3）与介电层（4）于两者的交界处设置密闭连接结构，所述密闭连接结构在介电层（4）和\\或硅基本体（1）上呈点状、锯齿状、阶梯状。3.根据权利要求1所述的一种芯片封装结构，其特征在于：所述导电加强层（13）由上而下依次包括金属种子层、导电金属层。4.根据权利要求1所述的一种芯片封装结构，其特征在于：所述导电加强层（13）为高分子导电材料或导电纳米材料。5.根据权利要求1至4中任一项所述的一种芯片封装结构，其特征在于：所述导电加强层（13）完全覆盖硅基本体（1）的背面。6.根据权利要求1至4中任一项所述的一种芯片封装结构，其特征在于：所述导电加强层（13）部分覆盖硅基本体（1）的背面，其呈复数个同心环状、复数个条形状。7.一种芯片封装结构的封装方法，包括步骤：步骤一，取集成电路晶圆（100），其表面设有芯片电极（11）及相应的电路布局，覆盖于晶圆（100）上表面的钝化层（12）于芯片电极（1...

【专利技术属性】
技术研发人员：张黎，徐虹，陈栋，陈锦辉，赖志明，陈启才，
申请(专利权)人：江阴长电先进封装有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32