一种芯片模组、晶圆级芯片的封装结构及封装方法技术

本发明专利技术提供一种芯片模组、晶圆级芯片的封装结构及封装方法，该封装结构在相邻两芯片单元的焊垫上方形成金属凸起，由于金属凸起尺寸相比焊垫尺寸更大、厚度更厚，增大了芯片单元中后续电路引出与导电布线层的有效接触面积，提高了芯片封装结构的导电可靠性；本发明专利技术其中一个技术方案是直接在晶圆表面压印成型光学元器件，将两道工序简化为一道工序，缩短了封装制程，降低了生产成本；通过切割的方式自晶圆非功能面向金属凸起方向延伸形成第一开口，适用于不宜激光打孔的晶圆材质；并且在切割步骤之前设置了预切步骤，这样在切割步骤时，只需切割压印元件，减少了切割制程中出现边缘材料分层、产品裂片、断刀、崩边等问题。

A Packaging Structure and Method for Chip Modules and Wafer-level Chips

The invention provides a packaging structure and a packaging method of a chip module and a wafer-level chip. The packaging structure forms a metal bump above the welding pad of two adjacent chip units. Because the size of the metal bump is larger and thicker than that of the welding pad, the effective contact area between the subsequent circuit and the conductive wiring layer in the chip unit is increased, and the conductivity of the chip packaging structure is improved. Reliability; One of the technical schemes of the present invention is to directly imprint optical components on the wafer surface, simplify the two processes into one process, shorten the packaging process and reduce the production cost; extend the non-functional wafer from the wafer to the metal bulge direction by cutting to form the first opening, which is suitable for wafer materials that are not suitable for laser drilling; and set up before the cutting step. Pre-cutting steps are set up so that only the imprint components are cut in the cutting steps, which reduces the problems of edge material layering, product fragmentation, knife breaking and edge collapse in the cutting process.

【技术实现步骤摘要】
一种芯片模组、晶圆级芯片的封装结构及封装方法
本专利技术涉及半导体封装
，尤其涉及一种芯片模组、晶圆级芯片封装结构及封装方法。
技术介绍
基于TSV（硅通孔）技术的晶圆级芯片封装工艺，是在晶圆基底的非功能面上做开孔，该开孔从晶圆的非功能面延伸到晶圆的功能面，并暴露出功能面的焊垫，在开孔内壁铺设金属线路，将焊垫的电性引到晶圆的非功能面，在非功能面上制备凸点后，切割形成单颗芯片封装结构。其中，晶圆上的通孔加工是TSV技术的核心，主要有两种，一种是深反应离子刻蚀，另一种是激光钻孔；深反应离子刻蚀技术须借助厚膜光刻技术，在晶圆表面预先形成通孔图形，成本较高；激光钻孔技术无法满足更小孔径（＜10μm）、高深宽比的通孔制作。由于有些材质的晶圆如VCSEL晶圆不宜采用激光钻孔，而晶圆中的焊垫尺寸较小、厚度较薄，电路引出的有效接触面积非常有限，影响了产品导电的可靠性。而且，位于切割道位置的材料种类过多，可能会出现边缘材料分层、产品裂片、切割崩边等问题。
技术实现思路
为了解决现有技术中存在的上述问题，本专利技术采用了如下技术方案：一种芯片模组，包括芯片单元、若干个金属凸起及光学元器件，芯片单元具有功能面及与功能面相对的非功能面，功能面包含功能区和位于功能区周边的若干焊垫；各金属凸起对应形成于芯片单元各焊垫的上方；光学元器件至少部分的与金属凸起及未被金属凸起覆盖的芯片单元功能面键合连接；在芯片单元两侧自非功能面向金属凸起方向延伸形成有第一开口，第一开口切穿并暴露出焊垫侧壁，第一开口底部贯通至金属凸起下表面或上表面或金属凸起内部；第一开口侧部表面及芯片单元非功能面上由内向外依次铺设有绝缘层、导电布线层，绝缘层覆盖芯片单元焊垫侧壁；第一开口底部暴露的金属凸起表面或金属凸起侧壁覆盖有导电布线层，芯片单元焊垫的电性经金属凸起通过导电布线层引导至芯片单元的非功能面。优选地，在光学元器件侧表面、金属凸起侧壁以及铺设有导电布线层的第一开口外侧和内部填充具有绝缘性质的黑胶，用于反射光线。优选地，还包括一基板，该基板键合到芯片单元非功能面一侧或临时键合到光学元器件远离芯片单元的一侧，该基板对芯片单元起到支撑作用，防止芯片单元翘曲变形。优选地，基板包含电极和通孔结构。优选地，基板为陶瓷基板。一种晶圆级芯片的封装结构，包括一晶圆、若干金属凸起和一压印元件的键合片，该晶圆具有功能面及与功能面相对的非功能面，功能面包含功能区和位于功能区周边的若干焊垫；晶圆包括若干个芯片单元，相邻两芯片单元之间具有切割道，相邻两芯片单元的若干焊垫位于切割道的两侧，金属凸起形成于相邻两芯片单元焊垫的上方，金属凸起与切割道同轴；压印元件至少部分的与金属凸起及未被金属凸起覆盖的晶圆功能面键合连接；在晶圆非功能面向金属凸起方向延伸形成有与切割道两侧焊垫位置相对的第一开口，第一开口切穿并暴露出切割道两侧的焊垫侧壁，第一开口底部贯通至金属凸起下表面或上表面或金属凸起内部；第一开口底部正对切割道位置处形成第二开口，第二开口底部连通压印元件；第一开口底部切割道位置两侧铺设有导电布线层，导电布线层覆盖第一开口底部暴露的金属凸起；第一开口侧部表面及晶圆非功能面上由内向外依次铺设有绝缘层、导电布线层，焊垫的电性经金属凸起通过导电布线层引导至晶圆的非功能面。优选地，晶圆为VCSEL（VerticalCavitySurfaceEmittingLaser）晶圆。优选地，压印元件为光学元器件。优选地，第一开口侧部与第一开口底部的夹角α为直角或钝角。优选地，导电布线层为Ti/Cu层。优选地，在压印元件远离晶圆的表面形成有一层可去除的保护膜，用于在封装过程中保护压印元件表面。优选地，还包括一基板，该基板键合到晶圆非功能面一侧或临时键合到压印元件远离晶圆的一侧，该基板对晶圆起到支撑作用，防止晶圆翘曲变形。优选地，基板包含电极和通孔结构。优选地，基板为陶瓷基板。一种晶圆级芯片的封装方法，包括以下步骤：（1）晶圆准备：提供一具有若干芯片单元的晶圆，晶圆具有功能面及与功能面相对的非功能面，功能面包含功能区和位于功能区周边的若干焊垫；（2）金属凸起形成：在相邻两芯片单元的焊垫上方形成金属凸起，形成该金属凸起的具体方法为：先在晶圆功能面涂布一层光刻胶，曝光，显影，覆盖相邻两芯片单元焊垫区域的光刻胶被显影掉，然后在相邻两芯片单元焊垫上方区域沉积形成金属凸起，最后移除剩余的光刻胶；（3）压印元件键合：压印元件至少部分的键合到步骤（2）的具有金属凸起的晶圆功能面上；（4）半切：在相邻两芯片单元之间预留的切割道位置附近，自晶圆非功能面向金属凸起方向延伸，切割形成若干第一开口；第一开口切穿并暴露出切割道两侧的焊垫侧壁，第一开口底部贯通至金属凸起的下表面或上表面或金属凸起内部，以便露出金属凸起横截面或金属凸起侧壁；优选地，第一开口侧部与第一开口底部的夹角α为直角或钝角；（5）绝缘层形成：在步骤（4）的晶圆非功能面及第一开口侧部表面、第一开口底部切割道位置形成一绝缘层，目的是对上述区域进行绝缘处理，该绝缘层材质为光刻胶，形成该绝缘层的具体方法为：先在晶圆非功能面及第一开口表面涂布一层光刻胶，曝光，显影，第一开口底部切割道位置两侧的光刻胶被显影掉；（6）导电布线层形成：在步骤（5）形成的绝缘层表面及第一开口底部切割道位置两侧沉积形成一导电布线层，第一开口底部切割道位置两侧导电布线层与金属凸起电性连接，将芯片内部的电性导出，形成导电布线层的具体方法为：在绝缘层及第一开口底部切割道位置两侧依次通过溅射、光刻、电镀、光刻胶剥离及金属刻蚀工艺，或者通过溅射、光刻、金属刻蚀工艺及化学镀工艺，形成选择性的导电布线层；优选地，导电布线层为Ti/Cu层；（7）预切：在第一开口底部正对切割道位置处形成第二开口，第二开口底部连通压印元件，具体操作方法为：通过切割的方式，切除第一开口底部正对切割道位置处的导电布线层、绝缘层、金属凸起，形成第二开口，该第二开口暴露出第一开口底部导电布线层及金属凸起的切面；（8）切割：对上述晶圆沿切割道切割后形成单颗芯片封装结构。优选地，步骤（3）中，直接在具有金属凸起的晶圆功能面上压印成型压印元件；另一优选方案为，步骤（3）中，先单独压印成型压印元件，再将已成型的压印元件至少部分键合到具有金属凸起的晶圆功能面上。优选地，在步骤（3）和（4）之间，还包括在压印元件远离晶圆的表面形成一层保护膜的步骤；相应的，在步骤（8）之后，还包括去除保护膜的步骤。本专利技术的有益效果为：1.在相邻两芯片单元的焊垫上方形成金属凸起，由于金属凸起尺寸相比焊垫尺寸更大、厚度更厚，增大了芯片单元中后续电路引出与导电布线层的有效接触面积，提高了芯片封装结构的导电可靠性。2.本专利技术中的其中一个技术方案是直接在晶圆表面压印成型光学元器件，将两道工序简化为一道工序，缩短了封装制程，降低了生产成本。3.通过切割的方式自晶圆非功能面向金属凸起方向延伸形成第一开口，适用于某些不宜激光打孔的材质，例如由砷化镓制成的VCSEL晶圆，而VCSEL是3D传感的关键技术，未来在3C产品、自动化感应、安保、物联网、光学触控面板、高速传输、虚拟实境VR等领域市场空间巨大。4.在切割步骤之前设置了预切步骤，这样在切割步骤时，只需切割压印元件，减少了切割制程中出现边本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种芯片模组，包括芯片单元、若干个金属凸起及光学元器件，芯片单元具有功能面及与功能面相对的非功能面，功能面包含功能区和位于功能区周边的若干焊垫；各金属凸起对应形成于芯片单元各焊垫的上方；光学元器件至少部分的与金属凸起及未被金属凸起覆盖的芯片单元功能面键合连接；在芯片单元两侧自非功能面向金属凸起方向延伸形成有第一开口，第一开口切穿并暴露出焊垫侧壁，第一开口底部贯通至金属凸起下表面或上表面或金属凸起内部；第一开口侧部表面及芯片单元非功能面上由内向外依次铺设有绝缘层、导电布线层，绝缘层覆盖芯片单元焊垫侧壁；第一开口底部暴露的金属凸起表面或金属凸起侧壁覆盖有导电布线层。

【技术特征摘要】
1.一种芯片模组，包括芯片单元、若干个金属凸起及光学元器件，芯片单元具有功能面及与功能面相对的非功能面，功能面包含功能区和位于功能区周边的若干焊垫；各金属凸起对应形成于芯片单元各焊垫的上方；光学元器件至少部分的与金属凸起及未被金属凸起覆盖的芯片单元功能面键合连接；在芯片单元两侧自非功能面向金属凸起方向延伸形成有第一开口，第一开口切穿并暴露出焊垫侧壁，第一开口底部贯通至金属凸起下表面或上表面或金属凸起内部；第一开口侧部表面及芯片单元非功能面上由内向外依次铺设有绝缘层、导电布线层，绝缘层覆盖芯片单元焊垫侧壁；第一开口底部暴露的金属凸起表面或金属凸起侧壁覆盖有导电布线层。2.根据权利要求1所述的一种芯片模组，其特征在于：在光学元器件侧表面、金属凸起侧壁以及铺设有导电布线层的第一开口外侧和内部填充具有绝缘性质的黑胶。3.一种晶圆级芯片的封装结构，包括一晶圆、若干金属凸起和一压印元件的键合片，该晶圆具有功能面及与功能面相对的非功能面，功能面包含功能区和位于功能区周边的若干焊垫；晶圆包括若干个芯片单元，相邻两芯片单元之间具有切割道，相邻两芯片单元的若干焊垫位于切割道的两侧，金属凸起形成于相邻两芯片单元焊垫的上方；压印元件至少部分的与金属凸起及未被金属凸起覆盖的晶圆功能面键合连接；在晶圆非功能面向金属凸起方向延伸形成有与切割道两侧焊垫位置相对的第一开口，第一开口切穿并暴露出切割道两侧的焊垫侧壁，第一开口底部贯通至金属凸起下表面或上表面或金属凸起内部；第一开口底部正对切割道位置处形成第二开口，第二开口底部连通压印元件；第一开口底部切割道位置两侧铺设有导电布线层，导电布线层覆盖第一开口底部暴露的金属凸起；第一开口侧部表面及晶圆非功能面上由内向外依次铺设有绝缘层、导电布线层。4.根据权利要求3所述的一种晶圆级芯片的封装结构，其特征在于：晶圆为VCSEL晶圆，压印元件为光学元器件。5.根据权利要求3所述的一种晶圆级芯片的封装结构，其特征在于：导电布线层为Ti/Cu层。6.根据权利要求3所述的一种晶圆级芯片的封装结构，其特征在于：还包括一基板，该基板键合到晶圆非功能面一侧或临时键合到压印元件远离晶圆的一侧。7.根据权利要求3所述的一种晶圆级芯片...

【专利技术属性】
技术研发人员：李凡月，
申请(专利权)人：华天慧创科技西安有限公司，
类型：发明
国别省市：陕西,61