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适用于芯片级封装的密闭结构及其制造方法

2021-10-26 12:08:21 来源:中国专利 TAG:
面接触的外引线将微机电系统的输入输出焊垫引出到微机电系统晶圆外侧。在第二实施例中,在保护外盖上由玻璃胶通过丝网印刷工艺形成空腔壁,其余与第一实施例相同。该文献以高分子材料的空腔壁与两片晶圆一起构成晶圆级封装的密闭结构,并且引线结构较为复杂,工艺步骤较多且成本较高。
[0021]公开号为CN101533832A、公开日为2009年9月16日的中国发明专利申请公开了一种微机电系统器件与集成电路的集成芯片与集成方法。所述集成芯片包括:在第一衬底上生成的微机电系统器件、环绕微机电系统器件生成的第一封装环、在第二衬底上生成的与微机电系统器件相对应的集成电路、环绕集成电路生成且与第一封装环融合对接的第二封装环。最终,微机电系统器件和集成电路一起位于由两块衬底作为两个底面、由第一封装环和第二封装环作为侧壁的密闭结构中。微机电系统器件和集成电路之间形成有必要的电学连接,而对外的电学连接则由第一衬底或第二衬底的通孔引出。该文献也是以金属材料的封装环与两片晶圆一起构成晶圆级封装的密闭结构,工艺较为复杂且成本较高,也需要用到硅通孔技术进行引线。

【发明内容】

[0022]由以上记载可知,现有方案均采用晶圆级封装技术,且采用晶圆键合方式,以金属材料或高分子材料作为键合材料来形成保护半导体器件的密闭结构。所述密闭结构均以两片晶圆作为两个底面、以金属材料或高分子材料作为侧壁,其制造成本较高、工艺较复杂。本申请所要解决的技术问题提供一种可用于半导体器件的密闭结构,不再采用晶圆级封装技术,而改用芯片级封装技术,并通过特殊的结构设计来降低工艺成本、减少工艺步骤,同时提供易于实现的弓I线方案。
[0023]为解决上述技术问题,本申请适用于芯片级封装的密闭结构是在基底芯片单元上具有环形的密封凸起包围着半导体器件,在封装基板上也具有环形的密封焊垫或密封凸起对应于基底芯片单元上的密封凸起;将基底芯片单元倒装在封装基板上,基底芯片单元上的密封凸起与封装基板上的密封焊垫或密封凸起通过焊接连为一体,并在每个半导体器件的外围形成一个密闭结构。
[0024]本申请适用于芯片级封装的密闭结构的制造方法包括如下步骤:
[0025]第1步,在基底晶圆上制造半导体器件,还在基底晶圆上生长焊垫凸起和密封凸起;焊垫凸起与半导体器件的焊垫之间形成电性连接;密封凸起呈环状,包围在半导体器件以及焊垫凸起的外围;
[0026]第2步,切割基底晶圆得到各个基底芯片单元;
[0027]第3步,在封装基板上设置或生长焊垫或焊垫凸起和多个密封焊垫或密封凸起;封装基板上的焊垫或焊垫凸起的位置对应于各个基底芯片单元上的焊垫凸起的位置;封装基板上的密封焊垫或密封凸起也为环状,其位置对应于各个基底芯片单元上的密封凸起的位置;
[0028]第4步,将基底芯片单元倒装至封装基板上,基底芯片单元上的密封凸起与封装基板上的密封焊垫或焊垫凸起通过焊接连为一体,从而构成了保护每个半导体器件的密闭结构;基底芯片单元上的焊垫凸起还与封装基板上的焊垫或焊垫凸起通过焊接连为一体,并且在该密闭结构内;
[0029]第5步,进行封装,再切割封装基板得到封装好的半导体器件。
[0030]与现有的采用晶圆级封装技术的密闭结构相比,本申请的密闭结构采用芯片级封装技术实现,省略了晶圆刻蚀、晶圆键合、硅通孔技术,从而显著地降低了工艺成本,缩短了工艺周期。
【附图说明】
[0031]图1是现有的用于晶圆级封装的密闭结构的示意图。
[0032]图la至图lh是现有的用于晶圆级封装的密闭结构的制造方法的各步骤示意图。
[0033]图2是本申请适用于芯片级封装的密闭结构的实施例一的示意图。
[0034]图2a至图2d是本申请的密闭结构制造方法的实施例一的各步骤示意图。
[0035]图3是本申请适用于芯片级封装的密闭结构的实施例二的示意图。
[0036]图3a至图3d是本申请的密闭结构制造方法的实施例二的各步骤示意图。
[0037]图中附图标记说明:1为基底晶圆;la为基底芯片单元;2为半导体器件;3为盖帽晶圆;3a为盖帽芯片单元;4a为保护凸起;4b为连接凸起;5为键合材料;6为接触孔电极;6a为通孔;7为盖帽晶圆上的焊垫凸起;8为封装基板;8a为基板封装单元;9为封装基板上的焊垫或焊垫凸起;10为粘合剂;11为金属线;12为封装材料;13为基底晶圆上的焊垫凸起;14为基底晶圆上的密封凸起;15为封装基板上的密封焊垫或焊垫凸起;16为焊料。
【具体实施方式】
[0038]请参阅图2,这是本申请适用于对半导体器件进行芯片级封装的密闭结构的实施例一。基底芯片单元la由基底晶圆1切割而来,在基底芯片单元la上具有一个半导体器件2,所述半导体器件2包括MEMS器件以及除MEMS器件以外的1C器件。在基底芯片单元la上具有金属材质的焊垫凸起13,还具有环形的密封凸起14,焊垫凸起13被环形的密封凸起14所包围。在封装基板8上具有金属材质的焊垫或焊垫凸起9,还具有环形的密封焊垫或焊垫凸起15,焊垫或焊垫凸起9被环形的密封焊垫或焊垫凸起15所包围。基底芯片单元la倒装在封装基板8上,基底芯片单元la上的密封凸起14与封装基板8上的密封焊垫或焊垫凸起15通过焊料16进行焊接连为一体,并在每个半导体器件2的外围形成一个密闭结构。该密闭结构由基底芯片单元la、基板封装单元8a、基底芯片单元la上的密封凸起14、基板封装单元8a上的密封凸起15和焊料15构成。基板封装单元8a由封装基板8切割而来。基底芯片单元la上的焊垫凸起13与封装基板8上的焊垫凸起9通过焊料16进行焊接连为一体,从而将每个半导体器件2的焊垫通过焊垫凸起13、焊料16电性连接封装基板8上的焊垫或焊垫凸起9。可选地,焊料16可以省略。优选地,所述密闭结构具有气密性,内部可以为真空或者填充气体。
[0039]本申请适用于芯片级封装的密闭结构的制造方法的实施例一包括如下各个步骤:
[0040]第1步,请参阅图2a,在基底晶圆1上制造完成多个半导体器件2,半导体器件2在基底晶圆1上具有输入输出焊垫。在基底晶圆1上生长焊垫凸起13和密封凸起14,例如为金、铜、焊锡等材料,可采用溅射和/或电镀工艺制造。焊垫凸起13与半导体器件2的焊垫之间形成电性连接,优选地焊垫凸起13在半导体器件2的焊垫之上。密封凸起14呈环状,包围在半导体器件2以及焊垫凸起13的外围。优选地,密封凸起14位于基底芯片单元la的外缘一周。
[0041]第2步,请参阅图2b,对基底晶圆1进行切割以得到各个基底芯片单元la。每个基底芯片单元la上具有一个半导体器件2及其焊垫、焊垫凸起13、环状的密封凸起14。
[0042]第3步,请参阅图2c,在封装基板8上设置或生长焊垫或焊垫凸起9和多个密封焊垫或密封凸起15,例如为金、铜、焊锡等材料,可采用溅射和/或电镀工艺制造。封装基板8上的焊垫或焊垫凸起9的位置对应于各个基底芯片单元la上的焊垫凸起13的位置。封装基板8上的密封焊垫或密封凸起15也为环状,其位置对应于各个基底芯片单元la上的密封凸起14的位置。
[0043]第4步,请参阅图2d,将基底芯片单元la倒装至封装基板8上,基底芯片单元la上的密封凸起14与封装基板8上的密封焊垫或焊垫凸起15通过焊料16进行焊接连为一体,从而构成了保护每个半导体器件2的密闭结构。基底芯片单元la上的焊垫凸起13与封装基板8上的焊垫凸起9也通过焊料16进行焊接连为一体,从而将半导体器件2的焊垫电性引出到封装基板8的焊垫或焊垫凸起9。基底芯片单元la上的焊垫凸起13与封装基板8上的焊垫凸起9在该密闭结构内。可选地,焊料时可以省略焊料16。
[0044]第5步,请参阅图2,采用封装材料12将封装基板8上的各部分予以封装,然后再对封装基板8进行切割以得到封装好的半导体器件。封装基板8切割后得到各个基板封装单元8a。常用的封装材料12包括塑料、陶瓷等。
[0045]本申请的实施例一提供了一种新型的用于芯片级封装的密闭结构,以基底芯片单元作为一个底面,以基板封装单元作为另一个底面,以基底芯片单元上的密封凸起与基板封装单元上的密封凸起焊接后(可选地包含焊料)作为侧壁来构成密闭结构。首先,该密闭结构采用芯片级封装技术取代了晶圆级封装技术,因而省略了晶圆键合,这可以显著降低工艺成本和周期。其次,该密闭结构省略了另一片晶圆(盖帽晶圆)的厚度,因此可以减小芯片体积。再次,该密闭结构主要以焊接工艺来制造,工艺简单且成本低廉。然后,该密闭结构
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