真空键合构件及芯片封装体的制备方法与流程

1.本发明涉及芯片封装技术领域，具体涉及适用于真空键合构件及芯片封装体的制备方法。


背景技术：

2.现有的工业化生产中，在芯片扇出封装结构的制备工艺中，加装杨氏模量较高的载板作为芯片封装工艺的制程载体，为多层高密度rdl层的制备提供对抗重力的机械支撑力，而载板的加装通常是在载板上贴装一层紫外光键合胶膜，在芯片封装工艺结束后，紫外光与键合胶膜中的感光剂作用，使键合胶膜与载体和芯片封装基体解键合，达到将载板从芯片封装体中分离出来的目的。
3.但在解键合制程中，通常由于键合胶层的成分不能与紫外光充分发生化学反应，因此在解键合后，芯片封装体上通常残留键合胶，对芯片的信号传输和电源供应及芯片封装体的可靠性具有极为不利的影响。
4.可见，现有技术中的芯片封装方法存在残留键合胶的问题，对芯片的信号传输和电源供应造成不利影响，降低了芯片封装体的可靠性。


技术实现要素：

5.针对现有技术中所存在的不足，本发明提供的真空键合构件及芯片封装体的制备方法，其解决了现有技术中芯片封装体中存在残留键合胶的问题，提高了芯片封装体的可靠性，还降低了原料的成本和解键合的工艺管控成本。
6.第一方面，本发明提供一种真空键合构件，所述键合构件包括：吸盘载体和密封垫片；所述吸盘载体具有承载面和非承载面，所述承载面上设有负压吸附通道，所述吸盘载体内设有与所述负压吸附通道相连通的导流通道，所述非承载面上设有抽气通道，且所述抽气通道与所述导流通道相互连通；所述密封垫片具有气密通孔且可拆卸式设置在所述承载面上，其中所述气密通孔与所述负压吸附通道互相连通，形成用于承载芯片封装体的承载区。
7.可选地，所述密封垫片包括弹性材料。
8.第二方面，本发明提供一种芯片封装体的制备方法，所述方法包括：提供真空键合构件；提供一芯片，将所述芯片的无源面放置在所述真空键合构件的承载区，其中，所述芯片的有源面上设置有导电互联柱，所述芯片的无源面是进行精密研磨处理得到的具有镜面效果的晶体硅基面；通过抽气通道对所述真空键合构件进行抽真空处理；在所述导电互联柱上依次制备金属布线层、焊盘、导电柱和锡基合金焊球；通过所述抽气通道解除真空吸附力，去除所述真空键合构件，得到芯片封装体。
9.可选地，在所述导电互联柱上依次制备金属布线层、焊盘、导电柱和锡基合金焊球，包括：对所述芯片进行塑封料填充形成包封层，使包封层的上表面与所述导电互联柱的顶端在同一水平面；在所述包封层的上表面依次制备金属布线层、焊盘、导电柱和锡基合金
焊球。
10.可选地，在所述导电互联柱上依次制备金属布线层、焊盘、导电柱和锡基合金焊球之后，所述方法还包括：在所述锡基合金焊球上贴覆保护膜。
11.第三方面，本发明提供一种芯片封装体的制备方法，所述方法包括：提供真空键合构件；提供一金属箔，将所述金属箔覆盖在所述真空键合构件的承载区；通过抽气通道对所述真空键合构件进行抽真空处理；在所述金属箔上制备金属布线层，使芯片有源面上的导电互联柱与所述金属布线层导通互联；通过所述抽气通道解除真空吸附力，去除所述真空键合构件，得到预封装体；在所述预封装体上的金属箔表面制备导电柱和锡基合金焊球，得到芯片封装体。
12.可选地，在通过所述抽气通道解除真空吸附力之前，所述方法还包括：对所述芯片进行塑封料填充形成包封层，使所述包封层的上表面与所述芯片的无源面在同一水平面。
13.可选地，在对所述芯片进行塑封料填充形成包封层之前，所述方法还包括：对所述导电互联柱进行底部填充，得到底填胶层。
14.可选地，在所述预封装体上的金属箔表面制备导电柱和锡基合金焊球，得到芯片封装体，包括：在所述预封装体上的金属箔表面制备一层有机保焊膜；对所述有机保焊膜分别进行光刻开口、清洗和电镀铜工艺制备导电柱和锡基合金焊球，得到所述芯片封装体。
15.可选地，密封垫片的材料包括有机硅胶；或/和，金属箔包括铜箔；或/和，包封层的材料包括环氧树脂。
16.相比于现有技术，本发明具有如下有益效果：
17.本发明通过密封垫片为吸盘载体与待封装芯片提供应力缓冲作用，通过吸盘载体内置的负压吸附通道、导流通道、抽气通道和密封垫片的气密通孔之间构建真空负压，实现待封装芯片、密封垫片和吸盘载体三者之间的紧密贴合；此外，在芯片封装完成时，通过所述抽气通道注入气体以降低吸盘载体内与外界大气压差，解除真空吸附力，从而去除所述真空键合构件得到芯片封装体；因此，本发明不存在现有工业化生产中存在的键合胶残留问题，提高了芯片封装体的可靠性；并且本实施例不采用现有技术中的键合胶膜和解键合工艺，也降低了原料的成本和解键合的工艺管控成本。
附图说明
18.图1所示为本发明实施例提供的一种真空键合构件的结构示意图；
19.图2所示为本发明实施例提供的一种芯片封装体的制备方法的流程示意图；
20.图3所示为本发明实施例提供的一种在真空键合构件上放置待封装芯片的示意图；
21.图4所示为本发明实施例提供的一种制备包封层的示意图；
22.图5所示为本发明实施例提供的一种制备金属布线层、焊盘、导电柱、和锡基合金焊球的示意图；
23.图6所示为本发明实施例提供的一种贴覆保护膜的示意图；
24.图7所示为本发明实施例提供的一种芯片封装体的结构示意图；
25.图8所示为本发明实施例提供的另一种芯片封装体的制备方法的流程示意图；
26.图9所示为本发明实施例提供的一种在真空键合构件上放置金属箔的示意图；
27.图10所示为本发明实施例提供的一种制备金属布线层和焊盘示意图；
28.图11所示为本发明实施例提供的一种金属布线层和待封装芯片的连接示意图；
29.图12所示为本发明实施例提供的一种制备底填胶层和包封层的示意图；
30.图13所示为本发明实施例提供的另一种芯片封装体的结构示意图。
具体实施方式
31.为使本技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本技术的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。
32.第一方面，本发明提供一种真空键合构件，具体包括以下实施例：
33.实施例一
34.图1所示为本发明实施例提供的一种真空键合构件的结构示意图；如图1所示，所述真空键合构件包括：
35.吸盘载体10和密封垫片11；
36.所述吸盘载体10具有承载面和非承载面，所述承载面上设有负压吸附通道10a，所述吸盘载体10内设有与所述负压吸附通道10a相连通的导流通道10b，所述非承载面上设有抽气通道10c，使所述抽气通道10c与所述导流通道10b相互连通；
37.所述密封垫片11具有气密通孔12且可拆卸式设置在所述承载面上，其中所述气密通孔12与所述负压吸附通道10a互相连通，形成用于承载芯片封装体的承载区。
38.在本实施例中，所述密封垫片包括弹性材料。
39.需要说明的是，本实施例中的吸盘载体10中设有相互连通的负压吸附通道10a、导流通道10b和抽气通道10c，通过密封垫片11中的气密通孔12与所述负压吸附通道10a相连通，从而形成用于承载芯片封装体的承载区。
40.在制备芯片封装体时，将待封装芯片放入所述承载区，对所述真空键合构件进行抽真空，空气则依次经气密通孔12、负压吸附通道10a、导流通道10b和抽气通道10c被抽离真空键合构件，从而在外界大气压的作用下将待封装芯片、密封垫片11和吸盘载体10三者紧密贴合，其中三者之间紧密贴合力取决于抽真空建立起来的负压，密封垫片的弹性特征可为真空负压腔的建立提供一个起到密封作用的缓冲层。
41.在芯片封装完成时，通过所述抽气通道10c注入气体以降低吸盘载体10内与外界大气压差，解除真空吸附力，从而去除所述真空键合构件得到芯片封装体。
42.相比于现有技术，本实施例具有如下有益效果：
43.本实施例通过密封垫片11为吸盘载体10与待封装芯片提供应力缓冲作用，通过吸盘载体10内置的负压吸附通道10a、导流通道10b、抽气通道10c和密封垫片11的气密通孔之间构建真空负压，实现待封装芯片、密封垫片11和吸盘载体10三者之间的紧密贴合；此外，在芯片封装完成时，通过所述抽气通道10c注入气体以降低吸盘载体10内与外界大气压之间的压差，解除真空吸附力，从而去除所述真空键合构件得到芯片封装体；因此，本实施例无需使用键合胶膜，不存在现有工业化生产中存在的键合胶残留问题，提高了芯片封装体的可靠性；并且本实施例不采用现有技术中的键合胶膜和解键合工艺，也降低了原料的成
本和解键合的工艺管控成本。
44.在本实施例中，所述非承载面包括但不限于吸盘载体10的底面或侧壁。
45.在本实施例中，密封垫片11是具有弹性的有机硅胶材料，芯片的无源面是进行精密研磨处理得到的具有镜面效果的晶体硅基面，利用有机硅胶材料具有一定的弹性将吸盘载体10和芯片贴合起来，弹性的有机硅材料可吸收高杨氏模量的芯片硅基材无源面与吸盘载体10之间因紧密贴合造成的应力。
46.第二方面，本发明提供一种芯片封装体的制备方法，具体包括以下实施例：
47.实施例二
48.图2所示为本发明实施例提供的一种芯片封装体的制备方法的流程示意图；如图2所示，所述制备方法具体包括：
49.步骤s101，提供一真空键合构件；
50.步骤s102，提供一芯片，将所述芯片的无源面放置在所述真空键合构件的承载区，其中，所述芯片的有源面上设置有导电互联柱，所述芯片的无源面是进行精密研磨处理得到的具有镜面效果的晶体硅基面；
51.步骤s103，通过抽气通道对所述真空键合构件进行抽真空处理；
52.步骤s104，在所述导电互联柱上依次制备金属布线层、焊盘、导电柱和锡基合金焊球；
53.步骤s105，通过所述抽气通道解除真空吸附力，去除所述真空键合构件，得到芯片封装体。
54.在本实施例中，在所述导电互联柱上依次制备金属布线层、焊盘、导电柱和锡基合金焊球，包括：对所述芯片进行塑封料填充形成包封层，使包封层的上表面与所述导电互联柱的顶端在同一水平面；在所述包封层的上表面依次制备金属布线层、焊盘、导电柱和锡基合金焊球。
55.在本实施例中，在所述导电互联柱上依次制备金属布线层、焊盘、导电柱和锡基合金焊球之后，所述方法还包括：在所述锡基合金焊球上贴覆保护膜。
56.需要说明的是，如图3所示，待封装芯片100的无源面通过密封垫片11贴合在吸盘载体10上，对该真空键合构件进行抽真空处理，直至芯片的无源面、密封垫片11和吸盘载体10三者能紧密贴合在一起；其中，芯片的有源面上对应导电互联柱20，芯片的无源面是经过精密研磨处理得到的具有镜面效果的晶体硅基面。
57.在本实施例中，密封垫片11上的气密通孔12位于芯片无源面的晶体硅基面范围内，且气密通孔12与负压吸附通道10a一一对应，可让空气在二者之间流通。
58.如图4所示，对芯片进行塑封料填充形成包封层13，使包封层13完全覆盖导电互联柱20，并对该包封层13进行减薄处理，直至露出导电互联柱20，使包封层13的上表面与所述导电互联柱20的顶端在同一水平面。
59.如图5所示，在包封层13上制备金属布线层21、焊盘22a、导电柱23和锡基合金焊块，在高温回流工艺中使锡基合金焊块形成锡基合金焊球24。
60.如图6所示，在锡基合金焊球24上贴上保护膜14，沿保护膜14将芯片封装体吸附，并在抽气通道10c中缓缓通入气体以降低吸盘载体10内置孔道与外界大气压之间的压差，解除真空吸附力，去除吸盘载体10；其中，密封垫片11的表面分别与芯片无源面、气密通孔
12、部分包封层13接触，且密封垫片11与包封层13接触的贴合面积较小，可加大撕裂密封垫片11的机械力直至去除密封垫片11，再去除保护膜1414，得到如图7所示的芯片封装体。
61.相比于现有技术，本实施例具有如下有益效果：
62.现有产业化生产中，通过键合胶膜将芯片封装体和载板键合起来，在芯片封装制备工艺结构后，再通过解键合将键合胶膜和载板从芯片封装体中剥离出来，但在解键合制程中，通常由于键合胶层的成分不能与紫外光充分发生化学反应，造成与键合胶膜接触的芯片封装体上通常残留键合胶；本实施例通过弹性硅胶密封垫片11为吸盘载体10和芯片的无源面提供应力缓冲作用，在吸盘载体10内置的负压吸附通道10a、导流通道、抽气通道10c，以及弹性硅胶密封垫片11上布设的气密通孔12之间构建真空负压，弹性硅胶密封垫片的弹性特征可为真空负压腔的建立提供一个起到密封作用的缓冲层，实现吸盘载体10-弹性硅胶密封垫片11-芯片无源面三者之间的紧密贴合，因此不存在现有工业化生产中存在的键合胶残留问题，由于不采用键合胶膜和解键合工艺，因此也降低了原料的成本和解键合的工艺管控成本。
63.第三方面，本发明提供另一种芯片封装体的制备方法，具体包括以下实施例：
64.实施例三
65.图8所示为本发明实施例提供的另一种芯片封装体的制备方法的流程示意图；如图8所示，所述制备方法具体包括：
66.步骤s201，提供一真空键合构件；
67.步骤s202，提供一金属箔，将所述金属箔覆盖在所述真空键合构件的承载区；
68.步骤s203，通过抽气通道对所述真空键合构件进行抽真空处理；
69.步骤s204，在所述金属箔上制备金属布线层，使芯片有源面上的导电互联柱与所述金属布线层导通互联；
70.步骤s205，通过所述抽气通道解除真空吸附力，去除所述真空键合构件，得到预封装体；
71.步骤s206，在所述预封装体上的金属箔表面制备导电柱和锡基合金焊球，得到芯片封装体。
72.在本实施例中，在通过所述抽气通道解除真空吸附力之前，所述方法还包括：对所述芯片进行塑封料填充形成包封层，使所述包封层的上表面与所述芯片的无源面在同一水平面。
73.在本实施例中，在对所述芯片进行塑封料填充形成包封层之前，所述方法还包括：对所述导电互联柱进行底部填充，得到底填胶层。
74.在本实施例中，在所述预封装体上的金属箔表面制备导电柱和锡基合金焊球，得到芯片封装体，包括：在所述预封装体上的金属箔表面制备一层有机保焊膜(organic solderability preservatives)；对所述有机保焊膜分别进行光刻开口、清洗和电镀铜工艺制备导电柱和锡基合金焊球，得到所述芯片封装体；其中，使所述有机保焊膜开口处的金属箔对应所述的导电柱且与所述的导电柱互联。
75.在本实施例中，密封垫片的材料包括有机硅胶；或/和，金属箔包括铜箔；或/和，包封层的材料包括环氧树脂。
76.需要说明的是，如图9所示，金属箔30通过密封垫片11贴合在吸盘载体10上，对该
真空键合构件进行抽真空处理，直至金属箔30、密封垫片11、吸盘载体10三者能紧密贴合在一起；其中，密封垫片11上的气密通孔12与负压吸附通道10a对应，可让空气在二者之间流通；金属箔30优选导电优良的铜箔。
77.如图10所示，对金属箔30表面进行去氧化处理，并在该表面上制备金属布线层21和连接焊盘22b；如图11所示，将芯片的导电互联柱20与连接焊盘22b对应；其中，导电互联柱20与连接焊盘22b接触的部位是锡基合金焊块，在高温回流工艺中形成导电互联柱20与连接焊盘22b之间的导通互联。
78.如图12所示，对芯片的导电互联柱20的底部进行保护胶液填充得到底填胶层15，对芯片进行环氧树脂塑封，得到包封层13；并对包封层13进行减薄处理直至露出芯片无源面上的晶体硅基材，使所述包封层13的上表面与所述芯片的无源面在同一水平面。
79.进一步地，吸附芯片无源面所在的基面，并向抽气通道中缓缓通入气体以降低吸盘载体10内置孔道与外界大气压之间的压差，解除真空吸附力，随后滑移去除密封垫片11和吸盘载体10；在金属箔30表面制备一层有机保焊膜(organic solderability preservatives)，并通过光刻和清洗工艺去除导电柱对应部位的有机保焊膜，再通过电镀铜工艺制备导电柱和锡基合金焊块，随后的高温回流工艺使锡基合金焊块熔融在表面张力作用下形成锡基合金焊球24，制备得到如图13所示的芯片封装结构；其中，金属箔30优选铜箔；金属布线层21中的接地层与金属箔30导通互联，对芯片的信号传输具有电磁屏蔽作用。
80.相比于现有技术，本实施例具有如下有益效果：
81.在本实施例中，密封垫片11为金属箔30在吸盘载体10上提供应力缓冲垫，实现金属箔30、密封垫片11和吸盘载体10的紧密贴合，相对于现有的芯片封装体的产业化生产工艺，本实施例无需解键合胶膜，因此不存在键合胶残留问题；此外，金属箔30与金属布线层21中的接地层导通互联，对芯片的信号传输具有电磁屏蔽作用。
82.需要说明的是，在本文中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。