半導體器件的封裝結(jié)構(gòu)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種半導體器件的封裝結(jié)構(gòu)，包括含有功能面和與其相對的非功能面的芯片和正面含有圍堰的基板，芯片的功能面與基板正面通過粘合劑鍵合，使圍堰覆蓋焊墊且圍繞功能區(qū)，芯片周側(cè)或芯片周側(cè)及非功能面由塑封層包裹，基板背面形成有貫穿基板、圍堰及粘合劑，并與所述芯片的焊墊電連接的導電結(jié)構(gòu)。本發(fā)明封裝結(jié)構(gòu)為芯片功能區(qū)提供一空腔工作環(huán)境，可采用晶圓級封裝，大大降低封裝成本，且可避免在芯片上進行操作造成芯片上應力過大影像芯片的特性，提高可靠性；芯片周側(cè)及非功能面包覆的塑封層，增加了芯片的機械強度及可靠性。
【專利說明】
半導體器件的封裝結(jié)構(gòu)
技術領域
[0001]本發(fā)明涉及一種半導體封裝結(jié)構(gòu)，尤其是一種功能區(qū)需要空腔工作環(huán)境的半導體器件的封裝結(jié)構(gòu)。
【背景技術】
[0002]—些半導體器件，功能元件需要空腔作為工作環(huán)境，以聲表面濾波設備為例，被廣泛用于射頻RF和中頻IF技術，其應用包括便攜式電話機、無線電話機以及各種無線電設置。通過使用聲表面濾波，對這些電子設備進行電信號的濾波、延時等處理。因聲表面濾波產(chǎn)品性能和設計功能需求，需要保證濾波芯片功能區(qū)域不能接觸任何物質(zhì)，即芯片功能區(qū)需要提供空腔的工作環(huán)境。
[0003]聲表面波濾波器以鉭酸鋰作為襯底，對于目前芯片晶圓用特殊材料做襯底，其尺寸較小，僅有4寸或6寸晶圓產(chǎn)出，無法匹配目前成熟的8寸或12寸晶圓級的封裝。故一般使用傳統(tǒng)的單顆芯片封裝方式，使用金屬蓋或陶瓷蓋密封，封裝成本高，封裝體積大，封裝重量沉，而且陶瓷基板與金屬蓋的平整度要求比較高，容易有封閉不良的情況。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]為了解決上述技術問題，本發(fā)明提出一種半導體器件的封裝結(jié)構(gòu)，具有封裝成本低、封裝體積小、封裝重量輕、可靠性高、機械強度好等優(yōu)點。
[0005]本發(fā)明的技術方案是這樣實現(xiàn)的:
[0006]—種半導體器件的封裝結(jié)構(gòu)，包括含有功能面和與其相對的非功能面的芯片，所述芯片的功能面含有位于中部的功能區(qū)和位于四周的若干焊墊，還包括基板，所述基板正面含有圍堰，所述芯片的功能面與所述基板正面通過粘合劑鍵合，使所述圍堰覆蓋所述焊墊且圍繞所述功能區(qū)，所述芯片周側(cè)或所述芯片周側(cè)及非功能面由塑封層包裹，所述基板背面形成有貫穿基板、圍堰及粘合劑，并與所述芯片的焊墊電連接的導電結(jié)構(gòu)。
[0007]進一步的，所述芯片為聲表面波濾波芯片。
[0008]進一步的，所述圍堰的高度為5μπι-15μπι。
[0009]進一步的，所述基板正面含有正對所述芯片功能區(qū)的凹槽。
[0010]進一步的，所述圍堰的高度Ιμπι至ΙΟμπι。
[0011]進一步的，所述基板為硅基板、玻璃基板、陶瓷基板、塑料基板中的一種或其它硬質(zhì)基板。
[0012]進一步的，所述導電結(jié)構(gòu)為將所述芯片焊墊的電性引出至所述基板背面上的實心金屬柱、空心金屬柱、金屬線路、金屬層的一種或組合。
[0013]進一步的，所述基板背面制作有金屬重布線，所述金屬重布線與所述導電結(jié)構(gòu)電連接，且所述金屬重布線上形成有用于電性導出的焊點。
[0014]進一步的，去除所述基板背面四周靠近所述芯片四周焊墊的部分，形成了暴露所述芯片焊墊的槽形開口，所述導電結(jié)構(gòu)為金屬線路，該金屬線路鋪設于所述槽形開口的內(nèi)壁上，并電連接所述芯片的焊墊。
[0015]本發(fā)明的有益效果是:本發(fā)明提供一種半導體器件的封裝結(jié)構(gòu)，該封裝結(jié)構(gòu)將芯片含有焊墊及功能區(qū)的功能面與帶圍堰的基板進行鍵合，使芯片功能區(qū)落入圍堰構(gòu)成的空腔工作環(huán)境內(nèi)，并在基板背面做開口暴露出焊墊，在開口內(nèi)做導電結(jié)構(gòu)將芯片焊墊的電性引到基板的背面，這樣，可通過將分立芯片鍵合到大尺寸基板上，進行晶圓級封裝，從而能確保每顆芯片為良品，提高產(chǎn)品良率，同時降低封裝成本;焊墊電性通過導電結(jié)構(gòu)引出至基板背面，避免了在芯片上進行操作造成芯片上應力過大影響芯片的特性，提高了可靠性;為了解決基板上的TSV制程中封裝體的支撐力問題，在芯片四周形成了塑封層，可以增加芯片側(cè)的機械強度，同時塑封層包覆芯片外側(cè)提高了封裝可靠性;為了降低芯片封裝后面積尺寸，應盡量減小基板尺寸，并避免基板邊緣突出于芯片，容易斷裂或者增加封裝應力，為此，對導電結(jié)構(gòu)進行了優(yōu)化設計，以克服容易斷裂或者增加封裝應力的問題。此外，基板較佳的采用硅基板，硅是熱的良導體，可以明顯改善導熱性能，從而延長了器件的壽命;芯片非功能面與硅基板均可進行減薄，可以使封裝后產(chǎn)品封裝體積大大減小。
【附圖說明】
[0016]圖1為本發(fā)明封裝結(jié)構(gòu)(塑封層未示出)的俯視圖；
[0017]圖2為本發(fā)明導電結(jié)構(gòu)為金屬層時圖1中A-A’向剖面圖；
[0018]圖3為本發(fā)明導電結(jié)構(gòu)為金屬層且在基板上設有凹槽時圖1中A-A’向剖面圖；
[0019]圖4為本發(fā)明導電結(jié)構(gòu)為金屬層且塑封層厚度超出基板邊緣時圖1中A-A’向剖面圖；
[0020]圖5a為本發(fā)明導電結(jié)構(gòu)為金屬層時與焊墊連接的一實施例結(jié)構(gòu)示意圖(焊墊連接處放大)；
[0021]圖5b為本發(fā)明導電結(jié)構(gòu)為金屬層時與焊墊連接的另一實施例結(jié)構(gòu)示意圖(焊墊連接處放大)；
[0022]圖5c為本發(fā)明導電結(jié)構(gòu)為金屬層時與焊墊連接的又一實施例結(jié)構(gòu)示意圖(焊墊連接處放大)；
[0023]圖6為本發(fā)明導電結(jié)構(gòu)為金屬柱時圖1中B-B’向剖面不意圖；
[0024]圖7為本發(fā)明導電結(jié)構(gòu)為金屬柱且在基板背面設有金屬重布線時圖1中B-B’向剖面示意圖；
[0025]圖8a為本發(fā)明導電結(jié)構(gòu)為實心金屬柱時與焊墊連接的放大結(jié)構(gòu)示意圖；
[0026]圖Sb為本發(fā)明導電結(jié)構(gòu)為空心金屬柱時與焊墊連接的放大結(jié)構(gòu)示意圖；
[0027]圖Sc為本發(fā)明導電結(jié)構(gòu)為直孔金屬層時與焊墊連接的放大結(jié)構(gòu)示意圖；
[0028]圖9為本發(fā)明導電結(jié)構(gòu)為金屬線路時圖1中A-A’向剖面圖；
[0029]圖1Oa為導電結(jié)構(gòu)為金屬線路時與焊墊連接的一實施例結(jié)構(gòu)示意圖(焊墊連接處放大)；
[0030]圖1Ob為導電結(jié)構(gòu)為金屬線路時與焊墊連接的另一實施例結(jié)構(gòu)示意圖(焊墊連接處放大)。
[0031]結(jié)合附圖，作以下說明:
[0032]100-芯片，101-焊墊，102-功能區(qū)，200-基板，201-圍堰，201a-圍堰外沿，201b-圍堰內(nèi)沿，202-絕緣層，203-導電結(jié)構(gòu)，204-保護層，205-焊點，206-粘結(jié)劑，207-空腔，208-凹槽，209-金屬重布線，3-塑封層，4-槽形開口。
【具體實施方式】
[0033]為了能夠更清楚地理解本發(fā)明的技術內(nèi)容，特舉以下實施例詳細說明，其目的僅在于更好理解本發(fā)明的內(nèi)容而非限制本發(fā)明的保護范圍。
[0034]如圖1和圖2所示，一種半導體器件的封裝結(jié)構(gòu)，包括含有功能面和與其相對的非功能面的芯片100，所述芯片的功能面含有位于中部的功能區(qū)102和位于四周的若干焊墊101，還包括基板200，所述基板正面含有圍堰201，所述芯片的功能面與所述基板正面通過粘合劑206鍵合，使所述圍堰覆蓋所述焊墊且圍繞所述功能區(qū)，參見圖1中圍堰外沿201a及圍堰內(nèi)沿201b，所述芯片周側(cè)或所述芯片周側(cè)及非功能面由塑封層3包裹，所述基板背面形成有貫穿基板、圍堰及粘合劑，并與所述芯片的焊墊電連接的導電結(jié)構(gòu)203;基板背面制作有金屬重布線209，金屬重布線分別連接各導電結(jié)構(gòu)，金屬重布線上設置焊點205。金屬重布線包括為銅、鎳、金、鋁、鎳磷、鈀和鈦中的一種的單層金屬結(jié)構(gòu)或幾種的多層金屬結(jié)構(gòu)。導電結(jié)構(gòu)或金屬重布線上覆蓋有保護層204，以避免金屬線路暴露于空氣環(huán)境，被氧化或腐蝕。
[0035]上述封裝結(jié)構(gòu)中，將芯片含有焊墊及功能區(qū)的功能面與帶圍堰的基板進行鍵合，使芯片功能區(qū)落入圍堰構(gòu)成的空腔207工作環(huán)境內(nèi)，即為芯片功能區(qū)提供了空腔的工作環(huán)境。且該封裝結(jié)構(gòu)制作時，可通過將若干分立芯片鍵合到大尺寸基板上，進行晶圓級封裝，從而能確保每顆芯片為良品，提高產(chǎn)品良率，同時降低封裝成本;焊墊電性通過導電結(jié)構(gòu)及金屬重布線引出至基板背面，避免了在芯片上進行操作造成芯片上應力過大影響芯片的特性，提高了可靠性;為了解決基板上的TSV制程中封裝體的支撐力問題，在芯片四周形成了塑封層，且可以增加芯片側(cè)的機械強度，方便制程，同時塑封層包覆芯片外側(cè)提高了封裝可靠性。
[0036]作為一種優(yōu)選實施例，該封裝結(jié)構(gòu)中的芯片為聲表面波濾波芯片，然其應用不限于此，其他實施例中，該封裝結(jié)構(gòu)可應用于各種芯片功能區(qū)需要提供空腔工作環(huán)境的半導體器件，例如是有關于光電元件(opto-electronic devices)、微機電系統(tǒng)(Micro ElectroMechanical System;MEMS)、微流體系統(tǒng)(micro f luidic systems)、或利用熱、光線及壓力等物理量變化來測量的物理感測器(Physical Sensor)等。
[0037]優(yōu)選的，圍堰的厚度為5μπι至15μπι，以滿足芯片功能區(qū)所需空腔工作環(huán)境的需要。
[0038]可選的，所述基板為硅基板、玻璃基板、陶瓷基板、塑料基板中的一種或其它硬質(zhì)基板。較佳的，采用硅基板，硅基板包括但不限于單晶硅、多晶硅、高阻硅。硅是熱的良導體，可以明顯改善導熱性能，從而延長了器件的壽命；
[0039]優(yōu)選的，參見圖3，基板正面含有正對芯片100功能區(qū)102的凹槽208。凹槽包括直槽、斜槽或階梯槽。凹槽208的制作，可以增大圍堰構(gòu)成空腔207的容積，從而可以降低對圍堰高度的要求，使圍堰高度可以低至IMi?ΙΟμπι的范圍內(nèi)。
[0040]優(yōu)選的，圍堰的材質(zhì)為可光刻的高分子聚合物，包含環(huán)氧樹脂、聚酰亞胺樹脂或其他適合的光刻材料。
[0041]參見圖2，芯片四周側(cè)面由塑封層包覆，一些實施例中，芯片的非功能面也可由塑封層包覆，如圖4所示。塑封層厚度不做限定，可選的，芯片四周塑封層可與基板側(cè)壁平齊(參見圖2)，也可小于或超出基板側(cè)壁邊緣(如圖4所示)。塑封層的作用是在制作過程及封裝體成型，增加芯片的機械強度。
[0042]參見圖2、圖3、圖4、圖6和圖7，所述導電結(jié)構(gòu)為將所述芯片的焊墊電性引出至所述基板背面上的實心金屬柱、空心金屬柱、金屬層的一種或組合。其中，參見圖2、圖3和圖4示出了導電結(jié)構(gòu)為金屬層時圖1中A-A’向剖面圖，圖3中封裝結(jié)構(gòu)與圖2中封裝結(jié)構(gòu)不同的是，圖3中封裝結(jié)構(gòu)為在基板上設有凹槽，圖4中封裝結(jié)構(gòu)與圖2中封裝結(jié)構(gòu)不同的是，圖4中封裝結(jié)構(gòu)為塑封層厚度超出基板側(cè)壁邊緣；圖5a、5b、5c和Sc為導電結(jié)構(gòu)為金屬層時，幾個不同的實施例的導電結(jié)構(gòu)與焊墊連接部分結(jié)構(gòu)放大示意圖；如圖5a所示，金屬層與焊墊表面接觸連接;如圖5b所示，金屬層與焊墊內(nèi)壁接觸連接，且金屬填充滿焊墊孔;如圖5 c所示，金屬層與焊墊內(nèi)壁接觸連接，且金屬層僅覆蓋焊墊孔的內(nèi)壁；圖5a、圖5b和圖5c中導電結(jié)構(gòu)的形成，通常采用激光打孔的方式，先在基板背面上形成孔狀開口，然后在孔狀開口內(nèi)形成導電結(jié)構(gòu);孔狀開口可以是上小下大的斜孔，也可以是上下大小相同的直孔，如圖Sc所示。優(yōu)選的，導電結(jié)構(gòu)與基板之間有絕緣層202，進一步防止基板漏電，絕緣層202包含一層或多層二氧化硅(Si02)、氮化硅(Si3N4)、氮氧化硅(S1N)、五氧化二鉭(Ta205)、氧化鋁(A1203)、二氧化鉿(Η??2)、苯并環(huán)丁烯(BCB)、聚酰亞胺(PI)、聚苯并惡唑(ΡΒ0)、聚合物、或者其它具有類似結(jié)構(gòu)和絕緣性質(zhì)的介電材料;導電結(jié)構(gòu)上覆蓋有保護層204，以避免金屬線路暴露于空氣環(huán)境，被氧化或腐蝕。圖5b和圖5c中焊墊孔可以用激光燒蝕形成，焊墊孔暴露出焊墊內(nèi)壁。
[0043]其中，圖6和圖7示出了導電結(jié)構(gòu)為金屬柱時圖1中B-B’向剖面示意圖；圖7中封裝結(jié)構(gòu)與圖6中封裝結(jié)構(gòu)不同的是，圖6中封裝結(jié)構(gòu)的芯片焊墊的電性直接通過金屬柱引出至基板背面，焊點直接形成于導電結(jié)構(gòu)的金屬柱上，而圖7中封裝結(jié)構(gòu)為基板背面還制作有金屬重布線209，金屬重布線電連接導電結(jié)構(gòu)，焊點形成于金屬重布線上，芯片焊墊的電性通過金屬柱及金屬重布線引出至基板背面上焊點。金屬柱可以為實心金屬柱，參見圖8a，也可以為空心金屬柱，參見圖8b。
[0044]無論導電結(jié)構(gòu)是金屬柱還是金屬層，其都有一個共同的特點，即基板的尺寸大于芯片的尺寸，基板邊緣突出于芯片，容易斷裂或者增加封裝應力，為此，需要對導電結(jié)構(gòu)進一步優(yōu)化設計，以克服容易斷裂或者增加封裝應力的問題。為解決這一技術問題，本發(fā)明設計導電結(jié)構(gòu)為金屬線路的技術方案，參見圖9，去除基板背面四周靠近芯片四周焊墊的部分，形成了暴露芯片焊墊的槽形開口 4，這樣，導電結(jié)構(gòu)為金屬線路時，將金屬線路鋪設于槽形開口的內(nèi)壁上，并電連接芯片的焊墊;優(yōu)選的，基板背面制作有金屬重布線，金屬重布線上設置有焊點，金屬線路及金屬重布線上覆蓋有保護層204，金屬線路與金屬重布線電連接，從而將焊墊的電性經(jīng)金屬線路、金屬重布線引出至基板背面的焊點上。金屬線路包括銅、鎳、金、鋁、鎳磷、鈀和鈦中的一種的單層金屬結(jié)構(gòu)或幾種的多層金屬結(jié)構(gòu)。同樣，金屬線路可與焊墊表面接觸連接，參見圖10a，也可金屬線路與焊墊內(nèi)壁接觸連接，且金屬線路僅覆蓋焊墊孔的內(nèi)壁。
[0045]綜上，本發(fā)明提出一種半導體器件的封裝結(jié)構(gòu)，該封裝結(jié)構(gòu)將芯片含有焊墊及功能區(qū)的功能面與帶圍堰的基板進行鍵合，使芯片功能區(qū)落入圍堰構(gòu)成的空腔工作環(huán)境內(nèi)，并在基板背面做開口暴露出焊墊，在開口內(nèi)做導電結(jié)構(gòu)將芯片焊墊的電性引到基板的背面，這樣，可通過將分立芯片鍵合到大尺寸基板上，進行晶圓級封裝，從而能確保每顆芯片為良品，提高產(chǎn)品良率，同時降低封裝成本;焊墊電性通過導電結(jié)構(gòu)引出至基板背面，避免了在芯片上進行操作造成芯片上應力過大影響芯片的特性，提高了可靠性;為了解決基板上的TSV制程中封裝體的支撐力問題，在芯片四周形成了塑封層，且可以增加芯片側(cè)的機械強度，方便制程，同時塑封層包覆芯片外側(cè)提高了封裝可靠性;為了降低芯片封裝后面積尺寸，應盡量減小基板尺寸，并避免基板邊緣突出于芯片，容易斷裂或者增加封裝應力，為此，對導電結(jié)構(gòu)進行了優(yōu)化設計，以克服容易斷裂或者增加封裝應力的問題。此外，基板較佳的采用硅基板，硅是熱的良導體，可以明顯改善導熱性能，從而延長了器件的壽命;芯片非功能面與硅基板均可進行減薄，可以使封裝后產(chǎn)品封裝體積大大減小。
[0046]以上實施例是參照附圖，對本發(fā)明的優(yōu)選實施例進行詳細說明。本領域的技術人員通過對上述實施例進行各種形式上的修改或變更，但不背離本發(fā)明的實質(zhì)的情況下，都落在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項】
1.一種半導體器件的封裝結(jié)構(gòu)，包括含有功能面和與其相對的非功能面的芯片(100)，所述芯片的功能面含有位于中部的功能區(qū)(102)和位于四周的若干焊墊(101)，其特征在于:還包括基板(200)，所述基板正面含有圍堰(201)，所述芯片的功能面與所述基板正面通過粘合劑(206)鍵合，使所述圍堰覆蓋所述焊墊且圍繞所述功能區(qū)，所述芯片周側(cè)或所述芯片周側(cè)及非功能面由塑封層(3)包裹，所述基板背面形成有貫穿基板、圍堰及粘合劑，并與所述芯片的焊墊電連接的導電結(jié)構(gòu)(203)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導體器件的封裝結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述芯片為聲表面波濾波芯片。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導體器件的封裝結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述圍堰的高度為5μπι-15μπι04.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導體器件的封裝結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述基板正面含有正對所述芯片功能區(qū)的凹槽(208)。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的半導體器件的封裝結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述圍堰的高度Ιμπι至1um06.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導體器件的封裝結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述基板為硅基板、玻璃基板、陶瓷基板、塑料基板中的一種或其它硬質(zhì)基板。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導體器件的封裝結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述導電結(jié)構(gòu)為將所述芯片焊墊的電性引出至所述基板背面上的實心金屬柱、空心金屬柱、金屬線路、金屬層的一種或組合。8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導體器件的封裝結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述基板背面制作有金屬重布線(209)，所述金屬重布線與所述導電結(jié)構(gòu)電連接，且所述金屬重布線上形成有用于電性導出的焊點(205)。9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導體器件的封裝結(jié)構(gòu)，其特征在于:去除所述基板背面四周靠近所述芯片四周焊墊的部分，形成了暴露所述芯片焊墊的槽形開口(4)，所述導電結(jié)構(gòu)為金屬線路，該金屬線路鋪設于所述槽形開口的內(nèi)壁上，并電連接所述芯片的焊墊。
【文檔編號】H01L23/367GK106098645SQ201610711708
【公開日】2016年11月9日
【申請日】2016年8月24日
【發(fā)明人】王曄曄, 于大全
【申請人】華天科技（昆山）電子有限公司