一種通過貼片工藝生產智能卡用的晶圓的制作方法
【專利摘要】一種通過貼片工藝生產智能卡用的晶圓，所說的晶圓上的PAD點為圓形或長方形或正方形PAD點，圓形PAD點直徑不小于60um，不大于500um，長方形或正方形PAD點對角線長度不小于60um，不大于500um，PAD點兩兩之間中心點的距離不小于100um，不大于2mm；PAD點金屬采用能夠與錫或者錫合金連接的銅合金或鋁合金或帶有鍍金面的金屬；晶圓帶有PAD點的面上，除了PAD點以外，設有絕緣覆蓋層；晶圓上某個PAD點旁邊設有標識點。本發明省掉了CSP及WLCSP的加工過程，大大提高了生產效率，降低了成本，每片芯片可以節省大約0.17元，對于生產量數以百萬計的智能卡芯片，其經濟效益和社會效益是十分巨大的。
【專利說明】一種通過貼片工藝生產智能卡用的晶圓
【技術領域】
[0001]本發明涉及智能卡生產領域，具體說是一種通過貼片工藝生產智能卡用的晶圓，這種晶圓可通過采用傳統的貼片封裝技術(SMT)來封裝成智能卡，特別是指在把智能卡芯片顆粒(die)封裝在智能卡電路板(載帶或載片)過程中使用的一種新的晶圓。
【背景技術】
[0002]晶圓是指娃半導體積體電路制作所用之娃晶片，由于其形狀為圓形，故稱為晶圓；在硅晶片上可加工制作成各種電路元件結構，而成為有特定電性作用之IC產品，可用作智能卡芯片顆粒(die)。
[0003]按照現有的生產工藝，智能卡芯片顆粒(die)在封裝成成品智能卡前，都會將智能卡芯片顆粒(die)封裝到載帶或載片上，然后再將帶有智能卡芯片顆粒(die)的載帶或載片，通過熱熔膠或其他粘合劑將載帶或載片的背面嵌入到已洗好對應大小的槽的智能卡的卡基上。載帶或載片的正面是大片的鍍金金屬面，用于智能卡與外部進行通訊，載帶或載片的背面則是和智能卡芯片顆粒(die)相連接的電路、智能卡芯片顆粒(die)貼裝區域以及四周的空余區域，該空余區域可用于涂覆熱熔膠或其他粘合劑并嵌入、固定于智能卡的卡基。
[0004]將智能卡芯片顆粒(die)封裝到載帶或載片上的過程一般稱之為載帶封裝。這與電子行業通常的芯片封裝不是一個概念，一般我們提到芯片封裝都指的是芯片塑封封裝。載帶封裝的一個重要要求就是被封裝的芯片要處于晶圓顆粒狀態。通常這種晶圓的外觀尺寸圖如圖1，其PAD(102)點一般在晶圓的四邊分布，對于這種晶圓一般采用如下兩種工藝做載帶封裝:一種是引線鍵合工藝，一種是倒裝焊工藝(FCOS)。下面分別就兩種工藝做介紹。
[0005]目前智能卡的載帶封裝有兩種方法。一種方法是采用引線鍵合工藝，首先將智能卡芯片的晶圓片(wafer)減薄,然后對智能卡芯片晶圓片(wafer)劃片得到若干智能卡芯片晶圓顆粒(die)，接下來進行固晶(die bond)或裝片，所謂固晶(die bond)是使用粘結劑或焊料將智能卡芯片晶圓顆粒(die)的背面緊密粘結在載帶背面上(die bond)，然后使用引線鍵合工藝，一般都是使用金線綁定(wire bond)，最后使用熱固化或紫外線照射固化(UV)對智能卡芯片晶圓顆粒(die)及綁線做封膠保護。其流程如下:
[0006]智能卡芯片晶圓片(Wafer)減薄一劃片一固晶(die bond)—引線鍵合(wirebond)—封裝(紫外線UV照射膠使其固化、熱固工藝皆可)一測試；
[0007]熱固和UV的區別:顧名思義，熱固是通過加熱實現保護膠固化，UV是通過紫外照射實現保護膠固化。
[0008]這種方法目前占據了市場的主流，隨著目前黃金成本和保護用UV膠(紫外線膠)成本上升，封裝成本也節節攀升。
[0009]另一種方法稱之為FCOS (英飛凌公司申請專利的一種智能卡芯片封裝方法，FlipChip on Substrate,板上倒裝芯片)，該方法是通過倒裝芯片技術(倒裝焊技術)將智能卡芯片顆粒(die)通過導電膠或熱壓焊或熱聲焊粘到載帶的背面。
[0010]倒裝芯片技術并不是一種新工藝，它是指把半導體芯片顆粒直接與載帶相連接的工藝流程。這個流程首先要對智能卡芯片晶圓片(wafer)上的每顆智能卡芯片顆粒(die)的有用的焊接點(PAD)植金球或其他導電凸點，然后把智能卡芯片顆粒(di e)倒裝使它的焊接點(PAD)面向載帶。載帶電路上的焊接點(PAD)與長好凸點的智能卡芯片顆粒(die)的焊接點(PAD)位置一一對應，上述兩者之間(即智能卡芯片顆粒di e和載帶之間)的焊接點(PAD)可以由一種各向異性的導電性粘膠機械地粘合在一起。
[0011]倒裝芯片技術可增加載帶上器件的密度，并且相對于現行的引線鍵合技術(通過金線電連接方式)，它是一種可以省去金線綁定和保護膠、更加直接、穩定的電連接方式。其主要過程如下:
[0012]智能卡芯片晶圓片(Wafer)減薄一劃片一凸點和UBM(—種封裝工藝,under bumpmetal，凸塊底層金屬層)加工一倒裝焊(熱壓或熱聲焊，可加粘結劑配合)一測試；
[0013]在經歷了較長的研發階段后，英飛凌公司與德國智能卡制造商Giesecke&Devrient (G&D)成功合作推出了創新的FCOS封裝工藝首次將倒裝芯片技術應用于智能卡封裝。FCOS技術將智能卡模塊(帶有智能卡芯片的電路板)中的智能卡芯片顆粒(die)以倒裝方式封裝。智能卡芯片顆粒(die)的功能襯面直接通過倒裝焊與電路板連接，不再需要傳統的金絲和保護膠(UV膠)封裝，節省了這兩個環節的封裝成本。另外由于封裝中省去了金屬線，這一新的連接技術節約了模塊空間，它可以在模塊尺寸不變的情況下安置更大的智能卡芯片顆粒(die),使智能卡中加入更多的功能；也可以使智能卡的模塊尺寸更小。此外，相比傳統的金線綁定技術，采用FCOS的智能卡具有更強的機械穩定性和光學視覺效果、更小和更薄的模塊尺寸、更強的防腐性和韌性，它采用了非鹵素材料，符合綠色環保要求。
[0014]FCOS的缺點是倒裝焊工藝的設備投資過高，而且對載帶的鍍層金屬有特殊要求，要保證載帶背面電路的鍍層金屬必須可以和晶圓凸點上的焊料材料焊接，如果載帶上鍍金，它的厚度必須要限制在l_2um(微米)，以限制脆弱的金錫化合物的形成，因此其整體的生產成本很高。
【發明內容】
[0015]本發明的目的在于克服采用現有晶圓制作智能卡時，技術、工藝難度大，設備投資高，生產成本高的缺點，給出一種結構簡單，易于生產的適用于智能卡的晶圓，可以直接采用電路板(載帶或載片)，通過貼片工藝(SMT)進行封裝，完成智能卡的生產。
[0016]本發明技術方案如下:
[0017]一種通過貼片工藝生產智能卡用的晶圓，包括多層集成電路、絕緣層以及PAD點，其特征在于:所說的晶圓上的PAD點為圓形或長方形或正方形PAD點，所說的圓形PAD點直徑不小于60um,不大于500um,所說的長方形或正方形PAD點對角線長度不小于60um,不大于500um,所說的PAD點兩兩之間中心點的距離不小于IOOum,不大于2mm ;所說的PAD點金屬采用能夠與錫或者錫合金連接的銅合金或鋁合金或帶有鍍金面的金屬，以便通過電鍍方式，或者化學處理方式，或者絲印的方式，設置一層錫或錫合金；所說的晶圓帶有PAD點的面上，除了 PAD點以外，設有絕緣覆蓋層，用于保護晶圓在后期加工過程中不被短路或者磨損；所說的晶圓上某個PAD點旁邊設有標識點。
[0018]本發明的晶圓有如下優點:
[0019]1.省去了對現有的晶圓顆粒PAD點的處理工序:
[0020]現有的晶圓顆粒101上下兩邊設有若干原始焊點102，由于這些焊點面積很小，相距很近，采用CSP或WLCSP工藝制作智能卡時，需要對現有的晶圓進行加工，設置與原始焊點102 —一對應的新增焊點202，然后用內部連接線將原始焊點102、新增焊點202 —一對應連接,延長了加工時間,增加了生產成本；本發明的產品,減少了成本,提高了加工效率。
[0021]2.將PAD點的面積和PAD點兩兩之間中心點的距離擴大，使得晶圓首次可以直接采用SMT (Surface Mounted Technology,表面貼裝技術)來生產智能卡芯片。
[0022]3.本發明PAD點金屬選用能夠與錫或者錫合金連接的金屬，如銅合金、鋁合金，或鍍金面，都可以與錫或者錫合金連接；在后續的生產中通過電鍍方式，或者化學處理方式，或者絲印的方式，在PAD點上加上一層錫或錫合金，通過絲印的方式，可以長出錫球，有利于后續的SMT生產。
[0023]4.晶圓帶有PAD點的面除了 PAD點以外，采用絕緣層覆蓋，有力的保護了晶圓在后期加工過程中不被短路或者磨損。
[0024]5.本發明標記點的設置方便了后續的SMT生產。
[0025]本發明所說的CSP(Chip Scale Package)是芯片級尺寸封裝；所說的WLCSP(WaferLevel Chip Scale Package)是晶圓級(WL)芯片尺寸封裝(CSP);所說的 SMT (SurfaceMounted Technology)是用于貼片的表面組裝技術(表面貼裝技術)
[0026]采用公知的晶圓生產工藝就能生產本發明的通過貼片工藝生產智能卡用的晶圓，這里不再詳述。本發明的晶圓可以直接采用現有的載帶或載片，通過貼片工藝(SMT)進行載帶封裝，完成智能卡的生產，省掉了 CSP及WLCSP工藝(即省掉了通過CSP或WLCSP來重新生成PAD點的過程，直接采用晶圓工藝生成如圖2所示的PAD點)。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0027]本發明有如下附圖(以ISSI的IS23SC55160晶圓為例):
[0028]圖1公知的智能卡芯片晶圓焊點不意圖
[0029]圖2本發明的晶圓焊點不意圖
[0030]圖3本發明的晶圓剖面示意圖
[0031]附圖編號說明:
[0032]101為公知的智能卡芯片晶圓
[0033]102為公知晶圓上的焊點PAD點
[0034]201:為本發明的晶圓
[0035]202:為本發明晶圓的焊點PAD點
[0036]203:為本發明的晶圓表面的絕緣覆蓋層
[0037]204:為本發明的晶圓焊點的起始標識點
[0038]以下以晶圓ISSI的IS23SC55160晶圓為例，對本發明做進一步詳細說明。
[0039]圖1為傳統的ISSI的IS23SC55160晶圓101，其PAD點102分布在上下兩邊，PAD點的形狀為方形，該方形PAD點的對角線距離為113.14um，PAD點之間的最小間距為40um，這種傳統的晶圓只能采用引線鍵合工藝或FCOS工藝封裝成智能卡，工藝復雜，設備昂貴，成本高。
[0040]圖2為本發明的晶圓焊點不意圖，圖3為本發明的晶圓首I]面不意圖。
[0041]本發明晶圓201上的PAD點202設計為圓形或長方形或正方形，圓形PAD點直徑不小于 60um，不大于 50011111，其中，60、70、90、120、150、200、250、300、350、400、450、50011111都是可以選擇的尺寸；長方形或正方形PAD點對角線長度不小于60um，不大于500um，其中，60、70、90、120、150、200、250、300、350、400、450、500um 都是可以選擇的尺寸；所說的 PAD 點兩兩之間中心點的距離不小于lOOum，不大于2mm，其中，100、120、150、200、250、300、350、400、450、500、700、900um，以及1、1.2、1.5、1.8、2mm都是可以選擇的尺寸。這種設計方案充分利用了晶圓表面的空間，使晶圓可以直接通過成熟的貼片工藝生產智能卡，大大簡化了生產工藝，減少了設備投資，降低了成本，提高了企業的競爭能力。
[0042]為了盡可能地方便后續的SMT (Surface Mounted Technology表面貼裝技術)生產工序，本發明有如下特征=PAD點金屬采用能夠與錫或者錫合金連接的銅合金或鋁合金或帶有鍍金面的金屬，以便通過電鍍方式，或者化學處理方式，或者絲印的方式，設置一層錫或錫合金；晶圓帶有PAD點的面上，除了 PAD點以外，設有絕緣覆蓋層203，用于保護晶圓在后期加工過程中不被短路或者磨損；晶圓上某個PAD點旁邊設有標識點204,或者其相對位置很特殊，很容易辨認，以便于后續的SMT生產中定位。
[0043]本發明與現有技術相比，省掉了 CSP及WLCSP的加工過程，大大提高了生產效率，降低了成本，具有巨大的經濟價值及社會價值。經過成本核算，本發明相對于傳統的引線鍵合工藝，每片可以省掉金線0.028元、固晶膠水0.018元、封裝UV膠水0.025元；另外，由于傳統的引線鍵合工藝使用的長條狀載帶只有少數幾個國外廠商能生產，現在基本被某些公司壟斷，采用新工藝后，國內很多公司可以生產這種片狀載帶，費用可以再省掉0.10元；每片芯片可以節省大約0.17元，對于生產量數以百萬計的智能卡芯片，其經濟效益和社會效益是十分巨大的。
【權利要求】
1.一種通過貼片工藝生產智能卡用的晶圓，包括多層集成電路、絕緣層以及PAD點，其特征在于:所說的晶圓上的PAD點為圓形或長方形或正方形PAD點，所說的圓形PAD點直徑不小于60um,不大于500um,所說的長方形或正方形PAD點對角線長度不小于60um,不大于500um,所說的PAD點兩兩之間中心點的距離不小于IOOum,不大于2mm ;所說的PAD點金屬采用能夠與錫或者錫合金連接的銅合金或鋁合金或帶有鍍金面的金屬，以便通過電鍍方式，或者化學處理方式，或者絲印的方式，設置一層錫或錫合金；所說的晶圓帶有PAD點的面上，除了 PAD點以外，設有絕緣覆蓋層，用于保護晶圓在后期加工過程中不被短路或者磨損；所說的晶圓上某個PAD點旁邊設有標識點。
【文檔編號】H01L23/488GK103811445SQ201210445166
【公開日】2014年5月21日 申請日期:2012年11月9日 優先權日:2012年11月9日
【發明者】王海泉, 姜鳳明 申請人:王海泉, 姜鳳明