半導體芯片封裝結構的制作方法
【專利摘要】本實用新型提供一種半導體芯片封裝結構，包括：半導體芯片，其一面設置有功能區；保護基板，覆蓋所述半導體芯片具有功能區的一面；支撐結構，位于所述半導體芯片與所述保護基板之間，所述支撐結構包括多個首尾相接的支撐臂，所述支撐臂與所述半導體芯片以及所述保護基板包圍形成密封空腔，所述功能區位于所述密封空腔內；至少一個支撐臂上具有至少一個朝向所述功能區方向延伸的支撐凸壩，本實用新型通過設置支撐凸壩，使得水汽在支撐凸壩的邊角區域產生漩渦，漩渦與水汽之間發生碰撞摩擦從而產生能量損失，降低了水汽對支撐結構的沖擊力，從而有效解決了支撐結構分層開裂的問題。
【專利說明】
半導體芯片封裝結構
技術領域
[0001]本實用新型涉及半導體技術領域，尤其涉及半導體芯片的封裝技術。
【背景技術】
[0002]晶圓級芯片尺寸封裝技術(Wafer Level Chip Size Packaging，WLCSP)是對整片晶圓進行封裝后再切割得到單個成品芯片的技術。晶圓級芯片尺寸封裝技術順應了市場對微電子產品日益輕、小、短、薄化和低價化要求，利用晶圓級芯片尺寸封裝技術封裝后的芯片尺寸達到了高度微型化，其封裝并切割之后的芯片尺寸與裸片尺寸幾乎一致，封裝成本隨著芯片尺寸的減小和晶圓尺寸的增大而顯著降低。晶圓級芯片尺寸封裝技術是當前封裝領域的熱點和未來發展的趨勢。完成封裝以及切割得到的單個成品芯片需要對其進行信賴性測試，只有通過信賴性測試的成品芯片才能被認定為合格的芯片。針對某些具有敏感器件的半導體芯片，通過晶圓級芯片尺寸封裝技術在半導體芯片上覆蓋保護基板且在保護基板與半導體芯片之間形成密閉的密封空腔來保護半導體芯片上的敏感器件，避免其受到后續工藝以及外界環境的污染而影響半導體器件的性能。密封空腔的形成工藝成為影響封裝良率的關鍵。
[0003]請同時參考圖1至圖3，為晶圓級半導體芯片封裝工藝流程中晶圓與保護基板對位壓合之后的結構示意圖，晶圓105上覆蓋有保護基板100，晶圓105上具有網格狀排列的半導體芯片110，本實施例中，半導體芯片110為影像傳感芯片，保護基板100為光學玻璃，每一半導體芯片110上具有感光區103，在感光區103具有光敏感器件，為了保護感光區103，避免光敏感器件在后續的工藝流程中被污染損壞，在晶圓105或者保護基板100上形成網格狀排列的支撐結構101，每一支撐結構101對應一個半導體芯片110，利用黏合劑102將晶圓105具有感光區103的一面與保護基板100對位壓合，使感光區103收容于支撐結構101、晶圓105以及保護基板100包圍形成的密封空腔104內。
[0004]但是，在信賴性測試中，支撐結構101會出現分層開裂的現象，影響了成品芯片的質量，成為本領域技術人員噬待解決的問題。
【實用新型內容】
[0005]本實用新型解決的問題是通過提供一種半導體芯片封裝結構，可以消除支撐結構分層開裂的情況，提高半導體芯片封裝結構的質量以及信賴性。
[0006]本實用新型提供一種半導體芯片封裝結構，包括:半導體芯片，其一面設置有功能區；保護基板，覆蓋所述半導體芯片具有功能區的一面;支撐結構，位于所述半導體芯片與所述保護基板之間，所述支撐結構包括多個首尾相接的支撐臂，所述支撐臂與所述半導體芯片以及所述保護基板包圍形成密封空腔，所述功能區位于所述密封空腔內；至少一個支撐臂上具有至少一個朝向所述功能區方向延伸的支撐凸壩。
[0007]優選的，所述支撐凸壩的橫截面為長方形或者正方形。
[0008]優選的，所述支撐凸壩的長度范圍是100微米至450微米之間。
[0009]優選的，所述支撐臂以及所述支撐凸壩的材質為感光膠。
[0010]優選的，至少一個支撐臂上設置至少一個開口，所述開口中填充有黏合劑。
[0011]優選的，所述密封空腔內包括至少一個支撐柱。
[0012]優選的，所述支撐臂以及所述支撐凸壩的其中一個端面設置有凹槽結構。
[0013]本實用新型的有益效果是，本實用新型通過在至少一個支撐臂上設置至少一個朝向功能區延伸的支撐凸壩，使得水汽在支撐凸壩的邊角區域產生漩渦，漩渦與水汽之間發生碰撞摩擦從而產生能量損失，降低了水汽對支撐結構的沖擊力，從而有效解決了支撐結構分層開裂的問題。
【附圖說明】
[0014]圖1為現有技術中晶圓級半導體芯片封裝工藝流程中晶圓與保護基板對位壓合之后的結構不意圖；
[0015]圖2為現有技術中晶圓級影像傳感芯片的結構示意圖；
[0016]圖3為現有技術中晶圓級半導體芯片封裝工藝流程中晶圓與保護基板對位壓合之后的尚J視圖；
[0017]圖4為本實用新型優選實施例晶圓級影像傳感芯片封裝結構的剖視圖；
[0018]圖5為本實用新型優選實施例單個支撐結構俯視圖；
[0019]圖6為本實用新型另一優選實施例單個支撐結構俯視圖。
【具體實施方式】
[0020]以下將結合附圖對本實用新型的【具體實施方式】進行詳細描述。但這些實施方式并不限制本實用新型，本領域的普通技術人員根據這些實施方式所做出的結構、方法、或功能上的變換均包含在本實用新型的保護范圍內。
[0021]需要說明的是，提供這些附圖的目的是為了有助于理解本實用新型的實施例，而不應解釋為對本實用新型的不當的限制。為了更清楚起見，圖中所示尺寸并未按比例繪制，可能會做放大、縮小或其他改變。此外，在實際制作中應包含長度、寬度及深度的三維空間尺寸。
[0022]本實用新型優選實施例以影像傳感芯片為例，當然，本實用新型不限定為影像傳感芯片，其他的具有功能區需要進行密封保護的半導體芯片比如MEMS芯片等也屬于本實用新型所說的半導體芯片。
[0023]請參考圖4，為本實用新型優選實施例晶圓級影像傳感芯片的封裝結構剖視圖，晶圓200具有網格狀排布的多顆影像傳感芯片，每一影像傳感芯片具有功能區211，晶圓200具有第一表面200a以及與第一表面200a相對的第二表面200b。該多個功能區211均位于晶圓200的第一表面200a上，所謂功能區211是指影像傳感芯片上設置有光敏感器件的感光區。保護基板300覆蓋在晶圓200的第一表面200a上。在晶圓200與保護基板300之間具有網格狀排布的多個支撐結構320，支撐結構320使得晶圓200與保護基板300之間形成間隔，防止保護基板300的表面300a觸碰功能區211，且支撐結構320與晶圓200以及保護基板300包圍形成網格狀排布的多個密封空腔310，一個密封空腔310對應一個功能區211，功能區211位于密封空腔310內。
[0024]本實施例中，支撐結構320的材質是感光膠。支撐結構320通過曝光顯影的工藝形成于保護基板300上，然后通過絲網印刷工藝或者涂布印刷工藝在支撐結構320的端面上形成黏合劑或者在晶圓200上形成與支撐結構320形狀對應的黏合劑，然后將晶圓200與保護基板300對位壓合。
[0025]影像傳感芯片具有用于與外部電路電連接的焊墊212，本實施例中，焊墊212與功能區211位于影像傳感芯片的同一側，本實施例中，在晶圓200與保護基板300對位壓合之后，采用硅通孔工藝在晶圓200的第二表面200b上形成與焊墊212電連接的焊接凸起216。
[0026]具體的，請參考圖4，在晶圓200的第二表面200b形成連通至焊墊212的通孔，在通孔的側壁以及晶圓200的第二表面200b形成絕緣層213，在絕緣層213上以及通孔的底部形成金屬布線層214，在金屬布線層214延伸至晶圓200的第二表面200b的位置上形成焊接凸起216，焊墊212與焊接凸起216通過金屬布線層214電連接。影像傳感芯片通過焊接凸起216與外部電路實現電連接。
[0027]晶圓在完成封裝并切割得到單顆成品半導體芯片之后，需要對成品半導體芯片進行有關信賴性的一系列測試，此處不再對信賴性測試的相關內容進行詳細闡述，信賴性測試通常包括吸濕以及高溫，舉例來說，將完成封裝的成品半導體芯片置于高濕度環境中一段時間，隨后將其置于高溫環境中一段時間，然后檢查該成品半導體芯片的各項參數。
[0028]成品半導體芯片在經歷高溫測試環境之后，支撐結構容易產生分層的情形，經觀察研究推斷，導致支撐結構分層的主要原因在于，半導體芯片在封裝工藝流程以及信賴性測試中引入了水汽進入密封空腔，當遇到高溫環境時，水汽瞬間氣化膨脹沖擊支撐結構，從而導致支撐結構分層開裂。
[0029]本實用新型通過對支撐結構進行優化改進，從而有效解決支撐結構分層開裂的技術問題。
[0030]請參考圖5，為本實用新型優選實施例的支撐結構的示意圖，支撐結構320具有四個首尾相接的支撐臂321、支撐臂322、支撐臂323以及支撐臂324，四個支撐臂包圍形成封閉的長方形。當然，本實用新型不限定支撐臂的數目，也不限定支撐臂包圍形成的圖形，只要具有由多個支撐臂首尾相接形成封閉的環結構即可。
[0031]本實用新型通過在至少一個支撐臂上設置至少一個朝向功能區延伸的支撐凸壩，使得水汽在支撐凸壩的邊角區域產生漩渦，漩渦與水汽之間發生碰撞摩擦從而產生能量損失，降低了水汽對支撐結構的沖擊力，從而有效解決了支撐結構分層開裂的問題。
[0032]本實施例中，在彼此相對的支撐臂321以及支撐臂323上分別設置有兩個朝向功能區211延伸的支撐凸壩325。
[0033]為了有利于水汽漩渦的形成，支撐凸壩325的橫截面為長方形或者正方形。
[0034]支撐凸壩325可以與支撐臂321的材質相同，兩者可以在同一工藝中同時形成，優點在于簡化了工藝流程，且提高了工藝的穩定性以及產品結構的穩定性。
[0035]設計人員可以根據密封空腔310的體積、密封空腔310中的水汽含量、支撐臂形狀、支撐臂的厚度等因素，合理設置支撐凸壩的形狀、個數、位置。
[0036]若支撐凸壩325厚度d過小，則不利于有效弱化水汽的沖擊力，優選的支撐凸壩325的厚度d在100微米至450微米之間。本實施例中，支撐臂321的厚度為300微米，支撐凸壩325的厚度為150微米。
[0037]支撐凸壩325在半導體芯片與保護基板之間形成支撐，提供了支撐力，且支撐凸壩325可以弱化水汽對支撐臂的沖擊力，因此，可以適當減小支撐臂的厚度D，支撐臂的厚度D減小，使得支撐臂與功能區211之間的距離變大，降低了黏合劑污染功能區211的風險。
[0038]由于對位壓合時，黏合劑具有流動性，容易產生溢膠現象，通過在支撐臂321、322、323、324以及支撐凸壩325用于與黏合劑接觸的端面上形成凹槽結構，凹槽結構可以容置多余的黏合劑，防止黏合劑溢出而污染功能區211。
[0039]支撐臂長度M大于其上支撐凸壩325長度m，優選的，支撐臂長度M是其上支撐凸壩325長度m的2倍至1倍。
[0040]密封空腔中的水汽主要是在支撐結構的形成階段以及晶圓與保護基板對位壓合階段產生的，請參考圖6，為本實用新型另一實施例支撐結構的示意圖，通過在至少一個支撐臂上設置至少一個開口，有利于大部分水汽在封裝完成之前排出，降低后期信賴性測試時密封空腔中的水汽含量，進一步降低了水汽受熱膨脹對支撐結構的沖擊。
[0041 ]本實施例中，支撐結構420具有四個首尾相接的支撐臂421、422,423、424，在支撐臂422上以及支撐臂424上分別設置有一個開口 426，在晶圓與保護基板對位壓合的工藝中，含有烘烤的工藝，水汽因此會蒸發，通過在支撐臂上設置開口，方便水汽排出，且由于對位壓合工藝中黏合劑會逐漸填充開口 426從而保證密封腔的密封性，不會由于設置開口而導致密封空腔不密封，防止后續工藝中發生污染功能區211’的情況。
[0042]開口 426長度不宜過大，否則黏合劑不能完全充滿開口而導致密封空腔不密封。設計人員可以根據支撐臂的材質、支撐臂的尺寸、黏合劑的材質、工藝參數等綜合考量，設計出合理的開口數目以及開口的尺寸。
[0043]于本實施例中，僅在支撐臂421上且僅設置一個支撐凸壩425，支撐凸壩425設置于支撐臂421的中心，支撐凸壩425的長度是支撐臂421長度的1/3。
[0044]為了提高支撐結構的支撐力，可以在密封空腔內設置支撐柱。于本實施例中，在密封空腔內設置有多個支撐柱427，支撐柱427形成于晶圓與保護基板兩者之一上。
[0045]支撐柱427可以與支撐臂的材質相同，為了簡化工藝流程，提高工藝的穩定性，可以在形成支撐臂的同時形成支撐柱。本實施例中，支撐臂、支撐柱以及支撐凸壩在同一工藝中同時形成。
[0046]本實施例中支撐臂、支撐柱以及支撐凸壩的材質是光刻膠，首先，將光刻膠整面涂布于保護基板或者晶圓上，通過曝光顯影工藝圖案化并定型。設計人員可以根據支撐臂的材質、工藝參數、密封空腔的體積、功能區的大小和位置等因素合理設計支撐柱427的尺寸以及位置。
[0047]當然，支撐臂、支撐柱以及支撐凸壩的材質不限定為有機材料，任一者可以是無機材料，如氧化硅、氮化硅、氮氧化硅等絕緣介質材料，通過沉積工藝形成于晶圓或者保護基板上，然后采用刻蝕工藝進行圖形化。
[0048]黏合劑可以為高分子粘接材料，例如硅膠、環氧樹脂、苯并環丁烯等聚合物材料。
[0049]應當理解，雖然本說明書按照實施方式加以描述，但并非每個實施方式僅包含一個獨立的技術方案，說明書的這種敘述方式僅僅是為清楚起見，本領域技術人員應當將說明書作為一個整體，各實施方式中的技術方案也可以經適當組合，形成本領域技術人員可以理解的其他實施方式。
[0050]上文所列出的一系列的詳細說明僅僅是針對本實用新型的可行性實施方式的具體說明，它們并非用以限制本實用新型的保護范圍，凡未脫離本實用新型技藝精神所作的等效實施方式或變更均應包含在本實用新型的保護范圍之內。
【主權項】
1.一種半導體芯片封裝結構，包括: 半導體芯片，其一面設置有功能區； 保護基板，覆蓋所述半導體芯片具有功能區的一面； 支撐結構，位于所述半導體芯片與所述保護基板之間，所述支撐結構包括多個首尾相接的支撐臂，所述支撐臂與所述半導體芯片以及所述保護基板包圍形成密封空腔，所述功能區位于所述密封空腔內； 其特征在于， 至少一個支撐臂上具有至少一個朝向所述功能區方向延伸的支撐凸壩。2.根據權利要求1所述的半導體芯片封裝結構，其特征在于，所述支撐凸壩的橫截面為長方形或者正方形。3.根據權利要求1所述的半導體芯片封裝結構，其特征在于，所述支撐凸壩的長度范圍是10微米至450微米之間。4.根據權利要求1所述的半導體芯片封裝結構，其特征在于，所述支撐臂以及所述支撐凸壩的材質為感光膠。5.根據權利要求1所述的半導體芯片封裝結構，其特征在于，至少一個支撐臂上設置至少一個開口，所述開口中填充有黏合劑。6.根據權利要求1所述的半導體芯片封裝結構，其特征在于，所述密封空腔內包括至少一個支撐柱。7.根據權利要求1所述的半導體芯片封裝結構，其特征在于，所述支撐臂以及所述支撐凸壩的其中一個端面設置有凹槽結構。
【文檔編號】H01L27/146GK205508822SQ201620193449
【公開日】2016年8月24日
【申請日】2016年3月14日
【發明人】段珍珍, 王宥軍, 王鑫琴
【申請人】蘇州晶方半導體科技股份有限公司