專利名稱：球柵陣列式半導(dǎo)體芯片封裝制程的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是關(guān)于一種半導(dǎo)體芯片封裝技術(shù)，特別是關(guān)于一種球柵陣列式半導(dǎo)體芯片封裝制程，可用來以批量的方式制造半導(dǎo)體芯片封裝單元，例如以批量的方式制造覆晶型球柵陣列式(Flip-Chip Ball GridArray，F(xiàn)CBGA)的半導(dǎo)體芯片封裝單元。
背景技術(shù)：
球柵陣列技術(shù)(Ball Grid Array，BGA)是一種先進(jìn)的半導(dǎo)體封裝技術(shù)，其特點(diǎn)在于采用一基板(Substrate)的正面來安置半導(dǎo)體芯片，并在該基板的背面植置多個(gè)焊球(Solder Balls)，也就是所謂的球柵陣列，通過此球柵陣列將整個(gè)的封裝單元焊接及電性連接至外部的印刷電路板。
覆晶型球柵陣列(Flip-Chip Ball Grid Array，F(xiàn)CBGA技術(shù))做為一種改良型的BGA封裝技術(shù)，其特點(diǎn)在于它所封裝的半導(dǎo)體芯片是以正面朝下的倒置方式，借由焊塊(Solder Bumps)焊接至基板正面，并通過基板背面上所植置的多個(gè)焊球，也就是球柵陣列焊接及電性連接至外部的印刷電路板。由于覆晶型球柵陣列封裝結(jié)構(gòu)中，將半導(dǎo)體芯片電性連接至基板時(shí)，不使用占用空間較大的焊線(Bonding Wires)，因此使得整體的封裝尺寸更為輕薄短小。
目前覆晶型球柵陣列封裝結(jié)構(gòu)中，多使用增層基板(Build-UpSubstrate，BU Substrate)作為芯片承載件以承接半導(dǎo)體芯片。由于增層基板的優(yōu)良率不高，因此在制程上是采用增層基板個(gè)別地進(jìn)行模鑄程序(Molding Process)，它是采用特制模具以在單一的增層基板上形成封裝膠體(Encapsulation Body)來封裝基板及芯片。傳統(tǒng)的球柵陣列封裝結(jié)構(gòu)是利用整合有多條基板的基板片，以批量方式制造球柵陣列封裝單元，因此覆晶型球柵陣列封裝結(jié)構(gòu)與傳統(tǒng)的球柵陣列封裝結(jié)構(gòu)相比，以個(gè)別增層基板模鑄程序形成的單一覆晶型球柵陣列封裝單元的生產(chǎn)方法，很明顯地具有生產(chǎn)效率降低、成本高，且制程復(fù)雜性增加等缺點(diǎn)。
相關(guān)的專利技術(shù)包括有美國(guó)專利第6,038,136號(hào)的“CHIPPACKAGE WITH MOLDED UNDERFILL”；美國(guó)專利第5,918,746號(hào)的“CARRIER FRAME USED FOR CIRCUIT BOARDS”；美國(guó)專利第5,200,366號(hào)的“SEMICONDUCTOR DEVICE，ITS FABRICATIONMETHOD AND MOLDING APPARATUS USED THEREFOR”等等。
美國(guó)第6,038,136號(hào)專利的一項(xiàng)技術(shù)要點(diǎn)在于設(shè)置一孔洞在基板的中央，在模鑄程序時(shí)，可借助該孔洞將模具中的空氣排出至外部，使得模鑄完成后封裝膠體上不會(huì)形成氣泡(Voids)，從而避免造成產(chǎn)品的缺陷。然而該做法的缺點(diǎn)在于限制了基板上的布局形態(tài)，使得某些特殊的芯片無法應(yīng)用此專利技術(shù)進(jìn)行封裝。此外，美國(guó)第6,038,136號(hào)專利的另一項(xiàng)技術(shù)要點(diǎn)在于將注膠網(wǎng)關(guān)設(shè)置在基板上，這種作法的缺點(diǎn)在于進(jìn)一步增加了布局難度。
美國(guó)第5,200,366號(hào)專利是將注膠網(wǎng)關(guān)設(shè)置在封裝模具的上方，從而避免其妨礙到基版上的電路布局。然而此做法的缺點(diǎn)在于，它必須采用一種結(jié)構(gòu)上更為復(fù)雜的三片式封裝模具來進(jìn)行模鑄程序，增加了生產(chǎn)成本，不符合成本經(jīng)濟(jì)效益。
此外，上述的各個(gè)專利中的模鑄程序也都是一次僅能模鑄單一的個(gè)封裝單元，因此并無法提高生產(chǎn)效率。

發(fā)明內(nèi)容
為克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，本發(fā)明的主要目的是提供一種球柵陣列式半導(dǎo)體芯片封裝制程，可用來以批量方式制造球柵陣列式半導(dǎo)體芯片封裝單元，從而提高生產(chǎn)效率及降低制造成本。
本發(fā)明的另一目的是提供一種球柵陣列式半導(dǎo)體芯片封裝制程，其不需要將注膠網(wǎng)關(guān)設(shè)置在基板上，因此它不會(huì)妨礙到基版上的電路布局，而且不需采用成本較高的三片式的封裝模具，使得整體的封裝制程具有較低的成本。
本發(fā)明的再一目的是提供了一種球柵陣列式半導(dǎo)體芯片封裝制程，不需在基板上設(shè)置排氣的孔洞，從而不會(huì)妨礙到基版上的電路布局，與此同時(shí)，利用該制程完成的模鑄封裝膠體的成品不會(huì)形成氣泡(Voids)，從而避免產(chǎn)品出現(xiàn)缺陷。
該球柵陣列式半導(dǎo)體芯片封裝制程包括下列步驟預(yù)制一批球柵陣列基板，各基板上預(yù)先定出一封裝切割線，并在各基板上安置至少一芯片；預(yù)制一載具，該載具形成有一連串的孔穴，且各孔穴是連通至一注膠網(wǎng)關(guān)；在該載具上的各孔穴中嵌入一基板；進(jìn)行一模鑄程序，以在該載具上的各基板及芯片上形成一封裝膠體；進(jìn)行一植球程序，以在各基板的背面上形成一球柵陣列；以及進(jìn)行一分割程序，將各基板從該載具上分割出來，得到一組成批的芯片封裝單元。
球柵陣列式半導(dǎo)體芯片封裝制程，還包括下列步驟預(yù)制一批球柵陣列基板，各基板上預(yù)先定出一封裝切割線，并在各基板上以一覆晶方式安置至少一芯片；預(yù)制一載具，該載具形成有一連串的孔穴，且各孔穴是連通至一注膠網(wǎng)關(guān)；在該載具上的各孔穴中嵌入一該基板；進(jìn)行一模鑄程序，在該載具上的各基板及芯片上形成一封裝膠體，其是采用一種二片式模具，并將該二片式模具的內(nèi)壁定位在各基板的封裝切割線之外，但不超過該載具的孔穴的邊緣之外；進(jìn)行一植球程序，在各該基板的背面上形成一球柵陣列；以及進(jìn)行一分割程序，以將各基板從該載具上分割出來，從而得到一組成批的芯片封裝單元。
本發(fā)明的球柵陣列式半導(dǎo)體芯片封裝制程的特點(diǎn)是，采用了一特制的載具作為基板及芯片的封裝輔助工具。與現(xiàn)有技術(shù)比較，由于本發(fā)明是將注膠網(wǎng)關(guān)設(shè)置在載具上，因此不會(huì)妨礙基版上的電路布局；而且可采用常用的二片式模具進(jìn)行模鑄程序，使得整體的封裝制程具有較低的成本。此外，本發(fā)明不必設(shè)置一排氣的孔洞在基板上，使得模鑄完成后封裝膠體的成品不會(huì)有不良的缺陷部分。本發(fā)明因此較現(xiàn)有技術(shù)具有更佳的進(jìn)步性及實(shí)用性。


本發(fā)明的實(shí)質(zhì)技術(shù)內(nèi)容及其實(shí)施例用圖解方式詳細(xì)繪制于本說明書的附圖中。這些附圖的內(nèi)容簡(jiǎn)述如下圖1A為一剖面結(jié)構(gòu)示意圖，顯示一已完成置晶的球柵陣列基板的剖面結(jié)構(gòu)形態(tài)；圖1B為一底視結(jié)構(gòu)示意圖，顯示圖1A所示的基板的底視結(jié)構(gòu)形態(tài)；圖2A為一上視結(jié)構(gòu)示意圖，顯示本發(fā)明的球柵陣列式半導(dǎo)體芯片封裝制程所采用的基板載具的上視結(jié)構(gòu)形態(tài)；圖2B為一剖面結(jié)構(gòu)示意圖，顯示圖2A所示的基板載具沿A-A′線切開的剖面結(jié)構(gòu)形態(tài)；圖3為一底視結(jié)構(gòu)示意圖，顯示圖1A及圖1B所示的基板嵌入至圖2A及圖2B所示的載具后的底視結(jié)構(gòu)形態(tài)；圖4為一剖面結(jié)構(gòu)示意圖，顯示本發(fā)明的球柵陣列式半導(dǎo)體芯片封裝制程中的模鑄程序；圖5為一上視結(jié)構(gòu)示意圖，顯示本發(fā)明的球柵陣列式半導(dǎo)體芯片封裝制程中的封裝膠體形成過程；圖6為一剖面結(jié)構(gòu)示意圖，顯示本發(fā)明的球柵陣列式半導(dǎo)體芯片封裝制程中的植球程序；以及圖7為一剖面結(jié)構(gòu)示意圖，顯示本發(fā)明的球柵陣列式半導(dǎo)體芯片封裝制程中的分割程序。
具體實(shí)施例方式
實(shí)施例以下即配合附圖，詳細(xì)說明本發(fā)明的球柵陣列式半導(dǎo)體芯片封裝制程的實(shí)施例。
請(qǐng)首先參閱圖1A及圖1B，本發(fā)明的球柵陣列式半導(dǎo)體芯片封裝制程是用來封裝一個(gè)已完成置晶的球柵陣列基板10，例如一個(gè)覆晶型的球柵陣列基板，其正面10a，如以覆晶方式(Flip-Chip)借由焊塊(SolderBumps)11a安置有至少一半導(dǎo)體芯片11，而其背面10b則設(shè)置有多個(gè)球柵陣列焊墊(Ball Pads)12。此外，如圖1B的底視圖所示，基板10的平面上預(yù)先依據(jù)所需的封裝尺寸(即隨后在圖7所示的封裝膠體40的長(zhǎng)寬尺寸)，定出一封裝切割線13(如圖中的虛線所示的部分)。在此實(shí)施例中，假設(shè)封裝尺寸為31×31(mm)，則是將基板10的長(zhǎng)寬尺寸預(yù)制為32×32(mm)。
請(qǐng)接著參閱圖2A及圖2B，本發(fā)明的球柵陣列式半導(dǎo)體芯片封裝制程的特點(diǎn)在于采用一種特制的基板載具20，作為上述的基板10及芯片11的封裝輔助工具。如圖所示，該載具20為一長(zhǎng)條形的薄片，其材質(zhì)是可抗高溫的絕緣性材料，例如FR4(Fire Retardant 4)、FR5、BT等等；且其熱膨脹系數(shù)(Coefficient of Thermal Expansion，CTE)需大致等于上述基板10的熱膨脹系數(shù)，或它們之間的差值在高溫環(huán)境下不致引起明顯的熱變形現(xiàn)象。在結(jié)構(gòu)上，該載具20包括一連串的孔穴21，且各個(gè)孔穴21是連通至一注膠網(wǎng)關(guān)22；其中各個(gè)孔穴21的長(zhǎng)寬尺寸可正好容納前述的基板10。在此實(shí)施例中，由于基板10的平面尺寸為32×32(mm)，因此孔穴21的尺寸也預(yù)制為32×32(mm)。
請(qǐng)接著參閱圖3，在實(shí)際進(jìn)行封裝程序時(shí)，首先將載具20中的各個(gè)孔穴21嵌入一個(gè)基板10。由于載具20上具有多個(gè)孔穴21，因此可一次嵌入多個(gè)基板10進(jìn)行成批量的封裝程序。
請(qǐng)接著參閱圖4，接著進(jìn)行一模鑄程序；其中是將一常用的二片式模具30固定至載具20上的各個(gè)基板10上，并將該二片式模具30的底腳部31緊壓至各個(gè)基板10與載具20的孔穴21的邊緣的交界處上，以防止此處產(chǎn)生漏膠現(xiàn)象。此處須注意的一點(diǎn)是，模具30的內(nèi)壁須定位在基板10的封裝切割線13之外，但不超過載具20的孔穴21的邊緣之外。接著如圖5所示，將一膠質(zhì)封裝材料32從外部沿著注膠網(wǎng)關(guān)22注入至模具30中的空間，從而形成一封裝膠體(EncapsulationBody)40。在此模鑄過程序中，由于本發(fā)明所采用的基板10及模具30上均未形成有任何排氣孔道，因此模具30中的空氣33被推擠到一個(gè)側(cè)邊，從而在該側(cè)邊上形成氣泡41(顯示在后續(xù)的圖6)。
請(qǐng)接著參閱圖6，完成封裝膠體制程之后，即將模具30移去；并接著進(jìn)行一植球程序，借此在各個(gè)基板10的背面10b上的焊墊12上焊接多個(gè)焊球(Solder Balls)，從而形成一球柵陣列50。
將模具30移除之后，封裝膠體40的一側(cè)邊會(huì)存在有氣泡41。但由于這些氣泡41是存在于基板10的封裝切割線13之外，因此可在后續(xù)的程序中將其切除，從而封裝膠體成品40上不會(huì)有氣泡。
請(qǐng)接著參閱圖7，接著進(jìn)行一分割程序；其中是利用一切割工具60沿載具20上的各個(gè)基板10的封裝切割線13切下，分割出若干個(gè)封裝單元70。在此分割程序中，由于封裝膠體40上的氣泡41是位于基板10的封裝切割線13之外，因此氣泡會(huì)被切除后，封裝膠體成品40沒有氣泡形成。此即完成本發(fā)明的球柵陣列式半導(dǎo)體芯片封裝制程。
總而言之，本發(fā)明提供了一種新穎的球柵陣列式半導(dǎo)體芯片封裝制程，其特點(diǎn)在于采用一特制的載具作為基板及芯片的封裝輔助工具。與現(xiàn)有技術(shù)比較，由于本發(fā)明是將注膠網(wǎng)關(guān)設(shè)置在載具上，因此不會(huì)妨礙到基版上的電路布局；而且可采用常用的二片式模具進(jìn)行成批量的模鑄程序，使得整體的封裝制程成本更低。此外，本發(fā)明不需要設(shè)置一排氣的孔洞在基板上，但仍可使得模鑄完成后封裝膠體不會(huì)存在氣泡。本發(fā)明因此較現(xiàn)有技術(shù)具有更佳的進(jìn)步性及實(shí)用性。
權(quán)利要求
1.一種球柵陣列式半導(dǎo)體芯片封裝制程，其特征在于，該制程包括下列步驟預(yù)制一批球柵陣列基板，各基板上預(yù)先定出一封裝切割線，并在各基板上安置至少一芯片；預(yù)制一載具，該載具形成有一連串的孔穴，且各孔穴是連通至一注膠網(wǎng)關(guān)；在該載具上的各孔穴中嵌入一基板；進(jìn)行一模鑄程序，以在載具上的各基板及芯片上形成一封裝膠體；進(jìn)行一植球程序，以在各基板的背面上形成一球柵陣列；以及進(jìn)行一分割程序，以將各基板從該載具上分割出來，得到一組成批的芯片封裝單元。
2.如權(quán)利要求1所述的球柵陣列式半導(dǎo)體芯片封裝制程，其特征在于，該載具的熱膨脹系數(shù)與各該基板的熱膨脹系數(shù)相當(dāng)。
3.如權(quán)利要求1所述的球柵陣列式半導(dǎo)體芯片封裝制程，其特征在于，該載具的材質(zhì)為FR4有機(jī)絕緣材料。
4.如權(quán)利要求1所述的球柵陣列式半導(dǎo)體芯片封裝制程，其特征在于，該載具的材質(zhì)為FR5有機(jī)絕緣材料。
5.如權(quán)利要求1所述的球柵陣列式半導(dǎo)體芯片封裝制程，其特征在于，該載具的材質(zhì)為BT有機(jī)絕緣材料。
6.如權(quán)利要求1所述的球柵陣列式半導(dǎo)體芯片封裝制程，其特征在于，各基板上的芯片是以一覆晶方式安置在該基板上。
7.如權(quán)利要求1所述的球柵陣列式半導(dǎo)體芯片封裝制程，其特征在于，在該模鑄程序中，是采用一種二片式模具進(jìn)行該封裝膠體模鑄程序。
8.如權(quán)利要求7所述的球柵陣列式半導(dǎo)體芯片封裝制程，其特征在于，該二片式模具的內(nèi)壁是定位在各基板的封裝切割線之外，但不超過該載具的孔穴的邊緣之外。
9.一種球柵陣列式半導(dǎo)體芯片封裝制程，其特征在于，它包括下列步驟預(yù)制一批球柵陣列基板，各基板上預(yù)先定出一封裝切割線，并在各基板上以一覆晶方式安置至少一芯片；預(yù)制一載具，該載具形成有一連串的孔穴，且各孔穴是連通至一注膠網(wǎng)關(guān)；在該載具上的各孔穴中嵌入一該基板；進(jìn)行一模鑄程序，在該載具上的各基板及芯片上形成一封裝膠體，其是采用一種二片式模具，并將該二片式模具的內(nèi)壁定位在各該基板的封裝切割線之外，但不超過該載具的孔穴的邊緣之外；進(jìn)行一植球程序，在各該基板的背面上形成一球柵陣列；以及進(jìn)行一分割程序，將各基板從該載具上分割出來，從而得到一組成批的芯片封裝單元。
10.如權(quán)利要求9所述的球柵陣列式半導(dǎo)體芯片封裝制程，其特征在于，該載具的熱膨脹系數(shù)與各基板的熱膨脹系數(shù)相當(dāng)。
11.如權(quán)利要求9所述的球柵陣列式半導(dǎo)體芯片封裝制程，其特征在于，該載具的材質(zhì)為FR4有機(jī)絕緣材料。
12.如權(quán)利要求9所述的球柵陣列式半導(dǎo)體芯片封裝制程，其特征在于，該載具的材質(zhì)為FR5有機(jī)絕緣材料。
13.如權(quán)利要求9所述的球柵陣列式半導(dǎo)體芯片封裝制程，其特征在于，該載具的材質(zhì)為BT有機(jī)絕緣材料。
全文摘要
一種球柵陣列式半導(dǎo)體芯片封裝制程，可以批量方式制造球柵陣列式半導(dǎo)體芯片封裝單元。此球柵陣列式半導(dǎo)體芯片封裝制程的特點(diǎn)在于采用一特制的載具作為基板及芯片的封裝輔助工具。與現(xiàn)有技術(shù)較，由于此芯片封裝制程是將注膠網(wǎng)關(guān)設(shè)置在載具上，因此不會(huì)妨礙基版上的電路布局；可采用常用的二片式模具進(jìn)行模鑄程序，使得整體的封裝制程具有較低的成本。此外，此芯片封裝制程不必在基板上設(shè)置排氣的孔洞，仍可使模鑄完成后封裝膠體不會(huì)有氣泡所造成的缺陷。因此該芯片封裝制程較現(xiàn)有技術(shù)具有更佳的進(jìn)步性及實(shí)用性。
文檔編號(hào)H01L21/50GK1490858SQ02130869
公開日2004年4月21日 申請(qǐng)日期2002年10月14日 優(yōu)先權(quán)日2002年10月14日
發(fā)明者普翰屏, 黃建屏, 黃致明 申請(qǐng)人:矽品精密工業(yè)股份有限公司