減少模封膠體內氣泡的壓縮模封方法與裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種減少模封膠體內氣泡的壓縮模封方法與裝置，其特征在于：在一加壓腔室提供壓縮模模具組，其包含有上模具與配置于該上模具下方的下模具，下模具有模穴和密封環(huán)；在上模具裝載基板，基板的預定封膠區(qū)朝下且對準該下模具的模穴，將基板設置與芯片通過焊線進行電性連接；加壓腔室還具有加壓口和排氣口，模穴內填入封裝材料；加熱下模具，使封裝材料熔融，并借加壓腔室提供一高于一大氣壓力的氣壓，排出或減少封裝材料內的氣泡；保持加熱加壓并下壓上模具，直到封裝材料密封芯片，其接觸至基板，并使封裝材料預固化成模封膠體，結合于基板；模封膠體成形之后，卸載基板。本發(fā)明的有益效果是：提升了制程良率、產品可靠度與使用壽命。
【專利說明】減少模封膠體內氣泡的壓縮模封方法與裝置
[0001]
【技術領域】
[0002]本發(fā)明涉及半導體裝置的封裝技術，特別系有關于一種減少模封膠體內氣泡的壓縮模封方法與裝置。
【背景技術】
[0003]為了提高先進芯片封裝結構的封膠質量來確保產品的可靠度，并提升制程生產力，有別于轉移成型的模封技術，目前已開發(fā)出一種適用于半導體封裝之壓縮模封方法，其可使熔融狀態(tài)之模封膠體包覆芯片，并在特定模具壓力下固化，相對于轉移成型，更能節(jié)省封裝材料在模具流道的浪費。但是，壓縮模封中由升溫至冷卻階段，封裝材料在填充時的固態(tài)或膠態(tài)熔融成液態(tài)進而固化的過程中因本身的空隙或是反應產生的氣體，使得已固化之模封膠體內產生有空孔，其系為氣泡殘留其中，減弱了產品的機械強度或客戶指定的產品重量。此外，模封膠體內有空孔或氣泡時，在熱循環(huán)制程中容易產生芯片與基板間熱膨脹而爆裂情形，而衍生出質量可靠度等問題。

【發(fā)明內容】

[0004]本發(fā)明的目的在于提供了一種減少模封膠體內氣泡的壓縮模封方法與裝置，用以解決上述的現(xiàn)有問題。
[0005]本發(fā)明的技術方案如下:一種減少模封膠體內氣泡的壓縮模封方法與裝置，其特征在于:在一加壓腔室提供一壓 縮模模具組，其包含有上模具與配置于該上模具下方的下模具，下模具具有一模穴和密封環(huán)；在上模具裝載一基板，基板的預定封膠區(qū)朝下且對準該下模具的模穴，將基板設置與芯片通過焊線進行電性連接，其芯片量為復數(shù)；加壓腔室還具有一加壓口和一排氣口，模穴內填入封裝材料；加熱下模具，使封裝材料熔融，并借加壓腔室提供一高于一大氣壓力的氣壓，排出或減少封裝材料內的氣泡；保持加熱加壓并下壓上模具，直到封裝材料密封芯片，其接觸至基板，并使封裝材料預固化成形為一模封膠體，結合于基板；模封膠體成形之后，卸載基板。
[0006]封裝材料預固化過程中，同時對該加壓腔室排氣并維持該氣壓在1.8至8大氣壓力(atm)之間。
[0007]封裝材料在填入時為粉末狀、顆粒狀或是膠膜狀。
[0008]本發(fā)明的有益效果是:可排出或減少封裝材料內的氣泡，避免芯片與基板間熱膨脹而爆裂問題，有效地提升了制程良率、產品可靠度與使用壽命。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0009]第I至6圖為本發(fā)明各步驟中元件的截面示意圖；
圖7為本發(fā)明應用在半導體封裝技術的主要流程方塊圖。[0010]圖中標示:10、加壓腔室，11、加壓口，12、排氣口，20、壓縮模模具組，21、上模具，22、下模具，23、模穴，24、密封環(huán)，110、基板，111、芯片，112、焊線，131、封裝材料，132、模封膠體。
【具體實施方式】
[0011]結合附圖，對本發(fā)明作進一步詳細說明。
[0012]如圖所示，本發(fā)明一種減少模封膠體內氣泡的壓縮模封方法與裝置，其特征在于:在一加壓腔室10提供一壓縮模模具組20，其包含有上模具21與配置于該上模具21的下方的下模具22,下模具22具有一模穴23和密封環(huán)24 ;在上模具21裝載一基板110,基板110的預定封膠區(qū)朝下且對準該下模具22的模穴23，將基板110設置與芯片111通過焊線112進行電性連接，其芯片量為復數(shù)；加壓腔室10還具有一加壓口 11和一排氣口 12，模穴23內填入封裝材料131 ;加熱下模具22，使封裝材料131熔融，并借加壓腔室10提供一高于一大氣壓力的氣壓，排出或減少封裝材料131內的氣泡；保持加熱加壓并下壓上模具21,直到封裝材料131密封芯片111，其接觸至基板110，并使封裝材料131預固化成形為一模封膠體132，結合于基板110 ;模封膠體132成形之后，卸載基板110。封裝材料131預固化過程中，同時對該加壓腔室10排氣并維持該氣壓在1.8至8大氣壓力(atm)之間。封裝材料131在填入時為粉末狀、顆粒狀或是膠膜狀。
[0013]首先，如圖1所示，壓縮模模具組20放置于該加壓腔室10內。上模具21與下模具22通常為金屬材質。模穴23應視預定封膠區(qū)的大小、數(shù)量與排列方式、和基板上所要形成的封裝膠體厚度的不同來作對應變化。
[0014]接著，如第2圖所示，裝載一基板110于上模具21?；?10的預定封膠區(qū)系朝下并對準模穴23。加壓腔室10內的氣壓系可設定為一大氣壓以上(蘭760 torr)。該基板110設置有復數(shù)個與該基板110電性連接的芯片111。具體而言，基板110系可為一印刷電路板、一導線架、一電路薄膜或各種芯片載板。通?；?10系為基板條型態(tài)，以供大量生產。將芯片111固定在該基板110的上表面，并進行一打線接合制程或覆晶接合制程使該芯片111與基板110電性連接。在本實施例中，芯片111利用復數(shù)個的焊線112電性連接至基板110，這些焊線112的材質可為金、銅、鋁或是金屬合金線。熟悉者亦可以視需要增加半導體芯片堆棧的數(shù)目，或/并將上述銲線接合的方式變更為卷帶自動接合或是其他形式。
[0015]之后，再如圖2所示，填入封裝材料131于模穴23內。其中，封裝材料131的主要材質為任何適用于半導體封裝特性要求之材料配方組成，主要成份有熱固化樹脂與無機填充料。封裝材料131在填入時可為粉末狀、顆粒狀或是膠膜狀。
[0016]之后，如圖3所示，加熱下模具22，使封裝材料131熔融，并藉由該加壓腔室10提供一高于一大氣壓力之氣壓，以排出或減少封裝材料131內氣泡，以提升制程良率、產品可靠度與使用壽命。在此所指的「大氣壓力」系為標準大氣壓力。具體而言，于此步驟中，將該加壓腔室10內的氣壓設定為高于一大氣壓力之氣壓，等到該加壓腔室10內的氣壓到達所設定的高于一大氣壓力之氣壓并穩(wěn)定后，此時該封裝材料131內的氣泡因受到較大壓力，其體積會縮小甚或消失，而空隙也會縮小。詳細而言，加壓腔室10內系可達一預定的固化溫度并維持在一預定之壓力，加壓腔室10具有一加壓口 11與一排氣口 12，將該封裝材料131填入于模穴23內后，可一面加壓一面加熱，當該加壓腔室10內持續(xù)升溫時，該封裝材料131會熔融而具有流動性，借由該加壓口 11持續(xù)提供氣體進入腔內，可同時對該加壓腔室10排氣并維持該正壓系在1.8至8大氣壓力(atm)之間，即在一大氣壓的環(huán)境下由該加壓口 11更施予導入的氣壓介于I至7 kg/cm2，使該加壓腔室10內之高溫氣體為高壓狀態(tài)流動，能擠壓出置于該加壓腔室10內的封裝材料131的氣泡(或揮發(fā)性溶劑)或使其縮小，并且揮發(fā)性溶劑將可由該排氣口 12排出，以使該加壓腔室10內具有良好的空氣氣氛。更細部而言，由該加壓口 11導入之加壓氣體可為干燥空氣、氮氣、或惰性氣體等，以使可能尚殘留于封裝材料131內部的氣泡容易更加縮小或排出，而潛在于熔融態(tài)封裝材料131的溶劑以及在芯片、基板等封裝元件內的水氣也會被排出。依此步驟，排氣口 12的排氣量系應設定為小于加壓口 11的進氣量，以使加壓腔室10內的壓力保持正壓以持續(xù)逼出或縮小封裝材料131內含的氣泡。
[0017]最后，如第3與4圖所示，保持加熱加壓并下壓上模具21，直到封裝材料131密封該些芯片111并接觸至基板110，并使該封裝材料131預固化成形為一結合于基板110的模封膠體132 (如第5圖所示)。詳細而言，在封裝材料131預固化過程中，可同時對該加壓腔室10排氣并維持該氣壓在1.8至8大氣壓力(atm)之間，加熱溫度可約在100°C至160°C之間。具體而言，當上模具21移近下模具22且接觸時，呈熔融狀態(tài)的封裝材料131會包覆這些芯片111，并同時在加熱條件下使封裝材料131以壓縮狀態(tài)變成半固化的較穩(wěn)定狀態(tài)。即在加熱加壓的同時，進行預固化成型，可視封裝材料131的特性設定固化參數(shù)。之后，再執(zhí)行后烘烤，使封裝材料131成為一密封性良好、化學安定性高、且絕緣的模封膠體132，以保護這些芯片111不受外界污染物的入侵而受到破壞。經由上述提供一高于一大氣壓力之氣壓加壓的作用，有效消除封裝材料131的內部氣泡，故不會在后續(xù)的熱循環(huán)制程中造成半導體裝置的爆米花效應而使半導體裝置失效。
[0018]較佳地，如第3與4圖所示，上模具21可包含一對準于該第一模穴23之外的密封環(huán)24，其具有彈性與耐熱性，用以當下壓上模具21時，阻擋封裝材料131溢膠。
[0019]此外，如5與6圖所示，在前述的壓縮模封方法中可另包含的步驟為:模封膠體132成形之后，卸載基板110。待完成該模封膠體132預固化制程而成形之后，可分離上模具21與下模具22，取出基板110。經后烘烤之后，可使用旋轉刀具或雷射切割工具對該模封膠體132以及基板110進行切割而制成復數(shù)個半導體封裝構造。
[0020]如圖7所示，為本發(fā)明的方法應用在半導體封裝技術的主要流程方塊圖，半導體封裝制程系主要包含以下步驟:1、晶圓研磨步驟；2、晶圓切割；3、黏晶；4、打線電性連接；
5、模封，6、植球；7封裝切割。其中步驟6是依封裝類型不同可為選擇性執(zhí)行、替換或省略，但不影響本方法可實施性的步驟。而本發(fā)明所揭示的減少模封膠體內氣泡的壓縮模封方法是可應用在步驟5模封中，并配合圖1至圖6詳細說明如后。
[0021]首先，執(zhí)行步驟I晶圓研磨，一晶圓包含有復數(shù)個一體未分離的芯片。該晶圓的基礎材質通常是硅、硅鍺化物及砷化鎵等半導體材料。該晶圓可具有一集成電路形成表面以及一背面。該晶圓在切割步驟之前先利用一研磨機構研磨該晶圓的背面使其薄化至適當?shù)暮穸取?br> [0022]接著，執(zhí)行步驟2晶圓切割，晶圓經研磨之后可以機械或雷射方式切割分離該晶圓，使其成為復數(shù)個芯片111 (如第2圖所示)。[0023]下一步，執(zhí)行步驟3黏晶，在芯片承載件(例如第2圖中所述的基板110)預定黏著芯片的位置上涂布膠黏劑，例如環(huán)氧樹脂、銀膠；或預先貼上膠片，例如雙面膠片，然后利用一芯片吸嘴將已分離的芯片111自晶圓上取出，并且放置于該基板110上。
[0024]然后，執(zhí)行步驟4打線電性連接，利用打線機將細金屬線連接芯片111與基板110。非限定地，這些芯片111除了可以打線電性連接之外，亦可以覆晶接合、引腳接合或是其它已知電性連接方式完成這些芯片111與基板110的電性互連。
[0025]接下來，執(zhí)行步驟5模封，即利用本發(fā)明所述的方法將上述的封裝材料131形成在基板110上并密封芯片111。特別的，可藉由加壓加熱固化模封膠體的步驟順序作為其中之一技術手段，利用將上模具21與下模具22置于壓力腔10內并在填料至預烘烤過程中提供一高于一大氣壓力之氣壓，可排出或減少封裝材料131內的氣泡，以提升制程良率、產品可靠度與使用壽命。
[0026]等到封裝材料131固化后，即可執(zhí)行步驟6植球，將復數(shù)個焊球設置在該基板110的下表面以對外連接。最后，執(zhí)行步驟7封裝切割，以機械或雷射方式切割分離該封裝材料131固化后的模封膠體132而制成復數(shù)個半導體封裝構造。經斷面分析，該模封膠體132內部的氣泡數(shù)量與尺寸相較于傳統(tǒng)抽真空的壓縮模封方式可有效縮小。
[0027]以上所述，僅是本發(fā)明的較佳實施例而已，并非對本發(fā)明作任何形式上的限制，雖然本發(fā)明已以較佳實施例如上所述，然而并非用以限定本發(fā)明，任何熟悉本項技術者，在不脫離本發(fā)明之技術范圍內，所作的任何簡單修改、等效性變化與修飾，均仍屬于本發(fā)明的技術范圍內。
【權利要求】
1.一種減少模封膠體內氣泡的壓縮模封方法與裝置，其特征在于: 在一加壓腔室(10)提供一壓縮模模具組(20),其包含有上模具(21)與配置于該上模具(21)下方的下模具(22)，下模具(22)具有一模穴(23)和密封環(huán)(24)； 在上模具(21)裝載一基板(110)，基板(110)的預定封膠區(qū)朝下且對準該下模具(22)的模穴(23)，將基板(110)設置與芯片(111)通過焊線(112)進行電性連接，其芯片量為復數(shù)； 加壓腔室(10)還具有一加壓口(11)和一排氣口(12)，模穴(23)內填入封裝材料(131)； 加熱下模具(22),使封裝材料(131)熔融,并借加壓腔室(10)提供一高于一大氣壓力的氣壓，排出或減少封裝材料(131)內的氣泡； 保持加熱加壓并下壓上模具(21 )，直到封裝材料(131)密封芯片(111 )，其接觸至基板(110)，并使封裝材料(131)預固化成形為一模封膠體(132)，結合于基板(110); 模封膠體(132 )成形之后，卸載基板(110)。
2.根據(jù)權利要求1所述的減少模封膠體內氣泡的壓縮模封方法，其特征在于:封裝材料(131)預固化過程中，同時對該加壓腔室(10)排氣并維持該氣壓在1.8至8大氣壓力(atm)之間。
3.根據(jù)權利要求1所述的減少模封膠體內氣泡的壓縮模封方法，其特征在于:封裝材料(131)在填入時為粉末狀、顆粒狀或是膠膜狀。
【文檔編號】H01L21/50GK103700596SQ201310657972
【公開日】2014年4月2日 申請日期:2013年12月9日 優(yōu)先權日:2013年12月9日
【發(fā)明者】朱科奇 申請人:寧波市鄞州科啟動漫工業(yè)技術有限公司