一种晶圆级封装工艺及晶圆级封装结构
阅读说明：本技术 一种晶圆级封装工艺及晶圆级封装结构 (Wafer level packaging process and wafer level packaging structure ) 是由 殷晨晖 陈�胜 江勇 虞亚运 于 2020-12-25 设计创作，主要内容包括：本发明涉及半导体封装技术领域,公开了一种晶圆级封装工艺及晶圆级封装结构。晶圆包括基板,基板上呈矩阵分布有多个功能区,每个功能区周围设置有焊垫,晶圆级封装工艺包括步骤：在覆盖板上制作支撑围堰,以形成呈矩阵分布的多个凹槽,支撑围堰包括用于围成凹槽的棱边,棱边的内侧端部凹设有锯齿段；通过丝网印刷工艺在支撑围堰上涂覆键合胶；将覆盖板及涂覆有键合胶的支撑围堰键合于晶圆上,支撑围堰通过键合胶与焊垫处紧密结合,功能区容纳于凹槽内。本发明的晶圆级封装工艺,不易污染功能区、封装效果好、成品率高。本发明晶圆级封装结构,其通过采用上述的晶圆级封装工艺,封装质量好。(The invention relates to the technical field of semiconductor packaging, and discloses a wafer level packaging process and a wafer level packaging structure. The wafer comprises a substrate, a plurality of functional areas are distributed on the substrate in a matrix manner, a welding pad is arranged around each functional area, and the wafer-level packaging process comprises the following steps: manufacturing a supporting cofferdam on the covering plate to form a plurality of grooves distributed in a matrix shape, wherein the supporting cofferdam comprises edges for enclosing the grooves, and sawtooth sections are concavely arranged at the inner side end parts of the edges; coating bonding glue on the supporting cofferdam by a screen printing process; the covering plate and the supporting cofferdam coated with the bonding glue are bonded on the wafer, the supporting cofferdam is tightly combined with the welding pad through the bonding glue, and the functional area is accommodated in the groove. The wafer level packaging process is not easy to pollute the functional area, and has good packaging effect and high yield. The wafer level packaging structure has good packaging quality by adopting the wafer level packaging process.)
技术领域
本发明涉及半导体封装技术领域，尤其涉及一种晶圆级封装工艺及晶圆级封装结构。
背景技术
晶圆级封装工艺相对于传统封装工艺而言，其在封装过程中是以晶圆(每个晶圆呈矩阵设置有多个芯片)为单位，将晶圆整体封装后再以芯片为单位进行切割。
如图1所示，晶圆100′包括基板101′，基板101′上呈矩阵设置有多个功能区102′(图1仅展示了基板101′上一个功能区102′处的结构)，每个功能区102′的周围设置若干个焊垫103′，焊垫103′用于实现晶圆100′与外部结构的电性连接。现有技术中，如图2和图3所示，晶圆100′的封装过程大致包括：制作适当尺寸的覆盖板200′；在覆盖板200′上制作支撑围堰300′，并形成凹槽400′；通过滚筒600′进行滚胶的方式在支撑围堰300′上附着键合胶700′；将附着有键合胶700′的支撑围堰300′和覆盖板200′一起键合在晶圆100′上，支撑围堰300′与焊垫103′部分紧密结合，凹槽400′和基板101′将功能区102′包覆在一个封闭的空间内。但是，一方面，如图2所示，滚筒滚胶时，尤其是对于功能区尺寸较大的晶圆，支撑围堰面积占比较小，胶水容易掉落在支撑围堰300′与覆盖板200′形成的凹槽400′内形成残留胶，在键合后残留胶可能会污染功能区102′；另一方面，如1所示，基板101′的焊垫103′处往往设置有沉槽104′，在将支撑围堰300′键合在基板101′上时，如图3所示，键合胶700′会填充进沉槽104′内，而滚筒滚胶的方式所能涂覆的键合胶700′厚度有限，因此在将支撑围堰300′和晶圆100′压紧后，键合胶700′无法充分填平而在焊垫103′附近产生气泡500′，导致最终的晶圆封装结构不良品率增加。
因此，亟需发明一种晶圆级封装工艺及晶圆级封装结构来解决上述技术问题。
发明内容
本发明的第一个目的在于提出一种晶圆级封装工艺，不易污染功能区、封装效果好、成品率高。
本发明的第二个目的在于提出一种晶圆级封装结构，其通过采用上述的晶圆级封装工艺，封装质量好。
为达此目的，本发明采用以下技术方案：
一种晶圆级封装工艺，晶圆包括基板，基板上呈矩阵分布有多个功能区，每个所述功能区周围设置有焊垫，所述晶圆级封装工艺包括步骤：
在覆盖板上制作支撑围堰，以形成呈矩阵分布的多个凹槽，所述支撑围堰包括用于围成所述凹槽的棱边，所述棱边的内侧端部凹设有锯齿段；
通过丝网印刷工艺在所述支撑围堰上涂覆键合胶；
将所述覆盖板及涂覆有所述键合胶的所述支撑围堰键合于所述晶圆上，所述支撑围堰通过所述键合胶与所述焊垫处紧密结合，所述功能区容纳于所述凹槽内。
可选地，所述支撑围堰的拐角位置内侧设置有弧形凹槽，所述弧形凹槽的两端分别与位于相邻两个所述棱边上的所述锯齿段连接。
可选地，所述支撑围堰的所述棱边的长度为L1，该棱边上的所述锯齿段的长度为L2，其中，L1/12≤L2≤L1/8。
可选地，所述锯齿段包括多个锯齿，每个所述锯齿的截面均为正三角形。
可选地，所述丝网印刷工艺涂覆的所述键合胶的厚度为15～20μm。
可选地，所述支撑围堰的所述棱边的宽度为D2，所述丝网印刷工艺所采用的丝网上与该棱边对应的网孔宽度为D1，其中，D2/4≤D1≤D2/2。
可选地，所述支撑围堰的材质为感光胶，所述支撑围堰的制作过程包括：在所述覆盖板上涂覆感光胶层，对所述感光胶层进行曝光和显影工艺，以形成所述支撑围堰。
可选地，所述覆盖板为硅片，在所述覆盖板一侧开设所述凹槽以形成所述支撑围堰。
可选地，在所述覆盖板上开设所述凹槽的步骤包括：
采用光刻的方法在所述硅片的表面制作出待开槽区域；采用干法刻蚀或湿法腐蚀硅的方式在所述待开槽区域刻蚀出所述凹槽；或
采用激光烧蚀方法，直接在所述硅片上制作出所述凹槽。
一种晶圆级封装结构，采用所述的晶圆级封装工艺制成。
本发明有益效果为：
本发明的晶圆级封装工艺，在支撑围堰上涂覆键合胶的过程采用丝网印刷工艺，一方面，覆胶过程不会在凹槽内滴落残胶，保证凹槽内的清洁，避免后续封装后对功能区造成污染；另一方面，丝网印刷工艺能实现涂覆较厚的键合胶层，故在将支撑围堰盖设在晶圆上并进行压合时，能够保证有足够的键合胶充分填满焊垫处的沉槽，从而避免产生气泡，提高封装质量，提高良品率；此外，支撑围堰的棱边的内侧端部(即内侧拐角位置)凹设有锯齿段，故在将支撑围堰与晶圆压合过程中，锯齿段不仅能够增加支撑围堰对键合胶的附着效果，且形成了一定的可以容纳溢出的键合胶的空间，因此能够避免键合胶从支撑围堰内侧溢出到功能区上，进一步避免功能区的污染。本发明的晶圆级封装工艺，不易污染功能区、封装效果好、成品率高。
本发明的第二个目的在于提出一种晶圆级封装结构，其通过采用上述的晶圆级封装工艺，封装质量好、成品率高。
附图说明
图1是晶圆的截面结构示意图；
图2是现有技术中通过滚筒滚胶方式涂覆键合胶时的示意图；
图3是采用现有技术的晶圆级封装工艺制作的晶圆级封装结构的截面示意图；
图4是本发明施例一提供的第一种晶圆级封装工艺的工艺流程图；
图5是本发明晶圆级封装工艺实施例一中在覆盖板上制作支撑围堰后的俯视图；
图6是图5中的A-A剖视图；
图7是本发明晶圆级封装工艺实施例一中在支撑围堰上涂覆键合胶时的示意图；
图8是采用本发明晶圆级封装工艺实施例一制作的晶圆级封装结构的示意图；
图9是本发明施例一提供的第二种晶圆级封装工艺的工艺流程图。
图中：
100′-晶圆；101′-基板；102′-功能区；103′-焊垫；104′-沉槽；
200′-覆盖板；300′-支撑围堰；400′-凹槽；500′-气泡；600′-滚筒；700′-键合胶；
100-晶圆；101-基板；102-功能区；103-焊垫；
2-覆盖板；
3-支撑围堰；31-锯齿段；32-弧形凹槽；
4-键合胶；
5-凹槽；
6-丝网；
7-刮刀。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。
在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”、“固定”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
在本实施例的描述中，术语“上”、“下”、“右”、等方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述和简化操作，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅仅用于在描述上加以区分，并没有特殊的含义。
实施例一
本实施例提供了一种晶圆级封装工艺，其可用于对晶圆100进行封装。晶圆100包括基板101，基板101上呈矩阵分布有多个功能区102，每个功能区102周围设置有焊垫103。本实施例的晶圆级封装工艺尤其适用于对功能区102尺寸不小于3mm×5mm的晶圆100进行封装。
如图4-图8所示(其中图5-图8仅展示了晶圆100上一个功能区102范围内的结构)，晶圆级封装工艺包括步骤：
如图5和图6所示，在覆盖板2上制作支撑围堰3，以形成呈矩阵分布的多个凹槽5，支撑围堰3包括用于围成凹槽5的棱边，棱边的内侧端部凹设有锯齿段31；
如图7所示，通过丝网印刷工艺在支撑围堰3上涂覆键合胶4；
如图8所示，将覆盖板2及涂覆有键合胶4的支撑围堰3键合于晶圆100上，支撑围堰3通过键合胶4与焊垫103处紧密结合，功能区102容纳于凹槽5内。
本实施例的晶圆级封装工艺，在支撑围堰3上涂覆键合胶4的过程采用丝网印刷工艺，一方面，覆胶过程不会在凹槽5内滴落残胶，保证凹槽5内的清洁，避免后续封装后对功能区102造成污染；另一方面，丝网印刷工艺能实现涂覆较厚的键合胶4，故在将支撑围堰3盖设在晶圆100上并进行压合时，能够保证有足够的键合胶4充分填满焊垫103处的沉槽，从而避免产生气泡，提高封装质量，提高良品率。然而，在支撑围堰3与晶圆100压合时，键合胶4容易从支撑围堰3所形成的凹槽5的拐角部位发生溢胶问题，进而污染功能区102，而本实施例在支撑围堰3的棱边的内侧端部(即内侧拐角位置)，凹设有锯齿段31，锯齿段31不仅能够增加支撑围堰3对键合胶4的附着效果，且锯齿段31形成了一定的可以容纳溢出的键合胶4的空间，因此能够避免键合胶4从支撑围堰3内侧溢出到功能区102上，进一步避免功能区102的污染。本实施例的晶圆级封装工艺，不易污染功能区102、封装效果好、成品率高。
优选地，如图5所示，支撑围堰3的棱边的长度为L1，该棱边上的锯齿段31的长度为L2，其中，L1/12≤L2≤L1/8。在此长度范围内，既能够保证键合胶4不会溢出到功能区102，且尽量控制锯齿段31的长度，从而有利于降低支撑围堰3的成型难度。进一步地，锯齿段31包括多个锯齿，每个锯齿的截面均为正三角形，正三角形的具体结构对键合胶4的附着效果好，且其形成的能够容纳的键合胶4的空间大，从而进一步避免键合胶4溢出到功能区102。
优选地，如图5所示，支撑围堰3的拐角位置内侧设置有弧形凹槽32，弧形凹槽32的两端分别与位于相邻两个棱边上的锯齿段31连接。弧形凹槽32能够进一步提高支撑围堰3对溢出的键合胶4的容纳量，从而进一步保证键合胶4不会溢出到功能区102，提高整个晶圆级封装结构的封装质量。
如图7所示，采用丝网印刷工艺对支撑围堰3涂覆键合胶4的过程为，将丝网6放置在支撑围堰3上方，且丝网6的网孔与支撑围堰的分布位置和形状相对应，刮刀7上粘附有键合胶，刮刀7在丝网6上往复刮动，实现将键合胶4涂覆在支撑围堰上。优选地，在支撑围堰3上涂敷的键合胶4的厚度为15～20μm，从而在压合过程中，有足够的键合胶4填充焊垫103上方的沉槽，保证键合胶4不会产生气泡。进一步地，如图7所示，支撑围堰3的棱边的宽度为D2，丝网印刷工艺所采用的丝网6上与该棱边对应的网孔宽度为D1，其中，D2/4≤D1≤D2/2，保证在支撑围堰3与晶圆100压合时，键合胶4能够充分覆盖支撑围堰3，且尽量不溢出。
本实施例中，支撑围堰3的材质为感光胶，支撑围堰3的制作过程包括：在覆盖板2上涂覆感光胶层，对感光胶层进行曝光和显影工艺，以形成支撑围堰3，以上成型支撑围堰3的方法能够方便地成型锯齿段31和弧形凹槽32，且精度高。具体地，感光胶可以为环氧树脂胶、聚酰亚胺胶、苯并环丁烯胶等，在此不做具体限定。
优选地，如图9所示，本实施例的晶圆级封装工艺还包括：在将支撑围堰3与晶圆100键合后，将焊垫103电性引出覆盖板2的外侧，并将焊垫103与焊接锡球电性连接。从而便于封装结构在后续使用过程中，直接通过焊接锡球与其他结构进行电性连接。需要说明的是，将焊垫103电性引出覆盖板2及将焊垫103与焊接锡球电性连接的工艺方法为现有技术，在此不再赘述。进一步地，如图9所示，在连接好焊接锡球后，以功能区102为单位对封装结构进行切割，从而形成多个芯片。
本实施例还提供了一种晶圆级封装结构，其通过采用上述的晶圆级封装工艺，封装质量好、良品率高。
实施例二
本实施例与实施例一的不同之处在于，覆盖板2和支撑围堰3一体成型，覆盖板2为硅片，在覆盖板2一侧开设凹槽5以形成支撑围堰3。具体地，在覆盖板2上开设凹槽5的步骤包括：采用光刻的方法在硅片的表面制作出待开槽区域；采用干法刻蚀或湿法腐蚀硅的方式在待开槽区域刻蚀出凹槽5，从而形成支撑围堰3。当然，在其他实施例中，凹槽5还可以采用激光烧蚀方法，直接在硅片上制作出凹槽5，步骤更简洁。
显然，本发明的上述实施例仅仅是为了清楚说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定，对于本领域的普通技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。
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