加强结构以及用于控制安装在衬底上的芯片翘曲的方法
【专利摘要】本发明公开了一种半导体器件，包括衬底、安装在衬底上的管芯、接合至管芯的加强板和将加强板连接至管芯的粘合层。本发明还公开了一种加强结构以及用于控制安装在衬底上的芯片翘曲的方法。
【专利说明】加强结构以及用于控制安装在衬底上的芯片翘曲的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及半导体【技术领域】，更具体地，涉及加强结构以及用于控制安装在衬底上的芯片翘曲的方法。
【背景技术】
[0002]半导体集成电路(IC)工业经历了快速增长。在IC材料和设计方面的技术改进产生了数代1C，每一代都比先前的代具有更小更复杂的电路。然而，这些改进增加了加工和制造IC的复杂性，为了实现这些改进，需要在IC加工和制造方面的类似的发展。在IC发展的过程中，功能密度(例如，每一芯片面积上互连器件的数目)通常增大而几何尺寸(例如，使用制造工艺可以制造的最小的部件)却缩小。随着几何尺寸的缩小，IC的封装工艺面临更大的挑战。
[0003]目前封装工艺的一种使用“倒装芯片”技术，其中在后SMT(表面安装)工艺中将芯片倒置并与载具衬底接合。现有的倒装芯片接合工艺中的温度变化可能导致过多的热应力，这可能导致芯片封装件的翘曲。图1示出具有安装到衬底I1上的芯片120的半导体器件，并且半导体器件经历由管芯120和衬底110之间的CTE (热膨胀系数)错配引起的翘曲。由于管芯120和衬底110在倒装芯片接合工艺期间经历温度变化，所以管芯120和衬底110将以依据它们各自的热膨胀系数的速率收缩。在管芯120的CTE和衬底110的CTE之间常常存在错配。这种CTE的错配意味着管芯120和衬底110以不同的速率收缩，这在管芯120和衬底110之间产生应力。
[0004]在一个实例中，由于芯片和通常由聚酰亚胺和铜层形成的柔性衬底之间CTE方面的大的错配，管芯的翘曲可以大到100 μ m。这样的大翘曲可能超出许多传感器应用系统(诸如光学和电容型指纹识别系统)所需的表面平坦度要求(例如，20-30 μ m)。
[0005]虽然可以通过简单地增大管芯的厚度来有效减少后SMT管芯翘曲，但是整体封装件堆叠高度的限制(这在所有使用柔性衬底的应用中事实上都采用)使得这并不是一个可行的选择。
【发明内容】
[0006]为了解决现有技术中所存在的问题，根据本发明的一个方面，提供了一种半导体器件，包括:
[0007]衬底；
[0008]安装在所述衬底上的管芯；
[0009]接合至所述管芯的加强板；以及
[0010]将所述加强板连接至所述管芯的粘合层。
[0011]在可选实施例中，所述衬底是柔性衬底。
[0012]在可选实施例中，所述加强板包括玻璃。
[0013]在可选实施例中，所述加强板包括金属。[0014]在可选实施例中，所述金属是铜或不锈钢。
[0015]在可选实施例中，所述加强板包括陶瓷。
[0016]在可选实施例中，所述加强板具有约50 μ m至约250 μ m的厚度。
[0017]在可选实施例中，所述加强板是层压板。
[0018]在可选实施例中，所述加强板具有用于接纳所述粘合层的至少一个凹口。
[0019]在可选实施例中，所述粘合层包括胶粘剂或胶带。
[0020]根据本发明的另一方面，还提供了一种半导体器件，包括:
[0021]衬底；
[0022]安装在所述衬底上的管芯；
[0023]接合至所述衬底的加强板；以及
[0024]将所述加强板连接至所述衬底的粘合层。
[0025]在可选实施例中，所述加强板包括玻璃、金属或陶瓷。
[0026]在可选实施例中，所述加强板具有约50 μ m至约250 μ m的厚度。
[0027]在可选实施例中，所述粘合层包括胶粘剂或胶带。
[0028]根据本发明的又一方面，还提供了一种封装半导体器件的方法，包括:
[0029]将管芯接合至衬底；以及
[0030]通过粘合层将加强板接合至所述管芯。
[0031]在可选实施例中，通过热接合工艺或粘合工艺将所述加强板接合至所述管芯。
[0032]在可选实施例中，将所述粘合层接合至邻近所述加强板的角部的凹口。
[0033]在可选实施例中，所述粘合层是选自基本上由胶粘剂、胶带、UV胶带、光学透明UV胶带和它们的组合所组成的组的材料。
[0034]在可选实施例中，所述粘合层接合至邻近所述加强板的相应角部的多个凹口。
[0035]在可选实施例中，所述加强板由选自基本上由硼硅酸盐玻璃、铝硅酸盐玻璃、碱性钡娃酸盐玻璃或者石英所组成的组的材料形成。
【专利附图】
【附图说明】
[0036]当结合附图阅读时，根据以下详细的描述可以更好地理解本发明的实施例。应该强调，根据工业中的标准实践，各种部件没有按比例绘制。事实上，为清楚论述起见，各种部件的尺寸可以任意地增大或缩小。
[0037]图1是具有安装到衬底上的管芯的半导体器件并且该半导体器件经历由管芯和衬底之间的CTE错配引起的翘曲的侧视图；
[0038]图2-4是根据本发明各种实施例的半导体器件的截面图。
【具体实施方式】
[0039]在以下描述中，给出具体细节以提供对本发明实施例的深入理解。然而，本领域技术人员应该认识到可以在没有这些具体细节的情况下实施本发明的实施例。在一些情况下，不再详细描述已知的结构和工艺以避免对本发明的实施例造成不必要的模糊。
[0040]在整个说明书中参考“一个实施例”或“一实施例”意味着结合实施例所描述的具体的部件、结构或特征包括在本发明的至少一个实施例中。因而，说明书中各处出现的短语“一个实施例”或“一实施例”不一定指相同的实施例。而且，在一个或多个实施例中可以以任何合适的方式结合这些具体的部件、结构或特征。应该理解，以下附图没有按比例绘制，相反，这些附图仅用于说明。
[0041]图2-4是根据本发明各种实施例的半导体器件的截面图。应该理解，简化图2-4是为了更好地理解本发明的发明构思。应该认识到，本文所描述的材料、几何形状、尺寸、结构和工艺参数仅是示例性的，不打算并且不应该解释为在此限制本发明。一旦阅读本发明，许多替代和修改对于本领域技术人员将是显而易见的。
[0042]参考图2，提供半导体器件100 (可选地可称为封装件)。半导体器件100包括管芯120 (也称为芯片)。管芯120可以是集成电路(IC)芯片、芯片上系统(SoC)或者它们的部分，管芯120可以包括各种无源微电子器件和有源微电子器件(未示出)，诸如电阻器、电容器、电感器、二极管、金属氧化物半导体场效应(MOSFET)晶体管、互补金属氧化物半导体(CMOS)晶体管、双极结型晶体管(BJT)、横向扩散MOS (LDMOS)晶体管、高功率MOS晶体管、其他类型的晶体管或者其他类型的器件。作为实例，管芯120可以包括存储器件、逻辑器件或者其他类型的电路。在所描述的实施例中，将管芯120倒置并且接合至载具衬底或衬底110。衬底110可以是例如硅衬底、塑料衬底、具有聚酰亚胺和铜层的柔性衬底、层压衬底、陶瓷衬底、中介层或者任何其他合适的支撑衬底。
[0043]将管芯120的有源表面与衬底110的表面电连接。通过任何合适的方法将管芯120接合至衬底110。例如，管芯120可以包括互连结构(未示出)和位于互连结构上方的接合焊盘，并且可以在接合焊盘上分别形成焊球或焊料凸块。可以将焊球与衬底110上的接合焊盘对准并且使焊球与接合焊盘接触，从而在管芯120和衬底110之间形成电连接。
[0044]根据本发明的一个方面，为了减少和/或阻止由管芯120和载具衬底110之间的CTE错配导致的翘曲，通过粘合层130将加强结构或加强板140接合至管芯120。在一个示例性的实施例中，作为实例，加强板140包括玻璃材料，诸如硼硅酸盐玻璃、铝硅酸盐玻璃、碱性钡硅酸盐玻璃或者石英。在一些实施例中，加强板140例如可以包括主要成分S12与一种或多种元素以实现用于玻璃的期望特性。加强板140可以包括单一玻璃层或多个玻璃层。在一些其他的实施例中，加强板140包括诸如铜或不锈钢的金属、陶瓷、塑料或者其他合适的材料。加强板140可以包括单一层或层压层。在一些实施例中，加强板140具有约50 μ m至约250 μ m的厚度。
[0045]根据一些实施例，通过粘合工艺、热接合工艺、压力接合工艺、它们的组合或者其他类型的接合工艺将加强板140连接至管芯120。在粘合工艺中，通过粘合层130将加强板140接合至管芯120，作为实例，粘合层130可以包括胶粘剂、胶带、UV胶带、光学透明UV胶带或者一些其他合适的粘合剂。胶粘剂可以包括诸如苯并环丁烯(BCB)或SU-8的材料，作为实例，SU-8可以包括环氧树脂、Y 丁内酯和三芳基锍盐(triaryl sulfonium salt),然而可选地可以使用其他材料。在一个示例性实施例中，在管芯120外围施用粘合层130。现转向图3，根据本发明的另一方面，加强板140具有邻近其角部的用于接纳粘合层130的凹陷或凹口 η。凹陷或凹口 η的作用是将粘合层130限制在管芯120的外围区域并且帮助加强板140更好地接合至管芯120。这是因为粘合层130除了接触加强板140和管芯120的表面之外还接触加强板140中的凹口 η。由于凹口 η可以具有任何预期的形状、尺寸或深度，所以示出的凹口 η不旨在用于限制。而且，虽然示出两个凹口，但是预期凹口具有任何数目和/或位置。在一些实施例中，凹口 η是环状。在一些其他的实施例中，凹口 η是加强板140中的离散的凹陷或凹槽。
[0046]图4是根据本发明另一实施例的半导体器件100的截面图。在这个实施例中，通过粘合层130将加强板140接合至衬底110。在一个示例性实施例中，作为实例，加强板140包括玻璃材料，诸如硼硅酸盐玻璃、铝硅酸盐玻璃、碱性钡硅酸盐玻璃或者石英。例如，在一些实施例中，加强板140可以包括主要成分S12与一种或多种元素以实现用于玻璃的期望特性。加强板140可以包括单一玻璃层或多个玻璃层。在一些其他的实施例中，加强板140包括诸如铜或不锈钢的金属、陶瓷、塑料或者其他合适的材料。加强板140可以包括单层或层压层。在一些实施例中，加强板140具有约50 μ m至约250 μ m的厚度。
[0047]根据一些实施例，通过粘合工艺、热接合工艺、压力接合工艺、它们的组合或者其他类型的接合工艺将加强板140连接至衬底110。在粘合工艺中，加强板140通过粘合层130接合至衬底110，粘合层130可以包括胶粘剂、胶带或者一些其他合适的粘合剂。胶粘剂可以包括诸如苯并环丁烯(BCB)或者SU-8的材料，SU-8可以包括环氧树脂、Y 丁内酯和三芳基锍盐，但是可以可选地使用其他材料。
[0048]本发明提供能够加强和减少倒装芯片封装件的翘曲的加强结构，尤其是在后SMT(表面安装)工艺中的那些翘曲。例如，相比于传统的封装件，本发明包括具有加强板的载具衬底的封装件可以减少约80%的封装件翘曲。因而本发明的加强板改善了倒装芯片封装件的机械和/或热性能。不同的实施例可以具有不同的优点，并且没有特定的优点是任何实施例必须具备的。
[0049]本发明描述了各种不例性实施例。根据一个实施例，一种半导体器件包括衬底、安装在衬底上的管芯、接合至管芯的加强板和将加强板连接至管芯的粘合层。
[0050]根据另一实施例，一种半导体器件包括衬底、安装在衬底上的管芯、接合至衬底的加强板和将加强板连接至衬底的粘合层。
[0051]根据又一实施例，一种封装半导体器件的方法包括:将管芯接合至衬底，和将加强板接合至管芯，其中通过粘合层将加强板接合至管芯。
[0052]在前述详细的描述中，描述了具体的示例性实施例。然而，在不背离本发明的较宽的精神和范围的情况下可以作出各种修改、结构、工艺和变化，这对于本领域技术人员来说是显而易见的。因此，说明书和附图被认为是示例性的而不用于限制。应该理解，本发明的实施例能够使用各种其他的组合和环境并且能够在权利要求的范围内变化或修改。
【权利要求】
1.一种半导体器件，包括: 衬底； 安装在所述衬底上的管芯； 接合至所述管芯的加强板；以及 将所述加强板连接至所述管芯的粘合层。
2.根据权利要求1所述的半导体器件，其中，所述衬底是柔性衬底。
3.根据权利要求1所述的半导体器件，其中，所述加强板包括玻璃。
4.一种半导体器件，包括: 衬底； 安装在所述衬底上的管芯； 接合至所述衬底的加强板；以及 将所述加强板连接至所述衬底的粘合层。
5.根据权利要求4所述的半导体器件，其中，所述加强板包括玻璃、金属或陶瓷。
6.根据权利要求4所述的半导体器件，其中，所述加强板具有约50μ m至约250 μ m的厚度。
7.根据权利要求4所述的半导体器件，其中，所述粘合层包括胶粘剂或胶带。
8.一种封装半导体器件的方法，包括: 将管芯接合至衬底；以及 通过粘合层将加强板接合至所述管芯。
9.根据权利要求8所述的方法，其中，通过热接合工艺或粘合工艺将所述加强板接合至所述管芯。
10.根据权利要求8所述的方法，其中，将所述粘合层接合至邻近所述加强板的角部的凹口。
【文档编号】H01L21/50GK104037136SQ201310236871
【公开日】2014年9月10日 申请日期:2013年6月14日 优先权日:2013年3月8日
【发明者】余振华, 侯上勇, 谢政杰, 林宗澍 申请人:台湾积体电路制造股份有限公司