半导体器件的封装结构及其制作方法与流程

本发明涉及半导体封装结构，尤其是一种功能区需要空腔工作环境的半导体器件的封装结构及其制作方法。

背景技术：

一些半导体器件，功能元件需要空腔作为工作环境，所以在封装过程中需加一盖板，并在功能元件区形成空腔。以声表面滤波设备为例，因产品性能和设计功能需求，需要保证滤波芯片功能区域不接触任何物质，即芯片功能区需要提供空腔的工作环境。声表面波滤波器以钽酸锂作为衬底，对于目前芯片晶圆用特殊材料做衬底，其尺寸较小，仅有4寸或6寸晶圆产出。为匹配封装能力，提高产量，缩小封装尺寸，一般将芯片重组成大尺寸的晶圆，采用晶圆级封装。

专利201610158823.6公开了一种重组晶圆，并用硅或高阻硅晶圆做为声表面波滤波器(sawfilter)的盖板，再在硅盖板上做硅通孔tsv，露出芯片的焊垫，之后用金属线路将焊垫电性通过硅通孔引到表面。高阻硅成本较高，在硅盖板上制作硅通孔制程复杂，且成本高。硅为半导体材质，其上铺线路还必须做绝缘设计。

技术实现要素：

为了解决上述技术问题，本发明提出一种减少封装制程、降低生产成本、提高产品可靠性的半导体器件的封装结构及其制作方法。

本发明的技术方案是这样实现的：

一种半导体器件的封装结构，包括含有功能面和与其相对的非功能面的芯片，所述芯片的功能面含有位于中部的功能区和位于四周的若干焊垫，其特征在于：还包括一聚合物材料的盖板，所述盖板正面与所述芯片的功能面之间通过围堰键合在一起，所述围堰覆盖在所述功能区周边的焊垫上，所述盖板背面形成有贯穿盖板及围堰、并与所述芯片的焊垫电连接的导电结构；

或者，所述围堰介于所述功能区和所述焊垫之间，所述焊垫通过金属引线或焊球与外界电连接。

进一步的，聚合物材料的所述盖板为干膜材料，所述干膜材料的介电常数高于2、电阻率高于1000ω·cm、刚性强度>4gpa。

进一步的，所述围堰为干膜材料或光刻胶，所述围堰的高度为5μm-15μm。

进一步的，所述盖板厚度为30～60um。

进一步的，所述芯片为声表面波滤波芯片。

一种半导体器件的封装结构的制作方法，包括以下步骤：

a.提供一半导体芯片晶圆，将所述晶圆切割成若干单颗芯片，所述芯片具有功能面和与其相对的非功能面，所述芯片的功能面具有位于中部的功能区和位于周边的若干焊垫；

b.提供一晶圆载板，将各芯片重新排布在所述晶圆载板上，形成重组晶圆，其中，各芯片的非功能面通过贴片胶键合在所述晶圆载板上，使各芯片的功能面朝外，相邻芯片之间具有间隙；

c.在键合后的各芯片外表面铺设一层第一干膜或光刻胶，对该第一干膜或光刻胶进行刻蚀或光刻，形成环绕各芯片的功能区且暴露其对应的芯片的焊垫的围堰；

d.在各芯片的围堰上表面黏贴一层第二干膜，对该第二干膜进行刻蚀或光刻，形成盖在各芯片上且暴露芯片的焊垫的盖板；

e.在将芯片暴露的焊垫的电性通过导电结构引出至盖板外表面后，将所述芯片与所述晶圆载板解键合；或者，在所述芯片与所述晶圆载板解键合后，将芯片暴露的焊垫的电性通过金属引线或焊球引出至外部电路。

进一步的，步骤c中形成的各芯片的围堰包括介于芯片的功能区和焊垫内侧之间的焊垫内围堰和自该焊垫内围堰向外延伸至芯片边缘仅露出焊垫的焊垫外围堰；且步骤d中形成的盖板包括键合在所述焊垫内围堰上覆盖功能区的焊垫内盖板和自该焊垫内盖板向外延伸至芯片边缘仅露出焊垫的焊垫外盖板；各芯片的盖板及围堰暴露焊垫的开口内形成有电连接焊垫的导电结构，该导电结构将焊垫的电性引出至盖板的外表面上。

进一步的，步骤c中形成的各芯片的围堰仅包括介于芯片的功能区和焊垫内侧之间的焊垫内围堰；且步骤d中形成的盖板仅包括键合在所述焊垫内围堰上覆盖功能区的焊垫内盖板；各芯片暴露的焊垫通过金属引线或焊球与外界电连接。

本发明的有益效果是：本发明提供了一种半导体器件的封装结构及其制作方法，采用可光刻的聚合物材料盖板取代现有硅盖板或高阻硅盖板，与围堰键合形成空腔，比如，采用可光刻的干膜材料(聚合物材料的一种)做盖板，可以省去硅晶圆盖板的tsv工艺成本；采用高介电常数高电阻率的干膜，可以省去空腔与金属线路之间的绝缘材料，且对于射频产品来说，可以屏蔽因硅片带来的信号干扰；干膜材料本身有特殊的刚性强度，可以减少可靠性测试中，因热膨胀系数不同带来的刚性挤压拉伸带来的产品失效风险。本发明从产品封装制程角度，可减少30％以上的制程周期；从产品成本角度，可减少30％以上费用；从产品质量角度，提升了可靠性。

附图说明

图1为本发明一实施例中将各芯片重新排布在晶圆载板上形成重组晶圆的示意图；

图2为本发明一实施例中在重组晶圆的各芯片上铺设第一干膜的示意图；

图3为本发明一实施例中对各芯片上的第一干膜进行刻蚀或光刻形成围堰的示意图；

图4为本发明一实施例中在围堰上铺设第二干膜的示意图；

图5为本发明一实施例中对第二干膜进行刻蚀或光刻形成盖板的示意图；

图6为本发明一实施例中各芯片的盖板外表面上形成有电连接焊垫的导电结构的示意图；

图7为本发明一实施例中铺设防焊层并制作焊料凸点的示意图；

图8为本发明一实施例中分离各芯片后形成的半导体器件的封装结构的示意图；

图9为本发明另一实施例中在重组晶圆的各芯片上铺设第一干膜并刻蚀或光刻形成围堰的示意图；

图10为本发明另一实施例中在围堰上铺设第二干膜的示意图；

图11为本发明另一实施例中对第二干膜进行刻蚀或光刻形成盖板的示意图；

图12为本发明另一实施例中分离各芯片并与电路板贴合的示意图；

图13为本发明另一实施例中将芯片的焊垫与电路板进行打金属线连接的示意图；

100—芯片，110-功能面，120-非功能面，101—焊垫，200-晶圆载板，300-第一干膜，301-围堰，400-第二干膜，401-盖板，500-导电结构，600-防焊层，700-焊料凸点，280-外部电路，800-金属线

具体实施方式

为使本发明能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。为方便说明，实施例附图的结构中各组成部分未按正常比例缩放，故不代表实施例中各结构的实际相对大小。

实施例一

参见图8，一种半导体器件的封装结构，包括含有功能面110和与其相对的非功能面120的芯片100，所述芯片的功能面含有位于中部的功能区和位于四周的若干焊垫101，还包括一可光刻的聚合物材料的盖板401，该盖板正面与芯片的功能面之间通围堰301键合在一起，围堰围绕功能区，并覆盖焊垫，在盖板背面形成有贯穿盖板及围堰，并与芯片的焊垫电连接的导电结构500。该导电结构直接接触盖板和围堰。这样，盖板通过光刻形成，与围堰键合形成空腔，取代现有硅盖板或高阻硅盖板，可以省去硅晶圆的tsv工艺成本，从产品封装制程角度，可减少30％以上的制程周期，从产品成本角度，可减少30％以上费用。

优选的，聚合物材料的所述盖板为干膜材料，所述干膜材料的介电常数高于2，如3，4，5、电阻率高于1000ω·cm，如1000～2000ω·cm、刚性强度>4gpa。干膜材料绝缘性能良好。选择高介电常数高电阻率的干膜，可以省去空腔与金属线路之间的绝缘材料，且对于射频产品来说，可以屏蔽因硅片带来的信号干扰；干膜材料本身有特殊的刚性强度，可以减少可靠性测试中，因热膨胀系数不同带来的刚性挤压拉伸带来的产品失效风险，也就是说从产品质量角度，提升了可靠性。

优选的，所述围堰为干膜材料或光刻胶，其他实施例中，围堰还可以为塑料、层压板、热固性树脂。围堰高度5μm到15μm，优选为10到12μm。其他实施例中，芯片可以是图像传感器芯片，微机电系统，指纹识别芯片等，围堰高度可在5μm至600μm之间。

优选的，所述盖板厚度为30～60um。

作为一种优选实施例，该半导体器件的封装结构的制作方法如下：

a.提供一半导体芯片晶圆，将所述晶圆切割成若干单颗芯片100，所述芯片具有功能面110和与其相对的非功能面120，所述芯片的功能面具有位于中部的功能区和位于周边的若干焊垫101；

b.参见图1，提供一晶圆载板200，将各芯片重新排布在所述晶圆载板上，形成重组晶圆，其中，各芯片的非功能面通过贴片胶键合在所述晶圆载板上，使各芯片的功能面朝外，相邻芯片之间具有间隙；具体实施时，可将各芯片重新排布在8吋或12吋晶圆载板上，芯片之间有约5μm～5000μm宽的间隙。该晶圆载板用于支撑各芯片进行晶圆级封装，比如，可支持15000颗芯片的晶圆级封装。

c.参见图2，在键合后的各芯片外表面铺设一层第一干膜或光刻胶300，对该第一干膜或光刻胶进行刻蚀或光刻，形成环绕各芯片的功能区且暴露其对应的芯片的焊垫的围堰301，参见图3；各芯片的围堰包括介于芯片的功能区和焊垫内侧之间的焊垫内围堰和自该焊垫内围堰向外延伸至芯片边缘仅露出焊垫的焊垫外围堰；这里，芯片之间间隙上方的第一干膜可保留，也可去除。第一干膜的厚度优选5μm至15μm。

d.参见图4，在各芯片的围堰上表面黏贴一层第二干膜400，第二干膜厚度约30～60um。对该第二干膜进行刻蚀或光刻，形成盖在各芯片上且暴露芯片的焊垫的盖板401，参见图5；盖板包括键合在所述焊垫内围堰上覆盖功能区的焊垫内盖板和自该焊垫内盖板向外延伸至芯片边缘仅露出焊垫的焊垫外盖板；由干膜光刻形成的盖板绝缘性能良好，其介电常数高于2。电阻率高于1000ω·cm。光刻盖板刚性强度高于4gpa。这样，可以省去空腔与金属线路之间的绝缘材料，且对于射频产品来说，可以屏蔽因硅片带来的信号干扰；干膜材料本身有特殊的刚性强度，可以减少可靠性测试中，因热膨胀系数不同带来的刚性挤压拉伸带来的产品失效风险，也就是说从产品质量角度，提升了可靠性。

e.在将芯片暴露的焊垫的电性通过导电结构500引出至盖板外表面后，将芯片与晶圆载板解键合；

具体可分为以下步骤：

参见图6，各芯片的盖板及围堰暴露焊垫的开口内形成有电连接焊垫的导电结构500，该导电结构将焊垫的电性引出至盖板的外表面上，通过背面的金属线路重新排布芯片的电性引出端。

参见图7，盖板背面的金属线路上铺设有防焊层600，防焊层暴露出金属线路电性引出端的位置，在该位置处制作焊料凸点700。

参见图8，分离形成单颗封装芯片。可通过前步骤中刻蚀或光刻第一干膜和第二干膜时，同时去除芯片间隙上方的第一干膜和第二干膜，直接分离。或者上述步骤完成后，单独使用刀片切割分离成单颗芯片；去除键合的晶圆载板。

实施例二

参见图13，一种半导体器件的封装结构，包括含有功能面110和与其相对的非功能面120的芯片100，所述芯片的功能面含有位于中部的功能区和位于四周的若干焊垫101，还包括一可光刻的盖板401，该盖板正面与芯片的功能面之间通围堰301键合在一起，围堰围绕功能区，且位于功能区和焊垫之间，焊垫通过金属引线与外部电路(电路板)连接。在其他实施例中，焊垫还可通过焊球与外界连接。这样，盖板通过光刻形成，与围堰键合形成空腔，取代现有硅盖板或高阻硅盖板，可以省去硅晶圆的tsv工艺成本，从产品封装制程角度，可减少30％以上的制程周期，从产品成本角度，可减少30％以上费用。

优选的，所述盖板为干膜材料，所述干膜材料的介电常数高于2，如3，4，5、电阻率高于1000ω·cm，如1000～2000ω·cm、刚性强度>4gpa。干膜材料绝缘性能良好。选择高介电常数高电阻率的干膜，可以省去空腔与金属线路之间的绝缘材料，且对于射频产品来说，可以屏蔽因硅片带来的信号干扰；干膜材料本身有特殊的刚性强度，可以减少可靠性测试中，因热膨胀系数不同带来的刚性挤压拉伸带来的产品失效风险，也就是说从产品质量角度，提升了可靠性。

优选的，所述围堰为干膜材料或光刻胶，其他实施例中，围堰还可以为塑料、层压板、热固性树脂。围堰高度5μm到15μm，优选为10到12μm。其他实施例中，芯片可以是图像传感器芯片，微机电系统，指纹识别芯片等，围堰高度可在5μm至600μm之间。

优选的，所述盖板厚度为30～60um。

作为一种优选实施例，该封装结构中的芯片为声表面波滤波芯片，然其应用不限于此，其他实施例中，该封装结构可应用于各种芯片功能区需要提供空腔工作环境的半导体器件，例如是有关于光电元件(opto-electronicdevices)、微机电系统(microelectromechanicalsystem；mems)、微流体系统(microfluidicsystems)、或利用热、光线及压力等物理量变化来测量的物理感测器(physicalsensor)等。

作为一种优选实施例，该半导体器件的封装结构的制作方法如下：

a.提供一半导体芯片晶圆，将所述晶圆切割成若干单颗芯片100，所述芯片具有功能面110和与其相对的非功能面120，所述芯片的功能面具有位于中部的功能区和位于周边的若干焊垫101；

b.参见图9，提供一晶圆载板200，将各芯片重新排布在所述晶圆载板上，形成重组晶圆，其中，各芯片的非功能面通过贴片胶键合在所述晶圆载板上，使各芯片的功能面朝外，相邻芯片之间具有间隙；具体实施时，可将各芯片重新排布在8吋或12吋晶圆载板上，芯片之间有约5μm～5000μm宽的间隙。该晶圆载板用于支撑各芯片进行晶圆级封装，比如，可支持15000颗芯片的晶圆级封装。

c.参见图9，在键合后的各芯片外表面铺设一层第一干膜或光刻胶，对该第一干膜或光刻胶进行刻蚀或光刻，形成环绕各芯片的功能区且暴露其对应的芯片的焊垫的围堰301；各芯片的围堰仅包括介于芯片的功能区和焊垫内侧之间的焊垫内围堰；这里，芯片之间间隙上方的第一干膜已经去除，分离开了各芯片。第一干膜的厚度优选5μm至15μm。

d.参见图10，在各芯片的围堰上表面黏贴一层第二干膜400，第二干膜厚度约30～60um。对该第二干膜进行刻蚀或光刻，形成盖在各芯片上且暴露芯片的焊垫的盖板401，参见图11；该盖板仅包括键合在所述焊垫内围堰上覆盖功能区的焊垫内盖板；由干膜光刻形成的盖板绝缘性能良好，其介电常数高于2。电阻率高于1000ω·cm。光刻盖板刚性强度高于4gpa。这样，可以省去空腔与金属线路之间的绝缘材料，且对于射频产品来说，可以屏蔽因硅片带来的信号干扰；干膜材料本身有特殊的刚性强度，可以减少可靠性测试中，因热膨胀系数不同带来的刚性挤压拉伸带来的产品失效风险，也就是说从产品质量角度，提升了可靠性。

e.在所述芯片与所述晶圆载板解键合后，将芯片暴露的焊垫的电性通过金属引线或焊球引出至外部电路。

具体包括以下步骤：

参见图12，去除键合的晶圆载板，由于芯片之间间隙上方的第一干膜已经去除，分离形成单颗预封装芯片；

预封装芯片暴露的焊垫通过金属引线或焊球与外界电连接。比如，先将预封装芯片贴装到一电路板上，参见图12，然后将预封装芯片暴露的焊垫通过打金属线连接到电路板上的预设连接点，参见图13。

以上实施例是参照附图，对本发明的优选实施例进行详细说明。本领域的技术人员通过对上述实施例进行各种形式上的修改或变更，但不背离本发明的实质的情况下，都落在本发明的保护范围之内。