一种倒装芯片制备方法与流程

本发明涉及半导体封装领域，具体涉及一种倒装芯片制备方法。

背景技术：

倒装芯片(flip-chip，fc)之所以被称为“倒装”，是相对于传统的金属线键合(wirebonding)连接方式与植球后的工艺而言的。传统的通过金属线键合与基板连接的芯片电气面朝上，而倒装芯片的电气面朝下，相当于将前者翻转过来，故称其为倒装芯片。倒装芯片具有更小的外形尺寸、更小的球径和球间距，在产品成本、性能及高密度封装等方面体现出独特的优势，因此，近年来倒装芯片在小型化高密度高性能封装的产品中得到了广泛地应用。

倒装芯片和基片通常由具有不匹配的热膨胀系数(coefficientofthermalexpansion，cte)的不同材料形成。在温度发生变化时，芯片、基片和焊点等不同材料之间因cet不匹配而产生应力和形变，对焊点和芯片产生破坏，导致产品整体性能下降。为了增加封装的机械强度和可靠性，倒装芯片需要在芯片底部和基板之间填充一定的材料来分散芯片表面承受的应力，因此，底部填充工艺是倒装芯片封装过程中的一个必不可少的组成部分。目前，倒装芯片中常用的底部填充工艺有毛细底部填充(capillaryunderfill，cuf)、模塑底部填充(moldunderfill，muf)和不流动底部填充(non_followunderfill，nuf)。

毛细底部填充cuf通过把底部填充材料从芯片边缘施加到基片上，利用液体的毛细作用流入到芯片底部，填充芯片和基片之间的空隙，并在一定温度下固化填充材料。但是毛细底部填充过程中，由于芯片和基片之间形成的不均匀的间隙造成底部填充材料不均匀的毛细作用，进而导致空洞问题，这种空洞会产生不期望的热应力，降低产品的可靠性。

技术实现要素：

因此，本发明要解决的技术问题在于克服现有技术中毛细底部填充存在空洞的缺陷。

为此，本发明提供一种倒装芯片制备方法，包括：将芯片与基片进行贴片；采用填充材料对所述芯片和所述基片之间的空隙进行底部填充；填充完成后放置预设时间长度，所述预设时间长度为所述填充材料完成部分固化所需的时间；对放置后的产品进行塑封，利用塑封过程中的压力对产品进行挤压。

可选地，所述填充完成后放置预设时间长度的步骤中，放置环境的湿度小于50％。

可选地，所述放置环境的湿度小于10％。

可选地，所述填充完成后放置预设时间长度的步骤中，放置环境的温度为20-30摄氏度。

可选地，所述放置环境的温度为常温。

可选地，所述填充材料为环氧树脂，所述预设时间长度为2-4小时。

可选地，所述对放置后的产品进行塑封，利用塑封过程中的压力对产品进行挤压的步骤中，施加的压力为50-150n。

可选地，所述采用填充材料对所述芯片和所述基片之间的空隙进行底部填充的步骤中，采用毛细底部填充的方法进行底部填充。

可选地，所述采用填充材料对所述芯片和所述基片之间的空隙进行底部填充的步骤中，所述填充材料填满所述芯片下方区域。

本发明还提供一种使用上述倒装芯片制备方法制备的倒装芯片。

本发明技术方案，具有如下优点：

本发明提供的倒装芯片制备方法，包括：将芯片与基片进行贴片；采用填充材料对芯片和基片之间的空隙进行底部填充；填充完成后放置预设时间长度，预设时间长度为填充材料完成部分固化所需的时间；对放置后的产品进行塑封，利用塑封过程中的压力对产品进行挤压。该种制备方法在对芯片进行底部填充之后，通过控制好填充材料的固化程度，在填充材料部分固化时对芯片进行挤压来消除底部填充材料中的空洞，这样可以省去常规的底部填充后对填充材料进行固化的过程，简化工艺流程。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1为本发明实施例中倒装芯片制备方法的流程图；

图2-图4为本发明实施例中倒装芯片制备方法的具体步骤示意图。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，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”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；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，还可以是两个元件内部的连通，可以是无线连接，也可以是有线连接。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。

此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。

本实施例提供一种倒装芯片制备方法，如图1所示，包括以下步骤：

s01：将芯片01与基片02进行贴片,如图2所示。倒装芯片是将芯片的有源区面对基片，通过芯片01上呈阵列排列的焊料凸点03实现芯片与衬底的互连，芯片01直接以倒扣方式安装到基片02上，使得芯片01与基片02之间互联的长度大大缩短，减小了rc延迟，有效地提高了电性能，能提供更高的i/o密度，可以达到最小、最薄的封装。基片可以是硬质基片，也可以是柔性基片，当然，在其它可实施例中也可以是本领域技术人员所悉知的其它材料的基片，根据所需合理选择即可。

s02：采用填充材料04对芯片01和基片02之间的空隙进行底部填充，在填充过程中不可避免地会产生空洞05，如图3所示。常见的空洞形式包括活动型空洞，这种类型的空洞是在底部填充材料流经芯片和基片之间的空隙时发生，活动波阵面的前沿会包裹气泡而形成空洞；水气空洞，这种类型的空洞是在底部填充材料固化时遇上基片除气排出的水气而产生的，这种状况通常发生在有机基板中；填充材料中气泡产生空洞，通常在材料供给商包装好的填充材料中很少呈现气泡，因为大部分的供给商注重填充材料的无气泡化，但是，对填充材料的处置不当或从供给商处收到填充材料后又重新分装可能会引入气泡。填充材料可以是环氧树脂，也可以是酸酐，当然，在其它可实施例中也可以是本领域技术人员所悉知的其它填充材料，填充材料的选择需要综合考虑基片材质、焊球直径、焊球间距、填充材料分子直径大小等多种因素的影响，根据所需合理选择即可。底部填充方式可以是毛细底部填充，也可以是模塑底部填充，具体方式的选择需要综合考虑生产成本、工艺难易程度、填充效果等多种因素的影响，根据所需合理选择即可。在本实施例中，以环氧树脂为填充材料，采用毛细底部填充方式对芯片和基片之间的空隙进行底部填充。填充材料填充过少，使芯片与基片之间的空隙填充不完全，产品的可靠性降低，性能下降；填充材料填充过多，由于填充材料在后续工序中的挤压过程处于部分固化状态，会使填充材料溢出到芯片上，降低产品性能，同时也造成填充材料的浪费；填充材料以填满芯片下方区域为优选，这样在保证产品性能的前提下，又可以节约成本。

s03：填充完成后放置预设时间长度，预设时间长度为填充材料04完成部分固化所需的时间。预设时间长度与放置环境有关，其中，放置环境的湿度和温度对预设时间的影响较大：湿度大，预设时间长，湿度低，预设时间短，随着环境湿度的降低，对环境湿度控制的难易程度会随之增加；温度高，预设时间短，温度低，预设时间长，随着环境温度的不同，对环境温度控制的难易程度也不同。预设时间长度还与填充材料有关，如填充材料本身具有容易固化的特性，则所需预设时间较短，反之，则所需预设时间较长。在本实施例中，综合考虑控制的难易程度、可操作性、填充材料特性及生产成本等多方面因素的影响，放置环境的湿度选择为小于50％，以小于10％为优选值，为了满足湿度要求，选择放置于氮气环境中，当然在其它可实施例中，也可以选择其它方式降低湿度，如放置于其它惰性气体环境(氖气、氩气等)、安装除湿机、安放除湿剂等，根据需要合理选择即可；环境的温度为20-30摄氏度，以放置于常温时操作最简单，当然在其它可实施例中，也可以选择其它温度，根据需要合理选择即可；填充材料为环氧树脂时，预设时间长度为2-4小时，填充材料会在这段时间内部分固化，在预设时间内填充材料的固化程度均可满足后续挤压的要求。部分固化程度不同，在进行后续塑封时空洞的消除效果也不同，在本实施例中填充材料固化完成50％-80％时，进行后续塑封处理，在保证固化效果的同时，又可以将空隙中的空洞消除，具有更好的效果。

s04：对放置后的产品进行塑封，形成塑封层06，利用塑封过程中的压力对产品进行挤压，塑封后得到的产品如图4所示。在本实施例中，塑封材料为塑封胶，当然，在其它可实施例中也可以是本领域技术人员所悉知的其它塑封材料，根据所需合理选择即可。由于填充材料处于部分固化状态，当受到压力的挤压作用时，底部填充材料中的空洞会被挤出，如图4所示。施加的压力的大小与填充材料的部分固化程度有关，当部分固化程度较高时，需要施加的压力较大才能将空洞挤出；当部分固化程度较低时，需要施加的压力较小便可将空洞挤出；施加的压力的大小与空洞的挤出效果相关，当压力较小时，空洞不能被完全挤出，当压力较大时，空洞被挤出的效果较好，但大的压力会造成填充材料的溢出，可见压力大小的选择既要保证空洞尽可能多的被挤出，又要保证填充材料不会溢出到芯片表面上，因此，压力大小的选择根据填充材料的部分固化程度合理设置即可。在本实施例中，填充材料为环氧树脂，在对芯片进行底部填充之后，将芯片和基片在常温且湿度小于10％的氮气环境中放置2-4小时，这种情况下所需施加的压力为50-150n，以100n为优选值。当然，在其它可实施例中，施加的压力也可以是其它值，本领域技术人员可以根据需要合理设置或者通过多次实验得出所适用的压力值即可。

本发明提供的倒装芯片制备方法，包括：将芯片与基片进行贴片；采用填充材料对芯片和基片之间的空隙进行底部填充；填充完成后放置预设时间长度，预设时间长度为填充材料完成部分固化所需的时间；对放置后的产品进行塑封，利用塑封过程中的压力对产品进行挤压。该种制备方法在对芯片进行底部填充之后，通过控制好填充材料的固化程度，在填充材料部分固化时对芯片进行挤压来消除底部填充材料中的空洞，这样可以省去常规的底部填充后对填充材料进行烘烤过程，并且简化了点胶工艺的doe(即试验设计，designofexperiment，是研究和处理多因子与响应变量关系的一种科学方法，它通过合理地挑选试验条件，安排试验，并通过对试验数据的分析，从而找出总体最优的改进方案)实验工艺优化步骤，仅需要将填充材料充满芯片底部即可，不需要关注内部空洞的问题，减少了填充工艺时间。

此外，本实施例中还提供一种倒装芯片，采用上述方法制备而成，通过上述方法制备出的倒装芯片，具有较少的空洞，整体性能好，且制备时无需烘烤，生产效率高。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。