一种芯片的封装方法与流程

本发明涉及一种芯片(尤其是光学芯片)的封装方法，属于半导体技术领域。

背景技术：

随着消费类电子产品的发展，终端的需求对产品的空间尺寸要求越来越小、越来越薄，集成度越来越高。例如：扁平无引脚封装(qualflatnonleadpackage,qfn)，qfn结构通常包含芯片焊盘与引线管脚行程的导线框架、塑封树脂包封层、金属引线及芯片。由于引线框架的结构及封装工艺的限制，其封装包封层厚度最小为450微米左右。

在传统指纹芯片封装工艺中，为了使芯片表面感应区域外露，在注塑封装工序中需要异形注塑模具，其缺陷在于模具成本高昂，不同的芯片设计需要不同的异形注塑模具。由此带来了极大的封装成本和极低的操作灵活性。

现有封装方法将芯片贴合在基板上，直接通过引线键合将芯片焊盘与基板管脚连接实现电气连接。虽然可以实现封装厚度在250微米左右，但是芯片裸露于环境中，可靠性不能满足要求，同时封装过程中可操作性极低。采用现有铜框架封装芯片，能够满足军标标准第三等级，但是其封装厚度在450微米左右，实现不了超薄封装。同时在封装时，为了使芯片正面裸露于包封层，需采用异形塑封模具封装。异形模具成本高昂，灵活度极低，故不适合在消费类电子芯片封装领域。

技术实现要素：

本发明的目的是：降低半导体封装结构的厚度和封装工艺的难度。

为了达到上述目的，本发明的技术方案是提供了一种芯片的封装方法，其特征在于，包括以下步骤：

采用一种基材，在基材上电铸金属管脚模块，或者在基材上电铸金属管脚模块及金属焊盘；

在芯片封装前，芯片正面感应区覆盖高分子材料，对芯片形成保护；

芯片背面通过高分子粘接材料与基材表面预设位置或与金属焊盘粘接；

采用引线键合方式将芯片表面焊盘与金属管脚模块连接；

芯片封装时，通过注塑模具注塑树脂将芯片、金属管脚模块、引线、芯片背面的高分子粘接材料及芯片正面感应区的高分子材料包封在树脂内，并形成包封层；或者使用注塑模具注塑成形时，模具腔体上表面直接与芯片正面功能区的高分子材料接触从而使注塑树脂不能注塑到高分子材料表面，形成包封层后，芯片上的高分子材料直接外露于包封层，此时，跳过对机械研磨过程；

通过人工或者设备物理地将基材移除，使金属管脚模块下表面外露；

当芯片上的高分子材料未外露于包封层时，通过机械研磨的方式打磨包封层上表面，直至所需要的厚度，同时芯片正面的高分子材料外露，但引线埋入到包封层；

采用化学药水或物理外力去除芯片表面外露的高分子材料，使得封装成品的芯片正面的感应区外露，同时包封层包住芯片周围不需要外露部分。

优选地，所述基材的厚度为150微米。

优选地，所述金属管脚模块边缘具有蘑菇头结构。

优选地，所述金属管脚模块由金、镍、银、铜、钯、锡中任意一种材料制作而成，或者由金、镍、银、铜、钯、锡中一种以上金属叠层组成。

优选地，所述基材上的金属管脚模块、焊盘的厚度为40—65微米。

优选地，所述芯片正面预先覆盖高分子材料，通过曝光显影，保留芯片正面感应区的高分子材料。

优选地，去除芯片正面感应区的高分子材料后，芯片正面感应区表面高度低于包封层上表面，形成凹槽“天井结构”。

优选地，打磨所述包封层上表面至厚度小于或等于200微米；或者注塑成形时使用注塑模具的所述模具腔体高度小于或等于200微米。

优选地，所述化学药水为酸性药水、或为碱性药水、或为中性药水，化学药水去除芯片表面外露的高分子材料过程中，不能对芯片正面的感应区造成损伤。

优选地，所述引线键合方式中的引线为金属引线，所述金属引线为金、铜、银、铝、钯或合金线材。

本发明可使封装体厚度小于或等于200微米，同时满足高可靠性要求。本发明通过注塑成形可将芯片、引线、金属管脚模块、金属焊盘及芯片正面感应区的光刻胶或其他高分子材料和芯片背面的高分子粘接材料包封，形成包封层。完成塑封包封层后，通过机械研磨的方式打磨包封层上表面至所要求的厚度，同时芯片表面的光刻胶或其他高分子材料外露，或者用注塑模具在注塑成形时，模具腔体上表面直接与芯片正面功能区的高分子材料接触从而使注塑树脂不能注塑到高分子材料表面。去除芯片正面感应区上的光刻胶或其他高分子材料后，芯片正面的高度低于包封层表面，形成凹槽结构。

附图说明

图1为本发明专利提供的一种封装结构封装后结构，为通过化学药水或物理外力去除芯片正面光刻胶或其他高分子材料后的结构。

图2至图7为本发明专利提供的一种封装结构封装流程示意图，其中：

图2为本发明专利一种封装结构中应用的高精度电铸框架包含基板和金属管脚模块及线路的结构示意图；

图3为本发明专利一种封装结构中正面具有光刻胶或其他高分子材料保护正面感应区的芯片通过高分子粘接材料与基板粘接的结构示意图；

图4为本发明专利一种封装结构中通过引线键合方式将芯片正面焊盘与基板上金属管脚模块连接的结构示意图；

图5为本发明专利一种封装结构中通过注塑树脂将芯片、管脚及引线包封的包封层结构示意图；

图6为本发明专利一种封装结构中通过人工或机械使基板与芯片背面高分子粘接材料、金属管脚模块物理分离的结构示意图；

图7为本发明专利一种封装结构中通过研磨工艺的机械研磨降低或减薄包封层厚度直至达到要求的厚度的结构示意图；

图8为图1所示发明专利一种封装结构的实施方式的工序流程注释。

图9为本发明专利提供的另一种封装结构封装后结构示意图，为通过化学药水或物理外力去除芯片正面光刻胶或其他高分子材料后的结构。

图10至图15为本发明专利提供的另一种封装结构封装流程示意图，其中：

图10为本发明专利另一种封装结构中应用的高精度电铸框架包含基板、金属管脚模块、金属焊盘及线路的结构示意图；

图11为本发明专利另一种封装结构正面具有光刻胶或其他高分子材料保护正面感应区的芯片通过高分子粘接材料与金属焊盘粘接的结构示意图；

图12为本发明专利另一种封装结构中通过引线键合方式将芯片正面焊盘与基板上金属管脚模块连接的结构示意图；

图13为本发明专利另一种封装结构中通过注塑树脂将芯片、金属管脚模块、金属焊盘及引线包封的包封层结构示意图；

图14为本发明专利另一种封装结构中通过人工或机械使基板与芯片背面高分子粘接材料、金属管脚模块物理分离的结构示意图；

图15为本发明专利另一种封装结构中通过研磨工艺的机械研磨降低或减薄包封层厚度直至达到要求的厚度的结构示意图。

图16为图9所示的发明专利另一种封装结构的实施方式的工序流程注释。

具体实施方式

下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

实施例1

如图1所示，为本实施例公开的半导体封装工艺结构，该半导体封装工艺结构采用如图8所示的工艺步骤获得，具体包括以下步骤：

步骤s1:如图2所示，在基板6上电铸好预先设计的金属管脚模块1。

金属管脚模块1预先电铸在基板6上表面。金属管脚模块1的最佳厚度为40微米、45微米、60微米及65微米。但是发明专利不限制其尺寸。

在金属管脚模块1上表面四周具有蘑菇头结构8(直角凸台结构)。蘑菇头结构8横向最佳尺寸大于或等于5微米。但是发明专利不限制其尺寸。

基板6厚度为150微米为最佳，但是发明专利不限制其厚度。

步骤s2：如图3所示，在芯片2正面感应区涂覆湿式高分子材料7或粘贴干式高分子材料7，去除指定位置的多余的高分子材料7。

本实施例中，湿式高分子材料7或干式高分子材料7采用湿式光刻胶或者干式光刻胶。以湿式光刻胶或者干式光刻胶为例，可以通过旋转涂布湿式光刻胶(或其他高分子材料7)在芯片2表面，或者可以通过黏贴干式光刻胶(或其他干式高分子材料7)在芯片2表面。再通过曝光显影技术，去除指定位置的多余的光刻胶(或其他高分子材料)。留下部分湿式光刻胶或者干式光刻胶(或者其他湿式高分子材料或其他干式高分子材料)固定在芯片2表面，起到保护作用。

也可以通过丝网印刷工艺印刷湿式光刻胶(或其他湿式高分子材料7)至芯片2正面的指定区域。再经过高温烘烤，使湿式光刻胶(或其他湿式高分子材料7)固定在芯片2正面的指定区域。

芯片2正面固定好的光刻胶(或其他高分子材料7)的厚度在40到60微米为最佳，但本发明专利不限制其厚度。

步骤s3：如图3所示，通过可固化、高可靠性粘接材料或高分子材料4将芯片2贴在基板6上。

将可固化、高可靠性粘接材料或高分子材料4预先黏贴在芯片2背面，芯片2背面通过可固化、高可靠性粘接材料或高分子材料4贴到基板6上预留的指定位置。

可将可固化、高可靠性粘接材料或高分子材料4先切割分离成形，再预先贴在基板6上预留的指定位置，最后将芯片2背面贴在可固化、高可靠性粘接材料或高分子材料4上。

步骤s4：如图4所示，采用引线键合的方式连接芯片2焊盘与框架金属管脚模块1上表面。

通过半导体封装工艺引线键合的方式，连接芯片2焊盘与框架金属管脚模块1实现电气连接。其引线可以为金、银、铝，铜、钯或其他合金线材。

步骤s5：如图5所示，通过注塑模具将树脂材料包封住金属管脚模块1、芯片2、引线5及光刻胶或其他高分子材料7，形成包封层3。

通过半导体封装中注塑成型的工艺，将树脂材料包封住金属管脚模块1、芯片2、引线5、光刻胶或其他高分子材料7及可固化、高可靠性粘接材料或高分子材料4在包封层3内。

或者用注塑模具在注塑成形时，小于或等于150微米高的模具腔体上表面直接与芯片2正面功能区的高分子材料接触从而使注塑树脂不能注塑到高分子材料表面，此时，经过下述步骤s6后跳过步骤s7，直接进入步骤s8。

步骤s6：如图6所示，通过人工或者机械设备将基板6与包封层3分离，并使金属管脚模块1、芯片2、引线5及可固化、高可靠性粘接材料或高分子材料4留在包封层3内。

步骤s7：如图7所示，通过机械研磨的方式研磨包封层3的上表面，直至达到要求的厚度为止，其厚度小于等于150微米。同时，使光刻胶或其他高分子材料7外露于表面。

步骤s8：采用化学药水或物理外力将留着芯片2正面的光刻胶或其他高分子材料7去除。化学药水不能对芯片2正面造成损伤，不限于化学药水的酸碱度。

实施例2

如图9所示，为本实施例公开的半导体封装工艺结构，该半导体封装工艺结构采用如图16所示的工艺步骤获得，具体包括以下步骤：

本实施例与实施例2的不同在于，采用步骤11代替实施例1中的步骤1。步骤s11:如图10所示，在基板6上电铸好预先设计的金属管脚模块1和金属焊盘9。

金属管脚模块1和金属焊盘9预先电铸在基板6上表面。其中金属管脚模块1和金属焊盘9的最佳厚度为40微米、45微米、60微米及65微米。但是发明专利不限制其尺寸。

在金属管脚模块1和金属焊盘9上表面四周具有蘑菇头结构8(直角凸台结构)。蘑菇头结构8横向最佳尺寸大于或等于5微米。但是发明专利不限制其尺寸。

基板6厚度为150微米为最佳，但是发明专利不限制其厚度。

步骤s2：如图11所示，在芯片2正面感应区涂覆湿式高分子材料7或粘贴干式高分子材料7，去除指定位置的多余的高分子材料7。

本实施例中，湿式高分子材料7或干式高分子材料7采用湿式光刻胶或者干式光刻胶。以湿式光刻胶或者干式光刻胶为例，可以通过旋转涂布湿式光刻胶(或其他高分子材料7)在芯片2表面，或者可以通过黏贴干式光刻胶(或其他干式高分子材料7)在芯片2表面。再通过曝光显影技术，去除指定位置的多余的光刻胶(或其他高分子材料)。留下部分湿式光刻胶或者干式光刻胶(或者其他湿式高分子材料或其他干式高分子材料)固定在芯片2表面，起到保护作用。

也可以通过丝网印刷工艺印刷湿式光刻胶(或其他湿式高分子材料7)至芯片2正面的指定区域。再经过高温烘烤，使湿式光刻胶(或其他湿式高分子材料7)固定在芯片2正面的指定区域。

芯片2正面固定好的光刻胶(或其他高分子材料7)的厚度在40到60微米为最佳，但本发明专利不限制其厚度。

本实施例与实施例2的不同在于，采用步骤11代替实施例1中的步骤3。步骤s10：如图12所示，通过可固化、高可靠性粘接材料或高分子材料4将芯片2贴在金属焊盘9上。

将可固化、高可靠性粘接材料或高分子材料4预先黏贴在芯片2背面，将把芯片2背面通过可固化、高可靠性粘接材料或高分子材料4贴到金属焊盘9上。

可将可固化、高可靠性粘接材料或高分子材料4先切割分离成形，再预先贴在金属焊盘9上，最后将芯片2背面贴在可固化、高可靠性粘接材料或高分子材料4上。

步骤s4：如图13所示，采用引线键合的方式连接芯片2焊盘与框架金属管脚模块1上表面。

通过半导体封装工艺引线键合的方式，连接芯片2焊盘与框架金属管脚模块1实现电气连接。其引线可以为金、银、铝，铜、钯或其他合金线材。

步骤s5：通过半导体封装中注塑成型的工艺，将树脂材料包封住金属管脚模块1、焊盘9、芯片2、引线5、光刻胶或其他高分子材料7及可固化、高可靠性粘接材料或高分子材料4在包封层3内。

或者用注塑模具在注塑成形时，小于或等于150微米高的模具腔体上表面直接与芯片2正面功能区的高分子材料接触从而使注塑树脂不能注塑到高分子材料表面，此时，经过下述步骤s6后跳过步骤s7，直接进入步骤s8。。

步骤s6：如图14所示，通过人工或者机械设备将基板6与包封层3分离，并使金属管脚模块1、焊盘9、芯片2、引线5及可固化、高可靠性粘接材料或高分子材料4留在包封层3内。

步骤s7：如图15所示，通过机械研磨的方式研磨包封层3的上表面，直至达到要求的厚度为止，其厚度小于等于150微米。同时，使光刻胶或其他高分子材料7外露于表面；。

步骤s8：采用化学药水或物理外力将留着芯片2正面的光刻胶或其他高分子材料7去除。化学药水不能对芯片表面造成损伤，不限于化学药水的酸碱度。