专利名称：覆晶封装结构的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及半导体晶片的封装结构，特别是指一种覆晶封装结构。
如
图1所示，是习知技术的覆晶封装结构剖面图，包括一封装基板(substrate)10、一半导体晶片12、复数个突块(bumps)14、一填隙层(underfill)以及复数个锡球(solder balls)。封装基板10为绝缘材质，其一侧表面分别具有第一金属连接层101以及第二金属连接层102，上述第一、第二金属连接层101、102分别具有复数条金属导线，并利用复数个金属导电塞11(via)导通连接，半导体晶片12的正面具有复数个金属垫(die pads)，金属垫表面必须先长出下金属层(under bump metallurgy，UBM)之后才能够形成突块14，半导体晶片12是利用其表面的突块14与封装基板10的第一金属连接层101的金属导线互相焊接结合，并以填隙层16加强半导体晶片12与封装基板10之间的机械黏著强度，又第二金属连接层102的每一条金属专线系分别设有焊垫，复数个焊接锡球18则是分别焊接于焊垫之上。
但习知技术仍然具有许多缺点1、习知技术在封装过程中，必须先在金属垫表面形成下金属层，之后再形成突块，使半导体晶片可以藉由突块结合于封装基板的第一金属连接层之上。然而，形成下金属层与突块都是一种成本很高的制程方法。
2、习知技术所使用的封装基板通常是多层基板(4层或6层金属连接层)，但这样的基板通常制造成本较高。
3、对于用以进行半导体晶片电性量测的探针卡(probe card)而言，若是适用于具有突块的半导体晶片其成本较高。
4、习知技术在进行多晶粒模组(multi-chip module，MCM)的覆晶封装时，若所封装的半导体晶片彼此之间的厚度不相同，将使得该多晶粒模组不易与散热板相结合，而影响到整体的散热效果。
本实用新型的另一目的在于提供一种覆晶封装的制程方法。
上述本实用新型的主要目的是这样实现的一种覆晶封装结构，包括有一半导体晶片，其正面具有复数个金属垫；一散热板，可供该半导体晶片的背面固定于其上；一介电层，沉积于该散热板表面并将该半导体晶片封装于其中；以及一金属连接层，设于该介电层表面，并由复数条金属导线所组成，且透过复数个金属导电塞将每一条金属导线分别连接至该半导体晶片的每一个金属垫。
该散热板为金属材质，其表面并设有一容置槽可将该半导体晶片的背面固定于其中。
该半导体晶片是利用银胶固定于散热板之上。
该介电层是由绝缘材质所组成，其热膨胀系数是与该散热板相近为最佳。
该介电层是由不同的材质形成多层复合层而成，其热膨胀系数是与该散热板相近为最佳。
该金属连接层的每一个金属导线系分别连接至一接触垫，该接触垫可供焊接锡球或利用一测试探针卡对该半导体晶片进行电性测试。
该金属连接层表面更覆盖有一层防焊层，该防焊层系用以保护金属连接层的金属导线，并在该接触垫的位置处设置开孔。
该散热板在该半导体晶片的周围更具有一内嵌式元件，该电介电层在进行沉积时同时将该内嵌式元件封装于其中。
该内嵌式元件为一被动元件。
该内嵌式元件为另一半导体晶片，使得该覆晶封装结构成为多晶粒模组。
由上述可见本实用新型所公开的覆晶封装结构包括一半导体晶片、一散热板、一介电层以及一金属连接层。在半导体晶片的正面具有复数个金属垫，其背面则是宜接固定在散热板上，介电层系以沉积的方式形成于散热板表面，并同时将半导体晶片封装于其中，在介电层的表面则是设有金属连接层，其系由复数条金属导线所组成，上述金属连接层的每一条金属导线均透过一金属导电塞分别与半导体晶片的每一个金属垫互相导通，此外，每一条金属导线更可以连接至一接触垫(pad)，该接触垫可供焊接锡球或利用测试探针对半导体晶片进行电性测试。
上述本实用新型的另一目的是这样实现的本实用新型的另一实施例则是公开覆晶封装的制程方法，其步骤包括首先提供一散热板；再将一半导体晶片的背面固定在散热板上；之后在散热板的表面沉积一层介电层，并同时将半导体晶片封装于其中；再以化学机械研磨制程方法(CMP)对介电层进行研磨；在完成平坦化之后再以激光钻孔或乾蚀刻方式在介电层表面形成复数个导电塞通孔，其中每一个导电塞通孔均与半导体晶片正面的每一个金属垫相对应；再以沉积方式在介电层表面形成一金属连接层，在沉积的同时并将每一个导电塞通孔填满以形成复数个金属导电塞；最后再以微影和蚀刻制程方法在金属连接层表面形成复数条金属导线以及复数个接触垫。
综上所述，本实用新型所公开的覆晶封装结构与习知技术相较，具有下列的优点1.本实用新型系以金属导电塞直接连接金属连接层的金属导线与半导体晶片的金属垫，无需另外制作下金属层(UBM)和突块，因此可以降低封装制程方法的成本。
2.本实用新型的封装结构不需使用多层基板(4层或6层金属连接层)，因此可以大幅降低封装制程方法的成本。
3.本实用新型的半导体晶片不需要制作突块，因此不须使用成本较高的探针卡，可降低电性量测的成本。
4.本实用新型的金属散热板具有电磁屏蔽功能，可防止静电破坏半导体晶片，并且可以增加散热效果和防止湿气入侵。
5.本实用新型在应用于多晶粒模组的覆晶封装时，即使半导体片彼此之间厚度不同，也可以很容易与散热板相结合以获得较佳的散热效果。
6.本实用新型可以很容易在封装结构的二侧面获得全面性的平坦化。
7.本实用新型更可以利用增生技术(build-up process)，在介电层表面形成增生层(build-up laver)，以形成具有多层金属导电层(muiti-layerinterconnect)的半导体封装模组。
8.本实用新型所公开的LGA(land grid array)封装型态可以轻易地转换成PGA(Pin grid array)、CGA(column grid array)或是BGA(ball grid array)封装型态。
图6 本实用新型的覆晶封装结构的第五实施例；图7 本实用新型的覆晶封装结构的第六实施例图；图8至图15 本实用新型的覆晶封装的制程方法示意图。件号说明10 封装基板 101 第一金属连接层102 第二金属连接层 11 金属导电塞12 半导体晶片 14 突块16 填隙层 18 锡球20 半导体晶片 20 金属垫21 金属导电塞 22 散热板22 容置槽 222 边墙23 防焊层 24 介电层25 内嵌式元件 26 金属连接层261 接触垫 27 导电塞通孔28 银胶介电层24是绝缘材质(insulating dielectric material)，其系以涂布或沉积的方式形成于散热板表面，沉积时并同时将半导体晶片20封装于其中，介电层24所选用的材质可以是环氧复合物物(epoxy compounds)、复硫亚氨复合物(polyimide compounds)或其他有机复合物(organic compounds)，甚至是无机复合物(organic components)，例如二氧化硅(silicon oxide)或氧化铝(aluminum oxide)等，此外也可以从上述材质中选用不同的材质形成多层复合层(composite layers)而成，但若选用有机复合物做为介电层24的材质，则必须在涂布或沉积完成之后再进行一道固化程序(curing process)。由于半导体晶片20系固定于散热板22表面，因此介电层24在涂布或沉积完成之后，其表面可能会因为半导体晶片20的突出而产生不平整的现象，此时必须再以化学机械研磨制程方法(CMP)对介电层24进行研磨，使其表面获得全面性的平坦化。
介电层24在完成平坦化之后，再以沉积方式在介电层24表面形成金属连接层26，金属连接层26在经过微影与蚀刻制程方法之后则形成复数条金属导线，每一条金属导线均透过金属导电塞21分别连接至半导体晶片20的每一个金属垫201，此外每一条金属导线均设有一个接触垫261可供焊接锡球或利用测试探针卡对半导体晶片20进行电性测试。又，为了保护金属连接层26的金属导线，其表面更覆盖有一层防焊层(solder mask)23，其目的在于保护金属导线并在其接触垫261的位置处设置开孔。
对于金属导电塞21的形成方式，则是在进行金属连接层26的沉积之前，先以激光钻孔或乾蚀刻方式在介电层24的表面形成复数个导电塞通孔，其每一个导电塞通孔均与半导体晶片20正面的每一个金属垫201相对应，并在进行金属连接层26沉积的过程中将每一个导电塞通孔填满，以形成复数个金属导电塞21。当介电层24在进行激光钻孔或乾蚀刻时，若介电层24系为半透明材质，其必须以光学照相机进行对准程序，反之若介电层24系为不透光材质，则必须以X射线照相机进行对准程序。
如图3所示，其系为本实用新型的第二实施例图，与第一实施例相较，本实施例的散热板22表面并无容置槽设计，半导体晶片20系直接固定于散热板22之上，其馀元件与连接关系均与第一实施例相同，故不再赘述。
如图4所示，其系为本实用新型的第三实施例图，与第一实施例相较，本实施例的散热板22表面并无容置槽设计且四周并无边墙，半导体晶片20系直接固定于散热板22之上，其馀元件与连接关系均与第一实施例相同，故不再篑述。
如图5所示，其系为本实用新型的第四实施例图，与第一实施例相较，本实施例的散热板22四周并无边墙的设计，散热板22表面并无容置槽设计，半导体晶片20系直接固定于散热板22之上，其馀元件与连接关系均与第一实施例相同，故不再赘述。
如图6所示，其系为本实用新型的第五实施例图，本实施例系在半导体晶片20的附近增设复数个内嵌式元件25(embedde comPonents)，该内嵌式元件25系为一半导体晶片并形成多晶粒模组(multi-chip module，MCM)，其所采用的封装结构可以是本实用新型的第一至第四实施例中的任一覆晶封装结构，但为了便于说明，本实施例系采用第一实施例的封装结构进行多晶粒模组的覆晶封装。图中散热板22的表面设有一容置槽221a、221b，将半导体晶片20以及内嵌式元件25(半导体晶片)分别固定于二容置槽221a、221b之后，再经过之前所述的封装制程方法后，便完成本实施例的多晶粒模组的覆晶封装。
参阅图7所示，其系为本实用新型的第六实施例图，本实施例在半导体晶片20附近所增设的内嵌式元件25系为被动元件(passive components)，将半导体晶片20与被动元件整合于同一个封装体，不仅可以增加半导体晶片20的操作效能更可以减少体积。
参阅图8-图15所示，是本实用新型的覆晶封装的制程方法示意图，包括首先提供一散热板22(如图8)所提供的散热板22可以是图2至图6的中任一种结构设计；将至少一半导体晶片20的背面固定于散热板22之上(如图9)，系将一半导体晶片20固定于散热板22的容置槽221中，所使用的固定物质为银胶28，其将半导体晶片20固定的方式系如之前所述；在散热板22表面沉积一层介电层24，并同时将半导体晶片20封装于其中(如图10)；利用CMP制程方法技术对介电层24的表面进行全面性的平坦化(如图11)；以激光钻孔或乾蚀刻方式在介电层24表面形成复数个导电塞通孔27(如图12)，上述每一个导电塞通孔均与半导体晶片20正面的每一个金属垫201相对应；在介电层24表面沉积一层金属连接层26，沉积的同时并将每一个导电塞通孔填满以形成复数个金属导电塞21(如图13)，利用微影与蚀刻制程方法在金属连接层26表面形成复数条金属导线以及复数个接触垫26(如图14)最后再于金属导线表面覆盖一层防焊层23，其目的在于保护金属导线并在接触垫26的位置处设置开孔(如图15)。
以上所述仅为本实用新型的覆晶封装结构及其制程方法方法的较佳实施例，其并非用以限制本实用新型的实施范围，任何熟习该项技艺者在不违背本实用新型的精神所做的修改均应属于本实用新型的范围，因此本实用新型的保护范围当以其所述的申请专利范围做为依据。
权利要求1.一种覆晶封装结构，其特征在于包括有一半导体晶片，其正面具有复数个金属垫；一散热板，可供该半导体晶片的背面固定于其上；一介电层，沉积于该散热板表面并将该半导体晶片封装于其中；以及一金属连接层，设于该介电层表面，并由复数条金属导线所组成，且透过复数个金属导电基将每一条金属导线分别连接至该半导体晶片的每一个金属垫。
2.如权利要求1所述覆晶封装结构，其特征在于该散热板为金属材质，其表面并设有一容置槽可将该半导体晶片的背面固定于其中。
3.如权利要求1所述覆晶封装结构，其特征在于该半导体晶片是利用银胶固定于散热板之上。
4.如权利要求1所述覆晶封装结构，其特征在于该介电层是由绝缘材质所组成，其热膨胀系数是与该散热板相近为最佳。
5.如权利要求1所述覆晶封装结构，其特征在于该介电层是由不同的材质形成多层复合层而成，其热膨胀系数是与该散热板相近为最佳。
6.如权利要求1所述覆晶封装结构，其特征在于该金属连接层的每一个金属导线系分别连接至一接触垫，该接触垫可供焊接锡球或利用一测试探针卡对该半导体晶片进行电性测试。
7.如权利要求1所述覆晶封装结构，其特征在于该金属连接层表面更覆盖有一层防焊层，该防焊层系用以保护金属连接层的金属导线，并在该接触垫的位置处设置开孔。
8.如权利要求1所述覆晶封装结构，其特征在于该散热板在该半导体晶片的周围更具有一内嵌式元件，该电介电层在进行沉积时同时将该内嵌式元件封装于其中。
9.如权利要求8所述覆晶封装结构，其特征在于该内嵌式元件为一被动元件。
10.如权利要求8所述覆晶封装结构，其特征在于该内嵌式元件为另一半导体晶片，使得该覆晶封装结构成为多晶粒模组。
专利摘要一种覆晶封装结构，包括一半导体晶片、一散热板、一介电层以及一金属连接层。半导体晶片的正面具有复数个金属垫，其背面系固定于散热板之上，介电层则是沉积于散热板表面并将半导体晶片封装于其中，金属连接层系设于介电层的表面并具有复数条金属导线，每一条金属导线系透过一金属导电塞分别连接至半导体晶片的每一个金属垫。
文档编号H01L23/48GK2550901SQ0224121
公开日2003年5月14日 申请日期2002年7月1日 优先权日2002年7月1日
发明者钱家锜 申请人:威盛电子股份有限公司