专利名称：圆片级封装结构及其引线焊盘电信号引出方法
技术领域：
本发明涉及一种圆片级封装结构及其引线焊盘电信号引出方法，特别是 针对引线焊盘位于芯片结构外围的圆片级封装装器件电信号引出方法。
背景技术：
现有技术中一种互连技术是倒装焊技术。倒装焊技术是在芯片的输入/ 输出端利用平面工艺制成焊料凸点焊球，将芯片面朝下，直接贴装在基片上， 利用回流焊工艺使芯片焊球和基板焊盘之间形成焊点，实现芯片与基板的电、 热、机械连接。该技术的缺点在于芯片的热膨胀系数和底板的热膨胀系数存 在热失配，因此在芯片工作时，热膨胀失配严重。在热循环加载下，焊点内 产生很大的周期性塑性形变，萌生裂缝并扩展，使焊点很快疲劳失效。
另一种技术是金属柱互连平行板结构。在硅片的正反两面上下各有一层
互相平行的陶瓷覆铜板(DBC)。 DBC板上预先刻蚀有相应的电路。硅片的底 面之间焊接在DBC板上，而硅片正面的电极是通过直接键合的金属柱引出， 与上DBC板构成电气连接，即借助金属柱完成了硅片之间及上下DBC板之间 的互连。该技术既要考虑不同材料之间的热匹配，又要考虑不同金属柱之间 的工艺匹配。因此基于该技术的互连工艺相当复杂。
还有的一种技术是穿透硅片的互连(TSV)。通过在硅芯片或者硅圆片上 适当的位置形成小的通孔并实现孔内的金属化，形成芯片两面的电互连。这 样的电连接通过类似于倒装芯片凸点的技术可以完成层叠芯片直接的互连。 该技术涉及到多方面的工艺细节，除了硅通孔本身的制作之外，还要考虑通 孔内导电互连线的实现及导电互连线与硅衬底电绝缘的形成，因此其制作工 艺复杂，工艺实现难度大。
再有一种技术是引线键合技术，该技术采甩压金丝的方法实现了芯片到 基板或者引线框架之间的互连。该技术的特点是工艺相对成熟稳定，易实现。 但对某些含有可动结构和特殊要求的芯片，直接利用该技术，不利于芯片结 构的保护。
发明内容
本发明的目的旨在克服上述所存在的缺陷，提出一种引线焊盘位于芯片 结构外围的圆片级封装器件电信号引出方法，利用深度可控、精确定位的多 步径划片技术分别沿芯片键合环外围和芯片引线焊盘外围的划片标记进行双 面划片，同时精确控制划片深度，在上层结构和下层支撑衬底的一定位置处 使刀片停止向下切割，避免了划片工艺中水流进入芯片内部。最后利用裂片 技术，使芯片信号引线焊盘露出，利用引线键合等工艺实现芯片与后续电路 的互连。该方法也适用于层叠式器件结构的金属互连。
本发明的技术解决方案圆片级封装结构，其特征在于是包括上层结构、 中层结构和下层支撑；其中中层结构外围有一键合环，下层支撑上分布有芯 片结构的引线焊盘，所述的引线焊盘位于键合环的外侧；封装结构的上层结 构、中层结构和下层支撑利用键合环通过MEMS键合成一体；对圆片进行多步 径划片、裂片，使信号引线焊盘露出，利用引线键合方法将芯片与后续电路 互连。
圆片级封装结构的引线焊盘电信号引出方法，其特征是该方法包括如下步
骤
1) 在所述圆片下层支撑层上粘贴胶膜；
2) 在所述圆片的上层结构上沿芯片上层结构的多步径划片标记自上而下 进行精确定位、深度精确可控、多步径划片并使刀片在上层结构自下而上 30 u m-50 u m处停止向下切割，使所剩其余部分连接；
3) 将所述圆片下层支撑上的胶膜去掉，在上层结构上粘贴胶膜；
4) 在所述圆片的下层支撑上沿芯片下层支撑材料上的划片标记自上而下 进行精确定位、深度精确可控划片，并在下层支撑结构自下而上30um-50um 位置深处使刀片停止向下切割，使所剩其余部分连接；
5) 将所述圆片上层结构上的胶膜去掉； 上述所述工艺步骤顺序也可以是-
1) 在所述圆片上层结构上粘贴胶膜；
2) 在所述圆片的下层支撑层上沿芯片下层支撑材料上的划片标记进行划 片，并在下层支撑结构自下而上30-50"m位置处使刀片停止向下切割，使所剩其余部分连接；
3) 将所述圆片上层结构上的胶膜去掉，在所述圆片下层支撑层上粘贴胶
膜；
4) 在所述圆片的上层结构上沿芯片上层结构的多步径划片标记进行多步 径划片并使刀片在上层结构自下而上30-50 " m处停止向下切割，使所剩其余 部分连接；
5) 将所述圆片下层支撑层上的胶膜去掉；
6) 将所述圆片裂片成独立单元，使信号引线焊盘露出；
7) 所述的芯片采用引线键合方式与后续电路进行互连。 本发明的优点本发明提供的圆片级封装结构的引线焊盘电信号引出方
法降低了工艺实现难度，方便了芯片与后续电路的引线焊接。与现有的引线 键合互连技术相比，本发明通过对芯片结构的合理分布设计，针对某些含有 可动结构的、需要避免水汽接触的芯片单元，采用多步径、深度可控、精确 定位的划片和裂片技术，保护了芯片内部可动结构，避免了传统划片、封装 等后续制作工艺对器件结构的损伤，提高了工艺成品率，同时进一步减小了 器件的封装体积。
附图1是圆片级封装结构芯片单元。
附图2是圆片组的放大示意图。
附图3是圆片组的划片放大示意图。
附图4是圆片级封装芯片与电路互连示意图。
图中的l是中层结构、2是键合环、3是引线焊盘、4是下层支撑、5是 上层结构、6是微凹槽、7是刀具、8是上层结构的划片对准标记、9是下层 支撑的划片对准标记、IO是金丝。
具体实施例方式
以下为本发明提供的实施例，结合图l、图2、图3具体说明。
对照附图l，该芯片包括上层结构5，中层结构1和下层支撑4。所述的 上层结构5材料为玻璃，中层结构l材料为硅，下层支撑4材料为玻璃。下 层支撑4材料上沉积金属并刻蚀形成有引线焊盘3，芯片中层结构1外围有一键合环2，键合环2底部与下层支撑4材料上金属引线接触处有一微凹槽6， 所述微凹槽6的高度略大于金属引线的高度，宽度略大于金属引线的宽度。 所述引线焊盘3通过该微凹槽6与芯片中层结构1内部连通。
所述的上层结构材料为玻璃，所述中层结构材料为硅，所述下层支撑材 料为玻璃，在所述的上层结构材料上划片对应位置制作多步径划片标记，在 所述下层支撑材料上划片对应位置制作划片标记。
所述的上层结构材料为硅，所述中层结构材料为硅，所述下层支撑材料 为玻璃，在所述的上层结构材料上划片对应位置制作多步径划片标记，在所 述下层支撑材料上划片对应位置制作划片标记。
所述的上层结构材料上的多步径划片标记位于芯片键合环外围引线焊盘 正上方位置，所述下层支撑材料上的划片标记位于相邻的键合环中间。
所述的键合环底部刻蚀有一微凹槽，所述芯片下层支撑上的信号金属引 线通过该微凹槽与芯片中层结构内部互连。所述信号金属引线高度《4um， 所述微凹槽的高度略大于金属引线的高度，宽度略大于金属引线的宽度。
对所述圆片进行双面、深度可控、精确定位多步径划片。
该方法包括如下步骤
1) 在所述圆片下层支撑层上粘贴胶膜；
2) 在所述圆片的上层结构上沿芯片上层结构的多步径划片标记自上而下 进行精确定位、深度精确可控、多步径划片并使刀片在上层结构自下而上 50um处停止向下切割，使所剩其余部分连接；
3) 将所述圆片下层支撑上的胶膜去掉，在上层结构上粘贴胶膜；
4) 在所述圆片的下层支撑上沿芯片下层支撑材料上的划片标记自上而下 进行精确定位、深度精确可控划片，并在下层支撑结构自下而上50um位置 深处使刀片停止向下切割，使所剩其余部分连接；
5) 将所述圆片上层结构上的胶膜去掉； 上述所述工艺步骤顺序也可以是
1) 在所述圆片上层结构上粘贴胶膜；
2) 在所述圆片的下层支撑层上沿芯片下层支撑材料上的划片标记进行划 片，并在下层支撑结构自下而上30-50 tim位置处使刀片停止向下切割，使所剩其余部分连接；
3) 将所述圆片上层结构上的胶膜去掉，在所述圆片下层支撑层上粘贴胶
膜；
4) 在所述圆片的上层结构上沿芯片上层结构的多步径划片标记进行多步 径划片并使刀片在上层结构自下而上30-50txm处停止向下切割，使所剩其余 部分连接；
5) 将所述圆片下层支撑层上的胶膜去掉；
6) 将所述圆片裂片成独立单元，使信号引线焊盘露出； 所述的芯片单元采用引线键合方式与后续电路进行互连。 所述刀片采用300um厚的树脂结合剂切割刀片，分别在所述的上层结构
和下层支撑结构自下而上30 u m-50 u m处使刀片停止向下切割。
本发明结合双面、深度可控、精确定位的多步径划片技术，实现了圆片 级封装结构的引线焊盘电信号引出，保护了芯片结构，提高了工艺成品率， 且工艺简单、易实现。同时该方法也适合于层叠式器件结构的金属互连。
本发明所述圆片级封装结构的双面、深度可控、精确定位的多步径划片， 具体实施步骤如下
将所述圆片置于平整洁净的水平桌面上，下层支撑4材料面朝上，将胶 膜带有粘性的一面轻轻覆盖在下层支撑4材料上。均匀加热，使圆片牢固地 贴在胶膜上，减小划片时产生的振动对芯片结构的影响。
选用300um厚的树脂结合剂切割刀片划片，将贴有胶膜的圆片装于划片 机上，将刀具7对准上层结构上的对准划片标记8，如图2所示，针对多个 不同划片步径，设置精确的划片参数，使刀片在上层结构自下而上50ym深 度处停止向下切割，开始进行划片，如图3所示。
完成上层结构的划片后，将下层支撑4材料上的胶膜轻轻取下，烘干圆 片上的水渍。将所述圆片置于平整洁净的水平桌面上，使上层结构5面朝上， 将胶膜带有粘性的一面轻轻覆盖在上层结构5材料上。均匀加热，使圆片牢 固地贴在胶膜上。
将贴有胶膜的圆片装于划片机上，将刀具7对准下层支撑上的对准划片 标记9，如图2所示，设置精确的划片参数，使刀片在下层支撑结构自下而上50um位置深处停止向下切割，开始进行划片，如图3所示。
完成下层支撑材料的划片后，将胶膜轻轻取下，烘干圆片上的水渍。利 用辅助工具轻轻压在没划透的划片槽上，根据自然解理的特性，可将所述圆 片分离为一个个独立芯片，如图1所示。芯片内部结构得到了有效的保护， 引线焊盘暴露在芯片外面，方便了进一步引线键合封装，达到了圆片级封装 的目的。
在完成双面、深度可控、精确定位的多步径划片和裂片工艺后， 一个个 独立的芯片单元，利用引线键合方式采用热压键合将芯片引线焊盘和后续电 路进行金属互连，如图4所示。
权利要求
1、圆片级封装结构，其特征是包括上层结构、中层结构和下层支撑；其中中层结构外围有一键合环，下层支撑上分布有芯片结构的引线焊盘，所述的引线焊盘位于键合环的外侧；封装结构的上层结构、中层结构和下层支撑利用键合环通过MEMS键合成一体；对圆片进行多步径划片、裂片，使信号引线焊盘露出，利用引线键合方法将芯片与后续电路互连。
2、 根据权利要求1所述的圆片级封装结构，其特征是所述的上层结构材 料为玻璃，所述的中层结构材料为硅，所述的下层支撑材料为玻璃，在所述 的上层结构材料上划片对应位置制作多步径划片标记，在所述下层支撑材料 上划片对应位置制作划片标记。
3、 根据权利要求l所述的圆片级封装结构，其特征是所述的上层结构材 料为硅，所述的中层结构材料为硅，所述的下层支撑材料为玻璃，在所述的 上层结构材料上划片对应位置制作多步径划片标记，在所述下层支撑材料上 划片对应位置制作划片标记。
4、 根据权利要求2所述的圆片级封装结构，其特征是所述的上层结构材 料上的多步径划片标记位于芯片键合环外围引线悍盘正上方位置，所述下层 支撑材料上的划片标记位于相邻的键合环中间。
5、 根据权利要求l所述的圆片级封装结构，其特征是所述的键合环底部 刻蚀有一微凹槽，所述的芯片下层支撑上的信号金属引线通过该微凹槽与芯 片中层结构内部互连，所述的信号金属引线高度《4um，所述的微凹槽的高 度大于金属引线的高度，宽度大于金属引线的宽度。
6、 圆片级封装结构的引线焊盘电信号引出方法，其特征是该方法包括如 下步骤1) 在所述圆片下层支撑层上粘贴胶膜；2) 在所述圆片的上层结构上沿芯片上层结构的多步径划片标记进行多步 径划片并使刀片在上层结构自下而上30-50ym处停止向下切割，使所剩其余 部分连接；3) 将所述圆片下层支撑层上的胶膜去掉，在上层结构上粘贴胶膜；4) 在所述圆片的下层支撑层上沿芯片下层支撑材料上的划片标记进行划片，并在下层支撑结构自下而上30-50um位置处使刀片停止向下切割，使所 剩其余部分连接；5) 将所述圆片上层结构层上的胶膜去掉； 上述所述工艺步骤顺序也可以是1) 在所述圆片上层结构上粘贴胶膜；2) 在所述圆片的下层支撑层上沿芯片下层支撑材料上的划片标记进行划 片，并在下层支撑结构自下而上30-50um位置处使刀片停止向下切割，使所 剩其余部分连接；3) 将所述圆片上层结构上的胶膜去掉，在所述圆片下层支撑层上粘贴胶膜；4) 在所述圆片的上层结构上沿芯片上层结构的多步径划片标记进行多步 径划片并使刀片在上层结构自下而上30-50 u m处停止向下切割，使所剩其余 部分连接；5) 将所述圆片下层支撑层上的胶膜去掉；6) 将所述圆片裂片成独立单元，使信号引线焊盘露出；7) 所述芯片采用引线键合方式与后续电路进行互连。
7、根据权利要求6所述的圆片级封装结构的引线焊盘电信号引出方法， 其特征是选用300um厚的树脂结合剂切割刀片划片，分别在所述的上层结构 和下层支撑结构自下而上30 u m-50 " m处使刀片停止向下切割。
全文摘要
本发明提供一种利用多步径、精密控深的划片技术实现针对圆片级封装结构器件的引线焊盘的电信号引出方法，包括以下特征所述圆片级封装结构包括上层结构、中层结构和下层支撑；其中中层结构外围有一键合环，下层支撑上分布有芯片结构的引线焊盘，所述的引线焊盘位于键合环的外侧；封装结构的上层结构、中层结构和下层支撑利用键合环通过MEMS键合成一体；对圆片进行多步径划片、裂片，使信号引线焊盘露出，利用引线键合方法将芯片与后续电路互连。本发明通过对芯片引线位置的合理设计，对圆片进行双面、多步径、深度可控、精确定位的划片，将引线焊盘直接暴露出来，利用引线键合技术实现芯片互连。该方法保护了芯片内部单元结构，大大提高了圆片级到独立芯片的成品率，减小了器件的封装体积，同时避免了采用倒装焊、通孔等复杂刻蚀工艺实现芯片引线之间的互连。
文档编号H01L23/498GK101477977SQ20091002818
公开日2009年7月8日 申请日期2009年1月20日 优先权日2009年1月20日
发明者芳 侯, 璟 吴, 健 朱, 贾世星 申请人:中国电子科技集团公司第五十五研究所