一种半导体分立器件或集成电路柔性封装方法

本发明涉及半导体器件及其封装，其主要涉及柔性分立器件或柔性集成电路的制造及完成其相应的柔性封装，包括晶圆的减薄、晶圆级的柔性封装、以及划道分离裂片实现柔性分立器件芯片或柔性集成电路芯片的制造。

背景技术：

1、柔性电子是将有机/无机薄膜电子器件制作在柔性材料上。近年来，柔性电子芯片在可植入医疗设备、可穿戴智能器件、柔性传感器、太阳能电池、发光器件和生物应用等方面的应用越来越广泛，柔性电子器件的研究和制造也越来越重要。

2、现今，90％以上的主流芯片仍采用硅基等硬质材料制备。但当硬质的硅晶圆减薄到50um后，超薄硅芯片就具有一定的柔性特征。故而芯片柔性化的关键技术在于：高成品率的超薄硅晶圆减薄工艺，及减薄后超薄芯片的封装。

3、现阶段，芯片柔性化的主流方案便是基于硅晶圆减薄技术。晶圆减薄技术不仅能实现硅质芯片的柔性化，同时还有着非常多的优势。在功率器件的应用中，芯片的发热区有百分之八十以上是由硅芯片产生的，其自身的热阻率较大，当完成晶圆减薄后，可以大幅度的降低芯片热阻，由此便可以降低工作时器件的结温，进而提高器件的安全工作区；此外，由于晶圆的减薄，其纵向的寄生电阻降低，便降低了器件导通时的导通电阻ron。

4、随着硅晶圆的减薄，超薄的硅芯片必须面临磨削制备过程中引发的崩边、应力残余等问题，导致芯片面临破损、碎裂、电性能变化等可靠性挑战；同时，超薄芯片在焊接测试时缺少支撑、易发生损坏。因此，研究硅芯片的减薄技术，实现其晶圆级柔性封装，是现阶段研究的一个重要方向。

5、本发明中，提出了一种芯片的减薄以及晶圆级柔性封装方法，利用芯片封装的柔性封装材料作为晶圆减薄的保护层；并在柔性材料上，利用光刻技术，通过刻出的引线导孔，实现原压焊区的重新布局。本发明解决了超薄芯片的工业化制造、柔性封装和电路的装配应用。晶圆级封装技术，实现了芯片的小尺寸封装，在封装芯片表面直接具有柔性焊点，可直接与柔性材料基板焊接互联，进行电性能测试。

技术实现思路

1、本发明提出了一种芯片的减薄及其晶圆级的柔性封装方法，其特征在于：在覆盖光敏聚酰亚胺膜后，光刻出原压焊区，并在原压焊区处电镀出与薄膜等高的金属柱，此后进行晶圆的磨削减薄，最终在晶圆背面贴保护膜后划片，实现超薄芯片的晶圆级柔性封装。

2、一种半导体分立器件或集成电路柔性封装方法，包括以下步骤：

3、s1.完成集成电路芯片或分立器件的设计制作，并完成压焊区的金属化；

4、s2.在步骤s1所述的晶圆表面覆盖一层柔性光敏聚酰亚胺薄膜作为钝化封装层；

5、s3.在完成步骤s2的晶圆表面聚酰亚胺薄上，光刻出原压焊区形成引线孔；

6、s4.利用电镀设备，在压焊区电镀出金属柱；

7、s5.通过石蜡等粘性材料把硅片粘在比晶圆稍大的支撑片上，然后利用晶圆减薄机器，对步骤s4所述完成金属电镀的晶圆进行背面减薄；

8、s6.在晶圆背面，通过均胶涂覆或压膜的方式，形成一层柔性保护层，以实现对晶圆背面的保护；

9、s7.将正面支撑片取下，可将支撑片利用粘性材料或专用夹具贴装到晶圆背面，并在晶圆正面金属柱处电镀或进行植球形成新焊点；

10、s8.将晶圆转移到蓝膜，通过划片机进行划片；

11、具体的，步骤s1提供的晶圆上的芯片可以为所有引脚在单面的芯片，其可通过晶圆级的重新布局布线工艺，对压焊区重新进行布线。

12、可选的，步骤s2中所述的聚酰亚胺薄膜覆盖方法，可以为均匀旋转涂覆光敏聚酰亚胺胶，也可以为采用压膜的方法直接贴装一层光敏聚酰亚胺薄膜，聚酰亚胺薄膜的厚度可选择为30-50μm。

13、可选的，步骤s3中可直接对光敏聚酰亚胺薄膜进行光刻，可根据覆盖的聚酰亚胺薄膜的厚度选择进行单次或多次光刻，直到刻出原芯片压焊区，光刻形状可为方形或圆形。

14、可选的，步骤s4所述电镀可采用专用金属电镀设备，电镀出金属柱高度可为30-50μm，与钝化薄膜表面齐平或稍高。

15、可选的，步骤s5减薄可采用整体磨削减薄的方法，也可采用其它磨削设备进行减薄。

16、可选的，步骤s5中所述的支撑片可为硬质硅片，可选择利用石蜡等粘接材料实现晶圆与支撑片的粘接，后续通过加热熔化粘接材料取下支撑片。

17、可选的，步骤s6中所述的背面保护层，可直接旋转涂覆聚酰亚胺胶，固化形成保护膜；也可以通过专用设备，在晶圆背后压膜贴装一层柔性聚酰亚胺保护膜，所述保护膜厚度可为30-50μm。

18、可选的，依据减薄后硅晶圆能否支撑后续电镀植球加工，同步骤s5相同，可选择利用石蜡等粘接材料或专用夹具，在晶圆背面再次粘接比晶圆稍大的支撑片，之后进行电镀或植球工艺形成新焊点。

19、可选的，步骤s8中贴蓝膜的方式可选择为利用贴片机抽真空贴装，后采用专用划片机划片。

20、可选的，步骤s8所述划片后的芯片已完成封装，可直接装配于柔性基板上使用。

21、根据上述技术方案，本发明所取得的有益效果为：

22、(1).本发明通过芯片的减薄制造，不仅可以大幅度降低功率器件或集成电路的热阻，从而降低器件工作时的结温，提高器件或电路的安全工作区；还能有效降低器件或芯片的导通电阻，提高电路的工作效率。

23、(2)本发明所述方法，硅片自身被包裹在柔性封装层中，能够消除电镀或植球时引起的应力作用，也可以规避在焊接时引起硅片的损伤。

24、(3)本发明采用晶圆级封装技术，所有封装操作以晶圆形式进行操作，其封装面积小，无需再进行额外的封装。

技术特征：

1.一种半导体分立器件或集成电路柔性封装方法，其特征在于包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种半导体分立器件或集成电路柔性封装方法，其特征在于，在步骤s2中，覆盖光敏聚酰亚胺薄膜的方法可选择为旋转涂覆或压膜。

3.根据权利要求1所述的一种半导体分立器件或集成电路柔性封装方法，其特征在于，在步骤s2中，覆盖的光敏聚酰亚胺薄膜的厚度可选择为30-50μm。

4.根据权利要求1所述的一种半导体分立器件或集成电路柔性封装方法，其特征在于，在步骤s3中，可根据覆盖的聚酰亚胺薄膜的厚度选择进行单次或多次光刻，直到刻出原芯片压焊区，光刻形状可为方形或圆形。

5.根据权利要求1所述的一种半导体分立器件或集成电路柔性封装方法，其特征在于，在步骤s4中，所述电镀金属柱高度可以为30-50μm，与聚酰亚胺薄膜表面齐平。

6.根据权利要求1所述的一种半导体分立器件或集成电路柔性封装方法，其特征在于，在步骤s5中，所述减薄方法为机械研磨设备磨削。

7.根据权利要求1所述一种半导体分立器件或集成电路柔性封装方法，其特征在于，步骤s6中所述有源区背面的柔性保护层可为涂覆或压膜的聚酰亚胺薄膜，厚度可为20-50μm。

8.根据权利要求1所述一种半导体分立器件或集成电路柔性封装方法，其特征在于，步骤s7中，若减薄后晶圆厚度不足以支撑后续加工工艺，需采用同步骤s5利用粘接材料或利用专用夹具在晶圆背面贴支撑片。

9.根据权利要求1所述一种半导体分立器件或集成电路柔性封装方法，其特征在于，步骤s8所采用方法为晶圆背面贴蓝膜固定后，调整划片道进行晶圆切割，划片后的芯片已完成封装，可直接装配于柔性基板上使用。

10.根据权利要求1-9所述，其特征在于，进行柔性封装的芯片可以为分立器件芯片，也可以集成电路芯片。

技术总结
发明提出了一种半导体分立器件或集成电路的晶圆减薄制备技术，并直接进行晶圆级柔性封装的方法。该方法的特点在于：直接在晶圆表面覆盖一层柔性光敏聚酰亚胺薄膜，该薄膜既可以作为晶圆减薄时的保护层，又可以作为晶圆的封装层。此后，通过光刻工艺在聚酰亚胺薄膜表面刻出原压焊区，通过电镀从原压焊区长出金属柱到聚酰亚胺薄膜表面，在晶圆背面覆盖上聚酰亚胺薄膜，通过切片分割，直接实现半导体器件在晶圆层面的柔性封装。本发明在完成芯片柔性封装的同时，还保证芯片具有一定的刚性特征，适合安装应用。本发明适用于半导体封装技术领域。

技术研发人员：赵建明,卢潇,徐开凯,李鑫煜,李则鹏,唐宇
受保护的技术使用者：电子科技大学
技术研发日：
技术公布日：2024/3/5