CN103700596A - 减少模封胶体内气泡的压缩模封方法与装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种减少模封胶体内气泡的压缩模封方法与装置，其特征在于：在一加压腔室提供压缩模模具组，其包含有上模具与配置于该上模具下方的下模具，下模具有模穴和密封环；在上模具装载基板，基板的预定封胶区朝下且对准该下模具的模穴，将基板设置与芯片通过焊线进行电性连接；加压腔室还具有加压口和排气口，模穴内填入封装材料；加热下模具，使封装材料熔融，并借加压腔室提供一高于一大气压力的气压，排出或减少封装材料内的气泡；保持加热加压并下压上模具，直到封装材料密封芯片，其接触至基板，并使封装材料预固化成模封胶体，结合于基板；模封胶体成形之后，卸载基板。本发明的有益效果是：提升了制程良率、产品可靠度与使用寿命。
Description
技术领域
本发明涉及半导体装置的封装技术，特别系有关于一种减少模封胶体内气泡的压缩模封方法与装置。
背景技术
为了提高先进芯片封装结构的封胶质量来确保产品的可靠度，并提升制程生产力，有别于转移成型的模封技术，目前已开发出一种适用于半导体封装之压缩模封方法，其可使熔融状态之模封胶体包覆芯片，并在特定模具压力下固化，相对于转移成型，更能节省封装材料在模具流道的浪费。但是，压缩模封中由升温至冷却阶段，封装材料在填充时的固态或胶态熔融成液态进而固化的过程中因本身的空隙或是反应产生的气体，使得已固化之模封胶体内产生有空孔，其系为气泡残留其中，减弱了产品的机械强度或客户指定的产品重量。此外，模封胶体内有空孔或气泡时，在热循环制程中容易产生芯片与基板间热膨胀而爆裂情形，而衍生出质量可靠度等问题。
发明内容
本发明的目的在于提供了一种减少模封胶体内气泡的压缩模封方法与装置，用以解决上述的现有问题。
本发明的技术方案如下：一种减少模封胶体内气泡的压缩模封方法与装置，其特征在于：在一加压腔室提供一压缩模模具组，其包含有上模具与配置于该上模具下方的下模具，下模具具有一模穴和密封环；在上模具装载一基板，基板的预定封胶区朝下且对准该下模具的模穴，将基板设置与芯片通过焊线进行电性连接，其芯片量为复数；加压腔室还具有一加压口和一排气口，模穴内填入封装材料；加热下模具，使封装材料熔融，并借加压腔室提供一高于一大气压力的气压，排出或减少封装材料内的气泡；保持加热加压并下压上模具，直到封装材料密封芯片，其接触至基板，并使封装材料预固化成形为一模封胶体，结合于基板；模封胶体成形之后，卸载基板。
封装材料预固化过程中，同时对该加压腔室排气并维持该气压在1.8至8大气压力(atm)之间。
封装材料在填入时为粉末状、颗粒状或是胶膜状。
本发明的有益效果是：可排出或减少封装材料内的气泡，避免芯片与基板间热膨胀而爆裂问题，有效地提升了制程良率、产品可靠度与使用寿命。
附图说明
第1至6图为本发明各步骤中元件的截面示意图；
图7为本发明应用在半导体封装技术的主要流程方块图。
图中标示：10、加压腔室，11、加压口，12、排气口，20、压缩模模具组，21、上模具，22、下模具，23、模穴，24、密封环，110、基板，111、芯片，112、焊线，131、封装材料，132、模封胶体。
具体实施方式
结合附图，对本发明作进一步详细说明。
如图所示，本发明一种减少模封胶体内气泡的压缩模封方法与装置，其特征在于：在一加压腔室10提供一压缩模模具组20，其包含有上模具21与配置于该上模具21的下方的下模具22，下模具22具有一模穴23和密封环24；在上模具21装载一基板110，基板110的预定封胶区朝下且对准该下模具22的模穴23，将基板110设置与芯片111通过焊线112进行电性连接，其芯片量为复数；加压腔室10还具有一加压口11和一排气口12，模穴23内填入封装材料131；加热下模具22，使封装材料131熔融，并借加压腔室10提供一高于一大气压力的气压，排出或减少封装材料131内的气泡；保持加热加压并下压上模具21，直到封装材料131密封芯片111，其接触至基板110，并使封装材料131预固化成形为一模封胶体132，结合于基板110；模封胶体132成形之后，卸载基板110。封装材料131预固化过程中，同时对该加压腔室10排气并维持该气压在1.8至8大气压力(atm)之间。封装材料131在填入时为粉末状、颗粒状或是胶膜状。
首先，如图1所示，压缩模模具组20放置于该加压腔室10内。上模具21与下模具22通常为金属材质。模穴23应视预定封胶区的大小、数量与排列方式、和基板上所要形成的封装胶体厚度的不同来作对应变化。
接着，如第2图所示，装载一基板110于上模具21。基板110的预定封胶区系朝下并对准模穴23。加压腔室10内的气压系可设定为一大气压以上(≧760 torr)。该基板110设置有复数个与该基板110电性连接的芯片111。具体而言，基板110系可为一印刷电路板、一导线架、一电路薄膜或各种芯片载板。通常基板110系为基板条型态，以供大量生产。将芯片111固定在该基板110的上表面，并进行一打线接合制程或覆晶接合制程使该芯片111与基板110电性连接。在本实施例中，芯片111利用复数个的焊线112电性连接至基板110，这些焊线112的材质可为金、铜、铝或是金属合金线。熟悉者亦可以视需要增加半导体芯片堆栈的数目，或/并将上述銲线接合的方式变更为卷带自动接合或是其他形式。
之后，再如图2所示，填入封装材料131于模穴23内。其中，封装材料131的主要材质为任何适用于半导体封装特性要求之材料配方组成，主要成份有热固化树脂与无机填充料。封装材料131在填入时可为粉末状、颗粒状或是胶膜状。
之后，如图3所示，加热下模具22，使封装材料131熔融，并藉由该加压腔室10提供一高于一大气压力之气压，以排出或减少封装材料131内气泡，以提升制程良率、产品可靠度与使用寿命。在此所指的「大气压力」系为标准大气压力。具体而言，于此步骤中，将该加压腔室10内的气压设定为高于一大气压力之气压，等到该加压腔室10内的气压到达所设定的高于一大气压力之气压并稳定后，此时该封装材料131内的气泡因受到较大压力，其体积会缩小甚或消失，而空隙也会缩小。详细而言，加压腔室10内系可达一预定的固化温度并维持在一预定之压力，加压腔室10具有一加压口11与一排气口12，将该封装材料131填入于模穴23内后，可一面加压一面加热，当该加压腔室10内持续升温时，该封装材料131会熔融而具有流动性，借由该加压口11持续提供气体进入腔内，可同时对该加压腔室10排气并维持该正压系在1.8至8大气压力(atm)之间，即在一大气压的环境下由该加压口11更施予导入的气压介于1至7 kg/cm2，使该加压腔室10内之高温气体为高压状态流动，能挤压出置于该加压腔室10内的封装材料131的气泡(或挥发性溶剂)或使其缩小，并且挥发性溶剂将可由该排气口12排出，以使该加压腔室10内具有良好的空气气氛。更细部而言，由该加压口11导入之加压气体可为干燥空气、氮气、或惰性气体等，以使可能尚残留于封装材料131内部的气泡容易更加缩小或排出，而潜在于熔融态封装材料131的溶剂以及在芯片、基板等封装元件内的水气也会被排出。依此步骤，排气口12的排气量系应设定为小于加压口11的进气量，以使加压腔室10内的压力保持正压以持续逼出或缩小封装材料131内含的气泡。
最后，如第3与4图所示，保持加热加压并下压上模具21，直到封装材料131密封该些芯片111并接触至基板110，并使该封装材料131预固化成形为一结合于基板110的模封胶体132(如第5图所示)。详细而言，在封装材料131预固化过程中，可同时对该加压腔室10排气并维持该气压在1.8至8大气压力(atm)之间，加热温度可约在100℃至160℃之间。具体而言，当上模具21移近下模具22且接触时，呈熔融状态的封装材料131会包覆这些芯片111，并同时在加热条件下使封装材料131以压缩状态变成半固化的较稳定状态。即在加热加压的同时，进行预固化成型，可视封装材料131的特性设定固化参数。之后，再执行后烘烤，使封装材料131成为一密封性良好、化学安定性高、且绝缘的模封胶体132，以保护这些芯片111不受外界污染物的入侵而受到破坏。经由上述提供一高于一大气压力之气压加压的作用，有效消除封装材料131的内部气泡，故不会在后续的热循环制程中造成半导体装置的爆米花效应而使半导体装置失效。
较佳地，如第3与4图所示，上模具21可包含一对准于该第一模穴23之外的密封环24，其具有弹性与耐热性，用以当下压上模具21时，阻挡封装材料131溢胶。
此外，如5与6图所示，在前述的压缩模封方法中可另包含的步骤为：模封胶体132成形之后，卸载基板110。待完成该模封胶体132预固化制程而成形之后，可分离上模具21与下模具22，取出基板110。经后烘烤之后，可使用旋转刀具或雷射切割工具对该模封胶体132以及基板110进行切割而制成复数个半导体封装构造。
如图7所示，为本发明的方法应用在半导体封装技术的主要流程方块图，半导体封装制程系主要包含以下步骤：1、晶圆研磨步骤；2、晶圆切割；3、黏晶；4、打线电性连接；5、模封，6、植球；7封装切割。其中步骤6是依封装类型不同可为选择性执行、替换或省略，但不影响本方法可实施性的步骤。而本发明所揭示的减少模封胶体内气泡的压缩模封方法是可应用在步骤5模封中，并配合图1至图6详细说明如后。
首先，执行步骤1晶圆研磨，一晶圆包含有复数个一体未分离的芯片。该晶圆的基础材质通常是硅、硅锗化物及砷化镓等半导体材料。该晶圆可具有一集成电路形成表面以及一背面。该晶圆在切割步骤之前先利用一研磨机构研磨该晶圆的背面使其薄化至适当的厚度。
接着，执行步骤2晶圆切割，晶圆经研磨之后可以机械或雷射方式切割分离该晶圆，使其成为复数个芯片111(如第2图所示)。
下一步，执行步骤3黏晶，在芯片承载件(例如第2图中所述的基板110)预定黏着芯片的位置上涂布胶黏剂，例如环氧树脂、银胶；或预先贴上胶片，例如双面胶片，然后利用一芯片吸嘴将已分离的芯片111自晶圆上取出，并且放置于该基板110上。
然后，执行步骤4打线电性连接，利用打线机将细金属线连接芯片111与基板110。非限定地，这些芯片111除了可以打线电性连接之外，亦可以覆晶接合、引脚接合或是其它已知电性连接方式完成这些芯片111与基板110的电性互连。
接下来，执行步骤5模封，即利用本发明所述的方法将上述的封装材料131形成在基板110上并密封芯片111。特别的，可藉由加压加热固化模封胶体的步骤顺序作为其中之一技术手段，利用将上模具21与下模具22置于压力腔10内并在填料至预烘烤过程中提供一高于一大气压力之气压，可排出或减少封装材料131内的气泡，以提升制程良率、产品可靠度与使用寿命。
等到封装材料131固化后，即可执行步骤6植球，将复数个焊球设置在该基板110的下表面以对外连接。最后，执行步骤7封装切割，以机械或雷射方式切割分离该封装材料131固化后的模封胶体132而制成复数个半导体封装构造。经断面分析，该模封胶体132内部的气泡数量与尺寸相较于传统抽真空的压缩模封方式可有效缩小。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例如上所述，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本项技术者，在不脱离本发明之技术范围内，所作的任何简单修改、等效性变化与修饰，均仍属于本发明的技术范围内。
Claims (3)
1.一种减少模封胶体内气泡的压缩模封方法与装置，其特征在于：
在一加压腔室（10）提供一压缩模模具组（20），其包含有上模具（21）与配置于该上模具（21）下方的下模具（22），下模具（22）具有一模穴（23）和密封环（24）；
在上模具（21）装载一基板（110），基板（110）的预定封胶区朝下且对准该下模具（22）的模穴（23），将基板（110）设置与芯片（111）通过焊线（112）进行电性连接，其芯片量为复数；
加压腔室（10）还具有一加压口（11）和一排气口（12），模穴（23）内填入封装材料（131）；
加热下模具（22），使封装材料（131）熔融，并借加压腔室（10）提供一高于一大气压力的气压，排出或减少封装材料（131）内的气泡；
保持加热加压并下压上模具（21），直到封装材料（131）密封芯片（111），其接触至基板（110），并使封装材料（131）预固化成形为一模封胶体（132），结合于基板（110）；
模封胶体（132）成形之后，卸载基板（110）。
2.根据权利要求1所述的减少模封胶体内气泡的压缩模封方法，其特征在于：封装材料（131）预固化过程中，同时对该加压腔室（10）排气并维持该气压在1.8至8大气压力(atm)之间。
3.根据权利要求1所述的减少模封胶体内气泡的压缩模封方法，其特征在于：封装材料（131）在填入时为粉末状、颗粒状或是胶膜状。
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- 2013-12-09 CN CN201310657972.3A patent/CN103700596A/zh active Pending
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