CN105489577B - 一种侧边润湿的圆片级芯片封装结构 - Google Patents

一种侧边润湿的圆片级芯片封装结构 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种侧边润湿的圆片级芯片封装结构，属于半导体封装技术领域。其包括硅基衬底和带有若干个芯片电极的芯片，所述硅基衬底的背面设有若干个硅基电极，所述芯片设置在硅基衬底的正面，其芯片电极的信号向下转移至所述硅基衬底的背面的硅基电极，所述硅基电极的向外的侧壁设置若干个金属凸起，所述金属凸起沿硅基衬底的背面向外延伸至硅基衬底的边缘，所述硅基电极与其同侧的金属凸起为一体成形结构，在硅基衬底的侧壁设置开放的槽/孔，所述槽/孔位于金属凸起的正上方，所述槽/孔口径大于金属凸起的宽度尺寸并露出金属凸起的部分或全部，所述槽/孔内填充绝缘物。本发明的封装结构可以提高贴片元件与基板的连接可靠性。

Description

一种侧边润湿的圆片级芯片封装结构
技术领域
本发明涉及一种侧边润湿的圆片级芯片封装结构，属于半导体封装技术领域。
背景技术
贴片元件封装是电子产品小型化、微型化的产物。贴片元件与基板通过焊剂在高温下回流焊或热固化（或紫外固化）实现固定连接并实现电性连通。
贴装后的芯片与基板之间的粘合强度，是决定芯片性能的主要因素之一。通常用焊剂在焊接中的润湿作用来考量焊剂对焊件的结合性能。焊剂一般为印刷焊膏或导电胶。因贴片元件越来越小，其用焊剂量也越来越少，又因贴片元件的电极在其封装结构的背面，阻碍了视线，无法观察到焊剂量的润湿情况，在贴装工艺中很容易造成焊剂因漏失而漏焊，或因过多而使电极短路，影响贴片元件与基板的连接可靠性，进而直接影响到产品的性能。
发明内容
本发明的目的在于克服上述传统贴片元件封装的不足，提供一种可以观察其侧边润湿的圆片级芯片封装结构，以提高贴片元件与基板的连接可靠性，提升产品的性能。
本发明的目的是这样实现的：
本发明一种侧边润湿的圆片级芯片封装结构，其包括硅基衬底和带有若干个芯片电极的芯片，所述硅基衬底的背面设有若干个硅基电极，所述芯片设置在硅基衬底的正面，其芯片电极的信号向下转移至所述硅基衬底的背面的硅基电极，
其特征在于：所述硅基电极的向外的侧壁设置若干个金属凸起，所述金属凸起沿硅基衬底的背面向外延伸至硅基衬底的边缘，所述硅基电极与其同侧的金属凸起为一体成形结构，在硅基衬底的侧壁设置开放的槽/孔，所述槽/孔位于金属凸起的正上方，所述槽/孔口径大于金属凸起的宽度尺寸并露出金属凸起的部分或全部，所述槽/孔内填充绝缘物。
可选地， 所述金属凸起与硅基电极的厚度相等。
可选地，所述金属凸起的横截面呈直线形、圆形或多边形。
可选地，一个所述硅基电极设置一个金属凸起。
可选地，所述金属凸起设置于硅基电极的向外的长边的侧壁的中部。
可选地，所述槽/孔的纵向垂直金属凸起。
可选地，所述槽/孔的纵截面呈矩形或倒置的直角梯形。
可选地，所述芯片为LED芯片或IC芯片。
可选地，所述绝缘物为硅胶。
本发明的有益效果是：
1、本发明侧边润湿的圆片级芯片封装结构，将封装结构背面的原有硅基电极的一侧或多侧延展至封装结构的边缘，形成硅基电极的延展结构，并通过圆片级工艺在封装结构的侧壁形成对应的硅通孔或槽，并在硅通孔或槽内填充绝缘物，使硅基电极的延展结构与硅基本体的侧壁绝缘，抑制多余焊剂的爬升，通过观察爬升的焊剂量的多少，获得封装体表面贴装工艺中焊接润湿的情况，本发明的封装结构有利于及时调整表面贴装工艺，提升产品在线管控能力，有助于提升产品的性能。
附图说明
图1为本发明一种侧边润湿的圆片级芯片封装结构的实施例一的立体示意图；
图2A为本发明一种侧边润湿的圆片级芯片封装结构的实施例二的硅基电极的结构示意图；
图2B为图2A的A-A剖面示意图；
其中，硅基衬底100
硅通孔Ⅰ111
硅通孔Ⅱ113
槽11
绝缘层Ⅰ121
绝缘层Ⅱ122
再布线金属层图案Ⅰ21
再布线金属层图案Ⅱ22
硅基电极Ⅰ321
硅基电极Ⅱ322
金属凸起Ⅰ3211
金属凸起Ⅱ3221
金属块41、42
芯片500
LED芯片510。
具体实施方式
现在将在下文中参照附图更加充分地描述本发明，在附图中示出了本发明的示例性实施例，从而本公开将本发明的范围充分地传达给本领域的技术人员。然而，本发明可以以许多不同的形式实现，并且不应被解释为限制于这里阐述的实施例。
实施例一，参见图1
本发明一种侧边润湿的圆片级芯片封装结构，其包括硅基衬底100和带有芯片电极的芯片500，芯片500可以是IC芯片，也可以是LED芯片等其他芯片。
硅基衬底100的背面设有硅基电极Ⅰ321、硅基电极Ⅱ322，芯片500设置在硅基衬底100的正面。硅基衬底100的内部设置金属互连结构（图中未示出），芯片电极与硅基电极Ⅰ321、硅基电极Ⅱ322分别通过该金属互连结构连接，并将其芯片电极的信号向下转移至硅基衬底100的背面的硅基电极Ⅰ321、硅基电极Ⅱ322。该金属互连结构包括上下贯穿硅基衬底100的若干个通孔，通孔的横截面形状为圆形或四边形、六边形等多边形，一般为圆形，图中未示意。通孔内先形成绝缘层再填充导电性能良好的金属，该金属上端连接芯片500的芯片电极、下端连接对应的硅基电极Ⅰ321或硅基电极Ⅱ322。该金属材质包括但不限于铜。
硅基电极Ⅰ321与硅基电极Ⅱ322均有三个向外的侧壁，可以在其任一侧壁设置若干个金属凸起。图1中，以硅基电极Ⅰ321、硅基电极Ⅱ322的其中一个侧壁分别设置金属凸起Ⅰ3211、金属凸起Ⅱ3221示意。一般地，金属凸起Ⅰ3211、金属凸起Ⅱ3221与硅基电极Ⅰ321、硅基电极Ⅱ322的厚度相等。金属凸起Ⅰ3211、金属凸起Ⅱ3221设置于硅基电极Ⅰ321、硅基电极Ⅱ322的长边一侧的向外的侧壁。金属凸起Ⅰ3211、金属凸起Ⅱ3221沿硅基衬底100的背面向外延伸至硅基衬底100的边缘，硅基电极Ⅰ321与其同侧的金属凸起Ⅰ3211为一体成形结构，硅基电极Ⅱ322与其同侧的金属凸起Ⅱ3221为一体成形结构。为方便、准确地观察封装结构的焊剂润湿情况，金属凸起Ⅰ3211、金属凸起Ⅱ3221以分别设置于硅基电极Ⅰ321、硅基电极Ⅱ322的侧壁的中部为佳。金属凸起Ⅰ3211、金属凸起Ⅱ3221的横截面形状不限定，可以是直线形、圆形或多边形。为方便说明，图中，金属凸起Ⅰ3211、金属凸起Ⅱ3221的横截面形状以呈 “一”字型示意，分别与硅基电极Ⅰ321、硅基电极Ⅱ322的外侧边缘垂直，如图1所示。在硅基衬底100的侧壁设置开放的槽11，该槽11位于金属凸起Ⅰ3211、金属凸起Ⅱ3221的正上方。该槽11与金属凸起Ⅰ3211、金属凸起Ⅱ3221交接处，槽11的口径D大于金属凸起Ⅰ3211、金属凸起Ⅱ3221的宽度尺寸L，并且槽11的深度H需露出金属凸起Ⅰ3211、金属凸起Ⅱ3221的部分或全部。槽11与金属凸起Ⅰ3211、金属凸起Ⅱ3221之间的几何尺寸限定是为了达到金属凸起Ⅰ3211、金属凸起Ⅱ3221与硅基衬底100绝缘的目的，因此，槽11内填充绝缘物。该绝缘物包括但不限于硅胶。该槽11也可以是上述金属互连结构中通孔的一部分，其在圆片级工艺过程中与通孔同时成形，但其内无金属填充而是全部填充绝缘物。
侧边润湿的圆片级芯片封装结构在与PCB、MPCB等基板通过焊剂连接时，涂抹于硅基电极Ⅰ321、硅基电极Ⅱ322的焊剂的一小部分沿金属凸起Ⅰ3211、金属凸起Ⅱ3221外溢并润湿LED芯片的封装结构的侧壁的下端有金属的部分，因槽11的部分为绝缘的硅胶，焊剂不会再向上爬升，但其会在槽11的下端固化成形。若槽11的下端没有焊接固化物，可以推测焊剂的量不够或焊剂融化温度不够，需要及时调整表面贴装工艺，增加焊剂量或调整焊剂融化温度；若槽11的下端焊接固化物溢出槽11外，可以推测焊剂的量过多，需要及时调整表面贴装工艺，减少焊剂量。因此，通过观察圆片级芯片封装结构侧边润湿情况，可以方便了解封装体表面贴装工艺中焊剂情况，有助于提升产品在线管控能力，提升产品的性能。
实施例二，参见图2A和图2B
半导体器件LED芯片的封装结构如图2A和图2B所示，图2A示出了LED封装结构背面硅基电极Ⅰ321、硅基电极Ⅱ322与硅通孔的位置关系，图2B为图2A的A-A剖面图。如图2B所示，在硅基衬底100的硅基本体1的上表面和硅通孔的内壁设置绝缘层Ⅰ121、下表面设置绝缘层Ⅱ122，绝缘层Ⅰ121和绝缘层Ⅱ122的材质可以相同，其材质包括但不局限于氧化硅薄膜，以使具有半导体性能的硅基本体1绝缘。绝缘层Ⅰ121的上表面为彼此绝缘的不连续的再布线金属层，本实施例中以再布线金属层图案Ⅰ21、再布线金属层图案Ⅱ22示意，再布线金属层图案Ⅰ21、再布线金属层图案Ⅱ22的材质一般由金属铜制成，其最外层为光滑平坦的银层、铝层（图中未示出）等兼具有高反射率和导电性能良好的金属层，以增强LED封装产品的光反射强度，提高LED封装产品的出光亮度。LED芯片510倒装于再布线金属层图案Ⅰ21和再布线金属层图案Ⅱ22的表面且与再布线金属层图案Ⅰ21和再布线金属层图案Ⅱ22横跨连接。具体地，LED 芯片510带有正电极51、负电极52，再布线金属层图案Ⅰ21和再布线金属层图案Ⅱ22于该芯片500的正电极51与负电极52之间分开且彼此绝缘，以避免LED芯片510短路。在正电极51与再布线金属层图案Ⅰ21之间可以设置金属块Ⅰ41，在负电极52与再布线金属层图案Ⅱ22之间可以设置金属块Ⅱ42，金属块Ⅰ41、金属块Ⅱ42的材质通常为导电性能良好的铜，但其材质不局限于此。其上两端设有焊剂金属（图中未示出），通常为金属锡或锡合金，其厚度不超过5微米，在LED芯片510完成倒装工艺之后形成锡基金属间化合物，以增强LED芯片510与再布线金属层图案Ⅰ21、再布线金属层图案Ⅱ22之间的连接可靠性。
金属块I41、金属块Ⅱ42的横截面形状和大小根据实际需要确定。通常其横截面形状、大小与正电极51、负电极52的横截面形状、大小一致。金属块Ⅰ41与金属块Ⅱ42的高度一般相等，高度h2的范围为3～20微米，以高度范围为7～12微米为佳，以实现其支撑、导热作用的同时满足小型化的封装结构需要。
硅基衬底100的背面设有硅基电极Ⅰ321、硅基电极Ⅱ322，LED芯片510的芯片电极通过硅通孔互连结构分别与硅基衬底100的背面的硅基电极Ⅰ321、硅基电极Ⅱ322连接，并将芯片电极的信号通过硅通孔互连结构向下转移至硅基衬底100的背面的硅基电极Ⅰ321、硅基电极Ⅱ322。
硅通孔互连结构包括上下贯穿硅基本体1的硅通孔、分布于硅基本体1的上表面和硅通孔内壁的绝缘层Ⅰ121、分布于硅基本体1的下表面的绝缘层Ⅱ122和沿绝缘层Ⅰ121分布的不连续的再布线金属层，该再布线金属层的一端与芯片电极连接、其另一端穿过硅通孔与硅基电极连接。
对于越来越小的LED芯片510，在LED芯片510的垂直区域之外设置有四个硅通孔Ⅰ111，如图2A所示。硅通孔Ⅰ111的纵截面呈倒梯形，且其大口端朝向绝缘层Ⅰ121、小口端朝向绝缘层Ⅱ122，如图2B所示，其小口端的口径不小于20微米，以小口端的口径在30微米左右为佳，以保证连接的电可靠性，同时降低工艺难度，进而降低生产成本。硅通孔Ⅰ111在LED芯片510的倒装区域之外的具***置根据实际需要来确定。再布线金属层图案Ⅰ21、再布线金属层图案Ⅱ22分别向外延伸至同侧的硅通孔Ⅰ111，并沿绝缘层Ⅲ123的表面覆盖硅通孔Ⅰ111的内壁和沉积于硅通孔11的小口端的底部。
在LED芯片510的垂直区域之外还设置两个硅通孔Ⅱ113，如图2A所示。该硅通孔Ⅱ113与硅通孔Ⅰ111的结构相同，为降低工艺难度、节约生产成本，其圆片级成形工艺与硅通孔Ⅰ111相同。区别在于：硅通孔Ⅱ113仅为硅通孔Ⅰ111的纵向剖面的一部分，呈开放的竖直槽，其纵截面呈倒置的直角梯形。一般地，硅通孔Ⅱ113为硅通孔Ⅰ111的纵向剖面的一半，取决于分割时的剩余量。并且，再布线金属层图案Ⅰ21、再布线金属层图案Ⅱ22终止位置尽可能靠近硅基衬底100的边缘。在硅通孔Ⅱ113附近，硅通孔Ⅱ113内不设置再布线金属层图案Ⅰ21或再布线金属层图案Ⅱ22，再布线金属层图案Ⅰ21、再布线金属层图案Ⅱ22终止位置在硅通孔Ⅱ113开口顶部区域，如图2B所示。硅通孔Ⅱ113设置于硅基衬底100的边缘，呈开放式，其内填充硅胶。硅通孔Ⅰ111和/或硅通孔Ⅱ113的纵截面也可呈矩形。
针对越来越小的LED芯片封装结构，硅基电极Ⅰ321、硅基电极Ⅱ322的向外的长边的侧壁也只需分别设置一个金属凸起Ⅰ3211、金属凸起Ⅱ3221，一般地，金属凸起Ⅰ3211、金属凸起Ⅱ3221与硅基电极Ⅰ321、硅基电极Ⅱ322的厚度相等。所述金属凸起Ⅰ3211、金属凸起Ⅱ3221沿硅基本体1背面的绝缘层Ⅱ122向硅通孔Ⅱ113的方向延伸至硅基本体1的边缘，硅基电极Ⅰ321与其同侧的金属凸起Ⅰ3211为一体成形结构，硅基电极Ⅱ322与其同侧的金属凸起Ⅱ3221为一体成形结构。为方便、准确地观察封装结构的焊剂润湿情况，金属凸起Ⅰ3211、金属凸起Ⅱ3221和硅通孔Ⅱ113以分别设置于硅基电极Ⅰ321、硅基电极Ⅱ322的侧壁的中部为佳。金属凸起Ⅰ3211、金属凸起Ⅱ3221的横截面形状不限定，可以是直线形、圆形或多边形。为方便说明，图中，金属凸起Ⅰ3211、金属凸起Ⅱ3221的横截面形状以呈 “一”字型示意，分别与硅基电极Ⅰ321、硅基电极Ⅱ322的外侧边缘垂直，如图2A所示。在硅基本体1的侧壁设置开放的硅通孔Ⅱ113，该硅通孔Ⅱ113位于金属凸起Ⅰ3211、金属凸起Ⅱ3221的正上方。该硅通孔Ⅱ113与金属凸起Ⅰ3211、金属凸起Ⅱ3221交接处，硅通孔Ⅱ113的口径D2大于金属凸起Ⅰ3211、金属凸起Ⅱ3221的宽度尺寸L2，并且硅通孔Ⅱ113的深度H2需露出金属凸起Ⅰ3211、金属凸起Ⅱ3221的部分或全部。硅通孔Ⅱ113与金属凸起Ⅰ3211、金属凸起Ⅱ3221之间的几何尺寸限定是为了达到金属凸起Ⅰ3211、金属凸起Ⅱ3221与硅基本体1绝缘的目的，因此，硅通孔Ⅱ113内填充绝缘物。该绝缘物包括但不限于硅胶。
侧边润湿的圆片级芯片封装结构在与PCB、MPCB等基板通过焊剂连接时，涂抹于硅基电极Ⅰ321、硅基电极Ⅱ322的焊剂的一小部分沿金属凸起Ⅰ3211、金属凸起Ⅱ3221外溢并润湿LED芯片的封装结构的侧壁的下端有金属的部分，因硅通孔Ⅱ113的部分为绝缘的硅胶，焊剂不会再向上爬升，但其会在硅通孔Ⅱ113的下端固化成形。若硅通孔Ⅱ113的下端没有焊接固化物，可以推测焊剂的量不够或焊剂融化温度不够，需要及时调整表面贴装工艺，增加焊剂量或调整焊剂融化温度；若硅通孔Ⅱ113的下端焊接固化物溢出硅通孔Ⅱ113外，可以推测焊剂的量过多，需要及时调整表面贴装工艺，减少焊剂量。因此，通过观察圆片级芯片封装结构侧边润湿情况，可以方便了解封装体表面贴装工艺中焊剂情况，有助于提升产品在线管控能力，提升产品的性能。
本发明一种侧边润湿的圆片级芯片封装结构不限于上述优选实施例，因此，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何修改、等同变化及修饰，均落入本发明权利要求所界定的保护范围内。

Claims (9)

1.一种侧边润湿的圆片级芯片封装结构，其包括硅基衬底和带有若干个芯片电极的芯片，所述硅基衬底的背面设有若干个硅基电极，所述芯片设置在硅基衬底的正面，其芯片电极的信号向下转移至所述硅基衬底的背面的硅基电极，
其特征在于：所述硅基电极的向外的侧壁设置若干个金属凸起，所述金属凸起沿硅基衬底的背面向外延伸至硅基衬底的边缘，所述硅基电极与其同侧的金属凸起为一体成形结构，在硅基衬底的侧壁设置开放的槽/孔，所述槽/孔位于金属凸起的正上方，所述槽/孔口径大于金属凸起的宽度尺寸并露出金属凸起的部分或全部，所述槽/孔内填充绝缘物。
2.根据权利要求1所述的侧边润湿的圆片级芯片封装结构，其特征在于： 所述金属凸起与硅基电极的厚度相等。
3.根据权利要求1所述的侧边润湿的圆片级芯片封装结构，其特征在于：所述金属凸起的横截面呈直线形、圆形或多边形。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的侧边润湿的圆片级芯片封装结构，其特征在于：一个所述硅基电极设置一个金属凸起。
5.根据权利要求4所述的侧边润湿的圆片级芯片封装结构，其特征在于：所述金属凸起设置于硅基电极的向外的长边的侧壁的中部。
6.根据权利要求1所述的侧边润湿的圆片级芯片封装结构，其特征在于：所述槽/孔的纵向垂直金属凸起。
7.根据权利要求1或6所述的侧边润湿的圆片级芯片封装结构，其特征在于：所述槽/孔的纵截面呈矩形或倒置的直角梯形。
8.根据权利要求1所述的侧边润湿的圆片级芯片封装结构，其特征在于：所述芯片为LED芯片或IC芯片。
9.根据权利要求1所述的侧边润湿的圆片级芯片封装结构，其特征在于：所述绝缘物为硅胶。
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