CN116959997A - 一种芯片模块及其制作方法 - Google Patents
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Abstract
本申请涉及一种芯片模块及其制作方法，制作方法包括：提供一芯片，芯片的背面具有粘接剂；将芯片放置在一基座的凹腔中，并使芯片的背面朝向凹腔的底部，其中，凹腔的表面为曲面；在凹腔的开口侧设置柔性薄膜以密封凹腔；对密封后的凹腔进行流体加压，使柔性薄膜和芯片变形至与凹腔的表面共形；加热固化粘接剂，使变形后的芯片与凹腔的表面粘接而定形，得到芯片模块。本申请采用柔性薄膜和流体加压的方式，构建了非刚性约束的流体压力场来控制芯片变形，最后固化粘接剂使芯片定形，实现了对芯片的曲面加工，操作简单、易控、良率高。
Description
技术领域
本申请涉及芯片加工技术领域，具体涉及一种芯片模块及其制作方法。
背景技术
光学成像***会将物体平面聚焦在曲面上，而现有的商业化成像***中的图像传感器则主要依赖于平面集成的硅基电路***，需要配合复杂的光学透镜组校正成像像差，才能将光线聚焦在同一平面的成像器件上实现成像，这种方式不仅削弱了光学信号的信息量，还无法完全消除像差，容易在图像的边缘出现严重的畸变、渐晕等失真现象。因此，通过开发具有曲面结构的图像传感器件，实现光学镜头与图像传感器的联合设计，可为成像***的开发带来新的突破。然而，现有的曲面传感器的制作，主要采用对芯片进行固定再使用机械力加压的方式来实现芯片的曲面变形，操作比较繁琐、不易控制，且芯片固定后容易在变形时受力不均而产生不良，降低良率。
发明内容
针对上述技术问题，本申请提供一种芯片模块及其制作方法，操作简单、易控、良率高。
为解决上述技术问题，本申请提供一种芯片模块的制作方法，包括以下步骤：
S1.提供一芯片，所述芯片的背面具有粘接剂；
S2.将所述芯片放置在一基座的凹腔中，并使所述芯片的背面朝向所述凹腔的底部，其中，所述凹腔的表面为曲面；
S3.在所述凹腔的开口侧设置柔性薄膜以密封所述凹腔；
S4.对密封后的所述凹腔进行流体加压，使所述柔性薄膜和所述芯片变形至与所述凹腔的表面共形；
S5.加热固化所述粘接剂，使变形后的所述芯片与所述凹腔的表面粘接而定形，得到所述芯片模块。
可选地，所述芯片为圆形芯片，所述凹腔的表面为球面。
可选地，所述芯片为椭圆形芯片，所述凹腔的表面为椭球面。
可选地，所述芯片的厚度为20～150μm。
可选地，所述S1步骤之前，还包括：
提供晶圆级硅基芯片；
对所述晶圆级硅基芯片进行减薄；
切割减薄后的所述晶圆级硅基芯片，得到所述芯片。
可选地，所述粘接剂采用旋涂的方式形成在所述芯片的背面。
可选地，所述柔性薄膜的厚度为80～120μm。
可选地，所述S4步骤中，所述流体加压包括气体加压或液体加压，流体加压的压力为1-10Mpa。
可选地，所述S5步骤之后，还包括：
释放流体；
除去所述柔性薄膜。
本申请还提供一种芯片模块，采用如上任一所述的芯片模块的制作方法制作得到。
本申请的芯片模块及其制作方法，制作方法包括：提供一芯片，芯片的背面具有粘接剂；将芯片放置在一基座的凹腔中，并使芯片的背面朝向凹腔的底部，其中，凹腔的表面为曲面；在凹腔的开口侧设置柔性薄膜以密封凹腔；对密封后的凹腔进行流体加压，使柔性薄膜和芯片变形至与凹腔的表面共形；加热固化粘接剂，使变形后的芯片与凹腔的表面粘接而定形，得到芯片模块。本申请采用柔性薄膜和流体加压的方式，构建了非刚性约束的流体压力场来控制芯片变形，最后固化粘接剂使芯片定形，实现了对芯片的曲面加工，操作简单、易控、良率高。
附图说明
图1是根据一实施例示出的芯片模块的制作方法的流程示意图；
图2中的(a)-(e)是根据一实施例示出的芯片模块的制作方法的工艺示意图；
图3中(a)-(c)为基于激光线偏振扫描仪分析数据示意图。
具体实施方式
以下由特定的具体实施例说明本申请的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本申请的其他优点及功效。
在下述描述中，参考附图，附图描述了本申请的若干实施例。应当理解，还可使用其他实施例，并且可以在不背离本申请的精神和范围的情况下进行机械组成、结构、电气以及操作上的改变。下面的详细描述不应该被认为是限制性的，这里使用的术语仅是为了描述特定实施例，而并非旨在限制本申请。
虽然在一些实例中术语第一、第二等在本文中用来描述各种元件，但是这些元件不应当被这些术语限制。这些术语仅用来将一个元件与另一个元件进行区分。
再者，如同在本文中所使用的，单数形式“一”、“一个”和“该”旨在也包括复数形式，除非上下文中有相反的指示。应当进一步理解，术语“包含”、“包括”表明存在所述的特征、步骤、操作、元件、组件、项目、种类、和/或组，但不排除一个或多个其他特征、步骤、操作、元件、组件、项目、种类、和/或组的存在、出现或添加。此处使用的术语“或”和“和/或”被解释为包括性的，或意味着任一个或任何组合。因此，“A、B或C”或者“A、B和/或C”意味着“以下任一个：A；B；C；A和B；A和C；B和C；A、B和C”。仅当元件、功能、步骤或操作的组合在某些方式下内在地互相排斥时，才会出现该定义的例外。
图1是根据一实施例示出的芯片模块的制作方法的流程示意图。如图1所示，本申请的芯片模块的制作方法，包括以下步骤：
S1.提供一芯片，芯片的背面具有粘接剂；
其中，芯片的厚度为20～150μm，以使其具备可变形的柔性。可选地，芯片为圆形芯片，从而在后续加压形变的过程中，各方向应力更加均匀，可以降低芯片形变后与目标曲面的偏差，并减少表面折皱的现象，实际实现时，芯片也可以为椭圆等形状。
可选地，S1步骤之前，还包括：
提供晶圆级硅基芯片；
对晶圆级硅基芯片进行减薄；
切割减薄后的晶圆级硅基芯片，得到芯片。
其中，晶圆级硅基芯片为制作有多个芯片有效区的晶圆，每个芯片有效区对应用于制作一个芯片，芯片有效区可以为圆形或方形。通过芯片减薄生产线，可以根据芯片的尺寸需求将不同尺寸的晶圆减薄至不同厚度，减薄后的芯片几乎没有裂纹和崩边现象发生，接着，使用刀片切割或激光切割技术，围绕晶圆中的芯片有效区将晶圆切割为多个圆形的芯片，从而可以减少或避免后续形变过程中受力不均而导致的表面结构起伏。
可选地，粘接剂用于芯片在基座中的定形，优选采用旋涂的方式形成在芯片的背面。粘接剂的选择可以根据需求而定，在一实施方式中可选择环氧胶，其在70～100℃情况下，加热5-15min即可快速固化，从而提高制作的效率。采用旋涂的方式在芯片的背面形成粘接剂，可以使粘接剂分布较均匀且厚度较薄，从而保证芯片形变后的曲率半径、减少形变后的曲率半径偏差。在芯片背面旋涂均匀且薄的粘接剂时，可先使用第一旋涂参数进行旋涂以使粘接剂旋涂得尽可能均匀，再使用第二旋涂参数进行旋涂以使粘接剂旋涂得尽可能薄，其中第一旋涂参数的转速和时间均小于第二旋涂参数，例如，第一旋涂参数为低速700r、60s的设置，第二旋涂参数为高速7000r或10000r、100s的设置。
S2.将芯片放置在一基座的凹腔中，并使芯片的背面朝向凹腔的底部，其中，凹腔的表面为曲面；
请一并参考图2中的(a)，将芯片10放置在基座20中，基座20具有一凹腔21，凹腔21的表面为球面，实际应用时也可选择非球面，如椭圆面，凹腔21的曲率半径决定了芯片10形变后的曲率半径，因此，可以根据芯片10所需的曲率半径来设计凹腔21的曲率半径。基座20可用散热效果好的材料制作，例如铝。将芯片10放置在基座20的凹腔21中时，芯片10与凹腔21的开口平行且位于凹腔21的中心区域，并使芯片10的背面朝向凹腔21的底部，也即芯片10的具有粘接剂的一侧表面朝向凹腔21的底部。
S3.在凹腔的开口侧设置柔性薄膜以密封凹腔；
其中，如图2中(b)所示，在凹腔21的开口侧设置柔性薄膜30以密封凹腔21，柔性薄膜30可以仅设置在基座20的有凹腔21的一侧并覆盖凹腔21的开口，也可以包裹整个基座20以达到密封凹腔21的效果。柔性薄膜30密封凹腔21后，可以在后续流体加压时，为芯片10提供密封环境以保证流体压力的顺利作用，以及提供该密封环境的变形能力以保证芯片10可以在流体压力作用下进行形变，继而很好地贴附在凹腔21的表面。在选择柔性薄膜30时，需选择气密性好且弹性较大的薄膜，可以为芯片10提供强有力的支撑保障，减少了柔性薄膜30形变过程中的结构起伏对芯片10弯曲过程中形貌的影响。本实施例优选采用固化后的PDMS(聚二甲基硅氧烷)作为柔性薄膜30，其相对于半导体产业中所使用的蓝膜具有更好的弹性，可选地，柔性薄膜30的厚度为80～120μm，柔性薄膜30可通过胶带等方式进行固定并保证密封性。
S4.对密封后的凹腔进行流体加压，使柔性薄膜和芯片变形至与凹腔的表面共形；
其中，流体加压包括气体加压或液体加压。请继续参考图2中的(b)，以气体加压为例，可以将基座20放至一密闭空间40中，例如放至一可以进行气体加压的炉体中，密闭空间40中可同时放置多个基座20，具体可放置的数量由密闭空间40的尺寸大小决定，从而可以实现批量制作。之后，在保证密闭空间40与外界不通气的情况下缓慢充入氮气或其它合适气体，使基座20的凹腔21外部的压强大于凹腔21内部的压强，此时，柔性薄膜30开始向芯片10方向弯曲变形，进一步推动芯片10进行弯曲变形，使芯片10在不破碎的情况下缓慢形变，更易接近芯片10的弯曲极限，且芯片10表面折皱、内部断裂等问题明显减少，最终，柔性薄膜30和芯片10变形至与凹腔21的表面共形，如图2中(c)所示，此时，芯片10被初步定形为曲面。当采用液体加压时，可以使用水或者油作为流体，首先将密封凹腔21后的基座20放入一容器中，接着向容器中缓慢注入所需流体，使基座20的凹腔21外部的压强大于凹腔21内部的压强，以实现与气体加压相同的效果。可选地，流体加压的压力为1-10Mpa，具体取决于芯片10的尺寸。
S5.加热固化粘接剂，使变形后的芯片与凹腔的表面粘接而定形，得到芯片模块。
其中，加热基座20以固化芯片10背面的粘接剂，例如以环氧胶作为粘接剂的情况下，将基座20温度升高至90℃保持15min，即可使粘接剂固化，使变形后的芯片10与凹腔21的表面粘接而最终定形。基座20的加热装置可以独立于用于进行流体加压的装置，也可以与用于进行流体加压的装置一体设置。本实施例中优选为一体设置，例如可以直接在密闭空间40中加热基座20以固化粘接剂，如此，先利用流体加压的方式对芯片10进行精准施压，后通过调节温度对基座20进行加热即可对弯曲后的芯片10进行定形处理，实现整个芯片10弯曲及定形过程一体化，具有简单易操作的优势。之后，当使用气体加压时，释放密闭空间40中的气体，柔性薄膜30释放压力后如图2中(d)所示鼓起，自动与芯片10分离，可以方便除去柔性薄膜30；当使用液体加压时，可以在容器底部设置阀门或采用吸取的方式释放流体，之后再除去柔性薄膜30。最后，得到芯片模块如图2中(e)所示，芯片10定形在基座20的凹腔内，芯片10三维空间结构几乎与基座20一致，与基座20的凹腔表面的曲率半径一致性好。
经测试，1cm×1cm的芯片的弯曲半径最小可达到70mm。通过激光线偏振扫描仪进行检测和分析，其中，图3中(a)为芯片定形后的检测结果，图3中(b)为基座的对应定形后的芯片所在区域的检测结果，图3中(c)为根据图3中(a)与图3中(b)的结果分析得到的偏差结果，从图3中(c)可以看出，采用圆形芯片时，定形后的芯片的曲率较标准球面偏差小于±20μm，且芯片表面未发生明显的起皱现象。
本申请还提供一种芯片模块，采用如上任一所述的芯片模块的制作方法制作得到。其中，芯片模块可应用于制作图像传感器，但不限于此，本申请的制作方法也同样适用于制作其它需要在曲面状态下使用的芯片模块。
本申请的芯片模块及其制作方法，制作方法包括：提供一芯片，芯片的背面具有粘接剂；将芯片放置在一基座的凹腔中，并使芯片的背面朝向凹腔的底部，其中，凹腔的表面为曲面；在凹腔的开口侧设置柔性薄膜以密封凹腔；对密封后的凹腔进行流体加压，使柔性薄膜和芯片变形至与凹腔的表面共形；加热固化粘接剂，使变形后的芯片与凹腔的表面粘接而定形，得到芯片模块。本申请采用柔性薄膜和流体加压的方式，构建了非刚性约束的流体压力场来控制芯片变形，最后固化粘接剂使芯片定形，实现了对芯片的曲面加工，操作简单、易控、良率高。本申请结合基座的设计、柔性薄膜的弹性特性和旋涂粘接剂的设计，提供了一种柔性芯片的曲面成型技术，避免了刚性机械约束而导致的芯片起皱与结构不稳定性，能够实现芯片球面与非球面化。此外，通过引入芯片圆形激光切割技术，获得圆形芯片，加工效率高，通过弯曲圆形芯片的方式，使芯片结构受力相对均匀，更接近标准球面且表面形貌更好。
上述实施例仅例示性说明本申请的原理及其功效，而非用于限制本申请。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本申请的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本申请所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本申请的权利要求所涵盖。
Claims (10)
1.一种芯片模块的制作方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1.提供一芯片，所述芯片的背面具有粘接剂；
S2.将所述芯片放置在一基座的凹腔中，并使所述芯片的背面朝向所述凹腔的底部，其中，所述凹腔的表面为曲面；
S3.在所述凹腔的开口侧设置柔性薄膜以密封所述凹腔；
S4.对密封后的所述凹腔进行流体加压，使所述柔性薄膜和所述芯片变形至与所述凹腔的表面共形；
S5.加热固化所述粘接剂，使变形后的所述芯片与所述凹腔的表面粘接而定形，得到所述芯片模块。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述芯片为圆形芯片，所述凹腔的表面为球面。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述芯片为椭圆形芯片，所述凹腔的表面为椭球面。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述芯片的厚度为20～150μm。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述S1步骤之前，还包括：
提供晶圆级硅基芯片；
对所述晶圆级硅基芯片进行减薄；
切割减薄后的所述晶圆级硅基芯片，得到所述芯片。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述粘接剂采用旋涂的方式形成在所述芯片的背面。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述柔性薄膜的厚度为80～120μm。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述S4步骤中，所述流体加压包括气体加压或液体加压，流体加压的压力为1-10Mpa。
9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述S5步骤之后，还包括：
释放流体；
除去所述柔性薄膜。
10.一种芯片模块，其特征在于，采用如权利要求1至9中任一项所述的芯片模块的制作方法制作得到。
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|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication |