專利名稱：封裝結(jié)構(gòu)及其封裝方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種封裝方法，尤指一種可在晶圓背面形成凹槽，并在 所述凹槽中設(shè)置散熱元件的封裝方法。
背景技術(shù)：
近年來，隨著筆記型電腦、個(gè)人數(shù)位助理器(PDA)與移動(dòng)電話等便攜 式機(jī)器的小型化與高功能化，以及中央處理器(CPU)與內(nèi)存模組(memory module)等的功能復(fù)雜化，使半導(dǎo)體制程不僅需朝向高積集度發(fā)展，也必 需朝向高密度(high density)封裝發(fā)展，于是各種輕、薄、短、小的封 裝體便不斷地被開發(fā)出來。覆晶(flipchip, FC)封裝結(jié)構(gòu)與傳統(tǒng)的封裝 結(jié)構(gòu)相較，具有散熱快、低電感、多端子以及芯片尺寸小的優(yōu)點(diǎn)，其應(yīng) 用范圍因?yàn)檫@些優(yōu)點(diǎn)不斷地被擴(kuò)展，并且在未來的幾年內(nèi)的使用量將成 數(shù)倍成長。
請(qǐng)參照?qǐng)Dl所示，圖1為現(xiàn)有的一種覆晶封裝結(jié)構(gòu)30的示意圖，覆晶 封裝結(jié)構(gòu)30包含有一個(gè)晶粒(die) 32以及若干個(gè)接合墊(未圖示)設(shè)置于 晶粒32的主動(dòng)表面(active surface)34上。此外，覆晶封裝結(jié)構(gòu)30另包 含有一個(gè)基板36，例如一個(gè)多層電路載板，且基板36具有一個(gè)上表面38， 以及若干個(gè)凸塊焊墊(未圖示)設(shè)置于上表面38上。
在進(jìn)行封裝時(shí)，晶粒32的主動(dòng)表面34是面向基板36的上表面38，且各 接合墊的位置(site)是與各凸塊焊墊的位置相對(duì)應(yīng)。其次，若干個(gè)凸塊 (solder bump)42分別設(shè)置于各接合墊與各凸塊焊墊之間，以提供各接合 墊至各凸塊焊墊的物理及電性連接。此外，在各接合墊與各凸塊42之間 另包含有一個(gè)凸±央下金屬層(under bump metallurgy layer,未圖示)，
其可視制程與元件設(shè)計(jì)的需要來作為接合層、阻障層、濕潤層或是導(dǎo)電 層。同時(shí)，晶粒32中包含有至少一個(gè)超大規(guī)模集成電路(very large scale integration, VLSI)或是至少一個(gè)極大規(guī)模集成電路(ultra large scale integration, ULSI)等級(jí)以上的集成電路，且這些超大規(guī)模集成 電路或極超大規(guī)模集成電路是透過上述各接合墊、各凸塊"以及各凸塊焊墊與基板36電性連接。
除此之外，覆晶封裝結(jié)構(gòu)30另包含有一個(gè)填滿基板36與晶粒32之間空 隙的底膠(underfill layer)44，用來保護(hù)覆晶封裝結(jié)構(gòu)30免受惡劣環(huán)境 的影響，并同時(shí)消除凸塊42連接處的應(yīng)力(stress)。同時(shí)，覆晶封裝結(jié) 構(gòu)30另設(shè)置有若干個(gè)錫球焊墊(solder ball pad)46在基板36的一下表面 45上，以及若干個(gè)分別與各錫球焊墊46連接的錫球(solder balls)48。 此外，在晶粒32的背面47上，則另設(shè)置有一個(gè)散熱元件49，例如散熱片、 散熱鰭片、或風(fēng)扇等，用于晶粒32運(yùn)作時(shí)排除晶粒32所產(chǎn)生的熱能。
然而，上述現(xiàn)有的覆晶封裝結(jié)構(gòu)30具有一些常見缺點(diǎn)。雖然覆晶封 裝結(jié)構(gòu)30的散熱元件49是直接貼附在晶粒32的背面，但是在晶粒32運(yùn)作 時(shí)，仍時(shí)常會(huì)因晶粒32內(nèi)靠近主動(dòng)表面34的電路元件與散熱元件49之間 的距離過于遙遠(yuǎn)，而嚴(yán)重降低晶粒32的散熱速度與延長晶粒32的散熱時(shí) 間，從而影響覆晶封裝結(jié)構(gòu)30的整體效能。此外，散熱元件49僅通過散 熱膏等的黏結(jié)作用貼附于晶粒32的背面47上，這樣的固定效果并不佳。
因此，如何能發(fā)展出一種新的封裝結(jié)構(gòu)及封裝方法來解決上述問題 已成為現(xiàn)今一重要的課題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種在晶粒背面形成凹槽，并在所述凹槽內(nèi) 設(shè)置散熱元件的封裝結(jié)構(gòu)及其封裝方法，可以改善晶粒的散熱效果。
為達(dá)成上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案 一種封裝方法，首先， 提供一個(gè)晶圓，且在所述晶圓的正面定義有若干個(gè)晶粒區(qū)及若干條切割 道；然后，在所述晶圓背面相對(duì)應(yīng)各所述晶粒區(qū)之處分別形成一個(gè)凹槽; 接著，沿著所述切割道切割所述晶圓，以形成若干個(gè)晶粒；隨后，在各 所述晶粒的所述凹槽中分別設(shè)置一個(gè)散熱元件。
依據(jù)本發(fā)明的上述封裝方法制作而成的封裝結(jié)構(gòu)主要包括有 一個(gè) 基板及至少一個(gè)設(shè)置在所述基板的上表面并與所述基板電性連接的晶 粒，在所述晶粒的背面具有至少一個(gè)凹槽，而在所述凹槽內(nèi)至少設(shè)置有 一個(gè)散熱元件。
相較于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明設(shè)置散熱元件的封裝方法是在切割一個(gè)晶圓并形成若干個(gè)晶粒之前，就已經(jīng)先于各晶粒背面形成一個(gè)凹槽；在晶粒 形成之后，在各晶粒的凹槽中分別嵌合一個(gè)散熱元件。通過這種封裝方
法制作而成的封裝結(jié)構(gòu)可有效縮短晶粒熱傳導(dǎo)(heat transfer)的距離 并提高散熱元件的固定效果，進(jìn)而大幅增加晶粒的散熱速度與效果。


圖l為現(xiàn)有覆晶封裝結(jié)構(gòu)的示意圖。
圖2至圖7為本發(fā)明制作封裝結(jié)構(gòu)的方法示意圖。
具體實(shí)施例方式
請(qǐng)參照?qǐng)D2至圖7，圖2至圖7為本發(fā)明制作封裝結(jié)構(gòu)的方法示意圖。 如圖2所示，首先要提供一個(gè)完成超大規(guī)模集成電路(VLSI)制程或極大規(guī) 模集成電路(ULSI)制程的晶圓(wafer) 60，且晶圓60正面定義有若干個(gè)晶 粒區(qū)(未圖示)以及若干條本質(zhì)上相互平行的水平切割道(未圖示)與若干 條本質(zhì)上彼此平行的垂直切割道(未圖示)，用以分隔開各個(gè)晶粒區(qū)(未圖 示)。
如圖3所示，然后在晶圓60背面形成一個(gè)圖案化屏蔽62，例如在晶圓 60背面形成一個(gè)圖案化光阻層，這樣可以在晶圓60背面分別定義出相對(duì) 應(yīng)各晶粒區(qū)的若干個(gè)凹槽位置。
如圖4所示，接著進(jìn)行一個(gè)蝕刻制程，例如濕蝕刻(wet etch)或電漿 蝕刻(plasma etch)制程，從而在晶圓60背面相對(duì)應(yīng)各晶粒區(qū)之處分別形 成一凹槽64。
如圖5所示，接著沿著切割道切割晶圓60，以形成若干個(gè)晶粒66，且 每一個(gè)晶粒66均分別具有一主動(dòng)表面68與一背面70，其中圖5中是以單一 晶粒為例。
然后，如圖6所示，進(jìn)行一個(gè)封裝制程，例如覆晶封裝制程，可以在 各晶粒66的主動(dòng)表面68上形成若干個(gè)凸塊72，并利用各凸塊72將各晶粒 66電性連接于一相對(duì)應(yīng)的基板74表面。隨后在完成覆晶鍵結(jié)制程(flip chip bond process)的回焊(ref low)步驟后，再在晶粒66、凸塊72與基 板74之間填充一底膠(underfill)76，并利用底膠76將晶粒66固定于基板 74表面。
如圖7所示，接著在各凹槽64內(nèi)涂布一導(dǎo)熱膠(thermal inductive material, TIM)(未圖示)，然后在各晶粒66的凹槽64中分別設(shè)置一散熱 元件(heat spreader)78，例如一散熱片、散熱鰭片或風(fēng)扇等，以形成本 發(fā)明的覆晶封裝結(jié)構(gòu)80。隨后進(jìn)行一個(gè)烘烤(curing)制程，將覆晶封裝 結(jié)構(gòu)80放置于一個(gè)氮?dú)夂婵緺t(N2 oven)中進(jìn)行加熱，以將散熱元件78 有效黏著于凹槽64表面。最后，可依據(jù)不同制程需求，在基板74下表面 另設(shè)置若干個(gè)錫球82。
值得注意的是，由于本發(fā)明是在切割晶圓60之前就在各晶粒66的背 面70形成一凹槽64，而在切割晶圓60之后，再將散熱元件78分別設(shè)置于 各晶粒66的凹槽64中，因此可大幅縮短散熱元件78與晶粒66間的距離， 并有效將各散熱元件78嵌合于各晶粒66的凹槽64中。換句話說，通過設(shè) 置凹槽64來縮短散熱元件78與熱源(heat source)間的距離，本發(fā)明可以 有效改善封裝結(jié)構(gòu)的散熱效果及固裝機(jī)制。
此外，不局限于先前所述的方法，本發(fā)明還可以在晶圓60背面形成 若干個(gè)凹槽64之后，先在未具有凹槽64的晶圓60正面上形成若干個(gè)凸塊 72，然后再沿著切割道切割晶圓60，以形成若干個(gè)具有凸塊72的晶粒66。 接著當(dāng)形成若干個(gè)晶粒66后，又可以先在各凹槽64內(nèi)涂布一導(dǎo)熱膠 (TIM)，然后再借助導(dǎo)熱膠將散熱元件78分別黏著于各晶粒66的凹槽64 中。隨后利用形成于晶粒66的主動(dòng)表面68上的若干個(gè)凸塊72將各晶粒66 電性連接于基板74表面，當(dāng)然，在晶粒66的主動(dòng)表面68上形成若干個(gè)凸 塊72的步驟也可以在這一步驟中進(jìn)行，而非一定要在前述的步驟(即切 割晶圓60之前)中進(jìn)行，然后可利用這些凸塊72將各晶粒66電性連接于 基板74表面。最后將一底膠76填充于晶粒66、凸塊72與基板74之間，以 形成本發(fā)明的覆晶封裝結(jié)構(gòu)80。
因此如圖7所示，通過上述本發(fā)明的制作方法而得到的覆晶封裝結(jié)構(gòu) 80包括有基板74、至少一個(gè)設(shè)置于基板74的上表面并與基板74電性連 接的具有凹槽64的晶粒66，以及設(shè)置于晶粒66背面的凹槽64內(nèi)的散熱元 件78，其中基板74為一覆晶基板。覆晶封裝結(jié)構(gòu)80還包括有若干個(gè)凸塊 72，這些凸塊72是形成于晶粒66與基板74之間。同時(shí)，覆晶封裝結(jié)構(gòu)80 還包括有形成于晶粒66、凸塊72與基板74之間的底膠76，及設(shè)置于凹槽 64內(nèi)并用來黏接散熱元件78與晶粒66的導(dǎo)熱膠。
綜上所述，相較于現(xiàn)有制作具有散熱元件的封裝結(jié)構(gòu)的方法，本發(fā)明 是在切割一個(gè)晶圓并形成若干個(gè)晶粒之前，就已經(jīng)先于各晶粒背面形成 一個(gè)凹槽；在晶粒形成之后，在各晶粒的凹槽中分別嵌合一個(gè)散熱元件， 因此可有效縮短晶粒熱傳導(dǎo)(heat transfer)的距離并提高散熱元件的 固定效果，進(jìn)而大幅增加晶粒的散熱速度與效果。
權(quán)利要求
1.一種封裝方法，其步驟包括有步驟(a)是提供一個(gè)晶圓，在所述晶圓的正面定義有若干個(gè)晶粒區(qū)及若干條切割道；其特征在于還具有步驟(b)、(c)及(d)，步驟(b)是在所述晶圓的背面相對(duì)應(yīng)各所述晶粒區(qū)之處分別形成一個(gè)凹槽；步驟(c)是沿著所述切割道切割所述晶圓，以形成若干個(gè)晶粒，此時(shí)在每一所述晶粒的背面均具有一個(gè)凹槽；步驟(d)是在各所述晶粒的所述凹槽中分別設(shè)置一個(gè)散熱元件。
2. 如權(quán)利要求l所述的封裝方法，其特征在于在步驟(b)中形成的所述凹槽是利用一個(gè)蝕刻制程所達(dá)成的，所述蝕刻制程為濕蝕刻或電 漿蝕刻制程。
3. 如權(quán)利要求2所述的封裝方法，其特征在于在步驟(b)中形成 所述凹槽之前，還具有一個(gè)形成一圖案化屏蔽的步驟，用來在所述晶粒 背面分別定義出相對(duì)應(yīng)各所述晶粒區(qū)的各所述凹槽的位置。
4. 如權(quán)利要求l所述的封裝方法，其特征在于在將所述散熱元件 分別設(shè)置于各所述凹槽之前，還具有一個(gè)在各所述凹槽內(nèi)涂布導(dǎo)熱膠的 步驟。
5. 如權(quán)利要求4所述的封裝方法，其特征在于在設(shè)置所述散熱元 件之后，還具有一個(gè)烘烤制程。
6. 如權(quán)利要求l所述的封裝方法，其特征在于在將所述散熱元件 分別設(shè)置于各所述凹槽之后，還要進(jìn)行一個(gè)覆晶封裝制程。
7. 如權(quán)利要求l所述的封裝方法，其特征在于在將所述散熱元件 分別設(shè)置于各所述凹槽之后，還包括有一個(gè)在不具有凹槽的晶粒表面形 成若干個(gè)凸塊的步驟，以利用所述凸塊將各所述晶粒電性連接于所述基 板表面。
8. —種封裝結(jié)構(gòu)，其包括有一個(gè)基板及至少一個(gè)設(shè)置在所述基板的上表面并與所述基板電性連接的晶粒，其特征在于在所述晶粒背面具 有至少一個(gè)凹槽，而在所述凹槽內(nèi)至少設(shè)置有一個(gè)散熱元件。
9. 如權(quán)利要求8所述的封裝結(jié)構(gòu)，其特征在于所述封裝結(jié)構(gòu)還包括有若干個(gè)形成于所述晶粒與所述基板之間的凸塊。
10.如權(quán)利要求8所述的封裝結(jié)構(gòu)，其特征在于所述封裝結(jié)構(gòu)還包 括有一個(gè)設(shè)置于所述凹槽內(nèi)的導(dǎo)熱膠，用以黏結(jié)所述散熱元件與所述晶 粒。
全文摘要
本發(fā)明公開一種封裝方法，首先提供一個(gè)晶圓，在所述晶圓的正面定義有若干個(gè)晶粒區(qū)及若干條切割道；然后，在所述晶圓的背面相對(duì)應(yīng)各所述晶粒區(qū)之處分別形成有一個(gè)凹槽；接著，沿著所述切割道切割所述晶圓，以形成若干個(gè)晶粒；隨后，分別在各所述晶粒的所述凹槽中設(shè)置一個(gè)散熱元件(heat spreader)。
文檔編號(hào)H01L21/50GK101197295SQ20061016887
公開日2008年6月11日 申請(qǐng)日期2006年12月8日 優(yōu)先權(quán)日2006年12月8日
發(fā)明者李秋鋒 申請(qǐng)人:日月光半導(dǎo)體制造股份有限公司