帶焊球面陣列四面扁平無引腳封裝件的制作方法
【專利摘要】一種帶焊球面陣列四面扁平無引腳封裝件，包括有兩條引腳槽和多個(gè)凹槽的裸銅框架，引腳槽兩側(cè)為第二引腳；凹槽下部為第一引腳；各引腳下依次有第一金屬層和UBM2層；所有第一引腳中與第二引腳相鄰的第一引腳及該第二引腳下面的第一金屬層通過一個(gè)UBM2層相連接，與第二引腳相鄰的第一引腳和該第二引腳、該兩個(gè)引腳下面的第一金屬層及連接該兩個(gè)第一金屬層的UBM2層組成一種導(dǎo)電體；其余的引腳、第一金屬層和UBM2層組成另一導(dǎo)電體；導(dǎo)電體下面有錫球，導(dǎo)電體間有鈍化體；裸銅框架上有芯片凸點(diǎn)與凹槽底部相連的IC芯片，芯片凸點(diǎn)與凹槽間有下填料。本封裝件可以代替部分基板生產(chǎn)CSP封裝器件，降低生產(chǎn)成本，縮短研發(fā)周期。
【專利說明】帶焊球面陣列四面扁平無引腳封裝件
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本實(shí)用新型屬于電子自動(dòng)化元器件制造【技術(shù)領(lǐng)域】，涉及一種AAQFN封裝件，尤其涉及一種帶焊球面陣列四面扁平無引腳封裝件。
【背景技術(shù)】
[0002]一般UBM (under bump metalization)采用高頻派射多層金屬,光刻腐蝕多余金屬的生產(chǎn)方法，由于高頻濺射機(jī)和光刻機(jī)價(jià)格昂貴，所以投入風(fēng)險(xiǎn)高，生產(chǎn)成本高。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0003]本實(shí)用新型的目的是提供一種帶焊球面陣列四面扁平無引腳封裝件制備方法，在保證UBM性能質(zhì)量的同時(shí)，降低生產(chǎn)成本。
[0004]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型所采用的技術(shù)方案是:一種帶焊球面陣列四面扁平無引腳封裝件，包括裸銅框架，裸銅框架上設(shè)有兩條引腳槽；裸銅框架正面、兩條引腳槽之間的裸銅框架上并排設(shè)有多個(gè)凹槽，引腳槽兩側(cè)形成互不相連的第二引腳；每個(gè)凹槽的下部均為第一引腳，相鄰兩個(gè)第一引腳之間有空隙；每個(gè)引腳的下面均設(shè)有第一金屬層，每個(gè)第一金屬層下面均設(shè)有UBM2層；所有第一引腳中與第二引腳相鄰的第一引腳以及該第二引腳的下面均設(shè)有第一金屬層，且該兩個(gè)第一金屬層通過一個(gè)UBM2層相連接，與第二引腳相鄰的第一引腳和該第二引腳、該兩個(gè)引腳下面的第一金屬層以及連接該兩個(gè)第一金屬層的UBM2層組成一種導(dǎo)電體；其余的依次相連接的引腳、第一金屬層和UBM2層組成另一種導(dǎo)電體；每個(gè)導(dǎo)電體的下面均設(shè)有一個(gè)錫球，相鄰導(dǎo)電體之間填充有鈍化體；裸銅框架正面設(shè)有倒置的帶凸點(diǎn)的IC芯片，IC芯片上的芯片凸點(diǎn)分別位于不同的凹槽內(nèi)，并與該凹槽底部相連接，芯片凸點(diǎn)與所在凹槽之間的間隙內(nèi)填充有下填料，裸銅框架正面塑封有第一塑封體。
[0005]本實(shí)用新型封裝件采用化學(xué)鍍生長(zhǎng)多層金屬UBM層，減少了高頻濺射方法生產(chǎn)中高頻濺射機(jī)和光刻機(jī)的資金投入?；瘜W(xué)電鍍?cè)O(shè)備在多圈QFN生產(chǎn)中是必要的生產(chǎn)設(shè)備，不存在專門投入的問題，只是需要購買曝光機(jī)，其價(jià)格遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于光刻機(jī)的資金投入，而且化學(xué)電鍍?cè)O(shè)備耗電量也比高頻濺射少，生產(chǎn)效率高，適合于批量生產(chǎn)。該封裝件的引線框架正反兩面制作BUM，適合正面倒裝上芯，滿足背面植球工藝，對(duì)AAQFN封裝工藝有很大的促進(jìn)作用，能夠克服封裝行業(yè)過去那種依賴弓I線框架制造商設(shè)計(jì)生產(chǎn)弓I線框架或提供弓I線框架設(shè)計(jì)要求生產(chǎn)引線框架的生產(chǎn)局限性，并且可以代替部分基板生產(chǎn)CSP封裝器件。
[0006]本封裝件的實(shí)施使封裝企業(yè)可以根據(jù)芯片焊盤的位置進(jìn)行封裝設(shè)計(jì)，在引線框架背面根據(jù)I/o輸出數(shù)量的需要，在引腳上生長(zhǎng)UBM，滿足植球工藝，或者印刷焊料，通過回流焊技術(shù)形成焊球?？朔庋b過去那種依賴引線框架制造商設(shè)計(jì)生產(chǎn)引線框架、或客戶提供引線框架設(shè)計(jì)要求由客戶生產(chǎn)引線框架的局限性，并且可以代替部分基板生產(chǎn)CSP封裝器件，降低生產(chǎn)成本和生產(chǎn)風(fēng)險(xiǎn)，縮短研發(fā)周期?！緦＠綀D】

【附圖說明】
[0007]圖1是本實(shí)用新型封裝件的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0008]圖2是本實(shí)用新型封裝件制備過程中裸銅框架上干膜后的剖面示意圖。
[0009]圖3是本實(shí)用新型封裝制備過程中干膜曝光顯影，做出圖形的剖面示意圖。
[0010]圖4是本實(shí)用新型封裝件制備過程中裸銅框架上蝕刻出第一凹槽和引腳槽并去除干膜的剖面示意圖。
[0011]圖5是本實(shí)用新型封裝件制備過程中裸銅框架上涂覆第一鈍化層并蝕刻UBM1窗口后的剖面示意圖。
[0012]圖6是本實(shí)用新型封裝件制備過程中化學(xué)鍍形成UBM1層后的剖面示意圖。
[0013]圖7是圖6中P處放大圖。
[0014]圖8本實(shí)用新型封裝件制備過程中倒裝上芯及下填充后的剖面示意圖。
[0015]圖9是本實(shí)用新型封裝件制備過程中第一次塑封及后固化后的剖面示意圖。
[0016]圖10是本實(shí)用新型封裝件制備過程中涂覆第二鈍化層及蝕刻出第四凹槽后的剖面示意圖。
[0017]圖11是本實(shí)用新型封裝件制備過程中去除第二鈍化層蝕刻出第五凹槽后的剖面示意圖。
[0018]圖12是本實(shí)用新型封裝件制備過程中涂覆第三鈍化層及蝕刻第六凹槽后的剖面示意圖。
[0019]圖13是本實(shí)用新型封裝件制備過程中電鍍金屬層(Cu)及刻蝕第七凹槽后的剖面示意圖。
[0020]圖14是本實(shí)用新型封裝件制備過程中涂覆第四鈍化層及刻蝕UBM2窗口后的剖面示意圖。
[0021]圖15是本實(shí)用新型封裝件制備過程中化學(xué)鍍鍍多層金屬形成UBM2后的剖面示意圖。
[0022]圖16是本實(shí)用新型封裝件制備過程中印刷錫焊料回流焊形成錫球后的剖面示意圖。
[0023]圖中:1.裸銅框架，2.下填料，3.芯片凸點(diǎn)，4.1C芯片，5.引腳隔墻，6.第一塑封體，7.錫球，8.第二塑封體，9.UBM2層，10.第一金屬層，11.第一引腳，12.焊料，13.鈍化體，14.引腳槽，15.第二引腳，16.干膜，17.第一凹槽，18.第二凹槽，19.第三凹槽，20.第一鈍化層，21.UBM1窗口，22.UBM1層，23.第二鈍化層，24.第四凹槽，25.第五凹槽，26.第三鈍化層，27.第六凹槽，28.第七凹槽，29.第四鈍化層，30.UBM2窗口，a.第二金屬層，b.第三金屬層，c.第四金屬層。
【具體實(shí)施方式】
[0024]下面結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行詳細(xì)說明。
[0025]如圖1所示，本實(shí)用新型封裝件，包括裸銅框架1，裸銅框架I上對(duì)稱設(shè)置有兩條引腳槽14 ;裸銅框架I正面、兩條引腳槽14之間的裸銅框架I上并排設(shè)有多個(gè)凹槽，相鄰兩個(gè)凹槽之間為引腳隔墻5，引腳槽14兩側(cè)形成互不相連的第二引腳15 ;每個(gè)凹槽的下部均為第一引腳11，所有的第一引腳11互不相連，相鄰兩個(gè)第一引腳11之間有空隙；每個(gè)引腳的下面均設(shè)有第一金屬層10，每個(gè)第一金屬層10下面均設(shè)有UBM2層9 ;所有第一引腳11中與第二引腳15相鄰的第一引腳11以及該第二引腳15的下面均設(shè)有第一金屬層10，且該兩個(gè)第一金屬層10通過一個(gè)UBM2層9相連接，與第二引腳15相鄰的第一引腳11和該第二引腳15、該兩個(gè)引腳下面的第一金屬層10以及連接該兩個(gè)第一金屬層10的UBM2層9組成一種導(dǎo)電體；其余的依次相連接的引腳、第一金屬層10和UBM2層9組成另一種導(dǎo)電體；每個(gè)導(dǎo)電體的下面均設(shè)有一個(gè)錫球7，焊球7通過焊料12與UBM2層9相連接，相鄰導(dǎo)電體之間填充有鈍化體13 ;鈍化體13表面塑封有第二塑封體8，所有的焊球7均露出第二塑封體8外；裸銅框架I正面設(shè)有倒置的帶凸點(diǎn)的IC芯片4，IC芯片4上的芯片凸點(diǎn)3分別位于不同的凹槽內(nèi)，并通過焊料12與該凹槽底部相連接，芯片凸點(diǎn)3與所在凹槽之間的間隙內(nèi)填充有下填料2，裸銅框架I正面塑封有第一塑封體6，第一塑封體6填充引腳槽14 ;IC芯片4以及裸銅框架I正面均位于第一塑封體6內(nèi)。
[0026]本實(shí)用新型封裝件的制備方法:
[0027]步驟1:對(duì)帶凸點(diǎn)的晶圓進(jìn)行減薄劃片，減薄劃片工藝采用與QFN封裝和BGA封裝中晶圓減薄劃片相同的工藝，晶圓最終厚度為150?200 μ m減薄劃片過程中需保護(hù)芯片凸點(diǎn)3，形成IC芯片4 ;
[0028]采用上干膜機(jī)，在裸銅框架I正面貼上干膜16，如圖2所示；
[0029]步驟2:將貼好干膜16的裸銅框架I放到曝光顯影一體機(jī)的工作臺(tái)上，固定后對(duì)準(zhǔn)曝光，在干膜16上形成第一凹槽17和第二凹槽18，即在干膜16上形成圖案，如圖3所示，然后傳送到顯影槽內(nèi)，干膜16的未曝光部分溶解掉，顯影出圖形，清洗并烘干；
[0030]步驟3:裸銅框架蝕刻第三凹槽及引腳槽
[0031]蝕刻第一凹槽17和第二凹槽18下方的裸銅框架1，在裸銅框架I上蝕刻出相應(yīng)的凹槽，即在第一凹槽17下方的裸銅框架I上蝕刻出第三凹槽19，第二凹槽18下方的裸銅框架I上蝕刻出引腳槽14，相鄰第三凹槽19之間有引腳隔墻5，如圖4所示，清洗并烘干；
[0032]步驟4:涂覆第一鈍化層
[0033]將裸銅框架I正面朝上置于涂覆機(jī)上，在裸銅框架I正面涂覆第一鈍化層20，第一鈍化層20覆蓋裸銅框架I正面表面和所有凹槽的底面及側(cè)面；然后在第三凹槽19底面的第一鈍化層20上刻蝕UBM1窗口 21，如圖5所示；
[0034]步驟5:化學(xué)鍍多層金屬形成UBM1層
[0035]先在UBM1窗口 21上化學(xué)鍍第二金屬層a，第二金屬層a的兩端分別位于裸銅框架I表面的第一鈍化層20上,接著在第二金屬層a上化學(xué)鍍第三金屬層b,最后在第三金屬層b上化學(xué)鍍第四金屬層c ;第二金屬層a、第三金屬層b和第四金屬層c組成UBM1層22 ;通過光刻、蝕刻，去除多余的金屬層，使相鄰兩個(gè)第三凹槽19內(nèi)形成的UBM1層22不相接觸，得到半成品引線框架，如圖6和圖7所示；
[0036]第二金屬層a為銅層、鎳層或鉻層；第三金屬層b為鎳層、鉻層或金層；第四金屬層c為金層；
[0037]步驟6:倒裝上芯及下填充
[0038]采用倒裝上芯機(jī)，先在帶凸點(diǎn)的IC芯片4的芯片凸點(diǎn)3上沾上焊料12，吸附后倒裝放置在半成品引線框架的正面，使芯片凸點(diǎn)3伸入第三凹槽19內(nèi)，芯片凸點(diǎn)3通過焊料12與第三凹槽19底部的UBM1層22接觸，然后進(jìn)行下填充，使下填料2填滿第三凹槽19內(nèi)芯片凸點(diǎn)3與UBM1層22之間的空隙，如圖8所示；
[0039]倒裝上芯及下填充工藝:在專用倒裝上芯機(jī)上，先將芯片翻轉(zhuǎn)，沾上焊料后，自動(dòng)對(duì)準(zhǔn)放置到倒裝上芯的裸銅框架上相對(duì)應(yīng)的UBM (metalization under bump,凸點(diǎn)下金屬化)位置，整條框架上完芯片后，自動(dòng)收入傳遞盒，整批芯片倒裝上芯后的半成品引線框架傳遞盒送到回流焊工序。在通過D0E(Design of Experiment,試驗(yàn)設(shè)計(jì))試驗(yàn)確定的回流焊溫度曲線下，將芯片上的錫凸點(diǎn)、焊料和引線框架上相對(duì)應(yīng)的UBM通過回流焊熱熔，使得芯片與引線框架上的UBM牢固焊接在一起，直接替代了傳統(tǒng)的上芯和壓焊工藝；
[0040]通過D0E(Design of Experiment,試驗(yàn)設(shè)計(jì))試驗(yàn)選取合適的下填充料(更小的填充物)，下填充模具具有真空吸附功能。在真空吸附下，使得下填充料能充分的將芯片凸點(diǎn)與凸點(diǎn)間的空隙完全填充，不會(huì)有空洞，防止焊球在高溫移位；
[0041]步驟7:塑封及后固化
[0042]在自動(dòng)包封填充中，塑封裸銅框架I正面，形成第一塑封體6 ;第一塑封體6覆蓋了 IC芯片4、芯片凸點(diǎn)3、引腳隔墻5及引腳槽14，見圖9 ；
[0043]步驟8:在金屬磨削機(jī)上，將裸銅框架I背面磨削去裸銅框架I原來厚度的1/4?1/3 ;然后在涂覆光刻一體機(jī)上，給磨削后的裸銅框架I背面涂覆第二鈍化層23，曝光，在第二鈍化層23上蝕刻出第四凹槽24，每個(gè)引腳隔墻5在第二鈍化層23上對(duì)應(yīng)的位置均有一個(gè)第四凹槽24，每個(gè)引腳槽14在第二鈍化層23上對(duì)應(yīng)的位置也均有一個(gè)第四凹槽24，如圖10所示；
[0044]步驟9:在刻蝕機(jī)中，繼續(xù)蝕刻第四凹槽24，并延伸蝕刻第四凹槽24相對(duì)的裸銅框架I的背面，在裸銅框架I背面蝕刻出分別與引腳隔墻5相通的第五凹槽25以及與引腳槽14相通的第五凹槽24，去除第二鈍化層23，框架上形成互不相連的多個(gè)第一引腳11和多個(gè)第二引腳15，如圖11所示；
[0045]步驟10:涂覆第三鈍化層及刻蝕第六凹槽
[0046]涂覆機(jī)中，在所有引腳的底面上均勻涂覆第三鈍化層26，第三鈍化層26同時(shí)填充所有的第五凹槽25，然后，在第三鈍化層26上刻蝕出第六凹槽27，第六凹槽27與引腳相對(duì)應(yīng)，即一個(gè)第六凹槽27與一個(gè)引腳相通，如圖12所示；
[0047]步驟11:化學(xué)鍍第一金屬層并蝕刻出第七凹槽
[0048]在第三鈍化層26上化學(xué)鍍第一金屬層10，第一金屬層10同時(shí)填充所有的第六凹槽27，第一金屬層10與引腳相連，然后，刻蝕去除多余金屬，并在第三鈍化層26上刻出第七凹槽28，露出第三鈍化層26，相鄰的第一引腳11和第二引腳15通過第一金屬層10相連接，如圖13所示；
[0049]第一金屬層10為銅層。
[0050]步驟12:涂覆第四鈍化層
[0051]涂覆機(jī)中，在第一金屬層10上涂覆第四鈍化層29，第四鈍化層29同時(shí)填充第七凹槽28，接著在第四鈍化層29上刻蝕出UBM2窗口 30，露出第一金屬層10，第四鈍化層29與第三鈍化層26相連形成鈍化體13，如圖14 ;
[0052]步驟13:化學(xué)鍍多層金屬形成UBM2層
[0053]采用化學(xué)鍍，在UBM2窗口 30內(nèi)化學(xué)沉積多層金屬(Cu-N1-Au或Cu_Cr_Au，但不局限于前面金屬)，形成UBM2層9,見圖15 ;[0054]步驟14:印刷焊料和錫焊料并回流焊
[0055]在UBM2層9上印刷焊料和錫焊料，通過回流焊形成錫球7，如圖16所示，并清洗干凈;
[0056]步驟15:第二次塑封及后固化
[0057]采用自動(dòng)包封系統(tǒng)，在第四鈍化層29上進(jìn)行包封，形成第二塑封體8，所有的錫球7均露出第二塑封體8外，然后對(duì)第二塑封體8進(jìn)行后固化，以固定錫球7 ;第二次塑封及后固化用于保護(hù)錫球7，增強(qiáng)錫球7的牢固度；
[0058]步驟16:采用與QFN封裝相同的工藝進(jìn)行打印、產(chǎn)品分離；采用與BGA封裝相同的工藝進(jìn)行測(cè)試，合格品即為圖1所示帶焊球面陣列四面扁平無引腳封裝件。
[0059]本實(shí)用新型制備方法的特點(diǎn):1)不采用現(xiàn)成框架，而是采用光刻工藝在裸銅框架上布線，蝕刻出第三凹槽19和引腳槽14。2)第三凹槽19的側(cè)壁被第一鈍化層20覆蓋，底部蝕刻出UBM1窗口 21，化學(xué)鍍多層金屬形成UBM1層22。3)在第三凹槽19內(nèi)倒裝上芯及下填充，第一塑封體6覆蓋IC芯片4、芯片凸點(diǎn)3及引腳槽14。4)框架背面磨削后，涂覆第二鈍化層23，蝕刻出第四凹槽24，沿第四凹槽24在裸銅框架I背面延伸蝕刻出第五凹槽25，使第五凹槽25與相對(duì)的引腳隔墻5及引腳槽14相通。5)裸銅框架I背面涂覆第三鈍化層26，第三鈍化層26同時(shí)填充第五凹槽25，在第三鈍化層26上蝕刻出第六凹槽27。6)在第三鈍化層26上化學(xué)鍍第一金屬層10，并刻蝕出第七凹槽28，形成“T”型或“ Π ”型金屬層(Cu)。7)涂覆第四鈍化層29，并蝕刻出UBM2窗口 30。8)化學(xué)鍍多層金屬形成UBM2層
9。9)在UBM2層9上印刷錫焊料，回流焊后形成錫球7。10)在底部錫球7間進(jìn)行第二次塑封，加固錫球7。
[0060]雖然本實(shí)用新型較佳的實(shí)施方式已如上所述，然而并非用于限定本實(shí)用新型，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解，在不違背所附權(quán)利要求限定的本實(shí)用新型的精神和范圍的前提下，可以進(jìn)行修改和變換。
【權(quán)利要求】
1.一種帶焊球面陣列四面扁平無引腳封裝件，包括裸銅框架(1)，其特征在于，裸銅框架(I)上設(shè)有兩條引腳槽(14);裸銅框架(I)正面、兩條引腳槽(14)之間的裸銅框架(I)上并排設(shè)有多個(gè)凹槽，引腳槽(14)兩側(cè)形成互不相連的第二引腳(15);每個(gè)凹槽的下部均為第一引腳(11)，相鄰兩個(gè)第一引腳(11)之間有空隙；每個(gè)引腳的下面均設(shè)有第一金屬層(10)，每個(gè)第一金屬層(10)下面均設(shè)有UBM2層(9);所有第一引腳(11)中與第二引腳(15)相鄰的第一引腳(11)以及該第二引腳(15)的下面均設(shè)有第一金屬層(10)，且該兩個(gè)第一金屬層(10)通過一個(gè)UBM2層(9)相連接，與第二引腳(15)相鄰的第一引腳(11)和該第二引腳(15)、該兩個(gè)引腳下面的第一金屬層(10)以及連接該兩個(gè)第一金屬層(10)的服112層(9)組成一種導(dǎo)電體；其余的依次相連接的引腳、第一金屬層(10)和UBM2層(9)組成另一種導(dǎo)電體；每個(gè)導(dǎo)電體的下面均設(shè)有一個(gè)錫球(7)，相鄰導(dǎo)電體之間填充有鈍化體(13);裸銅框架(I)正面設(shè)有倒置的帶凸點(diǎn)的IC芯片(4)，IC芯片(4)上的芯片凸點(diǎn)(3)分別位于不同的凹槽內(nèi)，并與該凹槽底部相連接，芯片凸點(diǎn)(3)與所在凹槽之間的間隙內(nèi)填充有下填料(2)，裸銅框架(I)正面塑封有第一塑封體(6)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述帶焊球面陣列四面扁平無引腳封裝件，其特征在于，相鄰兩個(gè)凹槽之間為引腳隔墻(5)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述帶焊球面陣列四面扁平無引腳封裝件，其特征在于，所述的焊球(7)通過焊料(12)與UBM2層(9)相連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述帶焊球面陣列四面扁平無引腳封裝件，其特征在于，所述的鈍化體(13)表面塑封有第二塑封體(8 )，所有的焊球(7 )均露出第二塑封體(8 )。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述帶焊球面陣列四面扁平無引腳封裝件，其特征在于，所述的第一塑封體(6)填充引腳槽(14)，IC芯片(4)以及裸銅框架(I)正面均位于第一塑封體(6)內(nèi)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述帶焊球面陣列四面扁平無引腳封裝件，其特征在于，所述的第一金屬層(10)為銅層。
【文檔編號(hào)】H01L23/495GK203573976SQ201320659560
【公開日】2014年4月30日 申請(qǐng)日期:2013年10月24日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月24日
【發(fā)明者】慕蔚, 徐冬梅, 李習(xí)周, 邵榮昌 申請(qǐng)人:天水華天科技股份有限公司