一种旋转对称贴装芯片的PI厚度均匀的晶圆级封装方法与流程

一种旋转对称贴装芯片的pi厚度均匀的晶圆级封装方法
技术领域
1.本发明涉及晶圆级封装技术领域，更具体地，涉及一种旋转对称贴装芯片的pi厚度均匀的晶圆级封装方法。


背景技术：

2.目前晶圆级封装流程如图1所示：步骤1、用刀片将晶圆切割成单颗芯片；步骤2、将膜贴在载板上；步骤3、芯片焊盘朝下，贴装在膜上，芯片之间呈阵列式分布，均匀布满整个载板；步骤4、用塑封料对贴装芯片后的载板进行包封，保护芯片；步骤5、移除载板及膜，露出芯片焊盘；步骤6、将芯片进行反转，使芯片焊盘朝上；步骤7、旋涂第一层pi(polymide，聚酰亚胺)并曝光，露出芯片焊盘；步骤8、电镀第一层rdl(redistribution layer，重布线层)，将芯片焊盘引出；步骤9、旋涂第二层pi(polymide，聚酰亚胺)，将需要进行植球位置处的pi曝光；步骤10、植球，通过钢网将锡球植在第二层pi开口处并回流；步骤11、切割，用刀片将封装后的整体切割为单颗的芯片。
3.上述流程中，在步骤7及9的pi旋涂过程中，包封后的芯片会以圆点为中心进行旋转，芯片形状一般是矩形，很少是正方形，如图2和图3所示。以旋转一周为例，只有在旋转180度后，整体的受力和开始旋转时的受力是一致的。不一致的受力导致pi厚度不均匀。
4.在完成第一层pi旋涂之后，还会进行第一层rdl电镀(redistribution layer，重布线层)及第二层pi旋涂(可以不限于一层rdl和两层pi，如两层rdl和三层pi)。随着加工rdl和pi的次数增加，最后一层pi的厚度中引入了之前工序的累计误差，加剧了pi厚度的不均匀，因此控制每次旋涂时pi的厚度均匀性非常重要。
5.现有技术公开一种多芯片扇出型封装结构，包括：晶圆，作为封装结构的衬底，在晶圆的上表面设有阵列排布的腔体；第一再布线层，位于晶圆及腔体的上表面；所述第一再布线层上设有若干金属凸块；第一芯片与第二芯片，第一芯片与第二芯片的表面设有若干金属凸块，且第一芯片金属凸块远离芯片表面的一端上设有锡帽；第一芯片与第二芯片的背面涂覆粘合胶，第二芯片背面向下叠放在第一芯片背面上，堆叠后的芯片第一芯片在下放置于所述腔体内的第一再布线层上，第一芯片上的锡帽与第一再布线层电连接；塑封体，塑封料将腔体、腔体内的第一芯片与第二芯片、第一再布线层及第一再布线层上的金属凸块塑封形成塑封体；第二芯片上金属凸块的上端面与第一再布线层上金属凸块的上端面从塑封体上表面露出，且第二芯片上金属凸块的上端面与第一再布线层上金属凸块的上端面位于同一水平面；第二再布线层，设置于塑封体表面上；第二再布线层与第二芯片上的金属凸块、第一再布线层上的金属凸块电连接；pi保护层，设置在第二再布线层上且设置有露出第二再布线层的开口，对第二再布线层进行保护；ubm层，设置于pi保护层露出第二再布线层的开口处，作为互联的键合层；锡球，设置于ubm层上且与ubm层电连接，以提供芯片电连接的接触点。该方案的pi保护层依然存在厚度不均匀的问题。


技术实现要素：

6.本发明提供一种旋转对称贴装芯片的pi厚度均匀的晶圆级封装方法，改善晶圆级封装中pi厚度的均匀性。
7.为解决上述技术问题，本发明的技术方案如下：
8.一种旋转对称贴装芯片的pi厚度均匀的晶圆级封装方法，包括以下步骤：
9.s1：载板贴装芯片时，在载板的部分区域或全部区域贴装为具有旋转对称性的样式，使得载板在旋涂pi时，载板每旋转一定角度，载板对应区域上的芯片的受力是一致的；
10.s2：使用贴装好的载板完成封装。
11.优选地，步骤s1中载板的尺寸与晶圆的尺寸对应。
12.优选地，步骤s1中载板贴装单颗芯片。
13.优选地，步骤s1中将载板分为内外两个区域，其中，内部区域为圆形，外部区域为环形，在圆形的内部区域内的芯片呈阵列式均匀分布，在环形的外部区域内的芯片呈环形带状分布。
14.优选地，所述圆形的内部区域与环形的外部区域的面积比例由包括芯片面积和pi厚度的项目需求决定。
15.优选地，所述载板在旋涂pi时，载板每旋转一个芯片的角度，载板上环形的外部区域上的芯片的受力是一致的。
16.优选地，步骤s1中将载板以圆心为中心，将整个区域分为n个n分之一圆，贴装第一个n分之一圆时，芯片呈阵列式均匀分布，然后旋转360/n度，贴装至第二个n分之一圆，依次将芯片贴装至n个n分之一圆。
17.优选地，步骤s1中将载板以圆心为中心，将整个区域分为4个四分之一圆，贴装第一个四分之一圆时，芯片呈阵列式均匀分布，然后分别旋转90度，180度和270度贴装至第二个、第三个和第四个四分之一圆。
18.优选地，步骤s2中使用贴装好的载板完成封装时，当载板旋涂pi后，需要进行曝光，曝光方法采用一次曝光或多次step曝光，具体为：
19.一次曝光，所述一次曝光的精度满足pi开口需求；
20.多次step曝光，整个载板看成由两种不同间距的区域组成，采用两种滤光片做step曝光。
21.优选地，步骤s2中使用贴装好的载板完成封装后，需要进行切割，切割时，先将整个载板按照划分的四个区域切割成四个四分之一圆，然后每个四份之一圆再进行切割，得到单颗封装好的芯片。
22.与现有技术相比，本发明技术方案的有益效果是：
23.1、本发明通过提高载板贴装芯片的旋转对称性，使旋转中的载板及芯片在更多的时刻处于受力一致的情况，改善旋涂时pi厚度的均匀性。
24.2、针对芯片阵列式均匀布局的情况，转速(线速度)越大，pi厚度的不均匀越明显；但是本发明提高了旋转对称性的芯片布局，受力更加均匀，因此针对同样的pi厚度规格，在载板尺寸不变的情况下，可以支持更快的角速度(线速度＝角速度*半径)，提高效率。
25.3、针对芯片阵列式均匀布局的情况，转速(线速度)越大，pi厚度的不均匀越明显；但是本发明提高了旋转对称性的芯片布局，受力更加均匀，因此针对同样的pi厚度规格，在
角速度不变的情况下，可以支持更大的载板尺寸(线速度＝角速度*半径)，贴装更多的芯片，单次加工时产出更大的产品，提高效率。
附图说明
26.图1为现有晶圆级封装流程示意图。
27.图2为晶圆级封装流程中pi旋涂时载板侧视图。
28.图3为晶圆级封装流程中pi旋涂时载板俯视图。
29.图4为本发明的方法流程示意图。
30.图5为实施例提供的一种旋转对称贴装芯片的pi厚度均匀的晶圆级封装方法流程示意图。
31.图6为图5的晶圆级封装方法中载板贴装芯片结构示意图。
32.图7为实施例提供的另一种旋转对称贴装芯片的pi厚度均匀的晶圆级封装方法流程示意图。
33.图8为图7的晶圆级封装方法中载板贴装芯片结构示意图。
具体实施方式
34.附图仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；
35.为了更好说明本实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；
36.对于本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。
37.下面结合附图和实施例对本发明的技术方案做进一步的说明。
38.实施例1
39.本实施例提供一种旋转对称贴装芯片的pi厚度均匀的晶圆级封装方法，如图4所示，包括以下步骤：
40.s1：载板贴装芯片时，在载板的部分区域或全部区域贴装为具有旋转对称性的样式，使得载板在旋涂pi时，载板每旋转一定角度，载板对应区域上的芯片的受力是一致的；
41.s2：使用贴装好的载板完成封装。
42.本实施例中，通过提高旋转过程中的对称性来实现。该发明通过载板上贴装芯片时的不同布局，使旋转中的载板及芯片在更多的时刻处于受力一致的情况，改善pi厚度的均匀性。
43.实施例2
44.本实施例提供一种旋转对称贴装芯片的pi厚度均匀的晶圆级封装方法，如图4所示，包括以下步骤：
45.s1：载板贴装芯片时，在载板的部分区域或全部区域贴装为具有旋转对称性的样式，使得载板在旋涂pi时，载板每旋转一定角度，载板对应区域上的芯片的受力是一致的；
46.s2：使用贴装好的载板完成封装。
47.本实施例中，通过提高旋转过程中的对称性来实现。该发明通过载板上贴装芯片时的不同布局，使旋转中的载板及芯片在更多的时刻处于受力一致的情况，改善pi厚度的
均匀性。
48.步骤s1中载板的尺寸与晶圆的尺寸对应。
49.步骤s1中载板贴装单颗芯片。
50.实施例3
51.本实施例提供一种旋转对称贴装芯片的pi厚度均匀的晶圆级封装方法，如图4所示，包括以下步骤：
52.s1：载板贴装芯片时，在载板的部分区域或全部区域贴装为具有旋转对称性的样式，使得载板在旋涂pi时，载板每旋转一定角度，载板对应区域上的芯片的受力是一致的；
53.s2：使用贴装好的载板完成封装。
54.本实施例中，通过提高旋转过程中的对称性来实现。该发明通过载板上贴装芯片时的不同布局，使旋转中的载板及芯片在更多的时刻处于受力一致的情况，改善pi厚度的均匀性。
55.步骤s1中载板的尺寸与晶圆的尺寸对应。
56.步骤s1中载板贴装单颗芯片。
57.步骤s1中将载板分为内外两个区域，其中，内部区域为圆形，外部区域为环形，在圆形的内部区域内的芯片呈阵列式均匀分布，在环形的外部区域内的芯片呈环形带状分布。
58.所述圆形的内部区域与环形的外部区域的面积比例由包括芯片面积和pi厚度的项目需求决定。
59.所述载板在旋涂pi时，载板每旋转一个芯片的角度，载板上环形的外部区域上的芯片的受力是一致的。
60.在具体的实施例中，封装结构包括底部塑封料和芯片，第一pi层、第一rdl层及第二pi层，顶部的锡球。第一pi层在底部芯片焊盘处设置pi开口，第一rdl层在第一pi开口处电镀金属线路并外延，第二pi层在第一rdl层上设置pi开口，最后在第二pi开口处植球。
61.封装方法如图5所示：
62.步骤s01：将原始晶圆，即裸芯片切割成单颗的芯片。
63.步骤s02：将膜贴在载板上，载板的尺寸对应晶圆的尺寸，如直径12inch的圆形。
64.步骤s03：将芯片贴装在载板及膜上，将整个区域分成内外两个区域，内部区域为圆形，外部区域为环形，如图6所示。圆形区域内的芯片呈阵列式均匀分布，环形区域内的芯片呈环形带状分布。
65.步骤s04、包封，用塑封料对芯片进行保护。
66.步骤s05、移除载板及膜，露出芯片焊盘。
67.步骤s06、将芯片进行反转，使芯片焊盘朝上。
68.步骤s07、旋涂第一层pi(polymide，聚酰亚胺)并曝光，曝光位置对应芯片焊盘。具体曝光方案为一次曝光。一次曝光精度：3-8um；pi开口大小：10-15um，一次曝光精度满足pi开口需求。
69.步骤s08、电镀第一层rdl(redistribution layer，重布线层)，将芯片焊盘引出。
70.步骤s09、旋涂第二层pi(polymide，聚酰亚胺)并曝光,曝光方式与步骤s7一致，曝光位置对应锡球位置。
71.步骤s010、在第二层pi曝光处进行植球。
72.步骤s011、进行切割，内部区域采用刀片切割，外部区域采用激光切割。
73.实施例4
74.本实施例提供一种旋转对称贴装芯片的pi厚度均匀的晶圆级封装方法，如图4所示，包括以下步骤：
75.s1：载板贴装芯片时，在载板的部分区域或全部区域贴装为具有旋转对称性的样式，使得载板在旋涂pi时，载板每旋转一定角度，载板对应区域上的芯片的受力是一致的；
76.s2：使用贴装好的载板完成封装。
77.本实施例中，通过提高旋转过程中的对称性来实现。该发明通过载板上贴装芯片时的不同布局，使旋转中的载板及芯片在更多的时刻处于受力一致的情况，改善pi厚度的均匀性。
78.步骤s1中载板的尺寸与晶圆的尺寸对应。
79.步骤s1中载板贴装单颗芯片。
80.步骤s1中将载板以圆心为中心，将整个区域分为n个n分之一圆，贴装第一个n分之一圆时，芯片呈阵列式均匀分布，然后旋转360/n度，贴装至第二个n分之一圆，依次将芯片贴装至n个n分之一圆。
81.步骤s1中将载板以圆心为中心，将整个区域分为4个四分之一圆，贴装第一个四分之一圆时，芯片呈阵列式均匀分布，然后分别旋转90度，180度和270度贴装至第二个、第三个和第四个四分之一圆。
82.步骤s2中使用贴装好的载板完成封装时，当载板旋涂pi后，需要进行曝光，曝光方法采用一次曝光或多次step曝光，具体为：
83.一次曝光，所述一次曝光的精度满足pi开口需求；
84.多次step曝光，整个载板看成由两种不同间距的区域组成，采用两种滤光片做step曝光。
85.步骤s2中使用贴装好的载板完成封装后，需要进行切割，切割时，先将整个载板按照划分的四个区域切割成四个四分之一圆，然后每个四份之一圆再进行切割，得到单颗封装好的芯片。
86.在具体的实施例中，封装结构包括底部塑封料和芯片，第一pi层、第一rdl层及第二pi层，顶部的锡球。第一pi层在底部芯片焊盘处设置pi开口，第一rdl层在第一pi开口处电镀金属线路并外延，第二pi层在第一rdl层上设置pi开口，最后在第二pi开口处植球。
87.封装方法如图7所示：
88.步骤s11：将原始晶圆，即裸芯片切割成单颗的芯片。
89.步骤s12：将膜贴在载板上，载板的尺寸对应晶圆的尺寸，如直径12inch的圆形。
90.步骤s13：在载板上贴装单颗芯片时，以圆心为中心，将整个区域分成4个四分之一圆。第一个四分之一圆内的芯片呈阵列式均匀分布，然后分别旋转90度、180度、270度，形成第二、第三、第四个四分之一圆，如图8所示。
91.步骤s14、包封，用塑封料对芯片进行保护。
92.步骤s15、移除载板及膜，露出芯片焊盘。
93.步骤s16、将芯片进行反转，使芯片焊盘朝上。
94.步骤s17、旋涂第一层pi(polymide，聚酰亚胺)并曝光，曝光位置对应芯片焊盘。
95.步骤s18、电镀第一层rdl(redistribution layer，重布线层)，将芯片焊盘引出。
96.步骤s19、旋涂第二层pi(polymide，聚酰亚胺)并曝光,曝光方式与步骤s7一致，曝光位置对应锡球位置。
97.步骤s110、在第二层pi曝光处进行植球。
98.步骤s111、进行切割，先将整个圆切割成四个四分之一圆，然后每个四分之一圆再进行切割。
99.步骤s17和s19，具体有两种曝光方案，第一种：一次曝光。一次曝光精度：3-8um；pi开口大小：10-15um，一次曝光精度满足pi开口需求。第二种：整个圆可以看成由两种不同间距的区域组成，采用两种滤光片做step曝光(步进式曝光)，介于step曝光和一次曝光之间。
100.实施例5
101.本实施例与实施例3和实施例4不同，所有的芯片组成晶上系统，不需要切割，因此可以省略步骤s011或s111。其他步骤与实施例3或实施例4相同。
102.相同或相似的标号对应相同或相似的部件；
103.附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；
104.显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。