专利名称：芯片尺寸封装及其制造方法
技术领域：
本发明涉及芯片尺寸封装及其制造方法，特别是涉及具有阵列状排列的多个焊球的芯片尺寸封装及其制造方法。
半导体封装的例子有常用的SOJ(Small Outline J-lead，小轮廓J引线)型、特殊使用的ZIP(Zigzag Inline Package，交错直插式封装)型、和适用于标准化存储卡(memory card)的TSOP(Thin Small Outline Package，薄小轮廓封装)型等。
如下概略说明所述封装的制造方法。
首先，在由沿划片线将晶片切断的切割(sawing)工序将晶片分离为一个个半导体芯片后，进行将引线框安装于各半导体芯片的小片连接工序。
然后，在一定温度下一定时间内使半导体芯片硬化(curing)后，进行由金属丝电连接半导体芯片的焊盘和引线框的内部引线的金属丝接合工序。
金属丝接合工序结束后，进行用密封剂模制半导体芯片的模制工序。若不将半导体芯片模制则不能保护半导体芯片不受外部热量和机械性冲击。
在所述模制工序结束后，依次进行电镀引线框的外部引线的电镀工序，切断支承外部引线的遮断衬片的修整工序，为使外部引线容易安装于电路板上而将其弯曲为规定形态的成形工序。
与利用上述工序制作的普通封装相对，为了使封装轻薄化，最近正在开发大小和半导体芯片几乎相同的芯片尺寸封装。这种芯片尺寸封装使用TAB带取代前述普通封装所用的引线框，且使用为安装于电路板而阵列状排列的多个焊球。
现有芯片尺寸封装如
图1所示，在半导体芯片1的焊盘上形成凸起2。通过热压将形成有铜材质的金属图案的TAB带(TAB tape)3安装在凸起2上进行电连接。用密封剂4模制整体，将焊球5置于TAB带3下面形成的球座上。
但是，由于所述现有封装的厚度为半导体芯片1的厚度加上TAB带3及密封剂4的厚度所得的厚度，所以，与不断轻薄化的最近的封装相比仍应改进。
而且，存在在凸起2和TAB带3热压接时，会因机械性冲击而使凸起2或TAB带3产生裂纹的问题。
还存在球座的金属面和焊球5反应而在其接触面形成金属化合物的问题。
尤其是可残留于TAB带3自身的离子或水分有可能使封装产生误动作。使TAB带3内的金属图案绝缘的绝缘薄膜的损伤会产生散粒。而且，每当变更焊盘和焊球的位置及间距就必须重新设计TAB带3。
为了解决上述问题，本发明的目的在于，提供一种具有划时期结构的芯片尺寸封装及其制造方法，可以使半导体电路板的厚度形成封装的厚度，实现封装的轻薄化。
本发明的另一目的在于使用金属丝代替凸起以防止机械性冲击所引起的对焊盘的破坏。
本发明还有一个目的在于变更焊球的安装方式，使焊球和球座间不发生金属反应。
本发明的再一个目的在于不使用TAB带，从而解决因TAB带所引起的各问题。
为了实现上述目的，本发明的芯片尺寸封装采用下述结构。
在实施例1中，在半导体芯片的上面形成凹部，在凹部的底面中央形成焊盘。金属丝的下端连接在焊盘上。将密封剂埋入凹部，金属丝的上端露出于密封剂之外。在露出的金属丝的上端形成凸起。将焊球置于凸起上。
以所述结构构成的芯片尺寸封装的制造方法如下所述。
第一，在初期(initial)晶片的表面上形成凹部。在各凹部的底面上形成集成电路，构成半导体芯片后，在凹部的底面上蒸镀保护层(passivation layer)。然后在各凹部的底面上形成一对焊盘和绝缘盘。用金属丝将焊盘和绝缘盘电连接，同时使金属丝的中间部自晶片表面突出。以使金属丝的中间部露出的方式将密封剂埋入所述凹部内。将晶片切断，分离成一个个半导体芯片。在自密封剂露出的金属丝的中间部形成凸起，将焊球置于该凸起上。
第二，在初期晶片的表面上形成凹部。在各凹部的底面上形成集成电路，构成半导体芯片后，在凹部的底面上蒸镀保护层。然后在各凹部的底面上形成焊盘，在晶片的表面上形成虚设焊盘。用金属丝将焊盘和虚设焊盘电连接。用密封剂埋入凹部内后，研磨密封剂的表面，除去虚设焊盘，同时使金属丝从密封剂露出。在自密封剂露出的金属丝上形成凸起，然后将晶片切断，分离成一个个半导体芯片。将焊球置于该凸起上。
第三，在初期晶片的表面上形成凹部。在各凹部的底面上形成集成电路，构成半导体芯片后，在凹部的底面上蒸镀保护层。然后在各凹部的底面上形成焊盘。用金属丝将一凹部的焊盘和与所述凹部邻接的另一凹部的焊盘电连接。用密封剂埋入各凹部。将晶片切断，分离成一个个半导体芯片。同时将所述金属丝的中间部切断。研磨密封剂的表面，使所述金属丝的切断部分从密封剂露出。在自密封剂露出的金属丝部形成凸起，然后将焊球置于该凸起上。
与实施例1方案不同的实施例2，在半导体芯片的表面上配置焊盘和绝缘盘。用金属丝将焊盘和绝缘盘电连接。在半导体芯片的表面上设置形成有引出槽的陶瓷材质的罩。使金属丝的中间部通过引出槽露出。在通过引出槽露出的金属丝部分形成凸起，将焊球置于该凸起上。
根据上述本发明的结构，由于在半导体芯片上形成的凹部内进行金属丝连接，故密封剂也只需模制在凹部内。因此，半导体芯片的厚度可几乎是封装的厚度，可实现封装的轻薄化。
附图的简要说明如下图1为现有芯片尺寸封装的断面图；图2至图10为依次显示本发明实施例1的封装的制造过程的断面图；图11及图12为显示本发明实施例2的封装的制造过程的断面图；图13及图14为显示本发明实施例3的封装的制造过程的断面图；图15至图19为依次显示本发明实施例4的封装的制造过程的断面图。
下面参照附图详细说明本发明。
实施例1参照图10说明本实施例1最终完成的芯片尺寸封装的结构。
如图10所示，在半导体芯片10的表面上形成U字形的凹部11。在凹部11的底面中央形成一对焊盘20，两侧形成一对绝缘盘30。各盘20、30由金属丝40连接。特别是金属丝40的中间部构成向上突出的弯曲形状。
密封剂50只埋入凹部11内。此时，密封剂50以使其表面和半导体芯片10的表面形成同一平面的方式埋入，同时，使金属丝40的中间部自密封剂50稍稍露出。金材质的凸起60形成于自密封剂50露出的金属丝40的中间部，将焊球70置于该凸起60上。
在这样的封装中，由于密封剂50不从半导体芯片10突出，故可将封装的厚度作为半导体芯片10的厚度而构成。
另一方面，在本实施例1中，虽然举出了将焊盘20配置于凹部11之中央的例子，但不限于此。作为其它例子，也可以将焊盘20配置于凹部11的两侧，将绝缘盘30配置于凹部11的中央。
下面参照附图依次说明制造所述结构的封装的过程。
首先，如图2所示，蚀刻初期晶片的表面，形成U字形的凹部11。此时，凹部11的宽度最好为200至400μm，深度最好为250至400μm。接着，进行用于在凹部11的底面上形成半导体集成电路的通常的各种工序，在每个凹部11的底面上构成半导体芯片10。然后，为了保护半导体10的电路在各凹部11的底面上蒸镀保护层(无图示)。接着，如图3所示，在凹部11的中央形成一对焊盘20，两侧形成绝缘盘30。
绝缘盘30如图4所示，在粘接层31的上部形成U字形的槽部，在该槽部内以和槽部的深度相同的厚度电镀金属层32，金属层32的上部构成涂敷金属薄膜33的结构以容易进行金属丝连接。在此，粘接层31的材质为聚合物类的聚酰亚胺，金属层32的材质为铝(Al)、铜(Cu)、镍(Ni)、金(Au)、银(Ag)、铬(Cr)、钴(Co)、或锡(Sn)之一或由其中多个构成的合金，金属薄膜33的材质最好为在以后进行的和金属丝的热压接时粘接力强的金(Au)、银(Ag)或铬(Gr)。另一方面，粘接层31的厚度最好为10至100μm，绝缘盘30的厚度最好为1至4mil。
接着，如图5所示，由金属丝40通过热压接将焊盘20和绝缘盘30的金属薄膜33连接。此时，使金属丝40的中间部高于半导体芯片10的表面。
然后，用调和器80如图6所示将密封剂50埋入凹部11内。特别是要使密封剂50的高度与半导体芯片10的表面同一。
此时，金属丝40的中间部即使比半导体芯片10的表面突出，也会由埋入的密封剂50使其沉入凹部内，从而金属丝40有可能不从密封剂50露出。为了预防这一点，如图7所示，通过喷嘴9向密封剂50表面喷射研磨剂，使金属丝40自密封剂50露出。也可以用研磨纸取代研磨剂进行研磨。
接着，如图8所示，在从密封剂50露出的金属丝40部形成如金材质的导电性凸起60，如图9所示，将晶片切断，分离成一个个半导体芯片10。
最后，如图10所示，将焊球70置于凸起60上，则完成本实施例1的芯片尺寸封装。即，将如图10所示的封装翻转180°，则焊球70就会位于下部，所以可以将焊球70安装于电路板上。
实施例2本实施例2为不用实施例1使用的绝缘盘的方式。
如图11所示，在半导体芯片10的表面形成虚设焊盘34。用金属丝44连接虚设焊盘34和焊盘20。因此，虚设焊盘34侧的金属丝44部分就自然突出而高于半导体芯片10的表面。
接着，将密封剂50埋入凹部11内，然后，以半导体芯片10的表面为基准研磨密封剂50的表面，则虚设焊盘34和与其相连的金属丝44的上端被切断除去。因此，切断的金属丝44的上端自密封剂50露出，在该露出的金属丝44上形成凸起60。将焊球70置于凸起60上，则如图12所示，完成本实施例2的封装。
实施例3本实施例3为完全不用所述实施例1及2所用的绝缘盘和虚设焊盘的方式。
即，如图13所示，在晶片表面形成凹部11。在各凹部11的底面中央形成焊盘20。金属丝45的两端越过相互邻接的半导体芯片10的侧壁而连接在各凹部11的焊盘20上。
用密封剂50埋入凹部11，以晶片的表面为基准研磨密封剂50的表面。此时，金属丝45被切断，同时从密封剂50露出。接着，利用切断工序将晶片分离为一个个半导体芯片10。然后，如图14所示，在露出的各金属丝45部分形成凸起60，将焊球70安装于凸起60，则完成本实施例3的封装。
另一方面，在实施例1至3中，虽然例示了在初期晶片的表面形成凹部，在凹部的底面上构成半导体芯片，在该状态下进行封装工序的情况，但并不限于此。
相反，也可以在下述状态下进行封装工序，即，在初期晶片的表面首先构成半导体芯片和保护层，然后在保护层形成凹部的状态。只是，为了实现这样的方法保护层的厚度应该足够厚。即，金属丝连接时，应使凹部形成规定深度以上，以使金属丝不从晶片表面突出。但是由于凹部应该仅形成于保护层，且如果保护层的残留厚度达不到一定厚度以上，就会损伤半导体芯片的集成电路，所以为了实现后者的方法，保护层应以足够的厚度蒸镀。
实施例4在本实施例4中，和实施例1采用同样的金属丝连接方式，但使用陶瓷罩取代密封剂。
如图15所示，由于不用密封剂，所以半导体芯片10的表面没有形成凹部。在半导体芯片10的表面上形成焊盘20和绝缘盘30。用金属丝40连接焊盘20和绝缘盘30。在半导体芯片10的表面上沿外框覆盖陶瓷罩100。陶瓷罩100由粘接剂110粘接在半导体芯片10上。在陶瓷罩100上如图16所示，形成引出槽101，通过该引出槽101将金属丝40的中间部引出。将引出的金属丝40用冲头压接，固定在引出槽101的两侧壁上台阶状形成的底面上，使其不落入引出槽101。
其后，如图17所示，在金属丝40上形成凸起60，将焊球70置于凸起60上，则如图18所示，完成本实施例4的封装。
另一方面，在将由如图18所示的结构构成的多个封装安装在电路板220上后，用粘接剂210将陶瓷盒200覆盖在整体的上部，则完成最终的封装。
如上所述，由于密封剂仅埋入半导体芯片上形成的凹部内，故半导体芯片的厚度就等于封装的厚度，因此可实现封装的轻薄化。
特别是，在本发明中，使用金属丝取代了以往使用的TAB带。因此以往TAB带的金属配线形状使用焦点板(reticle)预先决定，故难于变更球座的位置。但是，在本发明中，不使用焦点板只需变更金属丝的露出位置就可以简单地变更球座的位置。所以，可以快速对应焊盘及焊球的位置变更。即设计变更非常简单。
另外，虽然图示说明了用于实施本发明的封装的最佳实施例，但本发明并不限于所述实施例，本领域技术人员可在本发明权利要求范围内进行多种实施及变更。
权利要求
1.一种芯片尺寸封装，其特征在于，包括上面形成凹部，在所述凹部的底面配置多个焊盘的半导体芯片；一端连接在所述焊盘上的金属丝；使所述金属丝的一部分露出地埋入凹部、表面与所述半导体芯片的表面形成同一平面的密封剂；在自所述密封剂露出的金属丝上形成的凸起；及置于所述凸起上的焊球。
2.如权利要求1所述的芯片尺寸封装，其特征在于，在所述凹部的底面安装绝缘盘，将金属丝的另一侧连接在所述绝缘盘上，所述金属丝的中间部自所述密封剂露出。
3.如权利要求2所述的芯片尺寸封装，其特征在于，所述绝缘盘包括粘接在所述半导体芯片的凹部底面、上面形成槽部的粘接层，及电镀在所述粘接层的槽部内、连接所述金属丝的金属层。
4.如权利要求3所述的芯片尺寸封装，其特征在于，在所述金属层的表面上蒸镀金属薄膜。
5.如权利要求4所述的芯片尺寸封装，其特征在于，所述粘接层的材质为聚合物类的聚酰亚胺。
6.如权利要求4所述的芯片尺寸封装，其特征在于，所述金属层的材质为铝、铜、镍、金、银、钴或锡之一或由其中多个构成的合金。
7.如权利要求4所述的芯片尺寸封装，其特征在于，所述金属薄膜的材质为银、金或铬之一。
8.一种芯片尺寸封装，其特征在于，包括表面上配置多个焊盘和绝缘盘的半导体芯片；连接所述绝缘盘和焊盘的金属丝；安装在所述半导体芯片的表面上、形成所述金属丝自中间部引出的引出槽的罩；在通过所述罩的引出槽露出的金属丝上形成的凸起；及置于所述凸起上的焊球。
9.一种芯片尺寸封装的制造方法，其特征在于，包括在初期晶片的表面上形成凹部的步骤；在所述凹部的底面上形成集成电路，构成半导体芯片的步骤；在所述各凹部的底面上形成多个焊盘和绝缘盘的步骤；用金属丝将所述焊盘和绝缘盘电连接，同时使所述金属丝的中间部自晶片表面突出的步骤；以使所述金属丝的中间部露出的方式用密封剂埋入所述凹部内的步骤；在自所述密封剂露出的金属丝的中间部形成凸起的步骤；将所述晶片切断，分离成一个个半导体芯片的步骤；及将焊球置于所述凸起上的步骤。
10.一种芯片尺寸封装的制造方法，其特征在于，包括在初期晶片的表面上形成集成电路，构成半导体芯片，在所述晶片整体的表面上蒸镀保护层的步骤；在所述保护层形成凹部的步骤；在所述各凹部的底面上形成多个焊盘和绝缘盘的步骤；用金属丝将所述焊盘和绝缘盘电连接，同时使所述金属丝的中间部自晶片表面突出的步骤；以使所述金属丝的中间部露出的方式用密封剂埋入所述凹部内的步骤；在自所述密封剂露出的金属丝的中间部形成凸起的步骤；将所述晶片切断，分离成一个个半导体芯片的步骤；及将焊球置于所述凸起上的步骤。
11.一种芯片尺寸封装的制造方法，其特征在于，包括在初期晶片的表面上形成集成电路，构成半导体芯片，在所述晶片整体的表面上蒸镀保护层的步骤；在所述保护层形成凹部的步骤；在所述各凹部的底面上形成多个焊盘的步骤；在所述晶片的表面上形成虚设焊盘的步骤；用金属丝将所述虚设焊盘和焊盘电连接的步骤；用密封剂埋入所述凹部内的步骤；研磨所述密封剂的表面，除去所述虚设焊盘，使所述密封剂的表面与晶片的表面形成同一平面，同时使所述金属丝从密封剂露出的步骤；在自所述密封剂露出的金属丝上形成凸起的步骤；将所述晶片切断，分离成一个个半导体芯片的步骤；及将焊球置于所述凸起上的步骤。
12.一种芯片尺寸封装的制造方法，其特征在于，包括在初期晶片的表面上形成凹部的步骤；在所述凹部的底面上形成集成电路，构成半导体芯片的步骤；在所述各凹部的底面上形成多个焊盘的步骤；在所述晶片的表面上形成虚设焊盘的步骤；用金属丝将所述虚设焊盘和焊盘电连接的步骤；用密封剂埋入所述凹部内的步骤；研磨所述密封剂的表面，除去所述虚设焊盘，使所述密封剂的表面与晶片的表面形成同一平面，同时使所述金属丝从密封剂露出的步骤；在自所述密封剂露出的金属丝上形成凸起的步骤；将所述晶片切断，分离成一个个半导体芯片的步骤；及将焊球置于所述凸起上的步骤。
13.一种芯片尺寸封装的制造方法，其特征在于，包括在初期晶片的表面上形成凹部的步骤；在所述凹部的底面上形成集成电路，构成半导体芯片的步骤；在所述各凹部的底面上形成多个焊盘的步骤；用金属丝将一个凹部的焊盘和与所述凹部相邻接的另一凹部的焊盘电连接的步骤；用密封剂埋入所述各半导体芯片的凹部的步骤；研磨所述密封剂的表面，使所述密封剂的表面与晶片的表面形成同一平面，同时使所述金属丝的中间部从密封剂露出的步骤；将所述晶片切断，分离成一个个半导体芯片的步骤；在自所述密封剂露出的金属丝部分上形成凸起的步骤；及将焊球置于所述凸起上的步骤。
14.一种芯片尺寸封装的制造方法，其特征在于，包括在初期晶片的表面上形成集成电路，构成半导体芯片，在所述晶片整体的表面上蒸镀保护层的步骤；在所述保护层形成凹部的步骤；在所述各凹部的底面上形成多个焊盘的步骤；用金属丝将一个凹部的焊盘和与所述凹部相邻接的另一凹部的焊盘电连接的步骤；用密封剂埋入所述各半导体芯片的凹部的步骤；研磨所述密封剂的表面，使所述密封剂的表面与晶片的表面形成同一平面，同时使所述金属丝的中间部从密封剂露出的步骤；将所述晶片切断，分离成一个个半导体芯片的步骤；在自所述密封剂露出的金属丝部分上形成凸起的步骤；及将焊球置于所述凸起上的步骤。
全文摘要
一种芯片尺寸封装及其制造方法。在半导体芯片10的上面形成凹部11,在凹部11的底面中央及两侧形成焊盘20和绝缘盘30。各盘20、30由金属丝40连接,将密封剂50埋入凹部11内。此时,使金属丝40的中间部自密封剂50露出,在该露出的金属丝40的部分形成凸起60,将焊球70置于凸起60上。这样,由于密封剂50不从半导体芯片10突出,故半导体芯片10的厚度等于封装的厚度,可实现封装的轻薄化。
文档编号H01L23/24GK1241815SQ9910886
公开日2000年1月19日 申请日期1999年6月28日 优先权日1998年6月29日
发明者朴相昱, 金芝连 申请人:现代电子产业株式会社