本发明涉及半导体技术领域， 尤其涉及一种晶圆级的芯片封装方法。 背景技术

晶圆级芯片尺寸封装（ Wafer Level Chip Size Packaging, WLCSP )技术是 对整片晶圆进行封装测试后再切割得到单个成 品芯片的技术，封装后的芯片尺 寸与棵片完全一致。晶圆级芯片尺寸封装技术 彻底颠覆了传统封装如陶瓷无引 线芯片载具 ( Ceramic Leadless Chip Carrier ) 、 有机无引线芯片载具（Organic Leadless Chip Carrier ) 的模式， 顺应了市场对微电子产品日益轻、 小、 短、 薄 化和低价化要求。经晶圆级芯片尺寸封装技术 封装后的芯片尺寸达到了高度微 型化， 芯片成本随着芯片尺寸的减小和晶圆尺寸的增 大而显著降低。 晶圆级芯 片尺寸封装技术是可以将 IC设计、 晶圆制造、 封装测试、 整合为一体的技术， 是当前封装领域的热点和未来发展的趋势。

中国发明专利申请第 200610096807.5号公开了一种基于晶圆级芯片尺寸 的封装方法， 主要包括如下工艺步骤：

首先如图 1所示， 将半导体晶圆 1与同样尺寸的第一玻璃基板 2粘接， 这样 在封装的初始阶段， 所述晶圆表面的器件部分将被基板盖住保护， 减少了外界 的污染和损害。

如图 2所示， 对半导体晶圆 1相对于第一玻璃基板 2的背面进行减薄， 并利 用光刻技术以及等离子刻蚀对所述晶圆背面进 行选择性刻蚀， 形成多个 V形沟 槽作为切割道， 并暴露出部分芯片焊垫 11 (即芯片电极） 。

如图 3所示， 用绝缘介质填充所述 V形沟槽， 并在所述晶圆背面压合第二 - 玻璃基板 3以及焊料掩模 4。所述第二玻璃基板 3用于支撑半导体晶圆 1 , 而电热 绝缘焊料 4则用于在后续的机械切割工艺中起机械緩冲� �护半导体晶圆 1的作 用。

如图 4所示， 采用机械切割工艺半切割原 V形沟槽所在位置 （不穿透分离 芯片） ， 形成新的 V形沟槽作为晶圆的切割道， 且使得芯片焊垫 11从 V形沟槽 的侧面暴露。

如图 5所示， 然后采用电镀工艺制作外引线 12, 所述外引线 12—端在 V形 沟槽内与芯片焊垫 n连接， 另一端延伸至晶圆背面， 所述芯片焊垫 11的电性功 能通过外引线 12而延伸至晶圆背面。

如图 6所示， 在晶圆背面选择性形成绝缘保护层 14, 露出部分外引线 12, 在露出的外引线 12上制作焊接凸点 15, 将上述晶圆沿其背面的 V形沟槽切割划 片， 形成分立芯片， 然后再对分立芯片进行外壳的封装， 最终完成芯片的封装 工艺。

现有的晶圆级芯片封装方法存在如下问题：在 采用电镀工艺制作外引线 12 时， 切割道内 （例如上述专利所述的 V形沟槽内 )的金属也容易电镀析出而导 致各连线之间发生短路。 此外在切割后， 分立芯片的侧面也即原 V形沟槽的侧 壁， 暴露于外界环境中， 在进行外壳封装时容易受到损伤， 导致外引线断路， 进而影响芯片的成品率。 发明内容 本发明解决的技术问题是提供一种芯片封装方 法，可以提高封装效率以及 成品率。 本发明提供的芯片封装方法， 包括步骤：

提供半封装晶圆， 所述半封装晶圆上具有切割道以及芯片的金属 焊垫； 在所述金属焊垫上形成球下金属电极；

在所述球下金属电极上形成焊球；

沿切割道对晶圆进行划片；

还包括在切割道上方形成第一保护层的步骤。

优选的， 所述第一保护层的宽度大于切割道的宽度。 所述切割道的宽度为 替换页 （细则第 26条) 30~80μηι, 所述第一保护层的宽度为 50~120μηι。

可选的， 所述第一保护层为热固性环氧树脂， 采用丝网印刷技术形成。 可选的， 所述形成球下金属电极的方法为无电解电镀。 所述无电解电镀包 括：对晶圆表面先进行锌酸盐清洗处理，再无 电解电镀镍，然后无电解电镀金， 电镀厚度分别为 3μηι以及 0.05μηι。

可选的， 所述形成球下金属电极的方法为选择性气相沉 积。

所述选择性气相沉积包括： 在晶圆表面设置掩模板， 所述掩模板露出晶圆 上需形成球下金属电极的位置； 采用物理气相沉积工艺，依次沉积镍金属以及 铜金属。

优选的， 在形成球下金属电极后， 还包括采用丝网印刷技术在晶圆上、 球 下金属电极以外区域形成第二保护层的步骤。 所述第二保护层的厚度为 5μηι~50μιη。

可选的， 所述第二保护层的材质为热固性树脂， 采用丝网印刷技术形成。 所述丝网印刷时， 保持晶圆的温度低于所述热固性环氧树脂的固 化温度。 所述形成第二保护层后，还包括采用等离子刻 蚀去除覆于球下金属电极顶部表 面的热固性环氧树脂的步骤。

可选的， 所述形成第二保护层后， 还包括研磨晶圆表面的步骤。

所述研磨采用机械研磨， 具体包括： 将晶圆放置于固定工作台； 将柔软度 小于晶圆的非织造布缠绕于研磨盘上， 并紧贴晶圆表面； 然后使用研磨液浸润 所述非织造布， 进行机械研磨。

优选的， 所述热固性树脂的固化温度小于 200°C。

所述热固性树脂中包含固化填充剂，所述固化 填充剂的颗粒直径小于环氧 树脂印刷厚度的 1/3。

优选的， 所述热固性树脂的印刷厚度为 15μηι, 固化填充剂的颗粒直径小 于 5μηι, 固化后形成的第二保护层平均厚度为 11μηι~12μιη。

优选的，在进行丝网印刷技术时， 先对晶圆进行烘烤处理或者进行表面活 性化的等离子处理。

本发明所述封装方法利用丝网印刷技术在切割 道上形成第一保护层，具体 的可以选择热固性环氧树脂作为保护层材料， 一方面在采用电镀工艺形成球下 金属电极时， 能够防止切割道内的金属被电镀析出； 另一方面在划片后， 能够 替换页 （细则第 26条) 保护分立芯片的侧面， 尤其是金属引线， 不受到损伤。 本发明工艺流程筒单， 成本低廉， 且提高了封装效率以及封装成品率。 附图说明 通过附图中所示的本发明的优选实施例的更具 体说明，本发明的上述及其 他目的、特征和优势将更加清晰。 附图中与现有技术相同的部件使用了相同的 附图标记。 附图并未按比例绘制， 重点在于示出本发明的主旨。 在附图中为清 楚起见， 放大了层和区域的尺寸。 图 1至图 6为现有的一种晶圆级的芯片封装方法各步骤� �面示意图； 图 7为本发明所述封装方法的基本流程图； 图 8为本发明第一实施例的流程示意图；

图 9、 图 11、 图 13、 图 14、 图 15、 图 16为图 8所示部分步骤的示意图； 图 10为图 9的俯视示意图；

图 12为图 11的俯视示意图； 图 17为本发明第二实施例的流程示意图； 图 18至图 20为图 17所示部分步骤的示意图； 图 21为本发明第三实施例的流程示意图；

图 22以及图 23为图 21所示部分步骤的示意图。

具体实施方式 现有的晶圆级芯片封装方法，切割道内的金属 容易在球下金属电极制作时 电镀析出而导致短路，且晶圆在划片后， 分立芯片的侧面暴露于外界环境中容 易受到损伤。本发明则采用丝网印刷技术在切 割道上形成第一保护层以解决上 述问题。 下面结合附图对本发明进行具体说明。

本实施例提供的封装方法的基本流程示意图如 图 7所示， 包括：

S101、 提供半封装晶圆。 具体的， 所述半封装晶圆包括： 形成有芯片的半 替换页 （细则第 26条) — D—

导体衬底、将晶圆划分成若干个独立芯片单 元的切割道、位于半导体衬底上起 到绝缘保护作用且具有若干开口的保护掩模、 开口内曝露出芯片的金属焊垫。 所述保护掩模可以是聚酰亚胺等有机膜， 所述金属焊垫可以是铜、铝等常规的 互连金属。

S102、 在切割道上形成第一保护层， 具体的， 可以采用丝网印刷技术在切 割道上印刷所述第一保护层。

优选的， 所述第一保护层的宽度要大于切割道宽度， 使得划片后， 分立芯 片的侧面顶部边缘处也受到保护。 为降低工艺难度， 所述第一保护层可以采用 热固性树脂， 例如环氧树脂、 酚醛树脂、 脲醛树脂、 三聚氰胺 -甲醛树脂、 不饱和树脂、 聚氨酯、 聚酰亚胺等。

S103、 在所述金属焊垫上形成球下金属电极；

可以采用电镀或选择性气相沉积的方式在所述 保护掩模开口内、金属焊垫 上形成所述球下金属电极。 其中， 可以采用无电解电镀以提高电镀的均匀性； 而采用选择性气相沉积， 则可以反复利用同一块金属掩模板以降低成本 。 常见 的球下金属电极材料包括镍、 金、 铜、 铝、 钛、 钨、 铬或其合金、 组合等， 可 以根据球下金属电极的实际厚度尺寸限制选择 相应材料，以满足工艺以及成本 需求。

为了进一步改善对晶圆的保护效果，提高封装 的成品率，在形成球下金属 电极后，还可以在晶圆上采用丝网印刷技术形 成第二保护层， 所述第二保护层 可以选用与第一层保护层相同的热固性树脂材 料。通过调整丝网印刷所采用的 丝网版的开口区域， 可以选择所述第二保护层的具体形成位置。在 形成第二层 保护层后， 通常还应当利用等离子刻蚀去除丝网印刷时， 因热固性树脂的流动 性而覆于球下金属电极顶部表面的部分第二保 护层，并采用研磨工艺处理晶圆 的表面。 以暴露出球下金属电极顶部， 便于后续工艺进行焊球的制作。

S104、在所述球下金属电极上形成焊球。可以� �球下金属电极的顶部先涂 覆焊料， 然后进行高温的回流， 形成所述焊球。 常见的焊料包括锡、 铅、 银、 铜、 锌等金属或其合金、 组合等。

S105、 沿所述切割道对晶圆进行划片， 形成分立的芯片。 通常采用宽度小于切割道的刀片进行机械切割 ，还可以采用激光切割。切 替换页 （细则第 26条) —o—

割后的分立芯片侧面以及顶部边缘均覆有第 一保护层， 能够在后续封装过程 中，保护该处的金属布线避免受到损伤。 最后进行芯片外壳的封装完成本发明 所述芯片封装工艺。 为进一步阐述本发明之优点，以下结合说明书 附图提供了本发明的三个具 体实施例。 第一实施例 图 8为本发明第一实施例的流程示意图， 而图 9至图 16为上述流程中各 步骤的示意图， 以下结合图 8对各步骤进行详细说明。 如图 9所示， 提供半封装晶圆 10, 所述半封装晶圆包括： 形成有芯片的 半导体衬底 100、 将晶圆划分成若干个独立芯片单元的切割道 200、 位于所述 半导体衬底 100上具有开口的保护掩模 101、 所述开口内曝露出芯片的金属焊 垫 102。 所述保护掩模 101可以是聚酰亚胺等有机膜， 所述金属焊垫 102可以 是铜、 铝等常规的互连金属。 需要指出的是， 上述半导体衬底 100 并非局限于单质硅或绝缘体上硅衬 底， 还应当包括制作于其上的半导体器件、 金属互连以及其他半导体结构。 所 述保护掩模 101即覆于上述半导体结构的表面，从而起到保 护芯片的作用。所 述芯片的金属焊垫 102作为芯片的输入 /输出端的电极， 用于引出芯片的电性 功能。

图 10为上述半封装晶圆的俯视示意图， 可见所述晶圆上形成有格子状的 切割道 200, 上述切割道 200将晶圆划分成若干方片区域， 每个方片区域代表 一块独立的芯片。 所述切割道 200的截面形状可以为等腰梯形， 深度不宜过深 以免影响晶圆的钢型硬度。 本实施例中， 所述切割道 200 的开口宽度为 30~80μηι。 图 11为半封装晶圆的剖面示意图， 图 12为图 11的俯视示意图， 结合图 11以及图 12所示， 将上述半封装晶圆表面进行丝网印刷工艺， 在切割道 200 的上方形成第一保护层 301。 其中， 所述第一保护层 301如前例举的热固性树 月旨，本实施例中， 出于降低成本的考量，第一保护层 301优选热固性环氧树脂。 通过调整丝网印刷所使用的丝网版的开口，可 以选择第一保护层 301的形成位 替换页 （细则第 26条) - / - 置。

具体的， 丝网印刷的工艺示意图如图 13所示， 包括： 将晶圆 10固定于印 刷装置中， 丝网版 20的底部， 在丝网版 20上涂抹液态的环氧树脂； 用刮刀 30按压丝网版 20以及晶圆 10, 使得液态的环氧树脂通过丝网版 20的开孔处 涂布至晶圆 10表面； 将丝网版 20从晶圆 10上揭下， 这样液态的环氧树脂便 转录至晶圆 10上， 形成所需图案。 本步骤中， 上述丝网版 20的开孔对准晶圆 10上的切割道 200, 液态环氧 树脂渗入晶圆 10后， 将填充于切割道 200内， 加热所述晶圆 10至固化温度， 使得所述液态的环氧树脂固化以形成第一保护 层 301。 此外为了使得第一保护 层 301的宽度大于切割道 200的宽度， 仅需使得丝网版 20的开孔宽度大于切 割道 200 的宽度即可， 本实施例中所述第一保护层 301 的宽度设置为 50~120μηι。 如图 14所示， 采用无电解电镀， 以第一保护层 301以及保护掩模 101作 为电镀掩模，在所述保护掩模 101的开口内，金属焊垫 102表面形成球下金属 电极 103。

具体的， 在本实施例中， 电镀前先对金属焊垫 102进行锌酸盐处理， 去除 其表面的氧化膜， 以降低接触电阻； 然后在金属焊垫 102上依次进行无电解镍 电镀以及无电解金电镀， 电镀厚度分别为 3μηι以及 0.05μηι, 最终形成凸出于 保护掩模 101表面的球下金属电极 103。 如图 15所示， 在球下金属电极 103的顶部， 采用焊料回流工艺制作焊球

104。 本实施例中， 出于降低成本的考量， 采用锡作为焊料材质。 具体包括： 将焊料锡膏涂覆于球下金属电极 103上， 然后进行高温回流，使得所述焊料锡 膏转变成焊球 104。 通常为了保持晶圆其他部分表面的平整性以及 加强绝缘保 护， 还会在焊球 104以外的晶圆表面进行底部填充工艺。 如图 16所示，在完成焊球制作工艺后，沿切割道 200对晶圆 10进行划片， 形成分立的芯片。 具体的， 采用宽度小于第一保护层 301 的划片刀对晶圆 10 机械切割， 这样在切割后， 分立芯片的侧面以及边缘顶部覆有连续的第一 保护 层 301 , 位于上述位置的金属引线或其他半导体结构均 能够得到有效的保护。 替换页 （细则第 26条) ：二实施例 图 17为本发明第二实施例的流程示意图， 而图 18至图 20为上述流程中 部分步骤的示意图， 以下结合图 17对各步骤进行详细说明。 参照图 17 , 本实施例的基本步骤包括： 提供半封装晶圆； 采用丝网印刷 技术在切割道上印刷第一保护层；采用无电解 电镀在金属焊垫上形成球下金属 电极； 在晶圆表面、 球下金属电极以外区域形成第二保护层； 对晶圆表面进行 研磨以及等离子刻蚀工艺处理； 在球下金属电极上形成焊球； 沿切割道对晶圆 划片。

与图 8相比， 本实施例与第一实施例相比， 区别仅在于： 在无电解电镀 形成球下金属电极后，还包括在晶圆表面球下 金属电极以外区域形成第二保护 层以及进行相关工艺的步骤。 所述第二保护层能够进一步保护晶圆 10, 并在 后续焊球制作工艺中， 不用进行底部填充， 筒化了工艺流程， 同时如果采用深 色树脂 （环氧树脂即典型的深色树脂）， 还可以防止因外界光照引发光电效应 产生的芯片电路故障。 如图 18所示， 以第一实施例中图 14所示的半封装晶圆结构为基础， 采用 丝网印刷技术在晶圆 10上形成第二保护层 302。 具体的， 为降低工艺成本， 所述第二保护层 302 可以选用与第一保护层 301相同的材料， 例如热固性环氧树脂。 但与填充于切割沟道 200内的第一保 护层 301 不同的是， 所述第二保护层 302 为薄膜结构， 所需厚度仅为 5μηι~50μιη。 为了保证第二保护层 302的薄膜均匀性， 需要在丝网印刷的过程 中保持热固性环氧树脂的流动性， 即保证晶圆 10的温度低于热固性环氧树脂 的固化温度。 所述丝网印刷的具体工艺可以参考图 13形成第一保护层 301的图示， 可 选的， 变更丝网版 20的图案， 使得液态的热固性环氧树脂涂布至晶圆 10上、 球下金属电极 103以外的区域， 然后加热固化形成所需的第二保护层 302。 本实施例中， 为降低工艺难度， 所述环氧树脂的固化温度小于 200°C。 为 了改善环氧树脂的固化性能，通常环氧树脂中 还包含固化填充剂， 例如含有二 氧化硅或其他固体颗粒的填充剂。 所述填充剂颗粒直径应当小于印刷厚度的 替换页 （细则第 26条) 1/3 , 以实现薄膜印刷的均匀性以及平整度需求，从 而减少晶圆 10表面的翘曲。 所述印刷厚度通过调节丝网版 20的乳剂厚度进行控制。 本实施例中， 进行丝 网印刷时， 液态的环氧树脂的印刷厚度为 15μηι, 而填充剂颗粒直径最大不得 超过 5μηι, 环氧树脂固化后形成的第二保护层 302 的平均厚度可以控制在 11μηι~12μιη。

在丝网印刷过程中， 由于液态环氧树脂具有流动性，依然难免会渗 入球下 金属电极 103区域。这样会存在如下问题： 当在球下金属电极 103顶部制作焊 球时，所述位于球下金属电极 103顶部表面的环氧树脂将使得焊球与球下金属 电极 103的接触面积减小，从而阻碍焊球与球下金属 电极 103的结合， 甚至可 能在封装后的可靠性实验以及衬底跌落实验中 导致焊球的脱落， 产生不良影 响。 因此在形成第二保护层 302后，通常需要利用研磨对晶圆 10作表面处理， 去除上述残渣。 所述研磨可以是机械或化学研磨等， 如图 19所示， 本实施例中， 所采用 的具体的研磨工艺包括： 将晶圆 10放置于固定工作台； 将柔软度小于晶圆的 非织造布 40缠绕于研磨盘 50上， 并紧贴晶圆 10表面； 然后使用研磨液浸润 所述非织造布 40, 进行机械研磨， 去除附着于晶圆 10表面的残渣物质。 作为另一个可选方案， 在研磨结束后， 如图 20所示， 还可以进行等离子 刻蚀工艺， 进一步去除上述覆于球下金属电极 103顶部表面的环氧树脂。上述 等离子刻蚀工艺的刻蚀气体包含氧气，能够与 固化的环氧树脂发生反应生成气 体而除去。 在进行完上述工艺后，便进入焊球制作以及划 片等后续工艺， 与第一实施 例相同， 此处不再赘述。 第三实施例 图 21为本发明第二实施例的流程示意图， 而图 22以及图 23为上述流程 中部分步骤的示意图， 以下结合图 21进行详细说明。 参照图 21 , 本实施例基本步骤包括： 提供半封装晶圆、 采用丝网印刷技 术在切割道上印刷第一保护层；采用选择性气 相沉积在金属焊垫上形成球下金 属电极； 在晶圆表面、 球下金属电极以外区域形成第二保护层； 对晶圆表面进 替换页 （细则第 26条) 一丄 ΰ一

行研磨以及等离子刻蚀工艺处理； 在球下金属电极上形成焊球； 沿切割道对晶 圆划片。

与图 8以及图 17相比较， 本实施例与前述两实施例的区别在于： 形成球 下金属层的方法不同。 具体的， 采用选择性气相沉积在晶圆 10上的预定位置 处形成球下金属电极， 代替无电解电镀。

如图 22所示， 以第一实施例中图 11所示的半封装晶圆结构为基础， 首先 在晶圆 10的表面设置掩模板 60, 所述掩模板 60可以是金属掩模板， 紧贴于 晶圆 10上， 且上述掩模板 60上形成有开口， 所述掩模板 60上的开口对准晶 圆 10表面保护掩模 101的开口。 本实施例中， 选用镍以及铜作为球下金属电极材料， 如图 23所示， 将上 述晶圆 10以及掩模板 60放置于沉积腔内， 采用物理气相沉积工艺，依次进行 镍金属以及铜金属的沉积， 形成所需的球下金属电极 103。 由于掩模板 60的 存在， 上述金属仅可能沉积于保护掩模 101的开口内， 也即预定的球下金属电 极 103形成位置， 从而实现选择性气相沉积。 上述掩模板 60可以重复使用， 与无电解电镀相比较， 具有更为优异的经济性，且具有气相沉积所固 有的沉积 速度快， 工艺流程短的优点。 后续工艺与前序实施例完全相同， 此处不再赘述。

此外，在上述各实施例中，为了提高丝网印刷 工艺中热固性树脂的附着力， 通常在丝网印刷之前， 还可以先对上述晶圆 10的半成品进行烘烤处理， 或者 进行表面活性化的等离子处理。 本发明虽然已以较佳实施例公开如上，但其并 不是用来限定本发明，任何 本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围 内，都可以利用上述揭示的方法 和技术内容对本发明技术方案做出可能的变动 和修改，并对上述三实施例中具 有差异的技术特征互相进行替换， 因此， 凡是未脱离本发明技术方案的内容， 均属于本发明技术方案的保护范围。

替换页 （细则第 26条)