用于晶片级芯片尺寸封装的再钝化物施敷

背景技术

本申请案大体上涉及电子电路系统，且更特定来说涉及用于将再钝化材料施敷到裸片表面以保护暴露导电线及通孔的方法。

图1A展示用于晶片级芯片尺寸封装(WLCSP)的现有技术集成电路100(裸片)的实例。WLCSP是一种封装技术，其中封装大小等于或略超过裸片大小，并且通常用于使裸片能够直接安装在印刷电路板(PCB)或其它系统级安装件上并与其电连接(具有将WLCSP连接到其它集成电路或其它电功能结构的电路的平台)。举例来说，对于被视为芯片尺寸封装的封装，连接电子工业协会(IPC)J-STD-012标准倒装芯片及芯片尺寸技术的实施方案要求封装具有不大于裸片面积的1.2倍的面积，并且是具有可直接安装在系统级安装件上的一个表面的单裸片封装。

如在图1A中所展示，裸片100包含暴露裸片表面102，其上打印或镀覆有多个导电迹线104，并且多个导电柱106延伸至其上。裸片表面102由经玻璃钝化的钝化保护，所述经玻璃钝化的钝化可包含例如氮化硅(SiN)或氮氧化硅(SiON)。导电迹线104连接到导电柱106，所述导电柱106延伸到裸片100的内部主体内，并连接到裸片100的内部主体内的电路(未展示)。导电迹线104可用于例如信号路由或用于散热的热连接。导电迹线104及包括导电柱106中的相应者的端的表面两者都暴露在裸片表面102上。导电柱106的暴露表面在图1A中展示。导电柱106可向上延伸到例如裸片表面102上方18μm。导电柱106的暴露表面位于通常所谓裸片100的“有源侧”上。裸片100的有源侧上的暴露导电柱106用于将裸片100内的电路连接到PCB或其它系统级安装件上的电路。

导电迹线104及导电柱106通常由铜制成。在制成时，导电迹线104暴露在裸片表面102上。因此，裸片表面102上的导电迹线104不受囊封剂或模塑料的保护。当暴露于潮湿环境且暴露于偏压下时，铜导电迹线104可经历腐蚀及晶须生长，潜在地导致邻近导电迹线104当中短路。因此，用于WLCSP中的裸片100的暴露表面102通常涂覆有再钝化材料，所述再钝化材料是非反应性材料(例如聚合物)，其保护裸片表面102及导电迹线104免受晶须化及其它反应性环境危害(本文也称为反应性环境因素)的影响。导电柱106的暴露表面未涂覆有再钝化材料，以使导电柱106能够电连接到系统级安装件(例如，使用焊料球)，例如PCB。

图1B展示在已将聚合物再钝化物110施敷到裸片100的表面102(不可见)之后用于WLCSP中的裸片100的实例现有技术视图108。再钝化物110通常使用可经图案化为再钝化材料的光敏材料的旋涂来施敷。光敏材料可来自多种化学族，例如环氧树脂、BMI(双马来酰亚胺)、硅酮、聚酰亚胺或其组合。旋涂导致光敏材料覆盖整个裸片表面102，包含直到导电柱106的顶部表面。旋涂还导致光敏材料从晶片旋出，通常浪费80％或更多的光敏材料。晶片上的光敏材料随后通过使用掩模的光学曝光聚合，以防止覆盖导电柱106的光敏材料部分及覆盖不同裸片之间的光敏材料部分的曝光。(因此，在衬底中制造的不同电不相交的集成电路之间。)多余的光敏材料可被冲掉或以其它方式移除，留下经图案化再钝化物110。经图案化再钝化物110使导电柱106及切割道112(衬底的一部分，其被安全地切割成单独裸片100)暴露。

发明内容

在所描述实例中，一种将再钝化物打印到衬底上的方法包含使用喷墨打印机将包括再钝化材料的粒子的油墨沉积到所述衬底的表面上的指定位置上，及固化所述再钝化材料。所述油墨经沉积使得所述衬底表面的指定部分不被所述油墨覆盖。

附图说明

图1A展示用于晶片级芯片尺寸封装(WLCSP)的现有技术集成电路(裸片)的实例。

图1B展示在已将聚合物再钝化物施敷到裸片的表面之后用于WLCSP中的裸片的实例现有技术视图。

图2展示用于将材料沉积在衬底表面上的喷墨打印机的实例的侧视图。

图3A展示用于以再钝化材料选择性地涂覆如图1A中展示的裸片表面的实例喷墨打印图案。

图3B展示在聚合物再钝化物已被选择性地施敷到裸片的表面之后用于WLCSP中的裸片的实例视图。

图3C展示用于以再钝化材料选择性地涂覆裸片以在WLCSP中用于产生如图3B中展示的再钝化物涂覆的裸片表面的实例喷墨打印图案314。

图4展示用于使用喷墨打印机将再钝化物沉积在裸片表面上的实例过程。

图5展示用于使用喷墨打印机将再钝化物沉积在裸片表面上、将对应晶片切割成单独裸片及使用焊料球将裸片与PCB电连接的实例系统。

图6展示制作集成电路的实例过程。

具体实施方式

图2展示用于将液体材料沉积在衬底表面202上的喷墨打印机200的实例的侧视图。举例来说，衬底表面202可表示晶片的表面，其中形成许多集成电路。如图2中所展示，喷墨打印机200包括喷嘴204，所述喷嘴204发射由油墨槽206供应的液体材料。致动器(未展示)致使材料作为液滴208从喷嘴204发射。液滴208撞击衬底表面202并由衬底表面202吸附，从而形成由表面张力固持在一起的液珠210。当喷墨打印机200在表面202上方移动时，从喷墨打印机200喷射的液滴208的时序确定形成的所得图案。从喷墨打印机200喷射液滴208可对应于从喷嘴204喷射液滴208，或从喷嘴204与衬底表面202之间的另一结构(例如捕集器(未展示))喷射液滴208。

用于半导体装置相关材料的沉积的喷墨打印机，以及本文使用的名词“喷墨打印机”并非在商务办公室用于打印清晰文档及图像的喷墨打印机。代替地，如本文使用的“喷墨打印机”是指用于以微微升或毫微微升规模将一定体积的液体(“油墨”)沉积到表面上的机构，其中所谓的“油墨”含有悬浮的半导体处理相关纳米粒子及/或前体。举例来说，可使用直径在35与60μm之间的喷嘴，从而产生体积在4与14pL(微微升)之间的液滴。(也可使用其它喷嘴及液滴大小。)油墨接着可被干燥，并对先前悬浮在油墨中的材料进行退火，以在油墨沉积到其上的表面上形成永久性结构。使用术语“喷墨打印机”是因为商务办公室喷墨打印机与如本文描述的喷墨打印机具有一些类似功能。

如本文描述的喷墨打印是一种非接触式、增材、制造及图案化过程。经图案化材料直接以指定图案沉积，通常不使用掩模或模板。一旦油墨被沉积，油墨就被干燥，并施加能量以致使所沉积材料反应以形成期望层。喷墨打印可用于通过在具有适当粘度及其它性质的油墨中包含再钝化材料的粒子而将再钝化物110图案化到衬底表面202上。所沉积再钝化材料可使用UV锁住(pinning)(紫外光锁住)或热能量或两者“固化”，即致使形成再钝化物层110。举例来说，可通过使用快速UV锁住固化，且接着在烘箱中“烘烤”衬底来提供反应能量。

喷墨打印机200优选地使用高精度位置控制(例如，使用专用喷墨控制器)来增强在衬底表面202上打印含再钝化物的油墨的分辨率。优选地，喷墨打印机200的打印分辨率足够高，以使打印到其上但不包含导电迹线104或其它敏感结构或材料的裸片表面102的一部分最小化。打印分辨率受多个因素影响，包含液滴大小、液滴频率、油墨的性质(例如粘度、表面张力、再钝化物粒子浓度及化学成分)以及位置控制的精度。

在流体动力学中，通常结合“运动粘度”运作，其为流体的动态粘度对其密度的比率。动态粘度测量克服流体中的内部摩擦所需的力。典型光敏再钝化材料具有4000到5000厘沲的运动粘度。举例来说，分辨率在+/-5μm范围内的喷墨打印机200可能需要大约20到30厘沲的运动粘度。还可使用具有其它运动粘度的油墨，这取决于例如由喷墨打印机200的打印头(未展示)使用的喷嘴的直径、打印头的温度、环境温度、打印机的打印图案准确度及打印层厚度。

在使用热固化再钝化材料的一些实施例中，对应油墨可具有高再钝化物固体含量，例如按质量计的60％到70％再钝化物固体含量。溶剂在热固化过程期间蒸发。

图3A展示用于以再钝化材料选择性地涂覆如图1A中展示的裸片表面102的实例喷墨打印图案300。喷墨打印图案300包含将要打印区302及将不打印区304。将要打印区302是将由喷墨打印机200沉积再钝化材料的区。将不打印区304是将不由喷墨打印机200沉积再钝化材料的区。

如在图1A中展示并且关于图1A描述，裸片表面102包含暴露导电迹线104及导电柱106。将要打印区302(再钝化材料的沉积)可限于易受环境影响组件，从而减少浪费的再钝化材料及对应油墨的量，这降低成本及环境影响。使用喷墨打印机200的选择性再钝化材料沉积过程可导致近100％有效地使用含再钝化材料的油墨(相应地，很少或没有浪费油墨)，以及由于使能够使用较少的打印遍次来沉积再钝化材料而导致与毯覆沉积过程相比增加的处理量。这些优点是通过使用关于图1B描述的光敏再钝化材料的毯覆过程及通过使用喷墨打印机200的毯覆过程两者获得。使用喷墨打印机200的毯覆过程浪费打印在导电柱106及切割道上的油墨(例如，导致95％的有效使用含再钝化材料的油墨)，并且可能需要用于UV曝光的掩模。

易受环境影响组件是在没有再钝化物110的涂层的情况下，由于环境暴露于反应性材料(例如湿气)而导致裸片100性能加速损失的风险增加，从而损害裸片100的设计规范(例如寿命)的那些组件。易受影响组件包含导电迹线104，且在一些实施例中，包含其它功能组件，或裸片表面102上的暴露SiN或SiON的区。喷墨打印机200对易受影响组件沉积再钝化材料的功效限制是响应于用于沉积再钝化材料的喷墨打印机200的分辨率、制造公差及再钝化材料的性质(例如提供设计保护所需的再钝化物110厚度)。举例来说，可选择用于再钝化材料沉积的图案位置302以覆盖导电迹线104，不覆盖导电柱106，且仅限于包含易受影响(或其它功能关键)组件的裸片表面102的部分。

此外，可设计裸片100，使得较少裸片表面102区域含有易受影响组件，并且含有易受影响组件的裸片表面102区域具有更高密度的易受影响组件。这可有助于减轻喷墨打印机200分辨率的限制，使得如果分辨率不足以防止“溢出”，即在邻近于不希望由再钝化物110保护的裸片表面102的部分(及其上的组件)但不是其部分的裸片表面102的部分上打印的再钝化材料，则可减少总溢出，从而减少浪费的油墨。

在一些实施例中，可由喷墨打印机使用用于在裸片上打印迹线图案的同一设计布局数据库来指定将要打印区302及将不打印区304。

使用喷墨打印过程而不是旋涂及光学曝光及显影过程的额外优点包含：减少用于施敷再钝化物的工时，以及由于在金属区域上方进行选择性打印而改进对晶片翘曲的控制。

图3B展示在聚合物再钝化物已被选择性地施敷到裸片306的表面之后用于WLCSP中的裸片306的实例视图。喷墨打印机已用于选择性地将再钝化材料打印到裸片表面的部分308上，而不将再钝化材料打印到裸片表面的其它部分310上。切割道312未被再钝化材料覆盖。导电柱106延伸到裸片306的主体318中(在裸片表面下方)，以电连接到在裸片306的主体318中制造的一或多个集成电路。导电迹线104及导电柱106也可被视为延伸到裸片表面上的集成电路的部分。

图3C展示用于以再钝化材料选择性地涂覆裸片306以在WLCSP中用于产生如图3B中展示的再钝化物涂覆的裸片表面的实例喷墨打印图案314。图3C的喷墨打印图案314展示指定用于沉积再钝化材料的裸片表面的区316。指定用于沉积的区316经定位使得所沉积再钝化材料将覆盖并且在固化后保护导电迹线104及环绕导电柱106的区。

图4展示用于使用喷墨打印机将再钝化物沉积在裸片表面上的实例过程400。如在图4中所展示，在步骤402中，使用喷墨打印机将包括再钝化材料的粒子的油墨沉积到衬底的表面上的指定位置上，使得衬底表面的指定部分不被油墨覆盖。在步骤404中，使用烘箱中的热固化及使用紫外光源的UV-锁住中的一或两者来固化再钝化材料。

图5展示用于使用喷墨打印机将再钝化物沉积在裸片表面上、将对应晶片切割成单独裸片及使用焊料球将裸片与PCB电连接的实例系统500。所述系统包含喷墨打印机200、包括烘箱(用于热固化)或紫外光源中的一或两者的固化工具502、用于将晶片(或其它衬底)切割成个别裸片的切割工具504以及用于将包含裸片的组装WLCSP封装焊接到系统级安装件(例如PCB)上的焊接工具506。喷墨打印机200经配置以将含有再钝化材料的油墨沉积到晶片的选定区域。在一些实施例中，仅将需要保护不受再钝化物影响的晶片区域指定为接收所沉积再钝化材料。

图6展示用于制造集成电路的实例过程600。如图6中所展示，在步骤602中，在衬底上制造多个电不相交的集成电路，使得集成电路中的至少一者的一部分(例如，每一集成电路的一部分，例如导电引线及导电柱)定位于衬底的表面上。在步骤604中，使用喷墨打印机将包括再钝化材料的粒子的油墨沉积到衬底表面上的指定位置上，使得衬底表面上的集成电路的部分的指定区不被油墨覆盖。指定位置包含定位于衬底表面上的集成电路的部分的至少部分。在步骤606中，固化再钝化材料。在步骤608中，单切衬底以将多个电不相交的集成电路分离成个别裸片。

修改在所描述实施例中是可能的，并且其它实施例在权利要求书的范围内是可能的。

在一些实施例中，WLCSP不完全符合IPC标准。

在一些实施例中，导电迹线是铜线。

在一些实施例中，导电柱为铜柱。

在一些实施例中，使用喷墨打印的各种类型的液滴沉积可用于将再钝化物图案施敷到衬底表面。

在一些实施例中，通过不在切割道上打印再钝化材料的喷墨来保持与用于裸片切割(其可执行所谓的“隐形激光切割”)的Mahoh或其它激光工具的兼容性。隐形激光切割是通过沿切割道扫描激光束来创建缺陷区，且接着扩展晶片载体膜以致使从缺陷形成裂缝，沿切割道分裂裸片。在一些实施例中，使用另一种类型的单切。

在一些实施例中，导电过孔也暴露在裸片的表面上，包括易受环境影响组件，并使用喷墨打印机涂覆再钝化物。

在一些实施例中，如果油墨的粘度是温度敏感的，那么可通过加热打印头而在喷射(打印)期间降低在室温下相对高粘度的油墨的粘度。