一种具有五面保护功能的半导体封装结构及其制造方法

技术领域

本发明属于半导体封装技术领域，具体涉及一种具有五面保护功能的半导体封装结构及其制造方法。

背景技术

随着科学技术和电子工业的高速发展，各种半导体封装结构均在不断地优化，终端客户在应用上也提出了越来越高的要求，相对于产品的可靠性和使用寿命的要求也越来越高。另外，随着5G技术的发展，其在通讯及消费类电子方面的应用越来越广泛，同时也对5G产品的可靠性及使用寿命的要求又有所提高，因此对于半导体元器件的要求也在不断提高。

现有的BGA(球栅阵列封装，Ba l l Gr i d Array Package)或LGA(栅格阵列封装，Land Gr i d Array)类半导体封装产品中，其结构采用整条基板完成封装工艺，然后分切为单颗半导体封装产品，用于终端客户成品，如图1所示。但该结构存在有以下不足之处：

1、基板侧面在分切后对防水汽能力有所下降，对单颗半导体封装产品的可靠性有一定的降低；

2、基板在分切过程中会有一定的缺陷产生，例如造成基板背面边缘的崩边，或造成基板背面引脚或锡球的损伤等，最终芯片需要和基板一起丢弃，成本损失较大；

3、因基板分切的缺陷损失引起的整个生产过程中的设备和材料的损失，同样造成了一定的成本提高。

因此，对于如何封装结构，优化工艺制程，提升半导体元器件的可靠性和使用寿命，成为目前半导体封装结构中必须面临的问题。

发明内容

针对现有半导体封装结构存在的不足，本发明提供了一种具有五面保护功能的半导体封装结构及其制造方法，以解决因基板侧面封装结构问题引起的抗水汽降低及因基板分切缺陷品导致芯片损失、设备、材料的损失的问题。

为解决上述技术问题，实现上述技术效果，本发明通过以下技术方案实现：

一种具有五面保护功能的半导体封装结构，至少包括基板、芯片和塑封料，所述基板的内部包含互连电路，所述互连电路在所述基板的上表面和下表面分别引出正面外露引脚和背面外露引脚，所述芯片的正面带有功能电路，所述芯片贴装在所述基板的上表面，且所述芯片正面的功能电路与所述正面外露引脚电性连接，所述芯片和所述基板之间的间隙填充有底部填充料；所述塑封料包覆在由所述芯片、所述基板和所述填充材料构成的组合体上，其中，所述塑封料完全覆盖所述芯片的背面，并且所述塑封料完全覆盖所述组合体的前、后、左、右四个侧表面。

进一步的，所述底部填充料由所述塑封料代替。

进一步的，所述芯片倒装贴装在所述基板的上表面，且所述芯片正面的功能电路通过芯片凸点与所述正面外露引脚电性连接；或所述芯片正装贴装在所述基板的上表面，且所述芯片正面的功能电路通过金属引线与所述正面外露引脚电性连接。

进一步的，所述背面外露引脚上贴装有锡球。

一种半导体器件，包括上述具有五面保护功能的半导体封装结构。

一种半导体产品，其内部包含如上述的包括所述具有五面保护功能的半导体封装结构的半导体器件。

一种具有五面保护功能的半导体封装结构的制造方法，包括以下步骤：

步骤1)取整条基板对其进行分切，获得单颗的基板；

步骤2)取外支撑环，并在所述外支撑环的下表面贴上一层足以覆盖所述外支撑环内所有中空区域的耐高温膜；

步骤3)将若干个所述基板按排列规则间隔地贴在所述外支撑环中空区域内的所述耐高温膜的上表面，并且保证位于边缘的所述单颗基板与所述外支撑环之间亦存在间距；

步骤4)在所述基板的上表面贴装正面带有功能电路的芯片，并且将芯片正面的功能电路与所述基板上表面的正面外露引脚电性连接；

步骤5)在所述芯片与所述基板之间的间隙填充底部填充料，从而对倒装的所述芯片正面的功能电路形成底部填充；

步骤6)在由所述芯片、所述基板和所述填充材料构成的组合体的外围进行塑封料的包覆，使得所述塑封料完全覆盖所述芯片的背面，以及完全覆盖所述组合体的前、后、左、右四个侧表面，从而形成五面保护的塑封料包覆层；

步骤7)除去所述耐高温膜和所述外支撑环；

步骤8)采用分切工艺，把整条或整块产品分切成单颗产品，形成单颗的具有五面保护功能的半导体封装结构的元器件。

进一步的，步骤3)中，所述基板以成一排、成一行或成阵列的形式，等间距地贴设在所述外支撑环中空区域内的所述耐高温膜的上表面。

进一步的，步骤4)中，所述芯片倒装贴装在所述基板的上表面，并且采用芯片凸点将所述芯片正面的功能电路与所述正面外露引脚电性连接；或所述芯片正装贴装在所述基板的上表面，并且采用金属引线将所述芯片正面的功能电路与所述正面外露引脚电性连接。

进一步的，步骤5)中，所述底部填充料也可以直接由所述塑封料代替，在步骤6)时，直接将所述塑封料填充进所述芯片与所述基板之间的间隙中，从而对倒装的所述芯片正面的功能电路形成底部填充。

进一步的，步骤7)中，通过植球工艺，把锡球连接在所述基板下表面的背面外露引脚上。

本发明的有益效果为：

1、本发明不仅对芯片实现了全方位的塑封保护，而且对单颗基板的四个侧面同样实现了塑封保护，有效地解决了分切后基板侧面外露带来的水汽对可靠性降低的问题。

2、本发明采用对基板先分切为单颗的工艺，避免了有缺陷的基板进入后续的生产过程带来的芯片损失，有效地提高了芯片的整体良率。

3、本发明采用对基板先分切为单颗的工艺，确保后续进入生产过程的均为良品基板，有效地降低了材料的损失，提高了设备的利用率和生产效率，也有效地降低了成本。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。本发明的具体实施方式由以下实施例及其附图详细给出。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为现有封装工艺分切后形成的半导体封装结构的截面图；

图2为本发明具有五面保护功能的半导体封装结构的一种实施例的截面图；

图3为本发明具有五面保护功能的半导体封装结构的另一种实施例截面图；

图4为本发明制造方法步骤中所采用的外支撑环的俯视图；

图5为本发明制造方法步骤中在外支撑环底部覆盖耐高温膜后的截面图；

图6为本发明制造方法步骤中在耐高温膜上贴覆基板后的截面图；

图7为本发明制造方法步骤中在基板上倒贴贴装芯片后的截面图；

图8为本发明制造方法步骤中在芯片与基板之间填充底部填充料后的截面图；

图9a为本发明制造方法步骤中在由芯片、基板和填充材料构成的组合体的外围进行塑封料包覆后的截面图；

图9b为本发明制造方法步骤中在由芯片和基板构成的组合体的外围进行塑封料包覆后的截面图；

图10a为本发明制造方法步骤中在含有填充材料的整体产品除去耐高温膜和外支撑环后的截面图；

图10b为本发明制造方法步骤中在不含填充材料的整体产品除去耐高温膜和外支撑环后的截面图；

图11a为本发明制造方法步骤中在含有填充材料的整体产品底部贴装锡球后的截面图；

图11b为本发明制造方法步骤中在不含填充材料的整体产品底部贴装锡球后的截面图；

图12a为本发明制造方法步骤中在切分含有填充材料的整体产品时的截面图；

图12b为本发明制造方法步骤中在切分不含填充材料的整体产品时的截面图。

图中标号说明：101、外支撑环；102、耐高温膜；201、基板；202、芯片；203、芯片凸点；204、背面外露引脚；205、正面外露引脚；206、互连电路；301、底部填充料；302、塑封料；401、锡球。

具体实施方式

以下将结合附图对本发明的较佳实施例进行详细说明，以便更清楚理解发明的目的、特点和优点。应理解的是，附图所示的实施例并不是对本发明范围的限制，而只是为了说明本发明技术方案的实质精神。

在下文的描述中，出于说明各种公开的实施例的目的阐述了某些具体细节以提供对各种公开实施例的透彻理解。但是，相关领域技术人员将认识到可在无这些具体细节中的一个或多个细节的情况来实践实施例。在其它情形下，与本申请相关联的熟知的装置、结构和技术可能并未详细地示出或描述从而避免不必要地混淆实施例的描述。

除非语境有其它需要，在整个说明书和权利要求中，词语“包括”和其变型，诸如“包含”和“具有”应被理解为开放的、包含的含义，即应解释为“包括，但不限于”。

在整个说明书中对“一个实施例”或“一实施例”的提及表示结合实施例所描述的特定特点、结构或特征包括于至少一个实施例中。因此，在整个说明书的各个位置“在一个实施例中”或“在一实施例”中的出现无需全都指相同实施例。另外，特定特点、结构或特征可在一个或多个实施例中以任何方式组合。

如该说明书和所附权利要求中所用的单数形式“一”和“所述”包括复数指代物，除非文中清楚地另外规定。应当指出的是术语“或”通常以其包括“和/或”的含义使用，除非文中清楚地另外规定。

此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。

参见图2所示，一种具有五面保护功能的半导体封装结构，至少包括基板201、芯片202和塑封料302。

所述芯片202的正面带有功能电路，所述基板201按产品实际情况可以是一层金属结构，也可以是多层金属结构，是由介电层和金属电路层层层堆叠形成，电性能优异，具有良好的机械性能和电性能。所述基板201的内部包含互连电路206，所述互连电路206在所述基板201的上表面引出正面外露引脚205，所述互连电路206在所述基板201的下表面分别和背面外露引脚204。

在本发明的优选实施例中，参见图2和图3所示，所述芯片202倒装贴装在所述基板201的上表面，所述芯片202正面的功能电路通过芯片凸点203与所述正面外露引脚205电性连接。

在本发明的一个实施例中，所述芯片202也可以正装贴装在所述基板201的上表面，所述芯片202正面的功能电路通过金属引线与所述正面外露引脚205电性连接。

在本发明的一个实施例中，参见图2所示，所述芯片202和所述基板201之间的间隙填充有底部填充料301，所述底部填充料301的材质为主要成份是环氧树脂，可用材料如纳美仕的U8410-302F/XS8489，或松下的CV5300等。

在本发明的一个实施例中，参见图3所示，所述芯片202和所述基板201之间所填充的所述底部填充料301可以完全由所述塑封料302代替。

作为优选实施例，所述基板201上可以贴装一颗所述芯片202，也可以贴装多个所述芯片202。

作为优选实施例，所述基板201上还可以根据芯片功能不同，在所述基板201上贴装一颗或多可无源器件，也可以不贴装无源器件。

在本发明的优选实施例中，参见图2和3所示，所述塑封料302包覆在由所述芯片202、所述基板201和所述填充材料构成的组合体上，并且所述塑封料302完全覆盖所述芯片202的背面，以及完全覆盖所述组合体的前、后、左、右四个侧表面。所述塑封料302主要成份是环氧树脂，可用材料如住友的G730 Type C,或G311 AC等。

在本发明的优选实施例中，参见图2和3所示，所述背面外露引脚204上贴装有锡球401。

本发明还提供了一种半导体器件，该半导体器件内包括上述具有五面保护功能的半导体封装结构。

本发明还提供了一种半导体产品，该半导体产品的内部包含如上述的包括所述具有五面保护功能的半导体封装结构的半导体器件。

本发明提供了一种具有五面保护功能的半导体封装结构的制造方法，包括以下步骤：

步骤1)当供应商提供的是整条基板时，则需要对整条基板进行分切，从而获得单颗的基板201，并且对分切后的所述基板201进行外观检查，去掉外观不符合要求的所述基板201，保留属于良品的所述基板201。

作为另一种优选实施例，所述基板201也可以由供应商直接提供单颗的良品基板。

所述基板201按产品实际情况可以是一层金属结构，也可以是多层金属结构，是由介电层和金属电路层层层堆叠形成，电性能优异，具有良好的机械性能和电性能。

步骤2)参见图4所示，取一个金属的外支撑环101，然后参见图5所示，在所述外支撑环101的下表面贴上一层足以覆盖所述外支撑环101内所有中空区域的耐高温膜102。

作为优选实施例，所述耐高温膜102的材质为PET。

步骤3)参见图6所示，将若干个正面外露引脚205朝上、背面外露引脚204朝下的所述基板201按一定排列规则，间隔地贴在所述外支撑环101中空区域内的所述耐高温膜102的上表面，并且保证位于边缘的所述单颗基板201与所述外支撑环101之间亦存在间距。

作为在此基础上的进一步实施例，所述基板201以成一排、成一行或成阵列的形式，等间距地贴设在所述外支撑环101中空区域内的所述耐高温膜102的上表面。

步骤4)参见图7所示，在每个所述基板201的上表面，以倒装贴装的方式，分别倒贴至少一个正面带有功能电路的芯片202，并且采用芯片凸点203将所述芯片202正面的功能电路与所述正面外露引脚205电性连接。

作为另一种优选实施例，所述芯片202也可以选择正装贴装的方式，正贴在所述基板201的上表面，并且采用金属引线将所述芯片202正面的功能电路与所述正面外露引脚205电性连接。

作为在此基础上的进一步实施例，根据不同的功能需求，所述基板201上可以只贴装一颗所述芯片202，也可以贴装多个所述芯片202。

作为在此基础上的进一步实施例，所述基板201上还可以根据芯片功能不同，在所述基板201上贴装一颗或多可无源器件，也可以不贴装无源器件。

步骤5)参见图8所示，在所述芯片202与所述基板201之间的间隙，也就是在所述芯片202与所述基板201的互连处填充底部填充料301，从而对倒装的所述芯片202正面的功能电路形成底部填充。

步骤6)参见图9a所示，在由所述芯片202、所述基板201和所述填充材料构成的组合体的外围进行塑封料302的包覆，使得所述塑封料302完全覆盖所述芯片202的背面，以及完全覆盖所述组合体的前、后、左、右四个侧表面，从而形成五面保护的塑封料包覆层；

作为另一种优选实施例，参见图9b所示，所述底部填充料301也可以直接由后续封装时所采用的塑封料302代替，然后在步骤6)时，在由所述芯片202、所述基板201构成的组合体的外围进行塑封料302的包覆，使得所述塑封料302完全覆盖所述芯片202的背面，以及完全覆盖所述组合体的前、后、左、右四个侧表面，从而形成五面保护的塑封料包覆层，同时所述塑封料302填充进所述芯片202与所述基板201之间的间隙中，从而对倒装的所述芯片202正面的功能电路形成底部填充。

步骤7)参见图10a和图10b所示，除去所述耐高温膜102和所述外支撑环101，保留全部封装好的整条或整块半导体封装结构产品；

作为在此基础上的进一步实施例，参见图11a和图11b所示，通过植球工艺，在所述基板201下表面的背面外露引脚204上连接锡球401，从而形成球结构。

步骤8)参见图12a和图12b所示，采用分切工艺，把整条或整块产品分切成单颗产品，从而形成如图2或图3所示的单颗的具有五面保护功能的半导体封装结构的元器件。

本发明的制造过程中，所述芯片202的倒装贴装定位，所述塑封料302的料面开槽定位，以及分切成单颗产品时的定位，均通过在所述基板201上的定位标记为参考，所述定位标记是十字形，或者方形，或者“L”形。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。