[发明专利]制造半导体的方法和设备

说明书

技术领域

本发明大体上涉及电子设备封装，更具体地涉及半导体芯片封装，包括薄芯和无芯基片的封装。 

背景技术

半导体芯片封装的最显著的挑战之一是避免在封装过程中基片翘曲或其他损伤。 

随着多个工业部分寻求更薄且更轻的半导体芯片，半导体制造工业正朝着使用由一个或多个整体电路模片形成、安装在薄芯或无芯基片上的半导体封装发展。 

然而，随着芯厚度和/或密度减小，或者随着单独的芯完全消除，基片的封装和随后的处理变得更加困难。这主要是因为基片的强度和刚性降低以及在装配和装配后工艺和加工期间导致的易损性。一个问题是在制造过程中(例如，当模片和其他部件附着于该基片时)产生的基片翘曲，特别是对于薄芯和无芯基片封装。 

各种不同的制造步骤会引起该基片温度显著增加，这会导致翘曲。基片的翘曲会使得模片破裂并且产生无效半导体芯片。另一与基片翘曲有关的问题会是差的基片共面性，其使得该半导体芯片封装更难以与其他装置互连。 

通常使用加强环以支撑或者增加基片的刚性是已知的。并且，使用固定在该基片上的散热器以在该集成电路封装操作期间散热也是已知的。这些部件通常通过粘合或者焊接安装到该基片。然而，在安装这些部件中会出现困难。在安装加强或者散热器部件期间，翘曲或者其他损伤会发生于该基片。 

一个具体的工艺，其会引起该封装的基片和其他元件温度显著增加，并会导致该基片特别易于翘曲，是覆晶模片的底部填充(under-filling)。底部填充用来补偿模片和基片之间的热膨胀率的差以及吸收在该封装使用期间受到的物理冲击应力。该底部填充材料可以是工程环氧树脂。该底部填充可以流进该模片和该基片之间的间隙中所需要的位置。一旦该底部填充固化，该芯片、底部填充和基片作为一个整体一起变形，从而大大限制该芯片和该基片之间的相对变形。 

然而，当施加该底部填充(其通常是环氧树脂)时，与这个步骤相关的热量会导致在该基片中产生热应力，其容易翘曲该基片。这至少部分是由于这样的因素导致的，即该模片的热膨胀系数(CTE)远低于该基片的CTE。例如，该模片的CTE的是大约5ppm以及该基片的CTE是大约16ppm。当施加该粘合环氧树脂以将该模片和基片粘合在一起时，该基片和模片会在该模片贴附工艺和该底部填充工艺期间膨胀。该模片贴附工艺和该底部填充工艺两者通常在高温下对该模片和基片执行。一旦基片和模片的组合与将该基片和模片粘合在一起的环氧树脂一起冷却，会由于该基片和模片的CTE差导致翘曲。 

在已知的制造半导体芯片封装的方法中，特别是在制造由薄芯或无芯基片制成的封装时，加强环的贴附通常在该底部填充工艺之后执行。这通常是为了避免在该加强环的贴附过程中压迫该模片凸起和该模片和该基片之间的连接(即，该底部填充降低贴附 该加强环时，该模片和该基片在该焊接凸起/板连接部的任何相对运动)。然而，结果是在该底部填充工艺过程中，缺乏对该基片的完全支撑以抵抗翘曲。 

通常，在半导体芯片封装制造中，使用基片面板，其可为多个独立的半导体芯片形成基片。多个芯片的部件可同时添加到较大的基片面板。在部件安装后，该较大的基片面板和部件组合可切割成形(singulate)(即分离)为多个单独的半导体芯片封装。 

然而，将用于多个半导体芯片的部件安装到单个基片面板将增加上面提到的加工和处理问题。另外，在加工和处理期间，该基片面板的总体尺寸会增加应力，至少在该面板的某些部分。 

因此，需要一种改进的半导体芯片封装工艺，特别是对于那些具有薄芯或者无芯的基片的封装。 

发明内容

根据本发明一个方面，提供一种封装多个半导体芯片的方法，包括：提供具有第一热膨胀系数(CTE)的基片面板；提供具有第二CTE的托架，该第二CTE小于该第一CTE；分别加热该基片面板和该托架至第一和第二高温；将在大约该第一高温下的该基片面板安装至该托架以提供该托架和该基片面板之间的连接，该托架处于该第二高温；和将该托架和该基片面板从该第一和第二高温冷却，由此在至少一个方向将该基片面板张紧。 

按照本发明的另一方面，提供一种封装多个半导体芯片的方法，包括：提供基片面板；利用基本上刚性的托架从该基片面板下面支撑该基片面板；当该加强面板加热到第一高温以及该基片面板加热到第二高温时，将加强面板贴附到该基片面板，从而该基 片面板设置在该托架和该加强面板之间；将多个模片安装并且电连接到该基片面板；和利用贴附到该基片面板的加强面板底部填充该多个模片。