球栅阵列式半导体芯片封装制程 【技术领域】
本发明是关于一种半导体芯片封装技术，特别是关于一种球栅阵列式半导体芯片封装制程，可用来以批量的方式制造半导体芯片封装单元，例如以批量的方式制造覆晶型球栅阵列式(Flip-Chip Ball GridArray，FCBGA)的半导体芯片封装单元。
背景技术
球栅阵列技术(Ball Grid Array，BGA)是一种先进的半导体封装技术，其特点在于采用一基板(Substrate)的正面来安置半导体芯片，并在该基板的背面植置多个焊球(Solder Balls)，也就是所谓的球栅阵列，通过此球栅阵列将整个的封装单元焊接及电性连接至外部的印刷电路板。
覆晶型球栅阵列(Flip-Chip Ball Grid Array，FCBGA技术)做为一种改良型的BGA封装技术，其特点在于它所封装的半导体芯片是以正面朝下的倒置方式，借由焊块(Solder Bumps)焊接至基板正面，并通过基板背面上所植置的多个焊球，也就是球栅阵列焊接及电性连接至外部地印刷电路板。由于覆晶型球栅阵列封装结构中，将半导体芯片电性连接至基板时，不使用占用空间较大的焊线(Bonding Wires)，因此使得整体的封装尺寸更为轻薄短小。
目前覆晶型球栅阵列封装结构中，多使用增层基板(Build-UpSubstrate，BU Substrate)作为芯片承载件以承接半导体芯片。由于增层基板的优良率不高，因此在制程上是采用增层基板个别地进行模铸程序(Molding Process)，它是采用特制模具以在单一的增层基板上形成封装胶体(Encapsulation Body)来封装基板及芯片。传统的球栅阵列封装结构是利用整合有多条基板的基板片，以批量方式制造球栅阵列封装单元，因此覆晶型球栅阵列封装结构与传统的球栅阵列封装结构相比，以个别增层基板模铸程序形成的单一覆晶型球栅阵列封装单元的生产方法，很明显地具有生产效率降低、成本高，且制程复杂性增加等缺点。
相关的专利技术包括有美国专利第6,038,136号的“CHIPPACKAGE WITH MOLDED UNDERFILL”；美国专利第5,918,746号的“CARRIER FRAME USED FOR CIRCUIT BOARDS”；美国专利第5,200,366号的“SEMICONDUCTOR DEVICE，ITS FABRICATIONMETHOD AND MOLDING APPARATUS USED THEREFOR”等等。
美国第6,038,136号专利的一项技术要点在于设置一孔洞在基板的中央，在模铸程序时，可借助该孔洞将模具中的空气排出至外部，使得模铸完成后封装胶体上不会形成气泡(Voids)，从而避免造成产品的缺陷。然而该做法的缺点在于限制了基板上的布局形态，使得某些特殊的芯片无法应用此专利技术进行封装。此外，美国第6,038,136号专利的另一项技术要点在于将注胶网关设置在基板上，这种作法的缺点在于进一步增加了布局难度。
美国第5,200,366号专利是将注胶网关设置在封装模具的上方，从而避免其妨碍到基版上的电路布局。然而此做法的缺点在于，它必须采用一种结构上更为复杂的三片式封装模具来进行模铸程序，增加了生产成本，不符合成本经济效益。
此外，上述的各个专利中的模铸程序也都是一次仅能模铸单一的个封装单元，因此并无法提高生产效率。
【发明内容】
为克服上述现有技术的缺点，本发明的主要目的是提供一种球栅阵列式半导体芯片封装制程，可用来以批量方式制造球栅阵列式半导体芯片封装单元，从而提高生产效率及降低制造成本。
本发明的另一目的是提供一种球栅阵列式半导体芯片封装制程，其不需要将注胶网关设置在基板上，因此它不会妨碍到基版上的电路布局，而且不需采用成本较高的三片式的封装模具，使得整体的封装制程具有较低的成本。
本发明的再一目的是提供了一种球栅阵列式半导体芯片封装制程，不需在基板上设置排气的孔洞，从而不会妨碍到基版上的电路布局，与此同时，利用该制程完成的模铸封装胶体的成品不会形成气泡(Voids)，从而避免产品出现缺陷。
该球栅阵列式半导体芯片封装制程包括下列步骤：预制一批球栅阵列基板，各基板上预先定出一封装切割线，并在各基板上安置至少一芯片；预制一载具，该载具形成有一连串的孔穴，且各孔穴是连通至一注胶网关；在该载具上的各孔穴中嵌入一基板；进行一模铸程序，以在该载具上的各基板及芯片上形成一封装胶体；进行一植球程序，以在各基板的背面上形成一球栅阵列；以及进行一分割程序，将各基板从该载具上分割出来，得到一组成批的芯片封装单元。
球栅阵列式半导体芯片封装制程，还包括下列步骤：预制一批球栅阵列基板，各基板上预先定出一封装切割线，并在各基板上以一覆晶方式安置至少一芯片；预制一载具，该载具形成有一连串的孔穴，且各孔穴是连通至一注胶网关；在该载具上的各孔穴中嵌入一该基板；进行一模铸程序，在该载具上的各基板及芯片上形成一封装胶体，其是采用一种二片式模具，并将该二片式模具的内壁定位在各基板的封装切割线之外，但不超过该载具的孔穴的边缘之外；进行一植球程序，在各该基板的背面上形成一球栅阵列；以及进行一分割程序，以将各基板从该载具上分割出来，从而得到一组成批的芯片封装单元。
本发明的球栅阵列式半导体芯片封装制程的特点是，采用了一特制的载具作为基板及芯片的封装辅助工具。与现有技术比较，由于本发明是将注胶网关设置在载具上，因此不会妨碍基版上的电路布局；而且可采用常用的二片式模具进行模铸程序，使得整体的封装制程具有较低的成本。此外，本发明不必设置一排气的孔洞在基板上，使得模铸完成后封装胶体的成品不会有不良的缺陷部分。本发明因此较现有技术具有更佳的进步性及实用性。
【附图说明】
本发明的实质技术内容及其实施例用图解方式详细绘制于本说明书的附图中。这些附图的内容简述如下：
图1A为一剖面结构示意图，显示一已完成置晶的球栅阵列基板的剖面结构形态；
图1B为一底视结构示意图，显示图1A所示的基板的底视结构形态；
图2A为一上视结构示意图，显示本发明的球栅阵列式半导体芯片封装制程所采用的基板载具的上视结构形态；
图2B为一剖面结构示意图，显示图2A所示的基板载具沿A-A′线切开的剖面结构形态；
图3为一底视结构示意图，显示图1A及图1B所示的基板嵌入至图2A及图2B所示的载具后的底视结构形态；
图4为一剖面结构示意图，显示本发明的球栅阵列式半导体芯片封装制程中的模铸程序；
图5为一上视结构示意图，显示本发明的球栅阵列式半导体芯片封装制程中的封装胶体形成过程；
图6为一剖面结构示意图，显示本发明的球栅阵列式半导体芯片封装制程中的植球程序；以及
图7为一剖面结构示意图，显示本发明的球栅阵列式半导体芯片封装制程中的分割程序。
【具体实施方式】
实施例
以下即配合附图，详细说明本发明的球栅阵列式半导体芯片封装制程的实施例。
请首先参阅图1A及图1B，本发明的球栅阵列式半导体芯片封装制程是用来封装一个已完成置晶的球栅阵列基板10，例如一个覆晶型的球栅阵列基板，其正面10a，如以覆晶方式(Flip-Chip)借由焊块(SolderBumps)11a安置有至少一半导体芯片11，而其背面10b则设置有多个球栅阵列焊垫(Ball Pads)12。此外，如图1B的底视图所示，基板10的平面上预先依据所需的封装尺寸(即随后在图7所示的封装胶体40的长宽尺寸)，定出一封装切割线13(如图中的虚线所示的部分)。在此实施例中，假设封装尺寸为31×31(mm)，则是将基板10的长宽尺寸预制为32×32(mm)。
请接着参阅图2A及图2B，本发明的球栅阵列式半导体芯片封装制程的特点在于采用一种特制的基板载具20，作为上述的基板10及芯片11的封装辅助工具。如图所示，该载具20为一长条形的薄片，其材质是可抗高温的绝缘性材料，例如FR4(Fire Retardant 4)、FR5、BT等等；且其热膨胀系数(Coefficient of Thermal Expansion，CTE)需大致等于上述基板10的热膨胀系数，或它们之间的差值在高温环境下不致引起明显的热变形现象。在结构上，该载具20包括一连串的孔穴21，且各个孔穴21是连通至一注胶网关22；其中各个孔穴21的长宽尺寸可正好容纳前述的基板10。在此实施例中，由于基板10的平面尺寸为32×32(mm)，因此孔穴21的尺寸也预制为32×32(mm)。
请接着参阅图3，在实际进行封装程序时，首先将载具20中的各个孔穴21嵌入一个基板10。由于载具20上具有多个孔穴21，因此可一次嵌入多个基板10进行成批量的封装程序。
请接着参阅图4，接着进行一模铸程序；其中是将一常用的二片式模具30固定至载具20上的各个基板10上，并将该二片式模具30的底脚部31紧压至各个基板10与载具20的孔穴21的边缘的交界处上，以防止此处产生漏胶现象。此处须注意的一点是，模具30的内壁须定位在基板10的封装切割线13之外，但不超过载具20的孔穴21的边缘之外。接着如图5所示，将一胶质封装材料32从外部沿着注胶网关22注入至模具30中的空间，从而形成一封装胶体(EncapsulationBody)40。在此模铸过程序中，由于本发明所采用的基板10及模具30上均未形成有任何排气孔道，因此模具30中的空气33被推挤到一个侧边，从而在该侧边上形成气泡41(显示在后续的图6)。
请接着参阅图6，完成封装胶体制程之后，即将模具30移去；并接着进行一植球程序，借此在各个基板10的背面10b上的焊垫12上焊接多个焊球(Solder Balls)，从而形成一球栅阵列50。
将模具30移除之后，封装胶体40的一侧边会存在有气泡41。但由于这些气泡41是存在于基板10的封装切割线13之外，因此可在后续的程序中将其切除，从而封装胶体成品40上不会有气泡。
请接着参阅图7，接着进行一分割程序；其中是利用一切割工具60沿载具20上的各个基板10的封装切割线13切下，分割出若干个封装单元70。在此分割程序中，由于封装胶体40上的气泡41是位于基板10的封装切割线13之外，因此气泡会被切除后，封装胶体成品40没有气泡形成。此即完成本发明的球栅阵列式半导体芯片封装制程。
总而言之，本发明提供了一种新颖的球栅阵列式半导体芯片封装制程，其特点在于采用一特制的载具作为基板及芯片的封装辅助工具。与现有技术比较，由于本发明是将注胶网关设置在载具上，因此不会妨碍到基版上的电路布局；而且可采用常用的二片式模具进行成批量的模铸程序，使得整体的封装制程成本更低。此外，本发明不需要设置一排气的孔洞在基板上，但仍可使得模铸完成后封装胶体不会存在气泡。本发明因此较现有技术具有更佳的进步性及实用性。