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封裝基板、覆晶式封裝及其制造方法與流程

文檔序號(hào):12039835閱讀:178來源:國知局
封裝基板、覆晶式封裝及其制造方法與流程
本發(fā)明是有關(guān)于一種半導(dǎo)體封裝結(jié)構(gòu)及其制造方法,且特別是有關(guān)于一種封裝基板、覆晶式封裝及其制造方法。

背景技術(shù):
覆晶封裝技術(shù)的趨勢包括提高接點(diǎn)密度。其中一種方法是導(dǎo)線上接合(bondontrace;BOT)。然而,晶粒上的導(dǎo)電柱上的焊料材料在接觸封裝基板的導(dǎo)線之后,在進(jìn)行回焊接合步驟的過程中,焊料材料很容易向下流動(dòng)至導(dǎo)線大部分的側(cè)面,甚至流動(dòng)至封裝基板的表面上,使得形成的焊料層會(huì)接觸到不期望(或非對(duì)應(yīng)的)導(dǎo)線、接觸墊等等,形成不期望的電路(例如短路)而影響產(chǎn)品的效能與良率。再者,焊料材料向下流動(dòng)至導(dǎo)線的側(cè)面,甚至流動(dòng)至封裝基板的表面上,也會(huì)產(chǎn)生形成的焊料層高度不足的問題,此外,介金屬化合物(intermetalliccompound;IMC)占焊料層中的比例會(huì)非常的高,因此焊料層性質(zhì)易脆,而可靠度不佳。當(dāng)導(dǎo)線的尺寸與導(dǎo)線之間的間距逐漸細(xì)微,上述問題會(huì)變得更加嚴(yán)重。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素:
本發(fā)明有關(guān)于一種封裝基板、覆晶式封裝及其制造方法,能改善現(xiàn)有技術(shù)的問題。根據(jù)一實(shí)施例,提出一種封裝基板,包括一基板本體、多數(shù)個(gè)金屬導(dǎo)線(trace)與多數(shù)個(gè)薄膜?;灞倔w具有相對(duì)的一第一基板表面與一第二基板表面。金屬導(dǎo)線配置在基板本體的第一基板表面上。金屬導(dǎo)線各具有一上導(dǎo)線表面與至少一個(gè)側(cè)導(dǎo)線表面。薄膜形成在金屬導(dǎo)線的至少一個(gè)側(cè)導(dǎo)線表面上。薄膜對(duì)焊料的潤濕性小于金屬導(dǎo)線的上導(dǎo)線表面。根據(jù)一實(shí)施例,提出一種覆晶式封裝,包括一晶粒、多數(shù)個(gè)導(dǎo)電柱、一基板 本體、多數(shù)個(gè)金屬導(dǎo)線、多數(shù)個(gè)薄膜與多數(shù)個(gè)焊料層。晶粒具有相對(duì)的一第一晶粒表面與一第二晶粒表面。第一晶粒表面具有多數(shù)個(gè)連接墊。導(dǎo)電柱配置在連接墊上并電性連接至連接墊?;灞倔w具有相對(duì)的一第一基板表面與一第二基板表面。金屬導(dǎo)線配置在基板本體的第一基板表面上。金屬導(dǎo)線各具有一上導(dǎo)線表面與至少一個(gè)側(cè)導(dǎo)線表面。薄膜形成在金屬導(dǎo)線的至少一個(gè)側(cè)導(dǎo)線表面上。薄膜對(duì)焊料的潤濕性小于金屬導(dǎo)線的上導(dǎo)線表面。焊料層配置在金屬導(dǎo)線的上導(dǎo)線表面與導(dǎo)電柱之間,并電性連接導(dǎo)電柱與金屬導(dǎo)線。根據(jù)一實(shí)施例,提出一種封裝基板的制造方法,包括以下步驟。提供一基板本體?;灞倔w具有相對(duì)的一第一基板表面與一第二基板表面。于基板本體的第一基板表面上形成多數(shù)個(gè)金屬導(dǎo)線。金屬導(dǎo)線包括至少一可氧化金屬層與一抗氧化金屬層??寡趸饘賹游辉诮饘賹?dǎo)線的上部分。對(duì)金屬導(dǎo)線進(jìn)行氧化工藝,以在金屬導(dǎo)線的可氧化金屬層的側(cè)導(dǎo)線表面上形成多數(shù)個(gè)薄膜。根據(jù)一實(shí)施例,提出一種覆晶式封裝的制造方法,包括以下步驟。提供一晶粒。晶粒具有相對(duì)的一第一晶粒表面與一第二晶粒表面。第一晶粒表面具有多數(shù)個(gè)連接墊。配置多數(shù)個(gè)導(dǎo)電柱在連接墊上并電性連接至連接墊。配置多數(shù)個(gè)焊料材料在導(dǎo)電柱上。提供一基板本體?;灞倔w具有相對(duì)的一第一基板表面與一第二基板表面。于基板本體的第一基板表面上形成多數(shù)個(gè)金屬導(dǎo)線。金屬導(dǎo)線各包括至少一可氧化金屬層與一抗氧化金屬層。抗氧化金屬層位在金屬導(dǎo)線的上部分。對(duì)金屬導(dǎo)線進(jìn)行氧化工藝,以在金屬導(dǎo)線的可氧化金屬層的側(cè)導(dǎo)線表面上形成多數(shù)個(gè)薄膜。將焊料材料接觸金屬導(dǎo)線的上表面。進(jìn)行一接合步驟,以將焊料材料轉(zhuǎn)變成多數(shù)個(gè)焊料層。焊料層物理連接并電性連接至金屬導(dǎo)線。其中在加熱接合步驟中,焊料層的流動(dòng)是局限在薄膜的上表面。為了對(duì)本發(fā)明的上述及其他方面有更佳的了解,下文特舉較佳實(shí)施例,并配合附圖,作詳細(xì)說明如下:附圖說明圖1繪示一實(shí)施例的封裝基板。圖2繪示一實(shí)施例的覆晶式封裝。圖3A至圖3H繪示一實(shí)施例的覆晶式封裝的制造方法。符號(hào)說明:102、202~封裝基板;104~基板本體;106、206~金屬導(dǎo)線;108~薄膜;110~第一基板表面;112~第二基板表面;114、214~上導(dǎo)線表面;116~側(cè)導(dǎo)線表面;118~種子層;122~導(dǎo)電層;124~擴(kuò)散障礙層128~抗氧化層;130~晶粒;132~導(dǎo)電柱;134~焊料層;136~第一晶粒表面;137、139~保護(hù)層;138~第二晶粒表面;140~連接墊;142~金屬柱;144~擴(kuò)散障礙層;146~種子層;150~圖案化光阻;152~光阻開口;B~柱寬度;C~最大總高度;E~間距;H~高度;T~導(dǎo)線厚度;W~導(dǎo)線寬度。具體實(shí)施方式圖1繪示一實(shí)施例的封裝基板102。封裝基板102包括基板本體104、多數(shù)個(gè)金屬導(dǎo)線(trace)106與多數(shù)個(gè)薄膜108?;灞倔w104具有相對(duì)的一第一基板表面110與一第二基板表面112。金屬導(dǎo)線106配置在基板本體104的第一基板表面110上。金屬導(dǎo)線106各具有一上導(dǎo)線表面114與數(shù)個(gè)側(cè)導(dǎo)線表面116。金屬導(dǎo)線106可包括種子層118、導(dǎo)電層122、擴(kuò)散障礙層124、抗氧化層128。種子層118可為一層或多層結(jié)構(gòu),于一實(shí)施例中,舉例來說,種子層118為兩層結(jié)構(gòu),一層材質(zhì)包括鈦,另一層材質(zhì)包含鎳釩。于一實(shí)施例中,導(dǎo)電層122的材質(zhì)包括銅。擴(kuò)散障礙層124的材質(zhì)可包括鎳。于一實(shí)施例中,擴(kuò)散障礙層124其厚度為1μm~5μm??寡趸瘜?28可為一層或多層結(jié)構(gòu),抗氧化層128的材質(zhì)可包括金或鉑。于一實(shí)施例中,抗氧化層128其厚度為0.01μm~1.5μm。或可選擇性于擴(kuò)散障礙層124及抗氧化層128之間加入一保護(hù)層(未顯示),于一實(shí)施例中,保護(hù)層的材質(zhì)可包括鈀。于一實(shí)施例中,擴(kuò)散障礙層124、保護(hù)層(未顯示)與抗氧化層128為化學(xué)鎳鈀金(ElectrolessNi/Pd&ImmersionGold;ENEPIG)。于其他實(shí)施例中,金屬導(dǎo)線106中作為導(dǎo)線主體的導(dǎo)電層122可使用其他合適的導(dǎo)電金屬例如包括鋁,并省略作為擴(kuò)散障礙層124,或是選用不同的工藝方法可省略種子層118。薄膜108形成在金屬導(dǎo)線106的側(cè)導(dǎo)線表面116上,薄膜108對(duì)焊料的潤濕性小于金屬導(dǎo)線106的上導(dǎo)線表面114,換言之,薄膜108具有焊料不易潤濕的特性。薄膜108的材質(zhì)可包括介電材料。于一實(shí)施例中,薄膜108的材質(zhì)包括金屬導(dǎo)線106的氧化物,例如氧化銅、氧化鋁、氧化鈦。于一實(shí)施例中,薄膜108的厚度介于0.1至1.0微米。若厚度小于0.1微米則不易防止焊料潤濕于金屬導(dǎo)線106 的側(cè)導(dǎo)線表面116上,若厚度大于1.0微米則影響細(xì)線化的設(shè)計(jì),且制作不易。圖2繪示根據(jù)一實(shí)施例的覆晶式封裝,其可使用如圖1所示的封裝基板102形成。如圖2所示,覆晶式封裝包括封裝基板202、一晶粒130、多數(shù)個(gè)導(dǎo)電柱132與多數(shù)個(gè)焊料層134。晶粒130具有相對(duì)的一第一晶粒表面136與一第二晶粒表面138。第一晶粒表面136具有多數(shù)個(gè)被保護(hù)層137、保護(hù)層139露出的連接墊140。導(dǎo)電柱132配置在連接墊140上并電性連接至連接墊140。導(dǎo)電柱132包括金屬柱142。于一實(shí)施例中,金屬柱142的材質(zhì)包括銅,且導(dǎo)電柱132包括擴(kuò)散障礙層144,擴(kuò)散障礙層144的材質(zhì)包括鎳。于其他實(shí)施例中,金屬柱142可使用其他合適的導(dǎo)電金屬例如鋁,或者,省略擴(kuò)散障礙層144。焊料層134配置金屬導(dǎo)線206的上導(dǎo)線表面214與導(dǎo)電柱132之間,并電性連接導(dǎo)電柱132與金屬導(dǎo)線206。于一實(shí)施例中,焊料層134包括焊料材料例如錫、錫銀等,與介金屬化合物(例如焊料材料與擴(kuò)散障礙層124、保護(hù)層、抗氧化層128(圖1)反應(yīng)形成的介金屬化合物,例如(Au,Pd,Ni)Sn4、Ni3Sn4等等。圖3A至圖3H繪示一實(shí)施例的覆晶式封裝的制造方法。請(qǐng)參照?qǐng)D3A,于基板本體104的第一基板表面110上形成一種子層146。于種子層146上形成一圖案化光阻150。圖案化光阻150具有數(shù)個(gè)光阻開口152。圖案化光阻150可包括綠漆。請(qǐng)參照?qǐng)D3B,可以電鍍的方式,從圖案化光阻150的光阻開口152露出的種子層146上形成導(dǎo)電層122。請(qǐng)參照?qǐng)D3C,于導(dǎo)電層122上形成擴(kuò)散障礙層124。于擴(kuò)散障礙層124上形成保護(hù)層。于擴(kuò)散障礙層124上形成抗氧化層128。于一實(shí)施例中,可在擴(kuò)散障礙層124與抗氧化層128之間形成保護(hù)層(未顯示)。擴(kuò)散障礙層124、保護(hù)層、抗氧化層128可以電鍍或化學(xué)鍍的方式形成。請(qǐng)參照?qǐng)D3D,移除圖案化光阻150。請(qǐng)參照?qǐng)D3E,移除種子層146未被導(dǎo)電層122、擴(kuò)散障礙層124、抗氧化層128遮蓋的部分,以形成種子層118。請(qǐng)參照?qǐng)D3F,在金屬導(dǎo)線106的側(cè)導(dǎo)線表面116上形成薄膜108,薄膜108 至少露出金屬導(dǎo)線106的上導(dǎo)線表面114。于一實(shí)施例中,是對(duì)金屬導(dǎo)線106進(jìn)行氧化工藝,以形成薄膜108。其中是經(jīng)由適當(dāng)?shù)剡x擇各種子層118、導(dǎo)電層122、擴(kuò)散障礙層124、抗氧化層128的材質(zhì),并控制氧化工藝參數(shù),來達(dá)到此目的。于一實(shí)施例中,舉例來說,在一些氧化工藝中,金屬導(dǎo)線106下部分的種子層118(例如鈦、鎳釩)、導(dǎo)電層122(例如銅、鋁)、擴(kuò)散障礙層124(例如鎳)可被氧化,因此定義為可氧化金屬層;上部分的與抗氧化層128(例如金或鉑)無法被氧化,因此定義為抗氧化金屬層。于其他實(shí)施例中,使用的氧化工藝可氧化導(dǎo)電層122(例如銅、鋁),而無法氧化抗氧化層128(例如金)。于一實(shí)施例中,舉例來說,是在大氣氛圍中,以150℃加熱30分鐘來進(jìn)行氧化工藝以形成薄膜108。在其他實(shí)施例中,亦可利用純氧環(huán)境、其他的高溫、反應(yīng)時(shí)間等條件來進(jìn)行氧化工藝。于一實(shí)施例中,薄膜108的厚度介于0.1μm~1μm。請(qǐng)參照?qǐng)D3G,提供晶粒130,其具有相對(duì)的第一晶粒表面136與第二晶粒表面138。第一晶粒表面136上具有連接墊140。配置導(dǎo)電柱132在連接墊140上。配置多數(shù)個(gè)焊料材料154在導(dǎo)電柱132上。于一實(shí)施例中,焊料材料154包括錫、錫銀等。金屬導(dǎo)線106各具有一導(dǎo)線厚度T,例如10μm。金屬導(dǎo)線106各具有一導(dǎo)線寬度W。導(dǎo)電柱132各具有一柱寬度B。柱寬度B除以導(dǎo)線寬度W的值(B/W)是介于0.8~2.5。表1顯示實(shí)施例的導(dǎo)電柱132之間的間距E(對(duì)應(yīng)金屬導(dǎo)線106之間的間距);導(dǎo)電柱132的柱寬度B;導(dǎo)電柱132與焊料材料154的最大總高度C;金屬導(dǎo)線106寬度W;與導(dǎo)電柱132的柱寬度B除以金屬導(dǎo)線106寬度W的值(B/W)之間的關(guān)系。表1請(qǐng)參照?qǐng)D3H,將焊料材料154接觸金屬導(dǎo)線106的上導(dǎo)線表面114,并進(jìn)行一接合步驟,例如加熱回焊,以將焊料材料154轉(zhuǎn)變成多數(shù)個(gè)焊料層134。焊料層134物理連接并電性連接金屬導(dǎo)線206與導(dǎo)電柱132。在此接合步驟中,焊料層134(或焊料材料154)的流動(dòng)是局限在薄膜108的上表面,亦即,焊料層134(或焊料材料154)不會(huì)流動(dòng)至薄膜108的側(cè)表面,更不會(huì)流動(dòng)至基板本體104的第一基板表面110上而接觸到其他不預(yù)期的(或非對(duì)應(yīng)的)導(dǎo)線或接觸墊等等。再者,于實(shí)施例中,形成的焊料層134能控制在一足夠的高度H范圍,例如17μm~20μm,高于比較例(沒有使用薄膜108所形成的)焊料層的高度7μm~10μm。于實(shí)施例中,焊料層134包括擴(kuò)散障礙層124(例如鎳)、抗氧化層128(例如金)、擴(kuò)散障礙層124與抗氧化層128之間的保護(hù)層(例如鈀)(未顯示)、擴(kuò)散障礙層144(例如鎳)與焊料材料154經(jīng)由接合步驟的加熱而反應(yīng)形成的介金屬化合物(intermetalliccompound;IMC),包括例如(Au,Pd,Ni)Sn4、Ni3Sn4。焊料層134其形成的范圍能夠局限在薄膜108的上表面之上,因此介金屬化合物占焊料層134中的比例低,造成焊料層134不容易脆裂,且可靠度高。例如于一實(shí)施例中,介金屬化合物占焊料層134中的比例為20%~30%,低于比較例(沒有形成薄膜108)的比例70%~80%。綜上所述,雖然本發(fā)明已以較佳實(shí)施例揭露如上,然其并非用以限定本發(fā)明。本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域中具有通常知識(shí)者,在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi),當(dāng)可作各種的更動(dòng)與潤飾。因此,本發(fā)明的保護(hù)范圍當(dāng)視權(quán)利要求書所界定者為準(zhǔn)。
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