[發(fā)明專利]基于卷曲型銅布線的芯片級三維柔性封裝結(jié)構(gòu)

無效

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• 申請日: 2011-12-31
• 公開（公告）號: CN102569231A
• 公開（公告）日: 2012-07-11
• 發(fā)明（設計）人: 潘開林;李鵬;黃鵬;任國濤
• 申請（專利權(quán)）人: 桂林電子科技大學
• 主分類號: H01L23/485
• 分類號: H01L23/485;H01L23/00
• 代理公司: 桂林市華杰專利商標事務所有限責任公司 45112
• 代理人: 劉梅芳

技術(shù)領(lǐng)域

?本發(fā)明涉及芯片封裝結(jié)構(gòu)，尤其是一種基于卷曲型銅布線的芯片級三維柔性封裝結(jié)構(gòu)。

背景技術(shù)

目前消費類電子產(chǎn)品持續(xù)向著輕、薄、短、小與多功能集成的方向飛速發(fā)展，同時面對電子產(chǎn)品低成本要求，一方面，芯片級封裝?（WLP）得到了高速發(fā)展；另一方面，系統(tǒng)級封裝（SiP）成為了發(fā)展的必然趨勢。同時，倒裝芯片（FC）技術(shù)以其高密度、高速度等優(yōu)越性作為一級互連技術(shù)在各類先進封裝中得到了廣泛應用，如前述的芯片級封裝和系統(tǒng)級封裝。傳統(tǒng)的芯片級的倒裝芯片結(jié)構(gòu)是在硅芯片上淀積Si₃N₄鈍化層，然后通過再分布銅布線實現(xiàn)把沿芯片上分布的焊接區(qū)域轉(zhuǎn)換為在芯片表面上按平面陣列形式分布的焊料凸點焊區(qū)域，最后由焊料凸點實現(xiàn)與板級電路互連，整個芯片封裝結(jié)構(gòu)不能柔性變形。

故其不足之處在于：當電子元器件與基板焊接互連后，基板、焊料凸點和芯片的不同材料之間的熱膨脹系數(shù)（CTE）不同會導致熱不匹配現(xiàn)象的產(chǎn)生。這樣，熱循環(huán)過程中的熱失配就會給芯片上的焊料凸點帶來較大機械應力（主要是平面剪應力），進而造成基板的變形或焊料凸點與基板間的微裂紋，從而引發(fā)可靠性問題，對大尺寸的封裝尤為嚴重。

在當前的實際應用中，為了解決該問題，通常采用底部填充技術(shù)，即在封裝體底部的焊料凸點間空隙填充上特定的材料，以補償由于機械震動沖擊、電源或溫度周期變化所引起的焊料凸點與基板間的熱失配應力，常用的填充材料為環(huán)氧樹脂。盡管底部填充技術(shù)可以在一定程度上解決上述可靠性問題。但由于底部填充技術(shù)與表面組裝技術(shù)（SMT）工藝不兼容，當FC和WLP與印制電路板（PCB）上其它元器件一并組裝并經(jīng)再流焊后，必須在線進行底部填充、固化后才能完成后續(xù)工藝。這無疑在增加工藝制作成本的同時大大延長了生產(chǎn)周期。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，而提供一種可靠性高、生產(chǎn)成本低、生產(chǎn)周期短的基于卷曲型銅布線的芯片級三維柔性封裝結(jié)構(gòu)。

本發(fā)明的目的通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)：

一種基于卷曲型銅布線的芯片級三維柔性封裝結(jié)構(gòu)，包括設有鈍化層的硅芯片、銅接線柱、再分布銅布線、凸點下金屬層（UBM）、焊料凸點和阻焊層，硅芯片焊盤區(qū)域與銅接線柱連接，所述凸點下金屬層設置在再分布銅布線上并通過再分布銅布線與銅接線柱相連接，焊料凸點設置在凸點下金屬層上，與現(xiàn)有技術(shù)不同的是：所述鈍化層上設有柔性層，再分布銅布線設置在柔性層的表面上，再分布銅布線與凸點下金屬層連接的一端設置為具有微彈簧效果的卷曲形狀，凸點下金屬層旁邊的柔性層上設有通孔，焊料凸點正下方的鈍化層中設有空氣隙。

????所述的通孔為兩個，形狀呈扇面形，兩個通孔以凸點下金屬層為圓心對稱排列。

所述空氣隙為圓桶形狀。

所述扇面形外緣的半徑與空氣隙的半徑相等。

????所述的柔性層為聚酰亞胺。

所述阻焊層設置在柔性層和再分布銅布線的表面上。

柔性層上再分布銅布線與凸點下金屬層連接的一端設置為具有微彈簧效果的卷曲形狀使得焊料凸點在X-Y平面內(nèi)具有柔性度；設置空氣隙使得焊料凸點在Z軸方向上具有柔性度。當在熱循環(huán)過程中熱失配給焊料凸點帶來較大機械應力時，X-Y平面內(nèi)的卷曲形銅布線結(jié)構(gòu)和Z軸方向的空氣隙可以使焊料凸點承受較大機械應力而不產(chǎn)生可靠性問題。

本發(fā)明提供了一種利用焊料凸點正下方空氣隙和具有微彈簧效果的X-Y平面內(nèi)再分布銅布線結(jié)構(gòu)，使得三維方向上都具有柔性度的芯片級柔性封裝結(jié)構(gòu)，解決了熱循環(huán)中基板、焊料凸點、芯片熱不匹配引起的熱應力導致的基板變形，或焊料凸點與基板間的微裂紋可靠性問題，并且取消了當前為解決熱不匹配而引入的底部填充工藝。

本發(fā)明的優(yōu)點有：首先，制備空氣隙結(jié)構(gòu)，使得焊料凸點下方具有一定范圍與深度的空氣隙，從而使得焊料凸點結(jié)構(gòu)可以適應一定程度的Z軸方向上的變形，即保證焊料凸點結(jié)構(gòu)在Z軸上具有一定的柔性度；其次，在X-Y平面方向上，采用卷曲形再分布銅布線結(jié)構(gòu)，使其效果如同平面范圍內(nèi)的微彈簧，進而實現(xiàn)X-Y平面上的柔性。最后，整個封裝結(jié)構(gòu)包括空氣隙的制作工藝與傳統(tǒng)芯片制造工藝兼容性強，采用淀積、光刻、刻蝕等工藝就可以完成，不必引入新的工藝技術(shù)而提高制造成本。故本發(fā)明三維柔性封裝結(jié)構(gòu)完全可以解決熱循環(huán)中基板、焊料凸點、芯片熱不匹配引起的熱應力導致的基板變形，或焊料凸點與基板間的微裂紋的可靠性問題，并且取消了現(xiàn)有技術(shù)中為解決熱不匹配而引入的底部填充工藝，大大減少了工藝制造的成本和生產(chǎn)周期。

附圖說明