[發明專利]一種電子器件互連體

無效

• 申請號: 201410006462.4
• 申請日: 2014-01-07
• 公開（公告）號: CN103762206A
• 公開（公告）日: 2014-04-30
• 發明（設計）人: 申宇慈
• 申請（專利權）人: 申宇慈
• 主分類號: H01L23/535
• 分類號: H01L23/535
• 代理公司: 北京聿宏知識產權代理有限公司 11372
• 代理人: 吳大建;劉華聯

技術領域

本發明一般地涉及集成電路半導體封裝技術，特別地涉及集成電路半導體芯片及其封裝與電路基板或印刷線路板間的導電互連技術。

背景技術

由于倒裝芯片互連技術能夠容納非常高的單位面積輸入輸出端口或引腳數，其被廣泛用于半導體器件的封裝，其中排列在倒裝芯片表面上的輸入輸出端口的外端通常是一個焊盤，其通過金屬凸塊（Metal?Bump）與電路基板或印刷電路板上相應的焊盤互連，從而達到所述倒裝芯片與所述電路基板或印刷電路板之間的相互通訊。在所述倒裝芯片互連技術中，由于芯片面朝下通過金屬凸塊與電路基板或印刷電路板互連，所述芯片被稱作倒裝芯片，其表面上的焊盤通常稱作凸塊下方的金屬（UBM:Under?Bump?Metal）。焊料球是一種目前使用最廣泛的連接倒裝芯片焊盤與電路基板或印刷電路板焊盤的金屬凸塊，其高度大約在100到200微米微米左右，其高度與焊盤直徑的比值大約在1左右，即所述互連的縱橫比大約為1左右。互連的可靠性是倒裝芯片封裝中最被關注的問題之一。一般來說，互連的高度越大，互連的可靠性越高；互連的縱橫比越大，互連的可靠性越高。對用于互連的金屬凸塊是焊料球的情況，提高互連的高度意味著增加焊盤的直徑和焊盤間距，也就意味著減少芯片的單位面積引腳數。而受到不斷提高芯片功能的驅動，芯片的發展趨勢是不斷增加單位面積引腳數，即要求更小的焊盤直徑和間距或凸塊間距（Bump?Pitch）。為了解決這個矛盾，一些其它的用于互連的金屬凸塊被發展和采用，其中在產品中用的最廣的是所謂的銅柱凸塊（Copper?Pillar?Bump)，其可以制造更小的焊盤間距或凸塊間距（Bump?Pitch），其高度大約在60微米左右，其縱橫比大約在2左右。

焊料球互連是通過事先分布在焊盤上的焊料的回流（Reflow）工藝制成，而銅柱凸塊互連中的銅柱是通過在一層載體材料中先開孔然后再填充銅料的工藝制成。圖1A中100示意目前在產品中用的最廣的這兩種凸塊互連方式，即所述的焊料球凸塊和銅柱凸塊互連，及其中的一些基本構件和特征。圖1A中110示意倒裝芯片和基板間通過焊料球凸塊制成的互連體，其中數字符號11，12，13，14和15分別代表芯片，芯片上的輸入輸出盤（Pad），芯片上的第一惰性保護層（Passivation1，其通常是一個氮化硅層），芯片上的第二惰性保護層（Passivation2，其通常是一個聚合物軟層，如polyimide層）和凸塊下方的金屬（UBM:Under?Bump?Metal），數字符號16和17分別代表焊料球凸塊和底部填充材料（Underfill），和數字符號20，21，22和23分別代表電路基板，電路基板上表面的焊盤，事先在焊盤上準備的焊料（Presolder）和焊料罩（Solder?Mask）；圖1A中120示意倒裝芯片和基板間通過銅柱凸塊制成的互連體，其中數字符號30和31分別代表銅柱和銅柱頂部的焊料，其它構件如110中所示。芯片上的第二惰性保護層14和底部填充材料17都是為了保護這個互連結構免于過早地破壞，其中保護層14是為了減緩焊料球凸塊16或銅柱凸塊30與芯片11連接的角點處的應力集中，而底部填充材料17是為了減緩直接作用在互連結構上的應力。

圖1B中數字符號200，300和400示意基于焊料球凸塊互連的倒裝芯片封裝結構，其中200示意沒帶加強構件的倒裝芯片封裝，而300和400分別示意帶有加強環41和蓋子43的倒裝芯片封裝，其中數字符號42和44分別代表把加強環41和蓋子43粘接在電路基板上的粘接材料，40和45分別代表底部填充材料17在芯片邊緣形成的拐角（Filet）和蓋子43與芯片間的熱界面材料（TIM:Thermal?Interface?Material）。在電路基板上粘附一個加強環41或蓋子43的目的是為了提高電路基板的剛度以免其過量的翹曲。在現有技術中采用其它互連結構，如銅柱凸塊互連的倒裝芯片封裝都采用類似的封裝結構。

圖1C中500示意制造銅柱凸塊的基本步驟，包括：1）如510所示，先在芯片上形成一層載體材料，并在載體材料層中開孔；2）如520所示，在孔中填充銅料，從而形成銅柱；3）如530所示，去除載體材料層，并通過焊料把芯片與基板互連。如此制造的銅柱的高度通常在約20微米到60微米左右，很少超過100微米。

參見US2013/0241071A1，其公開了一種制造空心柱互連和細銅柱互連的方法，其基于類似的先開孔然后再填充的工藝步驟制成空心柱和細銅柱互連，其是銅柱互連的一個改進，其優點是具有比銅柱更好的柔韌性和更大的縱橫比，但其并不能增加銅柱的高度。