[實(shí)用新型]一種高可靠性的銅柱凸塊封裝結(jié)構(gòu)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201420075612.2
• 申請日: 2014-02-21
• 公開（公告）號: CN203721711U
• 公開（公告）日: 2014-07-16
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 徐虹;張黎;陳棟
• 申請（專利權(quán)）人: 江陰長電先進(jìn)封裝有限公司
• 主分類號: H01L23/488
• 分類號: H01L23/488;H01L21/60
• 代理公司: 南京經(jīng)緯專利商標(biāo)代理有限公司 32200
• 代理人: 彭英

技術(shù)領(lǐng)域

本實(shí)用新型涉及一種高可靠性的銅柱凸塊封裝結(jié)構(gòu)，屬于半導(dǎo)體封裝技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

隨著無線手持設(shè)備、掌上電腦以及其他移動電子設(shè)備的增加，微電子封裝技術(shù)面臨著電子產(chǎn)品“高性價比、高可靠性、多功能、小型化及低成本”發(fā)展趨勢帶來的挑戰(zhàn)和機(jī)遇。

銅柱凸塊技術(shù)，為新一代倒裝芯片互聯(lián)技術(shù)，其得益于銅材料的優(yōu)越的導(dǎo)熱性能和導(dǎo)電性能，在逐漸取代了錫鉛凸塊(solder?bump)，成為IC封裝主流技術(shù)。

在實(shí)際使用過程中，銅柱凸塊技術(shù)仍存在如下問題：

1、銅柱凸塊30由銅柱和焊料帽組成，通過焊料帽與基板互聯(lián)，如圖1所示，銅柱凸塊30的直徑在30～50um，在電流的加載下，由于焦耳熱效應(yīng)，銅柱凸塊30連接處的金屬原子同時承受電場和熱場的影響，在高密度電流作用下，由于銅柱底部區(qū)域電流集中，造成銅柱凸塊30最大電流過高和局部溫度過熱，互聯(lián)界面的電遷移和熱遷移會因異常活躍而使銅柱凸塊30的壽命顯著降低，造成潛在的失效隱患，并且隨著封裝尺寸的不斷減小，焊料點(diǎn)中的原子遷移失效問題越來越突出，成為亟待解決的可靠性物理難題。

2、現(xiàn)有的銅柱凸塊結(jié)構(gòu)采用了大量硬度較高的銅，會引入較大的應(yīng)力，如果芯片表面尤其是芯片電極12表面完全覆蓋應(yīng)力緩沖層，如圖1所示，作用在芯片表面的應(yīng)力將無法釋放，降低了封裝結(jié)構(gòu)的力學(xué)性能，進(jìn)而降低了芯片在使用中的可靠性。

實(shí)用新型內(nèi)容

本實(shí)用新型的目的在于克服當(dāng)前銅柱凸塊封裝結(jié)構(gòu)的不足，提供一種降低局部應(yīng)力、分散電流分布、提高可靠性的銅柱凸塊封裝結(jié)構(gòu)。

本實(shí)用新型的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的：

本實(shí)用新型一種高可靠性的銅柱凸塊封裝結(jié)構(gòu)，包括帶有芯片電極、表面覆蓋鈍化層的芯片基體，所述芯片電極復(fù)合于鈍化層內(nèi)、且其表面露出鈍化層，所述鈍化層和芯片電極的表面設(shè)置介電層，所述介電層上設(shè)置銅柱凸塊，

所述介電層上開設(shè)貫穿介電層的介電層通孔，每一所述芯片電極對應(yīng)若干個介電層通孔，所述銅柱凸塊的底部向下延伸并通過介電層通孔與芯片電極固連，實(shí)現(xiàn)電氣連通。

本實(shí)用新型所述介電層通孔的橫截面尺寸遠(yuǎn)小于銅柱凸塊的橫截面尺寸。

本實(shí)用新型所述介電層通孔的橫截面尺寸范圍為3~10um。

本實(shí)用新型所述介電層通孔的橫截面呈圓形、矩形或多邊形。

本實(shí)用新型在銅柱凸塊區(qū)域內(nèi)，所述介電層通孔呈有序分布。

本實(shí)用新型所述介電層通孔呈環(huán)形分布或陣列分布。

本實(shí)用新型在銅柱凸塊區(qū)域內(nèi)，所述介電層通孔呈無序分布。

本實(shí)用新型所述銅柱凸塊的頂端設(shè)置錫焊料帽。

因介電層通孔的存在，尤其是分布于芯片電極表面的介電層通孔，使在銅柱凸塊下方及邊緣的介電層還起到應(yīng)力緩沖層的作用，分散了芯片電極表面的應(yīng)力分布，從而降低了整個芯片應(yīng)力；

所述銅柱凸塊不是底部整體與芯片電極形成電氣連通，而是嵌在介電層中，通過介電層通孔與芯片電極形成電氣連通，一方面增加了銅柱凸塊的連接強(qiáng)度，另一方面使銅柱凸塊底部電流分散開，降低了金屬凸塊帶來的電遷移和熱遷移風(fēng)險。

本實(shí)用新型的有益效果是：

1、本實(shí)用新型在介電層上設(shè)置介電層通孔，尤其是分布于芯片電極表面的多個介電層通孔，使該部分的介電層還起到應(yīng)力緩沖層的作用，分散了芯片電極表面的應(yīng)力分布，從而降低了整個芯片應(yīng)力；

2、由于銅柱凸塊下部與芯片電極接觸的大面積金屬面被分成若干個小面積金屬面與芯片電極形成電氣連通，使電流通過芯片時，流經(jīng)銅柱的電流能夠分散開，不會造成銅柱凸塊的局部區(qū)域最大電流過高和局部溫度過熱產(chǎn)生的電遷移和熱遷移現(xiàn)象，有利于芯片散熱，并且提高了銅柱凸塊的壽命，從而提高了銅柱凸塊封裝的可靠性；

3、由于銅柱凸塊底部不是整體與芯片電極形成連通，而是嵌在介電層中，部分與芯片電極形成連通，增加了銅柱凸塊的連接強(qiáng)度，提高了可靠性；?

4、本實(shí)用新型的高可靠性的銅柱凸塊封裝結(jié)構(gòu)適用于高端芯片封裝，是收發(fā)器、嵌入式處理器、電源管理、基帶芯片、專用集成電路(ASIC)以及一些符合細(xì)間距、高I/O數(shù)、綠色要求、低成本和良好電性能的產(chǎn)品很好的互連方式選擇，也為進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)IC封裝的微型化和多功能化提供了空間。

附圖說明

圖1為現(xiàn)有的銅柱凸塊封裝結(jié)構(gòu)；

圖2為本實(shí)用新型一種高可靠性的銅柱凸塊封裝結(jié)構(gòu)的剖面示意圖；

圖3至圖7為銅柱凸塊與介電層通孔的位置關(guān)系的實(shí)施例的示意圖；

圖中：