[發明專利]階梯凸塊封裝結構及其制備方法

有效

• 申請號: 202111195234.2
• 申請日: 2021-10-14
• 公開（公告）號: CN113644041B
• 公開（公告）日: 2022-02-08
• 發明（設計）人: 何正鴻;徐玉鵬;鐘磊;李利
• 申請（專利權）人: 甬矽電子（寧波）股份有限公司
• 主分類號: H01L23/488
• 分類號: H01L23/488;H01L21/60
• 代理公司: 北京超凡宏宇專利代理事務所(特殊普通合伙) 11463
• 代理人: 梁曉婷

本發明提供了一種階梯凸塊封裝結構及其制備方法，涉及半導體封裝技術領域，該階梯凸塊封裝結構通過在底接金屬層上設置導電金屬柱，在導電金屬柱的頂端設置焊料承接柱，在焊料承接柱外包覆有焊球，其中焊料承接柱的兩側均呈階梯狀，提升了焊料承接柱與焊球之間的接觸面積，從而提升了焊球的結構強度，避免焊球裂開的問題，提升焊接時的可靠性。且焊料承接柱的頂部寬度小于其底部寬度，使得焊料承接柱實現了上小下大的結構，使得焊接時焊料承接柱的頂部能夠靠近焊盤的表面，而焊料承接柱的頂部寬度較小，在焊料承接柱與焊盤接觸后，能夠避免進一步擠壓焊料，從而可以大幅減小錫球與焊盤之間的接觸面積，避免了焊料大幅向外擴散而導致的橋接問題。

技術領域

本發明涉及半導體封裝技術領域，具體而言，涉及一種階梯凸塊封裝結構及其制備方法。

背景技術

隨著半導體行業的快速發展，倒裝封裝結構廣泛應用于半導體行業中，倒裝芯片封裝利用凸塊進行芯片與基板之間的電性連接。凸塊包括了銅柱、金屬層（UBM：under bumpmetalization)、保護層（聚酰亞胺Polyimide）、錫帽（Sn Cap）。隨著芯片密度越來越高，帶有凸塊的錫帽結構，成為倒裝工藝主流，由于錫結構的強度較差，隨著大體積焊料凸塊的增加，在焊接時凸塊的頂面與基板的焊盤接觸，接觸面積較大，對錫料的擠壓程度較高，在電鍍或者印刷方式中必然導致相鄰的錫帽凸塊結構焊接后存在橋接問題，以及現有錫帽焊接結構強度不夠，容易導致裂開等問題，從而影響金屬凸塊可靠性，故提出一種高密度高可靠性金屬凸塊焊料結構改善傳統結構中的這些問題。

發明內容

本發明的目的包括，例如，提供了一種階梯凸塊封裝結構和階梯凸塊封裝結構的制備方法，其能夠提升錫帽焊接結構強度，避免裂開的問題，提升焊接的可靠性，同時可以大幅減小錫球與焊盤之間的接觸面積，從而能夠減緩橋接的問題。

本發明的實施例可以這樣實現：

第一方面，本發明提供一種階梯凸塊封裝結構，包括：

表面設置有導電焊盤的芯片基底；

設置在所述芯片基底上的保護層，所述保護層上設置有導電開口，所述導電開口與所述導電焊盤對應，并貫穿至所述導電焊盤的表面，以使所述導電焊盤外露于所述導電開口；

設置在所述導電焊盤上，并位于所述導電開口內的底接金屬層；

設置在所述底接金屬層上的導電金屬柱；

設置在所述導電金屬柱頂部的焊料承接柱；

設置在所述導電金屬柱頂部，并包覆在所述焊料承接柱外的焊球；

其中，所述焊料承接柱的兩側均呈階梯狀，且所述焊料承接柱的頂部寬度小于所述焊料承接柱的底部寬度。

在可選的實施方式中，所述焊料承接柱的底部寬度小于所述導電金屬柱的寬度，且所述焊料承接柱底部邊緣與所述導電金屬柱的頂部邊緣間隔設置，以使所述焊球延伸至所述導電金屬柱的頂部邊緣和所述焊料承接柱的底部邊緣之間。

在可選的實施方式中，所述焊料承接柱的表面設置有防擴金屬層，所述防擴金屬層設置在所述焊料承接柱和所述焊球之間，用于阻擋所述焊球與所述焊料承接柱之間的擴散原子。

在可選的實施方式中，所述焊料承接柱包括多個層疊設置的金屬臺階層，多個所述金屬臺階層的寬度由下至上依次減小，且多個所述金屬臺階層的中心處在同一直線上。

在可選的實施方式中，所述焊料承接柱的熔點小于所述焊球的熔點，以使所述焊料承接柱和所述焊球在回流后熔融為一體。

在可選的實施方式中，所述焊料承接柱為多個，多個所述焊料承接柱并列設置在所述導電金屬柱的頂部，每相鄰兩個所述焊料承接柱之間形成用于防止焊接偏移的限位溝槽。