專利名稱：一種圓片級封裝結構的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及半導體器件封裝領域，尤其涉及圓片級芯片尺寸封裝(WaferLevel chip Scale Package, WLCSP)的封裝結構。
背景技術：
近年來，由于芯片的微電路制作朝向高集成度發(fā)展，因此，其芯片封裝也需向高功率、高密度、輕薄與微小化的方向發(fā)展。芯片封裝就是芯片制造完成后，以塑膠或陶磁等材料，將芯片包在其中，以達保護芯片，使芯片不受外界水汽及機械性損害。芯片封裝主要的功能分別有電能傳送(Power Distribution)、信號傳送(Signal Distribution)、熱的散失 (Heat Dissipation)與保護支持(Protection and Support)。由于現(xiàn)今電子產(chǎn)品的要求是輕薄短小及高集成度，因此會使得集成電路制作微細化，造成芯片內(nèi)包含的邏輯線路增加，而進ー步使得芯片l/0(input/output)腳數(shù)增加，而為配合這些需求，產(chǎn)生了許多不同的封裝方式，例如，球柵陣列封裝(Ball grid array,BGA)、芯片尺寸封裝(Chip Scale Package, CSP)、多芯片模塊封裝(Multi Chip Modulepackage, MCM package)、倒裝式封裝(Flip Chip Package)、卷帶式封裝(Tape CarrierPackage, TCP)及圓片級封裝(Wafer Level Package, WLP)等。不論以何種形式的封裝方法，大部分的封裝方法都是將圓片分離成獨立的芯片后再完成封裝的程序。而圓片級封裝是半導體封裝方法中的一個趨勢，圓片級封裝以整片圓片為封裝對象，因而封裝與測試均需在尚未切割圓片的前完成，是ー種高度整合的封裝技術，如此可省下填膠、組裝、黏晶與打線等制作，因此可大量降低人工成本與縮短制造時間?，F(xiàn)有形成圓片級芯片尺寸封裝的エ藝如圖I至5所示。首先請參照圖1A，在圓片10上具有至少ー個芯片100。如圖IB所示，在芯片100上配置有金屬墊層104以及用以保護芯片100表面并將金屬墊層104暴露的鈍化層102 ;在鈍化層102以及金屬墊層104上通過濺射或者蒸鍍エ藝形成第一金屬層106，第一金屬層106的作用是在后續(xù)回流エ藝中保護金屬墊層104，第一金屬層106可以是Al、Ni、Cu、Ti、Cr、Au、Pd中的一種或者它們的組合構成。接著請參照圖1C，在第一金屬層106上形成光刻膠層107，通過現(xiàn)有光刻技術定義出金屬墊層104形狀，然后進行曝光、顯影エ藝，在光刻膠層107中形成開ロ暴露出下層的金屬墊層104上的第一金屬層106 ;以光刻膠層107為掩模,在開口內(nèi)的第一金屬層106上形第二金屬層108，所述第二金屬層108的材料為CiuNi或其組合構成，所述形成第二金屬層108的方法為電鍍法。參考圖1D，濕法去除光刻膠層107 ;刻蝕第一金屬層106至曝露出鈍化層102，使刻蝕后的第一金屬層106a與第二金屬層108構成凸點下金屬層108a ;用鋼網(wǎng)印刷法在第ニ金屬層108上形成助焊劑109。如圖IE所示，在助焊劑109上放置預制好的焊料球，然后在回流爐內(nèi)保溫回流，形成凸點110。[0010]最后進行単體化切割步驟，以將圓片10上的各個芯片100単體化。在申請?zhí)枮?00510015208. I的中國專利申請中還公布了更多相關信息?，F(xiàn)有技術形成圓片級芯片尺寸封裝過程中，由于焊料凸點材料直接與金屬浸潤層接觸，金屬浸潤層的銅極易擴散到焊料凸點的錫中形成銅錫合金，影響焊接質量。同時，在金屬浸潤層上形成焊料之前，裸露的浸潤層容易氧化而使后續(xù)形成的焊料凸點性能及可靠性降低。另ー方面，在焊料凸點的形成過程中，焊料間容易滴落而影響產(chǎn)品的可靠性，尤其對于金屬墊密集的產(chǎn)品，更容易出現(xiàn)焊料凸點間短路的問題。

實用新型內(nèi)容本實用新型解決的問題是提供ー種圓片級封裝結構，防止芯片電性能及可靠性降低。為解決上述問題，本實用新型提供ー種圓片級封裝結構，包括芯片、柱體、保護膠和焊料凸點；所述芯片的上表面設有焊盤和鈍化層，所述鈍化層覆于芯片焊盤開ロ以外的上表面；所述焊盤上設有柱體，所述柱體由底部往上依次包括耐熱金屬層、金屬浸潤層和連接層；所述保護膠覆于焊盤所在的芯片表面并圍筑于柱體周圍；所述連接層的上表面陷于保護膠中，表面上設有焊料凸點；所述焊料凸點的一部分陷于保護膠中?？蛇x地，所述耐熱金屬層的材料是鈦、鉻、鉭或它們的組合?？蛇x地，所述金屬浸潤層的材料是銅、鋁、鎳或它們的組合?？蛇x地，所述連接層為銅層?？蛇x地，所述連接層包括銅層和鎳層，所述鎳層附著于銅層的上表面。可選地,所述銅層的厚度為50 100 μ m?？蛇x地，所述鎳層的厚度為I. 5 3 μ m。可選地，所述焊料凸點的材質為純錫或錫合金?？蛇x地，所述焊料凸點的厚度為10 70 μ m?？蛇x地，所述保護膠的材質為ー種光敏性的環(huán)氧樹脂。與現(xiàn)有技術相比，本實用新型形成的封裝結構中連接層在空間上提供了一個足夠的物質空間，使焊料凸點能夠牢固地置于連接層上而不會偏離；也正因為連接層等金屬層構成的柱狀結構使得焊料凸點的尺寸得以縮小，在保證最終產(chǎn)品焊接過程中物理連接可靠度的前提下，提升了単位空間內(nèi)的功能輸出端ロ數(shù)，更能滿足芯片焊盤密間距、功能輸出多的封裝需求。厚度適宜的鎳層一方面能夠避免自身因擴散效應而消失，進而有效地阻止焊料和連接層之間因金屬間化合物的形成而產(chǎn)生的孔隙；同時又不至于因鎳層過厚而導致電阻率上升而影響產(chǎn)品的電熱性能。保護膠將本封裝結構中連接層等金屬層構成的柱體部分圍筑起來，不但增強了柱體的物理結構，更主要的是避免后續(xù)形成焊料凸點過程中焊料的滴落而造成輸出端子間的短路。

圖IA至圖IE是現(xiàn)有圓片級封裝方法的過程示意圖；[0029]圖2是本實用新型一種圓片級封裝結構的示意圖；圖3是本實用新型形成的一種圓片級封裝結構的具體實施方式
流程圖；圖4A至圖4H是本實用新型形成的一種圓片級封裝的實施例的エ藝示意圖。
具體實施方式
以下結合附圖對本實用新型的具體實施方式
做詳細的說明。圖2是本實用新型ー種圓片級柱狀凸點封裝結構的示意圖，所述封裝結構包括
芯片300、柱體、保護膠307和焊料凸點308。所述芯片300的上表面設有焊盤301和鈍化層302，所述鈍化層302覆于芯片300焊盤301開ロ以外的上表面。所述焊盤301上設有柱體，所述柱體由底部往上依次包括耐熱金屬層303、金屬浸潤層304和連接層306。具體的，所述耐熱金屬層303的材料是鈦、鉻、鉭或它們的組合；所述金屬浸潤層304的材料是銅、鋁、鎳或它們的組合；所述連接層306為銅層，或是由銅層和附著于銅層上方的鎳層共同構成，銅層的厚度為50 100 μ m，鎳層的厚度為1.5μπι 3μπι。該柱體在空間上提供了一個足夠的物質空間，使焊料凸點308能夠牢固地置于柱體上而不會偏離；柱狀結構也使得焊料凸點308的尺寸得以縮小，在保證最終產(chǎn)品焊接過程中物理連接可靠度的前提下，提升了単位空間內(nèi)的功能輸出端口數(shù)，更能滿足高密度封裝的需求；同時，厚度適宜的鎳層能夠避免自身因擴散效應而消失，進而有效地阻止焊料和連接層306之間因金屬間化合物的形成而產(chǎn)生的孔隙；同時又不至于因鎳層過厚而導致電阻率上升而影響產(chǎn)品的電熱性能。所述保護膠307覆于焊盤301所在的芯片300表面并圍筑于柱體周圍，不但增強了柱體的物理結構，更主要的是避免后續(xù)形成焊料凸點308過程中因焊料的滴落而造成柱體間的電性短路。保護膠307的材質為光敏型環(huán)氧樹脂的ー種，可以釋放不同材質間因熱膨脹差異而導致的應カ殘留，進而提升了整個封裝結構的可靠性。所述柱體的頂部即連接層306的表面上設有焊料凸點308，所述焊料凸點308是厚度為10 70 μ m，對應的材質為純錫或錫合金，如錫銀合金、錫銅合金、錫銀銅合金等。由于連接層306的上表面陷于保護膠307中，位于連接層306上表面的焊料凸點308的一部分也會陷于保護膠307中，能夠有效減少最終產(chǎn)品在上母版焊接過程中發(fā)生短路的問題，也更能滿足高密度焊料凸點308的產(chǎn)品應用需求。為進ー步說明本實用新型封裝結構之優(yōu)點，以下結合一個具體的封裝方法實施例對本實用新型封裝結構作進ー步介紹。圖3是本實用新型形成的一種圓片級封裝結構的具體實施方式
流程圖，包括步驟S101，在芯片的焊盤和鈍化層上依次形成耐熱金屬層和金屬浸潤層；S102，在金屬浸潤層上形成光刻膠，所述光刻膠設有開ロ曝露出芯片焊盤上方的金屬浸潤層；S103，在上述開口中的金屬浸潤層上形成連接層；S104，去除光刻膠；S105，蝕刻鈍化層上的耐熱金屬層和金屬浸潤層至鈍化層裸露；[0045]S106，在芯片上形成保護膠層，所述保護膠將連接層覆蓋；S107，曝光連接層上方的保護膠形成開ロ，裸露出連接層的上表面；S108，在連接層上形成焊料凸點并回流。首先執(zhí)行步驟S101，在芯片的焊盤和鈍化層上依次形成耐熱金屬層和金屬浸潤層，形成如圖4A所示的結構。在這ー步驟中，芯片300上設有焊盤301和鈍化層302，焊盤301是芯片300的功能輸出端子，并最終通過后續(xù)形成的焊料凸點308實現(xiàn)電性功能的傳導過渡；鈍化層302的 材料包括氧化硅、氮化硅、氮氧化硅、聚酰亞胺、苯三聚丁烯等介電材料或它們的混合物，用于保護芯片300中的線路。需要說明的是，所述芯片的焊盤和鈍化層可以是芯片的初始焊盤和初始鈍化層，也可以是根據(jù)線路布圖設計需要而形成的過渡焊盤、鈍化層；形成過渡焊盤、鈍化層的方式主要是采用再布線エ藝技術，通過ー層或多層再布線將初始焊盤、鈍化層轉載到過渡焊盤、鈍化層上。所述再布線エ藝技術為現(xiàn)有成熟エ藝，已為本領域技術人員所熟知，在此不再贅述。在本實施例中，所述耐熱金屬層303的材料可以是鈦Ti、鉻Cr、鉭Ta或它們的組合構成，本實用新型優(yōu)選為Ti。所述金屬浸潤層304的材料可以是銅Cu、鋁Al、鎳Ni中的ー種或它們的組合構成，其中較優(yōu)的金屬浸潤層304為Cu。耐熱金屬層303與金屬浸潤層304 一起構成最終結構的種子層。所述耐熱金屬層303和金屬浸潤層304的方法同樣可以采用現(xiàn)有的蒸發(fā)或濺射或物理氣相沉積的方法，其中較優(yōu)的方法為濺射。當然，根據(jù)本領域技術人員的公知常識，形成的方法不僅限于濺射方法，其他適用的方法均可應用于本實用新型，并且形成的耐熱金屬層303和金屬浸潤層304的厚度也是根據(jù)實際的エ藝需求而定。然后實施步驟S102，在金屬浸潤層上形成光刻膠，所述光刻膠設有開ロ曝露出芯片焊盤上方的金屬浸潤層，形成如圖4B所示的結構。在這ー步驟中，形成光刻膠305的方法可以是旋轉涂布，這些方法的具體步驟已為本領域技術人員所熟知，在此不再贅述。形成光刻膠305后，具體可通過現(xiàn)有光刻顯影技術定義出焊盤301的形狀，使光刻膠305中形成開ロ以曝露出焊盤301上的金屬浸潤層304。然后實施步驟S103，在上述開ロ中的金屬浸潤層上形成連接層，形成如圖4C所示的結構。在這ー步驟中，以芯片300上剩余的光刻膠305為掩膜，在上步中形成的光刻膠305的開口內(nèi)、金屬浸潤層304的上方，形成連接層306。形成連接層306的具體エ藝可以通過用電鍍的方式，當然，根據(jù)本領域技術人員的公知常識，形成的方法不僅限于電鍍，其他適用的方法均可應用于本實用新型。本實施例中，連接層306為銅層，所述銅層的厚度是50 100 μ m，具體厚度為50 μ m>55 μ m、60 μ m>65 μ m>70 μ m>75 μ m>80 μ m>85 μ m、90 μ m>95 μ m 5 100 μ m在另ー實施例中，連接層306還可以由銅層和鎳層共同構成，所述銅層的厚度是50 100 μ m，具體厚度為 50 μ m、55 μ m、60 μ m、65 μ m、70 μ m、75 μ m、80 μ m、85 μ m、90 μ m、95μπι或IOOym等；在銅層上設有鎳層，所述鎳層的厚度是I. 5 μ m 3 μ m，具體厚度為I. 5 μ m、2 μ m、2. 5 μ m或3 μ m等。鎳層可以防止后續(xù)形成焊料凸點308的材料擴散至銅層中，當Ni層厚度小于I. 5 μ m吋，Ni最終會因相鄰金屬間的擴散效應而消失，進而無法有效地阻擋后續(xù)焊料凸點308擴散到金屬浸潤層304中；當Ni層厚度大于3 μ m時，會因Ni金屬本身的電熱性能較差而導致電阻率上升，進而影響最終產(chǎn)品的電熱性能。然后實施步驟S104，去除光刻膠，形成如圖4D所示的結構。在完成上述エ序后，光刻膠305可以去除了，可以使用濕法或剝離的方式去除，這些方法的具體步驟已為本領域技術人員所熟知，在此不再贅述。接著實施步驟S105，蝕刻鈍化層上的耐熱金屬層和金屬浸潤層至鈍化層裸露，形成如圖4E所示的結構。在這ー步驟中，具體可通過噴灑酸液或將晶片浸泡于酸液中的方法來去除連接層306以外的芯片300表面的金屬浸潤層304和耐熱金屬層303。至此，即可形成自底部往上依次由耐熱金屬層303、金屬浸潤層304和連接層306組成的柱體結構。該柱體結構在空間上提供了一個足夠的物質空間，保證了后續(xù)的焊料凸點308能夠牢固地置于連接層306上而不會偏離，同時也提高了與焊料凸點308間的結合力。然后實施步驟S106，在芯片上形成保護膠層，所述保護膠將連接層覆蓋，形成如圖4F所示的結構。在這ー步驟中，形成保護膠307的方法可以是印刷、旋涂等方式，這些方法的具體步驟已為本領域技術人員所熟知，在此不再贅述。需要說明的是，由于連接層306上方的保護膠307在后續(xù)エ藝中將被去除，余下的帶有開ロ的保護膠307將會被當作掩膜板使用，在保護膠307的開口內(nèi)形成焊料凸點308，故而焊料凸點308的厚度取決于此時的掩膜板即保護膠307的厚度；因此，在這ー步驟中，保護膠307的形成厚度尤其是覆蓋于連接層306上方的膠體厚度可根據(jù)具體的產(chǎn)品要求來調(diào)整エ藝參數(shù)。本實施例中，芯片300表面及連接層306均被保護膠307覆蓋，保護膠307既保護了鈍化層302，又穩(wěn)固了由連接層306等金屬層構成的柱體結構；同時，保護膠307的材質為環(huán)氧樹脂，可以釋放芯片300及多層金屬層間因熱膨脹差異而導致的應カ殘留，提升了整個封裝結構的可靠性；另外，各柱體結構間被保護膠307填充，可以避免后續(xù)焊料凸點308形成過程中因焊料的滴落而造成柱體間的短路。然后實施步驟S107，曝光連接層上方的保護膠形成開ロ，裸露出連接層的上表面，形成如圖4G所示的結構。在這ー步驟中，由于保護膠307也是光敏膠的ー種，通過曝光/顯影/固化エ藝，在保護膠307中形成開ロ裸露出連接層306的上表面；此時由連接層306等金屬層構成的柱體結構被保護膠307圍筑，連接層306的上表面陷于保護膠307中，余下的帶有開ロ的保護膠307在保護芯片300表面、強化柱體結構的同時為后續(xù)エ藝做好掩膜準備。最后，實施步驟S108，在連接層上形成焊料凸點并回流，形成如圖4H所示的結構。在這ー步驟中，以芯片300上余下的帶有開ロ的保護膠307為掩膜，在保護膠307的開口內(nèi)、連接層306的上方，形成焊料凸點308并濕化回流。形成焊料凸點308的具體エ藝可以通過印刷焊料膏或是將預制好的焊料球直接植入等方式，當然，根據(jù)本領域技術人員的公知常識，形成的方法不僅限于印刷和植入，其他適用的方法均可應用于本實用新型。[0071]在本實施例中，焊料凸點308的厚度是10 70μπι，具體厚度為ΙΟμπκΙδμπκ20 μ m>25 μ m、30 μ m>35 μ m、40 μ m>45 μ m>50 μ m>55 μ m、60 μ m>65 μ m _ 70 μ m 胃辛斗凸
點308的材質為純錫或錫合金，如錫銀合金、錫銅合金、錫銀銅合金等。需要說明的是，在陷于保護膠307中的連接層306上形成的焊料凸點308，焊料凸點308的一部分也會陷于保護膠307中，使得焊料凸點308間有保護膠307的絕緣保護，可避免在形成焊料凸點308過程中因焊料滴落、或最終產(chǎn)品上板焊接時而造成的輸出端子間的短路。另外，由上述本封裝結構中的柱體結構特性，形成的焊料凸點308尺寸較小，一方面節(jié)約了材料成本，更重要的是能滿足焊盤301密間距或相同空間內(nèi)更多功能輸出點的應用需求。至此，也就是說，從焊盤301底部往上形成包括耐熱金屬層303、金屬浸潤層304、 連接層306和焊料凸點308 ;其中由耐熱金屬層303、金屬浸潤層304、連接層306構成的柱狀結構嵌入于保護膠307中被保護膠307圍筑以提高產(chǎn)品整體的可靠性能，最終實現(xiàn)了由焊盤301到焊料凸點308間電性傳輸?shù)姆庋b過渡。雖然本實用新型以較佳實施例披露如上，但本實用新型并非限定于此。任何本領域技術人員，在不脫離本實用新型的精神和范圍內(nèi)，均可作各種更動與修改，因此本實用新型的保護范圍應當以權利要求所限定的范圍為準。
權利要求1.ー種圓片級封裝結構，其特征在于包括芯片、柱體、保護膠和焊料凸點；所述芯片的上表面設有焊盤和鈍化層，所述鈍化層覆于芯片焊盤開ロ以外的上表面；所述焊盤上設有柱體，所述柱體由底部往上依次包括耐熱金屬層、金屬侵潤層和連接層；所述保護膠覆于焊盤所在的芯片表面并圍筑于柱體周圍；所述連接層的上表面陷于保護膠中，表面上設有焊料凸點；所述焊料凸點的一部分陷于保護膠中。
2.根據(jù)權利要求I所述的ー種圓片級封裝結構，其特征在于，所述耐熱金屬層的材料是鈦、鉻或鉭。
3.根據(jù)權利要求I所述的ー種圓片級封裝結構，其特征在于，所述金屬侵潤層的材料是銅、招或鎳。
4.根據(jù)權利要求I所述的ー種圓片級封裝結構，其特征在于，所述連接層為銅層。
5.根據(jù)權利要求I所述的ー種圓片級封裝結構，其特征在于，所述連接層包括銅層和鎳層，所述鎳層附著于銅層的上表面。
6.根據(jù)權利要求4或5所述的ー種圓片級封裝結構，其特征在于，所述銅層的厚度為50-100 μ mD
7.根據(jù)權利要求5所述的ー種圓片級封裝結構，其特征在干，所述鎳層的厚度是1. 5-3 μ m0
8.根據(jù)權利要求I所述的ー種圓片級封裝結構，其特征在于，所述焊料凸點的材質為純錫或錫合金。
9.根據(jù)權利要求I所述的ー種圓片級封裝結構，其特征在于，所述焊料凸點的厚度為10-70 μ mD
10.根據(jù)權利要求I所述的ー種圓片級封裝結構，其特征在于，所述保護膠的材質為ー種光敏性的環(huán)氧樹脂。
專利摘要一種圓片級封裝結構，包括芯片、柱體、保護膠和焊料凸點；所述芯片的上表面設有焊盤和鈍化層，所述鈍化層覆于芯片焊盤開口以外的上表面；所述焊盤上設有柱體，所述柱體由底部往上依次包括耐熱金屬層、金屬浸潤層和連接層；所述保護膠覆于焊盤所在的芯片表面并圍筑于柱體周圍；所述連接層的上表面陷于保護膠中，表面上設有焊料凸點；所述焊料凸點的一部分陷于保護膠中。本實用新型提高了圓片級封裝的電性能和可靠性，適用于焊盤密間距、輸出功能多的圓片級封裝。
文檔編號H01L23/00GK202473890SQ20112053528
公開日2012年10月3日 申請日期2011年12月19日 優(yōu)先權日2011年12月19日
發(fā)明者石磊, 陶玉娟 申請人:南通富士通微電子股份有限公司