CN103367304B - 封装基板、覆晶式封装及其制造方法 - Google Patents

封装基板、覆晶式封装及其制造方法 Download PDF

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Abstract

一种封装基板、覆晶式封装及其制造方法。封装基板，包括一基板本体、多数个金属导线与多数个薄膜。基板本体具有相对的一第一基板表面与一第二基板表面。金属导线配置在基板本体的第一基板表面上。金属导线具有一上导线表面与数个侧导线表面。薄膜形成在金属导线的侧导线表面上。

Description

封装基板、覆晶式封装及其制造方法
技术领域
本发明是有关于一种半导体封装结构及其制造方法，且特别是有关于一种封装基板、覆晶式封装及其制造方法。
背景技术
覆晶封装技术的趋势包括提高接点密度。其中一种方法是导线上接合(bond ontrace;BOT)。然而，晶粒上的导电柱上的焊料材料在接触封装基板的导线之后，在进行回焊接合步骤的过程中，焊料材料很容易向下流动至导线大部分的侧面，甚至流动至封装基板的表面上，使得形成的焊料层会接触到不期望(或非对应的)导线、接触垫等等，形成不期望的电路(例如短路)而影响产品的效能与良率。再者，焊料材料向下流动至导线的侧面，甚至流动至封装基板的表面上，也会产生形成的焊料层高度不足的问题，此外，介金属化合物(intermetallic compound;IMC)占焊料层中的比例会非常的高，因此焊料层性质易脆，而可靠度不佳。当导线的尺寸与导线之间的间距逐渐细微，上述问题会变得更加严重。
发明内容
本发明有关于一种封装基板、覆晶式封装及其制造方法，能改善现有技术的问题。
根据一实施例，提出一种封装基板，包括一基板本体、多数个金属导线(trace)与多数个薄膜。基板本体具有相对的一第一基板表面与一第二基板表面。金属导线配置在基板本体的第一基板表面上。金属导线各具有一上导线表面与至少一个侧导线表面。薄膜形成在金属导线的至少一个侧导线表面上。薄膜对焊料的润湿性小于金属导线的上导线表面。
根据一实施例，提出一种覆晶式封装，包括一晶粒、多数个导电柱、一基板本体、多数个金属导线、多数个薄膜与多数个焊料层。晶粒具有相对的一第一晶粒表面与一第二晶粒表面。第一晶粒表面具有多数个连接垫。导电柱配置在连接垫上并电性连接至连接垫。基板本体具有相对的一第一基板表面与一第二基板表面。金属导线配置在基板本体的第一基板表面上。金属导线各具有一上导线表面与至少一个侧导线表面。薄膜形成在金属导线的至少一个侧导线表面上。薄膜对焊料的润湿性小于金属导线的上导线表面。焊料层配置在金属导线的上导线表面与导电柱之间，并电性连接导电柱与金属导线。
根据一实施例，提出一种封装基板的制造方法，包括以下步骤。提供一基板本体。基板本体具有相对的一第一基板表面与一第二基板表面。于基板本体的第一基板表面上形成多数个金属导线。金属导线包括至少一可氧化金属层与一抗氧化金属层。抗氧化金属层位在金属导线的上部分。对金属导线进行氧化工艺，以在金属导线的可氧化金属层的侧导线表面上形成多数个薄膜。
根据一实施例，提出一种覆晶式封装的制造方法，包括以下步骤。提供一晶粒。晶粒具有相对的一第一晶粒表面与一第二晶粒表面。第一晶粒表面具有多数个连接垫。配置多数个导电柱在连接垫上并电性连接至连接垫。配置多数个焊料材料在导电柱上。提供一基板本体。基板本体具有相对的一第一基板表面与一第二基板表面。于基板本体的第一基板表面上形成多数个金属导线。金属导线各包括至少一可氧化金属层与一抗氧化金属层。抗氧化金属层位在金属导线的上部分。对金属导线进行氧化工艺，以在金属导线的可氧化金属层的侧导线表面上形成多数个薄膜。将焊料材料接触金属导线的上表面。进行一接合步骤，以将焊料材料转变成多数个焊料层。焊料层物理连接并电性连接至金属导线。其中在加热接合步骤中，焊料层的流动是局限在薄膜的上表面。
为了对本发明的上述及其他方面有更佳的了解，下文特举较佳实施例，并配合附图，作详细说明如下：
附图说明
图1绘示一实施例的封装基板。
图2绘示一实施例的覆晶式封装。
图3A至图3H绘示一实施例的覆晶式封装的制造方法。
符号说明：
102、202～封装基板；
104～基板本体；
106、206～金属导线；
108～薄膜；
110～第一基板表面；
112～第二基板表面；
114、214～上导线表面；
116～侧导线表面；
118～种子层；
122～导电层；
124～扩散障碍层
128～抗氧化层；
130～晶粒；
132～导电柱；
134～焊料层；
136～第一晶粒表面；
137、139～保护层；
138～第二晶粒表面；
140～连接垫；
142～金属柱；
144～扩散障碍层；
146～种子层；
150～图案化光阻；
152～光阻开口；
B～柱宽度；
C～最大总高度；
E～间距；
H～高度；
T～导线厚度；
W～导线宽度。
具体实施方式
图1绘示一实施例的封装基板102。封装基板102包括基板本体104、多数个金属导线(trace)106与多数个薄膜108。基板本体104具有相对的一第一基板表面110与一第二基板表面112。
金属导线106配置在基板本体104的第一基板表面110上。金属导线106各具有一上导线表面114与数个侧导线表面116。金属导线106可包括种子层118、导电层122、扩散障碍层124、抗氧化层128。种子层118可为一层或多层结构，于一实施例中，举例来说，种子层118为两层结构，一层材质包括钛，另一层材质包含镍钒。于一实施例中，导电层122的材质包括铜。扩散障碍层124的材质可包括镍。于一实施例中，扩散障碍层124其厚度为1μm～5μm。抗氧化层128可为一层或多层结构，抗氧化层128的材质可包括金或铂。于一实施例中，抗氧化层128其厚度为0.01μm～1.5μm。或可选择性于扩散障碍层124及抗氧化层128之间加入一保护层(未显示)，于一实施例中，保护层的材质可包括钯。于一实施例中，扩散障碍层124、保护层(未显示)与抗氧化层128为化学镍钯金(Electroless Ni/Pd&Immersion Gold;ENEPIG)。于其他实施例中，金属导线106中作为导线主体的导电层122可使用其他合适的导电金属例如包括铝，并省略作为扩散障碍层124，或是选用不同的工艺方法可省略种子层118。
薄膜108形成在金属导线106的侧导线表面116上，薄膜108对焊料的润湿性小于金属导线106的上导线表面114，换言之，薄膜108具有焊料不易润湿的特性。薄膜108的材质可包括介电材料。于一实施例中，薄膜108的材质包括金属导线106的氧化物，例如氧化铜、氧化铝、氧化钛。于一实施例中，薄膜108的厚度介于0.1至1.0微米。若厚度小于0.1微米则不易防止焊料润湿于金属导线106的侧导线表面116上，若厚度大于1.0微米则影响细线化的设计，且制作不易。
图2绘示根据一实施例的覆晶式封装，其可使用如图1所示的封装基板102形成。
如图2所示，覆晶式封装包括封装基板202、一晶粒130、多数个导电柱132与多数个焊料层134。晶粒130具有相对的一第一晶粒表面136与一第二晶粒表面138。第一晶粒表面136具有多数个被保护层137、保护层139露出的连接垫140。导电柱132配置在连接垫140上并电性连接至连接垫140。导电柱132包括金属柱142。于一实施例中，金属柱142的材质包括铜，且导电柱132包括扩散障碍层144，扩散障碍层144的材质包括镍。于其他实施例中，金属柱142可使用其他合适的导电金属例如铝，或者，省略扩散障碍层144。
焊料层134配置金属导线206的上导线表面214与导电柱132之间，并电性连接导电柱132与金属导线206。于一实施例中，焊料层134包括焊料材料例如锡、锡银等，与介金属化合物(例如焊料材料与扩散障碍层124、保护层、抗氧化层128(图1)反应形成的介金属化合物，例如(Au,Pd,Ni)Sn4、Ni3Sn4等等。
图3A至图3H绘示一实施例的覆晶式封装的制造方法。
请参照图3A，于基板本体104的第一基板表面110上形成一种子层146。于种子层146上形成一图案化光阻150。图案化光阻150具有数个光阻开口152。图案化光阻150可包括绿漆。
请参照图3B，可以电镀的方式，从图案化光阻150的光阻开口152露出的种子层146上形成导电层122。
请参照图3C，于导电层122上形成扩散障碍层124。于扩散障碍层124上形成保护层。于扩散障碍层124上形成抗氧化层128。于一实施例中，可在扩散障碍层124与抗氧化层128之间形成保护层(未显示)。扩散障碍层124、保护层、抗氧化层128可以电镀或化学镀的方式形成。
请参照图3D，移除图案化光阻150。
请参照图3E，移除种子层146未被导电层122、扩散障碍层124、抗氧化层128遮盖的部分，以形成种子层118。
请参照图3F，在金属导线106的侧导线表面116上形成薄膜108，薄膜108至少露出金属导线106的上导线表面114。于一实施例中，是对金属导线106进行氧化工艺，以形成薄膜108。其中是经由适当地选择各种子层118、导电层122、扩散障碍层124、抗氧化层128的材质，并控制氧化工艺参数，来达到此目的。于一实施例中，举例来说，在一些氧化工艺中，金属导线106下部分的种子层118(例如钛、镍钒)、导电层122(例如铜、铝)、扩散障碍层124(例如镍)可被氧化，因此定义为可氧化金属层；上部分的与抗氧化层128(例如金或铂)无法被氧化，因此定义为抗氧化金属层。于其他实施例中，使用的氧化工艺可氧化导电层122(例如铜、铝)，而无法氧化抗氧化层128(例如金)。于一实施例中，举例来说，是在大气氛围中，以150℃加热30分钟来进行氧化工艺以形成薄膜108。在其他实施例中，亦可利用纯氧环境、其他的高温、反应时间等条件来进行氧化工艺。于一实施例中，薄膜108的厚度介于0.1μm～1μm。
请参照图3G，提供晶粒130，其具有相对的第一晶粒表面136与第二晶粒表面138。第一晶粒表面136上具有连接垫140。配置导电柱132在连接垫140上。配置多数个焊料材料154在导电柱132上。于一实施例中，焊料材料154包括锡、锡银等。
金属导线106各具有一导线厚度T，例如10μm。金属导线106各具有一导线宽度W。导电柱132各具有一柱宽度B。柱宽度B除以导线宽度W的值(B/W)是介于0.8～2.5。
表1显示实施例的导电柱132之间的间距E(对应金属导线106之间的间距)；导电柱132的柱宽度B；导电柱132与焊料材料154的最大总高度C；金属导线106宽度W；与导电柱132的柱宽度B除以金属导线106宽度W的值(B/W)之间的关系。
表1
请参照图3H，将焊料材料154接触金属导线106的上导线表面114，并进行一接合步骤，例如加热回焊，以将焊料材料154转变成多数个焊料层134。焊料层134物理连接并电性连接金属导线206与导电柱132。在此接合步骤中，焊料层134(或焊料材料154)的流动是局限在薄膜108的上表面，亦即，焊料层134(或焊料材料154)不会流动至薄膜108的侧表面，更不会流动至基板本体104的第一基板表面110上而接触到其他不预期的(或非对应的)导线或接触垫等等。再者，于实施例中，形成的焊料层134能控制在一足够的高度H范围，例如17μm～20μm，高于比较例(没有使用薄膜108所形成的)焊料层的高度7μm～10μm。于实施例中，焊料层134包括扩散障碍层124(例如镍)、抗氧化层128(例如金)、扩散障碍层124与抗氧化层128之间的保护层(例如钯)(未显示)、扩散障碍层144(例如镍)与焊料材料154经由接合步骤的加热而反应形成的介金属化合物(intermetallic compound;IMC)，包括例如(Au,Pd,Ni)Sn4、Ni3Sn4。焊料层134其形成的范围能够局限在薄膜108的上表面之上，因此介金属化合物占焊料层134中的比例低，造成焊料层134不容易脆裂，且可靠度高。例如于一实施例中，介金属化合物占焊料层134中的比例为20%～30%，低于比较例(没有形成薄膜108)的比例70%～80%。
综上所述，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明。本发明所属技术领域中具有通常知识者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰。因此，本发明的保护范围当视权利要求书所界定者为准。

Claims (13)

1.一种封装基板，包括：
一基板本体，具有相对的一第一基板表面与一第二基板表面；
多数个金属导线，配置在该基板本体的该第一基板表面上，该些金属导线各具有一上导线表面与至少一个侧导线表面；以及
一薄膜，形成在该些金属导线的该至少一个侧导线表面上，且接触该基板本体的该第一基板表面，其中所述薄膜对焊料的润湿性小于所述上导线表面。
2.如权利要求1所述的封装基板，其中该薄膜的材质包括介电材料。
3.如权利要求1所述的封装基板，其中该薄膜的材质包括该些金属导线的氧化物。
4.一种覆晶式封装，包括：
一晶粒，具有相对的一第一晶粒表面与一第二晶粒表面，该第一晶粒表面具有多数个连接垫；
多数个导电柱，配置在该些连接垫上并电性连接至该些连接垫；
一基板本体，具有相对的一第一基板表面与一第二基板表面；
多数个金属导线，配置在该基板本体的该第一基板表面上，该些金属导线各具有一上导线表面与至少一个侧导线表面；
一薄膜，形成在该些金属导线的该至少一个侧导线表面上，且接触该基板本体的该第一基板表面，其中所述薄膜对焊料的润湿性小于所述上导线表面；以及
多数个焊料层，配置在该些金属导线的该些上导线表面与该些导电柱之间，并电性连接该些导电柱与该些金属导线。
5.如权利要求4所述的覆晶式封装，其中该薄膜的材质包括介电材料。
6.如权利要求4所述的覆晶式封装，其中该薄膜的材质包括该些金属导线的氧化物。
7.如权利要求4所述的覆晶式封装，其中该薄膜的厚度介于0.1至1.0微米。
8.如权利要求4所述的覆晶式封装，其中该些金属导线各具有一导线宽度，该些导电柱各具有一柱宽度，该柱宽度除以该导线宽度的值是介于0.8～2.5。
9.一种封装基板的制造方法，包括：
提供一基板本体，该基板本体具有相对的一第一基板表面与一第二基板表面；
于该基板本体的该第一基板表面上形成多数个金属导线，该些金属导线各包括至少一可氧化金属层与一抗氧化金属层，该些抗氧化金属层位在该些金属导线的上部分；以及
对该些金属导线进行氧化工艺，以在该些金属导线的该些可氧化金属层的该至少一个侧导线表面上形成一薄膜，其中所述薄膜接触该基板本体的该第一基板表面。
10.如权利要求9所述的封装基板的制造方法，其中该可氧化金属层的材质包括铜、铝，该抗氧化金属层的材质包括金、钯或铂。
11.如权利要求9所述的封装基板的制造方法，其中该些金属导线各包括一图案化种子层，该些金属导线的形成方法包括：
于该基板本体的该第一基板表面上形成一种子层；
于该种子层上形成一图案化光阻，该图案化光阻具有数个光阻开口；
从该图案化光阻的该些光阻开口露出的该种子层形成该些可氧化金属层；
于该些可氧化金属层上形成该些抗氧化金属层；
移除该图案化光阻；以及
移除该种子层未被该些可氧化金属层遮盖的部分，以形成该些图案化种子层。
12.一种覆晶式封装的制造方法，包括：
提供一晶粒，该晶粒具有相对的一第一晶粒表面与一第二晶粒表面，该第一晶粒表面具有多数个连接垫；
配置多数个导电柱在该些连接垫上并电性连接至该些连接垫；
配置多数个焊料材料在该些导电柱上；
提供一基板本体，该基板本体具有相对的一第一基板表面与一第二基板表面；
于该基板本体的该第一基板表面上形成多数个金属导线，该些金属导线各包括至少一可氧化金属层与一抗氧化金属层，该抗氧化金属层位在该些金属导线的上部分；
对该些金属导线进行氧化工艺，以在该些金属导线的该可氧化金属层的侧导线表面上形成一薄膜，其中所述薄膜接触该基板本体的该第一基板表面；
将该些焊料材料接触该些金属导线的上表面；以及
进行一接合步骤，以将该些焊料材料转变成多数个焊料层，该些焊料层物理连接并电性连接至该些金属导线，其中在该接合步骤中，该些焊料层的流动是局限在该些薄膜的上表面。
13.如权利要求12所述的覆晶式封装的制造方法，其中该可氧化金属层的材质包括铜、铝，该抗氧化金属层的材质包括金、钯或铂，该接合步骤是将该些焊料材料与该抗氧化金属层转变成该焊料层，该焊料层包括介金属化合物。
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