CN1309067C - 弹性凸块结构及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种弹性凸块结构及其制造方法，应用于电子组件的覆晶封装，弹性凸块结构由高分子凸块与金属层所组成，其形成于电子组件表面的导电接点，高分子凸块具有一上表面、一下表面及一个或一个以上的侧面，侧面连接上表面与下表面，下表面贴合于导电接点，金属层覆盖于上表面再经由侧面延伸至导通导电接点，以形成垂直电性连接，且侧面未完全覆盖金属层以隔绝其侧向的电气导通，借此阻止接点之间因各向异性导电接着剂的导电粒子聚集、细线宽与细间距而产生的短路现象。

Description

弹性凸块结构及其制造方法
技术领域
本发明涉及一种弹性凸块结构及其制造方法，特别涉及一种应用于覆晶封装的弹性凸块结构及其制造方法。
背景技术
随着电子产品同步朝向轻、薄、短、小、高速化与高机能化的发展趋势，而使得半导体组件封装技术对于增加组件可靠度、密度以及减少组件尺寸方面的要求不断提高，因此传统引线接合(wire bonding)逐渐被覆晶(倒装芯片)封装(flip-chip)技术所取代。
覆晶封装技术是以芯片与基板的接合面形成接合垫(pad)或是凸块(bump)以取代公知封装技术所使用的导线架(lead frame)。通过直接压合芯片与基板的接合面之间的凸块及接合垫来达成电路导通，可降低芯片与基板间的电子讯号传输距离，适用于高速电子组件的封装。公知的覆晶封装方法，是在芯片及基板的表面形成凸块(bump)等接合结构，然后在基板表面涂布接着剂；再将芯片及基板表面的凸块经过对位压合以完成覆晶封装结构。在芯片与基板间使用接着剂加以接合时，由于两者具有严重的热膨胀系数差异，当温度产生变化时，热应力的影响容易使芯片及基板的凸块接点产生变形。因此发展出弹性导电凸块结构，如美国第5508228号专利所公开的内容，是以高分子材料在电子组件的接点处形成凸块，再覆以金属包覆层以形成弹性导电凸块，藉此降低接点的热膨胀系数差异，减少热应力的影响。
另外，为了减少接着剂、基板和芯片间的热膨胀系数差异以及增加接点的强度，可在胶材中混入适当的非导电性填充粒子，填充粒子可补偿胶材在温度变化时，因热膨胀系数差异所产生的体积变化量，并且增加覆晶封装的接点强度。而在细间距接合的状况下，可在胶材中添加细微的导电粒子，而达成各向异性(垂直方向)的导电；但是在极细间距的情况下，导电粒子容易聚集于接点的侧面而产生短路的情形，使其所能应用的线宽和间距受限。
发明内容
为解决现有技术的问题，本发明提供一种弹性凸块结构及其制造方法，以应用于覆晶封装制作流程。利用电子组件表面的弹性凸块结构提供垂直的电性连接，弹性凸块结构由高分子凸块与金属层所组成，通过金属层的设计来防止接点之间因各向异性导电接着剂的导电粒子聚集、细线宽与细间距而产生的短路现象。
本发明公开一种弹性凸块结构及其制造方法，设计覆盖在高分子凸块的金属层，以隔绝其侧向的电性导通，直接阻止各向异性导电接着剂的导电粒子，防止接点间因导电粒子聚集而产生的短路现象。其弹性凸块结构是形成在电子组件表面的多个导电接点，以提供电子组件与基板或其它外部电子组件的电性连接。此弹性凸块结构是由高分子凸块与金属层所组成，高分子凸块具有一上表面、一下表面及连接两者的侧面，其下表面贴合于电子组件表面的导电接点，金属层覆盖在上表面再经由侧面延伸至导电接点以形成垂直电性连接，其中，高分子凸块的侧面未完全覆盖金属层，以隔绝其侧向的电气导通，其高分子凸块的形状可为圆形、六面体形或其它立体形状。
应用此弹性凸块结构所形成的覆晶封装，可达成细线宽与细间距的目的。
此外，本发明还公开一种弹性凸块结构的制造方法，是在上述的电子组件表面形成多个导电接点；再以光微影技术在电子组件表面的导电接点上形成多个高分子凸块，其具有一上表面、一下表面及连接两者的侧面，下表面贴合于导电接点；最后，覆盖一金属层于高分子凸块，金属层覆盖在上表面再经由一个或一个以上的侧面延伸至导通导电接点形成垂直电性连接，高分子凸块的侧面未完全覆盖金属层，以隔绝其侧向的电气导通。
附图说明
图1为单排凸块的芯片的俯视图；
图1A为本发明第一实施例的剖面结构示意图；
图1B为本发明第一实施例的弹性凸块结构的侧视示意图；
图1C为本发明第二实施例的弹性凸块结构的侧视示意图；
图2A为本发明第三实施例的剖面结构示意图；
图2B为本发明第三实施例的弹性凸块结构的侧视示意图；
图2C为本发明第四实施例的弹性凸块结构的侧视示意图；
图3为双排凸块的芯片俯视图；
图3A为本发明第五实施例的双排弹性凸块结构侧视示意图；
图3B为本发明第六实施例的双排弹性凸块结构侧视示意图；
图3C为本发明第七实施例的双排弹性凸块结构侧视示意图；
图4为本发明实施例的制作流程图；
图5A为本发明第八实施例的剖面结构示意图；及
图5B为本发明第九实施例的剖面结构示意图。
标记说明
100  芯片            110   高分子凸块       111   导电接点
112  下金属层        113   粘合金属层       114   金属层
120  保护膜          130   接地金属遮蔽层   140   高分子保护层
步骤310  在芯片表面形成多个导电接点
步骤320  在芯片表面形成保护膜并露出导电接点区域
步骤330  在导电接点表面形成下金属层
步骤340  以光微影技术在芯片表面的导电接点上形成六面体形状的多个高分子凸块
步骤350  覆盖一粘合金属层于高分子凸块
步骤360  覆盖一金属层于高分子凸块
步骤370  配合光微影技术蚀刻粘合金属层与金属层
具体实施方式
为使对本发明的目的、构造特征及其功能有进一步的了解，配合附图详细说明如下：
本发明所公开的弹性凸块结构及其制造方法，是通过弹性凸块与其所覆盖的金属层设计，来防止接点之间的侧向电性连接，以解决细线宽与细间距的覆晶封装所容易产生的短路问题。弹性凸块结构是由高分子凸块与金属层所组成，配合不同的制作流程与设计，高分子凸块的形状可为圆形、六面体形或其它立体形状，其高分子凸块的侧面未完全覆盖金属层，以隔绝其侧向的电气导通。
本发明的较佳实施例，是在电子组件表面的多个导电接点形成多个弹性凸块结构。并以六面体形状的高分子凸块为例，说明高分子凸块的金属层覆盖情形。
请参考图1A，其为本发明第一实施例的剖面结构示意图，其包括：一芯片100，其表面具有多个导电接点111，并在导电接点111的周围覆盖保护膜120；导电接点111则贴合弹性凸块结构，并借着弹性凸块结构产生垂直的电性连接。弹性凸块结构包括下金属层112、高分子凸块110、金属层，为防止接点氧化以及增加金属层与高分子绝缘块110的附着力，其金属层由粘合金属层113与金属层114所组成。导电接点111表面依序贴附下金属层112、高分子凸块110、粘合金属层113与金属层114，高分子凸块110呈六面体形状，其具有一上表面、一下表面及四个侧面。高分子凸块的下表面贴合于下金属层112，金属层覆盖在上表面再经由两个相对的侧面延伸至导通导电接点111以形成垂直电性连接，另外相对的两个侧面未覆盖金属层，以隔绝其侧向的电气导通。其中，多个弹性凸块排列时，其覆盖的金属层不相邻于其邻接的弹性凸块。
请参考图1B，其为本发明第一实施例的弹性凸块结构的侧视示意图。本发明的特征点在于金属层的设计，其弹性凸块结构包括下金属层112、高分子凸块110、粘合金属层113与金属层114，如图1B所示，粘合金属层113与金属层114所组成的金属层以跨接方式覆盖在高分子凸块110的两个侧面，另外两个相对侧面则未覆盖金属层，以隔绝其侧向的电气导通。
请参考图1C，其为本发明第二实施例的弹性凸块结构的侧视示意图。为了有效防止封装时所使用的各向异性导电接着剂含有的导电粒子造成的短路，除了粘合金属层113与金属层114所组成的金属层以跨接方式覆盖在高分子凸块110的两个侧面之外，金属层所覆盖的区域亦可较高分子凸块的边缘内缩1微米至5微米，其内缩尺寸可配合导电粒子的直径来决定。
此外，配合不同的凸块排列金属层覆盖的侧面可做不同设计，如第一实施例的金属层覆盖的两个侧面亦可为相邻的两侧面，或是金属层由高分子凸块的上表面覆盖至高分子凸块的任意三个侧面，并延伸至导通导电接点。
请参考图2A，其为本发明第三实施例的剖面结构示意图，其包括：一芯片100，其表而具有多个导电接点111，并在导电接点111的周围覆盖保护膜120。导电接点111表而依序贴附下金属层112、高分子凸块110、粘合金属层113与金属层114，高分子凸块110呈六面体形状，其具有一上表面、一下表面及四个侧面。高分子凸块的下表面贴合于下金属层112，金属层覆盖在上表面再经由三个侧面延伸至导通导电接点111以形成垂直电性连接，其中的一侧面未覆盖金属层，以隔绝其侧向的电气导通。
请参考图2B，其为本发明第三实施例的弹性凸块结构的侧视示意图。其弹性凸块结构包括下金属层112、高分子凸块110以及粘合金属层113与金属层114，如图1B所示，粘合金属层113与金属层114所组成的金属层覆盖在高分子凸块110的三个侧面，另外的一侧面未覆盖金属层，以隔绝其侧向的电气导通。
请参考图2C，其为本发明第四实施例的弹性凸块结构的侧视示意图。其中金属层所覆盖的区域较高分子凸块的边缘内缩1微米至5微米。
本发明可根据电子组件表面不同的凸块排列与设计，来决定金属层覆盖的情形。
请参考图3，其为双排凸块的芯片俯视图，其凸块在芯片表面以交错式排列形成双排，针对此双排凸块可作各种设计以隔绝其邻接面的侧向电气导通。
请参考图3A，其为本发明第五实施例的双排弹性凸块结构侧视示意图，其弹性凸块结构包括下金属层112、高分子凸块110以及粘合金属层113与金属层114，如图3A所示，粘合金属层113与金属层114所组成的金属层覆盖在高分子凸块110的一侧面，金属层所覆盖的侧面未邻接其它凸块，而邻接其它凸块的三侧面则未覆盖金属层，以隔绝其侧向的电气导通。
请参考图3B，其为本发明第六实施例的双排弹性凸块结构侧视示意图。其粘合金属层113与金属层114所组成的金属层覆盖在高分子凸块110的两侧面，且凸块以未覆盖金属层的侧面邻接于另一凸块，金属层所覆盖的区域较高分子凸块110的边缘内缩1微米至5微米。
请参考图3C，其为本发明第七实施例的双排弹性凸块结构侧视示意图。其粘合金属层113与金属层114所组成的金属层覆盖在高分子凸块110的一侧面，金属层所覆盖的区域较高分子凸块110的边缘内缩1微米至5微米。
请参考图4，其为本发明实施例的制作流程图，首先，在芯片表面形成多个导电接点(步骤310)；其次，在芯片表面形成保护膜并露出导电接点区域(步骤320)；在导电接点表面形成下金属层(步骤330)；以光微影技术在芯片表面的导电接点上形成六面体形状的多个高分子凸块(步骤340)，高分子凸块具有一上表面、一下表面及四个侧面，其下表面贴合于导电接点上方的下金属层；覆盖一粘合金属层于高分子凸块(步骤350)；覆盖一金属层于高分子凸块(步骤360)；接着配合光微影技术蚀刻粘合金属层与金属层(步骤370)。粘合金属层与金属层所组成的金属层覆盖上表面再经由侧面延伸至导通导电接点形成垂直电性连接，根据不同的设计，高分子凸块的一至三个侧面覆盖金属层，其余侧面则未覆盖金属层，以隔绝其侧向的电气导通。
另外，配合本发明的制造方法，可同时在电子组件表面制作高分子保护层、接地金属遮蔽层与接点合格率的测试机构。
请参考图5A，其为本发明第八实施例的剖面示意图，芯片100，其表面具有多个导电接点111，并在导电接点111的周围覆盖保护膜120。导电接点表面具有弹性凸块结构，包括下金属层112、高分子凸块110、粘合金属层113与金属层114，其中粘合金属层113与金属层114延伸至保护膜120，可直接作为接点合格率的测试机构，避免进行接点合格率测试时，测试探针和凸块的对位与滑移问题，也可减少探针对于凸块的影响。粘合金属层113与金属层114所延伸而成的接点合格率的测试机构可在弹性凸块结构制作流程中一并完成，并且在制作高分子凸块110的步骤时，同时在芯片100表面制作高分子保护层140，以保护其它线路与表面电子组件。
请参考图5B，其为本发明第九实施例的剖面示意图，亦可在电子组件表面加上接地金属遮蔽层，以防止电磁干扰等效应。如图5A所示，高分子保护层140覆盖金属遮蔽层130，先在导电接点111表面制作上金属层112时，同时制作金属遮蔽层130，并与基板上接地的导电接合垫连接，再在制作高分子凸块110的步骤时，在芯片100表面制作高分子保护层140。其中同时利用同一道掩模所制作的具有高度差异的高分子凸块110与高分子保护层140，可通过具有不同穿透率区域的掩模对正型感光高分子层曝光，再进行一次显影来完成。
应用本发明的弹性凸块结构所形成的覆晶封装，可达成细线宽与细间距的目的。
虽然本发明的较佳实施例公开如上所述，然其并非用以限定本发明，任何本技术领域的技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作一些变化和修改，因此本发明的专利保护范围以权利要求所界定者为准。

Claims (25)

1.一种弹性凸块结构，在一电子组件表面的多个导电接点形成多个凸块，该电子组件通过该凸块与外部电子组件电性连接，其特征在于：该凸块由一高分子凸块与一金属层所形成，该高分子凸块具有一上表面、一下表面及一个或一个以上的侧面，该侧面连接该上表面与该下表面，该下表面贴合于该导电接点，该金属层覆盖在该上表面再经由该侧面延伸至导通该导电接点，以形成垂直电性连接，该侧面未完全覆盖该金属层，以隔绝其侧向的电气导通。
2.如权利要求1所述的弹性凸块结构，其特征在于，该高分子凸块的形状为圆柱体、六面体、多角柱其中之一。
3.如权利要求1所述的弹性凸块结构，其特征在于，该高分子凸块的形状为六面体形，其具有该上表面、该下表面与四个侧面。
4.如权利要求3所述的弹性凸块结构，其特征在于，该金属层由该高分子凸块的该上表面覆盖至该高分子凸块的两个相对的该侧面并延伸至导通该导电接点，且该金属层不相邻于邻接的其它凸块。
5.如权利要求3所述的弹性凸块结构，其特征在于，该金属层由该高分子凸块的该上表面覆盖至该高分子凸块的两个相邻的该侧面并延伸至导通该导电接点。
6.如权利要求3所述的弹性凸块结构，其特征在于，该金属层由该高分子凸块的该上表面覆盖至该高分子凸块的四个该侧面其中之一，并延伸至导通该导电接点。
7.如权利要求3所述的弹性凸块结构，其特征在于，该金属层由该高分子凸块的该上表面覆盖至该高分子凸块的任意三个该侧面，并延伸至导通该导电接点。
8.如权利要求1所述的弹性凸块结构，其特征在于，该金属层所覆盖的区域较该高分子凸块的边缘内缩1微米至5微米。
9.如权利要求1所述的弹性凸块结构，其特征在于，该金属层由一粘合金属层外部包覆一金属层所组成。
10.如权利要求1所述的弹性凸块结构，其特征在于，该高分子凸块的下表面具有一下金属层以贴合该电子组件的导电接点。
11.如权利要求1所述的弹性凸块结构，其特征在于，该电子组件还包括一高分子保护层。
12.如权利要求1所述的弹性凸块结构，其特征在于，该电子组件还包括一高分子保护层与一接地金属遮蔽层，该接地金属遮蔽层覆盖于该电子组件表面的一保护膜，且与该基板的接地接合垫连接，该高分子保护层覆盖该接地金属遮蔽层。
13.如权利要求1所述的弹性凸块结构，其特征在于，该金属层延伸至该电子组件表面的外围以形成接点测试结构。
14.一种弹性凸块结构的制造方法，其特征在于，该方法的步骤包括有：
在一电子组件表面形成多个导电接点；
以光微影技术在该电子组件表面的该导电接点上形成多个高分子凸块，该高分子凸块具有一上表面、一下表面及一个或一个以上的侧面，该侧面连接该上表面与该下表面，该下表面贴合于该导电接点；及
覆盖一金属层于该高分子凸块，该金属层覆盖该上表面再经由该侧面延伸至导通该导电接点形成垂直电性连接，该高分子凸块的该侧面未完全覆盖该金属层，以隔绝其侧向的电气导通。
15.如权利要求14所述的弹性凸块结构的制造方法，其特征在于，该高分子凸块的形状为圆柱体、六面体、多角柱其中之一。
16.如权利要求14所述的弹性凸块结构的制造方法，其特征在于，该覆盖一金属层于该高分子凸块的步骤，其中该高分子凸块的形状为六面体形，其具有该上表面、该下表面与四个侧面，该金属层由该高分子绝缘块的该上表面覆盖至该高分子凸块的两个相对且不邻接于相邻凸块的该侧面并延伸至导通该导电接点。
17.如权利要求14所述的弹性凸块结构的制造方法，其特征在于，该覆盖一金属层于该高分子凸块的步骤，该高分子凸块的形状为六面体形，其具有该上表面、该下表面与四个侧面，其中该金属层由该高分子凸块的该上表面覆盖至该高分子凸块的两个相邻的该侧面并延伸至导通该导电接点。
18.如权利要求14所述的弹性凸块结构的制造方法，其特征在于，该覆盖一金属层于该高分子凸块的步骤，该高分子凸块的形状为六面体形，其具有该上表面、该下表面与四个侧面，该金属层由该高分子凸块的该上表面覆盖至该高分子凸块的四个该侧面其中之一，并延伸至导通该导电接点。
19.如权利要求14所述的弹性凸块结构的制造方法，其特征在于，该覆盖一金属层于该高分子凸块的步骤，该高分子凸块的形状为六面体形，其具有该上表面、该下表面与四个侧面，该金属层由该高分子凸块的该上表面覆盖至该高分子凸块的任意三个该侧面，并延伸至导通该导电接点。
20.如权利要求14所述的弹性凸块结构的制造方法，其特征在于，该覆盖一金属层于该高分子凸块的步骤，该金属层所覆盖的区域较该高分子凸块的边缘内缩1微米至5微米。
21.如权利要求14所述的弹性凸块结构的制造方法，其特征在于，该覆盖一金属层于该高分子凸块的步骤，该金属层由一粘合金属层外部包覆一金属层所组成。
22.如权利要求14所述的弹性凸块结构的制造方法，其特征在于，该以光微影技术于该电子组件表面的该导电接点上形成多个高分子凸块的步骤，以光微影技术形成该高分子凸块，并同时于该电子组件表面形成一高分子保护层。
23.如权利要求22所述的弹性凸块结构的制造方法，其特征在于，该高分子凸块与该高分子保护层的高度差异，藉由具有不同穿透率区域的掩模曝光一高分子层，再进行一次显影来完成。
24.如权利要求14所述的弹性凸块结构的制造方法，其特征在于，该于一电子组件表面形成多个导电接点的步骤之后，还包括一形成一下金属层于该导电接点的步骤。
25.如权利要求24所述的弹性凸块结构的制造方法，其特征在于，该形成一下金属层于该电子组件的导电接点的步骤，形成该下金属层于该导电接点，并同时于该电子组件表面形成一接地金属遮蔽层，该接地金属遮蔽层覆盖于该电子组件表面的一保护膜，且与该基板的接地接合垫连接。
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