CN211238232U - 用于晶圆级封装的金属焊线互连结构 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种用于晶圆级封装的金属焊线互连结构，该结构包括：支撑基板；弧状直立线的第一金属焊线，第一金属焊线具有相对的第一端及第二端，该第一端通过打线凸块与支撑基板相连接，该第二端连接一焊球；位于支撑基板上的塑封材料层，塑封材料层塑封第一金属焊线，且塑封材料层的表面显露所述焊球；第二金属焊线，第二金属焊线与焊球电连接。本实用新型通过直接形成弧状直立线的金属焊线，工艺简单，不需要额外浪费材料，有效降低了制造成本；另外，直接通过金属焊线上的焊球直接实现相邻两层金属焊线的连接，从而可减少形成金属层的步骤、时间及费用，提高产品质量。

Description

用于晶圆级封装的金属焊线互连结构

技术领域

本实用新型涉及半导体封装领域，特别是涉及一种用于晶圆级封装的金属焊线互连结构。

背景技术

随着人们对更大功能、更好性能和更高能效、更低制造成本和更小的形状系数的不断需求，晶圆级封装(WLP)技术已成为满足移动和网络应用电子设备需求的最有希望的技术之一，它的全部或大部分工艺步骤是在已完成前工序的硅圆片上完成的，最后将圆片直接切割成分离的独立器件。圆片级封装(WLP)具有其独特的优点：①封装加工效率高，可以多个圆片同时加工；②具有倒装芯片封装的优点，即轻、薄、短、小；③与前工序相比，只是增加了引脚重新布线(RDL)和凸点制作两个工序，其余全部是传统工艺；④减少了传统封装中的多次测试。因此世界上各大型IC封装公司纷纷投入这类WLP的研究、开发和生产。

考虑晶圆级封装结构特殊的功能需求，需要如图1所示的堆叠金属焊线12、13互连结构。在现有的半导体封装工艺中，焊线工艺(WB)是一个最为重要而且具有挑战性的工艺环节。目前业界所采用的焊线都是由线柱经多次抽拉后形成的具有一定线径、表面光滑的焊线，且在进行焊线时，必须藉由打第二焊点(2nd Bond)的方式，即采用特殊的焊线机，通过2nd Bond 的方式先对焊线进行半切，再对焊线进行拉伸及切断，以形成所需的线形，工艺复杂且浪费原材料；另外，在形成堆叠的金属焊线结构时，由于金属焊线的线径较细，为提高位于下层的第一金属焊线12及位于上层的第二金属焊线13相结合的牢固性及稳定性，则通常需要在封装体上采用电镀法制备可增大焊线间的接触面积的金属层14，以通过金属层14连接位于下层的第一金属焊线12及位于上层的第二金属焊线13，采用电镀法形成金属层14的工艺步骤复杂，且焊线弯曲后，经过拉伸不能形成符合要求的直线形焊线，并且在对金属焊线进行拉伸的过程中，很容易造成焊线虚焊等质量问题。

因此，提供一种新型的用于晶圆级封装的金属焊线互连结构，实属必要。

实用新型内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本实用新型的目的在于提供一种用于晶圆级封装的金属焊线互连结构，用于解决现有技术中在晶圆级封装形成堆叠的金属焊线互连结构中，形成金属焊线的方法复杂且浪费原材料，另外需要采用电镀法形成金属层以实现相邻两层金属焊线连接造成工艺步骤复杂，UPH(每小时产量)较低等的问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本实用新型提供一种用于晶圆级封装的金属焊线互连结构，所述互连结构包括：

支撑基板；

弧状直立线的第一金属焊线，所述第一金属焊线具有相对的第一端及第二端，该第一端通过打线凸块与所述支撑基板相连接，该第二端连接一焊球；

位于所述支撑基板上的塑封材料层，所述塑封材料层塑封所述第一金属焊线，且所述塑封材料层的表面显露所述焊球；

第二金属焊线，所述第二金属焊线与所述焊球电连接。

可选地，所述第二金属焊线与所述第一金属焊线具有相同的结构。

可选地，所述焊球与所述第二金属焊线之间还包括金属层，所述金属层包括Au层及Ni/Au 层中的一种。

可选地，所述塑封材料层的表面显露的所述焊球在垂向区域覆盖所述第一金属焊线。

可选地，所述第一金属焊线包括Cu线、Au线、Cu合金线、Au合金线及Cu/Au合金线中的一种；所述第二金属焊线包括Cu线、Au线、Cu合金线、Au合金线及Cu/Au合金线中的一种。

如上所述，本实用新型的用于晶圆级封装的金属焊线互连结构，具有以下有益效果：通过直接形成弧状直立线的金属焊线，而不需要藉由打第二焊点的方式先对焊线进行半切，再对焊线进行拉伸及切断才能形成所需的线形，本实用新型的金属焊线不需要特殊的焊线机，使用现有的机台设备即可实现，工艺简单，不需要额外浪费材料，有效降低了制造成本；另外，可直接通过金属焊线上的焊球直接实现相邻两层金属焊线的连接，从而可减少形成金属层的步骤、时间及费用，提高产品质量。

附图说明

图1显示为现有技术中的用于晶圆级封装的金属焊线互连结构的截面示意图。

图2显示为本实用新型的用于晶圆级封装的金属焊线互连结构的制备方法的流程示意图。

图3至图12显示为本实用新型的用于晶圆级封装的金属焊线互连结构的制备方法中各步骤所得结构的截面示意图，其中图4至图7显示为图3虚线A中的第一金属焊线的制备方法的流程示意图，图11及图12还显示为本实用新型的用于晶圆级封装的金属焊线互连结构的截面结构示意图。

元件标号说明

11 支撑基底

12 第一金属焊线

13 第二金属焊线

14 金属层

21 支撑基底

22 第一金属焊线

23 金属层

24 焊球

25 塑封材料

26 塑封材料层

27 第二金属焊线

31 焊线

32 劈刀

33 焊垫

34 打线凸块

35 线夹

S1～S4 步骤

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本实用新型的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本实用新型的其他优点与功效。本实用新型还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本实用新型的精神下进行各种修饰或改变。

请参阅图2至图12。需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本实用新型的基本构想，遂图示中仅显示与本实用新型中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂，且本实施例中的“上”，“下”并不具有严格的限定意义而只是为了描述的简便。

实施例一

如图2所示，本实施例提供一种用于晶圆级封装的金属焊线互连结构的制备方法，通过直接形成弧状直立线的金属焊线，而不需要藉由打第二焊点的方式先对焊线进行半切，再对焊线进行拉伸及切断才能形成所需的线形，本实施例的金属焊线不需要特殊的焊线机，使用现有的机台设备即可实现，工艺简单，不需要额外浪费材料，有效降低了制造成本；另外，可直接通过金属焊线上的焊球直接实现相邻两层金属焊线的连接，从而可减少形成金属层的步骤、时间及费用，提高产品质量。

如图2至图12，示意了本实施例中制备用于晶圆级封装的金属焊线互连结构各步骤的截面示意图。

如图2及图3所示，首先进行步骤S1及S2，提供支撑基板21(步骤S1)，于所述支撑基板21上形成弧状直立线的第一金属焊线22，所述第一金属焊线22具有相对的第一端及第二端，该第一端通过打线凸块34与所述支撑基板21相连接，该第二端连接一焊球24。

在所述第一金属焊线22的第二端形成所述焊球24，通过所述焊球24可避免或减少在后续形成的塑封材料层26表面制备一层金属层的步骤，从而可减少工艺步骤、时间及费用。

作为示例，所述支撑基板21主要起支撑作用，以通过所述支撑基板21对后续形成于其上的结构进行支撑。所述支撑基板21可包括玻璃基底、金属基底、半导体基底、聚合物基底及陶瓷基底中的一种。这里需要说明的是，后续所述支撑基板21需要去除，所以支撑基板 21上一般会形成有一层分离层，所述分离层可包括在加热或光照条件下粘度降低的聚合物层，例如LTHC光热转换层，当后续结构形成后，可以基于激光对所述LTHC光热转换层进行加热，以使所述支撑基板21自所述LTHC光热转换层处分离。由于玻璃基板成本较低，容易在其表面形成分离层，且能降低后续的剥离工艺难度，因此，所述支撑基板21优选为玻璃基板，分离层优选采用旋涂工艺涂覆于支撑基板表面，然后经紫外固化或热固化工艺使其固化成型为光热转换层，以便于在后续的剥离工艺中支撑基板自光热转换层处分离。

如图4至图7所示，作为示例，为图3虚线A中的第一金属焊线22的一实施例的制备方法的流程示意图，如下：

如图4及图5所示，首先提供焊线31、劈刀32及线夹35，所述劈刀32对所述焊线31的位置进行固定，于所述焊线31末端形成焊球24，并将该焊球24焊接到所述支撑基板21 的焊垫33上。

上述步骤具体包括：首先通过劈刀32及线夹35夹紧焊线31(如4a所示)；然后于焊线31末端通过电火花将所述焊线31的末端融化形成焊球24(如4b所示)；接着松开线夹35，向上移动焊线31，以使焊球24位于劈刀32的末端(如4c所示)；接着关闭线夹35(如 5a所示)；接着通过劈刀32将焊球24焊接在焊垫33上(如5b所示)；接着松开线夹35，将劈刀32沿竖直方向向上移动一定距离(如5c所示)，从而在焊垫33上形成与焊垫共晶连接的打线凸块34。

如图6中的6a所示，接着通过所述劈刀32使所述焊线31与所述打线凸块34连接的部位发生变形而产生裂纹。

上述步骤具体包括：使所述劈刀32沿竖直方向上移，然后使所述劈刀32沿水平方向向右或向左移动，从而使所述焊线31与所述打线凸块34连接的部位发生变形而产生裂纹。

如图6中的6b所示，接着将所述劈刀32沿竖直方向上移预设距离，该预设距离定义所述第一金属焊线22的长度，在将所述劈刀32保持竖直方向的同时，使所述劈刀32沿圆弧型轨迹进行往复运动，以使该预设距离的焊线31产生内应力，从而呈现为弧状直立线。

如图6中的6c所示，接着沿竖直方向上移所述劈刀32及焊线31，以拉断焊线31，从而形成打线凸块34，同时所述劈刀32下方的焊线31呈弧状直立线。这里需要说明的是，拉断焊线31时，保持线夹35处于夹紧的状态，图6中的6c中劈刀32下方的焊线31的形状由于竖直方向的上拉作用相对图6中的6b而言，会有一部分的弧度减小，但是通过预设该上拉力可以精确控制图6中的6c中劈刀32下方的焊线31的形状呈弧状直立线，这些都可以根据具体工艺进行参数设置，这里不做具体限定。

如图6中的6d所示，接着于呈弧状直立线的所述焊线31的末端形成所述第一金属焊线 22第二端上的所述焊球24。具体地，可以于焊线31的末端通过电火花将所述焊线31的末端融化形成该焊球24。这里需要说明的是，形成焊球24时，保持线夹35处于夹紧的状态。

如图7中的7a所示，接着通过所述劈刀32将呈弧状直立线的所述焊线31的上端焊接到所述打线凸块34，在焊接压力的作用下，呈弧状直立线的所述焊线31向上翘起，从而形成图3中所述第一金属焊线21的形状。这里需要说明的是，在焊接过程中，所述线夹35保持松开的状态。

如图7中的7b及7c所示，最后通过所述劈刀32，拉断焊线31，从而于所述打线凸块34上形成所述第一金属焊线22。

上述步骤具体包括：保持线夹35松开，使所述劈刀32沿竖直方向上移，然后夹紧线夹 35(如7b所示)；然后通过所述劈刀32向上拉动所述焊线31直至拉断所述焊线31，从而形成所述第一金属焊线22。

至此形成一根所述第一金属焊线22的制备循环。现对于现有技术中需要藉由打第二焊点的方式先对焊线进行半切，再对焊线进行拉伸及切断才能形成所需的线形来说，本实施例通过直接形成弧状直立线的金属焊线，不需要特殊的焊线机，使用现有的机台设备即可实现，工艺简单，不需要额外浪费材料，可有效降低制造成本。

如图2及图9所示，然后进行步骤S3，于所述支撑基板21上形成塑封所述第一金属焊线22的塑封材料层26，且所述塑封材料层26的表面暴露所述第一金属焊线22第二端上的所述焊球24。

如图8及图9所示，作为示例，形成所述塑封材料层26的步骤包括：

于所述支撑基板21及所述第一金属焊线22的上表面形成塑封材料25(如图8所示)；

研磨去除所述塑封材料25至暴露出所述第一金属焊线22第二端上的所述焊球24，从而形成塑封所述第一金属焊线22的塑封材料层26。

作为示例，所述塑封材料层26的材料可以包括但不限于聚酰亚胺、硅胶及环氧树脂中的一种或多种，形成所述塑封材料层26的工艺可以包括但不仅限于喷墨工艺、点胶工艺、压缩成型工艺、传递模塑成型工艺、液封成型工艺、真空层压工艺或旋涂工艺中的一种或多种。

作为示例，研磨去除所述塑封材料25的方法包括化学机械研磨法，但并非局限于此。优选所述塑封材料层26的表面显露的所述焊球24在垂向区域覆盖所述第一金属焊线22，即显露的所述焊球24的面积大于所述第一金属焊线22的面积，以通过所述焊球24增大

所述第一金属焊线22的截面积，以利于后续焊线的连接。

如图2、图11及图12所示，最后进行步骤S4，于所述塑封材料层26上形成第二金属焊线27，所述第二金属焊线27与所述焊球24电连接。

由于所述第一金属焊线22的第二端设置有所述焊球24，且所述塑封材料层26显露所述焊球24，所述焊球24可以替代现有技术中于塑封材料层26上电镀形成金属层以实现相邻两层金属焊线的步骤，从而可减少形成金属层的步骤、时间及费用，提高产品质量。

如图12所示，作为该实施例的进一步实施例，所述第二金属焊线27的制备方法与所述第一金属焊线22相同。具体地，所述第二金属焊线27也可以采用图4至图7所示的金属焊线的制备方法。但也可以采用其他的制备方法，原则上，如果相邻两层之间需要进行电连接时，均可使用本实施例所述第一金属焊线22第二端具有所述焊球24的结构，以减少相邻两层进行电连接时形成金属层的步骤。

作为示例，所述第一金属焊线22包括Cu线、Au线、Cu合金线、Au合金线及Cu/Au 合金线中的一种；所述第二金属焊线27包括Cu线、Au线、Cu合金线、Au合金线及Cu/Au 合金线中的一种。如当所述第一金属焊线22采用Au线，所述第二金属焊线27采用Au线时，在显露所述焊球24之后，可直接通过所述焊球24连接所述第一金属焊线22及所述第二金属焊线27，而无需再形成图1中所示的金属层14，从而可避免在所述第一金属焊线22及第二金属焊线27之间制备金属层。当所述第一金属焊线22采用Cu线，所述第二金属焊线27采用Cu线时，在显露所述焊球24之后，可在所述塑封材料层26的表面采用电镀法、PVD及 CVD等方法，制备金属层23，所述金属层23包括Au层及Ni/Au层中的一种，以进一步的增强所述第一金属焊线22与所述第二金属焊线27之间结合的牢固性及稳定性。从而本实施例中，通过所述焊球24可避免或减少在所述塑封材料层26表面制备一层金属层的步骤，从而可减少工艺步骤、时间及费用。

实施例二

本实施例提供一种用于晶圆级封装的金属焊线互连结构，该互连结构可采用上述实施例一的制备方法制备，但不限于实施例一所述的制备方法，只要能形成本互连结构即可。该互连结构所能达到的有益效果请参见实施例一，以下不再赘述。

如图11及图12所示，该互连结构包括：

支撑基板21；

弧状直立线的第一金属焊线22，所述第一金属焊线22具有相对的第一端及第二端，该第一端通过打线凸块34与所述支撑基板21相连接，该第二端连接一焊球24；

位于所述支撑基板21上的塑封材料层26，所述塑封材料层26塑封所述第一金属焊线22，且所述塑封材料层26的表面显露所述焊球24；

第二金属焊线27，所述第二金属焊线27与所述焊球24电连接。

作为示例，所述第二金属焊线27与所述第一金属焊线22具有相同的结构。

作为示例，所述焊球24与所述第二金属焊线27之间还包括金属层23，所述金属层23 包括Au层及Ni/Au层中的一种。

作为示例，所述塑封材料层26的表面显露的所述焊球24在垂向区域覆盖所述第一金属焊线22。

作为示例，所述第一金属焊线22包括Cu线、Au线、Cu合金线、Au合金线及Cu/Au 合金线中的一种；所述第二金属焊线27包括Cu线、Au线、Cu合金线、Au合金线及Cu/Au 合金线中的一种。

综上所述，本实用新型提供一种用于晶圆级封装的金属焊线互连结构及其制备方法，通过直接形成弧状直立线的金属焊线，而不需要藉由打第二焊点的方式先对焊线进行半切，再对焊线进行拉伸及切断才能形成所需的线形，本实用新型的金属焊线不需要特殊的焊线机，使用现有的机台设备即可实现，工艺简单，不需要额外浪费材料，有效降低了制造成本；另外，可直接通过金属焊线上的焊球直接实现相邻两层金属焊线的连接，从而可减少形成金属层的步骤、时间及费用，提高产品质量。所以，本实用新型有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。

上述实施例仅例示性说明本实用新型的原理及其功效，而非用于限制本实用新型。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本实用新型的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本实用新型所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本实用新型的权利要求所涵盖。

Claims (5)

1.一种用于晶圆级封装的金属焊线互连结构，其特征在于，所述互连结构包括：

支撑基板；

弧状直立线的第一金属焊线，所述第一金属焊线具有相对的第一端及第二端，该第一端通过打线凸块与所述支撑基板相连接，该第二端连接一焊球；

位于所述支撑基板上的塑封材料层，所述塑封材料层塑封所述第一金属焊线，且所述塑封材料层的表面显露所述焊球；

第二金属焊线，所述第二金属焊线与所述焊球电连接。

2.根据权利要求1所述的用于晶圆级封装的金属焊线互连结构，其特征在于：所述第二金属焊线与所述第一金属焊线具有相同的结构。

3.根据权利要求1所述的用于晶圆级封装的金属焊线互连结构，其特征在于：所述焊球与所述第二金属焊线之间还包括金属层，所述金属层包括Au层及Ni/Au层中的一种。

4.根据权利要求1所述的用于晶圆级封装的金属焊线互连结构，其特征在于：所述塑封材料层的表面显露的所述焊球在垂向区域覆盖所述第一金属焊线。

5.根据权利要求1所述的用于晶圆级封装的金属焊线互连结构，其特征在于：所述第一金属焊线包括Cu线、Au线、Cu合金线、Au合金线及Cu/Au合金线中的一种；所述第二金属焊线包括Cu线、Au线、Cu合金线、Au合金线及Cu/Au合金线中的一种。

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