517370 A7 B7 五、發明說明（ 發明領域： 本發明係有關於一種銲料凸塊（Solder Bump)之結構及 覆晶（Fhp Chip)封装之製程，特別是有關於一種覆晶封裝 技術中之銲料凸塊之結構及覆晶封裝之製程。 發明背景： 積體電路製造完成以後，還需要與其它元件相連接 散熱、並需要外殼加以保護，因此需要加以封裝。積體 路封裝的形式有簡單也有複雜，且由於極大型積體電 (Ultra Large Scale integrati〇n ; ULSI)曰趨積集化，因此 裝的接腳也日漸增多。此外，封裝的形式多樣化且封裝 製程對精準度的要求也愈來愈高。另一方面，為了降低 資，自動化與不銲線亦有其必要性。再者，為便利隨身 帶’也有多種輕薄短小的包裝出現。 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 裝 訂- 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 傳統的封裝是將積體電路之晶粒加以 A保濩，並提供電 源、散熱、且連接至其它元件。現代的封 可展則是轉變為使 封裝後具備下一層次組裝之相容性。 然而封裝可能會影響積體電路的功能 ^ 此、加大積體電路 的體積與重量、增加測試之困難度、且佶甘 义再可靠度變差。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 517370 A7 B7 五、發明說明（） 封裝形式除了有最早發展出來的兩排直立式封裝 (Dual In Line Package ; DIP)外’尚有晶粒承載器（chip Carrier)、覆晶、針格陣列（ριη Grid Array ; PGA)、膠帶承 載态（Tape Carrier)、密封包裝（Hermetic Package)、球格陣 列（Ball Grid Array ; BGA)、四方平面包裝（Quad Flat Package ; QFP) ' 導線架在晶粒之上（Lead 〇n Chip ; LOC)、 晶粒尺寸封裝（Chip Scale Package ; CSP)、裸晶（Bare Die)、 膠帶承載益封裝（Tape Carrier Package ; TCP)等。 以國内電腦晶片組三大廠而言，其近幾年來晶片組在 封裝上的變化，從早期的以qFP10〇與qFP2〇8之組合，已 經簡化成很簡單的南橋與北橋兩顆晶片，而封裝型態也提 升至必須使用一顆多於300支腳的BGA以及另一顆高達 500支腳的BGA，方可滿足功能與高密度之需求。若未來 再將繪圖晶片整合進去，則未來晶片組需以6 〇 〇支腳以上 的BGA來進行封裝。若BGA之腳數高於600支腳卻仍以 打線接合（Wire Bonding)來做為連接線路的方式，則元件封 裝之尺寸勢必面臨過大的問題。若改採覆晶技術之BGA封 裝’則可解決打線接合所面臨尺寸過大之問題。因此，針 對不同產品應用之覆晶封裝技術就此產生。這些新式封裝 方式需利用覆晶技術之錫鉛凸塊來達成其封裝接合之目 的。因此錫船凸塊在新式封裝方式上扮演重要腳色。以下 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格（210 x 297公餐） -----------裝--- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂： 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 517370 A7 B7 五、發明說明（） 說明錫鉛凸塊之基本結構。 以覆晶技術而言，需借重晶片表面之錫鉛凸塊才能達 成覆晶接合之目的。錫錯凸塊之結構可分成兩個部份，分 別為凸塊下金屬層（Under Bump Metallurgy ; UBM)以及凸 塊本體。凸塊下金屬層至少由兩層金屬所組成。第一層為 黏附層（Adhesion Layer)，其材質可為鈦、鉻、或鎢化鈦等， 用以使鍚錯凸塊與銲塾（Bonding Pad)及晶片之護層 (Passivation Layer)間有較強之黏著性。第二層為沾錫層 (Wetting Layer)，其材質可為鎳、銅、鉬或鉗等，用以提升 黏附層與錫錯凸塊間之黏著性。基本上組成沾錫層之金屬 與錫錯凸塊之潤溼（Wetting)程度較高，因此高溫迴銲 (Reflow)時’錫毅凸塊可完全沾附其上而成球。有些廠商會 在沾錫層上鐘上一層保護層（Protection Layer)，例如金等， 用來保護鎳或銅等金屬免於被氧化，以保持其與錫錯凸塊 間之潤、屋效果。至於凸塊本體方面，常用的組成有兩種。 第一種是高溫錫錯合金，例如5 %錫/ 9 5 %錯或3 %錫/ 9 7 % 錯’通常用於可耐高溫之陶瓷基板。第二種是低溫錫鉛合 金’例如37%錫/63%鉛或40%錫/60%鉛，通常用於有機基 板，其組裝所需成本較高溫錫鉛合金為低。 上述凸塊本體之製作方法有蒸鍍法（£Vap〇rati〇n)、電鑛 法（Electroplating)、以及印刷法（printing)等。蒸鍍法之產 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公爱） ------------^--- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 517370 A7
犯’私特性之限制，使其每小時只能生產7片8吋晶圓 ^成製造成本居高不τ，因此已無法符合市場需求。故1 别凸塊本體之盤、土 τη 氣作方法主要使用電鍍法以及印刷法。 無_疋電鍍法或印刷法，其主要製程說明如下。請名 考第1 Α圖至第1 c圖，其為習知之銲料凸塊之結構及其驾 程。如第1A圖所示，首先在石夕晶圓1〇與護層2〇間形成安 墊30。接著，如第1B圖所示，在光阻利的遮蔽之下，名 銲墊30上以電鍍法或印刷法形成高鉛銲料5〇。接著，女 第ic圖所示，先將光阻（未繪示）去除，再於32〇它的迴鋼 溫度下’使銲料凸塊60熔成球形。 丨丨丨丨丨丨丨丨丨»t·丨. (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 请參考第2A圖至第2C圖，其為習知覆晶封裝之流程 示意圖。如第2A圖所示，將已具有銲料凸塊16〇的矽晶圓 110上下倒轉，覆蓋於底材170之上。此底材17〇之材質 例如可為雙馬來醯亞胺-三氮六環⑺丨^^^^ Triazine , BT)樹脂。如第2B圖所示，於32CTC的迴銲溫度 下’使銲料凸塊1 6 0炼化後與底材1 7 〇相黏接。如第2 C圖 所示，最後，在護層1 2 0、銲料凸塊1 6 〇、以及底材1 7 0間 進行填膠（Underfilling)，以保護绎料凸塊ι60。此填膠步驟 所用之液態膠1 80材質例如可為環氧樹脂。 上 述習知使用高鉛銲料（例如5 %錫/9 5 %鉛）凸塊之製程 訂 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公爱） 517370 A7 B7 五、發明說明（ 以及覆晶封裝之流程，其最主要 θ 取王要的考1是，高鉛銲料凸姨 之較長壽命可提高覆晶產品之使用 汊用平限。然而，為了降伯 覆晶產品的成本而普遍使用的B T忘u t 97 β 1底材一但遇到高鉛銲剩 凸塊之迴焊溫度3 2 0 °C ’會產味古必l a座生同錯銲料凸塊與BT底材無 法牢固地黏合之問題。其次，右盔 在母兩個銲料凸塊間的間距 隨著積體電路積集度的增高而侖來侖 门叩忍木忿小的形況之下，當在 迴銲的過程中，溫度超過銲料㈣點時，銲料凸塊的球形 外觀將造成㈣鄰銲料凸塊橋接之危險。再者，銲料凸塊 的高度愈高’銲料凸塊與底材間之接點的壽命愈長，且愈 谷易進行填勝的工作，而一曰溫声5丨 一 /皿度到達銲料的熔點時，詳 料凸塊的高度便會銲料凸塊的塌陷因減少。另外，每兩個 銲料凸塊間的間距愈大，在進行填膠的工作時，愈不會產 生孔洞（V’。習知之高錯銲料會在迴銲的過程中溶化變 形而導致每兩個銲料凸塊間的間距變小，進一步使進行填 膠的工作時，易產生孔洞。 發明目的及概述： 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 ^99 ^--- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 雲於上述之發明背景中’在習知的銲料凸塊之結構與 覆晶封裝之製程中，BT底材一但遇到高鉛銲料凸塊之迴銲 溫度32〇°(：，會產生m料凸塊與Βτ底材無法牢固地黏 合之問題。其次，在迴銲的過程中，溫度超過銲料的熔點 時，銲料凸塊的球形外觀將造成兩相鄰銲料凸塊橋接之危 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 517370 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 五、發明說明（） 險。再者’料凸塊的高度愈 點的壽命愈長，且愈容易進行填膠二塊與底材間之接 達銲料的熔點時’銲料凸塊的高* ，而-旦溫度到 個銲料凸塊間的間距愈大，在t 土/減少。另外’每兩 產生孔洞。 丁真膠的工作時，愈不會 因此本發明之-目的為提供 晶封裝之製程，本發明之焊料 ^料凸塊之結構及覆 所組成，可消除高錯銲料之高炫:種不同炼點之材料 成之影響。 、覆晶產品之基板所造 本發明之再一目的為提供一種 程，可在迴銲過程之後產生較高的凸:凸塊之結構及其製 塞間距且不會產生明顯的塌陷。 之向度與較大的填 本發明之又一目的為避免在迴銲過 塊橋接之危險。 租平仏成兩相鄰凸 依據本發明之上述目的，因此 塊之結構及覆晶封裝之製程。此銲料二:提供-種銲料凸 :材料所組成，包括高紐銲料層與低炫點點 柱體之形狀。此覆晶封裝之製程體/Λ之八高料料層仍具圓 乂包含下列步驟。首先， 本紙張尺度適財關家標準（CNS)A4規^^；_ 297公爱' ----— — — — — — --- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂· 517370 A7 B7 五、發明說明( 形成桿塾於石夕晶圓與護層間。接著，形成高鉛銲料層於銲 塾之上。接著’形成低熔點銲料層於高鉛銲料層之上。接 著’第一次迴銲低熔點銲料層。接著，倒轉該矽晶圓。接 著’將石夕晶圓覆蓋於底材之上。接著，第二次迴銲低熔點 鲜料層’使低溶點銲料層熔化後與底材相黏接。最後，填 膠於護層、高錯銲料層、低熔點銲料層、以及底材間。 圖式簡單說明： 本發明的較佳實施例將於往後之說明文字中辅以下列 圖形做更詳細的闡述，其中： 第1 A圖至第1 C圖為習知之銲料凸塊之結構及其製程 之不意圖； 第2A圖至第2C圖為習知之覆晶封裝技術之流程示意 ------------··裝—— (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂 圖； 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 第3 A圖至第3 C圖為本發明之一較佳實施例之銲料凸 塊之結構及其製程之示意圖； 第4A圖至第4C圖為本發明之一較佳實施例之覆晶封 裝技術之流程示意圖；以及 第5A圖至第5F圖為習知與本發明之一較佳實施例之 產干料凸塊之南度以及輝料凸塊間之寬度比較圖。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公餐） 517370 A7 B7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明說明（） 圖號對照說明： ίο 碎晶圓 30 銲墊 5 0 南錯鲜料 1 1 0矽晶圓 1 3 0銲墊 170底材 2 1 0石夕晶圓 230銲墊 2 5 0 高鉛銲料 260低熔點銲料凸塊 320護層 3 5 0高鉛銲料 3 70底材 410矽晶圓 470底材 5 5 0 高鉛銲料 570底材 SO、SI、S2 寬度 發明詳細說明： 20 護層 40 光阻 60 銲料凸塊 120護層 160銲料凸塊 1 8 0液態膠 220護層 2 4 0光阻 2 5 5低熔點銲料 3 1 0矽晶圓 3 30銲墊 3 60低熔點銲料凸塊 3 8 0液態膠 4 5 0 高鉛銲料 5 1 0石夕晶圓 5 6 0低熔點銲料 HO、HI、H2 高度 •---- I I I I I 1 --- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 517370 A7 B7 五、發明說明（） 本發明係有關於一種覆晶封裝技術中之銲料凸塊之結 構及覆晶封裝之製程。請參考第3A圖至第3c圖，其為本 發明之一較佳實施例之銲料凸塊之結構及其製程之示意 圖。如第3A圖所示，首先在矽晶圓21〇與護層22〇間形成 銲墊2j0。接著’如第3B圖所示’在光阻240的遮蔽之下， 在銲墊230上以電鍍法或印刷法形成高鉛銲料25〇與低溶 點鈐料（Eutectic SoMer)25 5。高鉛銲料25〇的組成為5%錫 /95%鉛，迴銲最高溫度約為^(^至36〇c>c ;低熔點銲料 255的組成為37%錫/63%鉛，迴銲最高溫度則約為2〇<rc至 220C。接著，如第3C圖所示，先將光阻（未繪示）去除， 再於約220 C的迴銲溫度下，使低熔點銲料凸塊26〇熔成 半球形。由於此約22(TC的迴銲溫度小於高鉛銲料25〇的 迴銲最高溫度3201：至3601，因此在迴銲的過程中，高鉛 銲料2 5 0.保持圓柱體之外觀而不熔化變形。 第4A圖至第4C圖為本發明之一較佳實施例之覆晶封 裝技術之基本流程。如第4A圖所示，將已具有半球形之低 熔點銲料凸塊360的矽晶圓310上下倒轉，覆蓋於底材37〇 之上。此底材370之材質例如可為B丁樹脂。如第4β圖所 不，於約220 C的迴銲溫度下，使低熔點銲料凸塊36〇熔 化後與底材3 7 0相黏接。如第4 C圖所示，最後，在護層 320、高鉛銲料3 50、低熔點銲料凸塊36〇、以及底材37〇 間進行填膠，以保濩南鉛銲料3 5 0及低熔點銲料凸塊3 6 〇。 10 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公爱） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) ^--------^---------. 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 517370 A7 B7 五、發明說明（ 此填膠步驟所用之液態膠3 8 0材質例如可為環氧樹 脂 經 濟 部 智 慧 財 產 局 員 工 消 費 合 作 社 印 製 上述本發明之一較佳實施例之使用兩種不同的銲料 (5%錫/95%鉛與37%錫/63%鉛）以形成銲料几仏 ^ τ ι、τ 〇塊之製程以及 覆晶封裝之流程，其最主要的考量是，Λ 苟了降低覆晶產品 的成本而普遍使用的ΒΤ底材一但遇到高鉛銲料凸塊之迴 •銲溫度約320t ’會產生高錯鲜料凸塊與β丁底材無法牢= 地黏合之問題。因此，實際與BT底材相黏接的銲料為低熔 點銲料凸塊。其次，在每兩個銲料凸塊間的間距隨著積體 電路積集度的增南而愈來愈小的形況之下 〜卜，§在迴銲的過 程中，溫度超過銲料的熔點時，銲料凸塊的球形外觀將造 成兩相鄰銲料凸塊橋接之危險。由於此實施例之辉料凸塊 之主體為高鉛銲料，其不會在迴銲的過程中熔化變形，因 此不會有兩相鄰銲料凸塊橋接之危險。再者，輝料凸塊的 南度愈高，銲料凸塊與底材間之接點的壽命愈長，且僉容 易進行填膠的工作，而一旦温度到達銲料的熔點時， 凸塊的高度便會銲料凸塊的塌陷因減少。由於此實施例之 銲料凸塊之主體為南鉛銲料，因此不會在迴銲的過程中熔 化變形而導致銲料凸塊的高度因銲料凸塊的塌陷因減少γ 另外，每兩個銲料凸塊間的間距愈大，在進行填膠的2作 時，愈不會產生孔洞。由於此實施例之高鉛銲料在迴銲的 過程中不會熔化變形，因此不會導致每兩個銲料凸塊^的 間距變小而使進行填膠的工作時容易產生孔洞。 9 、 11 本紙張尺度適財_冢標準（CNS)A4規格（士 x 297公髮 K n n n n ϋ n n n 1« · n n n. · (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 1訂-----
.P 517370 經 濟 部 智 慧 財 產 局 員 工 消 費 合 作 社 印 製 A7 五、發明說明（） 第5A圖至第^匡j & 。 r料凸換之”圖為白知與本發明之-較佳實施例之 紅枓凸塊之南度以及銲料 ^ n ^ ^ ^ . A a之見度比較圖，其中H0 為知枓凸塊未經迴銲前 方5名日、设庙* 原〇同度’ H1為第一次將溫度提 古s、…* 塊之严度，H2為第二次將溫度提 二時且銲料凸塊與底材相黏合 之高 二=銲料凸塊間未經迴銲前之原始寬度，51為第一次 ^皿^以迴銲溫度時之銲料凸㈣之寬度，S2為第二 次將/皿度提兩至迴銲溫度時 „、，n A τ杆针凸塊與底材相黏合之銲 料凸塊間之見度。比較纟士吴列
孕乂、α果列於下表。由第5Α圖至第5F 圖與此表可知，由於習知夕4曰也^ 、 於白知之1干枓凸塊為傳統的單層銲料所 組成’因此母經一次适J ^日_TL ιά» ▲ 人迴知，紅枓凸塊之高度即因銲料凸塊 溶化變幵》而減小。而本發明之一較彳 ^ 早乂佳霄施例由於使用具不 同熔點的材料形成雙層結構之複合式鲜料凸塊，且第一層 為高熔點的高錯銲料，第二層為低炫點且用以與底材相黏 合的低Μ料’因此以第二層低錯鲜料的溶點溫度進行迴 銲時，第一層咼鉛銲料並不會熔化變形，而僅是第二層低 錯銲料產生微量的溶化變形。 H0 H1 H2 SO jLiL_ 厂 S2 - 迴銲溫度 習知 H0 I Ihkho H2<H1 SO 丨 S1<S0 S2<S1 3 20〇C 本發明 ... H0 HI = HO H2= HO SO S 1 = s o 1 S2= SO 220〇C j 12 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐）
-----------^--------^---------.jp----- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 517370 A7 ___________ B7 五、發明說明（） 綜合上述，本發明的主要優點為提供一種銲料凸塊之 結構及覆晶封裝之製程，運用本發明之銲料凸塊之結構及 其製程’可消除高鉛銲料之高熔點對覆晶產品之基板所造 成之影響。 本發明的另一優點為，運用本發明之銲料凸塊之結構 及其製程’可在迴銲過程之後產生較高的凸塊之高度與較 大的填塞間距且不會產生明顯的塌陷。 本發明的又一優點為避免在迴銲過程中造成兩相鄰凸 塊橋接之危險。 如熟悉此技術之人員所瞭解的，以上所述僅為本發明 之車父佳實施例而已’並非用以限定本發明之申請專利範 圍，凡其匕未脫離本發明所揭不之精神下所完成之等效改 變或修飾’均應包含在下述之申請專利範圍内。 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐）