TWI248633B - A composite bump and method of fabricating the same - Google Patents

Description

1248633 五、發明說明（1) 【發明所屬之技術領域】 本發明係有關於一種積體電路之構裝技術，特別是有 關於一種應用在積體電路和顯示器間之構裳技術。 【先前技術】 一些現有的電子裝置中，元件與主體電路間的連接是 透過導電膜（例如異方向性導電膠，簡稱ACF )來進行。 異方向性導電膠ACF是以非導電性的合成樹脂與導電粒子 (conductive particle)混合而成，導電粒子1如第1八圖 的剖面圖所示，其直徑大約為3〜5 // m，其中央部分1 a為 聚合物，而在外面包覆以金屬導體lb，如金、鎳、錫等。 A C F常被用於液晶顯示器的製造，有的是用於將面板 的驅動晶片直接封裝於玻璃基板上的製造方法（業界通稱 為COG，即chip on glass )，或者將該驅動晶片接合至軟 性電路板CC0F，即chip on FPC )、再接合至基板的方 法。此外，ACF也適用於將晶片接合於一般印刷電路板 (COB，即 chip 〇n board)的製程中。 如第1B圖所示，以基板4表示上述的玻璃基板、軟性 電路板、、印刷電路板或其他電路板件。在製造中，其基板 4上形成有接觸墊（pad ) 4a，用以供各種訊號、能量傳

〇632-10384-TWf(4.5) ； AU0306046 ； Wayne.ptd f 5頁 1248633 五、發明說明（2) 遞。另一太品 (u ’在晶片3的引腳上形成砉六戶々道兩 (bump ) 3a。驅動曰 成車乂厗之¥電凸塊 (ACF) 5，秋後曰片!與基板4之間置入異方向性導電膠 度，接著壓合驅動晶片3與基板4膝ACF) 5的黏滯 導電凸塊3&之間必須是相互對準。此日守對應之接觸墊4a與 由於導電凸塊3 a具有一定之 電凸塊3ai接總度 ^電粒子1會在導 兄6a，、接觸墊4a之間被擠壓。 屬層lb，被擠壓之導 精由”外周面包覆之金 之間構成電性、t # /、 冷電凸塊3a與接觸墊4a N稱成寬性連接。利用ACF進行 成黏人聰翻曰μ O 丁曰曰片封衣，便可同時完 战砧σ驅動晶片3與電路耦接的動作。 兀 =極之間距愈來愈小時’導電凸塊和電極間之構穿 電l=:r(fine Pltch)的構裝技術發展。為增加導 電凸塊之導電粒子之捕捉數，需使用更多導電粒子數目之 異方向性導電膠（ACF)，用來做垂直方向的導通，但如第2 圖所示，兩相鄰的導電凸塊2〇2、2〇4容易因為導電粒子 2 0 6之聚集，而產生導電凸塊2 〇 2、2 0 4間的短路。 一般而言’習知技術使用金作為導電凸塊3 〇 2。然而 ，如第3圖所示，使用金作為導電凸塊3〇2之另一缺點為 當半導體基板304和玻璃基板306使用異方向性導電膠3Q8 接合時，在加熱固化異方向性導電膠308的製程中，容易 因為半導體基板30 4和玻璃基板3 0 6的熱膨脹係數之不同

0632-10384-TWf(4.5) ； AU0306046 ； Wayne.ptd 第6頁 1248633

五、發明說明（3) 在兩基板3 0 4、3 0 6接合冷卻後，產生相當大的枚^冑、 而金屬材質之導電凸塊3〇2之彈性緩衝力不佳，μ力 、 也因此造 成兩基板3 0 4、3 0 6的變形，形成光折射不均白& " 的現象。 【發明内容】 有鑑於此，為了解決上述問題，本發明之 曰的在於接 供一種複合凸塊結構和製造方法，其凸塊結構 、、 具導電性之聚合物，可解決習知技術導電粒子聚負，^ h 生導電凸塊間的短路的問題。且因為其複合凸二=而產 A „ 幾結構的聚 合物之彈性恢復力，較習知技術之金凸塊為大 v镑主 導體基板與玻璃基板間，接合產生之應力，解A 二 as 啤决變形之問 題0 為達成上述目的，本發明提供一種複合凸塊結構，其 包括一基板、一接觸墊位於基板上、一聚合物所組之^ 體部分位於接觸墊上、至少一導電插塞位於主體部分中， 其中導電插塞貫通整個主體部分一導電層位於主體部分 上，其中導電層經由導電插塞與接觸墊電性連接，及:保 護層位於基板上且覆蓋部分接觸塾。 、為達成上述目的，本發明提供一種複合凸塊結構之製 k方法’包括下列步驟··提供一基板，其中基板上形成一 接觸墊，形成一聚合物層於基板及上接觸墊；圖形化聚合

!248633 五、發明說明（4) 7層以形成一聚合物凸塊於接觸墊上 ^~ L括只少一凹槽曝露接觸墊； ’ /、中該聚合物凸塊 中；及形成一$電層於聚合物^塊i導電插塞於每〜凹槽 日Ϊ 了讓本發明之上述和其他目的H W :月顯易懂’下文特舉—較佳實施㈣：寸：、和優點能更 6羊細說明如下： 亚配a所附圖示：，作 【實施方式】 【實施例】 如第4圖所示，本實施彳丨 件：一接觸墊40 2位卜基板4〇〇上5凸塊結構包括下列元 半導體基板，基板4⑽上形成有電’ j基板4〇〇例如為一 4〇2與電極電#連接。取入^和（未顯示），且接觸墊 电征电u連得。一聚合物所組 於基板4GG上，上述聚合物較佳 ^ ^主體^刀4()4，位 為熱膨脹係數與例如紹，金等全為一;^子聚合物，更佳 好的高分子聚合物。全寺金屬相近’且與金屬接合良 本實施例之複合凸塊結構更包括至 位於主體部分4G4中。詳t之，^插基406 士碰* ' 汁ϋ之上述導電插塞40 6貫通整個 主體邛分404 ·’及一導電層4〇8位於主體部分4〇4上，豆中 導電層408經由導電插塞406與接觸墊4〇2電性連接。在本 發明較佳實施例中，導電插塞4〇6、導電層及接觸墊

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402係為低電阻導電金屬（例如：鋁、金、鎢、鈦、銅、 錄、錄合金、ίΤ0或其組合），且導電插塞406可以是一 個’或是複數個，以連接導電層4 〇 8和接觸墊4 〇 2。例如， 具=4個導電插塞的凸塊結構之平面圖如第5圖所示，導電 插塞40 6係形成於主體部分4〇4中。另外，如第4圖所示， 本f明之複合凸塊更包括一保護層4 〇 3位於基板4 〇 〇上，且 覆盍部分接觸墊40 2。上述之保護層40 3係為一絕緣物質所 構f ’因此本發明之複合凸塊僅藉由導電層4 〇 8經由導電 插基4 0 6和接觸墊4 〇 2電性連接，其餘部分皆以絕緣物質組 成之主體#刀4 〇 4以及保護層4 q 3隔絕。如此，本發明提供 之複s凸塊具有不易短路的特徵。 如—第6圖所示，應用本發明之複合凸塊6〇2在第一基板 400與第二基板600上之導電墊6〇ι接合的製程中，其第一 基板4 00可以為一半導體基板，第二基板6〇〇可以為一玻璃 基板/或是軟性電路板。即使兩鄰近的複合凸塊6 〇 2、6 〇 4 =:導電粒子6 0 6聚集連接兩複合凸塊的侧壁6 〇 8，因為本 貫施例之複合凸塊之侧壁6 〇 8為聚合物，具有絕緣的效 果二可以避免造成短路的現象。也因此，可以選用具有較 夕V電粒子6 0 6之ACF以增加每一凸塊6 〇 2之導電粒子6 〇 β之· 捕捉數同k ’也因為兩相鄰凸塊6 0 2、6 0 4間短路的機率 降低，可更容易使用短間隔（fine pitch)之製程。 如第7圖所不’在半導體基板4 0 0與玻璃基板6 0 〇接合

0632-10384-TWf(4.5) ； AU0306046 ； Wayne.ptd ' — 第9頁 1248633 五、發明說明（6) ------—- 的製程中，因為本實施例之複合凸塊之主體部分4〇4為一 聚合物，具有比習知技術之金凸塊更加之彈性恢復力，可 緩衝半導體基板4〇0與玻璃基板6 0 0揍合所產生之熱應力， 同時亦因為其較佳之彈性恢復力，可減少ώ塊共面度不均 勻所產生之問冑。請參照第7 g]，若_凸塊7〇2之高度較一 般=鬼704為冋，在半導體基板4〇〇與破璃基板6〇〇接合的 衣程中，由於本實施例之凸塊7〇 2具有較佳之彈性恢復 力，可緩衝接觸應力，避免因接觸應力太大造成導電粒子 706的破裂，或是導電粒子7〇6陷入凸塊7〇2内，造成之接 觸不良的問題。 【形成方式】 叫茶閱第8A至8D圖，其顯示本發明複合凸塊製造方法 之較佳實施例之製程示意圖。

/首先’如第8A圖所示，提供一基板4〇〇，其中基板4〇〇 上形^有一接觸墊40 2。形成一保護層4〇3位於基板4〇〇上 /覆盍基板4 0 0及部分接觸墊4〇2。其基板4〇〇較佳為一半 ‘體基板，且其接觸墊4 〇 2較佳為具有低電阻之金屬所組 成，例如鋁、銅或金。之後，如第8 B圖所示，形成一聚合 物層於接觸墊4 02及保護層4〇3上，其聚合物層4 05較佳 為一高分子聚合物，更佳為熱膨脹係數與例如鋁，金等金 屬相近之物質。

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取人再來，如第8C圖所示，圖形化聚合物層40 5以形成一 :二物凸塊4 04於接觸墊40 2上，其中每一凸塊4〇4形成有 一凹槽407曝露接觸墊402。接著，如第8D圖所示，沉 積並回蝕刻一導電犧牲層以形成一導電插塞4 〇 6於聚合物 層4 0 5中’導電插塞4 0 6例如為具有低電阻之金屬所組成， =如結或金。最後，形成一導電層408於凸塊404上，其中 導電層408和接觸墊4〇2經由導電插塞40 6彼此電性連接。 【本發明之特徵和優點】 本發明之特徵在於提供一種複合凸塊結構和製造方法 ’其凸塊結構之側壁為不具導電性之聚合物，可解決習知 技術導電粒子聚集，而產生導電凸塊間的短路的問題。也 因此，可以選用具有較多導電粒子之ACF以增加每一凸塊 之導電粒子之捕捉數。同時，也因為兩相鄰凸塊間短路的 機率降低，可更容易使用短間隔（f i n e p i t c h)之製程。 且因為其複合凸塊結構的聚合物之彈性恢復力，較習 知技術之金凸塊為大，可缓衝半導體基板與玻璃基板間， 接合產生之應力，解決變形之問題。同時亦因為其較佳之 彈性恢復力，可減少凸塊共面度不均勻所產生之接觸應力 太大造成導電粒子的破裂，或是導電粒子陷入凸塊内，造 成之接觸不良等問題。

0632-10384-TWf(4.5) ； AU0306046 ； Wayne.ptd 第11頁 1248633 五、發明說明（8) 雖然本發明已以較佳實施例揭露如上，然其並非用以 限定本發明，任何熟習此技藝者，在不脫離本發明之精神 和範圍内，當可作些許之更動與潤飾，因此本發明之保護 範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

0632-10384-TWf(4.5) ； AU0306046 ； Wayne.ptd 第12頁 1248633 圖式簡單說明 第1 A圖係顯示典型之導電顆粒結構。 第1 B圖係顯示驅動晶片與玻璃基板之ACF接合法示意 圖。 第2圖係顯示兩相鄰的導電凸塊因導電粒子聚集產生 短路之示意圖。 第3圖係顯示兩基板因熱膨脹係數不同接合後產生變 形之示意圖。 第4圖係顯示本發明複合凸塊結構較佳實施例之剖面 示意圖。 第5圖係顯示本發明複合凸塊結構較佳實施例之平面 示意圖。 第6圖係顯示本發明複合凸塊結構避免造成短路的現 象之示意圖。 第7圖係顯示本發明複合凸塊結構緩衝凸塊共面度不 均勻之示意圖。 第8A至8D圖係顯示本發明複合凸塊製造方法之較佳實 施例之製程示意圖。 【符號說明】 習知技術· 導電顆粒〜1 ; 金屬層〜1 b ; 晶片〜3 ， 導電凸塊〜3 a ;

0632-10384-TWf(4.5) ； AU0306046 ； Wayne.ptd 第13頁 1248633 圖式簡單說明 基板〜4 ; 金屬墊〜4 a ; ACF 〜5 導電凸塊〜2 0 2、2 0 4、3 0 2 ; 導電粒子〜2 0 6 ; 半導體基板〜3 0 4 ; 玻璃基板〜3 0 6 ; 異方向性導電膠〜308。 本發明技# : 基板〜4 0 0 ; 接觸墊〜40 2 ; 主體部分〜4 0 4 ; 導電插塞〜4 0 6 ; 導電層〜40 8 ; 玻璃基板〜6 0 0 ; 複合凸塊〜602、604、702、704 ; 導電粒子〜6 0 6、70 6 ; 複合凸塊侧壁〜6 0 8 ; 保護層〜4 0 3 ; 聚合物層〜4 0 5 ; 凹槽〜4 0 7。

0632-10384-TWf(4.5) ； AU0306046 ； Wayne.ptd 第 14 頁

Claims (1)

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1. 一種複合凸塊結構，包括： 一基板； 一接觸墊，位於該基板上； 一聚合物所組成之主體部分位於該接觸墊上· 至少一導電插塞，位於該主體部分， 塞貫通整個主體部分，並與該接觸墊電性，、中該導電插 一導電層，位於該主體部分上，其連接； 導電插塞與該接觸墊電性連接；及 該‘電層經由該 一保護層位於該基板上且覆蓋部分 2·如申請專利範圍第1項所述之複合/觸塾。 該基板為一半導體基板。 〇 塊結構，其中鲁 3·如申請專利範圍第1項所述之複合凸 該基板更包括一電極位於該基板上，其 Λ結構，其中 極電性連接。 〃該接觸墊與該電 4·如申請專利範圍第1項所述之複合凸 該導電插塞與該導電層為低電阻之金屬所組Λ…構’其中 5 ·如申請專利範圍第4項所述之複合凸&成处。 該金屬係擇自下列族群··鋁、金、鎢、\、鬼結構，其中 金、ΙΤΟ和其組合。 铜、鎳、鎳合 又6·如申請專利範圍第4項所述之複合凸塊結 該聚合物之熱膨脹係數與該金屬相近。 稱’其中 7 · —種複合凸塊、續構之製造方法 提供一基板，其中該基板上形成 形成一聚合物層於該基板上；

0632-10384-TWf(4.5) ； AU0306046 ； Wayne.ptd 第15頁

1248633 六、申請專利範圍 圖形化該聚合物層以形成一聚合物凸塊位於該接觸墊 上，其中每一聚合物凸塊包括至少一凹槽曝露該接觸墊； 形成一導電插塞於每一凹槽中；及 形成一導電層於該聚合物凸塊上。 8. 如申請專利範圍第7項所述之複合凸塊結構之製造 方法，其中該基板為一半導體基板。 9. 如申請專利範圍第7項所述之複合凸塊結構之製造 方法，更包括形成一保護層覆蓋部分該接觸墊。 1 0 .如申請專利範圍第7項所述之複合凸塊結構之製造 方法，其中該導電插塞與該導電層為低電阻之金屬所組 成。 11.如申請專利範圍第1 〇項所述之複合凸塊結構之製 造方法，其中該金屬係擇自下列族群：鋁、金、鎢、鈦、 銅、鎳、鎳合金、I T 0和其組合。 1 2.如申請專利範圍第1 1項所述之複合凸塊結構之製 造方法，其中該聚合物之熱膨脹係數與該金屬相近。 1 3 . —種複合凸塊結構，包括： 一第一基板； 一接觸墊，位於該第一基板上； 一聚合物所組成之主體部分，位於該接觸墊上； 至少一導電插塞，位於該主體部分中，其中該導電插 塞貫通整個主體部分； 一導電層，位於該主體部分上，其中該導電層經由該 導電插塞與該接觸墊電性連接；

0632-10384-TWf(4.5) ； AU0306046 ； Wayne.ptd 第16頁 1248633

六、申請專利範圍 一保護層位於該第一基板上且覆蓋部分該接觸墊； 一苐-一基板’相對於該弟'^基板’其中該第二基板在 相對於該第一基板的面上形成有一導電墊；及 一包括有複數個導電粒子之導電膠用以黏合該第一基 板和該第二基板，其中該導電層及該導電墊間夾有至少一 導電粒子。 1 4 ·如申請專利範圍第1 3項所述之複合凸塊結構，其 中該第一基板為一半導體基板。 1 5 ·如申請專利範圍第1 3項所述之複合凸塊結構’其

中該第二基板為一玻璃基板，或是一軟性電路板。 16·如申請專利範圍第13項所述之複合凸塊結構，其 中該導電插塞與該導電層為低電陴之金屬所組成。 1 7 ·如申請專利範圍第丨6項所述之複合凸塊結構，其 中該金屬係擇自下列族群：！呂、金、鐵、欽' 銅錄錄 合金、I T 0和其組合。 1 ^如中請專利範圍第1 β項戶斤述之複合凸塊…構其 中該聚合物之熱膨脹係數與該金屬相近