TWI445105B - 在封裝基板上形成金屬凸塊之方法 - Google Patents

Description

在封裝基板上形成金屬凸塊之方法

　　本發明係關於在封裝基板上形成金屬凸塊之方法，特別是關於一種在細間距封裝基板上形成金屬凸塊之方法。

　　隨著電子產業的蓬勃發展，電子產品也逐漸邁向輕薄短小並兼具多功能、高性能之趨勢。為了滿足半導體封裝件高積集度（Integration）及微型化（Miniaturization）的封裝需求，覆晶技術大量應用於現行之半導體封裝件。

在現行覆晶技術中，係於半導體積體電路(IC)晶片的表面上配置有電極墊(electrode pad)，而於封裝基板上亦配置有相對應的電性接觸墊，且在該晶片以及封裝基板之間可以適當地設置焊錫凸塊或其他導電焊錫材料，使該晶片係以作用面朝下的模式設置於該封裝基板上，其中，該焊錫凸塊或導電焊錫材料提供該晶片以及封裝基板間的電性輸入/輸出(I/O)以及機械性的連接。

　　然而，半導體晶片之微型化發展趨勢使得半導體之封裝技術亦隨之改變，以滿足晶片不斷減小且具有更多輸入/輸出端之需求，惟該變化將縮小晶片承載件之面積，而增加晶片承載件上電性接觸墊之數量，唯有縮小電性接觸墊之尺寸與間距，才能適應前述晶片發展之需求，因此，封裝基板上的金屬凸塊間之間距及金屬凸塊之體積亦需要愈來愈小。故，以電鍍方式於封裝基板上形成焊錫材料之技術遂被發展以取代傳統之模板印刷方式，其係於一具有電性接觸墊之電路板上形成一防焊層，該防焊層具有開孔以外露該電性接觸墊；接著在該防焊層及開孔中形成導電層，復於該導電層上形成具開口區之阻層，且外露出該電性接觸墊上之導電層；藉由該導電層作為電流傳導路徑，以在該開口區中電鍍形成焊錫材料；最後移除該阻層及其所覆蓋的導電層，再進行回焊以在該電路板之電性接觸墊上形成預焊錫凸塊。

　　上述製程中雖可解決模板印刷之問題，惟電鍍製程中，於各防焊層開孔中之電性接觸墊上電鍍形成焊錫材料時，該等焊錫材料的高度控制不易，導致封裝基板表面的導電凸塊之平整性不佳等問題，嚴重影響後續封裝基板與外部電子元件（特別是半導體晶片）作電性連接時之製程可靠度。

　　為解決上述弊端，遂發展出一種不需回焊金屬凸塊之封裝基板，請參閱第1A至1D圖，係為習知之在封裝基板上形成金屬凸塊之方法之剖面示意圖。

　　如第1A圖所示，提供一表面具有線路101及複數電性接觸墊102的封裝基板10，再利用微影技術形成絕緣保護層11，該絕緣保護層11係具有複數對應外露各該電性接觸墊102的第一開孔110。之後，形成晶種層12於該絕緣保護層11及外露之電性接觸墊102上。

　　如第1B圖所示，形成圖案化阻層13於該晶種層12上，其中，該圖案化阻層13係具有複數對應各該電性接觸墊102的第二開孔130，以外露該電性接觸墊102、第一開孔110及其周圍之晶種層12。

　　如第1C圖所示，電鍍金屬凸塊16於各該第二開孔130中的晶種層12上，該金屬凸塊16係填滿第一開孔110，但不完全填滿該第二開孔130。

　　如第1D圖所示，移除該圖案化阻層13，並露出留下之晶種層12，然後，對外露之該晶種層12進行全面之蝕刻處理，由於該晶種層12之厚度極薄，故該晶種層12將於很短的時間內被移除。

　　所述之金屬凸塊16不需進行回焊成為預焊錫凸塊，故該金屬凸塊16之高度容易控制，以克服電路板表面的導電凸塊之平整性不佳等問題，避免影響後續電路板與半導體晶片作電性連接時之製程可靠度。

　　惟，習知不需回焊之金屬凸塊16之製法中，該圖案化阻層13之第二開口130之孔徑須大於該絕緣保護層11之第一開孔110之孔徑，使得該金屬凸塊16於該絕緣保護層11表面上具有翼部160，導致該翼部160佔用該絕緣保護層11表面之空間，使各該電性接觸墊102之間距必需擴大，以避免該相鄰之翼部160相連接，以致於無法配合微小化之晶片電極墊的間距，因而無法達到微小化之需求。

　　再者，若將各該電性接觸墊102之間距縮小以配合微小化之晶片電極墊的間距，則各該金屬凸塊16之間的距離勢必縮小，導致於後續覆晶結合晶片進行回焊製程時，該相鄰之金屬凸塊16之翼部160上的焊錫材料容易相連接，因而發生短路，以致於該晶片與該封裝基板10之電性連接不良，導致後續之封裝製程良率下降，進而使得製造成本提高。

　　因此，如何克服上述習知技術中之種種問題，實已成目前亟欲解決的課題。

　　鑑於上述習知技術之缺失，本發明係提供一種在封裝基板上形成金屬凸塊之方法，係包括：（A）於一表面具有複數電性接觸墊的封裝基板上形成覆蓋該等電性接觸墊的一絕緣保護層；（B）於該絕緣保護層上形成具有複數開孔的金屬遮罩，且各該開孔對應各該電性接觸墊；（C）移除各該開孔中的絕緣保護層，以令各該電性接觸墊外露於對應之各該開孔中；（D）於各該開孔中的各該等電性接觸墊上形成一金屬凸塊；以及（E）移除該金屬遮罩。

　　前述之在封裝基板上形成金屬凸塊之方法中，形成該金屬遮罩之材質可為鎳或錫，且該封裝基板之表面可包括具有該等電性接觸墊的線路層。

　　前述之在封裝基板上形成金屬凸塊之方法中，該步驟（B）可包括於該絕緣保護層上形成第一晶種層，並於該第一晶種層上形成對應位於各該電性接觸墊上方的圖案化阻層，且於該第一晶種層未覆蓋有該圖案化阻層的表面上電鍍形成該金屬遮罩，再移除該圖案化阻層及該圖案化阻層所覆蓋之該第一晶種層。

　　前述之在封裝基板上形成金屬凸塊之方法中，該步驟（D）可包括於該金屬遮罩、該絕緣保護層與該電性接觸墊之外露表面上形成第二晶種層，再於該第二晶種層上電鍍形成金屬層，並移除高於該金屬遮罩頂面的該金屬層與該第二晶種層，以定義出該金屬凸塊。

　　前述之在封裝基板上形成金屬凸塊之方法中，該步驟（E）可包括移除移除被該金屬遮罩所覆蓋之該第二晶種層。

　　前述之在封裝基板上形成金屬凸塊之方法中，在移除該金屬遮罩及其所覆蓋之該第二晶種層之後，可包括於該金屬凸塊上形成表面處理層，其中，該表面處理層之材質可為錫、銀、鎳、金、鉻/鈦、鎳/金、鎳/鈀、鎳/鈀/金、有機保焊膜、化鎳浸金、焊錫或無鉛焊錫。

　　由上可知，本發明之在封裝基板上形成金屬凸塊之方法，係藉由該金屬遮罩代替習知技術中之阻層，以減少一次曝光及顯影之圖案化製程，因此不受位於上方之阻層開孔須大於位於下方之絕緣保護層開孔以供對位之限制，故可形成無翼部之金屬凸塊以達成縮小金屬凸塊體積與細間距之效果。

　　再者，由於本發明僅須經一次曝光及顯影之圖案化製程，因此可避免習知技術中金屬凸塊具有翼部而無法符合微小化之晶片電極墊的間距，因而限制了半導體封裝件之微小化，以及，縮小各該電性接觸墊之間距以配合微小化之晶片電極墊的間距時，導致於後續進行回焊製程時，該相鄰之金屬凸塊之翼部上的焊錫材料容易橋接，因而發生短路，致使晶片與封裝基板之電性連接不良，進而使得製造成本提高之問題。故本發明可達到半導體封裝件微小化之目的且大幅提升後續封裝製程之生產良率。

　　以下藉由特定的具體實施例說明本發明之實施方式，熟知本領域技術之人員可由本說明書所揭示之內容輕易地瞭解本發明之其他優點及功效。

　　須知，本說明書所附圖式所繪示之結構、比例、大小等，均僅用以配合說明書所揭示之內容，以供熟知本領域技術之人員之瞭解與閱讀，並非用以限定本發明可實施之限定條件，故不具技術上之實質意義，任何結構之修飾、比例關係之改變或大小之調整，在不影響本發明所能產生之功效及所能達成之目的下，均應仍落在本發明所揭示之技術內容得能涵蓋之範圍內。同時，本說明書中所引用之如「上」及「一」等之用語，亦僅為便於敘述之明瞭，而非用以限定本發明可實施之範圍，其相對關係之改變或調整，在無實質變更技術內容下，當亦視為本發明可實施之範疇。

　　請參閱第2A至2L圖，係為本發明之在封裝基板上形成金屬凸塊之方法的剖面示意圖。

　　如第2A圖所示，提供一封裝基板20，其一表面包括具有線路201與複數電性接觸墊202的線路層200，再於該封裝基板20之表面上形成覆蓋該線路層200的絕緣保護層21。

　　於一實施例中，該絕緣保護層21可為防焊層，且該防焊層之材質可為綠漆或黑漆。於另一實施例中，該絕緣保護層21之材質可為ABF（Ajinomoto Build-up Film）、BCB(Benzocyclo-buthene)、LCP(Liquid Crystal Polymer)、PI(Poly-imide)、PPE(Poly(phenylene ether))、PTFE(Poly(tetra-fluoroethylene))、FR4、FR5、BT(Bismaleimide Triazine)、芳香尼龍(Aramide)、或混合環氧樹脂玻璃纖維（Glass fiber）。

　　如第2B至2E圖所示，形成第一晶種層22於該絕緣保護層21上，並於該第一晶種層22上形成阻層23’，再利用微影技術圖案化該阻層23’，以形成對應位於各該電性接觸墊202上方的圖案化阻層23，接著，於該第一晶種層22未覆蓋有該圖案化阻層23的表面上電鍍形成該金屬遮罩24。

　　於本實施例中，形成該圖案化阻層23之材質可為乾膜或液態光阻，且形成該金屬遮罩24之材質可為鎳或錫。

　　如第2F圖所示，移除該圖案化阻層23，以於該金屬遮罩24上形成複數對應各該電性接觸墊202之開孔240。

　　於本實施例中，移除該圖案化阻層23之方法可為物理剝離或化學移除。

　　如第2G圖所示，移除各該開孔240中的第一晶種層22及絕緣保護層21，以令各該電性接觸墊202外露於對應之開孔240中。

　　於本實施例中，移除該絕緣保護層21之方法可為雷射鑽孔、電漿蝕刻或化學蝕刻。

　　如第2H至2J圖所示，於該金屬遮罩24、絕緣保護層21與電性接觸墊202之外露表面上形成第二晶種層25，再於該第二晶種層25上電鍍形成金屬層26’，並移除高於該金屬遮罩24頂面的金屬層26’與第二晶種層25，以定義出金屬凸塊26。

　　於本實施例中，移除高於該金屬遮罩24頂面之金屬層26’與該第二晶種層25之方式可為蝕刻、刷磨或化學機械研磨（chemical mechanical polishing，簡稱CMP），且形成該金屬凸塊26之材質係為銅。

　　如第2K圖所示，移除該金屬遮罩24及高於該絕緣保護層21頂面之第一晶種層22與第二晶種層25，至此即完成本發明之封裝基板20上之金屬凸塊26之方法。

　　於另一實施例中，如第2L圖所示，於形成該金屬凸塊26後，復於該金屬凸塊26上形成表面處理層27，該表面處理層之材質可為錫、銀、鎳、金、鉻/鈦、鎳/金、鎳/鈀、鎳/鈀/金、有機保焊膜、化鎳浸金、焊錫或無鉛焊錫。

　　綜上所述，相較於習知技術中必須分別於絕緣保護層及阻層中形成第一開孔及第二開孔，因而需要經過二次曝光及顯影之圖案化製程，本發明之方法係於形成該絕緣保護層之後僅進行一次圖案化製程以形成該金屬遮罩，該金屬遮罩可同時用來形成絕緣保護層開孔及該絕緣保護層開孔中的金屬凸塊，因此，本發明之金屬凸塊係為無翼部之結構，而能有效達成縮小金屬凸塊體積與符合細間距要求之效果。

　　再者，藉由該無翼部之金屬凸塊之設計，於縮小各該電性接觸墊之間距以配合微小化之晶片電極墊的間距時，於後續之回焊製程中，可避免相鄰之金屬凸塊之翼部上的焊錫材料橋接，故可大幅提升後續封裝製程之生產良率，以降低製造成本。

　　上述實施例係用以例示性說明本發明之原理及其功效，而非用於限制本發明。任何熟知本領域技術之人員均可在不違背本發明之精神及範疇下，對上述實施例進行修改。因此本發明之權利保護範圍，應如後述之申請專利範圍所列。

10,20．．．封裝基板

101,201．．．線路

102,202．．．電性接觸墊

11,21．．．絕緣保護層

110．．．第一開孔

12．．．晶種層

13,23．．．圖案化阻層

130．．．第二開孔

16,26．．．金屬凸塊

160．．．翼部

200．．．線路層

22．．．第一晶種層

23’．．．阻層

24．．．金屬遮罩

240．．．開孔

25．．．第二晶種層

26’．．．金屬層

27．．．表面處理層

　　第1A至1D圖係為習知之在封裝基板上形成金屬凸塊之方法之剖面示意圖；以及

　　第2A至2L圖係為本發明之在封裝基板上形成金屬凸塊之方法之剖面示意圖。

20．．．封裝基板

200．．．線路層

201．．．線路

202．．．電性接觸墊

21．．．絕緣保護層

22．．．第一晶種層

24．．．金屬遮罩

240．．．開孔

25．．．第二晶種層

26．．．金屬凸塊

Claims (7)

1. 一種在封裝基板上形成金屬凸塊之方法，係包括以下步驟：
   　　(A)於一表面具有複數電性接觸墊的封裝基板上形成覆蓋該等電性接觸墊的一絕緣保護層；
   　　(B)於該絕緣保護層上形成具有複數開孔的金屬遮罩，且各該開孔對應各該電性接觸墊；
   　　(C)移除各該開孔中的絕緣保護層，以令各該電性接觸墊外露於對應之各該開孔中；
   　　(D)於各該開孔中的各該等電性接觸墊上形成一金屬凸塊；以及
   　　(E)移除該金屬遮罩。
2. 如申請專利範圍第1項所述之在封裝基板上形成金屬凸塊之方法，其中，該步驟（B）係包括：於該絕緣保護層上形成第一晶種層，並於該第一晶種層上形成對應位於各該電性接觸墊上方的圖案化阻層，且於該第一晶種層未覆蓋有該圖案化阻層的表面上電鍍形成該金屬遮罩，再移除該圖案化阻層及該圖案化阻層所覆蓋之該第一晶種層。
3. 如申請專利範圍第1項所述之在封裝基板上形成金屬凸塊之方法，其中，該步驟（D）係包括：於該金屬遮罩、該絕緣保護層與該電性接觸墊之外露表面上形成第二晶種層，再於該第二晶種層上電鍍形成金屬層，並移除高於該金屬遮罩頂面的該金屬層與該第二晶種層，以定義出該金屬凸塊。
4. 如申請專利範圍第3項所述之在封裝基板上形成金屬凸塊之方法，其中，該步驟（E）復包括移除被該金屬遮罩所覆蓋之該第二晶種層。
5. 如申請專利範圍第4項所述之在封裝基板上形成金屬凸塊之方法，在移除該金屬遮罩及其所覆蓋之該第二晶種層之後，復包括於該金屬凸塊上形成表面處理層。
6. 如申請專利範圍第5項所述之在封裝基板上形成金屬凸塊之方法，其中，該表面處理層之材質係為錫、銀、鎳、金、鉻/鈦、鎳/金、鎳/鈀、鎳/鈀/金、有機保焊膜、化鎳浸金、焊錫或無鉛焊錫。
7. 如申請專利範圍第1項所述之在封裝基板上形成金屬凸塊之方法，其中，該封裝基板之該表面復包括具有電性連接該等電性接觸墊的至少一線路層。