TWI483366B - 凸塊結構與封裝結構 - Google Patents

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    • H01L2224/12—Structure, shape, material or disposition of the bump connectors prior to the connecting process
    • H01L2224/14—Structure, shape, material or disposition of the bump connectors prior to the connecting process of a plurality of bump connectors

Description

凸塊結構與封裝結構
本發明是有關於一種凸塊結構與封裝結構，且特別是有關於一種具有多個導電突出部的凸塊結構與具有二種接點的封裝結構。
在電子封裝製程中，常採用微凸塊接點(micro-bump joint)作為晶片與基板間輸出入訊號的傳輸結構。
微凸塊接點含有大量銲錫材料，介金屬化合物(intermetallic compound，IMC)含量較少，其接點材料剛性較低，因此具有較佳的彈性與韌性，所以抗機械應力的能力較佳，但是微凸塊接點在抗電子遷移(ectromigration，EM)效應的能力不佳。
微凸塊接點在經過高溫儲存或者溫度循環可靠度測試過後，在微凸塊接點介面上的銲錫可能因為高溫而大量反應成介金屬化合物，通常這種含有大量介金屬化合物的接點的材料硬度比原來的微凸塊接點硬，剛性較高而缺乏彈性，較容易在溫度循環的可靠度測試中被破壞。但是，介金屬化合物具有可減緩電遷移效應的特性，所以提高介金屬化合物含量反而可以增加微凸塊接點抵抗電遷移效應的能力。
因此，目前業界企圖發展同時具有抗機械應力與抗電遷移效應之特性的電子封裝接點結構，以提升接點的可 靠性及效能。
本發明實施例提出一種凸塊結構，其包括導電底部、多個導電突出部以及銲料。導電底部配置於銲墊上。導電突出部配置於導電底部上。銲料配置於導電底部上，並覆蓋導電突出部。
本發明實施例另提出一種封裝結構，其包括第一基板、第二基板、多個第一接點以及多個第二接點。第一基板具有多個第一銲墊。第二基板與第一基板相對配置。第二基板具有多個第二銲墊，且第一銲墊分別與第二銲墊對應。第一接點配置於第一銲墊與第二銲墊之間。每一個第一接點包括二個第一導電層、二個第一介金屬化合物層、多個第一介金屬化合物柱以及第一銲料。二個第一導電層分別配置於對應的第一銲墊與第二銲墊上。二個第一介金屬化合物層分別配置於二個第一導電層上。第一介金屬化合物柱配置於二個第一導電層之間，且延伸貫穿二個第一介金屬化合物層中至少一者，以連接對應的二個第一導電層其中之一。第一銲料配置於二個第一導電層之間，且包覆第一介金屬化合物柱。第二接點配置於第一銲墊與第二銲墊之間。每一個第二接點包括二個第二導電層、二個第二介金屬化合物層以及第二銲料。二個第二導電層分別配置於對應的第一銲墊與第二銲墊上。二個第二介金屬化合物層分別配置於第二導電層上。第二銲料配置於第二介金 屬化合物層之間。
為讓本發明實施例之上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。
圖1A至圖1D為依照本發明實施例所繪示的凸塊結構的製作流程剖面示意圖。在本實施例中，將描述同時於基板上形成具有多個導電突出部的凸塊結構與一般熟知的凸塊結構。首先，請參照圖1A，提供基板100。基板100上具有銲墊102a、102b。銲墊102a、102b與基板100內部的金屬內連線(未繪示)電性連接。銲墊102a、102b與保護層104。基板100可以是有機載板或無機載板。有機載板例如為線路板。無機載板例如為矽晶片。銲墊102a、102b的材料例如為鋁、鋁矽、鋁矽銅、銅、或鎳。然後，於基板100上形成保護層104。保護層104覆蓋部分銲墊102a、102b。保護層104的材料例如為聚亞醯胺(polyimide，PI)、聚苯噁唑(polybenzoxazole，PBO)、ABF(Ajinomoto build-up film)、氧化矽或氮化矽。銲墊102與保護層104的形成方法為本領域技術人員所熟知，於此不另行說明。
請繼續參照圖1A，於基板100上形成圖案化光阻層106。圖案化光阻層106暴露出未被保護層104覆蓋的銲墊102a、102b。在本實施例中，圖案化光阻層106更暴露出部分保護層104。然後，於圖案化光阻層106所暴露出的 銲墊102a、102b上形成導電層108。導電層108的材料例如為銅、銀、鎳、鋁、鈦、鎢、鉻、金、鋅、鉍、銦或其合金。導電層108的形成方法例如為電鍍法。
然後，請參照圖1B，移除圖案化光阻層106。接著，於基板100上形成圖案化光阻層110。圖案化光阻層110暴露出銲墊102a上的部分導電層108。之後，於圖案化光阻層110所暴露出的導電層108上形成導電層112。導電層112的材料例如為銅、銀、鎳、鋁、鈦、鎢、鉻、金、鋅、鉍、銦或其合金。在本實施例中，導電層108的材料與導電層112的材料不同。導電層112的形成方法例如為電鍍法。
接著，請參照圖1C，移除圖案化光阻層110。然後，接著，於基板100上形成圖案化光阻層114。圖案化光阻層114暴露出導電層108與導電層112。之後，形成覆蓋導電層108與導電層112的銲料116。銲料116的材料例如為含錫銲料，如錫、錫銀合金或錫銀銅合金。銲料116的形成方法例如為電鍍法。
之後，請參照圖1D，移除圖案化光阻層114。此時，基板100上形成有凸塊結構10a、10b。凸塊結構10a由位於銲墊102a上的導電層108、導電層112與銲料116構成，其中導電層108與導電層112分別作為凸塊結構10a的導電底部與導電突出部。此外，凸塊結構10b由位於銲墊102b上的導電層108與銲料116構成，其為一般熟知的凸塊結構。
特別一提的是，在本實施例中，凸塊結構10a具有二個導電突出部(導電層112)。然而，在其他實施例中，凸塊結構10a也可以具有三個或更多個導電突出部。
以下將詳細說明同時具有凸塊結構10a與一般熟知的凸塊結構的封裝結構的製作方法。
圖2A至圖2B為依照本發明一實施例所繪示的封裝結構的製作流程剖面示意圖。
首先，請參照圖2A，將二個其上同時形成有凸塊結構10a與凸塊結構10b的基板100相對配置，且使彼此相對的二個凸塊結構10a對準，以及使彼此相對的二個凸塊結構10b對準。
之後，請參照圖2B，對二個基板100進行熱壓合製程，以使彼此相對的二個凸塊結構10a以及彼此相對的二個凸塊結構10b接合而構成封裝結構20a。熱壓合製程的加熱溫度例如介於150℃至300℃之間，加熱時間例如介於3秒至60分之間。在熱壓合製程中，導電層112與銲料116在高溫下產生反應而在二個導電層108之間形成介金屬化合物柱200。此外，導電層108在高溫下也會與銲料116產生反應而形成介金屬化合物層202。介金屬化合物柱200與介金屬化合物層202的材料則視導電層108、導電層112與銲料的材料而定。舉例來說，介金屬化合物柱200與介金屬化合物層202的材料可為Cux Sny 、Nix Sny 、Inx Sny 、Znx Sny 或Aux Sny 。由於凸塊結構10b中並不具有導電層112，因此在熱壓合製程中僅有導電層108與銲料 116產生反應而形成介金屬化合物層202。如此一來，二個銲墊102a之間形成有接點204a(由導電層108、介金屬化合物柱200、介金屬化合物層202以及銲料116構成)，而二個銲墊102b之間形成有接點204b(由導電層108、介金屬化合物層202以及銲料116構成)。
此外，在熱壓合製程中，若加熱時間較長，則由導電層112與銲料116產生反應而形成的介金屬化合物柱200的寬度可能會大於導電層112的寬度。
在接點204a中，由於介金屬化合物柱200與介金屬化合物層202的電阻係數小於銲料116的電阻係數，因此當電子流經接點204a時會儘可能往介金屬化合物柱200與介金屬化合物層202流動，因而可具有較佳的抗電遷移效應特性。此外，由於接點204a除了具有介金屬化合物柱200與介金屬化合物層202之外亦具有銲料116，因此接點204a亦具有良好的抗機械應力特性。
圖3A至圖3B為依照本發明另一實施例所繪示的封裝結構的製作流程剖面示意圖。在本實施例中，與圖2A至圖2B相同的元件將以相同的標號表示，於此不再贅述。首先，請參照圖2A，將基板300與其上同時形成有凸塊結構10a與凸塊結構10b的基板100相對配置。基板300上僅形成有凸塊結構10b。因此，基板100上的凸塊結構10a會與基板300上的凸塊結構10b對準。
然後，請參照圖3B，對基板100與基板300進行熱壓合製程，以使彼此相對的二個凸塊結構10b以及彼此相 對的凸塊結構10a與凸塊結構10b接合而構成封裝結構20b。在封裝結構20b中，銲墊102a與銲墊102b之間形成有接點204a(由導電層108、介金屬化合物柱200、介金屬化合物層202以及銲料116構成)，而二個銲墊102b之間形成有接點204b(由導電層108、介金屬化合物層202以及銲料116構成)。
圖4為依照本發明另一實施例所繪示的封裝結構的剖面示意圖。請參照圖4，本實施例的封裝結構20c與封裝結構20b的差異在於：在封裝結構20c中，銲墊102a與銲墊102b之間形成有接點204c，其中介金屬化合物層202形成於整個導電層108上，介金屬化合物柱200與介金屬化合物層202連接。
另外一提的是，在上述各個封裝結構中，具有介金屬化合物柱的接點與不具有介金屬化合物柱的接點的位置可視實際需求而配置。以下將舉例說明，但不用以限定本發明。
圖5A為依照本發明一實施例所繪示的封裝結構的剖面示意圖。為了便於說明，圖5A中僅繪示出具有介金屬化合物柱的接點204a/204c以及不具有介金屬化合物柱的接點204b與基板100之間的相對位置，並未繪示出其他構件。請參照圖5A，在本發明實施例的各封裝結構中，相對二個基板之間具有中央區域500a與圍繞中央區域500a的周邊區域500b。具有介金屬化合物柱的接點204a/204c配置於周邊區域500b中，而不具有介金屬化合物柱的接 點204b配置於中央區域500a中。接點204a/204c圍繞接點204b。
在本實施例中，位於中央區域500a中的接點204b主要由銲料116構成，其具有良好的抗機械應力特性而不容易受到應力的影響而破裂。此外，位於周邊區域500b中的接點204a/204c除了具有銲料116之外亦具有介金屬化合物柱200，使得接點204a/204c除了具有較佳的抗電遷移效應特性，亦具有抗機械應力特性。因此，當周邊區域500b處的基板受到應力影響而產生翹曲時，接點204a/204c不容易受到應力的影響而破裂。也就是說，本實施例中的封裝結構在熱與電方面皆具有良好的可靠度。
圖5B為依照本發明另一實施例所繪示的封裝結構的剖面示意圖。在本實施例中，與圖5A相同的元件將以相同的標號表示，於此不再贅述。請參照圖5B，在本實施例中，位於周邊區域500b中的接點204a/204c經由菊鍊線路502而串聯連接。如此一來，可透過菊鍊線路對接點204a/204c施加高電流，使介金屬化合物繼續成長，以提高接點204a/204c中的介金屬化合物含量。
雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作些許之更動與潤飾，故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。
10a、10b‧‧‧凸塊結構
20a、20b、20c‧‧‧封裝結構
100、300‧‧‧基板
102a、102b‧‧‧銲墊
104‧‧‧保護層
106、110、114‧‧‧圖案化光阻層
108、112‧‧‧導電層
116‧‧‧銲料
200‧‧‧介金屬化合物柱
202‧‧‧介金屬化合物層
204a、204b、204c‧‧‧接點
500a‧‧‧中央區域
500b‧‧‧周邊區域
502‧‧‧菊鍊線路
圖1A至圖1D為依照本發明實施例所繪示的凸塊結構的製作流程剖面示意圖。
圖2A至圖2B為依照本發明一實施例所繪示的封裝結構的製作流程剖面示意圖。
圖3A至圖3B為依照本發明另一實施例所繪示的封裝結構的製作流程剖面示意圖。
圖4為依照本發明另一實施例所繪示的封裝結構的剖面示意圖。
圖5A為依照本發明一實施例所繪示的封裝結構的剖面示意圖。
圖5B為依照本發明另一實施例所繪示的封裝結構的剖面示意圖。
20a‧‧‧封裝結構
100‧‧‧基板
102a、102b‧‧‧銲墊
104‧‧‧保護層
108‧‧‧導電層
116‧‧‧銲料
200‧‧‧介金屬化合物柱
202‧‧‧介金屬化合物層
204a、204b‧‧‧接點

Claims (8)

  1. 一種封裝結構，包括：一第一基板，具有多個第一銲墊；一第二基板，與該第一基板相對配置，該第二基板具有多個第二銲墊，且該些第一銲墊分別與該些第二銲墊對應；多個第一接點，配置於該些第一銲墊與該些第二銲墊之間，每一該些第一接點包括：二個第一導電層，分別配置於對應的該第一銲墊與該第二銲墊上；二個第一介金屬化合物層，分別配置於該二個第一導電層上；多個第一介金屬化合物柱，配置於該二個第一介金屬化合物層之間，且延伸貫穿該二個第一介金屬化合物層中至少一者，以連接對應的該二個第一導電層其中之一；以及一第一銲料，配置於該些第一導電層之間，且包覆該些第一介金屬化合物柱；以及多個第二接點，配置於該些第一銲墊與該些第二銲墊之間，每一該些第二接點包括：二個第二導電層，分別配置於對應的該第一銲墊與該第二銲墊上；二個第二介金屬化合物層，分別配置於該二個第二導電層上；以及 一第二銲料，配置於該二個第二介金屬化合物層之間。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之封裝結構，其中該第一基板與該第二基板之間具有一中央區域與圍繞該中央區域的一周邊區域，且該些第一接點位於該周邊區域中，該些第二接點位於該中央區域中。
  3. 如申請專利範圍第2項所述之封裝結構，其中該些第一接點圍繞該些第二接點。
  4. 如申請專利範圍第3項所述之封裝結構，其中該些第一接點經由一菊鍊線路(daisy chain)而串聯連接。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之封裝結構，其中該些第一介金屬化合物柱更延伸貫穿該二個第一介金屬化合物層，以連接對應的該二個第一導電層其中之二。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之封裝結構，更包括一第一保護層與一第二保護層，其中該第一保護層配置於該第一基板上且覆蓋每一該些第一銲墊的一部分，該第二保護層配置於該第二基板上且覆蓋每一該些第二銲墊的一部分。
  7. 如申請專利範圍第1項所述之封裝結構，其中該第一基板與該第二基板各自包括矽晶片或線路板。
  8. 如申請專利範圍第1項所述之封裝結構，其中該些第一介金屬化合物柱、該二個第一介金屬化合物層與該二個第二介金屬化合物層的材料各自包括Cux Sny 、Nix Sny 、Inx Sny 、Znx Sny 或Aux Sny 。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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US20040197979A1 (en) * 2003-01-10 2004-10-07 Jeong Se-Young Reinforced solder bump structure and method for forming a reinforced solder bump

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