專利名稱：晶圓級(jí)芯片尺寸半導(dǎo)體裝置封裝組合物及其相關(guān)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本公開一般涉及晶圓級(jí)芯片尺寸半導(dǎo)體裝置封裝組合物，所述封裝組合物能夠提
供高密度、小尺寸電路線而無(wú)需利用光刻。更具體地講，本公開的半導(dǎo)體裝置封裝包括高性
能、可激光活化(并且可激光圖案化)的基板，所述基板能夠?qū)崿F(xiàn)更高的i/o互連、改善的
制造成本、簡(jiǎn)單性及可靠性。 相關(guān)領(lǐng)域描述 —般來(lái)講，晶圓級(jí)芯片尺寸封裝為人們所知(參見例如授予Farnworth等人的美 國(guó)專利公開號(hào)6， 368， 896)。通常，利用光刻將金屬線路加入到此類封裝中。然而，隨著工業(yè) 上不斷需要涉及越來(lái)越小尺寸的更高密度線路的更復(fù)雜封裝構(gòu)型，此類光刻正日益具有挑 戰(zhàn)性。 發(fā)明概述 本公開涉及晶圓級(jí)芯片封裝組合物，所述封裝組合物包括應(yīng)力緩沖層。應(yīng)力緩沖 層包含聚合物粘合劑和尖晶石晶體填料。尖晶石晶體填料既可為未活化形式也可為激光活 化形式。聚合物粘合劑的含量為應(yīng)力緩沖層的40%至97%重量。聚合物粘合劑可選自
聚酰亞胺，
苯并環(huán)丁烯聚合物， 聚苯并噁唑， 環(huán)氧樹脂，
二氧化硅填充的環(huán)氧化物， 雙馬來(lái)酰亞胺樹脂， 雙馬來(lái)酰亞胺三嗪， 含氟聚合物，













上述任何一種的共聚物，以及 上述任何一種的組合。
尖晶石晶體填料的含量為應(yīng)力緩沖層的3%至60%重量。未活化形式的尖晶石晶 體填料由化學(xué)式AB204和BAB04進(jìn)一步限定，其中A為2價(jià)金屬陽(yáng)離子并選自銅、鈷、錫、鎳、 以及它們中的兩種或更多種的組合，并且B為3價(jià)金屬陽(yáng)離子并選自鎘、錳、鎳、鋅、銅、鈷、 錳、錫、鈦、鐵、鋁、鉻、以及它們中的兩種或更多種的組合。 激光活化的尖晶石晶體填料提供與金屬通道的電連接，所述金屬通道的至少一部 分具有與半導(dǎo)體裝置焊墊和焊球這兩者的電連接。 應(yīng)當(dāng)了解，上述發(fā)明概述和下述發(fā)明詳述均為示例性的，并且旨在提供對(duì)受權(quán)利
聚苯醚/聚亞苯基醚樹脂，
聚丁二烯/聚異戊二烯交聯(lián)樹脂(及其共聚物)，液晶聚合物， 聚酰胺，要求書保護(hù)的本發(fā)明的進(jìn)一步解釋。
附圖簡(jiǎn)述 所包括的附圖提供對(duì)本發(fā)明的進(jìn)一步理解，并合并到其中且組成本說(shuō)明書的一部 分。所述附圖示出了本發(fā)明的實(shí)施方案并與說(shuō)明書一起用于解釋本發(fā)明的原理。在附圖 中

圖1為示意性地示出一系列步驟的剖面圖，所述步驟涉及在制造根據(jù)本公開實(shí)施 方案的晶圓級(jí)封裝過程中在晶圓上形成可激光活化(可激光圖案化)的應(yīng)力緩沖層；
圖2為示意性地示出一系列步驟的剖面圖，所述步驟涉及在制造根據(jù)本公開實(shí)施 方案的晶圓級(jí)封裝過程中在晶圓上形成可激光活化(可激光圖案化)的應(yīng)力緩沖層和可激 光活化(可激光圖案化)的再分配層；禾口 圖3為示意性示出一系列步驟的剖面圖，所述步驟涉及在制造根據(jù)本公開實(shí)施方 案的晶圓級(jí)封裝過程中于晶圓上形成常規(guī)的應(yīng)力緩沖層和可激光活化(可激光圖案化)的 再分配層。 優(yōu)選實(shí)施方案簡(jiǎn)述 有關(guān)附圖的本發(fā)明實(shí)施方案和實(shí)施例的以下發(fā)明詳述僅僅旨在為例證性的而非
限制性的。
定義: 除非另外定義，本文所用的所有技術(shù)和科學(xué)術(shù)語(yǔ)的含義均與本發(fā)明所屬領(lǐng)域的普 通技術(shù)人員通常理解的一樣。盡管與本文所述的方法和材料類似或等同的方法和材料一般 也可用于本發(fā)明的實(shí)施或測(cè)試中，但是下文描述了合適的方法和材料。
: 本發(fā)明的晶圓級(jí)封裝包括一個(gè)或多個(gè)可光活化的、可激光圖案化的材料，所述材 料通常為薄膜、層或基板。本公開的可光活化的、可激光圖案化的材料包括聚合物粘合劑， 所述聚合物粘合劑選自
聚酰亞胺，苯并環(huán)丁烯聚合物("BCB")， 聚苯并噁唑("PB0")， 環(huán)氧樹脂， 二氧化硅填充的環(huán)氧化物， 雙馬來(lái)酰亞胺樹脂， 雙馬來(lái)酰亞胺三嗪， 含氟聚合物， 聚酯， 聚苯醚/聚亞苯基醚樹脂， 聚丁二烯/聚異戊二烯交聯(lián)樹脂(及其共聚物)，液晶聚合物，
聚酰胺，
氰酸酯， 上述任何一種的共聚物，以及
上述任何一種的組合。
聚合物粘合劑以介于以下百分比的任何兩個(gè)之間(并任選地包括以下百分比)的 量存在按可光活化基板的總重量計(jì)40%、45%、50%、55%、60%、65%、70%、75%、80%、 85%、90%、95%、96%或97%重量。 除了基料聚合物之外，可激光活化(可激光圖案化)的材料還包含尖晶石晶體填 料。尖晶石晶體填料以介于以下百分比的任何兩個(gè)之間(并任選地包括以下百分比)的 量存在按可光活化基板的總重量計(jì)3%、4%、5%、6%、7%、8%、9%、10%、11%、12%、 13%、14%、15%、20%、25%、30%、35%、40%、45%、50%、55%和60%重量。此外，尖晶 石晶體填料的平均粒度介于以下尺寸的任何兩個(gè)之間(并任選地包括以下尺寸)50nm、 100nm、300nm、500nm、800nm、1000nm、2000nm、3000nm、4000nm、5000nm和10000nm。
本公開的可光活化(可激光圖案化)的組合物可根據(jù)包括以下步驟的方法制造
1.將尖晶石晶體填料分散到有機(jī)溶劑中以形成分散體，
2.使該分散體與聚合物粘合劑或其前體組合，并且 3.去除80%、90%、95%、96%、97%、98%、99%、99. 5%重量或更多的有機(jī)溶劑。
本公開的可光活化(可激光圖案化)的材料可用激光束來(lái)活化。激光束可用于將 圖案燒蝕到可光活化材料的表面上，隨后可進(jìn)行金屬電鍍步驟，其中金屬將選擇性地積聚 在可激光活化的燒蝕表面上。此類電鍍金屬可通過非電解(或任選地電解)鍍槽進(jìn)行以在 可光活化圖案上形成導(dǎo)電通道，并且任選地還形成穿過基板的金屬化通路。
在一個(gè)實(shí)施方案中，可光活化(可激光圖案化)的材料具有介于以下任何兩個(gè)數(shù) 字之間(并任選地包括以下數(shù)字)的可見至紅外消光系數(shù)0. 05、0. 06、0. 07、0. 08、0. 09、 0. 1、0. 2、0. 3、0. 4、0. 5和0. 6每微米。 尖晶石晶體填料可具有介于以下尺寸的任何兩個(gè)之間(并任選地包括以下尺寸) 的平均粒度50nm、 100nm、 300nm、 500nm、 800nm、 1000nm、 2000nm、 3000nm、 4000nm、 5000nm和 10000nm。 本公開的可激光活化(可激光圖案化)的組合物可浸漬到玻璃結(jié)構(gòu)中以形成預(yù)浸 料坯，可浸漬到纖維結(jié)構(gòu)中，或者可為薄膜形式。 本發(fā)明的薄膜復(fù)合材料可具有介于以下厚度的任何兩個(gè)之間(并任選地包括 以下厚度)的厚度1 y m、2 ii m、3 ii m、4ii m、5 ii m、7 ii m、8 ii m、9 ii m、10 ii m、12 ii m、14ii m、 16踐、18踐、20踐、25踐、30踐、35踐、40踐、45踐、50踐、55踐、60踐、65踐、 70 u m、75 u m、80 u m、85 u m、90 u m、95 u m、 100 u m、 125 u m、 150 u m、 175 u m禾卩200 u m。
本公開的半導(dǎo)體裝置封裝(除了包括可激光活化-可激光圖案化的基板之外)還 可附加包括功能層。功能層可具有許多功能中的任何一種，例如導(dǎo)熱層、電容器層、電阻器 層、尺寸上穩(wěn)定的介電層或粘合劑層。 本公開的可激光活化(可激光圖案化)的組合物可任選地進(jìn)一步包含選自以下的 添加劑抗氧化齊U、光穩(wěn)定齊IJ、消光系數(shù)調(diào)節(jié)齊IJ、阻燃添加齊IJ、抗靜電齊IJ、熱穩(wěn)定齊IJ、增強(qiáng)齊IJ、 紫外光吸收劑、粘附促進(jìn)劑、無(wú)機(jī)填料(如二氧化硅)、分散劑、或它們的組合。消光系數(shù)調(diào) 節(jié)劑包括但不限于碳粉或石墨粉。 在一個(gè)實(shí)施方案中，本公開的聚合物組合物具有分散在其內(nèi)的可高度光活化的尖 晶石晶體填料，其中所述填料包括兩種或更多種確定的結(jié)晶內(nèi)的金屬氧化物團(tuán)簇構(gòu)型。當(dāng) 處于理想(即，無(wú)污染、非衍生)狀態(tài)時(shí)，總體結(jié)晶具有以下通式
AB204
其中 i.A(在一個(gè)實(shí)施方案中，A為主要是(或者專門是)2價(jià)的金屬陽(yáng)離子)選自鎳、 銅、鈷、錫、以及它們的組合，其提供通常為四面體結(jié)構(gòu)的第一金屬氧化物團(tuán)簇("金屬氧化 物團(tuán)簇l")的主要陽(yáng)離子組分， ii.B(在一個(gè)實(shí)施方案中，B為主要是(或者專門是)3價(jià)的金屬陽(yáng)離子)選自鉻、 鐵、鋁、鎳、錳、錫、以及它們的組合，并且其提供通常為八面體結(jié)構(gòu)的第二金屬氧化物團(tuán)簇 ("金屬氧化物團(tuán)簇2")的主要陽(yáng)離子組分， iii.其中在以上基團(tuán)A或B中，具有2價(jià)可能的任何金屬陽(yáng)離子均可用作"A"，具 有3價(jià)可能的任何金屬陽(yáng)離子均可用作"B"， iv.其中"金屬氧化物團(tuán)簇1"的幾何構(gòu)型(通常為四面體結(jié)構(gòu))不同于"金屬氧 化物團(tuán)簇2"的幾何構(gòu)型(通常為八面體結(jié)構(gòu))， v.其中來(lái)自A和B的金屬陽(yáng)離子可用作"金屬氧化物團(tuán)簇2"(通常為八面體結(jié) 構(gòu))的金屬陽(yáng)離子，如同"反轉(zhuǎn)的"尖晶石型晶體結(jié)構(gòu)的情況， [OO川 vi.其中0主要是(或者專門是)氧；并且 vii.其中"金屬氧化物團(tuán)簇l"和"金屬氧化物團(tuán)簇2"—起提供單一的可識(shí)別的 晶體型結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)具有增強(qiáng)的易受電磁輻射影響的性質(zhì)，其可通過以下性質(zhì)證實(shí)當(dāng)以約 10%至約30%重量的載荷分散到聚合物基電介質(zhì)中時(shí)，可測(cè)量出"可見至紅外"消光系數(shù)介 于以下數(shù)字的任何兩個(gè)之間(并任選地包括以下數(shù)字):0. 05 、0.06 、0.07 、0.08 、0.09、 0. 1、 0. 2、0. 3、0. 4、0. 5和0. 6每微米。 尖晶石晶體填料可分散在聚合物粘合劑溶液中。聚合物粘合劑溶液包括溶解于 溶劑中的聚酰亞胺和共聚酰亞胺聚合物和樹脂、環(huán)氧樹脂、二氧化硅填充的環(huán)氧化物、雙馬 來(lái)酰亞胺樹脂、雙馬來(lái)酰亞胺三嗪、含氟聚合物、聚酯、聚苯醚/聚亞苯基醚樹脂、聚丁二烯 /聚異戊二烯交聯(lián)樹脂(及共聚物)、液晶聚合物、聚酰胺、氰酸酯、或它們的組合。填料通 常以介于以下數(shù)字的任何兩個(gè)之間(并任選地包括以下數(shù)字)的重量百分?jǐn)?shù)分散聚合 物的3%、5%、7%、9%、10%、12%、15%、20%、25%、30%、35%、40%、45%、50%、55%和 60%重量，并且最初具有介于以下數(shù)字的任何兩個(gè)之間(并任選地包括以下數(shù)字)的平均 粒度(摻入到聚合物粘合劑中之后)50nm、100nm、300nm、500nm、800nm、1000nm、2000nm、 3000nm、4000nm、5000nm和10000nm。 尖晶石晶體填料可(借助或不借助分散劑)分散于有機(jī)溶劑中，并在后續(xù)步驟中 分散于聚合物粘合劑溶液中以形成共混的聚合物組合物。隨后可將該共混的聚合物組合物 澆鑄到平坦表面(或轉(zhuǎn)筒)上，加熱、干燥，并固化或半固化以形成尖晶石晶體填料分散于 其內(nèi)的聚合物膜。 隨后可利用激光束通過光活化步驟對(duì)聚合物膜進(jìn)行加工。激光束可利用光學(xué)元件 聚焦，并對(duì)準(zhǔn)其中需要設(shè)置電路跡線或其它電子組件的聚合物膜表面的部分。 一旦所選擇 的表面部分被光活化，則該光活化的部分可通過金屬電鍍步驟例如非電解電鍍步驟用作隨 后形成的電路跡線的通道(或者，有時(shí)僅為一個(gè)點(diǎn))。 利用本公開的聚合物膜或聚合物復(fù)合材料制作電路所采用的工序數(shù)目與當(dāng)今工 業(yè)常規(guī)采用的減成法中步驟數(shù)相比常常要少得多。
在一個(gè)實(shí)施方案中，聚合物組合物與聚合物復(fù)合材料具有介于以下數(shù)字的任何兩 個(gè)之間(并任選地包括以下數(shù)字)的可見至紅外(即，lmm至400nm的波長(zhǎng)范圍)消光系 數(shù)0. 05、0. 06、0. 07、0. 08、0. 09、0. 1、0. 2、0. 3、0. 4、0. 5和0. 6每微米(或1/微米)?？梢?br> 光至紅外線用于測(cè)量每種薄膜的消光系數(shù)。薄膜厚度在用于測(cè)定消光系數(shù)的計(jì)算中使用。
如本文所用，可見至紅外消光系數(shù)(本文有時(shí)簡(jiǎn)稱為'a ')為算數(shù)。該算數(shù)通過 在將復(fù)合膜樣本置于光束通道中之后測(cè)量特定波長(zhǎng)的光強(qiáng)度(利用光度計(jì))并用該數(shù)除以 透過空氣的相同光強(qiáng)度所得比率而得到。 如果將該比率取自然對(duì)數(shù)并乘以(-l)，隨后用該數(shù)除以薄膜厚度(以微米測(cè)量)， 則可計(jì)算可見至紅外消光系數(shù)。 用于可見至紅外消光系數(shù)的通用公式于是可表示為通式
a=-lX[ln(I (X)/I (0)) ]/t
其中I (X)代表透過薄膜的光強(qiáng)度，
其中I (0)代表透過空氣的光強(qiáng)度，以及
其中t代表薄膜厚度。 通常，這些計(jì)算中的薄膜厚度以微米表示。因此，對(duì)于特定薄膜的消光系數(shù)(或a 數(shù))以1/微米或微米倒數(shù)(例如，Pm—0表示。用于本文所討論的測(cè)量中的特定光波長(zhǎng)通 常為覆蓋光譜的可見光至紅外線部分的那些光波長(zhǎng)。 在一個(gè)實(shí)施方案中，消光系數(shù)調(diào)節(jié)劑可作為一些尖晶石晶體填料而不是所有尖晶 石晶體填料的部分替代品添加。合適的替代量可在介于以下百分比的任何兩個(gè)之間(并 且任選地包括以下百分比)的范圍內(nèi)尖晶石晶體填料組分總量的1%、2%、3%、4%、5%、 10%、15%、20%、25%、30%、35%或40%重量。在一個(gè)實(shí)施方案中，約10%重量的尖晶石 晶體填料可用碳粉或石墨粉替代。由其生成的聚合物復(fù)合材料應(yīng)具有足量的存在于該聚合 物復(fù)合材料中的尖晶石晶體結(jié)構(gòu)以允許金屬離子有效地電鍍?cè)谄浔砻嫔?，同時(shí)上述量的替 代品(例如，碳粉)使聚合物復(fù)合材料的顏色充分變深，以便足夠量的光能(即，有效光活 化復(fù)合材料表面的光能的量)可被吸收。 已有利地發(fā)現(xiàn)了用于聚合物組合物及聚合物復(fù)合材料的有用消光系數(shù)的具體范 圍。具體地講，已發(fā)現(xiàn)聚合物組合物及聚合物復(fù)合材料需要足夠程度的吸光能力，以在通常 采用某些激光機(jī)器的高速光活化步驟中有效工作。 例如，在所采用的一類光活化步驟(例如，采用激光束的步驟)中，已發(fā)現(xiàn)本發(fā)明 的聚合物組合物及復(fù)合材料能夠吸收足量的光能以便可在其上形成明確的電路跡線圖案。 這可在較短時(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)。相反，可商購(gòu)獲得的聚合物膜(即，不含這些特定填料的薄膜，或 者包含非功能化尖晶石晶體填料的薄膜)會(huì)花費(fèi)較長(zhǎng)時(shí)間，具有太低的消光系數(shù)，并且可 能(或者根本)無(wú)法在較短時(shí)段內(nèi)光活化。因此，許多聚合物膜，甚至包含較高載荷的其它 類型尖晶石晶體填料的薄膜，不能夠吸收足夠的光能以用于高速、光活化制造、以及能夠以 明確的電路圖案接受金屬電鍍。 用于制備本發(fā)明的聚合物粘合劑的有機(jī)溶劑應(yīng)能夠溶解聚合物粘合劑。合適的溶 劑還應(yīng)具有合適的沸點(diǎn)，例如低于225°C ，從而聚合物溶液可在適當(dāng)(即，更方便且更便宜) 的溫度下干燥。小于210°C 、205°C 、200°C 、 195°C 、 190°C 、 180°C 、 170°C 、 160°C 、 150°C 、 140°C 、 13(TC、120。C或ll(TC的沸點(diǎn)一般較合適。
當(dāng)溶解于合適的溶劑中以形成聚合物粘合劑溶液(和/或鑄膜溶液)時(shí)，本發(fā)明 的聚合物粘合劑還可包含一種或多種添加劑。這些添加劑包括但不限于加工助劑、抗氧化
齊U、光穩(wěn)定齊U、消光系數(shù)調(diào)節(jié)齊U、阻燃添加齊U、抗靜電齊U、熱穩(wěn)定齊iJ、紫外線吸收齊iJ、無(wú)機(jī)填
料，例如硅氧化物，粘附促進(jìn)劑、增強(qiáng)劑、表面活性劑或分散劑、以及它們的組合。 可將聚合物溶液澆鑄或施加到載體(例如，環(huán)形帶或轉(zhuǎn)筒)上，以形成膜層。包含
溶劑的膜層可通過在適當(dāng)溫度下烘烤(其可為熱固化)或者僅僅通過產(chǎn)生大體上干燥薄膜
的干燥(或已知為"B階段"的部分干燥)轉(zhuǎn)化成自承薄膜。如本文所用，大體上干燥的薄
膜定義為具有小于2%、1. 5%、1.0%、0. 5%、0. 1%、0. 05%或0. 01%重量的剩余在聚合物
復(fù)合材料中的揮發(fā)性物質(zhì)(例如，溶劑或水)的薄膜。此外，具有分散在其內(nèi)的尖晶石晶體
填料的熱塑性聚合物組合物可被擠出以形成薄膜或任何其它預(yù)先確定的成型制品。 根據(jù)本發(fā)明，選擇聚合物粘合劑以向組合物及聚合物復(fù)合材料提供重要的物理特
性。有益的性能包括但不限于良好粘附性(即，金屬粘附性或?qū)饘俚恼掣搅?、高模量和
/或低模量(取決于應(yīng)用)、高機(jī)械伸長(zhǎng)、低濕膨脹系數(shù)(CHE)、以及高拉伸強(qiáng)度。 與聚合物粘合劑一樣，尖晶石晶體填料也可被具體選擇以提供施加強(qiáng)光能之后具
有明確光活化通道的聚合物復(fù)合材料。例如，明確的光活化通道可在光活化材料浸沒于非
電解鍍槽中之后更易于產(chǎn)生明確的電路金屬跡線。金屬通常借助非電解電鍍步驟沉積到聚
合物復(fù)合材料表面的光活化部分上。 在一個(gè)實(shí)施方案中，本發(fā)明的聚合物組合物用于形成多層(至少兩層或更多 層)聚合物復(fù)合材料。多層聚合物復(fù)合材料可用作以下電子基板的至少一部分印刷電 路板("PCB")、芯片尺寸封裝、晶圓級(jí)封裝、高密度互連板(HDI)、模塊、"LGA"矩柵陣列、 "SOP"(系統(tǒng)級(jí)封裝)模塊、"QFN"四邊扁平無(wú)引腳封裝、"FC-QFN"倒裝芯片四邊扁平無(wú)引 腳封裝、或其它類似類型的電子基板。印刷電路板(覆蓋有或者其內(nèi)摻有聚合物復(fù)合材料) 可為單側(cè)、雙側(cè)，可組合到層疊中、或電纜(即，柔性電路電纜)中。層疊可包括若干個(gè)單獨(dú) 電路以形成通常稱作多層板的層疊。這些電路類型中的任何一種可用于單一柔性或剛性電 路，或者可組合形成剛性/柔性或柔性/剛性印刷線路板或電纜。 在三層聚合物復(fù)合材料的情況下，尖晶石晶體填料可位于外層中、內(nèi)層中、至少兩 層中、或者所有三層中。此外，取決于所需的最終性能，尖晶石晶體填料在每個(gè)單獨(dú)層中的 濃度(或載荷)可不同或相同。 在一個(gè)實(shí)施方案中，將電磁輻射(即，借助激光束的光能)施用到聚合物復(fù)合材 料的表面上。在一個(gè)實(shí)施方案中，利用可商購(gòu)獲得的Esko-Gr即hicsCyrel⑧數(shù)字成像儀 (CDI)光活化聚合物膜或復(fù)合材料。該成像儀可以連續(xù)波模式操作或者可以脈沖模式操作。 將這種能量施用到薄膜的特定預(yù)設(shè)部分上的目的是對(duì)薄膜表面進(jìn)行光活化。如本文所定 義，術(shù)語(yǔ)"光活化的"被定義為聚合物復(fù)合材料上的如下表面部分其中金屬離子可以能夠 形成金屬電路跡線的方式結(jié)合到表面上。如果僅僅少量的金屬被非電解電鍍到薄膜表面的 光活化的部分上，并從而使得不能夠形成導(dǎo)電通道，則就本文的目的而言，該薄膜不會(huì)被認(rèn) 為"可光活化的"。 可采用50瓦的釔鋁石榴石(YAG)激光對(duì)聚合物復(fù)合材料進(jìn)行光活化。然而，也可 利用其它類型的激光。在一個(gè)實(shí)施方案中，釔鋁石榴石激光(例如，Chicago Laser Systems CLS-960-S型號(hào)電阻器微調(diào)系統(tǒng))可用于發(fā)出1瓦和100瓦之間的能量，在約355nm、532nm或1064nm波長(zhǎng)光的范圍內(nèi)。 一般來(lái)講，用于光活化聚合物復(fù)合材料表面的一部分的激光 波長(zhǎng)可在介于并包括以下數(shù)字的任何兩個(gè)之間的波長(zhǎng)范圍內(nèi)200nm、355nm、532nm、1064nm 或3000nm。 —般來(lái)講，可利用聲光調(diào)制器/分路器/衰減器裝置(A0M)來(lái)調(diào)節(jié)激光束并且可 在單一光束中產(chǎn)生最多23瓦?？赏ㄟ^真空或者通過粘合劑(或者兩者)將聚合物復(fù)合材料 適當(dāng)保持在轉(zhuǎn)筒或金屬板的外表面上。轉(zhuǎn)筒型組合件可以每分鐘1至2000轉(zhuǎn)范圍內(nèi)的速 度旋轉(zhuǎn)薄膜以便降低生產(chǎn)時(shí)間。激光束的光點(diǎn)直徑(或光束直徑)可介于以下數(shù)字的任何 兩個(gè)之間(并任選地包括以下數(shù)字)的焦距下lym、2iim、4iim、6iim、8iim、10iim、15iim、 20iim或25iim，通常為18iim或12ym。平均暴露量(例如，能量劑量)可介于以下數(shù)字 的任何兩個(gè)之間(并任選地包括以下數(shù)字)0. lj/cm2、0. 5J/cm2、1.0J/cm2、2J/cm2、4J/cm2、 6J/cm2、8J/cm2、10J/cm2、15J/cm2或20J/cm2。在實(shí)施例中，利用至少4J/cm2和8J/cm2。
已知為圖像文件的印刷電路板的數(shù)字圖案可用于將光照定向于聚合物復(fù)合材料 表面上的所需部分(即，位置)。軟件可用來(lái)貯存關(guān)于細(xì)線位置、間隔、曲線、焊墊、小孔的信 息以及諸如焊墊直徑、焊墊節(jié)距和孔徑的其它信息。該數(shù)據(jù)可存儲(chǔ)在易于連接到A0M電子 器件的數(shù)字存儲(chǔ)器中。 激光的運(yùn)動(dòng)可由計(jì)算機(jī)控制并且能夠以有組織的、預(yù)定的、逐點(diǎn)(或逐行)方式沿 著面板或復(fù)合材料表面對(duì)準(zhǔn)?？蓪㈦娐穲D案的細(xì)小部件(例如，行寬小于100iim、75iim、 50 ii m或25 ii m)刻在聚合物復(fù)合材料的表面上。光源、掃描、光束調(diào)制、數(shù)字圖案?jìng)魉汀⒁约?以上指定的機(jī)械條件的組合可全部用于提供所需的特定電路圖案。 在一個(gè)實(shí)施方案中，隨后將金屬施用到聚合物復(fù)合材料的光活化的部分上。就這 些聚合物復(fù)合材料而言，可在非電解電鍍步驟中利用"非電解"鍍槽將金屬電鍍到表面上。 除了包括痕量的其它添加劑之外，鍍槽還可包括銅離子源、還原劑、氧化劑和螯合劑。
可控制其中鍍槽可將金屬電鍍到薄膜表面上的速度和質(zhì)量的變量包括但不限于 鍍槽溫度、要電鍍的表面數(shù)量、溶液的化學(xué)平衡(例如，用已消耗的物質(zhì)補(bǔ)充電鍍液)、以及 機(jī)械攪拌強(qiáng)度。鍍槽的溫度范圍可控制在介于室溫和約7(TC至8(rC之間的溫度下。溫度 可根據(jù)所用螯合劑(以及其它添加劑)的類型和數(shù)量來(lái)調(diào)節(jié)。 可通過利用單步法或兩步法對(duì)數(shù)字成像電路進(jìn)行非電解銅電鍍。首先，本發(fā)明的 聚合物組合物或復(fù)合材料通過光活化步驟進(jìn)行數(shù)字成像。光活化碎片或混雜顆?？赏ㄟ^機(jī) 械刷涂、空氣或超聲來(lái)去除，以便開始清潔的非電解鍍銅步驟。在已經(jīng)采取了這些初始步驟 之后，可以大約> 3微米/小時(shí)的電鍍速率將光活化的聚合物組合物或復(fù)合材料浸沒到非 電解鍍銅槽中。 現(xiàn)在參見圖1至圖3，各個(gè)剖面圖示意性地示出了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方案的晶圓 級(jí)封裝中的各個(gè)階段。 參見圖1，步驟1示出了其上具有多個(gè)焊墊102的晶圓100。焊墊102包括導(dǎo)電金 屬，通常為鋁。存在的晶片鈍化層104通常包含氮化硅。如(圖l的)步驟2中所示出，將 應(yīng)力緩沖層105層壓到晶片鈍化層之上。應(yīng)力緩沖層105包括本公開的可激光活化(可激 光圖案化)的組合物。如(圖1的)步驟3中所示出，對(duì)應(yīng)力緩沖層105進(jìn)行激光燒蝕以 提供開口 107，從而暴露焊墊102。 如(圖l的)的步驟4中所示出，隨后進(jìn)行電鍍金屬步驟以提供凸塊下金屬(UBM) 106，從而在焊墊102上產(chǎn)生凸塊下金屬涂層106，任選地向上延伸并超過開107，并且 還任選地沿著應(yīng)力緩沖層105的一部分延伸。 如(圖1的)步驟5中所示出，隨后將焊球108施加到開107中，將焊球108電連 接到凸塊下金屬106上，凸塊下金屬繼而電連接到焊墊102上。 接下來(lái)參見圖2，步驟1示出了包括鋁墊102和晶圓鈍化層104的晶圓100。隨后 參見(圖2的)步驟2，將應(yīng)力緩沖層105施加在晶圓鈍化層104之上。應(yīng)力緩沖層105包 括本公開的可激光活化(可激光圖案化)的組合物。如(圖2的)步驟3中所示出，對(duì)應(yīng) 力緩沖層105進(jìn)行激光燒蝕以提供開107，從而暴露焊墊102。 如(圖2的)的步驟4中所示出，隨后進(jìn)行電鍍金屬步驟以提供凸塊下金屬 (UBM)106，從而在焊墊102上產(chǎn)生凸塊下金屬涂層106，任選地向上延伸并超過開107，并且 還任選地沿著應(yīng)力緩沖層105上表面的一部分延伸。 如(圖2的)步驟5中所示出，隨后將分配層110層壓到凸塊下金屬106和應(yīng)力 緩沖層105之上。分配層IIO還包括本公開的可激光活化(可激光圖案化)的組合物，并 且可與應(yīng)力緩沖層105的可激光活化(可激光圖案化)的組合物相同或不同。
如(圖2的)步驟6中所示出，隨后激光燒蝕分配層110以提供開口 112，從而暴 露凸塊下金屬的一部分113，所述凸塊下金屬?gòu)暮笁|102延伸至應(yīng)力緩沖層105的表面部 分。激光燒蝕活化開112的表面，因此金屬將優(yōu)先(或者專門)由活化的表面積聚(這與 將耐金屬化的未活化部分115形成對(duì)比)。 如(圖2的)步驟7中所示出，隨后進(jìn)行電鍍金屬步驟以在開口 112內(nèi)提供第二 凸塊下金屬(UBM)涂層114。 如(圖2的)步驟8中所示出，將焊球沉積到(從而電連接到)第二凸塊下金屬 涂層114上，所述第二凸塊下金屬涂層114繼而電連接到第一凸塊下金屬106上，所述第一 凸塊下金屬106繼而連接到晶圓焊墊102上。 參見圖3，步驟1示出了其上具有多個(gè)焊墊102的晶圓100。焊墊102包括導(dǎo)電 金屬，通常為鋁。存在的晶片鈍化層104通常包含氮化硅。聚酰亞胺或苯并環(huán)丁烯聚合物 ("BCB")的常規(guī)應(yīng)力緩沖層105位于晶片鈍化層104之上。應(yīng)力緩沖層105包括開口 107， 該開口用凸塊下金屬層106金屬化。 如(圖3的)步驟2中所示出，隨后將分配層110層壓到凸塊下金屬106和應(yīng)力
緩沖層105之上。分配層IIO還包括本公開的可激光活化(可激光圖案化)的組合物，并
且可與應(yīng)力緩沖層105的可激光活化(可激光圖案化)的組合物相同或不同。 如(圖3的)步驟3中所示出，隨后激光燒蝕分配層110以提供開口 112，從而暴
露第一凸塊下金屬的一部分113，所述凸塊下金屬由焊墊102延伸至應(yīng)力緩沖層110的表面
部分。激光燒蝕將會(huì)活化開口 112的表面，因此金屬將優(yōu)先(或者專門)由活化的表面積
聚(這與將耐金屬化的未活化部分110形成對(duì)比)。 如(圖3的)的步驟4中所示出，隨后進(jìn)行電鍍金屬步驟以提供第二凸塊下金屬 (UBM)114，所述第二凸塊下金屬電連接到第一凸塊下金屬涂層106上并且任選地向上延伸 并超過開口 112，并且還任選地沿著應(yīng)力緩沖層110的一部分延伸。 如(圖1的)步驟5中所示出，隨后將焊球108施加到開口 112中，電連接焊球 108到第二凸塊下金屬114上，所述第二凸塊下金屬114繼而電連接到第一凸塊下金屬層106上，所述第一凸塊下金屬層106繼而電連接到焊墊102上。 相對(duì)于產(chǎn)生用于半導(dǎo)體封裝的輸入/輸出信號(hào)通道的常規(guī)方法，由于易于利用激 光成像和成圖案，因此本公開的可激光活化(可激光圖案化)的基板可增加半導(dǎo)體封裝的 輸入/輸出信號(hào)通道的數(shù)目。本公開的可激光活化(可激光圖案化)的基板還由于無(wú)需光 刻(包括需要光致抗蝕劑、光顯影劑等)而簡(jiǎn)化了封裝制造。用于外部電連接的凸塊下冶 金(UBM)和再分配跡線(RDL)可在可激光活化(可激光圖案化)的基板的激光圖案化完成 之后形成(借助非電解金屬電鍍)。 應(yīng)力緩沖層和/或再分配層可以許多方式中的任何一種施加，例如取決于所述層 的粘度和所需厚度，通過層壓或旋轉(zhuǎn)涂覆。 對(duì)本領(lǐng)域的技術(shù)人員將顯而易見的是，可在不背離本發(fā)明的范圍和實(shí)質(zhì)的條件下 對(duì)本發(fā)明的結(jié)構(gòu)作出多種修改和變型。
權(quán)利要求
一種晶圓級(jí)芯片封裝組合物，所述組合物包含應(yīng)力緩沖層，所述應(yīng)力緩沖層包含聚合物粘合劑和尖晶石晶體填料，所述尖晶石晶體填料既可為未活化形式也可為激光活化形式，所述聚合物粘合劑的含量為所述應(yīng)力緩沖層的40％至97％重量，所述聚合物粘合劑選自聚酰亞胺，苯并環(huán)丁烯聚合物，聚苯并噁唑，環(huán)氧樹脂，二氧化硅填充的環(huán)氧化物，雙馬來(lái)酰亞胺樹脂，雙馬來(lái)酰亞胺三嗪，含氟聚合物，聚酯，聚苯醚/聚亞苯基醚樹脂，聚丁二烯/聚異戊二烯交聯(lián)樹脂(及其共聚物)，液晶聚合物，聚酰胺，氰酸酯，上述任何一種的共聚物，以及上述任何一種的組合，所述尖晶石晶體填料的含量為所述應(yīng)力緩沖層的3％至60％重量，所述未活化形式的尖晶石晶體填料由化學(xué)式AB2O4和BABO4進(jìn)一步限定，其中A為2價(jià)金屬陽(yáng)離子并選自銅、鈷、錫、鎳、以及它們中的兩種或更多種的組合，并且B為3價(jià)金屬陽(yáng)離子并選自鎘、錳、鎳、鋅、銅、鈷、錳、錫、鈦、鐵、鋁、鉻、以及它們中的兩種或更多種的組合，所述激光活化的尖晶石晶體填料具有與金屬通道的電連接，所述金屬通道的至少一部分具有與半導(dǎo)體裝置焊墊和焊球這兩者的電連接。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l的晶圓級(jí)封裝，所述封裝還包括位于所述應(yīng)力緩沖層之上的再分配 層，所述再分配層包含激光活化的以及未激光活化的尖晶石晶體填料和聚合物粘合劑，所 述再分配層的尖晶石晶體填料和聚合物粘合劑與所述應(yīng)力緩沖層的尖晶石晶體填料和聚 合物粘合劑相同或不同，其中所述焊墊與所述焊球之間的距離大于兩毫米。
3. —種制造晶圓級(jí)芯片封裝組合物的方法，所述方法包括 提供包括頂部表面的晶圓，所述頂部表面具有多個(gè)焊墊，將應(yīng)力緩沖層置于所述焊墊及所述晶圓的頂部表面之上，所述應(yīng)力緩沖層包含聚合 物粘合劑，所述聚合物粘合劑為所述應(yīng)力緩沖層的40%至97%重量，所述聚合物粘合劑選 自聚酰亞胺， 苯并環(huán)丁烯聚合物， 聚苯并噁唑， 環(huán)氧樹脂，二氧化硅填充的環(huán)氧化物，雙馬來(lái)酰亞胺樹脂， 雙馬來(lái)酰亞胺三嗪， 含氟聚合物， 聚酯，聚苯醚/聚亞苯基醚樹脂，聚丁二烯/聚異戊二烯交聯(lián)樹脂(及其共聚物)，液晶聚合物，聚酰胺，氰酸酯，上述任何一種的共聚物，以及 上述任何一種的組合，所述應(yīng)力緩沖層還包括尖晶石晶體填料，所述尖晶石晶體填料的含量為所述應(yīng)力緩沖 層的3%至60%重量，所述尖晶石晶體填料具有化學(xué)式AB204或BAB04，其中A為2價(jià)金屬陽(yáng) 離子并選自銅、鈷、錫、鎳、以及它們中的兩種或更多種的組合，并且B為3價(jià)金屬陽(yáng)離子并 選自鎘、錳、鎳、鋅、銅、鈷、錳、錫、鈦、鐵、鋁、鉻、以及它們中的兩種或更多種的組合，用激光束燒蝕所述應(yīng)力緩沖層以暴露至少一個(gè)焊墊，所述激光束燒蝕產(chǎn)生燒蝕表面， 所述燒蝕表面由所述激光束活化，以及金屬化所述應(yīng)力緩沖層燒蝕表面的至少一部分。
4.根據(jù)權(quán)利要求3的方法，所述方法還包括將再分配層施加在所述應(yīng)力緩沖層之上，所述再分配層包含激光活化的以及未激光活化的尖晶石晶體填料和聚合物粘合劑，所 述再分配層的尖晶石晶體填料和聚合物粘合劑與所述應(yīng)力緩沖層的尖晶石晶體填料和聚 合物粘合劑相同或不同，用激光束燒蝕所述再分配層以暴露至少一個(gè)焊墊，所述激光束燒 蝕產(chǎn)生燒蝕表面，所述燒蝕表面由所述激光束活化，以及金屬化所述再分配層燒蝕表面的至少一部分。
全文摘要
本發(fā)明一般涉及晶圓級(jí)芯片尺寸半導(dǎo)體裝置封裝組合物，所述組合物能夠提供高密度、小尺寸電路線而無(wú)需利用光刻。所述晶圓級(jí)封裝包括應(yīng)力緩沖層，所述應(yīng)力緩沖層包含未活化形式的以及激光活化形式的聚合物粘合劑和尖晶石晶體填料。所述應(yīng)力緩沖層被激光圖案化，從而活化填料，隨后可選擇性地金屬化所述激光燒蝕通道。
文檔編號(hào)C08L63/00GK101792651SQ20101000288
公開日2010年8月4日 申請(qǐng)日期2010年1月15日 優(yōu)先權(quán)日2009年1月30日
發(fā)明者C·-C·陳, 云皓, 朱念慈, 李玥玲, 蔡秉宏 申請(qǐng)人:E.I.內(nèi)穆爾杜邦公司