專利名稱:芯片封裝結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本實用新型涉及一種的芯片封裝結(jié)構(gòu),且特別是涉及一種運用由絕緣材質(zhì)所制成的硬質(zhì)支撐基板(support base plate)是芯片封裝結(jié)構(gòu)。
背景技術(shù):
覆晶接合技術(shù)(Flip Chip Interconnect Technology,簡稱FC)乃是利用面數(shù)組(area array)的方式,將多個芯片墊(die pad)配置于芯片(die)之有源表面(active sutface)上,并在芯片墊上形成凸塊(bump),接著將芯片翻覆(flip)之后,再利用這些凸塊來分別電性及機(jī)械性連接芯片之芯片墊至承載器(carrier)上的接點(contact),使得芯片可經(jīng)由凸塊而電連接至承載器,并經(jīng)由承載器之內(nèi)部線路而電連接至外界之電子裝置。值得注意的是,由于覆晶接合技術(shù)(FC)系可適用于高腳數(shù)(High Pin Count)之芯片封裝結(jié)構(gòu),并同時具有縮小芯片封裝面積及縮短訊號傳輸路徑等諸多優(yōu)點,所以覆晶接合技術(shù)目前已經(jīng)廣泛地應(yīng)用于芯片封裝領(lǐng)域,常見應(yīng)用覆晶接合技術(shù)之芯片封裝結(jié)構(gòu)例如有覆晶球格數(shù)組型(Flip Chip Ball GridArray,F(xiàn)C/BGA)及覆晶針格數(shù)組型(Flip Chip Pin Grid Atray,F(xiàn)C/PGA)等型態(tài)之芯片封裝結(jié)構(gòu)。
請參考圖1,其繪示現(xiàn)有的一種覆晶球格數(shù)組型之芯片封裝結(jié)構(gòu)的剖面示意圖。芯片封裝結(jié)構(gòu)100包括基板(substrate)110、多個凸塊120、芯片130、及多個焊球140。其中,基板110具有一頂面112及對應(yīng)之一底面114,且基板110更具有多個凸塊墊(bump pad)116a及多個焊球墊(ball pad)116b。此外,芯片130具有一有源表面(active surface)132及對應(yīng)之一背面134,其中芯片130之有源表面112系泛指芯片130之具有有源組件(active device)(未繪示)的一面,并且芯片130更具有多個芯片墊136,其配置于芯片130之有源表面132,用以作為芯片130之訊號輸出入的媒介,其中這些凸塊墊116a之位置系分別對應(yīng)于這些芯片墊136之位置。另外,這些凸塊120則分別電性及機(jī)械性連接這些芯片墊136之一至其所對應(yīng)之這些凸塊墊116a之一。并且,這些焊球140則分別配置于這些焊球墊116b上,用以電性及機(jī)械性連接至外界之電子裝置。
請同樣參考第1圖,現(xiàn)有之芯片封裝制造工藝系完成基板110之內(nèi)部線路118以及接點116a、116b之后,再將芯片130組裝于基板110之表面上,接著將一底膠(underfill)150填充于基板110之頂面112及芯片130之有源表面132所圍成的空間,用以保護(hù)凸塊墊116a、芯片墊136及凸塊120所裸露出之部分,并同時緩沖基板110與芯片130之間在受熱時所產(chǎn)生的熱應(yīng)變(thermal strain)之不匹配的現(xiàn)象。因此,芯片130之芯片墊136將可經(jīng)由凸塊120而電性及機(jī)械性連接至基板110之凸塊墊116a,再經(jīng)由基板110之內(nèi)部線路118而向下繞線(routing)至基板110之底面114的焊球墊116b,最后經(jīng)由焊球墊116b上之焊球140而電性及機(jī)械性連接至外界之電子裝置。
在提高芯片之運算速度及降低芯片之制造成本的考量之下,芯片之面積及芯片墊之間的間隙兩者必然逐漸地縮小,意即芯片墊之密度將相對逐漸地升高。因此,當(dāng)具有高密度芯片墊之芯片采用覆晶(FC)型態(tài),并同時搭配球格數(shù)組(BGA)或針格數(shù)組(PGA)等型態(tài)來進(jìn)行封裝時,由于芯片之相鄰的芯片墊的間距都非常微小,此時必須采用具有高密度凸塊墊及微細(xì)線路之基板,才能將芯片以覆晶接合的方式配置于基板之頂面,并經(jīng)由基板之內(nèi)部線路的重新繞線,而將芯片之芯片墊延伸分布到基板之底面,再經(jīng)由位于基板之底面的焊球(ball)或針腳(pin)等接點,使得芯片最后能夠電連接至外界之電子裝置。
如上所述,目前覆晶球格數(shù)組型(FC/BGA)或覆晶針格數(shù)組型(FC/PGA)之基板的常見材質(zhì)包括有陶瓷(ceramic)及有機(jī)材料(organicmaterial)等,目前又以有機(jī)材料作為介電層(dielectric layer)之材質(zhì)的有機(jī)基板(organic substrate)較為常見。值得注意的是,由于有機(jī)基板受到介電層之熱膨脹(thermal expansion)的嚴(yán)重影響,使得現(xiàn)今可大規(guī)模量產(chǎn)之有機(jī)基板的導(dǎo)線其線寬及線距僅能分別達(dá)到25微米及25微米,同時現(xiàn)今可大規(guī)模量產(chǎn)之未裁切前有機(jī)基板的面板尺寸也僅可到達(dá)610×610平方公厘。然而,隨著芯片之芯片墊的密度逐漸地升高,在大規(guī)模量產(chǎn)的考量之下,如何以低成本之基板封裝此種具有高密度芯片墊之芯片,此乃是目前芯片封裝產(chǎn)業(yè)亟待解決的重大課題之一。
實用新型內(nèi)容有鑒于此,本實用新型的任務(wù)就是在提供一種芯片封裝結(jié)構(gòu),可以提供高密度焊墊(凸塊墊)及微細(xì)線路的多層內(nèi)連線結(jié)構(gòu),并可有效降低芯片封裝結(jié)構(gòu)的制作成本。
為了完成上述任務(wù),本實用新型提供一種芯片封裝結(jié)構(gòu),至少包括一多層內(nèi)連線結(jié)構(gòu),具有一頂面及對應(yīng)的一底面,且該多層內(nèi)連線結(jié)構(gòu)還具有一內(nèi)部線路,且該內(nèi)部線路還具有多個接合墊,其位于該多層內(nèi)連線結(jié)構(gòu)的底面;至少一芯片,配置于該多層內(nèi)連線結(jié)構(gòu)的該頂面,并電連接于該多層內(nèi)連線結(jié)構(gòu)的該內(nèi)部線路;以及一支撐底板,其材質(zhì)為絕緣材質(zhì),且該支撐底板配置于該多層內(nèi)連線結(jié)構(gòu)之該底面,且該支撐底板更具有多個第一開口,其分別暴露出其所對應(yīng)的該些接合墊之一。
為達(dá)本實用新型的上述目的,本實用新型提出一種芯片封裝結(jié)構(gòu),此芯片封裝結(jié)構(gòu)主要包括一多層內(nèi)連線結(jié)構(gòu)(multi-layer interconnectionstructure)、至少一芯片、一隔絕底層(isolation base layer)以及一支撐底板(support base plate)。其中,多層內(nèi)連線結(jié)構(gòu)具有一頂面及對應(yīng)之一底面,且多層內(nèi)連線結(jié)構(gòu)更具有一內(nèi)部線路(inner circuit),且內(nèi)部線路更具有多個接合墊,其位于多層內(nèi)連線結(jié)構(gòu)之底面。此外,芯片配置于多層內(nèi)連線結(jié)構(gòu)之頂面,并電連接于多層內(nèi)連線結(jié)構(gòu)之內(nèi)部線路。另外,隔絕底層及支撐底板系配置于多層內(nèi)連線結(jié)構(gòu)之底面,而隔絕底層更具有多個第二開口,且支撐底板更具有多個第一開口,其分別連通于其所對應(yīng)的這些第二開口之一,且分別暴露出其所對應(yīng)之這些接合墊之一。
為達(dá)本實用新型的上述目的,本實用新型提出一種芯片封裝制造工藝,包括(a)提供一支撐底板,支撐底板具有一頂面及對應(yīng)之一底面;(b)形成一多層內(nèi)連線結(jié)構(gòu)于支撐底板之上,且多層內(nèi)連線結(jié)構(gòu)具有一內(nèi)部線路,且內(nèi)部線路更具有多個接合墊,其位于多層內(nèi)連線結(jié)構(gòu)之接近支撐底板之一面;(c)配置至少一芯片于多層內(nèi)連線結(jié)構(gòu)之遠(yuǎn)離支撐底板之一面,且芯片系電連接于多層內(nèi)連線結(jié)構(gòu)之內(nèi)部線路;(d)形成多個第一開口于支撐底板上,而這些第一開口系分別暴露出其所對應(yīng)之這些接合墊之一。
依照本實用新型的優(yōu)選實施例所述,上述的支撐底板的材質(zhì)為玻璃(glass)、石英(quartz)或陶瓷(ceramic)等硬質(zhì)絕緣材料,而形成第一開口于支撐底板上的方法,包括超音波穿孔、激光燒孔或蝕刻等。此外,在芯片封裝結(jié)構(gòu)中,芯片系以覆晶接合、打線接合或熱壓接合的方式,電連接至多層內(nèi)連線結(jié)構(gòu)之內(nèi)部線路。再者,更可形成多個接點于支撐底板之遠(yuǎn)離芯片的一面,而這些接點系分別連接至其所對應(yīng)之這些接合墊之一,其中這些接點例如為焊球、針腳或電極凸塊。
因此,本實用新型是利用薄膜晶體管液晶顯示面板(TFT-LCD panel)或集成電路(IC)之制造工藝技術(shù)及生產(chǎn)機(jī)臺,在以玻璃、石英或陶瓷為材質(zhì)之大面積及高平坦度的支撐底板上,形成一具有高密度焊墊(凸塊墊)及微細(xì)線路之多層內(nèi)連線結(jié)構(gòu),接著再以覆晶接合的方式將芯片配置于多層內(nèi)連線結(jié)構(gòu)之頂面,并在支撐底板之底面形成多個開口,最后將接點配置于支撐底板之開口中,并電連接于多層內(nèi)連線結(jié)構(gòu)之接合墊,而完成本實用新型的芯片封裝制造工藝。
為讓本實用新型的上述和其它目的、特征、和優(yōu)點能更明顯易懂,下文特舉一優(yōu)選實施例,并配合所附圖式,作詳細(xì)說明如下
圖1繪示現(xiàn)有的一種覆晶球格數(shù)組型的芯片封裝結(jié)構(gòu)的剖面示意圖;以及圖2A~2G依序繪示本實用新型的優(yōu)選實施例的一種芯片封裝制造工藝的流程示意圖。
附圖標(biāo)號說明100芯片封裝結(jié)構(gòu) 110基板112頂面 114底面116a凸塊墊 116b焊球墊120凸塊 130芯片132有源表面 134背面136芯片墊140焊球150底膠200芯片封裝結(jié)構(gòu) 202支撐底板202a第一開口 204隔絕底層204a第二開 206多層內(nèi)連線結(jié)構(gòu)
206a頂面 206b底面208導(dǎo)線層208a凸塊墊208b接合墊 210介電層212導(dǎo)電插塞 214內(nèi)部線路216芯片 216a有源表面216b背面 218芯片墊220凸塊 230接點具體實施方式
圖2A~2G依序繪示本實用新型的優(yōu)選實施例的一種芯片封裝制造工藝的流程示意圖。首先如圖2A所示,提供一支撐底板202,其材質(zhì)為絕緣材質(zhì),例如為玻璃、石英或陶瓷等,并且支撐底板202的表面必須具有較高等級的平坦度(co-planarity)。接著如圖2B所示,形成一隔絕底層204于支撐底板202之上,并可選擇性地平坦化隔絕底層204之表面,使得隔絕底層204之表面亦具有較高等級的平坦度,其中隔絕底層204之材質(zhì)例如為聚合物(polymer)、聚酯(polyestet)、聚酰乙胺(PolyImide,PI)、環(huán)氧樹脂(epoxy resin)、壓克力及苯(并)環(huán)丁烯(BenzoCycloButene,BCB)等,并可利用薄膜貼附(film attachment)或薄層涂布(coating)的方式,將隔絕底層204形成于支撐底板202之上。
接著如圖2C所示,形成一多層內(nèi)連線結(jié)構(gòu)206于隔絕底層204之上。其中,多層內(nèi)連線結(jié)構(gòu)206主要包括圖案化之多個導(dǎo)線層208、至少一介電層210及多個導(dǎo)電插塞212,且這些導(dǎo)線層208系依序重迭于隔絕底層204之上,而介電層210則配置于兩相鄰之導(dǎo)線層208之間,且這些導(dǎo)電插塞212系分別貫穿介電層210而電連接兩相鄰之導(dǎo)線層208,并且這些導(dǎo)線層208及這些導(dǎo)電插塞212系構(gòu)成一內(nèi)部線路214。其中,內(nèi)部線路214系在多層內(nèi)連線結(jié)構(gòu)206的底面206b形成多個接合墊208b。此外,導(dǎo)線層208之材質(zhì)例如為銅、鋁及該等合金,通常為鋁或銅,而介電層210之材質(zhì)例如為氮化硅(silicon nitride)、氧化硅(silicon oxide)或環(huán)氧樹脂(epoxy resin)等聚合物等。值得注意的是,隔絕底層204系可選擇性地配置于支撐底板202之上,因此,當(dāng)多層內(nèi)連線結(jié)構(gòu)206將可直接形成于支撐底板202之上時,則無須配置隔絕底層204于支撐底板202之上,然而這樣的情況并未繪示于圖2B~2G。
同樣如圖2C所示,由于本實用新型乃是利用液晶顯示面板或集成電路等相關(guān)之制造工藝技術(shù),來形成此一多層內(nèi)連線結(jié)構(gòu)206于隔絕底層204之上,使得多層內(nèi)連線結(jié)構(gòu)206的內(nèi)部線路214的線寬及線距其范圍均可在1~50微米的范圍之間,且特別是在1~數(shù)微米的范圍之間。因此,與現(xiàn)有之第1圖所示之以有機(jī)材料為介電層材質(zhì)的基板110相較之下,此處所制作出之多層內(nèi)連線結(jié)構(gòu)206將可提供更高密度焊墊(凸塊墊)及更微細(xì)的線路。此外,在形成多層內(nèi)連線結(jié)構(gòu)206于隔絕底層204之上時,更可配設(shè)無源組件(passive component)(未繪示)于多層內(nèi)連線結(jié)構(gòu)206之內(nèi)部或頂面206a,并電連接于多層內(nèi)連線結(jié)構(gòu)206之內(nèi)部線路214,或者是利用內(nèi)部線路214之特殊的繞線設(shè)計來形成電容及電感等無源組件。
接著如圖2D所示,在完成多層內(nèi)連線結(jié)構(gòu)206之制造工藝之后,還可以一研磨機(jī)來薄化支撐底板202之厚度,接著如圖2E所示,以覆晶接合的方式,配置至少一芯片216于多層內(nèi)連線結(jié)構(gòu)206之遠(yuǎn)離支撐底板202之一面,且芯片216系電連接于多層內(nèi)連線結(jié)構(gòu)206之內(nèi)部線路214。當(dāng)然,上述之薄化支撐底板202的步驟,亦可在配置芯片216于多層內(nèi)連線結(jié)構(gòu)206之后始進(jìn)行。此外,芯片216具有一有源表面216a及一背面216b,且芯片216更具有多個芯片墊218,其位于芯片216之有源表面216a。另外,更將多個凸塊220分別電性及機(jī)械性連接這些芯片墊218之一至其所對應(yīng)之這些凸塊墊208a之一,故可以覆晶接合的方式,將芯片216配置于多層內(nèi)連線結(jié)構(gòu)206之上,并將芯片216電連接于多層內(nèi)連線結(jié)構(gòu)206之內(nèi)部線路214。當(dāng)然,芯片216亦可以打線接合(wire bonding)或熱壓接合(thermalcompression bonding)的方式,而電連接于多層內(nèi)連線結(jié)構(gòu)206之內(nèi)部線路214。
接著如圖2F所示,以超音波穿孔、激光燒孔或蝕刻等方式來形成多個第一開口(opening)202a于支撐底板202上,且在形成多個第一開口202a之后,更可以同樣的方式形成第二開口204a于絕緣底層204上。其中,第二開口204a分別連通其所對應(yīng)之第一開口202a之一,并分別暴露出其所對應(yīng)之這些接合墊208b之一。最后如圖2G所示,形成多個接點230于支撐底板202之遠(yuǎn)離芯片216之一面,且這些接點230系分別連接至其所對應(yīng)之這些接合墊208b之一,其中接腳可為焊球、針腳或電極凸塊等導(dǎo)電結(jié)構(gòu),并且以面數(shù)組的方式配置于芯片封裝結(jié)構(gòu)200之底面。
此外,如圖2G所示,可在配置接點230于接合墊208b之后,再進(jìn)行切單作業(yè),用以分割出單顆芯片封裝結(jié)構(gòu)200。接著如圖2F所示,亦可在配置接點230于接合墊208b之前,即進(jìn)行切單作業(yè),用以分割出單顆芯片封裝結(jié)構(gòu)200。值得注意的是,由于本實用新型的芯片封裝結(jié)構(gòu)200系可適用于封裝多個芯片216,并可經(jīng)由多層內(nèi)連線結(jié)構(gòu)206之內(nèi)部線路214而相互電連接,故此芯片封裝結(jié)構(gòu)200將可應(yīng)用于多重芯片模塊(Multiple ChipModule,MCM)及系統(tǒng)于單一封裝(System In Package,SIP)。再者,芯片216之背面216b還可選擇性地配置一散熱片(heat sink)(未繪示),其材質(zhì)為散熱性佳之材料,例如銅、鋁及該等之合金,用以增加芯片封裝結(jié)構(gòu)200之散熱效能。
綜上所述,本實用新型系可將液晶顯示面板或集成電路之制造工藝技術(shù)及生產(chǎn)機(jī)臺,加以整合應(yīng)用到本實用新型的芯片封裝制造工藝。值得注意的是,由于液晶顯示面板及集成電路之制造工藝技術(shù)目前已經(jīng)非常地成熟,所以在大規(guī)模量產(chǎn)的情況之下,本實用新型的芯片封裝制造工藝將可在平面尺寸大于610×610平方公厘以上之支撐底板上,同時形成一具有高密度焊墊(凸塊墊)及微細(xì)線路的多層內(nèi)連線結(jié)構(gòu),接著再以覆晶接合,甚至是打線接合或熱壓接合的方式,將芯片配置于此內(nèi)連線層多層內(nèi)連線結(jié)構(gòu)之上,如此將可使本實用新型采用玻璃基板之芯片封裝的成本低于現(xiàn)有采用有機(jī)基板之芯片封裝的成本。
此外,由于液晶顯示面板之制造工藝技術(shù)所能制作出之導(dǎo)線的線寬及線距均可達(dá)到1微米,甚至小于1微米,所以在芯片之芯片墊的密度逐漸升高的情況之下,本實用新型的芯片封裝制造工藝將可完全配合芯片之芯片墊的密度,而對應(yīng)提供高密度焊墊(凸塊墊)及微細(xì)線路之多層內(nèi)連線結(jié)構(gòu),同時更易于控制多層內(nèi)連線結(jié)構(gòu)之導(dǎo)線的單位電性阻抗,而這些特點均是現(xiàn)有采用有機(jī)基板之芯片封裝制造工藝所無法輕易達(dá)成的。
另外,同樣由于液晶顯示面板之制造工藝技術(shù)所能制作出之導(dǎo)線的線寬及線距均可達(dá)到1微米,甚至小于1微米,所以本實用新型的芯片封裝制造工藝將可完全配合芯片之芯片墊的密度,而對應(yīng)提供高密度焊墊(凸塊墊)及微細(xì)線路之多層內(nèi)連線結(jié)構(gòu),所以芯片之芯片墊的密度將可逐漸地提高,因而相對縮小單顆芯片之面積,使得同一片晶圓所能切割出之芯片的總數(shù)將可相對提高,故如此將有助于降低單顆芯片之制作成本,因而連帶降低芯片封裝結(jié)構(gòu)之整體的制作成本。
雖然本實用新型已結(jié)合一優(yōu)選實施例揭露如上,然而其并非用以限定本實用新型,本領(lǐng)域的技術(shù)人員在不脫離本實用新型的精神和范圍內(nèi),可作出些許的更動與潤飾,因此本實用新型的保護(hù)范圍應(yīng)當(dāng)視后附的權(quán)利要求的范圍所界定者為準(zhǔn)。
權(quán)利要求1.一種芯片封裝結(jié)構(gòu),其特征在于,該結(jié)構(gòu)至少包括一多層內(nèi)連線結(jié)構(gòu),具有一頂面及對應(yīng)的一底面,且該多層內(nèi)連線結(jié)構(gòu)還具有一內(nèi)部線路,且該內(nèi)部線路還具有多個接合墊,其位于該多層內(nèi)連線結(jié)構(gòu)的底面;至少一芯片,配置于該多層內(nèi)連線結(jié)構(gòu)的該頂面,并電連接于該多層內(nèi)連線結(jié)構(gòu)的該內(nèi)部線路;以及一支撐底板,其材質(zhì)為絕緣材質(zhì),且該支撐底板配置于該多層內(nèi)連線結(jié)構(gòu)之該底面,且該支撐底板更具有多個第一開口,其分別暴露出其所對應(yīng)的該些接合墊之一。
2.如權(quán)利要求1所述的芯片封裝結(jié)構(gòu),其特征在于,還包括一隔絕底層,其材質(zhì)為絕緣材質(zhì),其中該隔絕底層配置介于該多層內(nèi)連線結(jié)構(gòu)及該支撐底板之間,且該隔絕底層更具有多個第二開口,其分別暴露出其所對應(yīng)之該些接合墊之一。
3.如權(quán)利要求1所述的芯片封裝結(jié)構(gòu),其特征在于,該支撐底板的材質(zhì)為玻璃、石英、陶瓷其中之一。
4.如權(quán)利要求1所述的芯片封裝結(jié)構(gòu),其特征在于,還包括多個接點,其分別經(jīng)由其所對應(yīng)的該些第一開口,而連接至其所對應(yīng)之該些接合墊之一。
5.如權(quán)利要求4所述的芯片封裝結(jié)構(gòu),其特征在于,該些接點的型態(tài)為焊球、針腳及電極凸塊其中之一。
6.如權(quán)利要求1所述的芯片封裝結(jié)構(gòu),其特征在于,該芯片系以覆晶接合、打線接合及熱壓接合其中之一的方式,電連接于該多層內(nèi)連線結(jié)構(gòu)的該內(nèi)部線路。
7.如權(quán)利要求1所述的芯片封裝結(jié)構(gòu),其特征在于,該內(nèi)部線路的線寬的范圍為1~50微米。
8.如權(quán)利要求1所述的芯片封裝結(jié)構(gòu),其特征在于,該內(nèi)部線路的線距的范圍為1~50微米。
9.如權(quán)利要求1所述的芯片封裝結(jié)構(gòu),其特征在于,還包括至少一無源組件,其配設(shè)于該多層內(nèi)連線結(jié)構(gòu)的內(nèi)部,并電連接于該多層內(nèi)連線結(jié)構(gòu)的該內(nèi)部線路。
10.如權(quán)利要求1所述的芯片封裝結(jié)構(gòu),其特征在于,還包括至少一無源組件,其配設(shè)于該多層內(nèi)連線結(jié)構(gòu)之該頂面,并電連接于該多層內(nèi)連線結(jié)構(gòu)的該內(nèi)部線路。
專利摘要一種芯片封裝結(jié)構(gòu),至少包括一多層內(nèi)連線結(jié)構(gòu),具有一頂面及對應(yīng)的一底面,且該多層內(nèi)連線結(jié)構(gòu)還具有一內(nèi)部線路,且該內(nèi)部線路還具有多個接合墊,其位于該多層內(nèi)連線結(jié)構(gòu)的底面;至少一芯片,配置于該多層內(nèi)連線結(jié)構(gòu)的該頂面,并電連接于該多層內(nèi)連線結(jié)構(gòu)的該內(nèi)部線路;以及一支撐底板,其材質(zhì)為絕緣材質(zhì),且該支撐底板配置于該多層內(nèi)連線結(jié)構(gòu)之該底面,且該支撐底板更具有多個第一開口,其分別暴露出其所對應(yīng)的該些接合墊之一。
文檔編號H01L23/12GK2612071SQ0320343
公開日2004年4月14日 申請日期2003年2月27日 優(yōu)先權(quán)日2003年2月27日
發(fā)明者何昆耀, 宮振越 申請人:威盛電子股份有限公司