專利名稱：半導(dǎo)體封裝結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種半導(dǎo)體封裝，尤其涉及一種芯片倒裝焊封裝的改進凸塊(bump)圖案。
技術(shù)背景現(xiàn)今眾多電子產(chǎn)品中都存在半導(dǎo)體芯片(dice或chips),隨著半導(dǎo)體芯 片越小且越復(fù)雜，對于如何在半導(dǎo)體芯片以及如印刷電路板或中間基板的承 載基板之間制作電連接的問題已經(jīng)陸續(xù)提出各種解決方法。早期的一種方法是利用焊線接合(wire bonding)以連接半導(dǎo)體芯片的信 號連接組件，如連接墊(bondpad)至塑料封裝或陶瓷封裝中的導(dǎo)線架(lead frame)的導(dǎo)線或針腳(pin)。完成的封裝結(jié)構(gòu)固定于如印刷電路板的承載 基板上，其中，針腳或?qū)Ь€與承載基板的接觸結(jié)構(gòu)電連接。利用焊線連接半導(dǎo)體芯片至基板以及其處理具有許多問題，例如半導(dǎo) 體芯片的連接墊與基板的接觸墊(contact pad)需要緊密的尺寸及間距 (pitch);彎曲且長的焊線引發(fā)信號中的電感(inductance);焊線的損害或 彎曲引起鄰近焊線之間發(fā)生短路；高信號頻率半導(dǎo)體芯片的焊線接合處理困 難且昂貴。上述問題在整合(integration)層級增加以及半導(dǎo)體芯片包含越多 的信號連接組件(如接合墊等)時更為明顯。利用焊接球(solder ball)或凸塊的芯片倒裝焊封裝(flip-chip)技術(shù)可 減少部分上述問題。在芯片倒裝焊封裝中，導(dǎo)電凸塊，如焊球或焊料，形成 于半導(dǎo)體芯片的連接墊位置，以取代焊線接合封裝。具有封裝基板的導(dǎo)線架 在對應(yīng)于導(dǎo)電凸塊的位置形成接觸墊；或者，其它承載基板，如印刷線路板, 其在對應(yīng)半導(dǎo)體芯片的連接墊上焊接球的位置形成如接頭(terminal)的電連 接點。在裝配(assembly)過程中，半導(dǎo)體芯片的上表面朝下配置(此即被 稱為芯片"倒裝"的原因)，以在封裝基板的對應(yīng)接觸墊上設(shè)置焊接球。芯片倒裝焊封裝至少可減輕一些電感的問題，因此，其可提供半導(dǎo)體芯
片更高頻率的性能以及更佳的信號完整性。又如，在一特定范圍中，其可允 許基板的接觸墊尺寸更大、其間距更寬，并且接觸墊可置于半導(dǎo)體芯片主動 面的任何位置，而不是僅能設(shè)置于芯片的周圍或其中心之外。裝配過程包含連接芯片的焊接凸塊與封裝基底的接觸墊，焊料再回流(reflow)處理為加熱焊接球，直到焊料開始流動并與對應(yīng)的接觸墊連接為 止。在連接及加熱之前，在至少一需被連接的表面上形成助焊劑(flux)， 以在焊接/再回流處理中將大氣與表面隔離，并且可在處理中提供黏著力(adhesion)，以將芯片保持于基板上。在冷卻之后，焊料可在承載基板與 半導(dǎo)體芯片之間形成機械連接及電連接，而助焊劑則通過后續(xù)的清潔步驟去 除，舉例而言，可利用清洗與烘烤的循環(huán)步驟去除助焊劑。在芯片的主動面及基板的覆蓋面之間形成樹脂底部填膠(epoxy under-fill)，以便圍繞及支撐焊料內(nèi)連線。底部填膠材料可有效地增加封裝 內(nèi)連線的可靠度(reliability)及耐疲勞力(fatigueresistance)。由于芯片與 基板的熱膨脹系數(shù)(CTE)的差異導(dǎo)致熱應(yīng)變的產(chǎn)生，形成于芯片及基底整 個表面的底部填膠材料可均勻分散由此熱應(yīng)變產(chǎn)生的應(yīng)力。若芯片與基板之 間的間隔未被底部填膠材料填入，則應(yīng)力可能由相對薄的焊料內(nèi)連線所支 撐，而導(dǎo)致過早破壞(premature failure)。然而，為了使底部填膠材料發(fā)揮 其作用，底部填膠材料必須緊黏于芯片及基板表面，即便少許的殘余助焊劑 都可能導(dǎo)致過早的接合面剝離(ddamination)，而最終將導(dǎo)致一或多個內(nèi)連 線的破壞。又如，隨著整合層級的增加，現(xiàn)今的半導(dǎo)體芯片具有更多數(shù)量且更接近 的連接墊，因此，更多的凸塊接近地形成于半導(dǎo)體芯片上。由于凸塊的間距 越來越小，裝配過程更為困難，并且產(chǎn)生更多可靠度問題，例如上述的助焊 劑淸潔不完全。除了在凸塊周圍發(fā)生底部填膠材料剝離之外，殘留的助焊劑 也導(dǎo)致凸塊之間發(fā)生短路，以及其它可靠度問題，因此，去除殘留的助焊劑 是相當關(guān)鍵的。目前急需一種可提供先進半導(dǎo)體工業(yè)的高密度需求的凸塊圖 案，并且以有效率及符合成本效益的方法改善如助焊劑殘留引發(fā)的可靠度問 題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于，提供一種芯片倒裝焊封裝的接觸墊圖案，其有助于 改善助焊劑殘留的問題，以及改善凸塊周圍發(fā)生底部填膠材料剝離的問題， 進而提升半導(dǎo)體封裝過程的可靠度。本發(fā)明提供一種半導(dǎo)體封裝結(jié)構(gòu)，包括 一封裝基板，其具有一表面， 用以接受一半導(dǎo)體芯片，該半導(dǎo)體芯片面對面連接至該封裝基板，該表面上 具有以多個接觸墊構(gòu)成的一圖案，其中，各接觸墊用以接受該半導(dǎo)體芯片的 一焊接凸塊，該圖案包括一中央?yún)^(qū)、 一外部區(qū)以及一過渡區(qū)，其中，該外部 區(qū)圍繞該中央?yún)^(qū)，該過渡區(qū)在該中央?yún)^(qū)及該外部區(qū)之間，且該過渡區(qū)的圖案 密度小于該中央?yún)^(qū)及該外部區(qū)的圖案密度。本發(fā)明另提供一種半導(dǎo)體封裝結(jié) 構(gòu)，包括 一封裝基板，其具有一表面，用以接受一半導(dǎo)體芯片，該半導(dǎo)體 芯片面對面連接至該封裝基板，該表面上具有以多個接觸墊構(gòu)成的一圖案， 其中，各接觸墊用以接受該半導(dǎo)體芯片的一焊接凸塊，該圖案包括一中央?yún)^(qū) 以及一外部區(qū)，該外部區(qū)包括一低密度圖案區(qū)，其具有小于中央?yún)^(qū)的圖案密 度。本發(fā)明又提供一種半導(dǎo)體封裝結(jié)構(gòu)，包括 一封裝基板，其具有一表面, 用以接受一半導(dǎo)體芯片，該半導(dǎo)體芯片面對面連接至該封裝基板，該表面上 具有以多個接觸墊構(gòu)成的一圖案，其中，各接觸墊用以接受該半導(dǎo)體芯片的 一焊接凸塊，該圖案為一矩形，且具有至少一不具有所述接觸墊的通道，所 述通道形成于該矩形的角落，由此，在所述通道上相鄰的所述接觸墊的間距 大于在角落中相鄰的所述接觸墊的間距。本發(fā)明的有益技術(shù)效果在于通過本發(fā)明的半導(dǎo)體封裝結(jié)構(gòu)，可使助焊 劑的清潔處理更有效率且更完全，且可避免焊接凸塊周圍的底部填膠材料剝 離，進而增加芯片倒裝焊封裝過程的可靠度。

圖1A-圖1C示出了本發(fā)明實施例在封裝基板上的接觸墊圖案。 其中，附圖標記說明如下-附鵬說明1接觸墊圖案7寬度 13過渡區(qū) 14列3接觸 9中央?yún)^(qū) 15角落區(qū) 19列5長度 ll外部區(qū) 17通道 21邊緣區(qū)
27、 25、 33、 35、 37間距 31行具體實施方式
本發(fā)明提供一種凸塊圖案，其可形成在半導(dǎo)體封裝基板上，以利用芯片 倒裝焊封裝技術(shù)連接半導(dǎo)體芯片。形成在半導(dǎo)體封裝基板上的圖案可包括多 個導(dǎo)電凸塊，每個導(dǎo)電凸塊可接受形成在半導(dǎo)體芯片上的一對應(yīng)焊接凸塊， 并且半導(dǎo)體芯片固定在面對的半導(dǎo)體封裝基板上。在一實施例中，每個接觸 墊可連接至一焊接凸塊；在另一實施例中，僅一部分接觸墊連接至欲附著的 半導(dǎo)體芯片的焊接球，因此，剩余的接觸墊未連接至半導(dǎo)體芯片的焊接球。通過公知的芯片倒裝焊封裝技術(shù)，將半導(dǎo)體芯片固定至半導(dǎo)體封裝基板 上的接觸墊的凸塊圖案，其處理步驟包括在半導(dǎo)體芯片上的連接墊或信號連接組件上形成焊接凸塊；在至少一具有接觸墊(contact pad)的封裝基板上形 成助焊劑；以及，使芯片對準封裝基板。在再回流處理中，組件互相連接， 再回流處理具有升溫及降溫的熱處理工藝，舉例而言，其處理總時間約介于 2至10分鐘，升溫至約200'C至260'C，并保持溫度約1至4分鐘。在再回 流處理之后，實施去焊劑(deflux)或清潔處理，以去除封裝基板及/或芯片 上的助焊劑。去除助焊劑之后，在芯片及封裝基板之間形成底部填膠材料， 以均勻分散形成在封裝基板及半導(dǎo)體芯片之間的應(yīng)力。本發(fā)明的凸塊圖案可 使助焊劑的清潔處理更有效率且更完全，由此可減少清潔負擔。由于助焊劑 清潔處理更有效率，因此，可避免焊接凸塊周圍的底部填膠材料剝離，進而 增加芯片倒裝焊封裝處理的可靠度。上述優(yōu)點可通過形成在封裝基板上的凸塊接觸墊圖案的配置來實現(xiàn)。接 觸墊圖案的關(guān)鍵性區(qū)域一致，本發(fā)明實施例提供的接觸墊圖案具有以下一個 或多個特征不具有接觸墊的通道；位于外部的接觸墊列與位于內(nèi)部的接觸 墊列交錯；部分圖案比其它相鄰的圖案周期性地包含較寬的間距；以及圖案 的角落包括通道或其它低密度圖案部分。霈注意的是，上述特征僅為示例， 本發(fā)明的接觸墊圖案不以上述實施例為限。圖1A-圖1C示出了本發(fā)明實施例在封裝基板上的接觸墊圖案1，其可適 用于半導(dǎo)體封裝處理。首先，請先參照圖1A,圖案l由多個接觸墊3構(gòu)成, 圖1B及圖1C更淸楚地示出了接觸墊3。圖案1可為矩形或長方形，而在此 實施例中其為正方形，圖案1的長度5及寬度7可根據(jù)應(yīng)用及設(shè)計決定其數(shù) 值。圖案1包括中央?yún)^(qū)9、外部區(qū)11以及在中央?yún)^(qū)9與外部區(qū)11之間的過 渡區(qū)13。過渡區(qū)13中接觸墊的圖案密度小于在中央?yún)^(qū)9中接觸墊的平均圖 案密度及外部區(qū)ll中接觸墊的平均圖案密度；或者，過渡區(qū)13可被視為在 中央?yún)^(qū)9及外部區(qū)11之間具有多個不具有接觸墊的通道區(qū)域。在其它實施 例中，過渡區(qū)13可包括更明顯的空隙，例如更寬的不具有接觸墊的通道區(qū) 域。過渡區(qū)13可包括一列或多列14的接觸墊，其列(當過渡區(qū)13包括多 列14的接觸墊時)的間距、或其列(當過渡區(qū)13包括一列14的接觸墊時) 與相鄰的中央?yún)^(qū)9及外部區(qū)11中接觸墊的距離大于外部區(qū)11中列的間距。外部區(qū)ll包括各種外圍部分，例如角落區(qū)15，其圖案密度小于中央?yún)^(qū) 9的平均圖案密度。請參照圖1B，外部區(qū)11包括以列19排列的接觸墊3， 角落區(qū)15包括斜向通道17,其不具有接觸墊3，換句話說，在斜向通道17 上相鄰的接觸墊3之間的距離大于在外部區(qū)11的列19中相鄰的接觸墊3之 間的距離，以此形成具有低圖案密度的局部周邊部分。在其它實施例中，不 具接觸墊3的通道可垂直于斜向通道17所示出的方向，或以其它銳角角度 形成在角落區(qū)15中。邊緣區(qū)21位于圖案1中外部區(qū)11的角落區(qū)15之間， 接著請參照圖1C，許多列19以一平均間距25間隔排列，在外部區(qū)ll中一 些相鄰的列以較大的間距27間隔排列。在一實施例中，間距25約為100微 米至250微米(nm)，而間距27約為200微米至400微米，舉例而言，間 距25約為250微米，而間距27約為300微米，然而，其它實施例可具有其 它間距值，并不限于此。在外部區(qū)11中，較大的間距27可在列19之間周 期性地出現(xiàn)。如圖1B及圖1C所示，外部區(qū)11的接觸墊3的行31與中央?yún)^(qū) 9及過渡區(qū)13的接觸墊3交錯。在中央?yún)^(qū)9中，接觸墊3以斜的列排列，或 者可視為以平行列但間隔行的方式排列，然而，其也可為其它排列方法。行 31可平行于圖案1的邊緣。在一實施例中，在邊緣區(qū)21中的列19及行31對稱于對角線，舉例而 言，在邊緣區(qū)21中沿著圖案1頂部排列的接觸墊圖案排列與在邊緣區(qū)21中 沿著圖案1側(cè)面排列的接觸墊圖案排列相同。在其它實施例中，在邊緣區(qū)21 中沿著圖案1頂部排列的接觸墊圖案排列可與在邊緣區(qū)21中沿著圖案1側(cè) 面排列的接觸墊圖案排列不相同。相對的邊緣區(qū)21 (如沿著頂部及底部的部
分)可相同或不同。請再次參照圖1B，圖中示出了中央?yún)^(qū)9、外部區(qū)11及過渡區(qū)13之間的 圖案密度差異。在一實施例中，在外部區(qū)ll中，相鄰的列19的相鄰的接觸 墊3的間距33約為150微米；過渡區(qū)13中的接觸墊3的列與相鄰的外部區(qū) 11中接觸墊的列之間的間距35約為150微米至300微米，并且優(yōu)選約為225 微米；中央?yún)^(qū)9中的具有間隔排列接觸墊的相鄰的列的接觸墊的間距37約 為300微米。在其它實施例中，上述間距尺寸可為其它值，并不限于此，舉 例而言，間距35可遠大于300微米以在中央?yún)^(qū)9以及外部區(qū)11之間形成一 更大的通道；或者，過渡區(qū)13可具有多個列，并以間距35隔開。請再次參 照圖1A，中央?yún)^(qū)9可包含不同的圖案密度，例如中央?yún)^(qū)9的某些部分可具 有比其它部分更小的圖案密度。本發(fā)明實施例的圖案排列僅作為示例，并非用以限定本發(fā)明的凸塊圖 案，其可為其它各種的圖案排列。本發(fā)明實施例的矩形圖案為半導(dǎo)體封裝業(yè)界偏好的凸塊圖案，此圖案的角落具有相對于其它區(qū)域減少的圖案密度，在 其它實施例中，外部區(qū)11的周邊部分可包括減少圖案密度的局部區(qū)域，例 如其具有小于外部區(qū)11的其它部分的圖案密度，及/或小于中央?yún)^(qū)9的平均 圖案密度。本發(fā)明實施例的凸塊圖案排列具有如斜向通道的通道，例如圖1B 的斜向通道17，或者，具有其它形式的不具接觸墊的斜向通道，以在角落形 成具有低圖案密度的局部區(qū)域。在其它實施例中，在角落可形成通道或其它 不形成接觸墊的圖案。在本發(fā)明實施例的凸塊圖案排列中，與中央?yún)^(qū)9及外 部區(qū)11具有不同間距的過渡區(qū)13可比圖1A所示的情況更大，例如其可包 括更多列，并以更大的間距隔開。本發(fā)明實施例的凸塊圖案排列中，中央?yún)^(qū) 9的列/行與外部區(qū)11的列/行交錯，及/或與過渡區(qū)13的接觸墊列交錯。中 央?yún)^(qū)9與外部區(qū)11交錯的列可具有相同或不同的間距，以及具有不同的排 列方式。實施例中實施方式的描述關(guān)聯(lián)至附圖的易讀性，其圖示為全部實施方式 的一部分，在實施方式中，相關(guān)名稱用詞例如"較低、較上、水平、垂直、 上、下、頂部、底部等"及其衍生詞匯均須參考附圖中所示出的方向，這些 相關(guān)名稱用詞僅利于實施方式擄述的便利性，而不霈在特定方向上建構(gòu)或操 作儀器設(shè)備。名稱用詞上關(guān)于聯(lián)系的用詞，例如"連接、互連、耦合等"是 有關(guān)于其中的結(jié)構(gòu)直接或通過中間結(jié)構(gòu)與另一物體緊連或黏合，也包含可動 式或剛性連接，除非有另外描述。雖然本發(fā)明已以較佳實施例公開如上，然而并非用以限定本發(fā)明，任何 本領(lǐng)域的技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，可做少許更動與潤飾， 因此，本發(fā)明的保護范圍應(yīng)以后附的權(quán)利要求書所限定的專利保護范圍為 準。
權(quán)利要求
1.一種半導(dǎo)體封裝結(jié)構(gòu)，其包括一封裝基板，其具有一表面，用以接受一半導(dǎo)體芯片，該半導(dǎo)體芯片面對面連接至該封裝基板，該表面上具有以多個接觸墊構(gòu)成的一圖案，其中，各接觸墊用以接受該半導(dǎo)體芯片的一焊接凸塊，該圖案包括一中央?yún)^(qū)、一外部區(qū)以及一過渡區(qū)，其中，該外部區(qū)圍繞該中央?yún)^(qū)，該過渡區(qū)在該中央?yún)^(qū)及該外部區(qū)之間，且該過渡區(qū)中接觸墊的圖案密度小于該中央?yún)^(qū)中接觸墊的圖案密度及該外部區(qū)中接觸墊的圖案密度。
全文摘要
本發(fā)明提供一種半導(dǎo)體封裝結(jié)構(gòu)，包括一封裝基板，其具有一表面，用以接受一半導(dǎo)體芯片，該半導(dǎo)體芯片面對面連接至該封裝基板，該表面上具有以多個接觸墊構(gòu)成的一圖案，其中，各接觸墊用以接受該半導(dǎo)體芯片的一焊接凸塊，該圖案包括一中央?yún)^(qū)、一外部區(qū)以及一過渡區(qū)，其中，該外部區(qū)圍繞該中央?yún)^(qū)，該過渡區(qū)在該中央?yún)^(qū)及該外部區(qū)之間，且該過渡區(qū)的圖案密度小于該中央?yún)^(qū)及該外部區(qū)的圖案密度。本發(fā)明的半導(dǎo)體封裝結(jié)構(gòu)可使助焊劑的清潔處理更有效率且更完全，且可避免焊接凸塊周圍的底部填膠材料剝離，進而增加芯片倒裝焊封裝處理的可靠度。
文檔編號H01L23/498GK101118889SQ20071008504
公開日2008年2月6日 申請日期2007年2月28日 優(yōu)先權(quán)日2006年8月1日
發(fā)明者侯上勇, 曹佩華, 林裕庭, 牛保剛, 王忠裕, 蕭永寬, 蔡豪益 申請人:臺灣積體電路制造股份有限公司