專利名稱：具應(yīng)力緩沖的微連凸塊結(jié)構(gòu)及制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種具應(yīng)力緩沖的微連凸塊結(jié)構(gòu)及制造方法，尤其涉及一種解 決傳統(tǒng)高階封裝芯片無(wú)法承受縱向及橫向應(yīng)力的問(wèn)題，利用一具有應(yīng)力緩沖效 果的復(fù)合凸塊進(jìn)行電子組件與線路間的連接，該凸塊具有承受分散縱向與橫向 應(yīng)力的功能，能于封裝的制造過(guò)程中有效保護(hù)電子組件與線路，可達(dá)到制造過(guò) 程簡(jiǎn)易及高可靠度的緩沖結(jié)構(gòu)。
背景技術(shù)：
半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的突飛猛進(jìn)，可使所有電子產(chǎn)品皆可設(shè)計(jì)成為輕、薄、短、小 的架構(gòu)，因?yàn)殡娮赢a(chǎn)品的IC組件于設(shè)計(jì)上皆具有高腳數(shù)、高傳輸速度及多功 能方向...等的特性，為實(shí)現(xiàn)上述的目的，IC制造過(guò)程皆朝向九十納米以下制 造過(guò)程來(lái)發(fā)展，并使用低介電系數(shù)(Low-K)材料來(lái)進(jìn)行內(nèi)部導(dǎo)線微連結(jié)的制 作，因此于封裝制造過(guò)程上亦產(chǎn)生有技術(shù)上的瓶頸，例如IC材料的選用、 封裝制造過(guò)程對(duì)芯片本體的沖擊應(yīng)力及彎曲變形的種種問(wèn)題。
目前高階的封測(cè)技術(shù)而言，如BGA、 FinePitch、 Flip-Chip、 CSP...等， 其芯片與基板之間的連接方式皆為應(yīng)用錫鉛凸塊回焊后，再進(jìn)行二者之間的連 接，但是以此方式進(jìn)行時(shí)，芯片必需承受相當(dāng)高溫的熱應(yīng)力沖擊，同時(shí)芯片與 基板間產(chǎn)生了縱向與橫向的應(yīng)力，該芯片可能因此產(chǎn)生損毀或結(jié)構(gòu)性的破壞， 影響了芯片于組裝后的可靠度，降低了產(chǎn)品生產(chǎn)時(shí)的合格率，尤其于九十納米 以下所制造的芯片皆采用低介電系數(shù)材料，對(duì)于高溫的熱應(yīng)力承受能力不佳， 故利用低應(yīng)力的封裝接合制造過(guò)程顯得相當(dāng)?shù)刂匾?br> 請(qǐng)參閱美國(guó)專利US5783465所揭露，其為利用凸塊回焊加上一底膠 (Underfill)填充以進(jìn)行保護(hù)及補(bǔ)強(qiáng)。再者，美國(guó)專利US6818544以及US6555759 二專利案皆為利用復(fù)合凸塊(Compliant Bump)結(jié)合導(dǎo)電顆粒膠膜 (Conductive Film)，上述三件美國(guó)專利皆利用到底膠等膠材黏著，可能會(huì)因 為加熱時(shí)底膠膨脹系數(shù)不一，其對(duì)熱應(yīng)力承受的可靠性并非那么高，同時(shí)必須 增加諸多額外的制造過(guò)程，同時(shí)會(huì)提高制作成本，因此該三件現(xiàn)有技術(shù)引證案 皆具有改進(jìn)的空間。

發(fā)明內(nèi)容
基于解決以上所述現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，本發(fā)明為具應(yīng)力緩沖的微連凸塊結(jié)構(gòu) 及制造方法，其主要的目的為解決傳統(tǒng)高階封裝芯片無(wú)法承受縱向及橫向應(yīng)力 的問(wèn)題，利用一具有應(yīng)力緩沖效果的復(fù)合凸塊進(jìn)行電子組件與線路間的連接， 該凸塊具有承受分散縱向與橫向應(yīng)力的功能，能于封裝的制造過(guò)程中有效保護(hù) 電子組件與線路，可達(dá)到制造過(guò)程簡(jiǎn)易及高可靠度的緩沖結(jié)構(gòu)。
為實(shí)現(xiàn)上述的目的，本發(fā)明的具應(yīng)力緩沖的微連凸塊結(jié)構(gòu)，用于承受分散
縱向與橫向的應(yīng)力，其包括有
一第一頂面，該第一頂面與基板及電子組件其中之一連接； 一第二頂面，該第二頂面與基板及電子組件其中之一連接； 一支撐體，連接于第一頂面與第二頂面之間，且該支撐體的二端表面積不
大于第一頂面及第二頂面；以及
一緩沖層，設(shè)置于支撐體的外部，以提供應(yīng)力吸收及緩沖的功能。 較佳者，該第一頂面、第二頂面及支撐體的連接結(jié)構(gòu)，可提供基板與電子
組件之間形成電性連接。
較佳者，該第一頂面及第二頂面之間所連接的支撐體不限于一個(gè)，亦可為
二個(gè)以上支撐體形成連接結(jié)構(gòu)。
以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)描述，但不作為對(duì)本發(fā)明的限定。


圖1為本發(fā)明具應(yīng)力緩沖的微連結(jié)凸塊的第一實(shí)施結(jié)構(gòu)圖； 圖2為本發(fā)明具應(yīng)力緩沖的微連結(jié)凸塊應(yīng)用于電子組件與基板之間的實(shí) 施例5圖3為本發(fā)明具應(yīng)力緩沖的微連結(jié)凸塊的第二實(shí)施結(jié)構(gòu)圖4為本發(fā)明具應(yīng)力緩沖的微連結(jié)凸塊的第三實(shí)施結(jié)構(gòu)圖5為本發(fā)明具應(yīng)力緩沖的微連結(jié)凸塊的第四實(shí)施結(jié)構(gòu)圖6A為本發(fā)明具應(yīng)力緩沖的微連結(jié)凸塊的制造的第一流程圖6B為本發(fā)明具應(yīng)力緩沖的微連結(jié)凸塊的制造的第二流程圖6C為本發(fā)明具應(yīng)力緩沖的微連結(jié)凸塊的制造的第三流程圖6D為本發(fā)明具應(yīng)力緩沖的微連結(jié)凸塊的制造的第四流程圖6E為本發(fā)明具應(yīng)力緩沖的微連結(jié)凸塊的制造的第五流程圖6F為本發(fā)明具應(yīng)力緩沖的微連結(jié)凸塊的制造的第六流程圖7A為本發(fā)明具應(yīng)力緩沖的微連結(jié)凸塊的另一制造的第一流程圖;
圖7B為本發(fā)明具應(yīng)力緩沖的微連結(jié)凸塊的另一制造的第二流程圖;
圖7C為本發(fā)明具應(yīng)力緩沖的微連結(jié)凸塊的另一制造的第三流程圖;
圖7D為本發(fā)明具應(yīng)力緩沖的微連結(jié)凸塊的另一制造的第四流程圖。
其中，附圖標(biāo)記
11、 21、 31、 41 第一頂面
12、 22、 32、 42 第二頂面
13、 23、 33、 43 支撐體
14、 24、 34、 44 緩沖層 15 電子組件
151 焊墊
152 導(dǎo)體層 16 基板
161 焊墊
162 導(dǎo)體層 51 金屬基材 52 聚酰亞胺 53 光罩 54 蝕刻孔 55 金屬柱狀體 56 金屬材料層57 沖壓頭
61 固定模具
62 毛細(xì)管
621 透孔 63 第一頂面 64 支撐體 65 第二頂面
具體實(shí)施例方式
請(qǐng)參閱圖1所示，為本發(fā)明具應(yīng)力緩沖的微連結(jié)凸塊的第一實(shí)施結(jié)構(gòu)圖， 其中該凸塊包括有一第一頂面11，該第--頂面11與基板及電子組件其中之一 連接，其中電子組件泛指一般芯片(Chip)或其它利用表面焊接技術(shù)(SMT) 的集成電路(IC)。 一第二頂面12，該第二頂面12與基板及電子組件其中之 一連接，當(dāng)然該電子組件亦指芯片或集成電路； 一支撐體13，連接于第一頂 面11與第二頂面12之間，且該支撐體13的二端表面積不大于第一頂面11 及第二頂面12，而本實(shí)施例為一柱狀體。而該第一頂面ll、第二頂面12及支 撐體13的連接結(jié)構(gòu)，可提供基板與電子組件之間形成電性連接； 一緩沖層14， 設(shè)置于支撐體13的外部，以提供應(yīng)力吸收及緩沖的功能，該緩沖層14為一低 介電系數(shù)(Low-K)的高分子材料所構(gòu)成，而該低介電系數(shù)的高分子材料為一 聚酰亞胺(Polyimide ， PI)所構(gòu)成，且利用包覆、填充的其中一種方式設(shè)置于 支撐體13的外部。
請(qǐng)參閱圖2所示，為本發(fā)明具應(yīng)力緩沖的微連結(jié)凸塊應(yīng)用于電子組件與基 板之間的實(shí)施例圖，其中很明顯地看出本發(fā)明的凸塊結(jié)構(gòu)設(shè)置于電子組件15 (本實(shí)施例為一芯片)與基板16之間，其設(shè)置位置介于電子組件焊墊151與 基板焊墊161之間，電子組件焊墊151與其導(dǎo)體層152相連接；相對(duì)地，基板 焊墊161亦與其導(dǎo)體層162相連接。而該凸塊并具有電子組件15及基板16 之間電性連接的功能，由凸塊上緩沖層具有應(yīng)力緩沖的效果，可有效保護(hù)電子 組件15與基板16不受外界橫向或縱向拉力所影響。
請(qǐng)參閱圖3所示，為本發(fā)明具應(yīng)力緩沖的微連結(jié)凸塊的第二實(shí)施結(jié)構(gòu)圖， 亦包含有第一頂面21、第二頂面22及緩沖層24的構(gòu)件，其與圖1所揭露架構(gòu)的差異在于其支撐體23設(shè)計(jì)成為彈簧體，因此該彈簧體支撐體23的可承受 應(yīng)力及彈性系數(shù)與圖1所揭露柱狀體支撐體13絕對(duì)不相同，可提供封裝制造 過(guò)程中對(duì)于電子組件與基板應(yīng)力設(shè)計(jì)上不同的考慮，而使封裝制造過(guò)程可獲得 最佳化結(jié)構(gòu)。
請(qǐng)參閱圖4所示，為本發(fā)明具應(yīng)力緩沖的微連結(jié)凸塊的第三實(shí)施結(jié)構(gòu)圖， 亦包含有第一頂面31、第二頂面32及緩沖層34的構(gòu)件，與圖1所揭露架構(gòu) 的差異在于其支撐體33設(shè)計(jì)成為三根直徑較小的柱狀體，當(dāng)然熟悉本領(lǐng)域技 術(shù)人員不受限于此，利用復(fù)數(shù)根柱狀體做為支撐體33結(jié)構(gòu)，皆在本發(fā)明的保 護(hù)范圍，而該復(fù)數(shù)柱狀體支撐體33的可承受應(yīng)力及彈性系數(shù)與圖1所揭露單 一柱狀體支撐體13亦不相同，亦提供封裝制造過(guò)程中對(duì)于電子組件與基板應(yīng) 力設(shè)計(jì)的變化。
請(qǐng)參閱圖5所示，為本發(fā)明具應(yīng)力緩沖的微連結(jié)凸塊的第四實(shí)施結(jié)構(gòu)圖， 亦包含有第一頂面41、第二頂面42及緩沖層44的構(gòu)件，其與圖1所揭露架 構(gòu)的差異在于其支撐體43設(shè)計(jì)成為螺旋體，因此該螺旋體支撐體43的可承受 應(yīng)力及彈性系數(shù)與圖1所揭露柱狀體支撐體13絕對(duì)不相同，亦提供封裝制造 過(guò)程中對(duì)于電子組件與基板應(yīng)力設(shè)計(jì)的變化。
請(qǐng)參閱圖6A至圖6F所示，為本發(fā)明具應(yīng)力緩沖的微連結(jié)凸塊的制造的 流程圖，其將聚酰亞胺(Polyimide ， PI)52利用一熱壓法(Lamination)設(shè)置于 一金屬基材(第二頂面)51上方，該金屬基材51由銅箔所構(gòu)成，而該聚酰亞 銨52于一適當(dāng)?shù)拈g距進(jìn)行蝕刻程序(Etching)，于復(fù)數(shù)光罩53未遮蔽處以形 成有復(fù)數(shù)蝕刻孔54，而該復(fù)數(shù)蝕刻孔54并利用電鍍方式(Electro-Plating)而 將金屬材料充填于蝕刻孔54中，以形成一金屬柱狀體(支撐體)55，并與底 部的金屬基材51形成電性連接，再利用過(guò)度電鍍(Over Electro-Plating)方法 或是將金屬材料以熱壓法使金屬柱狀體55及聚酰亞銨52上方形成一平坦金屬 材料層(第一頂面)56，當(dāng)然上述金屬材料56、金屬柱狀體55或金屬基材51 皆為銅所構(gòu)成，因此可使第二頂面、支撐體及第一頂面之間皆可形成電性連接， 最后的步驟為利用一機(jī)械加壓力量，而使用復(fù)數(shù)個(gè)沖壓頭57將前述形成結(jié)構(gòu) 沖壓為復(fù)數(shù)個(gè)微連接凸塊，此即為本發(fā)明所提出的具應(yīng)力緩沖的微連結(jié)凸塊制 造過(guò)程。
請(qǐng)參閱圖7A至圖7D所示，為本發(fā)明具應(yīng)力緩沖的微連結(jié)凸塊的另一制造的流程圖，其中圖7A顯示一種毛細(xì)管62，該毛細(xì)管62用途通常為生產(chǎn)化 學(xué)檢測(cè)時(shí)使用，該毛細(xì)管62為一低介電系數(shù)(Low-K)的高分子材料所構(gòu)成， 同樣高分子材料亦可為一聚酰亞胺，而毛細(xì)管62中心為一中空狀的透孔621。 將復(fù)數(shù)己裁切預(yù)定長(zhǎng)度的毛細(xì)管62固定于對(duì)應(yīng)復(fù)數(shù)個(gè)固定模具61中，圖7B 則揭露復(fù)數(shù)毛細(xì)管62透孔621利用電鍍方式(Electro-Plating)而將金屬材料 鍍于該透孔621上方中，該金屬材料為銅所構(gòu)成，以形成第一頂面63，圖7C 則揭露將復(fù)數(shù)固定模具61與毛細(xì)管62實(shí)施翻轉(zhuǎn)歩驟，而使毛細(xì)管62第-一頂 面63位于毛細(xì)管63下方，毛細(xì)管62透孔621的上端仍未被封閉，此時(shí)，再 利用電鍍金屬材料于透孔621中，該金屬材料亦為銅所構(gòu)成，以形成一支撐體 64，再利用過(guò)度電鍍(Over Electro-Plating)方法使毛細(xì)管63上方繼續(xù)形成第 二頂面65，圖7D揭露將復(fù)數(shù)固定模具61卸除后，即形成該微連結(jié)凸塊，而 該微連結(jié)凸塊的第一頂面、支撐體及第二頂面皆為銅材料所構(gòu)成。
由上述所揭露的附圖可得知，本發(fā)明有別于現(xiàn)有技術(shù)利用錫鉛凸塊包覆一 底膠來(lái)應(yīng)用于低應(yīng)力的封裝接合制造過(guò)程，而采用一金屬導(dǎo)電材料做為電性連 接主體，而該電性連接主體包括有一第一頂面、 一支撐體及一第二頂面，再于 支撐部的外部設(shè)置一緩沖層，該緩沖層具有應(yīng)力緩沖的效果，可有效保護(hù)芯片 與基板不受外界橫向或縱向拉力所影響。此外，本發(fā)明的具應(yīng)力緩沖的微連接 凸塊結(jié)構(gòu)為單獨(dú)制作，每個(gè)凸塊皆為一輸入/輸出(I/O)接點(diǎn)，于進(jìn)行組裝時(shí) 僅需將該凸塊置于芯片與基板之間直接做對(duì)位接合即可，此種連接方式與現(xiàn)有 技術(shù)相比，優(yōu)點(diǎn)為不需要使用膠材及增層制造過(guò)程來(lái)做應(yīng)力緩沖的制造過(guò)程， 而不同的封裝制造過(guò)程需要不同彈力系數(shù)的凸塊，皆可通過(guò)包覆不同彈力系數(shù) 的緩沖層或采用不同形狀支撐體而做一改變，還不如可采用復(fù)數(shù)支撐體亦可達(dá) 到改變彈性系數(shù)的作用，因此可提供凸塊計(jì)算實(shí)驗(yàn)后應(yīng)用于封裝制造過(guò)程的最 佳化結(jié)構(gòu)。
當(dāng)然，本發(fā)明還可有其它多種實(shí)施例，在不背離本發(fā)明精神及其實(shí)質(zhì)的情 況下，熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員當(dāng)可根據(jù)本發(fā)明作出各種相應(yīng)的改變和變形，但 這些相應(yīng)的改變和變形都應(yīng)屬于本發(fā)明所附的權(quán)利要求的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1、一種具應(yīng)力緩沖的微連凸塊結(jié)構(gòu)，用于承受分散縱向與橫向的應(yīng)力，其特征在于，包括一第一頂面，該第一頂面與基板及電子組件其中之一連接；一第二頂面，該第二頂面與基板及電子組件其中之一連接；至少一支撐體，連接于第一頂面與第二頂面之間，且該支撐體的二端表面積不大于第一頂面及第二頂面；以及至少一緩沖層，設(shè)置于支撐體的外部，以提供應(yīng)力吸收及緩沖的功能。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的具應(yīng)力緩沖的微連凸塊結(jié)構(gòu)，其特征在于，該 第一頂面、第二頂面及支撐體的連接結(jié)構(gòu)，可提供基板與電子組件之間形成電 性連接。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的具應(yīng)力緩沖的微連凸塊結(jié)構(gòu)，其特征在于，該 支撐體為一柱狀體、螺旋體、彈簧體的其中之一所構(gòu)成。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的具應(yīng)力緩沖的微連凸塊結(jié)構(gòu)，其特征在于，該 第一頂面利用合金回焊接合、膠合及壓合的其中之一，而與基板及電子組件其 中之一接合。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的具應(yīng)力緩沖的微連凸塊結(jié)構(gòu)，其特征在于，該 第二頂面利用合金回焊接合、膠合及壓合的其中之一，而與基板及電子組件其 中之一接合。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的具應(yīng)力緩沖的微連凸塊結(jié)構(gòu)，其特征在于，該 緩沖層為一低介電系數(shù)的高分子材料所構(gòu)成。
7、 根據(jù)權(quán)利要求6所述的具應(yīng)力緩沖的微連凸塊結(jié)構(gòu)，其特征在于，該 低介電系數(shù)的高分子材料為一聚酰亞胺所構(gòu)成。
8、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的具應(yīng)力緩沖的微連凸塊結(jié)構(gòu)，其特征在于，該 緩沖層為利用包覆、填充的其中一種方式設(shè)置于支撐體的外部。
9、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的具應(yīng)力緩沖的微連凸塊結(jié)構(gòu)，其特征在于，該 電子組件為芯片。
10、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的具應(yīng)力緩沖的微連凸塊結(jié)構(gòu)，其特征在于，該 凸塊可通過(guò)包覆不同彈力系數(shù)的緩沖層或采用不同形狀支撐體而做一改變，還可采用復(fù)數(shù)支撐體亦可達(dá)到改變彈性系數(shù)的作用，以適用于不同的封裝制造過(guò)程。
11、 一種具應(yīng)力緩沖的微連結(jié)凸塊的制造方法，微連結(jié)凸塊用于承受分散 縱向與橫向的應(yīng)力，其特征在于，包括(al)將低介電系數(shù)的高分子材料利用一熱壓法設(shè)置于一金屬基材上方； (bl)低介電系數(shù)的高分子材料于一適當(dāng)?shù)拈g距進(jìn)行蝕刻程序，以形成有復(fù) 數(shù)蝕刻孔；(Cl)該復(fù)數(shù)蝕刻孔并利用電鍍方式而將金屬材料充填于蝕刻孔中，以形成 至少一金屬柱狀體，并與底部的金屬基材形成電性連接；(dl)再利用過(guò)度電鍍方法及將金屬材料以熱壓法的其中之一使該金屬柱狀體及低介電系數(shù)的高分子材料上方形成一平坦金屬材料層；以及(el)利用一機(jī)械加壓力量將前述形成結(jié)構(gòu)沖壓為復(fù)數(shù)個(gè)微連結(jié)凸塊。
12、 根據(jù)權(quán)利要求11所述的具應(yīng)力緩沖的微連結(jié)凸塊的制造方法，其特 征在于，該步驟(cl)與歩驟(dl)的金屬材料為銅所構(gòu)成。
13、 根據(jù)權(quán)利要求11所述的具應(yīng)力緩沖的微連結(jié)凸塊的制造方法，其特 征在于，該步驟(cl)與步驟(dl)的金屬柱狀體為銅所構(gòu)成。
14、 根據(jù)權(quán)利要求11所述的具應(yīng)力緩沖的微連結(jié)凸塊的制造方法，其特 征在于，該步驟(al)與步驟(cl)的金屬基材為銅所構(gòu)成。
15、 根據(jù)權(quán)利要求11所述的具應(yīng)力緩沖的微連結(jié)凸塊的制造方法，其特 征在于，該步驟(al)、步驟(bl)及步驟(dl)的低介電系數(shù)的高分子材料 為一聚酰亞胺所構(gòu)成。
全文摘要
本發(fā)明為一種具應(yīng)力緩沖的微連凸塊結(jié)構(gòu)及其制造方法，該具應(yīng)力緩沖的微連凸塊結(jié)構(gòu)包括有一第一頂面，該第一頂面與基板及電子組件其中之一連接；一第二頂面，該第二頂面與基板及電子組件其中之一連接；一支撐體，連接于第一頂面與第二頂面之間，且該支撐體的二端表面積不大于第一頂面及第二頂面；一緩沖層，設(shè)置于支撐體的外部，以提供應(yīng)力吸收及緩沖的功能。
文檔編號(hào)H01L23/48GK101452901SQ200810187338
公開(kāi)日2009年6月10日 申請(qǐng)日期2006年4月6日 優(yōu)先權(quán)日2006年4月6日
發(fā)明者廖錫卿, 許永昱, 譚瑞敏, 鄭智元 申請(qǐng)人:財(cái)團(tuán)法人工業(yè)技術(shù)研究院