專利名稱：用于改善晶片級封裝的可靠性的再分布層增強的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明的實施例涉及用于具有焊料凸塊柵格陣列的硅裸片的晶片級封裝(WLP)。 更明確地說，本發(fā)明的實施例涉及WLP，其并入在朝向硅裸片的外邊緣的方向上從RDL墊向外延伸或朝向所述硅裸片的中心向內(nèi)延伸的再分布層(RDL)墊延伸、翼或擴張的幾何形狀，以便分散圍繞焊料接合位置的焊料接合張應(yīng)力，從而減少歸因于球柵格陣列WLP裝置的溫度循環(huán)(TC)及墜落測試(DT)的裝置故障。
背景技術(shù)：
隨著晶片級封裝裝置的尺寸增大，晶片級封裝(WLP)裝置與印刷電路板之間的焊料連接陣列也增大。參看圖1，展示到焊料球界面的凸塊下金屬的底部或下側(cè)視圖的一部分。具體來說，圖1展示到鄰接于晶片級封裝角落而定位的焊料接合陣列內(nèi)的焊料接合界面的凸塊下金屬。為清楚起見，在圖1中不描繪所述焊料球。圖2為沿著圖1的切除線A的剖視圖?，F(xiàn)在參看圖1及2兩者，展示現(xiàn)有技術(shù)晶片級封裝100的一部分。圖2描繪與WLP 100相關(guān)聯(lián)的各種材料層。展示硅層102。在硅層102內(nèi)的是所述硅層的作用區(qū)域104，在所述作用區(qū)域104中發(fā)現(xiàn)芯片上半導(dǎo)體電路。如圖1中所展示，作用區(qū)域104在WLP的每一邊緣附近終止，導(dǎo)致圍繞WLP 100的外邊緣或外圍延伸的狹窄邊緣區(qū)域或非作用區(qū)域106。 在硅層102及作用區(qū)域104下方的是鈍化層108。所述鈍化層為大體上隔絕硅層102的作用區(qū)域104內(nèi)的半導(dǎo)體電路(未具體圖示)的氧化物材料。緊鄰著鈍化層108的是電介質(zhì)層110。在電介質(zhì)層110內(nèi)的是再分布層(RDL) 112。RDL 112為負責(zé)將硅102內(nèi)的半導(dǎo)體電路電連接到外部連接(例如，到焊料球124，且接著到PC板)的金屬層。在一些WLP裝置中，電介質(zhì)層110分成兩個分開的層或步驟，其通過在標示為是電介質(zhì)層110的兩個區(qū)域之間的虛線來展示。所描繪的再分布層112包含RDL墊及信號跡線 (未具體圖示)。抵靠RDL墊112的是凸塊下層(UBM) 116，其具有杯狀形狀，使得可易于將焊料球124放置在UBM 116上。所描繪的UBM 116有時稱為UBM墊116。UBM 116的內(nèi)徑 122有時稱為電介質(zhì)開孔直徑122，其允許經(jīng)由UBM墊116及RDL墊112的去向及遠離硅 102上的作用電路的信號、電流及電壓的電子遷移。RDL墊112電連接到硅102內(nèi)的作用電路。在一些現(xiàn)有技術(shù)裝置中，UBM墊直徑118在尺寸上與RDL墊直徑114相同或類似。在其它現(xiàn)有技術(shù)中，UBM墊直徑比RDL墊直徑大約0到10微米。如所展示，存在分離RDL唇或邊緣115與UBM唇或邊緣的一些量的電介質(zhì)。一般來說，在現(xiàn)有技術(shù)裝置中，RDL唇115 具有從約0到約13微米的徑向?qū)挾?。隨著晶片級封裝變大，其相關(guān)聯(lián)的焊料球柵格陣列或焊料接合陣列也已在尺寸方面增大。當所述焊料球柵格陣列變得大于7X7時，發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有技術(shù)晶片級封裝開始在溫度循環(huán)(TC)測試及墜落測試(DT)期間出現(xiàn)故障且變得較不可靠。TC及DT測試為在WLP裝置上執(zhí)行以確保其滿足最低可靠性標準的常見的可靠性測試。在TC及DT測試兩者期間，當 WLP封裝的尺寸增加長度、寬度及焊料球數(shù)目時，較大的WLP更頻繁地展現(xiàn)裸片級斷裂。參看圖3，展示具有所描繪的主要斷裂300及次要斷裂306的現(xiàn)有技術(shù)WLP結(jié)構(gòu) 100?，F(xiàn)有技術(shù)WLP結(jié)構(gòu)100在溫度循環(huán)及/或墜落測試期間的主要故障模式是歸因于電介質(zhì)及鈍化層斷裂。主要斷裂300在RDL唇115的上邊緣部分初始。此斷裂在溫度循環(huán)期間的初始化被認為是歸因于在焊料球124、焊料接合及印刷電路卡連接附近及周圍的各層材料的不同的膨脹及收縮系數(shù)。存在在TC及墜落測試期間產(chǎn)生的高拉應(yīng)力集中。此應(yīng)力集中從強UBM墊116傳遞到RDL墊112，所述RDL墊112經(jīng)由RDL唇115將所述應(yīng)力轉(zhuǎn)移到電介質(zhì)110中。常見的是，電介質(zhì)斷裂在RDL唇115處初始，且接著朝向鈍化層108傳播。簡而言之，在溫度循環(huán)期間，應(yīng)力在焊料接合中積累，且接著穿過RDL邊緣115轉(zhuǎn)移到電介質(zhì)層110。如所展示，所述斷裂可延伸穿過所述電介質(zhì)層，且接著穿過302處的鈍化層，當所述斷裂繼續(xù)到硅102及作用電路區(qū)域(見304)中時，電路故障發(fā)生。導(dǎo)致斷裂及故障的是歸因于印刷電路板(未圖示)與WLP之間的熱膨脹系數(shù)失配所致的在TC加載期間形成的拉應(yīng)力集中。次要斷裂306經(jīng)常發(fā)生，但所述次要斷裂不產(chǎn)生額外故障。次要斷裂306從RDL 唇115朝向UBM層116行進，且一般不中斷任何電連接。因此，現(xiàn)有技術(shù)WLP裝置的問題是在溫度循環(huán)及墜落測試期間，RDL上的應(yīng)力水平過高，從而引起穿過電介質(zhì)層110且進入到集成電路中的斷裂或故障。需要的是一種方法或機制，所述方法或機制可減小或分散在具有大于7X7的焊料接合連接陣列的柵格陣列的WLP的溫度循環(huán)及墜落測試期間在RDL墊上或周圍積累的應(yīng)力，以便增加可靠性及正被制造的此類較大WLP裸片尺寸的故障之間的平均時間。存在對較大陣列晶片級封裝 (LAffLP)以高成功率(而不是故障率)經(jīng)受溫度循環(huán)及墜落測試的應(yīng)力的可靠性的需要。

發(fā)明內(nèi)容
考慮到前面提及的現(xiàn)有技術(shù)晶片級封裝焊料接合構(gòu)造的限制及缺陷，本發(fā)明的實施例提供一種針對LAWLP封裝的焊料接合位置減小或分散與溫度循環(huán)及墜落測試相關(guān)聯(lián)的應(yīng)力的方法。本發(fā)明的實施例提供與現(xiàn)有技術(shù)裝置相比具有相對于內(nèi)層斷裂故障的較低故障率及較大產(chǎn)品可靠性的WLP。本發(fā)明的實施例提供一種晶片級封裝，它在晶片級封裝第一側(cè)上具有焊料接合位置陣列。該晶片級封裝的第一側(cè)上的焊料接合位置中的至少一個包含具有球下金屬(UBM) 直徑的(UBM)層或墊。定位在UBM墊下方的是鄰接且抵靠UBM層的再分布層或墊。再分布層(RDL)或墊具有墊寬度及RDL延伸翼區(qū)域。RDL延伸翼區(qū)域在從RDL墊區(qū)域的中心徑向向外及朝向所述晶片級封裝的中央位置徑向向外及/或徑向向內(nèi)的方向上從RDL墊區(qū)域延伸。在一些實施例中，所述至少一個焊料接合位置包含鄰近或鄰接晶片級封裝的一個或一個以上角落的焊料接合位置。在另一實施例中，所述至少一個焊料接合位置包含圍繞晶片級封裝上的焊料接合位置陣列的外圍定位的焊料接合位置。在又一實施例中，所述焊料接合位置可包括圍繞焊料接合位置陣列的外圍的焊料接合位置，以及鄰接焊料接合位置陣列或緊鄰焊料接合位置陣列且按行或列向內(nèi)定位的額外焊料接合位置。本發(fā)明的額外實施例具有從RDL墊區(qū)域邊緣延伸約42微米+/- 微米的徑向距離的RDL延伸翼區(qū)域。RDL墊區(qū)域加上延伸翼的總徑向長度可等于相關(guān)聯(lián)的UBM墊的徑向長度加上約42微米+/-約28微米。另一實施例提供一種包含裸片(為矩形或正方形且具有第一側(cè)及第二側(cè))的晶片級封裝。焊料接合位置陣列以行及列組織于所述裸片的所述第一側(cè)上。所述焊料接合位置陣列包括包含與每一焊料接合位置一致的多個RDL墊位置的再分布層(RDL)。每一 RDL墊位置具有墊直徑或?qū)挾?。RDL墊位置(其與所述陣列的角落處的焊料接合位置一致)各自包含擴張的RDL幾何形狀。每一擴張的RDL幾何形狀大體上圍繞從所述裸片的第一側(cè)的中心徑向延伸或在所述裸片的第一側(cè)的中心附近延伸穿過與RDL墊位置一致的焊料接合位置的中心位置的想象中的線定中心。在另一實施例中，RDL墊位置(其與圍繞所述陣列的多個外圍焊料接合位置一致) 各自包含擴張的RDL幾何形狀，所述擴張的RDL幾何形狀大體上圍繞從所述裸片的第一側(cè)上的中央位置徑向延伸穿過與特定RDL墊位置一致的焊料接合位置的中心位置的想象中的線定中心。在一些實施例中，當鄰接的信號跡線或RDL信號跡線需要與經(jīng)定中心的RDL幾何形狀相同的區(qū)域中的至少一些時，擴張的RDL幾何形狀可從圍繞線定中心改變或調(diào)整。在各種實施例中，擴張的RDL幾何形狀具有約等于RDL墊直徑加上約0到20微米的寬度。擴張的RDL幾何形狀的長度可從所述焊料接合位置的中心測量，且可具有等于相關(guān)聯(lián)的UBM墊的半徑加上0到70微米的長度。另一實施例包含具有制造于其上的一個或一個以上集成電路裸片的硅晶片。所述硅晶片上的裸片在每一側(cè)上由界道接界，所述界道表示所述硅晶片將被切除的可消耗部分。所述裸片或所述晶片包含各自對應(yīng)于球下金屬墊的RDL墊陣列。每一球下金屬(UBM) 墊具有中心位置。第一多個RDL墊(其在所述陣列的中央?yún)^(qū)域中或附近)各自包含圓形的幾何形狀，且具有RDL墊直徑。RDL墊陣列的第二多個RDL墊具有在所述陣列的外圍的兩個UBM墊周圍或內(nèi)的位置。具有在所述陣列的外圍的兩個UBM墊周圍或內(nèi)的位置的RDL 墊各自包含幾何形狀，所述幾何形狀具有沿著從所述裸片的中央位置徑向延伸穿過對應(yīng)的 UBM墊的中心位置的第一線測量的長度及沿著與所述第一線垂直且也延伸穿過對應(yīng)的UBM 墊的中心位置的第二線測量的寬度。所述幾何形狀的所述寬度可等于RDL墊直徑加上0到約20微米，且所述幾何形狀的所述長度可等于RDL墊直徑加上約14到約140微米。具有在所述陣列的外圍的兩個UBM墊周圍或內(nèi)的位置的RDL墊的幾何形狀的長度不必圍繞其對應(yīng)的UBM中心位置定中心。本發(fā)明的實施例改善了具有8乘8或更大的球柵格尺寸的晶片級封裝結(jié)構(gòu)的溫度循環(huán)及墜落測試可靠性。已發(fā)現(xiàn)在相對于WLP封裝或裸片的中心向內(nèi)徑向及/或向外徑向方向上，延伸超過UBM直徑的唇或邊緣的到RDL層的翼或延伸顯著地減小或分散LAWLP結(jié)構(gòu)的墜落測試及溫度循環(huán)期間的拉應(yīng)力集中。當RDL層朝向裸片的邊緣或外側(cè)延伸以用于溫度循環(huán)時，且當RDL層或邊緣朝向裸片的中心延伸以用于墜落測試時，在LAWLP結(jié)構(gòu)中發(fā)
6現(xiàn)故障之間的平均時間及產(chǎn)品可靠性顯著地改善。當將本發(fā)明的實施例并入到LAWLP結(jié)構(gòu)中時，產(chǎn)品壽命及產(chǎn)品可靠性改善。應(yīng)理解，LAWLP結(jié)構(gòu)被認為是具有8乘8直到約20乘 20的焊料接合陣列的結(jié)構(gòu)。


為了更完整的理解，現(xiàn)在參考結(jié)合附圖進行的以下描述，在附圖中圖1說明現(xiàn)有技術(shù)WLP的焊料接合陣列的一部分；圖2說明圖1的現(xiàn)有技術(shù)WLP的剖視圖；圖3說明具有故障斷裂的現(xiàn)有技術(shù)WLP焊料接合位置的剖視圖；圖4說明示范性WLP裝置上的示范性WLP接合位置的剖視圖；圖5說明具有帶有擴張的幾何形狀或翼的RDL墊的示范性裸片的角落部分的俯視圖；圖6說明具有帶有擴張的幾何形狀或翼的另一示范性RDL墊的示范性裸片的角落部分的俯視圖；圖7說明具有帶有擴張的幾何形狀或翼的另一示范性RDL墊的示范性裸片的角落部分的俯視圖；圖8說明具有帶有擴張的幾何形狀或翼的示范性RDL墊的示范性裸片的側(cè)部分的俯視圖；圖9說明具有焊料接合位置陣列的示范性裸片及裸片上的示范性擴張的RDL墊位置；圖10A、10B、IOC及IOD說明包含擴張的幾何形狀的RDL墊的示范性變形；圖11為根據(jù)本發(fā)明的實施例的示范性硅晶片的剖視圖；以及圖12說明如由計算機模擬確定的圍繞WLP上的焊料接合位置的TC及DT應(yīng)力。
具體實施例方式現(xiàn)在參考圖式，其中在本文中始終使用相同的參考編號標示相同的元件，與其它可能的實施例一起說明及描述改善晶片級封裝的可靠性的再分布層增強的各種視圖及實施例。圖不一定按比例繪制，且在一些實例中，已僅出于說明性目的適當夸大及/或簡化了所述圖式。所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員將了解基于以下可能的實施例的實例的許多可能的應(yīng)用及變形。晶片級封裝(WLP)的焊料接合與印刷電路板之間的界面已變得足夠堅固，使得印刷電路板與集成電路之間的應(yīng)力故障已減少。此類故障已在溫度循環(huán)(TC)測試及墜落測試(DT)期間移到集成電路的裸片級。在TC測試及DT測試期間觀察到的裸片級故障包括電介質(zhì)層及鈍化層斷裂(也稱為內(nèi)層電介質(zhì)(ILD)斷裂)。在TC及DT測試期間最常見的故障機理為電介質(zhì)斷裂在RDL墊邊緣或唇處初始，且接著朝向硅層傳播，穿過鈍化層且進入到所述硅層的作用電路區(qū)域，從而引起電路故障。為了減小RDL層上及RDL層周圍的應(yīng)力，本發(fā)明的實施例增大RDL墊的表面積及尺寸，使得其向UBM墊外圍的外側(cè)延伸。實施例在預(yù)定徑向方向上向UBM墊直徑外側(cè)延伸RDL墊層，或在一些實施例中，圍繞整個UBM墊在圓周上延伸RDL墊層。在一些實施例中，RDL墊相對于裸片的中心且圍繞UBM墊徑向向內(nèi)、徑向向外或既徑向向內(nèi)又向外延伸。已發(fā)現(xiàn)圍繞RDL墊區(qū)域添加此類RDL延伸或翼會減小或分散在現(xiàn)有WLP裝置中引起電介質(zhì)斷裂的RDL應(yīng)力水平。最小化歸因于溫度變化及/或 TC測試所致的ILD斷裂的實施例包括在從WLP裸片的中心徑向向外的方向上從RDL墊位置延伸的RDL延伸、翼或幾何形狀擴張。最小化/或消除歸因于脈沖沖擊或DT測試所致的 ILD斷裂的實施例包括在朝向WLP裸片中心徑向向內(nèi)的方向上從RDL墊位置延伸的RDL延伸、翼或幾何形狀擴張。最小化或消除TC測試及DT測試兩者的ILD斷裂的實施例具有朝向及遠離WLP裸片中心徑向向內(nèi)及徑向向外延伸的RDL延伸、翼或幾何形狀擴張。在LAWLP 封裝中，焊料接合角落及陣列外圍焊料接合位置必須經(jīng)受TC及DT測試期間的最高應(yīng)力集中。在本發(fā)明的各種實施例中，通過在所述外圍上且在一些實施例中僅在焊料接合陣列的角落RDL位置上添加指向所述外圍上的RDL位置的裸片的外側(cè)及指向的RDL位置的裸片的內(nèi)側(cè)的RDL延伸或翼而提高了示范性LAWLP封裝的TC及DT測試生存兩者。限制RDL延伸或翼到WLP封裝上的外圍焊料接合位置的添加的優(yōu)點是極大地提高了整個WLP裝置的可靠性，同時內(nèi)部焊料接合位置之間的空間保留用于在所述陣列內(nèi)路由RDL信號跡線。并且， 添加RDL翼不涉及任何電介質(zhì)開孔122變化，從而不存在對電子遷移(EM)性能及測試的影響。圖4為沿著圖5 (其為根據(jù)實施例的示范性角落焊料接合位置的頂視圖)的橫截面線B的WLP封裝400的示范性再分布層增強的橫截面圖。示范性WLP 400由各種材料層組成。硅層402包含WLP封裝的集成電路在其中駐留的硅層404的作用區(qū)域。非作用區(qū)域 406圍繞示范性裸片400的邊緣或外圍延伸。鈍化層108(其為保護硅層的表面上的電路的氧化物層)分離硅層102與電介質(zhì)層110。示范性RDL墊層412被提供且包含延伸超過 RDL墊直徑414的外圍的延伸或RDL翼413。RDL墊412連接包含在作用區(qū)域404中的電路與UBM層416。UBM墊416層為焊料球似4附接到WLP封裝400的地方。UBM墊416具有可大體上與現(xiàn)有技術(shù)裝置的UBM直徑414相同的直徑418，但也可在直徑方面比其小或大0 到約20微米。電介質(zhì)開孔420具有開孔，所述開孔具有大體上與現(xiàn)有技術(shù)電介質(zhì)開孔122 相同的直徑422。觀察到示范性RDL墊層412的表面積通過延伸413增大。RDL表面積的增大分散了在TC測試期間由RDL層412遭遇的應(yīng)力。換句話說，與業(yè)已存在的裝置的RDL結(jié)構(gòu)相比， 拉力在電介質(zhì)層110中的RDL 414的較大區(qū)域上分布。因為示范性RDL墊層412為制造工藝的一部分，在所述制造工藝中，將RDL層遮蔽到裸片上，接著在其上濺射或濺灑金屬，所以最小額外成本與遮蔽且制造并入了具有延伸或翼413的RDL墊層412的示范性WLP封裝400相關(guān)聯(lián)。因此，示范性實施例中的RDL區(qū)域的增加不會影響或?qū)嵸|(zhì)上改變WLP封裝的制造成本。如圖5中可見，RDL延伸413在徑向方向上延伸，且以想象中從裸片400的中心位置徑向延伸的線為中心。在TC測試期間發(fā)現(xiàn)，張應(yīng)力最大程度地鄰接RDL墊412，并以遠離裸片中心延伸穿過每一 RDL墊412的徑向線為中心，且位于RDL墊412較接近裸片邊緣的一側(cè)上。RDL延伸413必須覆蓋應(yīng)力的張力部分以借此在電介質(zhì)層110內(nèi)的RDL延伸413 的表面上分散張力。通過在RDL延伸413的表面上延伸及分散張應(yīng)力，發(fā)現(xiàn)歸因于TC測試的故障針對要求的TC規(guī)格被減小、最小化甚至可能消除。圖6描繪具有朝裸片504的中心徑向向內(nèi)延伸的RDL延伸墊502的WLP角落焊料接合位置500。對于墜落測試，發(fā)現(xiàn)每一焊料接合位置的拉應(yīng)力徑向向內(nèi)朝向裸片的中心。 因此，RDL延伸502徑向向內(nèi)延伸，以在RDL墊延伸502的區(qū)域之外和周圍分散與來自墜落測試發(fā)生的拉力相關(guān)聯(lián)的拉應(yīng)力。圖7描繪位于WLP封裝角落位置的焊料接合位置600。此實施例包含朝向裸片606 的中心徑向向內(nèi)602延伸以及遠離裸片606的中心徑向向外604延伸的示范性RDL翼。整個RDL墊層603為RDL墊，具有朝向裸片中央位置徑向向內(nèi)及遠離裸片中央位置徑向向外的擴張幾何形狀。此實施例在WLP封裝中提供一定水平的保護及拉應(yīng)力分散，以幫助承受嚴苛的溫度循環(huán)測試及墜落測試。舉例來說，如果并入本發(fā)明的實施例的WLP封裝用于便攜式手持裝置(例如，移動電話)中，那么使用從焊料接合位置徑向向內(nèi)及徑向向外延伸的示范性RDL延伸將是有利的，因為移動電話可能遭受劇烈的溫度循環(huán)(當被放置在酷熱車輛中或滑雪坡上時)或沖擊脈沖(當移動電話墜落或與堅硬表面意外碰撞時)。舉例來說， 如果WLP封裝被并入大型靜止主機計算機中，那么幾乎不必擔(dān)心WLP能否經(jīng)受墜落測試，可能僅需要延伸RDL墊的RDL墊延伸413 (如圖5所示)。圖8描繪其中焊料接合位置800在WLP封裝的中心附近且沿著WLP封裝的邊緣 802的本發(fā)明的實施例。此處，RDL延伸或翼804以大體上圍繞從裸片806的中央位置徑向延伸且接著穿過與其一致的焊料接合位置800的中心的線808定中心的方式擴張RDL墊的幾何形狀?，F(xiàn)在參看圖9，描繪具有增強的再分布層墊的晶片級封裝900的示范性實施例。展示具有焊料接合位置的柵格陣列的裸片900的側(cè)。裸片的中心902具有朝向角落焊料接合位置延伸的第一徑向線904，在所述角落焊料接合位置處展示具有大體上徑向向外延伸且以徑向線904定中心的延伸的示范性擴張幾何形狀RDL墊906。另一徑向線908從裸片900 的中心點902延伸穿過所述裸片的焊料球柵格陣列的外圍上的焊料接合位置910的中心。 此焊料接合位置具有在相對于裸片的中心902及焊料接合位置910的向外徑向方向上延伸 RDL的擴張的幾何形狀RDL墊911。擴張的RDL墊906及911具有在徑向向外方向上的延伸或翼，其提供分散在TC測試期間發(fā)生的拉應(yīng)力的額外的RDL表面積。RDL墊位置912、914 及916描繪具有擴張的RDL幾何形狀(其包括從焊料接合位置且相對于中央裸片位置徑向向內(nèi)及徑向向外的延伸或翼)以便分散TC及DT測試兩者期間的張應(yīng)力的RDL層。在一些實施例中，RDL翼可放置在外圍RDL接合位置墊以及由圖9中的X標示的第二行圓周焊料接合位置上。這些第二行(或列)位置被認為鄰接于外圍焊料接合位置。焊料接合位置918描繪具有擴張的幾何形狀的RDL墊層919，所述幾何形狀包含將在TC測試期間及在現(xiàn)場提供增強的可靠性的從裸片的中心902徑向向外且從焊料接合位置918徑向延伸的延伸或翼。RDL墊919的擴張的幾何形狀還可類似地朝向中心902徑向向內(nèi)擴張。圖6、7及8描繪示范性RDL墊擴張幾何形狀或RDL延伸翼形狀502、603及804。 圖7的幾何形狀或翼形狀在圍繞焊料接合位置的相反方向上延伸。并且，應(yīng)注意，所述翼的寬度大體上與UBM層下方的RDL墊寬度的直徑或?qū)挾认嗤D10揭示各種額外的示范性RDL層翼延伸或擴張的幾何形狀配置。翼延伸920 略微類似于圖8中展示的翼延伸，除了側(cè)921、922及923各自具有相等的長度。延伸930 具有彎曲邊緣932，其可具有與圍繞圓形RDL墊區(qū)域934的曲線相同或不同的曲率。RDL延伸940具有兩個側(cè)941及942，其具有大體上相等的長度，其中兩個側(cè)941及942的中心或交叉點944經(jīng)圓化，以便最小化可能的高頻率傳輸。注意，圖10的RDL實例A、B及C各自具有翼，所述翼的寬度大體上與焊料球及UBM層下方的基礎(chǔ)或原始RDL墊的直徑或?qū)挾认嗤?。在圖10中，項目D，展示具有RDL翼的示范性擴張RDL墊，其中對于第一延伸952及第二延伸954，所述翼從焊料球位置951的中心點950的長度是不同的。此外，所述延伸的寬度比基礎(chǔ)或原始RDL墊或UBM墊層略寬(寬0到約20微米)。根據(jù)本發(fā)明的實施例的這些示范性RDL層配置不應(yīng)限制圍繞示范性晶片級封裝中的焊料接合位置的其它RDL延伸或擴張的幾何形狀的可能性，而相反，其意在指示RDL延伸形狀可幾乎與UBM層寬度或直徑一樣寬到比UBM層寬度或直徑寬一點，在所述UBM層寬度或直徑處，焊料球貼近到WLP封裝。延伸尺寸及形狀的進一步變形數(shù)量過多以致不能描述，但也可幫助最小化可與每一焊料接合位置處的示范性RDL層相關(guān)聯(lián)的信號傳輸及電容?，F(xiàn)在參看圖11，描繪作為示范性硅晶片的一部分的晶片級封裝裸片。圖11為硅晶片960的一部分。硅晶片960已完成其中一個或一個以上個別裸片(例如裸片961)制造于其上的制造工藝。在每一裸片之間的是稱為界道962的空間。每一界道表示當晶片被機械切割成個別裸片時晶片的可消耗的部分。在每一界道962的邊緣處的是稱為裸片邊緣容限964的小裂片空間。界道962(其包括裸片邊緣容限964) —般不以電介質(zhì)層966覆蓋。 當裸片961從晶片960切除時，所述切除沿著界道962發(fā)生，從而在裸片961的邊緣處留下小裸片邊緣容限量964。所述裸片邊緣容限可具有寬度DE 968(為從約0微米到約50微米)。在裸片961內(nèi)且鄰接于鈍化層970的是裸片的作用區(qū)域(未具體圖示)。所述裸片的作用區(qū)域應(yīng)由鈍化層970及電介質(zhì)966覆蓋。展示作用區(qū)域邊緣972。作用區(qū)域邊緣 972與外圍RDL墊層976的示范性翼延伸974可從RDL基礎(chǔ)或原始墊朝向裸片961的邊緣延伸的最大距離一致。這是重要的，因為RDL翼的末端，像所述作用區(qū)域硅中的電路一樣， 必須由電介質(zhì)966覆蓋。如果翼的邊緣朝向界道延伸超過作用區(qū)域邊緣972，且在裸片961 被從晶片960切除之后暴露，那么翼延伸974的暴露端可相對于RDL層的其余部分過快地或不均勻地冷卻。 作用區(qū)域邊緣972與未切除界道962的完全寬度之間的距離稱為電介質(zhì)重疊980。 電介質(zhì)重疊980 —般具有7與約17微米之間的電介質(zhì)測量(0)978。通過示范性RDL翼(例如外RDL翼延伸974或內(nèi)RDL翼延伸975)的實驗及計算機建模，發(fā)現(xiàn)沿著源自中心線984延伸穿過擴張的幾何形狀RDL墊的線徑向測量具有長度 (W) 989的RDL翼的徑向長度應(yīng)為約42微米+/- 微米(不包括RDL墊976的基礎(chǔ)或原始半徑988)。示范性內(nèi)或外RDL翼延伸974、975的寬度應(yīng)與原始或基礎(chǔ)RDL墊的直徑或?qū)挾萇 X RDL墊半徑988)+/-約10微米相同。所述寬度可較寬或可(例如)隨著從焊料接合的中心的距離增加而分散或散開。如果裸片的焊料球柵格陣列中存在空間，那么實施例可具有圍繞RDL墊或UBM墊直徑徑向延伸約42微米+/- 微米的圓周翼。圍繞墊的徑向延伸在每一徑向方向上不必為相同的距離。在其中希望外RDL翼延伸974位于最外焊料球位點上的一些實施例中，最大(Wm) 可允許外RDL翼延伸974可使用以下計算來計算Wm = D-RDLe-O其中Wm等于最大翼延伸徑向距離。D為RDL墊的中心、UBM墊中心或焊料接合位置中心984與裸片邊緣986之間的距離，其與界道962的最大可能寬度一致。因此，D為UBM、 RDL墊或焊料接合位置的中心984與最大界道邊緣或最小裸片邊緣986之間的距離。RDLk 展示為距離988，其等于RDL墊(或在一些實施例中，UBM墊990)的徑向長度或RDL墊(或在一些實施例中，UBM墊990)的寬度(直徑)的一半。圖12展示W(wǎng)LP焊料接合柵格陣列表面TC及DT循環(huán)上的應(yīng)力分布的有限元計算機模擬。通過實際溫度循環(huán)測試及計算機模擬建模兩者發(fā)現(xiàn)，歸因于溫度循環(huán)的應(yīng)力鄰接于每一外圍焊料凸塊位置852，其中最大拉應(yīng)力徑向遠離焊料接合位置的中心且徑向遠離 WLP 856的中心邪4而定位。進一步注意到，與溫度循環(huán)測試及模擬相關(guān)聯(lián)的拉應(yīng)力850鄰接于周邊焊料接合位置(即，在位置852處定中心的焊料接合位置)接著鄰接于內(nèi)部焊料接合位置(即，焊料接合位置858)而展現(xiàn)最大量值。進一步注意到，與其它周邊焊料接合位置852的其它拉力850相比，WLP封裝856的角落焊料球位置860具有與其相關(guān)聯(lián)的較大拉力850a。與內(nèi)部焊料接合位置858相關(guān)聯(lián)的溫度循環(huán)相關(guān)拉力859比與周邊焊料球位置852及860相關(guān)聯(lián)的TC相關(guān)拉力850小。還確定，與墜落測試相關(guān)聯(lián)的拉力具有鄰接于焊料球位置852且在朝向WLP 856 的中心854的徑向向內(nèi)的方向上的最大拉力。圍繞WLP 856的周邊上的焊料球位置852的墜落測試拉力862比與內(nèi)部焊料接合位置(例如焊料接合位置858)相關(guān)聯(lián)的墜落測試相關(guān)拉力864大。發(fā)現(xiàn)最大墜落測試相關(guān)拉力860a鄰接于WLP 858上的角落焊料球位置860。 注意，拉應(yīng)力位于用于DT及TC測試的焊料接合位置的徑向相對側(cè)上。雖然未在圖12中具體展示，但實施例的TC及DT測試及計算機建模進一步指示， 當焊料球接合位置在遠離WLP封裝焊料接合陣列的邊緣或周邊進一步向內(nèi)的行或列中時， 圍繞焊料接合位置的拉力減小。因此，如較早相對于圖9而論述且由與TC測試及DT測試相關(guān)聯(lián)的拉力的位置及量值的實際測試及計算機模擬所支持，當被并入到具有9X9或更小的焊料球柵格陣列的WLP封裝的角落及/或周邊附近角落焊料接合位置中時，示范性RDL 延伸翼(內(nèi)翼或外翼)(或擴張的RDL幾何形狀)對于分散拉應(yīng)力及減少與溫度或墜落應(yīng)力相關(guān)的產(chǎn)品故障是有用的。此外，當每一焊料接合位置的一部分圍繞焊料球柵格尺寸為 10 X 10到約20 X 20的WLP焊料球柵格陣列的外圍時，根據(jù)本發(fā)明的實施例的RDL延伸翼或擴張的幾何形狀減少歸因于溫度循環(huán)或墜落測試應(yīng)力的產(chǎn)品故障。此外，可通過將根據(jù)本發(fā)明的實施例的示范性RDL墊翼或擴張的幾何形狀并入到WLP封裝上的周邊焊料球位置以及鄰接于所述周邊焊料球位置的焊料球位置(在球柵格陣列的鄰接于周邊焊料接合位置的行或列中的焊料球位置)兩者，來實現(xiàn)故障之間的增加的平均時間，且/或可實現(xiàn)對較高溫度循環(huán)測試差異或在墜落測試中受到的較大力的抵抗。如果將此內(nèi)翼、外翼或外及內(nèi)翼并入到鄰接于周邊焊料接合位置而定位的焊料接合位置不利地影響在WLP封裝上在焊料球接合位置之間包含某些信號跡線的需要，那么本發(fā)明的一些實施例可選擇性地將示范性RDL延伸(內(nèi)翼、外翼或內(nèi)及外翼兩者)或RDL擴張幾何形狀放置在外圍焊料接合位置及WLP封裝球柵格陣列的鄰接于外圍焊料球位置的行及列中的其它焊料接合位置上，其中重點是WLP封裝的角落附近的焊料球位置。并且，擴張的RDL幾何形狀可進行形狀方面的修改以適應(yīng)某些焊料接合位置之間的信號跡線。根據(jù)各種實施例的RDL墊及幾何形狀易于被設(shè)計到WLP裝置中，因為RDL層是通過遮蔽裸片且將RDL金屬濺射或濺灑到裸片的未遮蔽部分上來形成的集成電路中的層中的一者。用于本發(fā)明的實施例的RDL掩模的布局是類似于形成目前使用的RDL掩模的技術(shù)來完成，除了圍繞所選擇的或預(yù)定的RDL墊位置并入翼延伸。在一些實施例中，翼延伸尺寸取決于焊料接合位置到裸片邊緣的定位。此外，RDL 翼(內(nèi)翼、外翼，或內(nèi)及外翼兩者)在WLP上各自不必為相同的尺寸或面積。RDL翼延伸尺寸、面積或幾何形狀可根據(jù)柵格陣列中的特定RDL墊的位置、對RDL墊位置之間的信號跡線的需要及歸因于溫度循環(huán)或墜落或當其被并入到最終產(chǎn)品或裝置中時的WLP封裝的震動的預(yù)期拉力來調(diào)整。重要的是，RDL層翼延伸區(qū)域或擴張的RDL幾何形狀的一部分經(jīng)定位而至少覆蓋鄰接于徑向遠離裸片的中心及相關(guān)聯(lián)的UBM墊兩者的焊料接合位置的區(qū)域以用于添加的溫度應(yīng)力保護。此外，重要的是，RDL延伸區(qū)域或擴張的RDL幾何形狀經(jīng)定位以至少覆蓋鄰接于在裸片的中心與相關(guān)聯(lián)的UBM墊之間的焊料接合位置的區(qū)域，以提供免受來自墜落測試的震動及脈沖拉應(yīng)力的添加的保護。在本發(fā)明的實施例的實際TC可靠性測試期間，溫度循環(huán)測試包含從-40°C到 125°C循環(huán)測試示范性WLP裝置(及相關(guān)聯(lián)的PC板)的溫度及示范性WLP裝置(及相關(guān)聯(lián)的PC板)周圍的溫度，其中每一循環(huán)具有一個小時的持續(xù)時間。對于具有約與UBM墊尺寸相同或略微小于UBM墊的RDL墊的現(xiàn)有技術(shù)WLP，執(zhí)行了三個測試。每一測試由循環(huán)通過 500個溫度循環(huán)的77個新現(xiàn)有技術(shù)WLP封裝組成。對于所述測試中的77個樣品中的每一者，現(xiàn)有技術(shù)裝置的三個溫度循環(huán)測試分別產(chǎn)生26個、9個及14個故障。在每循環(huán)從_40°C到125°C變化的溫度循環(huán)測試(其中每一循環(huán)具有一個小時的周期)中類似地測試根據(jù)本發(fā)明的實施例的WLP。還執(zhí)行三個測試，其中每一測試包括77 個新的示范性WLP封裝。在500個連續(xù)溫度循環(huán)之后，并入有本發(fā)明的實施例的示范性WLP 中沒有一個在三組77個新裝置中的任一者中出現(xiàn)故障。所述三組77個裝置接著循環(huán)通過額外500個連續(xù)溫度循環(huán)(總共1000個溫度循環(huán)測試)。在1000個溫度循環(huán)之后，具有示范性RDL延伸或擴張的幾何形狀的示范性WLP中沒有一個未通過所述溫度循環(huán)測試。當焊料球接合位置從裸片的外圍朝向中心向內(nèi)移動時，本發(fā)明的額外實施例將具有在每一緊鄰的行及列中的RDL墊位置中的一些或全部上徑向向內(nèi)、徑向向外或徑向向內(nèi)且徑向向外延伸的漸進較小的翼延伸(內(nèi)翼、外翼或內(nèi)及外翼)或RDL擴張的幾何形狀。當焊料球柵格陣列尺寸從IOX 10變大到20X20焊料接合位置陣列時，此實施例將進一步增強故障之間的平均時間及WLP的可靠性。此實施例的擴張RDL幾何形狀的添加還可提供可經(jīng)受較高溫度變化及嚴酷環(huán)境的WLP?？蓮牟⑷敫鶕?jù)本發(fā)明的實施例的晶片級封裝收益的裝置為消費者手持產(chǎn)品，例如移動電話、錄像機、便攜式DVD播放器、便攜式游戲及博弈裝置，手持GPS裝置、膝上型計算機、迷你計算機、個人數(shù)字助理(PDA)及可能在具有變化溫度的環(huán)境中墜落或使用的實質(zhì)上任何其它手持裝置。當本發(fā)明的實施例并入到軍用設(shè)備及裝置中時，所述軍用設(shè)備及裝置也可通過具有較高可靠性而收益。同樣，可能不必經(jīng)受例如墜落測試條件的計算系統(tǒng)將收益于WLP上的示范性RDL翼延伸或擴張的幾何形狀，以幫助其經(jīng)受溫度循環(huán)及不利的環(huán)境條件。受益于此揭示的所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員將了解，根據(jù)本發(fā)明的各種實施例的此再分布層增強改善了晶片級封裝裝置的可靠性。應(yīng)理解，本文中的圖示及詳細描述應(yīng)以說明性而不是限制性方式來看待，且無意于限于所揭示的特定形式及實例。相反，在不脫離如由所附權(quán)利要求書界定的本發(fā)明的本質(zhì)及范圍的情況下，所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員明白的任何進一步修改、改變、再布置、替代、更改、設(shè)計選擇及實施例是包括的。因此，意在使所附權(quán)利要求書解釋為包括所有此類進一步修改、改變、再布置、替代、更改、設(shè)計選擇及實施例。
權(quán)利要求
1.一種晶片級封裝，它包含焊料接合位置陣列，位于所述晶片級封裝的第一側(cè)上，其特征在于，至少一個焊料接合位置包含球下金屬UBM層，具有UBM直徑 ’及再分布層RDL，位置低于且鄰接于所述UBM層，所述RDL包含RDL墊區(qū)域，具有RDL墊區(qū)域?qū)挾龋患癛DL延伸翼區(qū)域，所述RDL延伸翼區(qū)域在從所述RDL墊區(qū)域的中心徑向向外及從所述晶片級封裝的所述第一側(cè)的中央位置徑向向外或朝向所述晶片級封裝的所述第一側(cè)的中央位置徑向向內(nèi)的方向上從所述RDL墊區(qū)域延伸。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的晶片級封裝，其特征在于，所述至少一個焊料接合位置包含鄰近于所述晶片級封裝的每一角落的焊料接合位置。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的晶片級封裝，其特征在于，所述至少一個焊料接合位置包含圍繞所述焊料接合位置陣列的外圍的焊料接合位置。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的晶片級封裝，其特征在于，所述至少一個焊料接合位置還包含與鄰近于所述晶片級封裝的每一角落的所述焊料接合位置鄰接的焊料接合位置。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的晶片級封裝，其特征在于，所述至少一個焊料接合位置包含與圍繞所述焊料接合位置陣列的所述外圍的所述焊料接合位置鄰接的焊料接合位置。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的晶片級封裝，其特征在于，所述RDL延伸翼區(qū)域從所述RDL墊區(qū)域延伸約42微米+/- 微米的距離。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的晶片級封裝，其特征在于，所述RDL延伸翼區(qū)域具有類似于所述RDL墊區(qū)域的寬度+/_約10微米的寬度。
8.一種晶片級封裝，它包含裸片，具有第一側(cè)及第二側(cè)；焊料接合位置陣列，位于所述裸片的所述第一側(cè)上，所述陣列按行及列布置；再分布層RDL，包含每一焊料接合位置處的RDL墊位置，每一 RDL墊位置具有墊直徑；及與所述陣列的角落焊料接合位置一致的角落RDL墊位置包含擴張的RDL幾何形狀；每一擴張的RDL幾何形狀實質(zhì)上以從所述第一側(cè)上的中央位置徑向延伸穿過與其一致的所述焊料接合位置的中心位置的線為中心。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的晶片級封裝，其特征在于，與圍繞所述陣列的外圍的焊料接合位置一致的外圍RDL墊位置包含擴張的RDL幾何形狀，所述擴張的RDL幾何形狀實質(zhì)上以從所述第一側(cè)上的所述中央位置徑向延伸穿過與其一致的所述焊料接合位置的所述中心位置的線為中心。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的晶片級封裝，其特征在于，當至少一個擴張的RDL幾何形狀與信號跡線鄰接時，所述擴張的RDL幾何形狀是從實質(zhì)上以所述線為中心做調(diào)整。
11.根據(jù)權(quán)利要求8所述的晶片級封裝，其特征在于，與圍繞所述陣列的各種焊料接合位置一致的多個RDL墊位置包含擴張的RDL幾何形狀，所述擴張的RDL幾何形狀實質(zhì)上以從所述第一側(cè)上的所述中央位置徑向延伸穿過與其一致的所述焊料接合位置的所述中心位置的線為中心。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的晶片級封裝，其特征在于，當至少一個擴張的RDL幾何形狀與信號跡線鄰接時，所述擴張的RDL幾何形狀是從實質(zhì)上以所述線為中心做調(diào)整。
13.根據(jù)權(quán)利要求8所述的晶片級封裝，其特征在于，每一擴張的RDL幾何形狀包含與所述線垂直的寬度，所述寬度等于所述墊直徑加上0到約20微米。
14.根據(jù)權(quán)利要求8所述的晶片級封裝，其特征在于，每一擴張的RDL幾何形狀包含與所述線平行的長度，所述長度被分成內(nèi)長度及外長度，所述內(nèi)長度是從所述焊料接合位置的所述中心位置朝向所述中央位置測量，且等于所述墊直徑的一半加上0到70微米，所述外直徑是從所述焊料接合位置的所述中心位置遠離所述中央位置測量，且等于所述墊直徑的一半加上14到70微米。
15.根據(jù)權(quán)利要求8所述的晶片級封裝，其特征在于，所述焊料接合位置陣列大于或等于8 X 8陣列且小于或等于20 X 20陣列。
16.一種硅晶片，它包含裸片，每一側(cè)由所述晶片上的界道定界，所述裸片具有第一側(cè)及第二側(cè)，所裸片還包含再分布層RDL墊的陣列，所述再分布層RDL墊各自與具有球下金屬UBM中心位置的UBM 墊對應(yīng)，其特征在于，位于所述陣列中央的第一多個所述RDL墊各自包含具有RDL墊直徑的圓形幾何形狀，且圍繞所述陣列的外圍的第二多個所述RDL墊各自包含幾何形狀，所述幾何形狀具有沿著從第一側(cè)中心位置徑向延伸穿過與其對應(yīng)的所述UBM中心位置的第一線測量的長度，且具有沿著延伸穿過所述UBM中心位置的與所述第一線垂直的第二線測量的寬度；所述寬度等于所述RDL墊直徑加上0到約20微米，而所述長度等于所述RDL墊直徑加上14到約140微米。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的硅晶片，其特征在于，每一長度不必以所述對應(yīng)UBM中心位置為中心。
18.根據(jù)權(quán)利要求16所述的硅晶片，其特征在于，所述裸片還包含至少覆蓋所述陣列中的每一 RDL墊的外圍的一個或一個以上電介質(zhì)層。
全文摘要
本發(fā)明提供一種增強的再分布層，它按幾何形狀擴張與晶片級封裝WLP的球柵格陣列相關(guān)聯(lián)的再分布層RDL墊，以在所述WLP的溫度循環(huán)及/或墜落測試期間提供拉應(yīng)力緩解。
文檔編號H01L21/60GK102598259SQ201080050679
公開日2012年7月18日 申請日期2010年11月10日 優(yōu)先權(quán)日2009年11月10日
發(fā)明者S·凱薩爾·拉希姆, 勇·力·徐, 條·周, 維倫·卡恩德卡爾, 阿爾卡迪·薩莫伊洛夫 申請人:美士美積體產(chǎn)品公司