芯片級(jí)封裝結(jié)構(gòu)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種芯片級(jí)封裝結(jié)構(gòu)，包括：半導(dǎo)體芯片，在其上表面設(shè)置有電極；凸點(diǎn)下金屬層，設(shè)置在所述電極上表面；金屬柱，設(shè)置在凸點(diǎn)下金屬層的上表面。在凸點(diǎn)下金屬層上設(shè)置金屬柱，該金屬柱能夠緩解熱應(yīng)力，能夠減少或消除因?yàn)闊崤蛎洸痪c而引起的凸點(diǎn)下金屬層或電極的斷裂，減少了半導(dǎo)體封裝結(jié)構(gòu)的失效率。
【專利說(shuō)明】芯片級(jí)封裝結(jié)構(gòu)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及半導(dǎo)體封裝領(lǐng)域，尤其涉及一種芯片級(jí)封裝結(jié)構(gòu)。
【背景技術(shù)】
[0002]圖1是現(xiàn)有半導(dǎo)體芯片級(jí)封裝結(jié)構(gòu)，在半導(dǎo)體芯片201上有電極202，在半導(dǎo)體芯片201和電極202上選擇性的覆蓋有氧化硅或氮化硅等材料形成的鈍化層203，在鈍化層203上再有選擇的形成一層聚酰亞胺PI或PBO等保護(hù)層204。然后通過(guò)半導(dǎo)體常用的圖形轉(zhuǎn)移法在半導(dǎo)體電極表面形成凸點(diǎn)下金屬層(UBM)，典型的UBM由濺射的鈦層205和銅層206以及電鍍鎳層207組成，最后再在UBM上放置金屬球208，回流后形成圖1所示的半導(dǎo)體芯片級(jí)封裝結(jié)構(gòu)。這種半導(dǎo)體芯片級(jí)封裝結(jié)構(gòu)雖然在尺寸達(dá)到了最小化，但是散熱性能較差。對(duì)于一些對(duì)散熱有特殊要求的半導(dǎo)體芯片無(wú)法滿足要求。同時(shí)，由濺射鈦層、銅層和電鍍鎳層組成的UBM結(jié)構(gòu)在這種封裝結(jié)構(gòu)安裝在印刷電路板(PCB板)后，工作是由于熱膨脹不均勻容易引起UBM層的斷裂，從而造成整個(gè)結(jié)構(gòu)失效。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]在下文中給出關(guān)于本發(fā)明的簡(jiǎn)要概述，以便提供關(guān)于本發(fā)明的某些方面的基本理解。應(yīng)當(dāng)理解，這個(gè)概述并不是關(guān)于本發(fā)明的窮舉性概述。它并不是意圖確定本發(fā)明的關(guān)鍵或重要部分，也不是意圖限定本發(fā)明的范圍。其目的僅僅是以簡(jiǎn)化的形式給出某些概念，以此作為稍后論述的更詳細(xì)描述的前序。
[0004]本發(fā)明提供一種芯片級(jí)封裝結(jié)構(gòu)，能夠提聞散熱性能，減少芯片級(jí)封裝結(jié)構(gòu)的失效率。
[0005]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種芯片級(jí)封裝結(jié)構(gòu)，包括:凸點(diǎn)下金屬層；金屬柱，設(shè)置在凸點(diǎn)下金屬層的上表面，所述金屬柱上表面設(shè)置接觸端子。
[0006]相比與現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明的有益效果在于，在凸點(diǎn)下金屬層上設(shè)置金屬柱，該金屬柱能夠緩解熱應(yīng)力，能夠減少或消除因?yàn)闊崤蛎洸痪c而引起的凸點(diǎn)下金屬層或電極的斷裂，減少了半導(dǎo)體封裝結(jié)構(gòu)的失效率。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0007]為了更清楚地說(shuō)明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來(lái)講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
[0008]圖1為現(xiàn)有技術(shù)中芯片級(jí)封裝結(jié)構(gòu)的示意圖；
[0009]圖2為本發(fā)明芯片級(jí)封裝結(jié)構(gòu)的示意圖；
[0010]圖3為本發(fā)明芯片級(jí)封裝結(jié)構(gòu)的制作流程圖；
[0011]圖4-12為本發(fā)明芯片級(jí)封裝結(jié)構(gòu)的制作流程的工藝示意圖。[0012]附圖標(biāo)記:
[0013]101-半導(dǎo)體芯片；102-電極；103-鈍化層；104-保護(hù)層；105_第一金屬層；106-第二金屬層；107-樹脂層；108-金屬柱；109-接觸端子；110-凸起；111-散熱金屬層。
【具體實(shí)施方式】
[0014]為使本發(fā)明實(shí)施例的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例。在本發(fā)明的一個(gè)附圖或一種實(shí)施方式中描述的元素和特征可以與一個(gè)或更多個(gè)其它附圖或?qū)嵤┓绞街惺境龅脑睾吞卣飨嘟Y(jié)合。應(yīng)當(dāng)注意，為了清楚的目的，附圖和說(shuō)明中省略了與本發(fā)明無(wú)關(guān)的、本領(lǐng)域普通技術(shù)人員已知的部件和處理的表示和描述?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。
[0015]在本發(fā)明以下各實(shí)施例中，實(shí)施例的序號(hào)和/或先后順序僅僅便于描述，不代表實(shí)施例的優(yōu)劣。對(duì)各個(gè)實(shí)施例的描述都各有側(cè)重，某個(gè)實(shí)施例中沒有詳述的部分，可以參見其他實(shí)施例的相關(guān)描述。
[0016]本發(fā)明提供一種芯片級(jí)封裝結(jié)構(gòu)，包括:凸點(diǎn)下金屬層；金屬柱108，設(shè)置在凸點(diǎn)下金屬層的上表面，金屬柱108上表面設(shè)置接觸端子109。
[0017]更具體的，在一種實(shí)施方式中，參見圖2，芯片級(jí)封裝結(jié)構(gòu)，還包括:半導(dǎo)體芯片101、電極102、鈍化層103、保護(hù)層104、散熱金屬層。如上述，電極102設(shè)置在半導(dǎo)體芯片的上表面，上述凸點(diǎn)下金屬層設(shè)置在電極102的上表面，鈍化層103則覆蓋半導(dǎo)體芯片101，并且鈍化層103上還具有開口，使電極102從開口中露出，當(dāng)然，鈍化層103可以覆蓋電極102的側(cè)表面。保護(hù)層104覆蓋上述鈍化層103。凸點(diǎn)下金屬層設(shè)置在電極102的上表面，并在凸點(diǎn)下金屬層上設(shè)置金屬柱108。散熱金屬層設(shè)置在半導(dǎo)體芯片101的下表面。
[0018]應(yīng)該理解，上述半導(dǎo)體芯片101的上表面和下表面并不限定為半導(dǎo)體芯片101中固定的某個(gè)面，他們可以是彼此相對(duì)的兩個(gè)面中的任意一個(gè)。當(dāng)然，電極102的上表面至少一部分從鈍化層103和保護(hù)層104中露出，凸點(diǎn)下金屬層設(shè)置在電極102的露出的上表面。
[0019]在本發(fā)明的芯片級(jí)封裝結(jié)構(gòu)中，凸點(diǎn)下金屬層上設(shè)置金屬柱108，該金屬柱108能夠緩解熱應(yīng)力，能夠減少或消除因?yàn)闊崤蛎洸痪c而引起的凸點(diǎn)下金屬層或電極102的斷裂，減少了半導(dǎo)體封裝結(jié)構(gòu)的失效率；同時(shí)，半導(dǎo)體芯片101下表面設(shè)置的散熱金屬層也有助于整個(gè)結(jié)構(gòu)的散熱，減少 高溫對(duì)凸點(diǎn)下金屬層和電極102的不良影響，即提高了散熱性
能。當(dāng)然，上述高溫對(duì)凸點(diǎn)下金屬層和電極102的不良影響包括熱膨脹可能導(dǎo)致的結(jié)構(gòu)斷裂。[0020]上述散熱金屬層的表面形成有多個(gè)凸起110，每個(gè)凸起110之間彼此間隔，這種結(jié)構(gòu)能夠提高散熱金屬層111的表面積，以達(dá)到更好的散熱效果，該散熱金屬層111的表面積至少是半導(dǎo)體芯片101下表面積的一倍。應(yīng)該理解，散熱金屬層111的具體結(jié)構(gòu)可以有多種形式，上述形成有多個(gè)凸起110，并且凸起110之間彼此間隔是一種可選的實(shí)施方式，并不用于限制本發(fā)明，其它結(jié)構(gòu)，能夠加大散熱金屬層表面積，提高芯片級(jí)封裝結(jié)構(gòu)的散熱效果，避免或減少了凸點(diǎn)下金屬層和者電極102因?yàn)槭軣崤蛎浂鴶嗔选?br> [0021]另外，在芯片級(jí)封裝結(jié)構(gòu)中的電極102和凸點(diǎn)下金屬層還會(huì)因?yàn)槭軣岵痪鶆蚨鴮?dǎo)致斷裂，因?yàn)槭軣岵痪鶆蚓蜁?huì)導(dǎo)致膨脹不均勻，從而電極或凸點(diǎn)下金屬層上各部分因?yàn)榕蛎浀拇笮〔煌?，從而斷裂。因此在凸點(diǎn)下金屬層上設(shè)置了金屬柱108，以保證凸點(diǎn)下金屬層的受熱均勻，可選的金屬柱108采用高度為40-110 iim銅制成，可以很好的緩解熱應(yīng)力。
[0022]上述鈍化層103以氧化硅、氮化硅或他們的混合物為材料制成，保護(hù)層104為纖維材料，例如聚酰亞胺(PI)或聚對(duì)苯撐苯并雙口惡唑(PB0)。進(jìn)一步，凸點(diǎn)下金屬層包括由下至上層疊設(shè)置的第一金屬層105和第二金屬層106,其中，第一金屬層為鈦層,第二金屬層為銅層。
[0023]在保護(hù)層104上表面以及環(huán)繞金屬柱108外表面設(shè)置樹脂層107，樹脂層的上表面可以與金屬柱的上表面在同一平面。金屬柱上表面設(shè)置接觸端子109。當(dāng)然，因?yàn)橥裹c(diǎn)下金屬層的外側(cè)面可能也被樹脂層環(huán)繞覆蓋。
[0024]進(jìn)一步，參見圖3，結(jié)合一個(gè)具體的封裝方法實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步介紹。
[0025]S801，在半導(dǎo)體芯片的上表面設(shè)置電極和鈍化層；
[0026]S802，在鈍化層上涂覆保護(hù)層，光刻顯影形成圖案，固化以形成絕緣保護(hù)層。
[0027]S803，在保護(hù)層上濺射凸點(diǎn)下金屬層；
[0028]S804，在凸點(diǎn)下金屬層上涂光刻膠、曝光顯影形成光刻膠圖案；
[0029]S805,在凸點(diǎn)下金屬層上電鍍金屬柱。
[0030]S806,以金屬柱為掩膜,去除光刻膠,并腐蝕凸點(diǎn)下金屬層；
[0031]S807，在保護(hù)層上印刷樹脂，并固化；
[0032]S808，研磨樹脂以及半導(dǎo)體芯片的下表面；
[0033]S809,在半導(dǎo)體芯片下表面形成散熱金屬層；
[0034]S810，在金屬柱上涂覆焊接劑然后植接觸端子，最后進(jìn)行回流。
[0035]首先執(zhí)行步驟S801，在半導(dǎo)體芯片的上表面設(shè)置電極和鈍化層，形成如圖4所示的結(jié)構(gòu)。
[0036]在這一步驟中，半導(dǎo)體芯片上有電極和鈍化層，電極是半導(dǎo)體芯片的功能輸出端子；鈍化層為氧化硅、氮化硅或他們的混合物制成，能夠保護(hù)電極上的線路。其中，電極和鈍化層可以是半導(dǎo)體芯片的初始電極和鈍化層，也可以是根據(jù)線路不圖設(shè)計(jì)需要的而形成的。
[0037]在步驟S802中，在鈍化層上涂覆保護(hù)層如圖5所示，光刻顯影形成圖案，固化以形成絕緣保。然后執(zhí)行步驟S803，在保護(hù)層上濺射凸點(diǎn)下金屬層。在一種可選的實(shí)施方式中，如圖6所示，凸點(diǎn)下金屬層為兩層層疊的金屬層，由下至上分為第一金屬層和第二金屬層，可選的第一金屬層為鈦層，第二金屬層為銅層。當(dāng)然，第一金屬層還可以是鉻、鉭或他們的組合了 ；第二金屬層也可以是銅、鋁、鎳或他們的組合。凸點(diǎn)下金屬層可以采用蒸發(fā)或?yàn)R射或物理氣象沉積法。當(dāng)然，凸點(diǎn)下金屬層可以如圖6所示，完全覆蓋在保護(hù)層和電極上，不過(guò)在后續(xù)的步驟中可能會(huì)去除一部分凸點(diǎn)下金屬層，被去除的部分可以是覆蓋在保護(hù)層上的部分。當(dāng)然凸點(diǎn)下金屬也可以只覆蓋電極(圖中未示出)。
[0038]然后進(jìn)行步驟S804，參見圖7，在凸點(diǎn)下金屬層上涂光刻膠407、曝光顯影形成光刻膠圖案。形成光刻膠的方法可以是旋轉(zhuǎn)涂布，然后通過(guò)曝光顯影，使光刻膠形成一個(gè)可以露出位于電極上方的凸點(diǎn)下金屬的開口，或者可以理解為，經(jīng)過(guò)曝光顯影后的光刻膠具有開口，從該開口露出的凸點(diǎn)下金屬位于電極的正上方。[0039]步驟S805，在凸點(diǎn)下金屬層上電鍍金屬柱(如圖8所示);步驟S806，以金屬柱為掩膜，去除光刻膠，并腐蝕凸點(diǎn)下金屬層，形成如圖9所示的結(jié)構(gòu)，只有在金屬柱下方具有凸點(diǎn)下金屬層，其它位置的凸點(diǎn)下金屬層都被腐蝕掉。
[0040]隨后步驟S807中，在保護(hù)層上印刷樹脂，并固化；因?yàn)橥裹c(diǎn)下金屬層有一部分已經(jīng)被腐蝕，因此被腐蝕的部分就露出本來(lái)在圖電線金屬層下方的保護(hù)層，在這邊部分保護(hù)層上印刷樹脂，形成如圖10所示的結(jié)構(gòu)。步驟S808，如圖11，研磨樹脂以及半導(dǎo)體芯片的下表面，其中在研磨樹脂時(shí)，先將樹脂的表面研磨至和金屬柱高度相同，然后再將金屬柱和樹脂一同減薄，且樹脂的表面與金屬柱高度相同，即二者齊平?？蛇x的，將金屬柱減薄至40-10微米；然后進(jìn)行步驟S809，參見圖12在半導(dǎo)體芯片下表面形成散熱金屬層；最后進(jìn)行S810，在金屬柱上涂覆焊接劑然后植接觸端子，最后進(jìn)行回流。
[0041]最后應(yīng)說(shuō)明的是:雖然以上已經(jīng)詳細(xì)說(shuō)明了本發(fā)明及其優(yōu)點(diǎn)，但是應(yīng)當(dāng)理解在不超出由所附的權(quán)利要求所限定的本發(fā)明的精神和范圍的情況下可以進(jìn)行各種改變、替代和變換。而且，本發(fā)明的范圍不僅限于說(shuō)明書所描述的過(guò)程、設(shè)備、手段、方法和步驟的具體實(shí)施例。本領(lǐng)域內(nèi)的普通技術(shù)人員從本發(fā)明的公開內(nèi)容將容易理解，根據(jù)本發(fā)明可以使用執(zhí)行與在此所述的相應(yīng)實(shí)施例基本相同的功能或者獲得與其基本相同的結(jié)果的、現(xiàn)有和將來(lái)要被開發(fā)的過(guò)程、設(shè)備、手段、方法或者步驟。因此，所附的權(quán)利要求旨在在它們的范圍內(nèi)包括這樣的過(guò)程、設(shè)備、手段、方法或者步驟。
【權(quán)利要求】
1.一種芯片級(jí)封裝結(jié)構(gòu)，其特征在于，包括: 凸點(diǎn)下金屬層； 金屬柱，設(shè)置在凸點(diǎn)下金屬層的上表面，所述金屬柱上表面設(shè)置接觸端子。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的芯片級(jí)封裝結(jié)構(gòu)，其特征在于， 所述芯片級(jí)封裝結(jié)構(gòu)還包括半導(dǎo)體芯片，所述半導(dǎo)體芯片的上表面設(shè)置有電極，所述凸點(diǎn)下金屬層設(shè)置在所述電極上； 在所述半導(dǎo)體芯片與所述上表面對(duì)應(yīng)的下表面，設(shè)置散熱金屬層。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的芯片級(jí)封裝結(jié)構(gòu)，其特征在于， 所述芯片級(jí)封裝結(jié)構(gòu)還包括: 鈍化層，覆蓋所述半導(dǎo)體芯片，在所述鈍化層上形成有開口，所述電極從所述開口處外露； 保護(hù)層，覆蓋所述鈍化層。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的芯片級(jí)封裝結(jié)構(gòu)，其特征在于， 所述金屬柱高度為40-110 u m。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的芯片級(jí)封裝結(jié)構(gòu)，其特征在于， 所述凸點(diǎn)下金屬層包括由下至上層疊設(shè)置的第一金屬層和第二金屬層，其中，第一金屬層為鈦層，第二金屬層為銅層。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的芯片級(jí)封裝結(jié)構(gòu)，其特征在于， 所述散熱金屬層的表面形成多個(gè)凸起，每個(gè)凸起之間彼此間隔。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的芯片級(jí)封裝結(jié)構(gòu)，其特征在于， 所述散熱金屬層的表面積是所述半導(dǎo)體芯片下表面面積的至少一倍。
8.根據(jù)權(quán)利要求3所述的芯片級(jí)封裝結(jié)構(gòu)，其特征在于， 所述鈍化層的材料為氧化硅、氮化硅或他們的混合物； 所述保護(hù)層的材料為纖維。
9.根據(jù)權(quán)利要求3所述的芯片級(jí)封裝結(jié)構(gòu)，其特征在于， 在所述保護(hù)層上表面以及環(huán)繞所述金屬柱外表面設(shè)置樹脂層。
【文檔編號(hào)】H01L23/488GK103811451SQ201410032792
【公開日】2014年5月21日 申請(qǐng)日期:2014年1月23日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月23日
【發(fā)明者】施建根 申請(qǐng)人:南通富士通微電子股份有限公司