半導(dǎo)體封裝結(jié)構(gòu)的形成方法
【專利摘要】一種半導(dǎo)體封裝結(jié)構(gòu)的形成方法，包括：提供半導(dǎo)體芯片，在芯片的焊盤上依次形成耐熱金屬層和金屬浸潤層，在金屬浸潤層上依次形成附著層和阻擋層，在阻擋層上形成焊料后回流，形成柱狀凸點；提供引線框架，將形成有柱狀凸點的芯片倒裝于引線框架上，所述柱狀凸點與引線框架的內(nèi)引腳電連接；形成密封所述芯片、柱狀凸點和引線框架，并裸露出所述外引腳的塑封層。本發(fā)明使得封裝結(jié)構(gòu)占據(jù)的橫向的面積減小，整個封裝結(jié)構(gòu)的體積相應(yīng)減小，提高了封裝結(jié)構(gòu)的集成度。
【專利說明】半導(dǎo)體封裝結(jié)構(gòu)的形成方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及半導(dǎo)體封裝領(lǐng)域，尤其涉及一種半導(dǎo)體封裝結(jié)構(gòu)、的形成方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著電子產(chǎn)品如手機、筆記本電腦等朝著小型化，便攜式，超薄化，多媒體化以及滿足大眾需求的低成本方向發(fā)展，高密度、高性能、高可靠性和低成本的封裝形式及其組裝技術(shù)得到了快速的發(fā)展。與價格昂貴的BGA (Ball Grid Array)等封裝形式相比,近年來快速發(fā)展的新型封裝技術(shù)，如四邊扁平無引腳QFN (Quad Flat No-leadPackage)封裝，由于其具有良好的熱性能和電性能、尺寸小、成本低以及高生產(chǎn)率等眾多的優(yōu)點，引發(fā)了微電子封裝【技術(shù)領(lǐng)域】的一場新的革命。
[0003]圖1為現(xiàn)有的QFN封裝結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖，所述QFN封裝結(jié)構(gòu)包括:半導(dǎo)體芯片14，所述半導(dǎo)體芯片I上具有焊盤2 ;引腳3(引線框架)，所述引腳3圍繞所述半導(dǎo)體芯片I的四周排列；金屬導(dǎo)線4，金屬導(dǎo)線4將半導(dǎo)體芯片I的焊盤2與環(huán)繞所述半導(dǎo)體芯片I的引腳3電連接；塑封材料5，所述塑封材料5將半導(dǎo)體芯片1、金屬線4和引腳3密封，引腳3的表面裸露在塑封材料的底面，通過引腳3實現(xiàn)半導(dǎo)體芯片I與外部電路的電連接。
[0004]現(xiàn)有的封裝結(jié)構(gòu)占據(jù)的體積較大，不利于封裝結(jié)構(gòu)集成度的提高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明解決的問題是怎樣提高封裝結(jié)構(gòu)的集成度。
[0006]為解決上述問題，本發(fā)明提供一種半導(dǎo)體封裝結(jié)構(gòu)的形成方法，包括:提供半導(dǎo)體芯片，所述芯片的表面設(shè)有焊盤和鈍化層，所述鈍化層設(shè)有裸露所述焊盤的第一開口 ；在芯片的焊盤和鈍化層上依次形成耐熱金屬層和金屬浸潤層；在金屬浸潤層上形成光刻膠，所述光刻膠設(shè)有曝露出芯片焊盤上方金屬浸潤層的第二開口 ；在第二開口中的金屬浸潤層上依次形成附著層和阻擋層；在阻擋層上形成焊料；去除光刻膠；蝕刻鈍化層上的耐熱金屬層和金屬浸潤層至鈍化層裸露；回流焊料，形成柱狀凸點；提供引線框架，所述引線框架設(shè)有若干分立的引腳，內(nèi)引腳和外引腳設(shè)于引腳的相對兩面；將形成有柱狀凸點的芯片倒裝于引線框架上，所述柱狀凸點與所述內(nèi)引腳電連接；形成密封所述芯片、柱狀凸點和引線框架，并裸露出所述外引腳的塑封層。
[0007]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的技術(shù)方案具有以下優(yōu)點:
[0008]本發(fā)明的封裝結(jié)構(gòu)的形成方法將半導(dǎo)體芯片倒裝在引腳上方，通過柱狀凸點將半導(dǎo)體芯片上的焊盤與內(nèi)引腳電連接，使得形成的封裝結(jié)構(gòu)占據(jù)的橫向的面積減小，整個封裝結(jié)構(gòu)的體積較小，提高了封裝結(jié)構(gòu)的集成度。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0009]圖1為現(xiàn)有技術(shù)封裝結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0010]圖2?圖11為本發(fā)明實施例封裝結(jié)構(gòu)的形成過程的剖面結(jié)構(gòu)示意圖?！揪唧w實施方式】
[0011]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的【具體實施方式】做詳細的說明。
[0012]首先，參考圖2，提供半導(dǎo)體芯片200，所述半導(dǎo)體芯片200的表面設(shè)有焊盤201和鈍化層202，所述鈍化層202設(shè)有裸露所述焊盤201的第一開口。
[0013]所述焊盤201是芯片200的功能輸出端子，并最終通過后續(xù)形成的柱狀凸點206實現(xiàn)電性功能的傳導(dǎo)過渡；鈍化層202的材料包括氧化硅、氮化硅、氮氧化硅、聚酰亞胺、苯三聚丁烯等介電材料或它們的混合物，用于保護芯片200中的線路。
[0014]需要說明的是，所述芯片的焊盤和鈍化層可以是芯片的初始焊盤和初始鈍化層，也可以是根據(jù)線路布圖設(shè)計需要而形成的過渡焊盤、鈍化層；形成過渡焊盤、鈍化層的方式主要是采用再布線工藝技術(shù)，通過一層或多層再布線將初始焊盤、鈍化層轉(zhuǎn)載到過渡焊盤、鈍化層上。所述再布線工藝技術(shù)為現(xiàn)有成熟工藝，已為本領(lǐng)域技術(shù)人員所熟知，在此不再贅述。
[0015]接著，參考圖3，在芯片200的焊盤201和鈍化層202上依次形成耐熱金屬層203和金屬浸潤層204。
[0016]所述耐熱金屬層203的材料可以是鈦T1、鉻Cr、鉭Ta或它們的組合構(gòu)成，本發(fā)明優(yōu)選為Ti。所述金屬浸潤層204的材料可以是銅Cu、鋁Al、鎳Ni中的一種或它們的組合構(gòu)成，其中較優(yōu)的金屬浸潤層204為Cu。耐熱金屬層203與金屬浸潤層204 —起構(gòu)成最終結(jié)構(gòu)的種子層。所述耐熱金屬層203和金屬浸潤層204的方法同樣可以采用現(xiàn)有的蒸發(fā)或濺射或物理氣相沉積的方法，其中較優(yōu)的方法為濺射。當(dāng)然，根據(jù)本領(lǐng)域技術(shù)人員的公知常識，形成的方法不僅限于濺射方法，其他適用的方法均可應(yīng)用于本發(fā)明，并且形成的耐熱金屬層203和金屬浸潤層204的厚度也是根據(jù)實際的工藝需求而定。
[0017]接著，參考圖4，在金屬浸潤層204上形成光刻膠205，所述光刻膠205設(shè)有曝露出芯片200焊盤201上方金屬浸潤層204的第二開口。
[0018]形成光刻膠205的方法可以是旋轉(zhuǎn)涂布，這些方法的具體步驟已為本領(lǐng)域技術(shù)人員所熟知，在此不再贅述。形成光刻膠205后，具體可通過現(xiàn)有光刻顯影技術(shù)定義出焊盤201的形狀，使光刻膠205中形成開口以曝露出焊盤201上的金屬浸潤層204。
[0019]在本發(fā)明的其它實施例中，所述第二開口小于所述第一開口，即光刻膠205的開口尺寸要小于芯片200的鈍化層開口尺寸；目的是使后續(xù)形成的柱狀凸點206能夠落在第一開口內(nèi)，避免使柱狀凸點206形成于鈍化層202上而造成應(yīng)力過大、焊盤201容易脆裂的可靠性問題。
[0020]接著，參考圖5，在第二開口中的金屬浸潤層204上依次形成附著層206a和阻擋層
206b ο
[0021]在這一步驟中，以芯片200上剩余的光刻膠205為掩膜，在上步中形成的第二開口內(nèi)、金屬浸潤層204的上方，依次形成附著層206a和阻擋層206b，具體工藝可以通過用電鍍的方式。當(dāng)然，根據(jù)本領(lǐng)域技術(shù)人員的公知常識，形成的方法不僅限于電鍍，其他適用的方法均可應(yīng)用于本發(fā)明。所述附著層206a的材料為銅Cu，阻擋層206b的材料為鎳Ni。
[0022]所述附著層206a銅的厚度為5?50 μ m,具體厚度為5 μ m、10 μ m、15 μ m、20 μ m、25 μ m、30 μ m、35 μ m、40 μ m、45 μ m或50 μ m等。附著層206a為最終電性輸出端子即柱狀凸點206的柱狀結(jié)構(gòu)主體。附著層206a在空間上提供了一個足夠的物質(zhì)空間，保證了后續(xù)形成的焊料206c在回流后能夠牢固地置于附著層206a上而不會偏離，同時也提高了與焊料206c之間的結(jié)合力；同時，也正因為附著層206a的柱狀結(jié)構(gòu)使得焊料206c的尺寸得以縮小，在保證最終產(chǎn)品焊接過程中物理連接可靠度的前提下，提升了單位空間內(nèi)的功能輸出端口數(shù)，更能滿足密間距、功能輸出多的封裝需求。
[0023]所述阻擋層206b鎳的厚度為1.5 μ m?3 μ m,具體厚度為1.5 μ m、2 μ m、2.5 μ m或3μπι等。阻擋層206b的作用為防止后續(xù)形成焊料凸點的材料擴散至金屬浸潤層204中，當(dāng)Ni層厚度小于1.5μπι時，Ni最終會因相鄰金屬間的擴散效應(yīng)而消失，進而無法有效地阻擋后續(xù)焊料凸點擴散到金屬浸潤層204中；當(dāng)Ni層厚度大于3 μ m時，會因Ni金屬本身的電熱性能較差而導(dǎo)致電阻率上升，進而影響最終產(chǎn)品的電熱性能。因此，厚度適宜的阻擋層(Ni ) —方面能夠避免自身因擴散效應(yīng)而消失，進而有效地阻止焊料和金屬浸潤層之間因金屬間化合物的形成而產(chǎn)生的孔隙；同時又不至于因鎳阻擋層過厚而導(dǎo)致電阻率上升而影響產(chǎn)品的電熱性能。
[0024]接著，參考圖6，在阻擋層206b上形成焊料206c。
[0025]在這一步驟中，仍以光刻膠205為掩膜，在阻擋層206b上形成焊料206c，形成所述焊料206c的材料為純錫或錫合金，如錫銀合金、錫銅合金、錫銀銅合金等。形成焊料206c的方法可以是電解電鍍、濺射、網(wǎng)版印刷或直接植入預(yù)制好的焊料球等方式，這些方法的具體步驟已為本領(lǐng)域技術(shù)人員所熟知，在此不再贅述。
[0026]本實施例中，焊料206c的厚度為5 μ m?70 μ m,具體厚度例如5 μ m、10 μ m、15 μ m、20 μ m>25 μ m、30 μ m>35 μ m、40 μ m>45 μ m>50 μ m>55 μ m、60 μ m>65 μ m $ 70 μ m
由上述步驟形成的柱狀結(jié)構(gòu)，可以大大減少焊料308a的使用量，一方面節(jié)約了材料成本，更重要的是少量焊料206c回流后的尺寸較小，能滿足焊盤201密間距或相同空間內(nèi)更多功能輸出點的應(yīng)用需求。
[0027]接著，參考圖7，去除光刻膠205 ;以附著層206a為掩膜，蝕刻鈍化層202上的耐熱金屬層203和金屬浸潤層204至鈍化層裸露。
[0028]在完成上述工序后，光刻膠205可以去除了，可以使用濕法或剝離的方式去除，這些方法的具體步驟已為本領(lǐng)域技術(shù)人員所熟知，在此不再贅述。
[0029]在本實施例中，具體可通過噴灑酸液或?qū)⒕萦谒嵋褐械姆椒▉砣コ噶?06c以外的芯片200表面的金屬浸潤層204和耐熱金屬層203，從而曝露出鈍化層202。
[0030]接著，參考圖8，回流焊料，形成柱狀凸點206。
[0031 ] 在本實施例中，通過回流加熱熔化焊料206c成半球狀，構(gòu)成了由附著層206a、阻擋層206b和焊料206c組成的柱狀凸點206，此時，芯片200的功能輸出端子由焊盤201過渡到柱狀凸點206上，柱狀凸點206成為了芯片200的電性輸出端。
[0032]接著，參考圖9，提供引線框架300，所述引線框架300設(shè)有若干分立的引腳，內(nèi)引腳301和外引腳302設(shè)于引腳的相對兩面。
[0033]所述引線框架300采用沖切或蝕刻工藝形成，內(nèi)引腳301作為引腳的電性輸入端與有源器件或無源器件相連，外引腳作為電性輸出端與下一級封裝如印刷線路板等進行互連。
[0034]接著，參考圖10，將形成有柱狀凸點206的芯片200倒裝于引線框架300上，所述柱狀凸點206與所述內(nèi)引腳301電連接。
[0035]通過柱狀凸點206將芯片200上的焊盤201與內(nèi)引腳301電連接，使得形成的封裝結(jié)構(gòu)占據(jù)的橫向的面積減小，整個封裝結(jié)構(gòu)的體積較小，提高了封裝結(jié)構(gòu)的集成度。同時，與傳統(tǒng)通過金屬引線將焊盤201與內(nèi)引腳301互連的方式相比，本發(fā)明的倒裝結(jié)構(gòu)大大縮短了芯片200與內(nèi)引腳201間的傳輸距離，電阻、熱阻也相應(yīng)降低，從而提升了整個產(chǎn)品的性能，作為芯片200輸出端的柱狀凸點206也更能滿足大功率產(chǎn)品的要求。
[0036]柱狀凸點206與內(nèi)引腳301互連后，還需經(jīng)過回流工藝，回流工藝具有固化焊料、校準(zhǔn)對位的功能，使柱狀凸點206與內(nèi)引腳301之間能夠精確對位并且固定。
[0037]然后，請參考圖11，形成密封所述芯片200、柱狀凸點206和引線框架300，并裸露出外引腳302的塑封層400。
[0038]所述塑封層400包圍所述芯片200、填充芯片200和內(nèi)引腳301之間的區(qū)域，塑封層400還填充滿引腳之間的開口，塑封層400的底部暴露出外引腳302。填充塑封層400時，由于引腳間的開口與芯片200之間的空間以及芯片200與內(nèi)引腳301之間的空間是相通的，提高了塑封材料的流動性，從而防止在塑封層400中產(chǎn)生空隙等缺陷。
[0039]所述塑封層400用于保護和隔離封裝結(jié)構(gòu)，所述塑封層400的材料為樹脂，所述樹脂可以為環(huán)氧樹脂、聚酰亞胺樹脂、苯并環(huán)丁烯樹脂或聚苯并惡唑樹脂；所述樹脂也可以為為聚對苯二甲酸丁二酯、聚碳酸酯、聚對苯二甲酸乙二醇酯、聚乙烯、聚丙烯、聚烯烴、聚氨酯、聚烯烴、聚醚砜、聚酰胺、聚亞氨酯、乙烯-醋酸乙烯共聚物或聚乙烯醇；所述塑封層400還可以為其他合適的塑封材料。
[0040]所述塑封層400的形成工藝為注塑工藝或轉(zhuǎn)塑工藝(transfer molding)。所述塑封層400的形成工藝還可以為其他合適的工藝。
[0041]形成塑封層400后，還包括，采用切割工藝分割塑封層400，形成多個分立的半導(dǎo)體封裝單元。
[0042]上述方法形成的封裝結(jié)構(gòu)，請參考圖11，包括:
[0043]芯片200，所述芯片200的表面設(shè)有焊盤201和鈍化層202，所述鈍化層202設(shè)有裸露所述焊盤201的第一開口，所述焊盤201上設(shè)有種子層和柱狀凸點206，所述種子層與焊盤201相連，所述柱狀凸點206堆疊于所述種子層上；
[0044]引線框架300，所述引線框架300設(shè)有若干分立的引腳，內(nèi)引腳301和外引腳302設(shè)于引腳的相對兩面；
[0045]所述芯片200倒裝于引線框架300上，所述柱狀凸點206與所述內(nèi)引腳301相連；
[0046]塑封層400，所述塑封層400密封所述芯片200、柱狀凸點206和引線框架300，并裸露出所述外引腳302 ；
[0047]所述柱狀凸點206自下而上依次由附著層206a、阻擋層206b和焊料206c堆疊組成，所述附著層206a與種子層相連，阻擋層206b堆疊于附著層206a上，焊料206c堆疊于阻擋層206b上。
[0048]具體的，所述種子層由耐熱金屬層203和金屬浸潤層204堆疊組成，所述耐熱金屬層203與焊盤201相連，所述金屬浸潤層204堆疊于所述耐熱金屬層203上。
[0049]所述柱狀凸點206設(shè)于所述第一開口內(nèi)。
[0050]所述耐熱金屬層203的材料是鈦、鉻、鉭或它們的組合。[0051]所述金屬浸潤層204的材料是銅、鋁、鎳或它們的組合。
[0052]所述附著層206a的材料是銅，銅的厚度是5?50 μ m。
[0053]所述阻擋層206b的材料是鎳，鎳的厚度是1.5?3 μ m。
[0054]所述焊料206c的材質(zhì)是純錫或錫合金，焊料206c的厚度是5?70 μ m。
[0055]綜上，本發(fā)明實施例的封裝結(jié)構(gòu)及其封裝結(jié)構(gòu)的形成方法，將半導(dǎo)體芯片倒裝在內(nèi)引腳上，通過種子層和柱狀凸點塊構(gòu)成的連接結(jié)構(gòu)將半導(dǎo)體芯片上的焊盤與引腳電連接，使得整個封裝結(jié)構(gòu)的體積較小，并且該封裝結(jié)構(gòu)的形成方法能實現(xiàn)引線框結(jié)構(gòu)的芯片尺寸級封裝，提高了封裝結(jié)構(gòu)的集成度。
[0056]雖然本發(fā)明以較佳實施例披露如上，但本發(fā)明并非限定于此。任何本領(lǐng)域技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，均可作各種更動與修改，因此本發(fā)明的保護范圍應(yīng)當(dāng)以權(quán)利要求所限定的范圍為準(zhǔn)。
【權(quán)利要求】
1.一種半導(dǎo)體封裝結(jié)構(gòu)的形成方法，其特征在于，包括: 提供半導(dǎo)體芯片，所述芯片的表面設(shè)有焊盤和鈍化層，所述鈍化層設(shè)有裸露所述焊盤的第一開口； 在芯片的焊盤和鈍化層上依次形成耐熱金屬層和金屬浸潤層； 在金屬浸潤層上形 成光刻膠，所述光刻膠設(shè)有曝露出芯片焊盤上方金屬浸潤層的第二開口 ； 在第二開口中的金屬浸潤層上依次形成附著層和阻擋層； 在阻擋層上形成焊料； 去除光刻膠； 蝕刻鈍化層上的耐熱金屬層和金屬浸潤層至鈍化層裸露； 回流焊料，形成柱狀凸點； 提供引線框架，所述引線框架設(shè)有若干分立的引腳，內(nèi)引腳和外引腳設(shè)于引腳的相對兩面； 將形成有柱狀凸點的芯片倒裝于引線框架上，所述柱狀凸點與所述內(nèi)引腳電連接； 形成密封所述芯片、柱狀凸點和引線框架，并裸露出所述外引腳的塑封層。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種半導(dǎo)體封裝結(jié)構(gòu)的形成方法，其特征在于，所述第二開口小于所述第一開口。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種半導(dǎo)體封裝結(jié)構(gòu)的形成方法，其特征在于，所述耐熱金屬層的材料是鈦、鉻、鉭或它們的組合。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種半導(dǎo)體封裝結(jié)構(gòu)的形成方法，其特征在于，所述金屬浸潤層的材料是銅、鋁、鎳或它們的組合。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種半導(dǎo)體封裝結(jié)構(gòu)的形成方法，其特征在于，所述附著層的材料是銅。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種半導(dǎo)體封裝結(jié)構(gòu)的形成方法，其特征在于，所述銅附著層的厚度是5~50 μ m。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種半導(dǎo)體封裝結(jié)構(gòu)的形成方法，其特征在于，所述阻擋層的材料是鎳。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種半導(dǎo)體封裝結(jié)構(gòu)的形成方法，其特征在于，所述鎳阻擋層的厚度是1.5~3 μ m。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種半導(dǎo)體封裝結(jié)構(gòu)的形成方法，其特征在于，所述焊料的材質(zhì)是純錫或錫合金。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的一種半導(dǎo)體封裝結(jié)構(gòu)的形成方法，其特征在于，所述焊料的厚度是5~70 μ m。
【文檔編號】H01L21/50GK103903989SQ201410061267
【公開日】2014年7月2日 申請日期:2014年2月24日 優(yōu)先權(quán)日:2014年2月24日
【發(fā)明者】夏鑫, 丁萬春, 高國華 申請人:南通富士通微電子股份有限公司