本發(fā)明涉及一種焊球、其制造方法以及半導(dǎo)體元件，尤其涉及一種具有銀球體結(jié)構(gòu)的焊球、其制造方法以及半導(dǎo)體元件。

背景技術(shù)：

隨著科技的進(jìn)步，各類電子產(chǎn)品皆朝向高速、高效能以及輕薄短小的趨勢發(fā)展，而在這趨勢之下，半導(dǎo)體封裝的微型化也隨之應(yīng)運(yùn)而生。

近年來，芯片倒裝焊接技術(shù)(flipchipbondingtechnology，簡稱fc)已然成為半導(dǎo)體封裝的重要方向。覆晶接合技術(shù)是一種將芯片連接至載體的封裝技術(shù)，其主要是將多個(gè)焊墊配置于芯片的主動(dòng)面上，并在焊墊上形成凸塊(bump)，接著將芯片倒裝(flip)之后，再經(jīng)由這些凸塊，將芯片上的焊墊分別電性連接至載體上的接點(diǎn)(contact)，使得芯片可經(jīng)由凸塊而電性連接至載體，再經(jīng)由載體的內(nèi)部線路而電性連接至外界的電子裝置。

一般而言，常以錫當(dāng)作凸塊或焊球的材料。然而，在進(jìn)行回焊之后，低熔點(diǎn)的含錫凸塊或焊球容易產(chǎn)生塌陷(collapse)的現(xiàn)象，使得芯片與載體之間的間距縮短或不穩(wěn)定。更甚者，當(dāng)塌陷的程度過大，彼此相鄰的凸塊或焊球容易發(fā)生橋接而形成短路(short)現(xiàn)象，進(jìn)而影響封裝良率。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供一種焊球、其制造方法以及半導(dǎo)體元件，所述焊球可具有更好的焊球高度(ballheight)的穩(wěn)定性。

本發(fā)明提供一種焊球，包括：銀球體結(jié)構(gòu)以及外層結(jié)構(gòu)。外層結(jié)構(gòu)包覆銀球體結(jié)構(gòu)的表面，其中外層結(jié)構(gòu)的材料至少包括錫。

在本發(fā)明的一實(shí)施例中，所述外層結(jié)構(gòu)的材料包括錫或錫銀合金，且銀的含量為2.5％。

在本發(fā)明的一實(shí)施例中，所述銀球體結(jié)構(gòu)的直徑介于30微米至100微米之間。所述外層結(jié)構(gòu)的厚度介于10微米至30微米之間。所述銀球體結(jié)構(gòu)的直徑與該外層結(jié)構(gòu)的厚度的總和介于50微米至160微米之間。

在本發(fā)明的一實(shí)施例中，所述銀球體結(jié)構(gòu)的熔點(diǎn)高于所述外層結(jié)構(gòu)的熔點(diǎn)。

在本發(fā)明的一實(shí)施例中，所述銀球體結(jié)構(gòu)的硬度大于所述外層結(jié)構(gòu)的硬度。

本發(fā)明提供一種焊球的制造方法，其步驟如下。藉由噴霧造粒方式將銀原材形成多個(gè)銀球體結(jié)構(gòu)。藉由滾鍍(barrelplating)方式形成多個(gè)外層結(jié)構(gòu)分別包覆所述銀球體結(jié)構(gòu)的表面。所述外層結(jié)構(gòu)的材料至少包括錫。

在本發(fā)明的一實(shí)施例中，所述外層結(jié)構(gòu)的材料包括錫或錫銀合金，且銀的含量為2.5％。

本發(fā)明提供一種半導(dǎo)體元件，包括第一載體以及多個(gè)焊球。第一載體具有多個(gè)焊墊。焊球分別配置于第一載體的焊墊上。所述焊球分別與焊墊電性連接。

在本發(fā)明的一實(shí)施例中，所述焊球的外層結(jié)構(gòu)分別與焊墊接合(bonding)。

在本發(fā)明的一實(shí)施例中，所述半導(dǎo)體元件還包括第二載體配置在第一載體上。第二載體藉由焊球與第一載體電性連接。

基于上述，本發(fā)明藉由具有銀球體結(jié)構(gòu)的焊球電性連接第一載體與第二載體。相較于已知的含錫凸塊，本發(fā)明的銀球體結(jié)構(gòu)具有更好的焊球高度的穩(wěn)定性，以避免塌陷現(xiàn)象。另外，本發(fā)明的銀球體結(jié)構(gòu)也具有較佳的導(dǎo)電性，以提升半導(dǎo)體元件的效能。此外，本發(fā)明又將含錫的外層結(jié)構(gòu)包覆銀球體結(jié)構(gòu)的表面，相較于單一銀球體結(jié)構(gòu)而言，本發(fā)明的焊球也具有降低回焊溫度的功效。

為讓本發(fā)明的上述特征和優(yōu)點(diǎn)能更明顯易懂，下文特舉實(shí)施例，并配合附圖作詳細(xì)說明如下。

附圖說明

圖1是依照本發(fā)明之的一實(shí)施例的一種焊球的剖面示意圖；

圖2是依照本發(fā)明的第一實(shí)施例的一種半導(dǎo)體元件的剖面示意圖；

圖3是依照本發(fā)明的第二實(shí)施例的一種半導(dǎo)體元件的剖面示意圖；

圖4是依照本發(fā)明的第三實(shí)施例的一種半導(dǎo)體元件的剖面示意圖；

圖5是依照本發(fā)明的第四實(shí)施例的一種半導(dǎo)體元件的剖面示意圖。

附圖標(biāo)記：

10、20、30、40：半導(dǎo)體元件；

100、100a、100b、100c：焊球；

102、102a、102b、102c：銀球體結(jié)構(gòu)；

104、104a、104b、104c：外層結(jié)構(gòu)；

110：第一載體；

112、122：焊墊；

120：第二載體；

s：側(cè)壁。

具體實(shí)施方式

參照本實(shí)施例的附圖以更全面地闡述本發(fā)明。然而，本發(fā)明也可以各種不同的形式體現(xiàn)，而不應(yīng)限于本文中所述的實(shí)施例。附圖中的層與區(qū)域的厚度會(huì)為了清楚起見而放大。相同或相似的參考號碼表示相同或相似的元件，以下段落將不再一一贅述。

圖1是依照本發(fā)明的一實(shí)施例的一種焊球的剖面示意圖。

請參照圖1，本實(shí)施例之的焊球100包括銀球體結(jié)構(gòu)102以及包覆銀球體結(jié)構(gòu)102的表面的外層結(jié)構(gòu)104。具體來說，焊球100的制造方法的步驟如下所示。

首先，藉由噴霧造粒方式將銀原材(silverrawmaterial)形成多個(gè)銀球體結(jié)構(gòu)102。在一實(shí)施例中，銀球體結(jié)構(gòu)102可例如是實(shí)心的球體結(jié)構(gòu)或是實(shí)心的類球體結(jié)構(gòu)，其材料包括純銀。但本發(fā)明不以此為限，在其他實(shí)施例中，銀球體結(jié)構(gòu)102的材料也可為銀合金，其中銀與其他金屬的比例可依需求來調(diào)整。另外，銀球體結(jié)構(gòu)102的直徑可介于30微米至100微米之間。

接著，藉由滾鍍方式形成多個(gè)外層結(jié)構(gòu)104。所謂滾鍍是一種電鍍加工方式，其可將銀球體結(jié)構(gòu)102放置在專用滾筒內(nèi)，在滾動(dòng)狀態(tài)下使得銀球體結(jié)構(gòu)102表面上沉積外層結(jié)構(gòu)104。隨著所述滾筒的滾動(dòng)程度愈大，外層結(jié)構(gòu)104電鍍至銀球體結(jié)構(gòu)102表面的均勻度也愈大。因此，外層結(jié)構(gòu)104可完整包覆銀球體結(jié)構(gòu)102的表面。在一實(shí)施例中，外層結(jié)構(gòu)104的材料可包括錫或錫銀合金，且錫銀合金中的銀的含量可例如是2.5％。另外，外層結(jié)構(gòu)104的直徑可介于10微米至30微米之間。而整個(gè)焊球100(即銀球體結(jié)構(gòu)102的直徑與外層結(jié)構(gòu)104的厚度的總和)的直徑可介于50微米至160微米之間。但本發(fā)明不以此為限，在其他實(shí)施例中，銀球體結(jié)構(gòu)102的直徑、外層結(jié)構(gòu)104的厚度以及整個(gè)焊球100的直徑可依需求來調(diào)整。

圖2是依照本發(fā)明的第一實(shí)施例的一種半導(dǎo)體元件的剖面示意圖。

請先參照圖2，本發(fā)明的第一實(shí)施例提供一種半導(dǎo)體元件10，包括具有多個(gè)焊墊112的第一載體110、具有多個(gè)焊墊122的第二載體120以及多個(gè)焊球100。焊球100分別配置在第一載體110的焊墊112與第二載體120的焊墊122之間。焊球100可電性連接第一載體110與第二載體120。在一實(shí)施例中，第一載體110可例如是晶粒(die)、芯片(chip)、晶圓(wafer)、半導(dǎo)體基板、電路板或其組合。相似地，第二載體120也可例如是晶粒、芯片、晶圓、半導(dǎo)體基板、電路板或其組合。第一載體110與第二載體120的尺寸、功能或結(jié)構(gòu)可以相同。舉例來說，第一載體110與第二載體120可例如是相同尺寸的芯片，藉由焊球100互相堆疊為堆疊芯片結(jié)構(gòu)。但本發(fā)明不以此為限，在其他實(shí)施例中，第一載體110與第二載體120的尺寸、功能或結(jié)構(gòu)也可以不同。舉例來說，第一載體110可例如是電路板，而第二載體120可以是半導(dǎo)體芯片，且上述的第一載體110與第二載體120構(gòu)成一覆晶結(jié)構(gòu)。在其他實(shí)施例中，第一載體110可為晶圓，而第二載體120可為半導(dǎo)體芯片。所述半導(dǎo)體芯片藉由焊球100電性連接至所述電路板，再經(jīng)由所述電路板電性連接至外部電路。

詳細(xì)地說，本實(shí)施例的半導(dǎo)體元件10的制造方法的步驟如下所示。首先，利用植球(ballplacement)方式在第一載體110的焊墊112上配置焊球100。接著，進(jìn)行第一次回焊，使得焊球100與第一載體110的焊墊112接合。然后，將第二載體120倒裝之后，使得第二載體120的焊墊122分別對應(yīng)于焊球100。接著，再進(jìn)行第二次回焊，使得焊球100的外層結(jié)構(gòu)104分別與焊墊112、焊墊122接合在一起。在經(jīng)過二次回焊后，外層結(jié)構(gòu)104的側(cè)壁或是表面s可例如是外凸形，其自焊球100的中心朝焊球100的表面突出。另外，銀球體結(jié)構(gòu)102可與焊墊112、焊墊122直接接觸。也就是說，銀球體結(jié)構(gòu)102未通過外層結(jié)構(gòu)104，而與焊墊112、焊墊122直接電性連接，以提升焊球100與第一載體110以及第二載體120之間的導(dǎo)電性。

值得一提的是，本實(shí)施例的銀球體結(jié)構(gòu)102的熔點(diǎn)大于外層結(jié)構(gòu)104的熔點(diǎn)且銀球體結(jié)構(gòu)102的硬度大于外層結(jié)構(gòu)104的硬度。因此，當(dāng)回焊溫度達(dá)到外層結(jié)構(gòu)104的熔點(diǎn)時(shí)，外層結(jié)構(gòu)104會(huì)先熔融，以達(dá)到接合功效。此時(shí)，銀球體結(jié)構(gòu)102仍為固態(tài)，其具有一定硬度，也就是說，本實(shí)施例的焊球100具有較好的焊球高度的穩(wěn)定性。另外，在倒裝第二載體120之后，焊球100具有良好的球高穩(wěn)定性，以避免塌陷現(xiàn)象。此外，相較于已知的含錫凸塊，本實(shí)施例的銀球體結(jié)構(gòu)102具有較佳的導(dǎo)電性。因此，以具有銀球體結(jié)構(gòu)102的焊球100來電性連接第一載體110與第二載體120，可提升整體半導(dǎo)體元件10的效能。

圖3是依照本發(fā)明的第二實(shí)施例的一種半導(dǎo)體元件的剖面示意圖。

請參照圖3，本發(fā)明的第二實(shí)施例提供另一種半導(dǎo)體元件20?；旧?，第二實(shí)施例的半導(dǎo)體元件20的結(jié)構(gòu)與制造方法與第一實(shí)施例的半導(dǎo)體元件10的結(jié)構(gòu)與制造方法相似。上述兩者不同的處在于第二實(shí)施例的焊球100a的銀球體結(jié)構(gòu)102a不與焊墊112、焊墊122直接接觸。具體來說，銀球體結(jié)構(gòu)102a與焊墊112、焊墊122之間仍具有部分外層結(jié)構(gòu)104a，使得銀球體結(jié)構(gòu)102a藉由部分外層結(jié)構(gòu)104a與焊墊112、焊墊122電性連接。由圖2與圖3可知，本實(shí)施例可依據(jù)需求來調(diào)整銀球體結(jié)構(gòu)與外層結(jié)構(gòu)的含量比例，以形成不同結(jié)構(gòu)(銀球體結(jié)構(gòu)與焊墊直接接觸或不直接接觸)的半導(dǎo)體元件。

圖4是依照本發(fā)明的第三實(shí)施例的一種半導(dǎo)體元件的剖面示意圖。為簡化并放大附圖，圖4僅顯示一個(gè)焊球100b，但本發(fā)明不以此為限，在其他實(shí)施例中，焊球100b的數(shù)量可依需求來調(diào)整。

請參照圖4，本發(fā)明的第三實(shí)施例提供又一種半導(dǎo)體元件30。基本上，第三實(shí)施例的半導(dǎo)體元件30的結(jié)構(gòu)與制造方法與第一實(shí)施例的半導(dǎo)體元件10的結(jié)構(gòu)與制造方法相似。上述兩者不同之處在于第三實(shí)施例的焊球100b的側(cè)壁或是表面s為內(nèi)凹形，其自焊球100b的表面朝焊球100b的中心凹陷；而第一實(shí)施例的焊球100的側(cè)壁或是表面s為外凸形。從另一角度來看，焊球100b的剖面的輪廓可例如是沙漏形。但本發(fā)明不以此為限，由于外層結(jié)構(gòu)與焊墊之間的表面張力不同，因此，所述側(cè)壁或是表面可具有不同形狀。在其他實(shí)施例中，焊球的側(cè)壁或是表面也可例如是直線形，即焊球的剖面的輪廓為矩形。順帶一提的是，雖然在圖4中所顯示的焊球100b的側(cè)壁或是表面s為呈v字型的內(nèi)凹面，但其也可為呈u字型的內(nèi)凹曲面。

圖5是依照本發(fā)明的第四實(shí)施例的一種半導(dǎo)體元件的剖面示意圖。

請參照圖5，本發(fā)明的第四實(shí)施例提供其他半導(dǎo)體元件40?；旧?，第四實(shí)施例的半導(dǎo)體元件40的結(jié)構(gòu)與制造方法與第三實(shí)施例的半導(dǎo)體元件30的結(jié)構(gòu)與制造方法相似。上述兩者不同之處在于第四實(shí)施例的銀球體結(jié)構(gòu)102c并未與焊墊112、焊墊122直接接觸，而且銀球體結(jié)構(gòu)102c與焊墊112、焊墊122之間仍具有部分外層結(jié)構(gòu)104c。

從圖2至圖5可知，無論銀球體結(jié)構(gòu)是否與焊墊直接接觸，只要銀球體結(jié)構(gòu)能具有更好的焊球高度的穩(wěn)定性，以避免塌陷現(xiàn)象，皆為本發(fā)明的范疇。

綜上所述，本發(fā)明藉由具有銀球體結(jié)構(gòu)的焊球以電性連接第一載體與第二載體。相較于已知的含錫凸塊，本發(fā)明的銀球體結(jié)構(gòu)具有更好的焊球高度的穩(wěn)定性，以避免塌陷現(xiàn)象。另外，本發(fā)明的銀球體結(jié)構(gòu)也具有較佳的導(dǎo)電性，以提升半導(dǎo)體元件的效能。此外，本發(fā)明又將含錫的外層結(jié)構(gòu)包覆銀球體結(jié)構(gòu)的表面，相較于單一銀球體結(jié)構(gòu)而言，本發(fā)明的焊球也具有降低回焊溫度的功效。

雖然本發(fā)明已以實(shí)施例揭示如上，然其并非用以限定本發(fā)明，任何所屬技術(shù)領(lǐng)域中普通技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，當(dāng)可作些許的更改與潤飾，均在本發(fā)明范圍內(nèi)。