专利名称：阵列型焊垫晶片内部电路结构及其制造方法
技术领域：
本发明涉及一种阵列型焊垫晶片内部电路结构及其制造方法，尤其涉及一种具有至少四排的阵列型焊垫的打线式(wire-bonding)晶片的内部电路结构及其制造方法，适用于例如球格阵列(Ball Grid Array，BGA)结构或倒装晶片(Flip Chip)结构的晶片。
目前常见的已知IC焊垫配置设计包括有单排(single in-line)焊垫设计、交错型(staggered)焊垫设计，以及阵列型焊垫设计。由于晶片的功能日渐增加，晶片表面的最大可容许焊垫数也必须增加，单排焊垫设计无法满足此一需求而交错型焊垫设计与阵列型焊垫设计可增加相同面积的晶片表面的最大可容许焊垫数，因此可设置较多的焊垫数目，且加速晶片电路速度，故可使晶片面积减小，降仍成本，且容易控制晶片封装合格率。
请参见
图1a与图1b，说明有关已知交错型焊垫晶片封装结构100的设计。如图1a所示，交错型焊垫晶片封装结构100设有一交错型焊垫晶片110，晶片110表面设置有配置成交错的两排焊垫120，如图1b所示，包括外排焊垫121与内排焊垫122。焊垫120包括用以接地的接地垫、用以提供电源的电源垫、以及用以输入/输出讯号的讯号垫(或称输入/输出垫，I/O垫)，分别由焊线121a、121b、121c与122a连接至接地环(ground ring)130、电源环(Power ring)140以及导电线路(conductive trace)160。
另外，有关阵列型焊垫晶片的设计已由同一申请人于2001年10月19日所提出的中国台湾专利申请案号90125929号“阵列型焊垫的晶片封装结构”中所揭示。请再参见图2a与图2b，说明有关阵列型焊垫晶片封装结构1的设计。如图2a所示，阵列型焊垫晶片封装结构1设置有一阵列型焊垫晶片10，其表面配置有多个焊垫20，位于晶片10之上表面周边，排列成至少四排，如图2b所示，晶片10上由内而外分别为一最内排焊垫24、一次内排焊垫23、一次外排焊垫22以及一最外排焊垫21。最内排焊垫24与次内排焊垫23(即讯号垫)类似于交错型焊垫配置的方法，相对于晶片10的一侧边交错排列；而次外排焊垫22相对于晶片10的侧边垂直对齐最内排焊垫24，且最外排焊垫21相对于晶片10的侧边垂直对齐次内排焊垫23。另外，最内排焊垫24以及次内排焊垫23只用以做为讯号垫，且最外排焊垫21以及次外排焊垫22只用以做为电源垫以及接地垫。各焊垫20由不同线弧高度的第一级焊线21a、第二级焊线22a、第三组焊线23a以及第四组焊线24a分别连接至接地环30、电源环40与导电线路60。
上述交错型焊垫晶片与阵列型焊垫晶片两者相比，阵列型焊垫晶片较交错型焊垫晶片在相同晶片面积下，最大可容许焊垫数更为增加，因此可使晶片面积更为减小，成本更为降低，且晶片封装合格率更为提高。
然而，阵列型焊垫晶片在焊垫数量增加的同时，晶片内部电路也必须设置得更为密集，如此则使得阵列型焊垫晶片的内部电路设置出现问题。
请参见图3，显示交错型焊垫晶片110内部电路结构的已知例。本已知例中，外排焊垫121全为电源垫或接地垫，分别以电源/接地总线128所构成的第一讯号线电性连接至电源/接地电路团180；而内排焊垫122全为讯号垫，分别以讯号总线126所构成的第二讯号线电性连接至讯号电路团170。另外，讯号电路团170与电源/接地电路团180对齐于各焊垫120而彼此互相邻接，每一电路团的宽度W约与焊垫间距P相等，而构成交错型焊垫晶片的内部电路。
上述交错型焊垫晶片的内部电路构造中，讯号电路团170与电源/接地电路团180对齐于各焊垫120彼此互相邻接；然而，在阵列型焊垫晶片中，由于做为电源垫与接地垫的最外排焊垫21与次外排焊垫22相对于晶片10的侧边垂直对齐做为讯号垫的次内排焊垫23与最内排焊垫24，因此使得阵列型焊垫晶片中的讯号电路团与电源/接地电路团无法以对齐于各焊垫20而互相邻接的方式设置；若依上述方法将阵列型焊垫晶片的内部电路以对齐于各焊垫20而互相邻接的方式排列，则各电路团会彼此干涉，使得阵列型焊垫晶片的内部电路无法正常配置而出现问题。
发明目的有鉴于此，本发明的目的在于提出一种阵列型焊垫晶片内部电路结构，可使得阵列型焊垫晶片在相同晶片面积的最大可容许焊垫数增加时，可具有对应的内部电路结构；换言之，本发明可提供一种用于阵列型焊垫晶片的内部结构，使阵列型焊垫晶片可确实实施，使得晶片面积更为减小，因而降低成本，且容易控制晶片封装合格率。
本发明首先揭示一种阵列型焊垫晶片，包括多个焊垫、多个讯号电路团、以及一静电防护电路环。焊垫位于晶片之上表面周边，排列成至少四排，包括一最内排焊垫、一次内排焊垫、一次外排焊垫以及一最外排焊垫，最内排焊垫与次内排焊垫相对于晶片的一侧边交错排列，其中最内排以及次内排焊垫只包括讯号垫，而最外排以及次外排焊垫只包括电源垫以及接地垫。讯号电路团位于晶片的焊垫内侧，各讯号电路团分别垂直对齐各讯号垫。而静电防护电路环位于讯号电路团与最内排焊垫之间。
本发明还揭示一种阵列形焊垫晶片的制造方法，包括下列步骤提供一基底，具有多个讯号电路团以及由电源/接地电路构成的静电防护电路环(Electro-Static Discharge，ESD)，其中讯号电路团与静电防护电路环之间彼此相互绝缘隔离；其次，在基底的部分上方依序形成多个导体层，其中各导体层之间具有绝缘层，使导体层彼此相互绝缘隔离；然后，在导体层的部分上方形成多个焊垫，其中焊垫排列成至少四排，包括一最内排焊垫、一次内排焊垫、一次外排焊垫以及一最外排焊垫；最后，在绝缘层中形成多个贯孔(via)，使得最外排与次外排焊垫经由导体层及静电防护电路环而与讯号电路团上方的部分导体层电性连接并形成第一讯号线，且次内排与最内排焊垫分别经由导体层而与讯号电路团电性连接并形成第二讯号线，其中第一讯号线与第二讯号线彼此相互绝缘隔离。
本发明所揭示的阵列型焊垫晶片以及其制造方法中，次外排焊垫可相对于晶片的侧边垂直对齐最内排焊垫，且最外排焊垫可相对于晶片的侧边垂直对齐次内排焊垫。另外，讯号电路团的宽度大体相等于焊垫间距(bonding pad pitch)的宽度。又，讯号电路团上方还可包括电源/接地电路环，用以提供讯号电路团的电源。
另外，本发明所揭示的阵列型焊垫晶片可适用于一倒装晶片结构(Flip ChipStructure)或一球格阵列(BGA)封装结构。
通过本发明的阵列型焊垫晶片及其制造方法，可提供对应于阵列型焊垫晶片的内部电路结构，使得相同晶片面积的最大可容许焊垫数增加时，内部电路结构也可相对紧密配置的优点；换言之，使用本发明的阵列型焊垫晶片，不但可将焊垫进行阵列型配置，而且可使内部电路也做相对应的紧密配置，使得晶片面积更为减小，因而降低晶片封装成本，且容易控制晶片封装合格率。
为使本发明的上述及其他目的、特徵和优点能更明显易懂，下文特举一具体的较佳实施例，并配合附图做详细说明。
图1b显示了图1a的已知交错型焊垫晶片封装结构的局部上视图。
图2a显示了已知阵列型焊垫晶片封装结构的局部剖面图。
图2b显示了图2a的已知阵列型焊垫晶片封装结构的局部上视图。
图3显示了已知交错型焊垫晶片内部电路结构的示意图。
图4显示了本发明的阵列型焊垫晶片内部电路结构的示意图。
图5a显示了本发明一实施例的阵列型焊垫晶片内部电路结构的俯视图。
图5b显示了图5a的阵列型焊垫晶片内部电路结构的侧视图。
本实施例中，阵列型焊垫晶片10上配置有多个焊垫20、多个讯号电路团70、以及一静电防护电路环80。
本实施例中，焊垫20位于晶片的上表面周边，排列成四排，由内而外分别为最内排焊垫24、次内排焊垫23、次外排焊垫22以及最外排焊垫21。最内排焊垫24与大内排焊垫23相对于晶片10的一侧边交错排列，而次外排焊垫22相对于晶片10的侧边重百对齐最内排焊垫24，且最外排焊垫21相对于晶片10的侧边垂直对齐次内排焊垫23。另外，最内排焊垫24以及次内排焊垫23只用以做为讯号垫，且最外排焊垫21以及次外排焊垫22只用以做为电源垫以及接地垫。
另外，讯号电路团70位于晶片10的焊垫20内侧，各讯号电路团70分别垂直对齐各讯号垫23与24而彼此互相邻接，且讯号电路团70的宽度W大体相等于各焊垫20的焊垫间距宽度P。另外，静电防护电路环80则位于讯号电路团70与最内排焊垫24之间。又，做为电源垫与接地垫的最外排焊垫21以及次外排焊垫22是以电源/接地总线28所构成的第一讯号线与静电防护电路环80电性连接，而做为讯号垫的次内排焊垫23与最内排焊垫24是以讯号总线26所构成的第二讯号线分别与讯号电路团70电性连接。
请再参见图5a以及图5b，说明上述实施例的阵列型焊垫晶片10的内部电路结构以及其制造方法。
图5a显示了一组四排各一个焊垫20与其内合电路的构造，其中最内排焊垫24以及次内排焊垫23为讯号垫S1及S2，次外排焊垫22为接地垫G1，而最外排焊垫别为电源垫P1。讯号垫S1及S2是由讯号总线26分别与讯号电路团70电性连接，而接地垫G1与电源垫P1则分别由电源/接地总线28与静电防护电路环80。讯号总线26与电源/接地总线28由图5a中所示的重叠状，其侧视剖面构造及制造方法可由图5b做更清楚的描述。
图5b显示图5a的阵列型焊垫晶片内部电路结构沿A-A线所取的侧视剖面图，其中只显示接地垫G1与讯号垫S1(即次外排焊垫22与最内排焊垫24)的内部电路结构；电源垫P1与另一讯号垫S2的结构类似，故不另行叙述。
本实施例的阵列型焊垫晶片的制造过程，首先提供一基底(未图示)，在基底上具有讯号电路团70以及由电源/接地电路构成的静电防护电路环80。其中，讯号电路团70彼此之间以及讯号电路团70与静电防护电路环80之间必须彼此相互绝缘隔离，以避免短路。其次，在基底的部分上方依序形成多个导体层M1-M6，如图5b所示；各导体层之间具有绝缘层(未图示)，使导体层彼此相互绝缘隔离。又，导体层M1构成连接至静电防护电路环80的电源电路82与接地电路84；图5b中，由于焊垫22接地垫G1，因此导体层M2电性连接于接地电路84的部分，而与电源电路82绝缘。又，导体层M4与M5在位于讯号电路团70的上方形成有电源/接地电路环90，用以提供各讯号电路团70的电源。
各导体层与绝缘层形成之后，在导体层的部分上方形成焊垫20，焊垫20的排列如前所述，排列成至少四排。焊垫构成之后，为使各导体层与绝缘层构成通连接地垫G1、静电防护电路环80以及电源/接地电路环90的第一讯号线(即电源/接地总线28)，以及通连防护讯号垫S1与讯号电路团70的第二讯号线(即讯号总线26)，必须在各绝缘层中形成多个贯孔(via)，以使第一讯号线通连接地垫G1、静电防护电路环80以及电源/接地电路环90，第二讯号线通连防护讯号垫S1与讯号电路团70，且第一讯号线与第二讯号线彼此相互绝缘隔离，而构成本实施例的阵列型焊垫晶片的内部电路结构。
在此必须特别说明，本实施例中，最外排焊垫21是做为电源垫P1，而次外排焊垫22做为接地垫G1；然而，本发明并非限定于如此的配置，换言之，最外排焊垫Z1以及次外排焊垫22都可用以做为电源垫或接地垫。
另外，本实施例的导体层为M1-M6共六层，且做为第一讯号线的电源/接地总线28是由下方的导体层M2构成，而通过第二讯号线的讯号总线26下方，经过静电防护电路环80之后，再经由贯孔向上延伸，而连接至电源/接地电路环90。然而，本发明并非限定构成上述第一讯号线以及第二讯号线的导体层限制；换言之，本发明可利用不同层数的导体层的设置而实现。
又，本实施例中，如图5b所示，由于焊垫22是接地垫G1，因此做为第一讯号线的电源/接地总线28的导体层M2是电性连接于接地电路84的部分，而与电源电路82绝缘。若第一讯号线的电源/接地总线28是连接电源垫P1与静电防护电路环80时，则导体层M2是电性连接于电源电路80的部分，而与接地电路84绝缘。
本发明的阵列型焊垫晶片的内部电路设计以及其制造方法可适用于一倒装晶片结构或一球格阵列、结构，以及其他类似的晶片结构。
虽然本发明已以数个较佳实施例揭示如上，然其并非用以限定本发明，任何熟悉本技术领域者，在不脱离本发明的精神和范围内，仍可作些许的更动与润饰，因此本发明的保护范围当由所附的权利要求书来限定。
权利要求
1.一种阵列型焊垫晶片，包括多个焊垫，位于该晶片的上表面周边，排列成至少四排，包括一最内排焊垫、一次内排焊垫、一次外排焊垫以及一最外排焊垫，该最内排焊垫与该次内排锦垫相对于该晶片的一侧边交错排列，其中该最内排焊垫以及该次内排焊垫只包括讯号垫，而该最外排焊垫以及该次外排焊垫只包括电源垫以及接地垫；多个讯号电路团，位于该晶片的该专焊垫内侧，各该讯号电路团分别垂直对齐各该讯号垫以及一静电防护电路环，位于这些讯号电路团与该最内排焊垫之间。
2.如权利要求1所述的阵列型焊垫晶片，其特征在于，该次外排焊垫相对于该晶片的该侧边垂直对齐该最内排焊垫；且该最外排焊垫相对于该晶片的该侧边垂直对齐该次内排焊垫。
3.如权利要求1所述的阵列型焊垫晶片，其特征在于，这些讯号电路团的宽度大体相等于这些焊垫间距的宽度。
4.如权利要求1所述的阵列型焊垫晶片，其特征在于，这些讯号电路团上方还包括电源/接地电路环，用以提供该专讯号电路团的电源。
5.如权利要求1所述的阵列型焊垫晶片，其特征在于，该阵列型焊垫晶片适用于一倒装晶片结构。
6.如权利要求1所述的阵列型焊垫晶片，其特征在于，该阵列型焊垫晶片适用于一球格阵列封装结构。
7.一种阵列形焊垫晶片的制造方法，包括下列步骤提供一基底，具有多个讯号电路团以及由电源/接地电路构成的静电防护电路环，其中该专讯号电路团与该静电防护电路环之间彼此相互绝缘隔离；在该基底的部分上方依序形成多个导体层，其中这些导体层之间具有绝缘层，使这些导体层彼此相互绝缘隔离；在这些导体层的部分上方形成多个焊垫，其中这些焊垫排列成至少四排，包括一最内排焊垫、一次内排焊垫、一次外排焊垫以及一最外排焊垫；以及在这些绝缘层中形成多个贯孔，使得该最外排焊垫与该次外排焊垫经由这些导体层及该静电防护电路环而与这些讯号电路团上方的部分这些导体层电性速接并形成第一讯号线，且该次内排焊垫与该最内排焊垫分别经由这些导体层而与这些讯号电路团电性连接并形成第二讯号线，其中该第一讯号线与该第二讯号线彼此相互绝缘隔离。
8.如权利要求7所述的阵列形焊垫晶片的制造方法，其特征在于该次外排焊垫相对于核晶片的该侧边垂直对齐该最内排焊垫；且该最外排焊垫相对于该晶片的该侧边垂直对齐该次内排焊垫。
9.如权利要求7所述的阵列形焊垫晶片的制造方法，其特征在于，这些讯号电路团的宽度大体相等于这些焊垫间距的宽度。
10.如权利要求7所述的阵列形焊垫晶片的制造方法，其特征在于，这些讯号电路团上方的部分这些导体层还包括电源/接地电路环，用以提供这些讯号电路团的电源。
11.如权利要求7所述的阵列形焊垫晶片的制造方法，其特征在于，该阵列型焊垫晶片适用于一倒装晶片结构。
12.如权利要求7所述的阵列形焊垫晶片的制造方法，其特征在于，该阵列型焊垫晶片适用于一球格阵列封装结构。
全文摘要
本发明揭示一种阵列型焊垫晶片内部电路结构。该阵列型焊垫晶片包括多个焊垫、多个讯号电路团以及一静电防护电路环。焊垫住于晶片之上表面周边，排列成至少四排，包括一最内排焊垫、一次内排焊垫、一次外排焊垫以及一最外排焊垫，最内排焊垫与次内排焊垫相对于晶片的一侧边交错排列，其中最内排以及次内排焊垫只包括讯号垫，而最外排以及次外排焊垫只包括电源垫以及接地垫。讯号电路团住于晶片的焊垫内侧，各讯号电路团分别垂直对齐各讯号垫。而静电防护电路环位于讯号电路团与最内排焊垫之间。
文档编号H01L21/70GK1430270SQ01145288
公开日2003年7月16日 申请日期2001年12月31日 优先权日2001年12月31日
发明者郑文隆, 黄宏政, 张逸凤 申请人:扬智科技股份有限公司