封装基板、覆晶式封装及其制造方法与流程

本申请是2013年7月19日申请的，申请号为201310306505.6，发明名称为“封装基板、覆晶式封装及其制造方法”的中国发明专利申请的分案申请

本发明是有关于一种半导体封装结构及其制造方法，且特别是有关于一种封装基板、覆晶式封装及其制造方法。

背景技术：

覆晶封装技术的趋势包括提高接点密度。其中一种方法是导线上接合(bondontrace；bot)。然而，晶粒上的导电柱上的焊料材料在接触封装基板的导线之后，在进行回焊接合步骤的过程中，焊料材料很容易向下流动至导线大部分的侧面，甚至流动至封装基板的表面上，使得形成的焊料层会接触到不期望(或非对应的)导线、接触垫等等，形成不期望的电路(例如短路)而影响产品的效能与良率。再者，焊料材料向下流动至导线的侧面，甚至流动至封装基板的表面上，也会产生形成的焊料层高度不足的问题，此外，介金属化合物(intermetalliccompound；imc)占焊料层中的比例会非常的高，因此焊料层性质易脆，而可靠度不佳。当导线的尺寸与导线之间的间距逐渐细微，上述问题会变得更加严重。

技术实现要素：

本发明有关于一种封装基板、覆晶式封装及其制造方法，能改善现有技术的问题。

根据一实施例，提出一种封装基板，包括一基板本体、多数个金属导线(trace)与多数个薄膜。基板本体具有相对的一第一基板表面与一第二基板表面。金属导线配置在基板本体的第一基板表面上。金属导线各具有一上导线表面与至少一个侧导线表面。薄膜形成在金属导线的至少一个侧导线表面上。薄膜对焊料的润湿性小于金属导线的上导线表面。

根据一实施例，提出一种覆晶式封装，包括一晶粒、多数个导电柱、一基板本体、多数个金属导线、多数个薄膜与多数个焊料层。晶粒具有相对的一第一晶粒表面与一第二晶粒表面。第一晶粒表面具有多数个连接垫。导电柱配置在连接垫上并电性连接至连接垫。基板本体具有相对的一第一基板表面与一第二基板表面。金属导线配置在基板本体的第一基板表面上。金属导线各具有一上导线表面与至少一个侧导线表面。薄膜形成在金属导线的至少一个侧导线表面上。薄膜对焊料的润湿性小于金属导线的上导线表面。焊料层配置在金属导线的上导线表面与导电柱之间，并电性连接导电柱与金属导线。

根据一实施例，提出一种封装基板的制造方法，包括以下步骤。提供一基板本体。基板本体具有相对的一第一基板表面与一第二基板表面。于基板本体的第一基板表面上形成多数个金属导线。金属导线包括至少一可氧化金属层与一抗氧化金属层。抗氧化金属层位在金属导线的上部分。对金属导线进行氧化工艺，以在金属导线的可氧化金属层的侧导线表面上形成多数个薄膜。

根据一实施例，提出一种覆晶式封装的制造方法，包括以下步骤。提供一晶粒。晶粒具有相对的一第一晶粒表面与一第二晶粒表面。第一晶粒表面具有多数个连接垫。配置多数个导电柱在连接垫上并电性连接至连接垫。配置多数个焊料材料在导电柱上。提供一基板本体。基板本体具有相对的一第一基板表面与一第二基板表面。于基板本体的第一基板表面上形成多数个金属导线。金属导线各包括至少一可氧化金属层与一抗氧化金属层。抗氧化金属层位在金属导线的上部分。对金属导线进行氧化工艺，以在金属导线的可氧化金属层的侧导线表面上形成多数个薄膜。将焊料材料接触金属导线的上表面。进行一接合步骤，以将焊料材料转变成多数个焊料层。焊料层物理连接并电性连接至金属导线。其中在加热接合步骤中，焊料层的流动是局限在薄膜的上表面。

为了对本发明的上述及其他方面有更佳的了解，下文特举较佳实施例，并配合附图，作详细说明如下：

附图说明

图1绘示一实施例的封装基板。

图2绘示一实施例的覆晶式封装。

图3a至图3h绘示一实施例的覆晶式封装的制造方法。

符号说明：

102、202～封装基板；

104～基板本体；

106、206～金属导线；

108～薄膜；

110～第一基板表面；

112～第二基板表面；

114、214～上导线表面；

116～侧导线表面；

118～种子层；

122～导电层；

124～扩散障碍层

128～抗氧化层；

130～晶粒；

132～导电柱；

134～焊料层；

136～第一晶粒表面；

137、139～保护层；

138～第二晶粒表面；

140～连接垫；

142～金属柱；

144～扩散障碍层；

146～种子层；

150～图案化光阻；

152～光阻开口；

b～柱宽度；

c～最大总高度；

e～间距；

h～高度；

t～导线厚度；

w～导线宽度。

具体实施方式

图1绘示一实施例的封装基板102。封装基板102包括基板本体104、多数个金属导线(trace)106与多数个薄膜108。基板本体104具有相对的一第一基板表面110与一第二基板表面112。

金属导线106配置在基板本体104的第一基板表面110上。金属导线106各具有一上导线表面114与数个侧导线表面116。金属导线106可包括种子层118、导电层122、扩散障碍层124、抗氧化层128。种子层118可为一层或多层结构，于一实施例中，举例来说，种子层118为两层结构，一层材质包括钛，另一层材质包含镍钒。于一实施例中，导电层122的材质包括铜。扩散障碍层124的材质可包括镍。于一实施例中，扩散障碍层124其厚度为1μm～5μm。抗氧化层128可为一层或多层结构，抗氧化层128的材质可包括金或铂。于一实施例中，抗氧化层128其厚度为0.01μm～1.5μm。或可选择性于扩散障碍层124及抗氧化层128之间加入一保护层(未显示)，于一实施例中，保护层的材质可包括钯。于一实施例中，扩散障碍层124、保护层(未显示)与抗氧化层128为化学镍钯金(electrolessni/pd&immersiongold；enepig)。于其他实施例中，金属导线106中作为导线主体的导电层122可使用其他合适的导电金属例如包括铝，并省略作为扩散障碍层124，或是选用不同的工艺方法可省略种子层118。

薄膜108形成在金属导线106的侧导线表面116上，薄膜108对焊料的润湿性小于金属导线106的上导线表面114，换言之，薄膜108具有焊料不易润湿的特性。薄膜108的材质可包括介电材料。于一实施例中，薄膜108的材质包括金属导线106的氧化物，例如氧化铜、氧化铝、氧化钛。于一实施例中，薄膜108的厚度介于0.1至1.0微米。若厚度小于0.1微米则不易防止焊料润湿于金属导线106的侧导线表面116上，若厚度大于1.0微米则影响细线化的设计，且制作不易。

图2绘示根据一实施例的覆晶式封装，其可使用如图1所示的封装基板102形成。

如图2所示，覆晶式封装包括封装基板202、一晶粒130、多数个导电柱132与多数个焊料层134。晶粒130具有相对的一第一晶粒表面136与一第二晶粒表面138。第一晶粒表面136具有多数个被保护层137、保护层139露出的连接垫140。导电柱132配置在连接垫140上并电性连接至连接垫140。导电柱132包括金属柱142。于一实施例中，金属柱142的材质包括铜，且导电柱132包括扩散障碍层144，扩散障碍层144的材质包括镍。于其他实施例中，金属柱142可使用其他合适的导电金属例如铝，或者，省略扩散障碍层144。

焊料层134配置金属导线206的上导线表面214与导电柱132之间，并电性连接导电柱132与金属导线206。于一实施例中，焊料层134包括焊料材料例如锡、锡银等，与介金属化合物(例如焊料材料与扩散障碍层124、保护层、抗氧化层128(图1)反应形成的介金属化合物，例如(au,pd,ni)sn4、ni3sn4等等。

图3a至图3h绘示一实施例的覆晶式封装的制造方法。

请参照图3a，于基板本体104的第一基板表面110上形成一种子层146。于种子层146上形成一图案化光阻150。图案化光阻150具有数个光阻开口152。图案化光阻150可包括绿漆。

请参照图3b，可以电镀的方式，从图案化光阻150的光阻开口152露出的种子层146上形成导电层122。

请参照图3c，于导电层122上形成扩散障碍层124。于扩散障碍层124上形成保护层。于扩散障碍层124上形成抗氧化层128。于一实施例中，可在扩散障碍层124与抗氧化层128之间形成保护层(未显示)。扩散障碍层124、保护层、抗氧化层128可以电镀或化学镀的方式形成。

请参照图3d，移除图案化光阻150。

请参照图3e，移除种子层146未被导电层122、扩散障碍层124、抗氧化层128遮盖的部分，以形成种子层118。

请参照图3f，在金属导线106的侧导线表面116上形成薄膜108，薄膜108至少露出金属导线106的上导线表面114。于一实施例中，是对金属导线106进行氧化工艺，以形成薄膜108。其中是经由适当地选择各种子层118、导电层122、扩散障碍层124、抗氧化层128的材质，并控制氧化工艺参数，来达到此目的。于一实施例中，举例来说，在一些氧化工艺中，金属导线106下部分的种子层118(例如钛、镍钒)、导电层122(例如铜、铝)、扩散障碍层124(例如镍)可被氧化，因此定义为可氧化金属层；上部分的与抗氧化层128(例如金或铂)无法被氧化，因此定义为抗氧化金属层。于其他实施例中，使用的氧化工艺可氧化导电层122(例如铜、铝)，而无法氧化抗氧化层128(例如金)。于一实施例中，举例来说，是在大气氛围中，以150℃加热30分钟来进行氧化工艺以形成薄膜108。在其他实施例中，亦可利用纯氧环境、其他的高温、反应时间等条件来进行氧化工艺。于一实施例中，薄膜108的厚度介于0.1μm～1μm。

请参照图3g，提供晶粒130，其具有相对的第一晶粒表面136与第二晶粒表面138。第一晶粒表面136上具有连接垫140。配置导电柱132在连接垫140上。配置多数个焊料材料154在导电柱132上。于一实施例中，焊料材料154包括锡、锡银等。

金属导线106各具有一导线厚度t，例如10μm。金属导线106各具有一导线宽度w。导电柱132各具有一柱宽度b。柱宽度b除以导线宽度w的值(b/w)是介于0.8～2.5。

表1显示实施例的导电柱132之间的间距e(对应金属导线106之间的间距)；导电柱132的柱宽度b；导电柱132与焊料材料154的最大总高度c；金属导线106宽度w；与导电柱132的柱宽度b除以金属导线106宽度w的值(b/w)之间的关系。

表1

请参照图3h，将焊料材料154接触金属导线106的上导线表面114，并进行一接合步骤，例如加热回焊，以将焊料材料154转变成多数个焊料层134。焊料层134物理连接并电性连接金属导线206与导电柱132。在此接合步骤中，焊料层134(或焊料材料154)的流动是局限在薄膜108的上表面，亦即，焊料层134(或焊料材料154)不会流动至薄膜108的侧表面，更不会流动至基板本体104的第一基板表面110上而接触到其他不预期的(或非对应的)导线或接触垫等等。再者，于实施例中，形成的焊料层134能控制在一足够的高度h范围，例如17μm～20μm，高于比较例(没有使用薄膜108所形成的)焊料层的高度7μm～10μm。于实施例中，焊料层134包括扩散障碍层124(例如镍)、抗氧化层128(例如金)、扩散障碍层124与抗氧化层128之间的保护层(例如钯)(未显示)、扩散障碍层144(例如镍)与焊料材料154经由接合步骤的加热而反应形成的介金属化合物(intermetalliccompound；imc)，包括例如(au,pd,ni)sn4、ni3sn4。焊料层134其形成的范围能够局限在薄膜108的上表面之上，因此介金属化合物占焊料层134中的比例低，造成焊料层134不容易脆裂，且可靠度高。例如于一实施例中，介金属化合物占焊料层134中的比例为20％～30％，低于比较例(没有形成薄膜108)的比例70％～80％。

综上所述，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明。本发明所属技术领域中具有通常知识者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰。因此，本发明的保护范围当视权利要求书所界定者为准。