玻璃倒装接合结构的制作方法
【专利摘要】本发明公开一种玻璃倒装接合结构，其包含位于金属焊垫上的护层、位于金属焊垫上又部分位于护层上的黏着层、部分位于凹穴中并覆盖黏着层的金属凸块、完全覆盖金属凸块的帽盖层、引脚层与玻璃层直接相连、与电连接帽盖层和引脚层的导电粒子层。
【专利说明】玻璃倒装接合结构
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种玻璃倒装接合结构。本发明特别是涉及一种包含帽盖层与导电粒 子层彼此直接接触的玻璃倒装接合结构。
【背景技术】
[0002] 应当今消费性电子产品的轻、薄、短、小趋势，电子组装技术也随着不断改进。近 几年来，半导体封装技术已发展趋于多样，例如用于显示器的驱动集成电路（1C)的封装技 术。
[0003] 倒装接合技术正是此种集成电路的封装技术。例如，玻璃倒装接合 (chip-〇n-glass，COG)技术是运用玻璃作为封装芯片的载体，将芯片上的金凸块（Gold bump)与透明导电引脚（lead)经由例如各向异性导电胶膜（anisotropic conductive film, ACF)的导电性胶膜相接合（bonding)的技术。
[0004] 使用金凸块的优势在于，黄金具有极低的化学活性，使得封装后的集成电路的可 靠度十分稳定。但是，由于原物料成本不断地增加，所以使用属于贵金属的黄金作为芯片上 凸块（bump)的材料，就很难具有价格竞争上的优势。
【发明内容】
[0005] 本发明于是提出一种玻璃倒装接合结构。在此玻璃倒装接合结构中，使用帽盖 层来完全覆盖金属凸块。另外，玻璃基板上的引脚层，则使用导电粒子层来作为外导电 (outward electrically connecting)的媒介。特别是，导电粒子层与帽盖层直接接触。
[0006] 本发明的玻璃倒装接合结构，包含金属焊垫、护层、黏着层、金属凸块、帽盖层、与 基板。位于金属焊垫上的护层，定义出位于金属焊垫上的凹穴。完全位于凹穴中的黏着层 则位于金属焊垫上，又部分位于护层上。黏着层直接接触金属焊垫与护层。金属凸块部分 位于凹穴中并覆盖黏着层。帽盖层位于金属凸块上并完全覆盖金属凸块，而使得金属凸块 完全不会暴露出来。用来电连接帽盖层的基板，包含玻璃层、引脚（lead)层、与导电粒子层 (conductive particle layer)。引脚层与玻璃层直接相连。导电粒子层用来电连接帽盖 层与引脚层。
[0007] 在本发明一实施方式中，帽盖层自行对准于金属凸块。
[0008] 在本发明另一实施方式中，帽盖层、黏着层、与护层间具有嵌穴（notch)。
[0009] 在本发明另一实施方式中，金属凸块由铜或金所组成。
[0010] 在本发明另一实施方式中，当金属凸块由铜所组成时，帽盖层包含锡、镍、金、钯其 中至少一者。当金属凸块由金所组成时，帽盖层包含锡、镍、钯其中至少一者。
[0011] 在本发明另一实施方式中，帽盖层与金属凸块形成合金，而防止金属凸块穿出帽 盖层。
[0012] 在本发明另一实施方式中，帽盖层与金属凸块的界面没有合金。
[0013] 在本发明另一实施方式中，帽盖层为复合结构。
[0014] 在本发明另一实施方式中，引脚层由透明导电材料所组成。
[0015] 在本发明另一实施方式中，导电粒子层包含各向异性导电胶。
[0016] 在本发明另一实施方式中，导电粒子层的面积不小于帽盖层的面积。
[0017] 在本发明另一实施方式中，导电粒子层与帽盖层对齐。
[0018] 在本发明另一实施方式中，导电粒子层与帽盖层形成各向异性导电连接。
[0019] 在本发明另一实施方式中，导电粒子层直接接触该帽盖层。
[0020] 在本发明另一实施方式中，玻璃倒装接合结构还包含位于护层与玻璃层间的树 月旨，而夹住并密封引脚层与金属凸块。
[0021] 在本发明另一实施方式中，树脂层直接接触引脚层与帽盖层。
[0022] 在本发明另一实施方式中，树脂层填入嵌穴中。
[0023] 在本发明另一实施方式中，玻璃倒装接合结构位于显示器中。
【专利附图】
【附图说明】
[0024] 图1至图13是本发明形成玻璃倒装接合结构的方法的示意图；
[0025] 图8A是仅帽盖层40的内层42填满嵌穴30的示意图；
[0026] 图10A是仅帽盖层40的内层42填满嵌穴30的示意图；
[0027] 图14是本发明的玻璃倒装接合结构的一种实例的示意图；
[0028] 图15是本发明的玻璃倒装接合结构的另一种实例的示意图。
[0029] 符号说明
[0030] 1玻璃倒装接合结构
[0031] 9金属凸块结构
[0032] 10 底材
[0033] 11金属焊垫
[0034] 12 护层
[0035] 13黏着层
[0036] 14'光致抗蚀剂层
[0037] 14图案化光致抗蚀剂层
[0038] 15 凹穴
[0039] 16 开口
[0040] 20'金属凸块材料
[0041] 20金属凸块
[0042] 30 嵌穴
[0043] 40帽盖层
[0044] 41 合金
[0045] 42 内层
[0046] 43最外层
[0047] 50玻璃板
[0048] 51玻璃层
[0049] 52引脚层
[0050] 53导电粒子层
[0051] 53'导电粒子
[0052] 60 封胶
【具体实施方式】
[0053] 本发明首先提供一种形成玻璃倒装接合结构的方法，可以将驱动集成电路芯片 (driver 1C)与显示器的电路进行电连接，特别适用于玻璃倒装接合封装（chip-on-glass, COG)技术中。图1至图13绘示本发明形成玻璃倒装接合结构的方法。首先，在第一方面先 说明如何将金属凸块形成在底材上。如图1所绘示，提供底材10。底材10包括金属焊垫 11、护层12与黏着层13。
[0054] 绝缘层9为底材10的基础部分，用来支撑其它的元件，例如用来支撑金属焊垫11、 护层12、黏着层13与图3中的图案化光致抗蚀剂层14。金属焊垫11可以是一种质轻的金 属材料，例如铝，并经过图案化。但是，其它的金属也可采用，而并不限于铝。
[0055] 护层12即位于金属焊垫11之上，同时还具有图案以定义凹穴15,使得凹穴15也 位于金属焊垫11之上。护层12可以是一种电绝缘的材料，例如氮化硅或是氧化硅。通常 来说，凹穴15的大小会小于金属焊垫11的大小。
[0056] 黏着层13又位于凹穴15之中。此外，黏着层13还会覆盖金属焊垫11与护层12， 使得黏着层13会直接接触金属焊垫11与护层12。黏着层13用来帮助后续形成的金属凸 块材料（图未示）牢牢地附着在凹穴15之中。黏着层13可以是一种合金层，例如钛钨合 金层。
[0057] 黏着层13的形成方法可以是，利用溅镀一层钛钨合金与晶种层，例如铜的方法， 来均匀地覆盖底材10,例如完全地覆盖金属焊垫11、护层12、与凹穴15。结果例示于图1 中。形成图案化光致抗蚀剂层14的方式，可以参考如下所示的方式。
[0058] 其次，如图2所绘示，将光致抗蚀剂层14'整体形成在黏着层13上，并同时填满凹 穴15。光致抗蚀剂层14'可以是光敏性的材料，例如是有机的光敏材料。
[0059] 再来，如图3所绘示，将光致抗蚀剂层14'图案化。图案化的光致抗蚀剂层14是 形成在黏着层13上来定义出开口 16。开口 16用来暴露出位于凹穴15中与护层12上的黏 着层13,因此，在本发明的一实施例中，开口 16会稍微大于凹穴15。换句话说，开口 16可 以用来定义出后续所形成的金属凸块材料（图未示）所在的空间，而此空间本身即容置了 凹穴15。
[0060] 然后，整体的光致抗蚀剂层14'会经过适当的曝光与显影步骤，而转换成图案化光 致抗蚀剂层14,而具有曝光与显影所赋与预定的图案。图案是经由开口 16所定义出的，其 结果即绘示于图3所中。
[0061] 接下来，如图4所绘示，使用金属凸块材料20'来填入开口 16中。请注意，金属凸 块材料20'可能只仅仅填入开口 16中，而没有填满开口 16。黏着层13即因此夹置于金属 凸块材料20'，与金属焊垫11或护层12之间。例如，由于金属焊垫11与黏着层13均为导 电性材料，所以金属凸块材料20'可以由电镀的方式来形成。视情况需要，金属凸块材料 20'可以是钯、银、铜或是金，以寻求较佳的导电性，与越低越好的化学活性。
[0062] 一但将金属凸块材料20'形成好了之后，就不再需要图案化光致抗蚀剂层14 了。 于是，如图5所绘示，移除图案化光致抗蚀剂层14,使得金属凸块材料20'成为各自独立的 金属凸块20。可以使用传统的方式来移除图案化光致抗蚀剂层14。于是，各自独立的金属 凸块20于是完全位于黏着层13之上，并直接接触黏着层13。
[0063] 由于黏着层13是导电性的，这会导致所有的金属凸块20彼此短路，所以多于的黏 着层13必须要移除。再来，如图6所绘示，没有被金属凸块20所覆盖的黏着层13经由蚀 刻步骤来移除，又部分地暴露出下方的护层12,使得所有的金属凸块20,通过电绝缘材料， 亦即护层12的隔离，成为彼此电绝缘。如此一来，所有的金属凸块20即自我对准于黏着层 13。例如，可以使用过氧化氢来蚀刻黏着层13。视情况需要，蚀刻步骤后还可以加热金属凸 块20,例如在250°C _300°C的退火条件下维持约30分钟，来将金属凸块20调整到所需的硬 度，例如不超过130维氏硬度（Hv)，较佳者不大于110维氏硬度，更佳者介于50维氏硬度至 110维氏硬度之间。
[0064] 此时可以注意到，在图6中，在移除黏着层13时，在金属凸块20、黏着层13、与护 层12之间又形成了一嵌穴30,因为蚀刻步骤不只会完全移除没有被金属凸块20所覆盖的 黏着层13,蚀刻步骤还会更进一步移除没有被金属凸块20所覆盖的黏着层13以外的黏着 层13,例如，夹置于金属凸块20、与护层12间的黏着层13。而结果是，在金属凸块20、黏着 层13、与护层12之间形成了一只嵌穴30,其成为本发明结构的特征之一。嵌穴30可能横 向深入1微米（μ m)-2微米左右。
[0065] 由于各自独立的金属凸块20仍然因为暴露于周围的大气环境中而失之脆弱，所 以需要再特意形成帽盖层来完全覆盖金属凸块20,使得金属凸块20不会暴露于周围的大 气环境中。请参考图7、图8、图8A所绘示，形成帽盖层40来完全覆盖金属凸块20,于是得 到受保护的金属凸块结构9。帽盖层40可以包含内层42、最外层43的多种保护性的材料。 如果是铜制成的金属凸块20,帽盖层40可以包含锡、镍、金、钯其中至少一者。如果是金制 成的金属凸块20,帽盖层40可以包含锡、镍、钯其中至少一者。如果是银制成的金属凸块 20,帽盖层40可以包含锡。如果是钯制成的金属凸块20,帽盖层40可以包含锡。帽盖层 40可以不含镍。不过，如图7所绘示，所形成帽盖层40可能只会减小嵌穴30的尺寸，或是 如图8所绘示，因为内层42与最外层43 -起完全填满了嵌穴30,使得嵌穴30消失不见，或 是如图8A所绘示，仅仅是帽盖层40的内层42填满嵌穴30。
[0066] 较佳者，可以经由无电极电镀法来形成帽盖层40,例如可以在小于4的酸碱值、硫 酸盐的辅助下进行无电极电镀法。由于护层12是一种电绝缘材料，帽盖层40只会特定而 专一地形成在金属凸块20上。换句话说，帽盖层40即自我对准在金属凸块20上。帽盖层 40可以是单层结构或是复合结构，而包含多层的帽盖材料，例如帽盖层40可以不含镍。另 夕卜，依据无电极电镀法的不同电镀配方或是电镀条件，帽盖层40还可以有不同的厚度与其 它的形状。例如，帽盖层40可能是合金41、内层42、与最外层43的搭配或组合。较佳者， 最外层43为金，其优点在于有利于重工（re-work)，又可以减低材料的成本。当帽盖层40 含钯时，钯层的厚度可以是0. 15微米-0. 4微米左右。当帽盖层40含金时，金层的厚度可 以是在2微米以下，较佳者不大于0. 1微米，甚至于可以只有0. 006微米而已。表1列举电 镀帽盖层40的可行步骤与制作工艺参数。其中在每个步骤之后，均可以再加入纯水洗涤的 清洁步骤。
[0067]表 1
[0068]
【权利要求】
1. 一种玻璃倒装接合（Chip on Glass, COG)结构，包含： 金属焊垫； 护层，位于该金属焊垫上，并定义出位于该金属焊垫上的凹穴； 黏着层，位于该凹穴中、位于该金属焊垫上、又部分位于该护层上，其中该黏着层直接 接触该金属焊垫与该护层； 金属凸块，部分位于该凹穴中并覆盖该黏着层； 帽盖层，位于该金属凸块上并完全覆盖该金属凸块，而使得该金属凸块不会暴露出 来； 基板，用来电连接该帽盖层，其包含： 玻璃层； 引脚（lead)层，与该玻璃层直接相连； 导电粒子层（coductive layer),电连接该帽盖层与该引脚层。
2. 如权利要求1的玻璃倒装接合结构，其中该帽盖层自行对准于该金属凸块。
3. 如权利要求1的玻璃倒装接合结构，其中该帽盖层、该黏着层、与该护层间具有嵌穴 (notch)〇
4. 如权利要求1的玻璃倒装接合结构，其中该金属凸块由铜与金其中一者所组成。
5. 如权利要求4的玻璃倒装接合结构，其中当该金属凸块由铜所组成时该帽盖层包含 锡、镍、金、钯其中至少一者，当该金属凸块由金所组成时该帽盖层包含锡、镍、钯其中至少 一者。
6. 如权利要求1的玻璃倒装接合结构，其中该帽盖层与该金属凸块形成一合金，而防 止该金属凸块穿出该帽盖层。
7. 如权利要求1的玻璃倒装接合结构，其中该帽盖层与该金属凸块的界面没有合金。
8. 如权利要求1的玻璃倒装接合结构，其中该帽盖层为一复合结构。
9. 如权利要求1的玻璃倒装接合结构，其中该引脚层由透明导电材料所组成。
10. 如权利要求1的玻璃倒装接合结构，其中该导电粒子层包含各向异性导电胶。
11. 如权利要求1的玻璃倒装接合结构，其中该导电粒子层的面积不小于该帽盖层的 面积。
12. 如权利要求1的玻璃倒装接合结构，其中该导电粒子层与该帽盖层对齐。
13. 如权利要求1的玻璃倒装接合结构，其中每个该金属凸块上有至少3个导电粒子层 中的导电粒子。
14. 如权利要求1的玻璃倒装接合结构，其中该导电粒子层直接接触该帽盖层。
15. 如权利要求1的玻璃倒装接合结构，还包含： 树脂，位于该护层与该玻璃层之间，而夹住并密封该引脚层与该金属凸块。
16. 如权利要求15的玻璃倒装接合结构，其中该树脂层直接接触该引脚层与该帽盖 层。
17. 如权利要求15的玻璃倒装接合结构，其中该帽盖层、该黏着层、与该护层间具有嵌 穴（notch)，该树脂层填入该嵌穴中。
18. 如权利要求1的玻璃倒装接合结构，在一显示器中。
【文档编号】H01L23/498GK104143538SQ201410181177
【公开日】2014年11月12日 申请日期:2014年4月30日 优先权日:2013年5月6日
【发明者】林久顺 申请人:奇景光电股份有限公司