凸块结构的制作方法

本发明涉及一种凸块结构，尤其涉及一种增加凸块与集成电路芯片之间的接合强度的凸块结构。

背景技术：

为了因应集成电路(integratedcircuit，ic)芯片性能提升(例如：分辨率增加)，或者为符合组件轻薄短小的需求，芯片的线路设计必须精密化，因此在设计对应封装技术时，凸块(bump)尺寸也须走向缩小的趋势。随着凸块的尺寸缩小及产品高阶化的导向，制作凸块时原物料的消耗量(例如生产金凸块所消耗的黄金)及生产成本可大幅降低。举例来说，现阶段高引脚数的芯片(如显示面板驱动芯片)的尺寸已经被凸块尺寸所限制，通过制作较小尺寸的凸块不仅直接减少每个凸块所耗费的原物料，更可于固定电路面积内容纳更多通道数量，进而缩小芯片的尺寸，以增加每一晶圆上的可利用面积及切割后的芯片数量。

然而，由于凸块是以一真空压力附着在芯片上，在凸块的尺寸缩小的情形下，凸块与芯片的接合强度会随着接合面积的减少而下降，造成凸块于晶圆切割、晶圆针测、接合过程中、翻转晶圆、制造后端的清洁过程或运送过程中脱落或剥离。尤其本领域技术人员可以知悉凸块一般形成长条状，因此如图1所示，若凸块gb是沿一x轴方向延伸，当凸块gb受到垂直于x轴方向的一侧向外力作用s时，凸块gb与芯片的接合面容易出现一剥离现象，且这种剥离现象的出现频率会随着凸块尺寸的缩小而遽增，进而严重影响产品良率。举例来说，于晶圆切割后需冲洗晶圆上的碎屑，冲洗晶圆时的水压对凸块所造成的物理碰撞就可能造成凸块的脱落。此外，在芯片的研磨过程中、与其他组件的接合过程或运送过程中的震动、晃动等，均可能造成凸块的剥离或脱落。

因此，如何提升现有的缩小化的凸块的抗剪应力能力，使得凸块于产品生产或运送过程中更稳固即成为本领域的一重要课题。

技术实现要素：

因此，本发明的主要目的即在于提供一种增加凸块与集成电路芯片之间的接合强度的凸块结构，以解决上述问题。

本发明揭露一种凸块结构，包含一凸块本体，所述凸块本体沿一第一方向延伸，且所述凸块本体于垂直所述第一方向的一第二方向两侧分别具有一侧表面；以及多个补强单元，形成于所述凸块本体的侧表面。

附图说明

图1为一凸块受到一外力作用时，凸块与集成电路的接合面出现一剥离现象的示意图。

图2为本发明实施例一凸块结构的示意图。

图3为本发明实施例补强单元的截面尺寸与凸块结构的抗剪应力能力的关系示意图。

图4为本发明实施例凸块结构的示意图。

图5为本发明实施例另一凸块结构的示意图。

图6为本发明实施例另一凸块结构的示意图。

图7为本发明实施例另一凸块结构的示意图。

图8为本发明实施例另一凸块结构的示意图。

图9为本发明实施例另一凸块结构的示意图。

图10为本发明实施例另一凸块结构的示意图。

图11为现有的一凸块结构与本发明实施例的凸块结构的比较图。

图12为本发明实施例应用于一集成电路的示意图。

其中，附图标记说明如下：

20、50、60、70、80、90、100、凸块结构

a、b

202、502、602、702、802、902、凸块本体

1002

202a、702a、702a’、802a、802a’、侧表面

902a、902a’、1002a、1002a’

204、504、604、704、704’、804、补强单元

904、1004

a1、a2截面

gb凸块

i、o、o1凸块

l1平均宽度

l2最小宽度

sl1单位长度

sl2侧边长

s侧向外力作用

ta1补强面积总和

ta2本体面积

x、y坐标轴

具体实施方式

请参考图2，图2为本发明实施例一凸块结构20的示意图，所述凸块结构20一般用来与集成电路(integratedcircuit，ic)芯片接合。凸块结构20包含一凸块本体202及多个补强单元204。补强单元204形成于凸块本体202的侧表面202a，用来提升凸块结构20的一抗剪应力能力(shearstrength)。如图2所示，凸块结构20在一俯视(即由芯片表面检视)角度下，凸块本体202可沿一x轴方向延呈长条状，且当有多个凸块结构20时，各个凸块结构20可以沿着垂直所述x轴方向的一y轴方向排列。所述凸块本体202于所述y轴方向两侧分别具有一侧表面202a，补强单元204即形成于侧表面202a，且补强单元204于所述x轴方向与所述y轴方向所构成的平面上(以下称x-y平面)具有一截面a1。

图3为本发明实施例补强单元204的截面a1尺寸与凸块结构20的抗剪应力能力的关系示意图。如图3所示，横轴坐标代表当不具有任何补强单元的凸块结构以及补强单元204的截面a1尺寸分别为1*1、2*2、3*3微米平方(μm²)的凸块结构20承受剪应力时的实测结果，纵轴坐标代表凸块结构所能抵抗的最大剪应力(单位：毫克/微米平方)，在本测试中所述剪应力是沿前述y轴方向施加于凸块结构。由图3可知，在凸块结构具有同样尺寸的条件下，当凸块结构20的补强单元204的截面尺寸越大时，则凸块结构20抗剪应力能力越高，也代表凸块结构20与芯片的接合强度越高。也就是说，当凸块结构不具有任何补强单元时，其抗剪应力能力最低。本发明实施例的凸块结构20通过设置补强单元204确实能够有效提升凸块结构20的抗剪应力能力，且随着补强单元204的尺寸越大，所提升的抗剪应力能力效果也越显著。

然而，虽然设置尺寸较大的补强单元204可以取得较佳的抗剪应力能力提升效果，然而，一般而言凸块结构20会沿着前述y轴方向排列设置，而相邻的凸块结构20需保有适当之间距，因此补强单元204的尺寸仍需适当设计。举例而言，在本实施例中，凸块本体202于y轴方向具有一平均宽度l1，其中现有凸块结构的宽度一般约为12～14微米，然而随着凸块尺寸缩小的趋势，已经可以量产制作宽度约为10微米的凸块，且未来凸块的宽度可能会继续缩减。所述多个补强单元204于y轴方向具有一最小宽度l2，且最小宽度l2至少为平均宽度l1的2.5％，较佳大于等于5％，且更佳大于等于10％。再者，凸块本体202是沿x轴方向延伸呈长条状，现有凸块结构的长度约为40～120微米不等，故现取x轴方向上一单位长度sl1内的凸块结构20进行说明。在所述单位长度sl1所含括的范围内，凸块本体202于所述x轴方向的长度即为所述单位长度sl1，所述凸块本体202的其中一侧表面202a于x-y平面具有一侧边长sl2，所述侧表面202a设有补强单元204，因此侧边长sl2将会大于所述单位长度sl1，且侧边长sl2至少为单位长度sl1的110％，较佳大于等于140％，且更佳大于等于170％。此外，同样在所述单位长度sl1所含括的范围内，在x-y平面上，凸块结构20的每个补强单元204的截面a1具有一补强面积总和ta1，而凸块本体202的一截面a2具有一本体面积ta2，且补强面积总和ta1至少为本体面积ta2的1％，较佳大于等于2％，且更佳大于等于4％。如此一来，本发明实施例的凸块结构20能够增加与芯片间接合面的一接合力，进而提升凸块结构20的抗剪应力能力，同时避免影响相邻的凸块结构20之间距。

然而，除了上述补强单元204的尺寸会影响抗剪应力能力提升效果外，补强单元204的设置密集度也和凸块结构20的抗剪应力能力提升效果呈正相关。换言之，凸块本体202的侧表面202a上所设置的补强单元204数目越多，则凸块结构20的抗剪应力能力提升幅度也会越显著。一般而言，以单位长度sl1等于20微米为例，本发明实施例在于所述单位长度sl1(20微米)所含括的范围内，只要在凸块本体202的侧表面202a具有至少2个补强单元204，而较佳在设有4个以上补强单元204，且更佳在设有8个以上补强单元204的情形下，即可大幅提升凸块结构20的抗剪应力能力。其中如图4所示，当补强单元204数目增加时(即密集度越高)时，凸块本体202的侧表面202a将呈现趋近于锯齿状的构造。

在本发明不同实施例中，补强单元204设置于凸块本体202的位置、形状、尺寸及密度可以不同。请参考图5～10，图5～10分别为本发明各实施例凸块结构50～100的示意图。如图5、6所示，凸块本体502、602的两个侧表面所形成的多个补强单元504、604可为对位设置。其特征在于，多个补强单元504可以具有相同的形状、尺寸如图5所示，使得两个侧表面所形成的多个补强单元504相互对称；然而，多个补强单元604也可以具有不同的形状、尺寸如图6所示。

如图7所示，一凸块本体702的其中一侧表面702a所形成的多个补强单元704于x轴方向为等距离设置，因此，凸块结构70可包含等间距的补强单元704结构。然而所述块本体702的另一侧表面702a’所形成的多个补强单元704’于x轴方向为不等距离设置，因此，凸块结构70也可包含不等间距的补强单元704’结构，进而可因应凸块结构70不同位置预估可能承受的剪应力而设计补强单元的设置方式。

如图8～10所示，一凸块本体802、902、1002的两个侧表面802a、802a’、902a、902a’、1002a、1002a’所形成的多个补强单元804、904、1004于x轴方向可为错位排列设置。

于图8所示实施例中，若凸块本体802的其中一侧表面802a在x轴方向的一特定位置并未设有补强单元，则另一侧表面802a’在x轴方向的相同位置将会设有补强单元804。

于图9所示实施例中，若凸块本体902的其中一侧表面902a在x轴方向的一特定位置设有补强单元904，则另一侧表面902a’在x轴方向的相同位置将不会设有补强单元。

于图10所示实施例中，虽然凸块本体1002的的两个侧表面1002a、1002a’上的多个补强单元1004为错位排列设置，并非如图5、6所示的对位设置，然而其中一侧表面1002a上的补强单元1004仍然可以与另一侧表面1002a’上的补强单元1004沿所述y轴方向重迭。

此外，当在y轴方向上有两个相邻的凸块结构，且所述两凸块结构各自呈相对的两个侧表面上均设有补强单元时，所述两个侧表面上的补强单元也可以呈错位排列设置。借此更容易避免补强单元影响相邻的凸块结构之间距。

值得注意的是，在本发明其它实施例的凸块结构中，位于凸块本体同一侧表面的补强单元的形状、尺寸也不需完全相同。另外，于凸块本体的两个侧表面中，可以仅于其中一个侧表面设置补强单元。简言之，上述凸块结构的补强单元的设置位置、形状、尺寸及密度皆可根据需求调整，而不限定特定位置或形状，皆应属本发明的范畴。

另一方面，前述本发明各实施例的凸块结构可由金、锡或铅等材质制成。且凸块结构中的补强单元可以于制造过程中以电镀制程(platingprocess)形成凸块本体时一并形成；或者，也可以预先形成凸块本体初坯，再通过蚀刻方法除去凸块本体初坯的局部结构，以形成上述实施例中的凸块本体与补强单元等。

请参考图11，其为现有的一现有凸块结构a与本发明实施例的一凸块结构b的比较图，其中如前所述，凸块结构b的补强单元所形成的近似锯齿状轮廓可强化凸块结构与芯片的接合面的接合力，进而提升凸块结构的抗剪应力能力。且如图11所示，现有凸块结构a及凸块结构b的长宽皆为100微米(μm)*13微米。然而，由于凸块结构b为具有近似锯齿状的轮廓，因此，在相同的凸块结构长宽条件的情况下，现有凸块结构a的凸块截面积为1300μm²，而本发明实施例的凸块结构b具有较小的凸块截面积1200μm²，故本发明实施例还可以有效降低材料成本，且当凸块结构a、b使用金等贵金属制作时，本发明降低成本的效果尤为显著。

根据不同的需求，同一芯片上的不同位置可采用具有不同凸块结构的凸块，如图12所示，其为发明实施例应用于一芯片的示意图。芯片包含多个凸块i、o，其中非长条状的凸块i因可承受较高的电流，可以用来作为芯片的输入端。相对地，长条状的凸块o可以用来作为芯片的输出端。由于长条状的凸块o的凸块结构呈现较细长的结构，较易受到外力的影响而剥离，因此，图12中的凸块o可全部采用本发明实施例的凸块结构以提升凸块的抗剪应力，而非长条状的凸块i则维持可采用现有凸块结构或者一并采用本发明实施例的凸块结构。或者，在其它应用中，也可针对特定部位的凸块进行补强。举例来说，图12中的一凸块o1由于位在芯片的边角位置，于生产或运送等过程中，特别容易承受外来的剪应力，使得所述凸块o1受到外力影响而剥落的可能性相对较高，因此，可以特别仅针对所述凸块o1采用本发明实施例的凸块结构；或者纵使如前述有数个凸块o同时采用本发明实施例的凸块结构，也可以特别增加所述凸块o1所设置的补强单元的尺寸或密集度，进而确保应用本发明实施例能够有效避免凸块脱落或剥离。

除此之外，本发明实施例的补强单元可用来于凸块结构与一组件结合时，减缓一导电胶体的流动性以提升接合(bonding)质量。具体而言，当通过压合将芯片上的凸块与电路板上的引脚(lead)接合时，若接合过程是通过异方性导电膜(anisotropicconductivefilm，acf)中的导电粒子完成，由于本发明实施例的凸块结构的轮廓趋近锯齿状，于压合芯片时异方性导电膜胶体于接合面中移动过程，会受到本发明实施例凸块结构的补强单元阻碍而减缓，因此，当异方性导电膜经过凸块结构与组件结合的接合面时，本发明实施例的凸块结构可形成一阻障层以减缓一导电胶体的流动性，进而提升凸块或引脚捕捉异方性导电膜粒子的机率，进而有效提升接合质量。

综上所述，本发明实施例利用补强单元增加凸块结构的抗剪应力能力，可以避免凸块于晶圆切割、晶圆针测、接合过程中翻转晶圆时、制造后端的清洁过程或运送过程中脱落或剥离。并且，本发明实施例的凸块结构的制作可节省凸块的材料成本。此外，通过本发明实施例的补强单元使凸块结构轮廓呈现趋近锯齿状，能够于接合过程中减缓导电胶体的流动性，以提升接合质量。因此，补强后的凸块结构便可降低于芯片的制程过程中或是运送过程中凸块剥离的可能性，同时还可达到节省凸块的材料成本与提升接合质量等诸多功效。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。