一种封装用凸点结构的制作方法
【专利说明】一种封装用凸点结构
[0001]
技术领域
[0002]本发明涉及微电子及光电子产品封装领域，具体涉及一种芯片级、基板级倒装焊的封装凸点结构。
[0003]
【背景技术】
[0004]在微电子及光电子封装技术领域，焊点的互联近来有两种主流的工艺实施路径:一种是通过引线键合进行互联，另一种是通过制作凸点结构进行的倒装焊接工艺，而随着产品的系统集成度越来越高，体积越来越小，功耗越来越大，通过凸点结构实现的倒装焊接所具有的高封装密度、优良的散热性能、高可靠性越来越有竞争力。“以点代线”的发展趋势已不可抵挡。
[0005]从封装的整体结构来看，凸点可以制作在芯片上或是基板上，考虑到半导体工艺的兼容性，现有的大部分研宄和专利都集中于半导体芯片表面的铜凸点结构(copperpillar)，这种工艺的难度较高，且失效所带来的损失较大。另外一种方式是将凸点结构制作于陶瓷电路基板之上(陶瓷电路基板具有单层或多层布线)，这种方式特别适合混合集成电路的单芯片封装，且成本更低，可靠性更高，同时在系统级封装领域中的“封装堆叠”(Package on Package)也极具应用价值。
[0006]现有技术公开了一种凸点结构，包括:半导体衬底，位于半导体衬底上的焊垫层和钝化层，所述焊垫层镶嵌于钝化层中，且通过钝化层上的开口暴露出焊垫层；金属柱，位于开口内的焊垫层上及开口周围部分钝化层上；凸点，位于所述金属柱上；所述金属柱包括位于焊垫层上的第一金属层和位于第一金属层上的第二金属层，所述第一金属层的水平投影面积大于第二金属层的水平投影面积。
[0007]然而，在对上述结构的封装测试中发现，如果金属铜柱直接与锡基焊料接触，铜柱极易扩散到焊料中与锡形成铜锡合金从而影响焊接质量，即使在铜柱与焊料间增加阻焊层镍，过厚的镍层会在凸点中产生较大的内应力，经过多次温度循环或热冲击后，内应力处容易出现微裂纹从而使凸点失效。
[0008]更多凸点结构技术请参考公开号为CN 103413799A(公开日为2013年11月27日)的中国专利申请。
[0009]
【发明内容】
[0010]本发明解决的问题是在陶瓷基板上提供一种无铜低焊接应力的凸点结构，提高封装结构的长期稳定性和可靠性。
[0011 ] 为实现上述目的，本发明采用了以下技术方案: 一种封装用凸点结构，包括衬底层、钝化层、焊垫层、粘附层、复合阻焊浸润层和预置焊料层。
[0012]所述的钝化层和焊垫层均位于衬底层上方，且钝化层上方设有开口，焊垫层镶嵌于钝化层开口处；所述的粘附层、复合阻焊浸润层、预置焊料层自下向上依次设置在焊垫层的上方。
[0013]所述的衬底层的材料为陶瓷。
[0014]所述的复合阻焊浸润层为具有多层金属层结构的复合金属膜层结构。
[0015]所述的预置焊料层的水平投影面积大于复合阻焊浸润层的水平投影面积。
[0016]进一步的，所述的钝化层的材料为氧化硅、氮化硅或聚酰亚胺中的任意一种。
[0017]进一步的，所述的焊垫层的材料为铝、铜或金中的任意一种。
[0018]进一步的，所述的粘附层的材料为钨、钛、钽、铬中的一种或多种的任意组合。
[0019]进一步的，所述的预置焊料层的材料为锡合金。
[0020]进一步的，所述的复合金属膜层结构为镍层/铂钯合金层/镍层、镍层/钨硅合金层/镍层、镍层/钨钛合金层/镍层中的任意一种低应力复合金属膜层结构。
[0021]进一步的，所述的预置焊料层的厚度为6~60 μπι。
[0022]进一步的，所述的衬底层的材料为纯度大于99.6%的单层氧化铝陶瓷、单层氮化铝陶瓷、低温共烧多层陶瓷或高温共烧多层陶瓷中的任意一种，且衬底层的表面粗糙度小于0.076 μ m，平面度小于0.010 μ m。
[0023]进一步的，在复合金属膜层结构中，镍层的厚度为1~3 μ m，铂钯合金层、钨硅合金层和钨钛合金层的厚度均小于I ym。
[0024]本发明的有益效果为:
(I)本发明所述的凸点结构制作在陶瓷基板或陶瓷电路基板上(陶瓷电路基板具有单层或多层布线)，这种方式特别适合混合集成电路的单芯片封装，且成本更低，可靠性更高，同时在系统级封装领域中的“封装堆叠”(Package on Package)极具应用价值。
[0025](2)本发明所述的凸点结构引入了复合阻焊浸润层结构，该结构可以有效地降低阻焊层的内应力，避免凸点在经受多次温度循环或热冲击后，在内应力聚集处出现的微裂纹甚至断裂失效，提高凸点的长期稳定性和可靠性。
[0026](3)本发明通过将预置焊料层的水平投影面积设计为大于复合阻焊浸润层的水平投影面积，这种设计能够在凸点回流时，利用焊料液态的表面张力自然形成凸点结构，避免焊料融化时坍塌造成桥接短路的发生。
[0027]
【附图说明】
[0028]图1是本发明的结构示意图；
图2是本发明所述的凸点结构在融化回流后的示意图；
图3是经光刻剥离工艺后的凸点形貌；
图4是融化回流后的凸点形貌。
[0029]其中:
101、衬底层，102、钝化层，103、焊垫层，104、粘附层，105、复合阻焊浸润层，106、预置焊料层。
[0030]
【具体实施方式】
[0031]下面结合附图对本发明做进一步说明:
如图1所示的一种封装用凸点结构，包括衬底层101、钝化层102、焊垫层103、粘附层104、复合阻焊浸润层105和预置焊料层106。
[0032]所述的钝化层102和焊垫层103均位于衬底层101上方，且钝化层102上方设有开口，焊垫层103镶嵌于钝化层102开口处。所述的粘附层104、复合阻焊浸润层105、预置焊料层106自下向上依次设置在焊垫层103的上方。
[0033]所述的衬底层101作为整个凸点结构的支撑，应具有较好的机械强度，并且具有良好的长期稳定性。衬底层的材料为纯度大于99.6%的氧化铝陶瓷、氮化铝陶瓷、低温共烧多层陶瓷、高