半导体封装件及其制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及半导体封装件结构及其制造方法。
【背景技术】
[0002]半导体器件性能改进主要通过减小器件尺寸来实现，同时该发展导致了器件密度和器件复杂度的相当大的增加。在晶圆级芯片尺寸封装(WLCSP)技术中，在晶圆上完全形成半导体芯片后，并随后从晶圆分离单个芯片封装件后，直接在晶圆级上封装半导体芯片。因此，芯片封装件的尺寸与原始半导体芯片的尺寸几乎相同。WLCSP已经在手机应用中得到广泛使用，诸如模拟、无线连接、CMOS图像传感器或其他应用。特别地，WLCSP越来越多地用于封装尺寸大于5X 5mm2的无线基带或RF收发器。用于倒装芯片接合的WLCSP的关键部件是重分布层(RDL)、凸块下金属层(UBM)和诸如焊料凸块或金属柱的凸块。其中，焊料凸块用于接入器件，焊料凸块也称为器件的输入/输出(I/O)结构。
[0003]这产生了封装半导体器件的新方法，由此已经开发出了诸如球栅阵列(BGA)器件和柱栅阵列(CGA)器件的结构。BGA包括固定至集成电路(IC)封装件的底部上的引脚的焊料凸块的阵列，以将IC封装件电连接至印刷电路板(PCB)。然后可将该IC封装件放置在PCB上，PCB具有铜导电焊盘，铜导电焊盘的图案与IC封装件上的焊料凸块的阵列相匹配。可加热焊料凸块以使焊料凸块熔化。当焊料冷却并凝固时，硬化的焊料将IC封装件机械附接至PCB。
[0004]BGA已知具有40、50和60密耳的间距。由于器件微型化的增加，器件互连件对器件性能和器件成本的影响也已成为封装件发展的较大因素。
【发明内容】
[0005]为了解决现有技术中存在的问题，根据本发明的一方面，提供了一种半导体封装件，包括:接触焊盘；位于所述接触焊盘外部的器件，并且所述器件包括与所述接触焊盘对应的导电接触焊盘；焊料凸块，连接所述接触焊盘与所述导电接触焊盘，其中，所述焊料凸块包括:从所述焊料凸块的顶部至所述接触焊盘的高度；和所述焊料凸块在垂直于所述高度的方向上的最宽尺寸的宽度；以及其中，靠近所述接触焊盘的所述焊料凸块的接合部包括沙漏形状。在上述半导体封装件中，还包括:围绕所述接合部和所述焊料凸块的下部的模塑料，其中，所述模塑料的厚度为所述焊料凸块的高度的约0.4倍至约0.6倍，并且所述焊料凸块的下部靠近所述接触焊盘。
[0006]在上述半导体封装件中，还包括:围绕所述焊料凸块的上部的底部填充层，其中，所述焊料凸块的上部靠近所述焊料凸块的顶部。
[0007]在上述半导体封装件中，所述焊料凸块的高度与宽度比为从约0.85至约1.15。
[0008]在上述半导体封装件中，所述焊料凸块的接合部包括SnX合金，所述SnX合金具有熔化温度低于165摄氏度的合金。
[0009]在上述半导体封装件中，所述51^合金中的乂包括扮、513、？13、66、41、6&、111、1'1和它们的任意组合。
[0010]在上述半导体封装件中，X的浓度从所述焊料凸块的接合部向所述焊料凸块的顶部减小。
[0011]在上述半导体封装件中，所述焊料凸块包括Sn、Ag、Cu、Pb、B1、Sb和它们的任意组口 ο
[0012]根据本发明的另一方面，还提供了一种半导体封装件，包括:具有多个接触焊盘的球栅阵列(BGA)，其中，所述多个接触焊盘中的每一个均在所述焊料凸块的一端处与所述焊料凸块连接，其中，所述BGA中的最小间距小于约0.2mm ;以及包括多个导电接触焊盘的电路板，其中，所述多个导电接触焊盘中的每一个均在所述焊料凸块的另一端处与所述BGA电连接；其中，所述焊料凸块包括:从所述焊料凸块的顶部至所述接触焊盘的高度；和所述焊料凸块在垂直于所述高度的方向上的最宽尺寸的宽度；并且其中，靠近所述接触焊盘的所述焊料凸块的接合部包括沙漏形状。
[0013]在上述半导体封装件中，所述焊料凸块包括零曲率。
[0014]在上述半导体封装件中，所述接触焊盘与所述焊料凸块的接合部的轮廓上的最窄点之间的角度小于90度。
[0015]根据本发明的又一方面，还提供了一种制造半导体封装器件的方法，包括:在接触焊盘上形成焊膏层；将焊料凸块设置在所述焊膏层上；在所述焊料凸块与所述接触焊盘之间形成第一电连接件；封装所述焊膏层和所述焊料凸块的下部，其中，所述焊料凸块的下部靠近所述接触焊盘；以及在所述焊料凸块与外部器件之间形成第二电连接件。
[0016]在上述制造半导体封装件的方法中，还包括:形成围绕所述焊料凸块的上部的底部填充层，其中，所述焊料凸块的上部靠近所述外部器件。
[0017]在上述制造半导体封装件的方法中，在所述焊料凸块与所述接触焊盘之间形成所述第一电连接件包括:将所述焊膏层加热至第一温度。
[0018]在上述制造半导体封装件的方法中，所述焊膏的熔点低于所述第一温度，并且所述第一温度低于所述焊料凸块的熔点。
[0019]在上述制造半导体封装件的方法中，所述第一温度低于170摄氏度。
[0020]在上述制造半导体封装件的方法中，在所述焊料凸块与所述外部器件之间形成所述第二电连接件包括:将所述焊膏层和所述焊料凸块加热至第二温度。
[0021]在上述制造半导体封装件的方法中，所述焊膏的熔点低于所述焊料凸块的熔点，并且所述焊料凸块的熔点低于所述第二温度。
[0022]在上述制造半导体封装件的方法中，所述第二温度比所述第一温度至少高50摄氏度。
[0023]在上述制造半导体封装件的方法中，在所述接触焊盘上形成所述焊膏层包括形成具有厚度T的焊膏，并且将所述焊料凸块设置在所述焊膏层上包括设置具有宽度W的焊料凸块，其中，所述宽度W为所述焊料凸块在水平方向上的最宽尺寸，以及其中，w/τ比率为约2至约5。
【附图说明】
[0024]当结合附图进行阅读时，根据下面详细的描述可以最佳理解本发明的各方面。应该强调的是，根据工业中的标准实践，各种部件未按比例绘制。实际上，为了清楚的讨论，各种部件的尺寸可以被任意增大或减小。
[0025]图1是根据本发明的一些实施例的半导体封装件的一部分的截面图；
[0026]图2是根据本发明的一些实施例的半导体封装件的一部分的截面图；
[0027]图3是根据本发明的一些实施例的半导体封装件的一部分的截面图；
[0028]图4是根据本发明的一些实施例的半导体封装件的一部分的截面图，其示出了半导体封装件中的元素的浓度曲线；
[0029]图5是根据本发明的一些实施例的半导体封装件的球栅阵列(BGA)的透视图；
[0030]图6是根据本发明的一些实施例的半导体封装件的一部分的截面图；以及
[0031]图7A至图7E是根据本发明的一些实施例示出制造半导体封装件的操作的截面图。
【具体实施方式】
[0032]说明性实施例的该描述旨在结合附图进行阅读，附图被认为是整个书面描述的一部分。在本文公开的实施例的描述中，对方向或定向的任何参考仅旨在方便描述并且不旨在以任何方式限制本发明的范围。诸如“下部”、“上部”、“水平”、“垂直”、“在…之上”、“在…之下”、“向上”、“向下”、“顶部”、“底部”及其派生词(例如，“水平地”、“向下地”、“向上地”等)的相对术语应当被解释为指的是在所讨论的附图中描述或示出的定向。这些相对术语仅仅是为了方便描述并且不要求装置以特定定向构造或操作。除非另有明确描述，诸如“附接”、“粘贴”、“连接”或“互连”的术语指的是结构彼此直接或通过中间结构间接地固定或附接的关系以及活动或刚性附接或关系。此外，参考优选实施例示出了本发明的特征和优势。因此，明确地，本发明应不限于这些示出特征的一些可能的非限制组合的优选实施例，这些特征可能单独存在或以其他特征组合形式存在；本发明的范围由所附权利要求限定。
[0033]在附图中，相同参考标号在各个视图中用于标示相同或相似的元件，并且示出并描述了本发明的说明性实施例。附图不必按比例绘制，并且在一些实例中，仅出于说明的目的而对附图的一些地方进行了放大和/或简化。本领域普通技术人员将理解，本发明的很多可能应用和变型基于下面的本发明的说明性实施例。
[0034]为确保封装件组装区域，一些小的WLP器件被集成在具有更多I/O焊盘的一个大尺寸WLCSP上。在较大尺寸的WLCSP中，由于硅管芯与PCB之间的热膨胀系数(CTE)的差异，会在最外侧焊点上产生较多的热应力。此外，WLCSP器件的焊料凸块间距也趋于减小，并且由于焊点区域较小而热可靠性受到极大关注。考虑到上述所有因素，期望焊料凸块直径较大以实现更佳的可靠性。然而，在细小间距WLSCP中利用较大焊料凸块会在邻近的焊料凸块之间引起桥接问题。桥接问题通过产生电短接而恶化球