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TW201428901A - 半導體封裝件及其製法 - Google Patents

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TW201428901A
TW201428901A TW102100385A TW102100385A TW201428901A TW 201428901 A TW201428901 A TW 201428901A TW 102100385 A TW102100385 A TW 102100385A TW 102100385 A TW102100385 A TW 102100385A TW 201428901 A TW201428901 A TW 201428901A
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Taiwan
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electrical connection
semiconductor package
aluminum
pad
carrier
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TW102100385A
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Inventor
洪隆棠
林偉勝
葉孟宏
Original Assignee
矽品精密工業股份有限公司
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  • Power Engineering (AREA)
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  • Internal Circuitry In Semiconductor Integrated Circuit Devices (AREA)

Abstract

一種半導體封裝件，係包括具有電性連接墊之承載件、設於該承載件上並具有電極墊之半導體元件、電性連接該電極墊與電性連接墊之導電元件、形成於該導電元件與該電極墊或電性連接墊之間的氟離子、以及形成於該承載件與導電元件上之封裝膠體，且形成該電極墊或該電性連接墊之材質係為鋁材，以藉由該氟離子於封裝後形成氟化鋁，而提高半導體封裝件之抗腐蝕性。

Description

半導體封裝件及其製法
本發明係有關一種半導體封裝件及其製法，尤指一種能提升可靠度之半導體封裝件及其製法。
隨著電子產業的蓬勃發展，電子產品也逐漸邁向多功能、高性能的趨勢。如第1A圖所示，係揭示一種習知打線式半導體封裝件1，其將具有複數電極墊110之半導體晶片11設於一如導線架或封裝基板之承載件10上，再以導線12電性連接該半導體晶片11與該承載件10之電性連接墊100(或導線架之導腳)，之後以如環氧樹脂之封裝膠體13包覆該半導體晶片11與導線12，俾藉由該封裝膠體13保護該半導體晶片11及承載件10，而避免該半導體晶片11及承載件10受外界之水氣或污染物侵害。
於習知半導體封裝件1中，該封裝膠體13係含有氯(Cl)離子130(如第1B圖所示)，且該導線12係為銅(Cu)線。
再者，相較於金(Au)線，以銅線作為該導線12不僅能降低成本，且具有較佳的導電性及導熱性，而使銅線 之線徑較細及散熱效率較佳。
又習知半導體封裝件1於封裝後，如第1B(a)圖所示，於鋁(Al)材(即該電性連接墊100與電極墊110之材質)14a與銅材(即該導線12之材質)14b之間將反應產生鋁/銅(Al-Cu)合金化合物15，即習知介面合金共化物(Intermetallic Compound,IMC)，如下列化學式(1)所示，且該鋁/銅合金化合物15將依成份含量分為第一合金部15a與第二合金部15b，即該第一合金部15a之鋁含量較多(因靠近鋁材14a)，而該第二合金部15b之銅含量較多(因靠近銅材14b)。
9Cu+4Al → Cu9Al4………(1)
之後，如第1B(b)圖所示，該封裝膠體13中之氯離子130會腐蝕該鋁/銅合金化合物15，致使該第二合金部15b與該氯離子130產生氯化鋁(AlCl3)層16與銅離子140，如下列化學式(2)所示，又於水氣環境下(如高壓蒸煮)會產生氫氧根自由基，如下列化學式(3)所示，故該氫氧根自由基與該氯化鋁層16發生化學反應而產生氧化鋁(Al2O3)層17及酸性物質，如第1B(c)圖及下列化學式(4)所示。
Cu9Al4+12Cl- → 4AlCl3+9Cu+12e-………(2)
H2O+½O2+2e- → 2OH-………(3)
AlCl3+3OH- → Al2O3+3HCl+3e-………(4)
惟，氧化鋁(Al2O3)係為一種絕緣物質，其抗腐蝕性不佳，亦即該氧化鋁層17容易腐蝕化，致使該氧化鋁層17之腐蝕化速度增加，因而造成銅線(即該銅材14b或導線 12)剝離，導致該半導體封裝件1發生電性斷線，以致於產品之可靠度不佳。
因此，如何克服上述習知技術的問題，實已成目前亟欲解決的課題。
鑑於上述習知技術之種種缺失，本發明係提供一種半導體封裝件，係包括：承載件，係具有複數電性連接墊；半導體元件，係設於該承載件上，該半導體元件具有複數電極墊，且形成該電極墊或該電性連接墊之材質係為鋁材；複數導電元件，係電性連接該電極墊與該電性連接墊；氟離子，係形成於該導電元件與該電極墊之間、或該導電元件與該電性連接墊之間；以及封裝膠體，係形成於該承載件與該些導電元件上。
前述之半導體封裝件中，該導電元件係為銅線或銅凸塊。
本發明復提供一種半導體封裝件之製法，係包括：提供一具有複數電性連接墊之承載件；設置至少一具有複數電極墊之半導體元件於該承載件上，且形成該電極墊或該電性連接墊之材質係為鋁材；形成氟離子於該些電極墊上或該些電性連接墊上；以複數導電元件電性連接該電極墊與該電性連接墊；以及形成封裝膠體於該承載件與該些導電元件上。
前述之製法中，該導電元件係為銅線。
本發明又提供一種半導體封裝件之製法，係包括：提 供一具有複數電性連接墊之承載件、及至少一具有複數電極墊之半導體元件，且形成該電極墊或該電性連接墊之材質係為鋁材，又該些電極墊上或該些電性連接墊上具有氟離子；以複數導電元件設置該半導體元件於該承載件上，且該些導電元件電性連接該電極墊與該電性連接墊；以及形成封裝膠體於該承載件與該些導電元件上。
前述之製法中，該導電元件係為銅凸塊。
前述之兩種製法中，復包括以有機氟溶液清洗該電極墊或該電性連接墊，再殘留微量氟離子，以形成該氟離子。
前述之半導體封裝件及其製法中，該導電元件與該電極墊及該電性連接墊之間係產生介面合金共化物。
前述之半導體封裝件及其製法中，該氟離子係以氟化鋁的形式存在，例如，形成氟化鋁於該導電元件與該電極墊之間、或該導電元件與該電性連接墊之間。
另外，前述之半導體封裝件及其製法中，該封裝膠體中含有氯離子，故復包括形成氯化鋁於該些電極墊與該些電性連接墊上。
由上可知，本發明之半導體封裝件及其製法，係藉由添加氟離子以形成氟化鋁，而能減少習知氯化鋁之含量，進而降低氧化鋁之形成量，故相較於習知技術之腐蝕化速率，本發明之腐蝕化速率大幅減緩，且能提高抗腐蝕性之功效，藉以避免導電元件(即銅線或銅凸塊)剝離所產生之電性斷路之問題。因此，本發明不僅能提升半導體封裝件之可靠度，且能延長高壓蒸煮信賴性(pressure cooker test) 之壽命。
1,2,3‧‧‧半導體封裝件
10,20‧‧‧承載件
100,200‧‧‧電性連接墊
11‧‧‧半導體晶片
110,210‧‧‧電極墊
12‧‧‧導線
13,23‧‧‧封裝膠體
130,230‧‧‧氯離子
14a,24a‧‧‧鋁材
14b,24b‧‧‧銅材
140,240‧‧‧銅離子
15‧‧‧鋁/銅合金化合物
15a,25a‧‧‧第一合金部
15b,25b‧‧‧第二合金部
16‧‧‧氯化鋁層
17‧‧‧氧化鋁層
21‧‧‧半導體元件
22,32‧‧‧導電元件
25‧‧‧介面合金共化物
26‧‧‧化合物層
28‧‧‧氟離子
第1A圖係為習知半導體封裝件之剖視示意圖； 第1B圖係為習知半導體封裝件之反應流程示意圖； 第2A至2C圖係為本發明之半導體封裝件之製法之第一實施例的剖視示意圖； 第2D圖係為本發明之半導體封裝件之反應流程示意圖；以及 第3A至3B圖係為本發明之半導體封裝件之製法之第二實施例之製法的剖視示意圖。
以下藉由特定的具體實施例說明本發明之實施方式，熟悉此技藝之人士可由本說明書所揭示之內容輕易地瞭解本發明之其他優點及功效。
須知，本說明書所附圖式所繪示之結構、比例、大小等，均僅用以配合說明書所揭示之內容，以供熟悉此技藝之人士之瞭解與閱讀，並非用以限定本發明可實施之限定條件，故不具技術上之實質意義，任何結構之修飾、比例關係之改變或大小之調整，在不影響本發明所能產生之功效及所能達成之目的下，均應仍落在本發明所揭示之技術內容得能涵蓋之範圍內。同時，本說明書中所引用之如“上”及“一”等之用語，亦僅為便於敘述之明瞭，而非用以限定本發明可實施之範圍，其相對關係之改變或調整，在無實質變更技術內容下，當亦視為本發明可實施之範疇。
第2A至2C圖係為本發明之半導體封裝件2之製法之第一實施例的剖面示意圖。
如第2A圖所示，設置至少一具有複數電極墊210之半導體元件21於一具有複數電性連接墊200之承載件20上，再形成氟(F)離子28於該些電極墊210與該些電性連接墊200上。
於本實施例中，該承載件20係為封裝基板，且形成該電極墊210及該電性連接墊200之材質係為鋁(Al)材，而於另一實施例中，該電極墊210之材質係為其它金屬材，僅該電性連接墊200之材質為鋁(Al)材；亦可依需求，僅該電極墊210之材質為鋁(Al)材，該電性連接墊200之材質係為其它金屬材。
再者，於其它實施例中，該承載件20亦可為導線架，且導線架之導腳係定義為該電性連接墊200。
又，藉由使用稀釋之有機氟溶液清洗該電極墊210與該電性連接墊200，再殘留微量氟離子28，以形成所述之氟離子28。
如第2B圖所示，進行打線製程，令該電極墊210藉由複數導電元件22電性連接至該電性連接墊200。
於本實施例中，該導電元件22係為銅(Cu)線，故該導電元件22與該電極墊210及該電性連接墊200之間將產生介面合金共化物(IMC)25(如第2D圖所示)。
如第2C及2D圖所示，形成含有氯(Cl)離子230之封裝膠體23於該承載件20上，以包覆該半導體元件21與該些導 電元件22。
當封裝後，如第2D圖所示，於鋁材(即該電性連接墊200與電極墊210之材質)24a與銅材(即該導電元件22之材質)24b之間將反應產生介面合金共化物25，即鋁/銅(Al-Cu)合金化合物，如下列化學式(5)所示，且該介面合金共化物25將依成份含量分為第一合金部25a與第二合金部25b，如第2D(a)圖所示，該第一合金部25a之鋁含量較多(因靠近鋁材24a)，而該第二合金部25b之銅含量較多(因靠近銅材24b)。
9Cu+4Al → Cu9Al4………(5)
之後，該第二合金部25b與該封裝膠體23中之氯離子230及該氟離子28將產生銅離子240與一含有氯化鋁(AlCl3)及氟化鋁(AlF3)之化合物層26，如下列化學式(6)所示。
Cu9Al4+12(Cl-+F-) → 4(AlCl3+AlF3)+9Cu+12e-………(6)
再者，於水氣環境下(如高壓蒸煮)會產生氫氧根自由基，故該氫氧根自由基與該氯化鋁發生化學反應而產生氧化鋁(Al2O3)。另一方面，因氟化鋁之活性較氯化鋁之活性穩定，且氟化鋁不易溶於水，故氟化鋁不會氧化成氧化鋁。
因此，藉由形成氟化鋁能減少習知腐蝕反應的中間物之量，亦即減少該氯化鋁之含量，因而能大幅降低氧化鋁之形成量，較佳地，氯化鋁之含量少於氟化鋁之含量，故相較於習知氯化鋁層，氟化鋁能減緩水氣對氯離子腐蝕， 使該化合物層26之腐蝕化速率大幅減緩，且能提高抗腐蝕性之功效，因而能避免導電元件22剝離所產生之電性斷線之問題，不僅能提升本發明之半導體封裝件2之可靠度，且能延長銅線高壓蒸煮信賴性(pressure cooker test)之壽命。
第3A至3B圖係為本發明之半導體封裝件3之之製法第二實施例的剖面示意圖。本實施例與第一實施例之差異主要在於導電元件32之結構及封裝方式。
如第3A圖所示，該導電元件32係為銅凸塊並形成於該些電極墊210上，且該些電極墊210與該些電性連接墊200上具有氟離子28。
於其它實施例中，該導電元件32亦可形成於該電性連接墊200上；或者，該導電元件32形成於該電性連接墊200及該電極墊210上。
如第3B圖所示，以覆晶方式，藉由該些導電元件32設置該半導體元件21於該承載件20上，且該些導電元件32電性連接該電極墊210與該電性連接墊200。
接著，形成封裝膠體23於該承載件20上，以包覆該半導體元件21與該些導電元件32。
當封裝後，如第2D圖所示，於鋁材24a與銅材24b之間將反應產生介面合金共化物25，且該介面合金共化物25將依成份含量分為第一合金部25a與第二合金部25b，該第一合金部25a之鋁含量較多，而該第二合金部25b之銅含量較多。之後，該第二合金部25b與該封裝膠體23 中之氯離子230及該氟離子28將產生銅離子240與一含有氯化鋁及氟化鋁之化合物層26。
因氟化鋁之活性較氯化鋁之活性穩定，且氟化鋁不易溶於水，故氟化鋁不會氧化成氧化鋁。因此，藉由形成氟化鋁能減少減少該氯化鋁之含量，因而能大幅降低氧化鋁之形成量，故該化合物層26之腐蝕化速率大幅減緩，且能提高抗腐蝕性之功效，因而能避免電性斷路之問題，不僅能提升產品可靠度，且能延長銅凸塊高壓蒸煮信賴性之壽命。
另外，有關覆晶封裝之方式繁多，不以上述為限，特此述明。
本發明提供一種半導體封裝件2,3，係包括：一具有複數電性連接墊200之承載件20、設於該承載件20上之至少一半導體元件21、連結該電性連接墊200至該半導體元件21之複數導電元件22,32、形成於該導電元件22,32與該電性連接墊200之間的氟離子28、以及形成於該承載件20與該導電元件22,32上之封裝膠體23。
所述之承載件20中，其形成該電性連接墊200之材質係為鋁材。
所述之半導體元件21係具有複數電極墊210，且形成該電極墊210之材質係為鋁材。
所述之導電元件22,32係電性連接該電極墊210與該電性連接墊200。於一實施例中，該導電元件22係為銅線；於另一實施例中，該導電元件32係為銅凸塊。於一實施例 中，該導電元件22,32與該電極墊210及該電性連接墊200之間係產生介面合金共化物25，例如，鋁/銅合金化合物。
所述之氟離子28復形成於該導電元件22,32與該電極墊210之間，亦可以氟化鋁(AlF3)之形式存在。
所述之封裝膠體23係包覆該半導體元件21。於一實施例中，該封裝膠體23中含有氯離子230，致使氯化鋁(AlCl3)形成於該些電極墊210與該些電性連接墊200上，但其含量少於氟化鋁之含量。
綜上所述，本發明之半導體封裝件及其製法，主要藉由添加氟離子以形成氟化鋁，且氟化鋁不會氧化成氧化鋁，因而能減少該氯化鋁之含量，以有效降低氧化鋁之形成量，故於含有水氣的環境下能大幅減緩氯離子腐蝕介面合金共化物之速率，因而能提高抗腐蝕性之功效，以防止半導體封裝件發生電性連接斷路。
上述實施例係用以例示性說明本發明之原理及其功效，而非用於限制本發明。任何熟習此項技藝之人士均可在不違背本發明之精神及範疇下，對上述實施例進行修改。因此本發明之權利保護範圍，應如後述之申請專利範圍所列。
2‧‧‧半導體封裝件
20‧‧‧承載件
200‧‧‧電性連接墊
21‧‧‧半導體元件
210‧‧‧電極墊
22‧‧‧導電元件
23‧‧‧封裝膠體
28‧‧‧氟離子

Claims (15)

  1. 一種半導體封裝件，係包括：承載件，係具有複數電性連接墊；半導體元件，係設於該承載件上，該半導體元件具有複數電極墊，且形成該電極墊或該電性連接墊之材質係為鋁材；複數導電元件，係電性連接該電極墊與該電性連接墊；氟離子，係形成於該導電元件與該電極墊之間、或該導電元件與該電性連接墊之間；以及封裝膠體，係形成於該承載件與該些導電元件上。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之半導體封裝件，其中，該導電元件係為銅線或銅凸塊。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之半導體封裝件，其中，該導電元件與該電極墊及該電性連接墊之間係產生介面合金共化物。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之半導體封裝件，其中，該封裝膠體中含有氯離子。
  5. 如申請專利範圍第4項所述之半導體封裝件，復包括氯化鋁，係形成於該些電極墊與該些電性連接墊上。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之半導體封裝件，其中，該氟離子係以氟化鋁的形式存在。
  7. 一種半導體封裝件之製法，係包括：提供一具有複數電性連接墊之承載件； 設置至少一具有複數電極墊之半導體元件於該承載件上，且形成該電極墊或該電性連接墊之材質係為鋁材；形成氟離子於該些電極墊上或該些電性連接墊上；以複數導電元件電性連接該電極墊與該電性連接墊；以及形成封裝膠體於該承載件與該些導電元件上。
  8. 如申請專利範圍第7項所述之半導體封裝件之製法，其中，該導電元件係為銅線。
  9. 一種半導體封裝件之製法，係包括：提供一具有複數電性連接墊之承載件、及至少一具有複數電極墊之半導體元件，且形成該電極墊或該電性連接墊之材質係為鋁材，又該些電極墊上或該些電性連接墊上具有氟離子；以複數導電元件設置該半導體元件於該承載件上，且該些導電元件電性連接該電極墊與該電性連接墊；以及形成封裝膠體於該承載件與該些導電元件上。
  10. 如申請專利範圍第9項所述之半導體封裝件之製法，其中，該導電元件係為銅凸塊。
  11. 如申請專利範圍第7或9項所述之半導體封裝件之製法，其中，該導電元件與該電極墊及該電性連接墊之間係產生介面合金共化物。
  12. 如申請專利範圍第7或9項所述之半導體封裝件之製法，復包括以有機氟溶液清洗該電極墊或該電性連接墊，再殘留微量氟離子，以形成該氟離子。
  13. 如申請專利範圍第7或9項所述之半導體封裝件之製法，復包括形成氟化鋁於該導電元件與該電極墊之間、或該導電元件與該電性連接墊之間。
  14. 如申請專利範圍第7或9項所述之半導體封裝件之製法，其中，該封裝膠體中含有氯離子。
  15. 如申請專利範圍第14項所述之半導體封裝件之製法，復包括形成氯化鋁於該些電極墊或該些電性連接墊上。
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