TWI267971B - Packing structure and method forming the same - Google Patents

Description

1267971 九、發明說明·· 【發明所屬之技術領域】 本發明係有關於一種封裝結構與其形成方法，特別是有 關於一種封裝結構與其形成方法，其可以改善凸塊與晶片驳離 的問題。 【先前技術】 隨著積體電路（ic)晶片設計的日趨複雜，體積的日益縮小以及對 1C晶片高I/O的要求，傳統的打線封裝技術因為需避免金屬導線過密 而造成短路問題而無法符合上述要求。因此，覆晶封裝技術被發展來 解決此-問題，此-技術利用在Ic晶片的主動面上製作數個與IC晶 5内電路連接的金屬導體取代打線封裝技術之金屬導線，並且將此IC 曰曰片已主動喃下的方法时屬導贿基板連結之技術 ，因此，其不 會有如傳統打線封裝技術受限於金屬導線需要一定的空間·制了打 線數目的^題’梗具有冑I/Q S、低電子遲滯性、較小基板以及較低 ，裝，本等優點。覆晶封裝技術中所使用之金屬賴可以為金屬凸 塊、高鉛凸塊、高分子凸塊等材料。 」而在覆阳封裝製程巾所S之基板在製做的時候，往往因為4 ^ 題使板上的㈣植著㈣有些許的4 2第^圖所示，為一封裝基板10其以中央位置的鲜塾12， 14 銲塾12為中心分別向外有些許的偏移，i 曰曰拉10中央位置越遠之周圍位置的銲墊16偏移越多。 20 置 =’22H10在覆晶接合時，將造成僅有IC晶 12 的金屬凸塊27可與基板10中央位置_ 屬凸塊28 ' 目广b然而’ IC晶片2〇周圍位置之接墊上24、26的' 屬凸塊28、29 _鱗着並未完全解财式接合ι—些許你 1267971 财式齡，料祕有+紐置之金屬凸塊27的兩側 触，_位置之金屬凸塊28、29 _則是以 ΠΞΪΓ觸18甚域有向相-織財賴18。並 以、止二ηΓΐ 1G中央位置越遠之周圍位置的銲塾16偏移越多，所 4之金屬凸塊29的外侧與銲錫連結的面積相對的更大於 内侧。 w Z肖圍位置之金屬凸塊28、29兩側與銲錫18的不平均連結 2 慎銲錫連結的面積不相等，而造成銲錫18對周圍位

盘么Μ8、29的兩側拉力不平衡。因此，使得雖然接墊22、24、

Limiting metallurgy; 、、Ό ’旦疋，然會因銲錫18對周圍位置之金屬凸塊28、29 η力不平衡，導致向外—側的拉力過強使得金屬凸塊28、29剝 離銲墊14、16。 ㈣/之麟將造成1G晶片2G與基板1G無法完全接合，使得部份 u α Γ#20與基板10電路無法形成，導致封裝失敗、&率降低以 口口知失。因此’亟需一種封裝結構與其形成方法來解決此一因基 板上周圍位置之銲墊向外偏料致顯位置之金屬凸塊在 時 剝籬齡气顥〇 【發明内容】 鑑於上述的問題，本發明之一目的為提供一種晶粒結 構，以此晶粒結構與封裝基板做覆晶封裝時，可以解決因基板 上周圍位置之銲墊向外偏移所導致的周圍位置之金屬凸塊剝 離問題’從而提升封裝製程之良率，減少產品的損失。 田本發明之另一目的為提供一封裝結構，可以有效的解決 銲錫为別與晶片上周圍位置的金屬凸塊兩側連結的面積相 6 1267971 等’而成-拉力平衡以金屬凸塊剝離問題， 之完全接合與電路完全連、m增加封„ 與基板 本發明之另一目的為提供一種封裝方法， 曰 =程不受到基板上周圍位置之銲墊向外偏移的影響， ^效的接合晶片與基板’並且使得晶片與基板可以完成電路連 、、、口，不會有周圍位置的金屬凸塊剝離問題。

根據上述目的，本發明提供—封裝結構與其形成方法， 其封裝結構包含-具有—主動面與―背面的晶粒 ，此一晶粒之 面上的中央區域與周圍區域上分別設置有數個中央接墊 與數個周圍接塾分別。在中央接墊與周圍接墊上設置有一金屬 f，並且在中央接墊之金屬層與周圍接墊之該金屬層上上分別 設2有第一凸塊與第二凸塊。每一第二凸塊皆以中心線為分為 第部份與一第二部份，第一部份及該第二部份係具有不同之 外形。一具有複數個銲墊基板，並且晶片之第一凸塊及第二凸 塊係對應連接至該些銲墊。此一封裝結構之形成方法係利用增 加使，兩道光罩分兩階段形成第一凸塊與第二凸塊，並且使形 成之第一凸塊具有不同形狀或大·小之第一部份與第二部份。利 用這不同形狀或大小的第一部份與第二部份，使得第二凸塊兩 側與銲錫連結的面積相等，用以平衡第二凸塊兩側的拉力，防 止第_凸塊因拉力不平衡而剝離。 【實施方式】 、本發明的一些實施例詳細描述如下。然而，除了該詳細描 述外’本發明還可以廣泛地在其他的實施例施行。亦即，本發 明的範圍不受已提出之實施例的限制，而以本發明提出之申請 專利範圍為準。其次，當本發明之實施例圖示中的各元件或結 構以單一元件或結構描述說明時，不應以此作為有限定的認 7 1267971 知，即如下之說明未特別強調數目上的限制時本發明之精神與 應用範圍可推及多數個元件或結構並存的結構與方法上。再 ’ 者，在本說明書中，各元件之不同部分並沒有完全依照尺寸繪 、 圖，某些尺度與其他相關尺度相比或有被誇張或是簡化，以提 供更清楚的描述以增進對本發明的理解。而本發明所沿用的現 有技藝，在此僅做重點式的引用，以助本發明的闡述。 參照第二圖為本發明之一較佳實施例之晶粒結構1 〇 〇。此 一晶粒100具有一主動面102與一與主動面102對應之背面 104，並且有至少一中央接墊1〇6設置於主動面1〇2之中央區 ί 域，以及數個周圍接墊107、108設置於主動面102環繞中央 接墊106之周圍區域上。在中央接墊1〇6與周圍接墊107、108 上設置有一金屬層110。在中央接墊106與周圍接墊107、108 之金屬層110上分別設置有第一凸塊112,與第二凸塊114、 116。第二凸塊114、116由第一部份114a、116a與第二部份 114b、116b所組成，並且第一部份H4a、116a與第二部份 114b、116b具有不同的形狀或大小。 在本實施例中，第二凸塊114、116係為一階梯狀之凸塊， _ 亦即第二凸塊114、116之第一部份114a、U6a具有一凹處， 並且此一凹處塊皆面向第一凸塊112。第二凸塊114、116上之 凹處隨著距離第一凸塊112越遠越大，亦即離第一凸塊112越 遠之第二凸塊116之第一部份U6a需要加大其與銲錫連結之 面積才可以使第二凸塊Π 6兩側與銲錫連結之面積相同，從而 使拉力達到平衡。此乃因為如同上述習知技術所述，越接近封 裝基板外侧的銲墊偏離越多，因此在與晶粒接合時會金屬凸塊 的外側會有較大的面積與銲錫連結。此外，於本實施例中，第 凸塊112與第一凸塊114、116係為銅金屬凸塊或是高船金 屬凸塊。 1267971 參照第三圖，為本發明之一較佳實施例之封裝結構300， 此一封裝結構係由_晶粒1〇〇與一基板2〇〇接合而成。晶粒 \ 100與第二圖所示之晶粒具有相同結構，具有一主動面102與 一背面104，且有數個中央接墊106設置於主動面102之中央 區域，以及數個周圍接墊1〇7、1〇8設置於中央接墊1〇6之周 圍區域上。此外，還有一金屬層u〇設置在中央接墊1〇6與周 圍接塾107、108上，並且，在中央接墊1〇6與周圍接墊i〇7、 108之金屬層110上分別設置有第一凸塊n2與第二凸塊114、 116。同樣的，第二凸塊114、116係由不同形狀或大小之第一 馨部份114a、116a與第二部份114b、116b所組成。此外，於本 實施例中，第二凸塊114、116之第一部份114a.、il6a具有一 凹處，使得第二凸塊114、11ό為一階梯狀之凸塊。此一凹處 塊皆面向第一凸塊112，並且凹處隨著距離第一凸塊112越遠 越大’亦即隨著與晶片1〇〇的中心線距離增加凹處大小也隨之 加大。 基板200與晶粒1〇〇對應之表面上設置有複數個銲墊 202、204、206，其如同上述習知技術之基板因為在製作過程 φ 中基板不可避免會有些許的膨脹問題，而造成在基板2〇〇較周 圍位置的銲墊204、206對於中央位置的銲墊2〇2向外偏移， 使得晶片100與基板200在覆晶接合時，周圍接墊1〇7、1〇8 之金屬層110上的第二凸塊114、Π6與周圍位置的銲墊204、 • 206無法完全對準而有所偏移。第一凸塊112、第二凸塊114、 116分別以一銲錫208連接基板2〇〇上的銲墊2〇2、204、206 p 因為第一凸塊114、丨16的第一部份u4a、η6a具有一凹處， 增加了銲錫208與第一部份114a、U6a的連結面積增加，而 與第二部份114b、116b與銲錫208的連結面積相當，故解決 了因銲墊204、206向外偏移導致周圍接墊上的凸塊兩侧與銲 9 1267971 錫結合面積不相等的問題，以及其延伸出因與銲錫結合面積不 相等導致周圍接墊上的凸塊剝離的問題。 此外，在本實施例中，可以在晶片100與基板200之間 填滿一填膠(underfill)(圖中未示）用以保護其間之電路連結。在 本實施例中所述之第一凸塊112與第一凸塊114、116係為銅 金屬凸塊或是高鉛金屬凸塊。 參照第四A圖至第四I圖係為本發明之一實施例的封裝 方法的流程圖。參照第四A圖，首先，提供一晶粒400，此一 晶粒不但具有一主動面402與一相對於主動面402之背面 404，並且在主動面402的中央區域與周圍區域上，分別設置 有數個中央接墊406與周圍接墊407、408。接著，參照第四B 圖，形成一金屬層 410 (Ball Limiting metallurgy; BLM)於每一個中 央接墊406與每一個周圍接墊407、408上，此一金屬層410 係用來做為增加晶粒400上接墊406、407、408與金屬凸塊間 之介面，進而增加金屬凸塊與接墊406、407、408之連結，並 且限制金屬凸塊之範圍。 參照第四C圖，在晶粒400的主動面402上，覆蓋一第 一罩幕413，此第一罩幕413係為一光阻或一金屬遮罩，其雖 然覆蓋了晶粒400的主動面402,但是完全暴露出中央接墊406 與周圍接墊407、408，亦即第一罩幕413在中央接墊406與 周圍接墊407、408上為鏤空。接著，參照第四D圖，在每一 中央接墊與每一周圍接墊上形成一底層凸塊412，此一底層凸 塊 412 係以蒸渡（Evaporation)、電鍍（Electro Plating)或 是印刷（Stenci 1 printing)等方式形成之一銅金屬凸塊或高 鉛金屬凸塊。 1267971 參照第四E圖，移除第一罩幕413後，在底層凸塊412 上覆蓋一第二罩幕414。此一第二罩幕414如同上述之第一罩 幕413為一光阻或一金屬遮罩，並且完全暴露出中央接墊 上的底層凸塊412，以及部份暴露出周圍接墊407、408上之 底層凸塊412。此外，較靠近中央接墊406的周圍接墊407被 第二罩幕414覆蓋的區域較小，而較遠離中央接墊406的周圍 接墊408被第二罩幕414覆蓋的區域較大其，即越靠近中央接 墊406的周圍接墊407底層凸塊412所暴露出的之區域越大。 參照第四F圖，在每一底層凸塊412上未被第二罩幕414 的區域内，形成一上層凸塊412a、412b、412c。此一上層凸 塊412a、412b、412c係以蒸渡、電鍍或是印刷等方式形成之 一銅金屬凸塊或高鉛金屬凸塊，並且上層凸塊之大小隨著與該 晶粒中央之距離增加而變小。換言之，如同第四F圖所示，以 中央接墊406上之上層凸塊412a為最大，而周圍接墊407、 408上的上層凸塊412b、412c隨著於晶粒400中心或中央接 墊406的距離增加而變小。中央接墊406與周圍接墊407、408 *‘ * 上的底層凸塊412與上層凸塊412a、412b、412c結合而分別 形成如同前述中央接墊406上之第一凸塊415,以及周圍接墊 407、408 上之第二凸塊 416、417。 參照第四G圖，將第二罩幕414移除後，以一基板200 與晶粒400做覆晶接合前之對位。此一基板2〇〇與晶粒400做 覆晶接合之表面上設置有數個銲墊202、204、206，然而，其 如同上述習知技術之基板因為在製作過程中基板不可避免會 有些許的膨脹問題，而造成在基板2〇〇較周圍位置的銲墊 204、206對於中央位置的銲墊202向外偏移。因此，導致周 圍接墊407、408之金屬層410上的第二凸塊416、417與周圍 位置的銲墊204、206無法完全對準而有所些許的偏移，而僅 1267971 有中央接墊406之金屬層410上的第一凸塊416可與中央位置 的銲墊202對準。 參照第四Η圖’形成一預銲料層2〇8於該基板2〇〇之每 一銲墊202、204、206上，此一以及預銲料層2〇8即銲錫係以 塗佈、沾附或印刷等方式形成於銲墊2〇2、2〇4、2〇6上。參照 第四I圖，接合晶粒400與基板2〇〇,分別利用銲錫2〇8將第 一凸塊415與中央銲墊202，以及第二凸塊416、417與周圍 銲墊204、206做一電性連結。晶粒4〇〇的周圍墊上之第二凸 塊416、417具有一凹處，如同前述的，平衡了銲錫2Q8與第 二凸塊416、417兩側的連結面積，而使得第二凸塊416、417 兩侧的拉力平衡，解決了因拉力不平衡所導致的凸塊剝離的問 題。此外，在本實施例中，可以在晶粒4〇〇與基板2〇〇之間填 滿一填膠(underfill)(圖中未示）用以保護其間之電路連結。 然而，在本發明之另一實施例的封裝方法中，其具有不同 的第一凸塊與第二凸塊的製作流程，其與上述實施力之不同僅 僅在於第一凸塊與第二凸塊的製作方式，將在下面配合第五A 圖至第五C圖做一詳細的描述。 參照第五A圖，以上述實施例中第四a圖至第四d圖之 流程，藉由第一罩幕413於每一接墊406、407、408上製作一 凸塊418後’移除第一罩幕413。接著，於晶粒400的主動面 402與凸塊418上覆蓋一第三罩幕419。此一第三罩幕419完 全覆蓋中央接墊406上的凸塊418，以及部份覆蓋周圍接墊 407、408上的凸塊418 ’並且愈接近中央接塾406之周圍接墊 407、408 ’其上之凸塊418被第二罩幕419覆蓋的區域愈大， 即凸塊418暴露出之區域愈小。 12 1267971 參照第五B圖，以蝕刻或是其他方法移除部份周圍接墊 407、408上之凸塊418暴露的部份，而形成具有一凹處且呈 階梯狀的第二凸塊416、417。在移凸塊418暴露出得部份時， 因為第三罩幕419完全覆蓋中央接墊406上的凸塊418使得第 一凸塊415為一完整的凸塊而不具凹處，以及因為第三罩幕 419覆蓋周圍接墊407、408上之凸塊418的區域大小，隨著 與中央接墊406的距離增加而減少，使得第二凸塊416、417 之凹處大小隨著與該晶粒中央或中央接塾406-之距離增加而 變大。 參照第五C圖，移除該第三罩幕419即可得一具有如同 前述具第一凸塊415與第二凸塊416、417的晶粒400，並且 依前述實施例所述之流程如第四G至第四I圖所示，即可以形 成本發明之封裝結構。 ， 上述實施例之圖示所展示之中央接墊與周圍接墊數目， 為了便於製圖以及使圖示簡潔而不致太複雜，因此僅繪出一個 予以代表但並不亦此為限，實際上可能有數個中央接墊與周圍 接塾。 本發明藉由在晶片的周圍接墊上製作具具有一凹處且呈 階梯狀的第二凸塊，此一凹處使得周圍接塾上的凸塊内側與銲 錫連結的面積增加，並與内側與銲錫連結的面積相等，故解決 了因基板上銲墊向外偏移導致周圍接墊上的凸塊内側與銲锡 結合面積減少而與外侧與銲錫結合面積不相等造成的拉力不 平衡的問題，以及因銲錫對凸塊兩側的拉力不平衡所延伸出導 致周圍接墊上的凸塊剝離的問題。 13 1267971 【圖式簡單說明】 第一 A圖為傳統之封裝基板之剖面圖。 第一 B圖為傳統之封裝結構的剖面圖。 第二圖為本發明之一實施例的晶片結構剖面圖。 第三圖為本發明之另一實施例的封裝結構剖面圖。 > 第四A圖至第四I圖為本發明之另一實施例的封裝方法流程 圖。 第五A圖至第五C圖為本發明之另一實施例的封裝方法流 程圖。 【主要元件符號說明】 10封裝基板 12、14、16 銲墊 18銲錫 9 20晶片 22、24、26 接墊 27、28、29金屬凸塊 30金屬層 100晶片 102主動面 104背面 1267971 106中央接墊 107、108周圍接墊 110金屬層 112第一凸塊 114、116第；凸塊 114a、116a 第一部份 114b、116b 第二部份 | 200基板 202、204、206 銲墊 208銲錫 300封裝結構 400晶粒 402主動面 404背面 0 406中央接墊 407、408周圍接墊 410金屬層 . 412底層凸塊 412a、412b、412c 上層凸塊 413第一罩幕 414第二罩幕 15 1267971 415第一凸塊 416、417第二凸塊 418凸塊 419第三罩幕

Claims (1)

1267971 銅金屬凸塊（Cu) 〇 6. 如申請專利範圍第1項所述之晶粒結構，其中該第一凸塊係為 高船錫船凸塊（high lead column bump)。 7. 如申請專利範圍第1項所述之晶粒結構，其中該第二凸塊係為 銅金屬凸塊（Cu) ^ 8. 如申請專利範圍第1項所述之晶粒結構，其中該第二凸塊係為 高船錫船凸塊（high lead column bump)。 1 1 t 9. 如申請專利範圍第1項所述之晶粒結構，其中該第二凸塊之該 凹處皆面向該第一凸塊。 • 10.如申請專利範圍第1項所述之晶粒結構，其中每一該第二凸 塊上之該凹處大小隨著該第二凸塊與該晶粒之中心間距離不同而 有所變化。 11.如申請專利範圍第10項所述之晶粒結構，其中該第二凸塊與 該晶粒之中心間距離愈大，則該第二凸塊上之該凹處也愈大。 18 1267971 12. 如申請專利範圍第1項所述之晶粒結構，其中該第一部份係 為該第二凸塊靠近該晶粒中心線之一部份，而該第二部份係為該 第二凸塊遠離該晶粒中心線之一部份。 13. —種封裝結構，包含： 一晶粒，具有一主動面與一相對於該主動面之背面，以及 複數個中央接墊與複數個周圍接墊分別設置於該主動面中央區域 • 與環繞該複數個中央接墊之周圍區域上； 一金屬層，設置於該複數個中央接墊與該周圍接墊上； 複數個第一凸塊，設置於該中央接墊之該金屬層上； 複數個第二凸塊，設置於該複數個周圍接墊之該金屬層上， 每一該第二凸塊皆具有一第一部份與一第二部份，其以中心線為 分界，該第一部份及該第二部份係具有不同之外形或大小； 一基板，具有複數個銲墊，其中該晶片之該些第一凸塊及 • 該些第二凸塊係對應連接至該些銲墊；以及 一銲錫連接該第一凸塊與該銲墊，以及該第二凸塊與該 鲜塾。 14.如申請專利範圍第13項所述之封裝結構，其中該第一凸塊係 為銅金屬凸塊（Cu)。 19 1267971 15. 如申請專利範圍第13項所述之封裝結構，其中該第一凸塊係 為高船錫船凸塊（high lead column bump)。 16. 如申請專利範圍第13項所述之封裝結構，其中該第二凸塊係 為銅金屬凸塊（Cu)。 17. 如申請專利範圍第13項所述之封裝結構，其中該第二凸塊係 _ 為高錯錫船凸塊（high lead column bump)。 18. 如申請專利範圍第13項所述之封裝結構，其中該第二凸塊係 具一階梯狀之外形。 19. 如申請專利範圍第13項所述之封裝結構，其中該第二凸塊之 該第一部份係具一凹處。 參 20. 如申請專利範圍第13項所述之封裝結構，其中該第二凸塊之 該凹處皆面向該第一凸塊。 „ 21.如申請專利範圍第13項所述之封裝結構，其中每一該第二凸 塊上之該凹處大小隨著該第二凸塊與該晶粒之中心間距離不同而 有所變化。~ 1267971 22.如申請專利範圍第21項所述之封裝結構，其中該第二凸塊與 該晶粒之中心間距離愈大，則該第二凸塊上之該凹處也愈大。 23·如申請專利範圍第13項所述之封裝結構，其中該第一部份係 為該第二凸塊靠近該晶粒中心線之一部份，而該第二部份係為該 第二凸塊遠離該晶粒中心線之一部份。 24·如申請專利範圍第a項所述之封裝結構，更包含一填膠 (Underfill dispensing)填滿該晶粒與該基板之間。 » * 25· —種封裝方法，包含： 提供一晶粒，該晶粒具有一主動面與一相對於該主動面之 背面’並且具有複數個中央接墊與周圍接墊分別設置於該主動面 之中央區域與周圍區域上； 形成一金屬層於該複數個中央接墊與該複數個周圍接墊上· 形成複數個第一凸塊於該中央接墊之該金屬層上，以及形 成具一凹處之第二凸塊於該周圍接墊之該金屬層上； 提供一基板，該基板具有複數個銲墊； 形成複數個預銲料層於該基板之該些銲墊上；以及 接合該第一凸塊與該銲墊，以及該第二凸塊與該銲墊。 21 1267971 26. 如申請專利範圍第25項所述之封裝方法，更包含填入一填膠 (Underfill dispensing)於該晶粒與該基板之間。 27. 如申請專利範圍第25項所述之封裝方法，其中該形成第一凸 塊與第二凸塊步驟，包含： 覆蓋一第一罩幕於該晶粒之該主動面上，並且暴露出該中 • 央接墊與該周圍接墊； 形成一底層凸塊於每一該中央接墊與每一該周圍接墊上； 移除該第一罩幕·， 覆蓋一第二罩幕於該底層凸塊上，並且完全暴露出該中央 接墊上之該底層凸塊，以友部份暴露出該周圍接墊上之該底層凸 塊； 形成一上層凸塊於每一該底層凸塊上；以及 @ 移除該第二罩幕。 28. 如申請專利範圍第27項所述之封裝方法，其中愈接近該中央 接墊之周圍接墊，其上之該底層凸塊被該第二罩幕所覆蓋之區域 愈小，即該底層凸塊暴露出之區域愈大。 29. 如申請專利範圍第27項所述之封裝方法，其中該上層凸塊之 22 11267971 大小隨著與該晶粒中央之距離增加而變小。 30. 如申請專利範圍第27項所述之封裝方法，該形成底層凸塊 與該形成上層凸塊之方法係為印刷法。 31. 如申請專利範圍第25項所述之封裝方法，其中該形成第一凸 塊與第而凸塊步驟，包含： • 覆蓋一第一罩幕於該晶粒之該主動面上，並且暴露出該中 央接墊與該周圍接墊; 形成一凸塊於每一該中央接墊與每一該周圍接墊上； .* , 移除該第一罩幕； 覆蓋一第三罩幕於該凸塊上，並且完全覆蓋該中央接墊上 之該凸塊，以及部份暴露出該周圍接墊上之該凸塊； 移除部份該周圍接墊上所暴露出之該凸塊，而形成一凹處; • 移除該第三罩幕。 32. 如申請專利範圍第31項所述之封裝方法，其中愈接近該中央 _ 接墊之周圍接墊，其上之該凸塊被該第三罩幕所覆蓋之區域愈 大，即該凸塊暴露出之區域愈小。 33. 如申請專利範圍第31項所述之封裝方法，其中該凸塊之凹處 23 "1267971 大小隨著與該晶粒中央之距離增加而變大。 該形成凸塊之方 34.如申請專利範圍第31項所述之封裝方法 法係為印刷法。

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