覆晶封裝結構與晶片的製作方法

2023-05-03 01:55:51

本發明是有關於一種半導體封裝結構，且特別是有關於一種覆晶封裝結構與晶片。

背景技術：

覆晶封裝(Flip Chip)技術為目前廣泛使用的半導體封裝技術。在覆晶封裝技術中，晶片與承載器之間會通過凸塊(bumps)電性連接，且凸塊通常通過焊料焊接於承載器上。然而，由於晶片與承載器的熱膨脹係數有所差異，故在凸塊的回焊(reflow)製程之後可能會使凸塊遭受一定程度的剪應力(shearing stress)。此外，在回焊的過程中，由於焊料會呈現熔融狀態，因此焊料的厚度在回焊過程中不易控制，容易導致設置於承載器上的晶片出現歪斜的情況。

承上述，如何改善回焊製程所導致的晶片歪斜、偏移等問題，實為研發人員目前亟待解決的問題之一。

技術實現要素：

本發明提供一種覆晶封裝結構與晶片，其中覆晶封裝結構可使晶片與承載器具有良好的相對位置。

本發明提供一種具有支撐柱的晶片。

本發明的覆晶封裝結構，其包括導線架以及晶片。導線架具有多個引腳以及多個位於該些引腳上的定位凹陷。晶片具有多個柱體。柱體配置於晶片與導線架之間。至少部分柱體對應於定位凹陷分布。且另一部分的該些柱體高度低於該些對應於該些定位凹陷的柱體高度。

在本發明的一實施例中，上述的各定位凹陷的深度介於5微米至20微米之間。

在本發明的一實施例中，上述的晶片包括多個焊墊與多個導電柱，焊墊 通過該些導電柱與該導線架連接。

在本發明的一實施例中，還包括多個第一焊料，配置於各導電柱與對應的引腳之間。

在本發明的一實施例中，上述的晶片包括多個焊墊、多個導電柱與多個支撐柱，焊墊通過導電柱與導線架連接，支撐柱對應於定位凹陷分布，且各支撐柱的高度大於各導電柱的高度。

在本發明的一實施例中，還包括多個第一焊料，配置於各該導電柱與對應的引腳之間。

在本發明的一實施例中，上述的支撐柱與導電柱的高度差介於10微米至30微米之間。

在本發明的一實施例中，上述的支撐柱對應於晶片的角落分布或邊緣分布。

在本發明的一實施例中，還包括多個第二焊料，配置於定位凹陷中，其中支撐柱通過第二焊料固定於定位凹陷中。

在本發明的一實施例中，上述的支撐柱的材料包括導電材料。

在本發明的一實施例中，還包括一封裝膠體，包覆導線架以及晶片。

本發明的覆晶封裝結構，其包括線路板、晶片以及多個第一焊料。線路板具有多個定位凹陷。晶片具有多個焊墊、多個導電柱以及多個定位凹陷。導電柱配置於焊墊上。支撐柱對應於定位凹陷分布的。各支撐柱的高度大於各導電柱的高度。第一焊料配置於各導電柱與線路板之間。

在本發明的一實施例中，上述的線路板包括核心層、至少一線路層以及至少一防焊層。線路層覆蓋核心層。防焊層覆蓋線路層。定位凹陷位於防焊層。

在本發明的一實施例中，上述的支撐柱與導電柱的高度差介於10微米至30微米之間。

在本發明的一實施例中，上述的各定位凹陷的深度介於5微米至20微米之間。

在本發明的一實施例中，上述的支撐柱對應於晶片的角落或邊緣分布。

在本發明的一實施例中，上述的覆晶封裝結構還包括多個第二焊料，第二焊料配置於定位凹陷中，其中支撐柱通過第二焊料固定於定位凹陷中。

在本發明的一實施例中，上述的支撐柱的材料例如為導電材料。

在本發明的一實施例中，上述的覆晶封裝結構還包括一封裝膠體，且封裝膠體包覆線路板、晶片以及第一焊料。

本發明的晶片，其具有多個焊墊、多個配置於焊墊上的導電柱以及多個支撐柱，其中各支撐柱的高度高於各導電柱的高度。

在本發明的一實施例中，上述的晶片還包括多個焊料，而焊料配置於導電柱上。

在本發明的一實施例中，上述的支撐柱的材料例如為導電材料。

在本發明的一實施例中，上述的支撐柱對應於晶片的角落或邊緣分布。

在本發明的一實施例中，上述的部分支撐柱與其中一個導電柱配置於同一焊墊上。

基於上述，本發明採用具有定位凹陷的導線架或線路板，通過將晶片上的柱體對應於定位凹陷分布，則可避免晶片與導線架或線路板之間發生偏移。此外，本發明通過將回焊製程所需的焊料配置於定位凹陷，則可避免晶片與導線架或線路板之間發生歪斜。再者，本發明還採用具有支撐柱的晶片，且支撐柱的高度大於導電柱之高度，由此可有效的控制在回焊過程中配置於導電柱其中一端的焊料的厚度，據此可避免晶片相對於導線架或線路板發生歪斜。由此可知，基於本發明，晶片與導線架或線路板的相對位置可獲得確保，進而增進本發明的覆晶封裝結構的可靠度。

為讓本發明的上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合附圖作詳細說明如下。

附圖說明

圖1A為本發明的一實施例所提供的覆晶封裝結構的上視圖；

圖1B為圖1A所提供的覆晶封裝結構沿剖線I-I』的剖面示意圖；

圖2A為本發明的另一實施例所提供的覆晶封裝結構的上視圖；

圖2B為圖2A所提供的覆晶封裝結構沿剖線II-II』的剖面示意圖；

圖3A為本發明的又一實施例所提供的覆晶封裝結構的上視圖；

圖3B為圖3A所提供的覆晶封裝結構沿剖線III-III』的剖面示意圖；

圖4A為本發明的再一實施例所提供的覆晶封裝結構的上視圖；

圖4B為圖4A所提供的覆晶封裝結構沿剖線IV-IV』的剖面示意圖；

圖5A為本發明的另一實施例所提供的覆晶封裝結構的上視圖；

圖5B為圖5A所提供的覆晶封裝結構沿剖線V-V』的剖面示意圖；

圖6為本發明的一實施例所提供的晶片側視圖；

圖7為本發明另一實施例所提供的晶片側視圖。

附圖標記說明：

10、20、30、40、50：覆晶封裝結構；

100、110、120：導線架；

102：引腳；

104：定位凹陷；

130、140：線路板；

132：核心層；

134：線路層；

136：防焊層；

200、210、220、230、240、250、260：晶片；

202、252、262：焊墊；

204、254、264：導電柱；

216、256、266：支撐柱；

300：第一焊料；

302：第二焊料；

400：封裝膠體；

I-I』、II-II』、III-III』、IV-IV』、V-V』：剖線。

具體實施方式

圖1A為本發明的一實施例所提供的覆晶封裝結構的上視圖。圖1B為圖1A所提供的覆晶封裝結構沿剖線I-I』的剖面示意圖。請同時參考圖1A與圖1B，在本實施例中，覆晶封裝結構10包括導線架100以及晶片200，其中導線架100具有多個引腳102以及多個位於引腳102上的定位凹陷104。晶片200具有多個導電柱204，導電柱204配置於晶片200與導線架100之間，且導電柱204對應於定位凹陷104分布。在本實施例中，各定位凹陷104的深 度介於5微米至20微米之間，且定位凹陷104可通過半蝕刻(half-etched)製程形成。

除上述之外，晶片200還可包括多個焊墊202，焊墊202可通過導電柱204與導線架100連接。覆晶封裝結構10可還包括多個第一焊料300配置於各導電柱204與對應的引腳102之間。如此一來，晶片200可通過導電柱204以及第一焊料300與導線架100電性相連。此處，導電柱204選用的材料可為銅、銀、鎳或上述材料的組合，但不以此為限。第一焊料300所選用的材料的熔點需相較於導電柱204的熔點為低。舉例來說，導電柱204選用的材料為銅柱(Copper pillar)，第一焊料300選用的材料為錫銀合金(SnAg)或錫鉛合金(SnPb)。

在本實施例中，導電柱204除了作為導電用途之外，也具有支撐晶片200在導線架100上的用途。如圖1A所示，導電柱204為對應晶片200的邊緣分布，且導電柱204的數量依晶片200的設計而決定，在本案附圖中例如為16個。

詳細來說，由於第一焊料300所選用的材料的熔點相較於導電柱204以及支撐柱206所選用的材料的熔點低，因此當將晶片200與導線架100進行接合(即進行回焊製程)時，通過製程溫度的控制可使導電柱204處於非熔融狀態(固態)，而第一焊料300處於熔融的狀態。換句話說，導電柱204的高度於回焊製程前後幾乎不變，因此，可通過導電柱204維持晶片200與導線架100之間的間距。並且，導電柱204為對應晶片200的邊緣分布，則導電柱204對於晶片200具有良好的支撐性。

進一步而言，如圖1B所示，導電柱204嵌入於定位凹陷104中，可使晶片200配置在導線架100上的位置獲得控制，據此可有效的避免晶片200與導線架100之間發生偏移，且還可增加覆晶封裝結構10的推晶強度。值得說明的是，導電柱204的尺寸與外型設計以可順利地嵌入或被容納於定位凹陷104中為原則，以使導電柱204在定位凹陷104中不易有側向滑動的情形發生，進而使晶片200配置於導線架100上的位置更為精準。

此外，導電柱204與定位凹陷104間仍可能存在有尺寸或外型的差異，此處，導電柱204與定位凹陷104間的空隙也可通過第一焊料300的填補，使得導電柱204與定位凹陷104的相對位置更為穩固。再者，由於晶片200 的導電柱204通過第一焊料300焊接於導線架100的定位凹陷104中，據此，第一焊料300也可用來加強導電柱204與定位凹陷104結合的結構穩定性。

又如前所述，各第一焊料300配置於各導電柱204與對應的引腳102之間，即多個第一焊料300分別配置於所對應的引腳102上的定位凹陷104中。故當覆晶封裝結構10進行接合(即進行回焊製程)，而使第一焊料300處於熔融的狀態時，則第一焊料300的分布範圍或厚度可被有效的控制，進而能避免晶片200相對於導線架100發生歪斜。此處，定位凹陷104的直徑可小於第一焊料300的直徑。但本發明並不以此為限，定位凹陷104的直徑也可大於或等於第一焊料300的直徑。

值得一提的是，晶片200與導線架100接合(即進行回焊製程)的方式可為：第一焊料300可先行配置於晶片200的導電柱204的一端，而後將導電柱204對應於定位凹陷104分布。或者，第一焊料300可先行配置於定位凹陷104中，而後將導電柱204對應定位凹陷104分布。

除上述之外，覆晶封裝結構10還包括封裝膠體400，封裝膠體400包覆導線架100、晶片200以及第一焊料300，封裝膠體400可用以保護覆晶封裝結構10不受外部水氣、灰塵或空氣中的氧侵襲，據此可提升覆晶封裝結構10的可靠度。

當將晶片200與導線架100進行接合(即進行回焊製程)，而使第一焊料300處於熔融的狀態時，由於導電柱204是對應於導線架100的定位凹陷104配置，則可有效的避免晶片200與導線架100之間發生偏移，並增加覆晶封裝結構10的推晶強度。再者，由於導電柱204分布在晶片200的邊緣，且第一焊料300配置於定位凹陷104，則在回焊過程中可有效控制熔融狀態的焊料的厚度及分布，由此可避免配置於導線架100上的晶片200歪斜。如此一來，可提高覆晶封裝結構10的可靠度。

圖2A為本發明的另一實施例所提供的覆晶封裝結構的上視圖。圖2B為圖2A所提供的覆晶封裝結構沿剖線II-II』的剖面示意圖。請同時參考圖2A以及圖2B，在本實施例中，覆晶封裝結構20與覆晶封裝結構10相似，其類似的構件以相同的標號表示，且具有類似的功能，並省略描述。本實施例的覆晶封裝結構20與第一實施例的覆晶封裝結構10的主要差別在於：覆晶封裝結構20還包括多個支撐柱216，支撐柱216對應於定位凹陷104分布，且各 支撐柱216的高度大於各導電柱204的高度。

在本實施例中，定位凹陷104的深度介於5微米至20微米之間，又支撐柱216與導電柱204的高度差介於10微米至30微米之間，支撐柱216可具有支撐晶片210在導線架110上的用途。

詳細來說，第一焊料300所選用的材料的熔點相較於導電柱204以及支撐柱216所選用的材料的熔點低，因此當將晶片210與導線架110進行接合(即進行回焊製程)時，導電柱204以及支撐柱216處於非熔融狀態(固態)，而通過製程溫度的控制可使第一焊料300處於熔融的狀態。換句話說，導電柱204以及支撐柱216的高度於回焊製程前後幾乎不變，故可維持晶片210與導線架110之間的間距。此外，當定位凹陷104的深度以及導電柱204的高度固定的情況下，可通過控制支撐柱216的高度進而精準控制第一焊料300的高度。換言之，在回焊的過程中，本實施例可通過定位凹陷104的深度、導電柱204的高度以及支撐柱216的高度三者間的搭配，以精準地控制第一焊料300的高度。

舉例來說，當定位凹陷104的深度為5微米，導電柱204的高度為65微米，而支撐柱216的高度為95微米，則當晶片210與導線架110進行接合(即進行回焊製程)時，第一焊料300的厚度可被控制為25微米。

此外，在本實施例中，支撐柱216選用的材料可例如為導電材料，特別是當支撐柱216與導電柱204選用相同的材料。如此一來，支撐柱206與導電柱204可在同一製程步驟完成，由此可簡化製程，但本發明並不以此為限，支撐柱216與導電柱204也可選用不同的材料製作而成。

請繼續參考圖2A，本實施例的支撐柱216是對應晶片210的角落分布，且支撐柱216的數量例如為4個，其對應分布於晶片210的四個角落。如圖2B所示，通過將支撐柱216嵌入於定位凹陷104中，可使晶片210配置在導線架110上的位置獲得控制，如此可維持晶片210於導線架110上的相對位置的穩定度。值得說明的是，支撐柱216的尺寸與外型設計以可順利地嵌入或被容納於定位凹陷104中為原則，以使支撐柱216在定位凹陷104中不易有側向滑動的情形發生，進而使晶片210配置於導線架110上的位置更為精準。

進一步而言，由於支撐柱216與定位凹陷104仍可能存在有尺寸或外型 的差異，為加強支撐柱216與定位凹陷104結合的結構穩定性，覆晶封裝結構20還可包括多個配置於定位凹陷104中的第二焊料302，且第一焊料300與第二焊料302的材料可相同，但並不以此為限。如此一來，支撐柱216與定位凹陷104間的空隙可通過第二焊料302填補，由此可更穩固支撐柱216與定位凹陷104的相對位置。再者，由於晶片210的支撐柱216可通過第二焊料302焊接於導線架110的定位凹陷104中，據此，支撐柱216與第二焊料302可分散晶片210與導線架110間的剪應力，還可加強晶片210與導線架110結合的結構穩定性。

在此情況下，舉例來說，當定位凹陷104的深度為5微米，導電柱204的高度為65微米，而支撐柱216的高度為95微米，則當晶片210與導線架110進行接合(即進行回焊製程)時，第一焊料300的厚度可被控制為25微米再加上第二焊料302的厚度。

當將晶片210與導線架110進行接合(即進行回焊製程)，而使第一焊料300處於熔融的狀態時，由於支撐柱216是分布在晶片210的角落，且支撐柱216的高度大於導電柱204的高度，則可通過支撐柱216作為晶片210的結構支撐，由此可避免配置於導線架110上的晶片210歪斜。再者，由於支撐柱216是對應於導線架110的定位凹陷104而配置，故可維持晶片210於導線架110上相對位置的穩定度。如此一來，可提高覆晶封裝結構20的可靠度。

圖3A為本發明的又一實施例所提供的覆晶封裝結構的上視圖。圖3B為圖3A所提供的覆晶封裝結構沿剖線III-III』的剖面示意圖。請同時參考圖3A以及圖3B，在本實施例中，覆晶封裝結構30與覆晶封裝結構20相似，其類似的構件以相同的標號表示，且具有類似的功能，並省略描述。本實施例的覆晶封裝結構30與第二實施例的覆晶封裝結構20的主要差別在於：覆晶封裝結構30的支撐柱216為對應晶片220的邊緣分布。

請繼續參考圖3A，本實施例的支撐柱216為對應晶片220的邊緣分布，且支撐柱206的例如呈等距分布於晶片邊緣，或也可視所需而沿晶片邊緣以不等距的方式定點分布其對應分布於晶片220的四周。如圖3B所示，通過將支撐柱216嵌入於定位凹陷104中，可使晶片220配置在於導線架120上的位置獲得控制，如此可提高晶片220於導線架120上的相對位置的穩定度。

當將晶片220與導線架120進行接合(即進行回焊製程)，而使第一焊料300處於熔融的狀態時，由於支撐柱216是分布在晶片220的邊緣，且支撐柱216的高度大於導電柱204的高度，則可通過支撐柱216作為晶片220的結構支撐，則可避免配置於導線架120上的晶片220歪斜。再者，由於支撐柱216是對應於導線架120的定位凹陷104而配置，故可維持晶片220於導線架120上相對位置的穩定度。如此一來，可提高覆晶封裝結構30的可靠度。

圖4A為本發明的再一實施例所提供的覆晶封裝結構的上視圖。圖4B為圖4A所提供的覆晶封裝結構沿剖線IV-IV』的剖面示意圖。請同時參考圖4A與圖4B，在本實施例中，覆晶封裝結構40與覆晶封裝結構20相似，其類似的構件以相同的標號表示，且具有類似的功能，並省略描述。而本實施例的覆晶封裝結構40與第二實施例的覆晶封裝結構20的主要差別在於：覆晶封裝結構40的承載器為一線路板130。

在本實施例中，線路板包括一核心層132、至少一線路層134以及至少一防焊層136，其中線路層134覆蓋核心層132，防焊層326覆蓋線路層134，其中防焊層136具有定位凹陷104。詳細來說，各定位凹陷104的深度介於5微米至20微米之間。此處，定位凹陷104相當於防焊層136的開口，故定位凹陷104可於形成防焊層136時一併實現。

當將晶片230與線路板130接合(即進行回焊製程)，而使第一焊料300處於熔融的狀態時，由於支撐柱216是分布在晶片230的角落，且支撐柱216的高度大於導電柱204的高度，則可通過支撐柱216作為晶片230的結構支撐，則可避免配置於線路板130上的晶片230歪斜。再者，由於支撐柱216是對應於線路板130的定位凹陷104而配置，故可維持晶片230於線路板130上相對位置的穩定度。如此一來，可提高覆晶封裝結構40的可靠度。

圖5A為本發明的另一實施例所提供的覆晶封裝結構的上視圖。圖5B為圖5A所提供的覆晶封裝結構沿剖線V-V』的剖面示意圖。請同時參考圖5A與圖5B，在本實施例中，覆晶封裝結構50與覆晶封裝結構40相似，其類似的構件以相同的標號表示，且具有類似的功能，並省略描述。而本實施例的覆晶封裝結構50與第四實施例的覆晶封裝結構40的主要差別在於，覆晶封裝結構50的支撐柱216為對應晶片230的邊緣分布。

請繼續參考圖5A，本實施例的支撐柱216為對應晶片240的邊緣分布，且支撐柱216的例如呈等距分布於晶片邊緣，或也可視所需而沿晶片邊緣以不等距的方式定點分布，其對應分布於晶片240的四周。則如圖5B所示，通過將支撐柱216嵌入於定位凹陷104中，可使晶片240配置於線路板140上的位置獲得控制，如此可提高晶片240於線路板140上相對位置的穩定度。

當將晶片240與線路板140接合(即進行回焊製程)，而使第一焊料300處於熔融的狀態時，由於支撐柱216是分布在晶片240的邊緣，且支撐柱216的高度大於導電柱204的高度，則可通過支撐柱216作為晶片240的結構支撐，由此可避免配置於線路板140上的晶片240歪斜。再者，由於支撐柱216是對應於線路板140的定位凹陷104而配置，故可維持晶片240於線路板140上相對位置的穩定度。如此一來，可提高覆晶封裝結構50的可靠度。

圖6為本發明的一實施例所提供的晶片側視圖。請參考圖6，在本實施例中，晶片250具有多個焊墊252、多個配置於焊墊252上的導電柱254以及多個支撐柱256，其中各支撐柱256的高度高於各導電柱254的高度，其中導電柱254例如為前述的導電柱204，支撐柱256例如為前述的支撐柱216，其餘有關於晶片描述可參考前述內容，在此不再重複描述。

由於支撐柱256是分布在晶片250的角落或邊緣，且支撐柱256的高度大於導電柱254的高度，因此晶片250在後續應用中，則可通過支撐柱256作為晶片250的結構的支撐，則可避免配置於導線架或電路板上的晶片250歪斜。再者，晶片250在後續應用中，由於支撐柱256是對應於導線架或電路板的定位凹陷而配置，故可維持晶片250於導線架或電路板上相對位置的穩定度。如此一來，可提高覆晶封裝結構的結構可靠度。

圖7為本發明另一實施例所提供的晶片側視圖。請參考圖7，在本實施例中，晶片260與晶片250相似，而晶片260與晶片250的主要差別在於，導電柱264與支撐柱266位於相同的焊墊262上。

詳細來說，由於支撐柱266選用的材料例如為導電材料，因此，當導電柱264與支撐柱266位於相同的焊墊262上，則晶片260於後續應用可通過導電柱264、支撐柱266與前述的任一導線架110、120或者任一線路板130、140電性相連，由此可降低晶片260與前述的任一導線架110、120或者任一線路板130、140間的阻值。

由於支撐柱266是分布在晶片260的角落或邊緣，且支撐柱266的高度大於導電柱264的高度，因此晶片260在後續應用中，則可通過支撐柱266作為晶片260的結構的支撐，則可避免配置於導線架或電路板上的晶片260歪斜。再者，晶片260在後續應用中，由於支撐柱266是對應於導線架或電路板的定位凹陷而配置，故可維持晶片260於導線架或電路板上相對位置的穩定度。如此一來，可提高覆晶封裝結構的結構可靠度。

綜上所述，本發明採用具有定位凹陷的導線架或線路板，通過將晶片上的柱體對應於定位凹陷分布，則可避免晶片與導線架或線路板之間發生偏移。此外，本發明通過將回焊製程所需的焊料配置於定位凹陷，則可避免晶片與導線架或線路板之間發生歪斜。

再者，本發明更採用具有支撐柱的晶片，具有支撐柱的晶片與應用此晶片的覆晶封裝結構將支撐柱分布在晶片的角落或邊緣，且支撐柱的高度大於導電柱的高度，則當將晶片與導線架或電路板接合(即進行回焊製程)，而使焊料處於熔融的狀態時，通過支撐柱作為晶片的結構支撐，則可避免配置於導線架或電路板上的晶片歪斜。並且，由於支撐柱是對應於導線架或電路板的定位凹陷而配置，故可維持晶片於導線架或電路板上相對位置的穩定度。如此一來，可提高覆晶封裝結構的結構可靠度。

最後應說明的是：以上各實施例僅用以說明本發明的技術方案，而非對其限制；儘管參照前述各實施例對本發明進行了詳細的說明，本領域的普通技術人員應當理解：其依然可以對前述各實施例所記載的技術方案進行修改，或者對其中部分或者全部技術特徵進行等同替換；而這些修改或者替換，並不使相應技術方案的本質脫離本發明各實施例技術方案的範圍。