[发明专利]半导体器件及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种半导体芯片封装以及包含该封装的系统。更具体地，本发明涉及一种半导体封装以及包含该封装且该封装通过外部端子电连接和物理连接到电路板的系统。

背景技术

随着微电子工业持续开发越来越复杂的特征尺寸极小的器件，制造可靠的互联系统成为重要的挑战。常规方法用球栅阵列(BGA)结构将芯片封装附着到复合印刷电路板(PCB)上。在这种结构中，焊球提供芯片封装和PCB之间的电连接和物理连接。

将芯片封装耦合到PCB的工艺一般包括一个或多个温度周期，例如焊料回流步骤就是一个例子。同样，可靠性测试可以通过进行极端温度周期模拟所制成的器件的工作环境。在这些温度周期的过程中，芯片封装基板的热膨胀系数(CTE)与PCB的CTE之间的不匹配，导致在焊球的局部产生应力。所产生应力与芯片封装基板和PCB之间的CTE失配以及温度变化都成正比。因此，大的CTE差值以及大的温度变化致使在焊球局部产生大应力。这种局部应力能导致焊球中的裂纹。即使是小裂纹，也可能使焊球连接的电阻增大，这可对所制成的器件的可靠性造成不利影响。具体来说，当焊球中产生裂纹时，有效导电面积减小，因此连接电阻增大。但是，如果例如通过重复温度周期使得裂纹穿过焊球传播，则焊球连接可能完全失效，导致芯片封装与PCB之间的连接开路。

图1示出开裂的焊球3的显微图，其中焊球3位于具有结合焊盘4的半导体封装2和具有接触焊盘8的印刷电路板6之间。如图1所示，焊球连接内最有可能产生裂纹的点是焊球3与结合焊盘4或接触焊盘8耦合的某一拐角处。这在图1中以细节A和B表示。但是，裂纹也可能形成在焊球3的中部。同样在图1示出，在局部C处是沿焊球3的整个宽度方向传播的裂纹。局部A、B和C所示的裂纹可能导致焊球连接退化，焊球连接可靠性降低，和/或焊球连接完全失效，这些情况中的每一个都可能导致器件失效。

授予Oh等人的第6959856号美国专利(“Oh专利”)公开了一种使焊球中裂纹的传播最少化的方法，在Oh专利中，在焊料凸点中嵌入金属突出物。金属突出物用作阻碍裂纹传播的障碍。虽然Oh专利中的结构可减少裂纹传播以防止连接开路，但是它不能修补由于焊料凸点中的裂纹而导致的电阻增加。

因此，仍然需要一种最少化裂纹传播并且最小化由于裂纹导致的对焊球连接的电阻造成的不利影响的方法。

发明内容

本发明实施例提供一种半导体器件，该半导体器件包括基板、设置于基板上的电极焊盘、设置于电极焊盘上的外部端子、从电极焊盘延伸入外部端子中的容器以及设置于容器内部的导电液体。导电液体当暴露于空气时固化。当外部端子内形成裂纹时，该容器抑制裂纹的传播。另外，如果裂纹使容器破裂，则导电液体将填充裂纹，并且如果暴露于空气中，则导电液体将在在裂纹中固化。本发明还提供一种包含具有导电液体的容器的半导体器件的形成方法。

根据本发明的实施例，通过容器抑制外部端子内裂纹的传播。此外，如果裂纹使容器破裂，则来自容器的导电液体将填充裂纹，恢复连接的电阻特性。因此，与常规方法相比，根据本发明实施例的芯片封装与PCB之间的连接使可靠性得到提高。

附图说明

通过参考附图详细阐述本发明示意性实施例，本发明的上述以及其他特点和优点将更加显而易见，其中：

图1示出位于半导体芯片封装和印刷电路板之间开裂的焊球的显微图；

图2为根据本发明某些实施例的外部端子和细长容器的截面图；

图3为根据本发明某些实施例将半导体芯片封装接合到电路板的外部端子和细长容器的截面图；

图4为根据本发明某些实施例接合到电路板的半导体芯片封装的截面图；

图5为根据本发明某些实施例的外部端子和细长容器的截面图；

图6为根据本发明一实施例包含外部端子和多个突出物的半导体芯片封装的截面图；

图7为根据本发明某些实施例具有形成在电极焊盘上的细长容器的半导体芯片封装的截面图；

图8为根据本发明某些实施例具有形成在电极焊盘上且部分被填充的细长容器的半导体芯片封装的截面图；

图9为根据本发明某些实施例具有形成在电极焊盘上的细长容器和焊膏的半导体芯片封装的截面图；

图10为根据本发明某些实施例具有形成在电极焊盘上且插入外部电极中的细长容器的半导体芯片封装的截面图；

图11为根据本发明某些实施例通过含有裂纹的外部端子接合到电路板的半导体芯片封装的截面图。

具体实施方式