[发明专利]半导体封装结构及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体芯片封装，且特别涉及一种低翘曲、高结构强度的球栅阵列(BGA，ball grid array)封装。

背景技术

球栅阵列(BGA，ball grid array)封装是一种先进的半导体封装技术，其特点是将半导体芯片设置在具有焊球阵列的BGA基板上。在进行表面粘着时，BGA基板可以通过这些焊球电性连接到印刷电路板(PCB，printed circuitboard)上。

覆晶(flip chip)球栅阵列是比BGA更为先进的封装技术，覆晶的名称源自于将芯片倒置后再连接至基板。请参照图1，其显示传统覆晶封装半成品的剖面图。覆晶封装2包含芯片4，其具有上表面6及下表面8。芯片4下具有一组焊料凸块(solder bump)10连接至芯片下表面8的接触垫(未显示)。芯片4固定在基板12上，且焊料凸块10连接至基板12上表面的接触垫(未显示)。在芯片4与基板12之间可填充底部填充胶(underfill)14以增加覆晶封装2的坚硬度，避免芯片4受弯曲破坏。基板12底下可设置一组焊球以连接基板12下表面的连接垫(未显示)与印刷电路板18上的接触垫(未显示)。

覆晶封装2可还包含散热器(heat spreader)20与补强材(stiffener)22以帮助散热与避免翘曲。散热器20设置在芯片4表面上，除了帮助芯片4散热外还可抵消芯片4与基板12因为热膨胀不同所产生的作用力。传统的覆晶封装2在芯片4与散热器20之间可还包括热界面材料(thermal interfacematerial)26，将芯片4的热能传导至散热器20。

由于芯片4与基板12通常是由不同材料构成，热膨胀系数(CTE，coefficient of thermal expansion)并不一致。因此两者在经历热循环与机械应力循环(thermal and mechanical stress cycles)时会有不同的尺寸变化，造成芯片4与基板12之间产生相当大的热应力。所造成的热应力与翘曲不只会使芯片4中的低介电常数层脱层(delamination)，并会造成焊料凸块破裂，严重影响覆晶封装的长期操作可靠度。虽然补强材与散热器可以减缓翘曲的程度，却无法完全解决上述问题。

在内连线结构中使用超低介电常数材料(extreme low dielectric constantmaterial，ELK material)为下个世代的趋势，由于超低介电常数材料比一般的低介电常数材料更加脆弱且更不致密，因此芯片与基板的CTE不一致所造成的影响会更加严重。

由以上说明可知，业界急需针对BGA封装进行改良以解决上述问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种低翘曲、高结构强度的球栅阵列(BGA，ballgrid array)封装，以克服上述的焊料凸块破裂，严重影响覆晶封装的长期操作可靠度等缺陷。

本发明提供一种半导体封装结构的制造方法，包括下列步骤：提供半导体芯片，其上露出多个导电层；提供第一基板，其具有第一表面与第二表面，第一表面露出多个介层插塞；将半导体芯片与第一基板接合，其中导电层对准并接触介层插塞；从第二表面去除部分第一基板，以露出介层插塞的另一端；于介层插塞露出的另一端形成多个凸块底层金属；于凸块底层金属上形成多个焊料凸块；以及，提供第二基板，其具有第一表面与第二表面，并将焊料凸块设置在第二基板的第一表面。

如上所述的半导体封装结构的制造方法，其中所述多个导电层包括接合垫或金属层。

如上所述的半导体封装结构的制造方法，其中所述第一基板包括硅、二氧化硅、玻璃、或前述的组合，且所述第一基板的厚度约200-775μm。

如上所述的半导体封装结构的制造方法，其中所述半导体芯片与所述第一基板的接合是以下列方式之一进行：直接接合、阳极接合、共晶接合、粘着接合、或玻璃介质接合。

如上所述的半导体封装结构的制造方法，其中去除部分的所述第一基板是以下列方式之一进行：抛光研磨、化学机械研磨、电化学机械研磨、湿蚀刻、或干蚀刻。

如上所述的半导体封装结构的制造方法，其中去除部分的所述第一基板后，所述第一基板剩余的厚度约50-300μm。

如上所述的半导体封装结构的制造方法，还包括在第一基板与所述第二基板之间填入底部填充胶。

如上所述的半导体封装结构的制造方法，还包括于所述第二基板的第二表面形成多个焊球。

如上所述的半导体封装结构的制造方法，还包括将所述多个焊球设置在第三基板上。