[发明专利]用于改善的机械和热机械性能的焊料凸点互连

说明书

相关申请

本申请要求2007年4月23日提交的序列号为60/913,337的美 国临时申请和2008年4月21日提交的序列号为12/107,009的美国 非临时申请的优先权和权益，通过参考的方式将两者全文结合于此。 序列号为60/913,337的美国临时申请涉及2005年10月28日提交 的序列号为PCT/US05/39008的PCT专利申请，通过参考的方式将 其全文结合于此。PCT/U505/39008涉及并要求2004年10月28日 提交的序列号为60/623,200的美国临时专利申请的权益，通过参考 的方式将其全文结合于此。

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技术领域

本直接公开涉及电子晶片级芯片规模封装和倒装芯片封装以及 装配领域，更具体地，提供了具有改善的机械强度和抗冲击性的焊 料凸点互连结构。

背景技术

传统上，丝焊用来提供半导体器件和外部电路之间的电连接。 从晶片将半导体器件切成小方块，在晶片上加工半导体器件并在封 装中将半导体器件放置为面朝上。然后，较小的引线(典型地由金 或铜制成)被焊接在封装上的外部导线和半导体器件上所存在的焊 盘(bond pad)之间。

倒装芯片技术的名字来源于在封装中将半导体器件面朝下放 置。封装的外部导线和半导体器件之间的电连接是通过在半导体器 件的表面上回流导电焊料凸点制成的。

倒装芯片技术允许制成大量的电连接，这是因为可以使用半导 体器件的整个区域来形成焊盘，尽管在引线键合中焊盘被典型地形 成在半导体器件的周围。倒装芯片技术还有利于通过消除与丝焊相 关联的电容和阻抗来加速半导体器件和外部电路之间的电连接。

晶片级芯片规模封装(“WLCSP”)或晶片级封装(“WLP”)通 过在加工半导体器件期间直接在半导体器件上形成电连接而推进了 倒装芯片的概念。这允许半导体器件被直接安装到印刷电路板 (“PCB”)上，从而消除了单独封装的需要。所得到的被封装器件 大小类似于裸的半导体器件。WLCSP的实现还得益于电性能的提 高以及更小的封装大小。该工业中从利用铅冶金学的焊接到WLCSP 的无铅冶金学的转变已导致了用于高可靠性芯片封装的对热循环和 突然机械冲击效应的更高敏感性。

再分布层(“RDL”)技术允许其中焊盘被定位于器件周围的较 早的半导体器件设计使用WLCSP。RDL建立了焊料凸点和半导体 器件上的焊盘之间的电路径，允许焊料凸点被均匀地分布在半导体 器件的整个区域上。

图1示出了在形成焊料凸点之前器件焊盘(device pad)上的现 有技术的IO上凸点(bump on IO)结构，以及图2a示出了在应用 了焊料凸点106之后图1的现有技术IO上凸点结构。该器件由衬 底101、器件焊盘102、以及钝化层103构成。器件焊盘102是金属 材料，典型地包括铝、铜、或这两者的合成物。器件焊盘102可以 利用工业中已知的多种方法中的任意方法来形成。衬底101可以包 括诸如硅、砷化镓、钽酸锂、锗化硅等的材料。为了简化，在本文 中衬底材料一般被称作硅，但是其使用不应当被解释为旨在仅将本 公开文件限制为基于硅的衬底。

器件钝化层103典型地包括氮化硅、氧化物氮化物等。钝化层 103在器件焊盘上不是连续的，而是具有限定的开口，在开口处没 有钝化材料，多个开口单独地被称作钝化开口。在图2中更详细地 示出了钝化开口，其提供了图1的IO上凸点结构的俯视图。钝化开 口一般为圆形并且位于器件焊盘102中部。钝化开口限定了一个区 域，在该区域中将在WLCSP处理或倒装芯片封装处理中沉积随后 的金属以制作连接并粘附到器件焊盘上。