[发明专利]用于覆晶互连接上的固态扩散接合的具有精细间距的导线的制程与结构

说明书

本发明揭示一种半导体封装或可挠性基板上系统封装(system‑on‑flex package)，其包含接合结构，接合结构系利用固态扩散接合连接集成电路/晶片至精细间距(pitch)电路。复数导线形成在一基板上，每一导线包含五种不同导电材料，其具有不同熔点与不同塑性变形特性，导电材料针对被动元件的扩散接合与焊接而最佳化。

技术领域

本发明涉及一种半导体封装，且特别关于一种具有固态扩散接合的半导体封装。

背景技术

随着输入输出埠在数量上的增加、元件尺寸的缩小、功能与速度上的增加，高密度互连(HDI)基板在市场需求上不断成长。相对刚性基材，胶带基材有许多常见的优点，包含1.具有较高电路密度的较精细的线宽与间隔；2.瘦轮廓与轻重量；3.较佳热性能。

随着输入输出埠在数量上的不断提升，覆晶是一个关键技术，其系能提供许多优点，例如高密度的输入输出埠、较细间距(pitch)的互连接技术、较佳电性能与热性能，其系能应用在特定的部份上。这对细间距的互连接技术而言，是个连续不断的需求，包含显示驱动器、互补式金氧半影像感测器、基频处理器与能量管理单元等等。

在下个世纪中，低成本与高可靠度的互连接制程在先进封装中扮演一个关键角色。扩散接合为金属或非金属的接合方法。此种接合方法是根据接合介面上元素的原子扩散原理而接合。在将集成电路/晶片连接到基板的扩散接合技术中，在接触界面上施加热和压力时，由于此接触界面具有作为可变形层的一部分，使得在压力下，此层的塑性变形使界面更快到达接合温度，以增强扩散能力，进而形成强健与稳定的接合。当接合间距减小到像接触点的10微米宽度与10微米或更小之间隔的程度，则有许多方面需要考虑。由于铜的优秀导电性与热导性，它可以是较佳导体。可变形层必须提供必要的电特性。可变形层必须在从接触时于均匀的压力下变形，并且在导线的接合表面上必须具有足够的顶部宽度，以便在可变形层上形成完全的接触界面和适当的表面。随着接合间距变得越来越紧密，根据目前的卷到卷(reel to reel)制造能力，传统的半加成和减成法具有将导线间距减小到20微米(μm)以下的限制。具体而言，难以将顶部和底部导线比例保持为1。一般来说，以扩散系数D表示的扩散率定义为D＝Do exp(-Q/RT)，其中Do取决于扩散原子的晶格类型与震荡频率的频率因素，Q为活化能，R为气体常数，T为克尔文(Kelvin)的温度。

原子扩散是一个热力学过程，其中材料的温度和扩散性是关键参数。蠕变(creep)机制允许材料流在扩散结合所需的接合界面处产生完全紧密接触。因此，导线的表面处理(surface finish)和接合温度与负载的选择是扩散接合过程中的重要因素。其他因素如塑性变形、导热性、热膨胀和接合环境也会影响接合过程，特别是在高接合温度下。

热压接合在使用金凸块的覆晶组装中有预期的应用。使用螺柱凸块法或电解镀金在基板上制作凸块。在接合过程中，拾取晶片并面向下对齐在加热的基板上的凸块。当接合元件往下压时，金凸块变形并与接合垫紧密接触，从而导致纯金属发生金属焊接。热压接合需要覆晶接合器，其能够产生摄氏300度的较高接合温度，具有大约100牛顿/凸块的力和基板与晶片之间较大范围的平行度。为了获得更好的接合，需要良好地控制温度和接合力。为了避免损坏半导体材料，接合力必须是渐变的。过大的接合力可能导致晶片钝化中产生裂缝，并且由于凸块的过度变形，有时会在细间距阵列中桥接凸块。导线的表面处理的选择方式对改善扩散接合制程是至关重要的。

美国专利证号8940581、8967452、8440506、9153551与7878385揭示热压缩制程。

发明内容

本发明的主要目的，在于提供一种半导体封装的热压缩接合方法。

本发明的另一目的，在于提供一种半导体封装的热压缩接合方法的改良式表面。