專利名稱：晶片級封裝增層中的介質(zhì)層結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明為關(guān)于一晶片級封裝(wafer levelpackage，WLP)結(jié)構(gòu)，更特定言之為關(guān)于一晶片級封裝內(nèi)包含數(shù)貫通孔洞的介質(zhì)層結(jié)構(gòu)。

背景技術(shù)：
對于移動式數(shù)字應(yīng)用例如，手機、筆記計算機與相似裝置，或其它需節(jié)省空間的裝置，例如飛行器等，裝置尺寸為設(shè)計該裝置的關(guān)鍵。但該減少體積的要求卻與于一晶片內(nèi)增加元件的需求相沖突。
關(guān)于晶片封裝，其功能需求包含對動力分配，信號分配，散熱，保護與支撐等項目。當半導(dǎo)體趨于復(fù)雜，傳統(tǒng)封裝技術(shù)，例如，導(dǎo)線架封裝，彈性封裝，硬質(zhì)封裝技術(shù)，無法用于生產(chǎn)具高密度元件的小型晶片。此外，傳統(tǒng)封裝必須在晶片分割為個別芯片后，方可對個別芯片封裝，因此，該種工藝需時甚久。因為晶片封裝技術(shù)對集成電路發(fā)展影響很大，當電子裝置尺寸需要小型化，對于封裝技術(shù)要求也變高。因此封裝技術(shù)朝向球柵陣列(BGA)，先進覆晶球柵陣列封裝(FC-BGA)，晶片級封裝(CSP)，晶片級封裝(WLP)發(fā)展。
晶片級封裝技術(shù)為先進封裝技術(shù)，于晶片上進行芯片的制造與測試，并沿晶片表面線切割芯片。因為晶片級封裝技術(shù)為以整個晶片對封裝標的，而非單個芯片，于切割工藝前，已經(jīng)完成封裝與測試；此外，晶片級封裝為先進技術(shù)因此可省略打線接合工藝，芯片粘結(jié)與填膠。使用晶片級封裝技術(shù)，成本與制造時間降低，且晶片級封裝結(jié)構(gòu)可以與晶片同尺寸；因此，該技術(shù)符合電子裝置小型化需求。
與其它封裝技術(shù)比較，晶片級封裝技術(shù)所生產(chǎn)的晶片具有較寬線寬與較大球結(jié)構(gòu)；采用較大的球結(jié)構(gòu)，因其機械性質(zhì)，可以降低晶片與相連接基材間熱膨脹系數(shù)(CTE)不協(xié)調(diào)(mismatch)。
上述晶片級封裝技術(shù)優(yōu)點使晶片級封裝成為該技術(shù)領(lǐng)域令人注目封裝技術(shù)，但該晶片級封裝技術(shù)仍存有問題。例如，晶片級封裝技術(shù)，于裝置尺寸變小時，雖可以降低晶片與相連接基材間熱膨脹系數(shù)不協(xié)調(diào)，但晶片級封裝結(jié)構(gòu)材料間，例如介質(zhì)層與重分布層(RDLs)間的熱膨脹系數(shù)不協(xié)調(diào)，成為另一結(jié)構(gòu)上問題，例如，于封裝工藝中導(dǎo)致介質(zhì)層破裂。
圖1顯示晶片級封裝結(jié)構(gòu)，至少包含介質(zhì)層，其中介質(zhì)層包含重分布層。介質(zhì)層材料至少包含硅為基材的材料，例如，硅氧類高分子，硅氧化物，氮化硅，前述重分布圖案層的材料，例如，為銅，且除了用于使傳導(dǎo)終端暴露的開口外，該層為介質(zhì)層覆蓋。
與重分布層圖案層，例如銅(約17)的熱膨脹系數(shù)比較，一般彈性介電質(zhì)材料熱膨脹系數(shù)高于100；因此，于溫度循環(huán)測試，熱膨脹系數(shù)差異會導(dǎo)致重分布層與介質(zhì)層明顯不協(xié)調(diào)。圖3顯示重分布層/介質(zhì)層于Y軸方向承受拉力。圖4與圖5顯示重分布層/介質(zhì)層沿Y軸的應(yīng)力分布。參照圖4與圖5，M01左邊鄰近區(qū)域，介質(zhì)層與重分布層承受應(yīng)力值于區(qū)間1與區(qū)間2間達最大，之后快速下降；M01右邊鄰近區(qū)域，介質(zhì)層與重分布層承受應(yīng)力值于區(qū)間2與區(qū)間3間達最大，之后下降。
根據(jù)應(yīng)力分析，鄰近重分布層彎曲處區(qū)域，因為封裝的僵硬性(rigidity)，累積應(yīng)力上升到最大。封裝僵硬性是因為不佳的熱應(yīng)力松弛(thermal stressrelaxation)所產(chǎn)生，例如因上述熱膨脹不協(xié)調(diào)，會導(dǎo)致介質(zhì)層變形，因為介質(zhì)層于不平衡區(qū)域破裂，導(dǎo)致重分布層/介質(zhì)層接口應(yīng)力累積，例如，如圖1，于介質(zhì)層鄰近重分布層彎曲處區(qū)域。
因此本發(fā)明揭露一晶片級封裝包含數(shù)貫通開口的介質(zhì)層結(jié)構(gòu)，用以克服重分布層彎曲處附近介質(zhì)層破裂問題。


發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于，揭露一種晶片級封裝中包含數(shù)貫通開口的彈性介質(zhì)層結(jié)構(gòu)，用以吸收應(yīng)力。重分布層與介質(zhì)層間的熱膨脹系數(shù)差異會造成介質(zhì)層破裂。本發(fā)明利用一彈性介質(zhì)層解決問題；其中彈性介質(zhì)層材料至少包含硅為基材的材料，例如，硅氧類高分子，硅氧化物，氮化硅，具有特定的熱膨脹系數(shù)，延展系數(shù)與硬度范圍。該彈性介質(zhì)層可改善晶片級封裝結(jié)構(gòu)于溫度循環(huán)測試時的機械性質(zhì)可靠性。本發(fā)明還揭露一晶片級封裝的介質(zhì)層結(jié)構(gòu)，于鄰近重分布層彎曲處包含數(shù)貫通開口，以降低鄰近重分布層/介質(zhì)層接口附近累積應(yīng)力，以避免介質(zhì)層破裂。
本發(fā)明提供一種晶片級封裝結(jié)構(gòu)，其特征在于，至少包含 一芯片； 至少一介質(zhì)層包含數(shù)開口； 一重分布層與至少一介質(zhì)層形成增層并與該芯片耦合，其中該介質(zhì)層內(nèi)包含至少一貫通開口，且該貫通開口鄰近重分布層彎曲部份； 一輸入/輸出墊片保持該芯片與該重分布層間電性連接； 一焊錫球，使該重分布層與印刷電路板或外部元件形成電性耦合。
其中該介質(zhì)層為一彈性介質(zhì)層。
其中該彈性介質(zhì)材料至少包含一以硅為基材的材料，苯環(huán)丁烯與氮化硅。
其中該彈性介質(zhì)層熱膨脹系數(shù)高于100(ppm/℃)。
其中該彈性介質(zhì)層延展系數(shù)介于30％至50％。
其中該彈性介質(zhì)層形變率介于20％至60％。
其中該重分布層熱膨脹系數(shù)介于14至20(ppm/℃)。
其中該貫通開口的面積介于50平方微米至200平方微米。
其中該貫通開口形狀至少包含圓形、三角形、正方形與矩形。
其中該至少一貫通開口形成于選定位置，于該貫通開口形成后與該貫通開口形成前比較，可降低鄰近該重分布層彎曲部份，機械應(yīng)力5％至40％。



為讓本發(fā)明的上述特征和優(yōu)點能更明顯易懂，以下結(jié)合實施例，并配合附圖，作詳細說明如下，其中 圖1顯示一晶片級封裝增層內(nèi)介質(zhì)層結(jié)構(gòu)的剖面圖。
圖2顯示重分布層/介質(zhì)層于Y軸方向承受拉力。
圖3顯示重分布層(銅)上沿Y軸的應(yīng)力值。
圖4顯示介質(zhì)層上沿Y軸的應(yīng)力值。
圖5顯示一介質(zhì)層結(jié)構(gòu)，其中于該介質(zhì)層結(jié)構(gòu)包含六貫通矩形口形成于鄰近晶片級封裝重分布層彎曲處。
圖6顯示如圖2中的介質(zhì)層左方，于形成開口前后于Y軸方向的應(yīng)力值。
圖7顯示如圖2中的介質(zhì)層右方，于形成開口前后于Y軸方向的應(yīng)力值。

具體實施例方式 本發(fā)明的一些實施例詳細描述如下。然而，除了詳細描述的實施例外，本發(fā)明亦可廣泛在其它的實施例中施行，并且本發(fā)明的保護范圍并不受限于下述的實施例，其是以本發(fā)明的權(quán)利要求范圍為準。再者，為提供更清楚的描述及更易理解本發(fā)明，圖標中各部分并沒有依照其相對尺寸繪圖，不相關(guān)的細節(jié)部分也未完全繪出，以求圖標的簡潔。參考圖標，其中所顯示僅僅是為了說明本發(fā)明的較佳實施例，并非用以限制本發(fā)明。
本發(fā)明揭露一晶片級封裝結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)包含一彈性介質(zhì)層用以改善機械性質(zhì)的可靠性，例如，于溫度循環(huán)測試時，吸收晶片級封裝結(jié)構(gòu)內(nèi)，因為材料間熱膨脹系數(shù)不協(xié)調(diào)所產(chǎn)生的累積應(yīng)力。本發(fā)明揭露一介質(zhì)層結(jié)構(gòu)，包含數(shù)貫通開口形成于晶片級封裝重分布層的彎曲處，以降低應(yīng)力。
圖1繪示關(guān)于本發(fā)明具體實施例的一晶片級封裝增層內(nèi)介質(zhì)層結(jié)構(gòu)的剖面圖。
如圖1所繪示，晶片級封裝結(jié)構(gòu)包含芯片101，置放于基材100上并以粘性材料101a固定。重分布層103，也稱為金屬圖案層，形成于芯片101上，并由光光刻技術(shù)移除重分布層選定部份；其中重分布層103與芯片101經(jīng)由輸入/輸出墊片102保持電性連接。
本發(fā)明揭露的晶片級封裝結(jié)構(gòu)至少包含介質(zhì)層。第一介質(zhì)層104形成于芯片101上與由芯片101外圍限定出該層邊界。第二介質(zhì)層106形成于基材100上，并填充芯片101與第一介質(zhì)層104間周圍空間，第三介質(zhì)層107形成于第二介質(zhì)層106與第一介質(zhì)層104上。
于后續(xù)步驟，移除，例如以光光刻技術(shù)，第一介質(zhì)層104與第三介質(zhì)層107選定部份，以于第一介質(zhì)層104與第三介質(zhì)層107上形成多個開口，并于第一介質(zhì)層104與第三介質(zhì)層107上形成重分布層109，例如由沉積于開口方式；其中重分布層109與重分布層103保持電性接觸。重分布層109形成后，介質(zhì)層110形成于重分布層109頂部。之后，以移除方式，形成多個開口，例如，以光刻技術(shù)移除介質(zhì)層110選定部份。介質(zhì)層110上形成的開口可分為兩種；一開口群(第一孔洞1)形成于重分布層109，另一開口群(第二孔洞2)形成于重分布層109彎曲處。之后，接觸金屬球(錫球)112形成于第一開口，以與重分布層109及印刷電路板或其它外部裝置(例如未繪出的錫球下層金屬(Under Ball Metallurgy，UBM)結(jié)構(gòu))保持電性連接。
于一本發(fā)明具體實施例，介質(zhì)層較佳為彈性介質(zhì)材料，由以硅為基材的材料構(gòu)成，至少包含硅氧類高分子，硅氧化物，氮化硅，與上述物質(zhì)的化合物。于另一具體實施例，介質(zhì)層為由下述材料至少包含苯環(huán)丁烯(Benzocyclobutene)，環(huán)氧樹脂，聚亞胺(Polyimide)或樹脂構(gòu)成。
于一本發(fā)明具體實施例，彈性介質(zhì)層的特性包含熱膨脹系數(shù)高于100(ppm/℃)(較佳為約130 to170ppm/℃)，延展系數(shù)為約40％(較佳為30％至50％)，硬度為介于塑料(plastic)與橡膠間，與形變率(deformation ratio)介于20％至60％。彈性介質(zhì)層110厚度與溫度循環(huán)測試時重分布層/介質(zhì)層接口間累積應(yīng)力有關(guān)，該厚度較佳為10微米至50微米。
于一本發(fā)明具體實施例，重分布層103與重分布層109材料至少包含鈦/銅/金合金或鈦/銅/鎳/金合金。
重分布層103厚度較佳為介于2與10微米且重分布層103特性包含，重分布層103熱膨脹系數(shù)為約17(ppm/℃)(較佳為介于14至20ppm/℃)，且延展系數(shù)為約20％(較佳為10％至40％)，且形變率介于10至20％。關(guān)于重分布層109，重分布層109厚度較佳為5微米至20微米，其它特性包含重分布層109熱膨脹系數(shù)約為17(ppm/℃)(較佳為約14至20ppm/℃)，延展系數(shù)為約20％(較佳為10％至40％)，且形變率為約10至20％。
鈦/銅合金以濺鍍技術(shù)形成，且以電鍍形成銅/金或銅/鎳/金合金；使用電鍍工藝形成重分布層103與重分布層109，可使重分布層厚度足以承擔溫度循環(huán)時的熱膨脹系數(shù)不協(xié)調(diào)。金屬墊片102可為鋁或銅或上述金屬合金。
于一本發(fā)明具體實施例，晶片級封裝結(jié)構(gòu)以硅氧類高分子構(gòu)成彈性介質(zhì)層以銅材質(zhì)構(gòu)成重分布層。根據(jù)應(yīng)力分析，可降低重分布層/介質(zhì)層接口的累積應(yīng)力。
圖2顯示一重分布層/介質(zhì)層于Y軸方向承受拉力時，一介質(zhì)層的應(yīng)力分布。如圖2，根據(jù)重分布層的彎曲點，重分布層/介質(zhì)層分為3區(qū)間；區(qū)間間的虛線與x軸平行。圖3與圖4顯示于該區(qū)間沿Y軸方向所測得應(yīng)力值；圖3表示重分布層(銅)Y軸方向的應(yīng)力值，圖4表示介質(zhì)層Y軸方向應(yīng)力值。如圖3，鄰近M01右邊的區(qū)域，重分布層應(yīng)力值上升快速且于區(qū)間1與區(qū)間2間達到最大(約200兆帕(MPa))，且之后快速下降；同樣的，鄰近M01左邊的區(qū)間，重分布層應(yīng)力值于區(qū)間2與區(qū)間3間上升到最大之后快速下降；參考圖4，介質(zhì)層應(yīng)力值與圖3重分布層應(yīng)力值(銅)分布趨勢相類似。如圖4，于鄰近M01左邊的區(qū)間，介質(zhì)層應(yīng)力值于區(qū)間1與區(qū)間2間達到最大，之后下降。同樣的，鄰近M01右邊的區(qū)域，介質(zhì)層應(yīng)力值于區(qū)間2與區(qū)間3間上升到最大之后下降。
根據(jù)上述應(yīng)力分析，參照圖3與圖4，即便利用彈性介質(zhì)層，應(yīng)力仍于重分布層彎曲處(銅)附近區(qū)域累積，因此導(dǎo)致彈性介質(zhì)層破裂可能性仍上升。要解決這個問題，如圖5，于一本發(fā)明具體實施例，于介質(zhì)層上形成數(shù)貫通開口501以吸收應(yīng)力。
介質(zhì)層貫通開口501的位置對降低重分布層/介質(zhì)層接口于溫度循環(huán)測試時的累積應(yīng)力相當重要。根據(jù)本發(fā)明一具體實施例，貫通開口501形成于介質(zhì)層鄰近重分布層彎曲處；于本發(fā)明另一具體實施例，開口601以光刻工藝形成。于另一本發(fā)明具體實施例，貫通開口501形狀至少包含三角形，正方形，四邊形與圓形；較佳形狀為頂點呈圓滑狀的四邊形。于另一本發(fā)明具體實施例，沿著重分布層彎曲部份排列的貫通開口501與該重分布層彎曲部份的距離為5至100微米；較佳為約5至20微米或如果兩鄰近重分布層間空間少于20微米，為位于兩圖案層間的中央。于另一本發(fā)明具體實施例，開口數(shù)目與開口尺寸有關(guān)；一般來說，開口數(shù)目介于2-12。更特定言之，較佳開口尺寸為介于5微米×10微米至10微米×20微米，開口數(shù)目為4-6。
圖5示一根據(jù)本發(fā)明的晶片級封裝結(jié)構(gòu)具體實施例，一晶片級封裝結(jié)構(gòu)中，介質(zhì)層上六矩形貫通開口501形成于鄰近重分布層502彎曲部份；其中三開口501位于重分布層502左邊，另三個位于右邊；其中開口501區(qū)域介于50平方微米至200平方微米，且重分布層502彎曲角度為45度。圖6與圖7顯示如圖2沿Y軸于開口形成前后所測得的介質(zhì)層上應(yīng)力值；其中上方曲線表示于重分布層502彎曲處附近未于介質(zhì)層形成開口的應(yīng)力值，下方曲線則表示于重分布層502彎曲處附近，于介質(zhì)層形成六開口的應(yīng)力值。如圖6，介質(zhì)層未形成開口501時，左邊應(yīng)力值上升快速且于區(qū)間1與區(qū)間2間達到最大，之后快速下降；開口501形成后，區(qū)間1與區(qū)間2間尖峰應(yīng)力值明顯下降；其它區(qū)間的應(yīng)力值亦有相同趨勢。圖7顯示介質(zhì)層右邊沿Y軸應(yīng)力值；也顯示與上述現(xiàn)象相類似趨勢。于另一本發(fā)明具體實施例，介質(zhì)層鄰近重分布層彎曲部份承受的機械應(yīng)力于開口形成后，降低5％至40％。
未于此以圖顯示的另一本發(fā)明具體實施例為扇出(fan-out)晶片級封裝一增層中的彈性介質(zhì)層結(jié)構(gòu)。根據(jù)未于此顯示的應(yīng)力分析，當于彈性介質(zhì)層上鄰近重分布層彎曲處形成貫通開口，介質(zhì)層上鄰近重分布層彎曲處承受應(yīng)力值明顯降低。
本發(fā)明另一具體實施例為一硅晶片級封裝(扇入(fan-in)晶片級尺度封裝)增層的彈性介質(zhì)層結(jié)構(gòu)。根據(jù)未于此顯示的應(yīng)力分析，當于彈性介質(zhì)層上鄰近重分布層彎曲處形成貫通開口，介質(zhì)層上鄰近重分布層彎曲處承受應(yīng)力值明顯降低。
本發(fā)明以較佳實施例說明如上，然其并非用以限定本發(fā)明所主張的專利權(quán)利范圍。其專利保護范圍當視所附的權(quán)利要求范圍及其等同領(lǐng)域而定。凡熟悉此領(lǐng)域的技術(shù)者，在不脫離本專利精神或范圍內(nèi)，所作的更動或潤飾，均屬于本發(fā)明所揭示精神下所完成的等效改變或設(shè)計，且應(yīng)包含在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種晶片級封裝結(jié)構(gòu)，其特征在于，至少包含
一芯片；
至少一介質(zhì)層包含數(shù)開口；
一重分布層與至少一介質(zhì)層形成增層并與該芯片耦合，其中該介質(zhì)層內(nèi)包含至少一貫通開口，且該貫通開口鄰近重分布層彎曲部份；
一輸入/輸出墊片保持該芯片與該重分布層間電性連接；
一焊錫球，使該重分布層與印刷電路板或外部元件形成電性耦合。
2.如權(quán)利要求1所述的晶片級封裝結(jié)構(gòu)，其特征在于，其中該介質(zhì)層為一彈性介質(zhì)層。
3.如權(quán)利要求1所述的晶片級封裝結(jié)構(gòu)，其特征在于，其中該彈性介質(zhì)材料至少包含一以硅為基材的材料，苯環(huán)丁烯與氮化硅。
4.如權(quán)利要求2所述的晶片級封裝結(jié)構(gòu)，其特征在于，其中該彈性介質(zhì)層熱膨脹系數(shù)高于100(ppm/℃)。
5.如權(quán)利要求2所述的晶片級封裝結(jié)構(gòu)，其特征在于，其中該彈性介質(zhì)層延展系數(shù)介于30％至50％。
6.如權(quán)利要求2所述的晶片級封裝結(jié)構(gòu)，其特征在于，其中該彈性介質(zhì)層形變率介于20％至60％。
7.如權(quán)利要求1所述的晶片級封裝結(jié)構(gòu)，其特征在于，其中該重分布層熱膨脹系數(shù)介于14至20(ppm/℃)。
8.如權(quán)利要求1所述的晶片級封裝結(jié)構(gòu)，其特征在于，其中該貫通開口的面積介于50平方微米至200平方微米。
9.如權(quán)利要求1所述的晶片級封裝結(jié)構(gòu)，其特征在于，其中該貫通開口形狀至少包含圓形、三角形、正方形與矩形。
10.如權(quán)利要求所述1的晶片級封裝結(jié)構(gòu)，其特征在于，其中該至少一貫通開口形成于選定位置，于該貫通開口形成后與該貫通開口形成前比較，可降低鄰近該重分布層彎曲部份，機械應(yīng)力5％至40％。
全文摘要
本發(fā)明揭露一種晶片級封裝中包含數(shù)貫通開口的彈性介質(zhì)層結(jié)構(gòu)，用以吸收應(yīng)力。本發(fā)明包含一彈性介質(zhì)層；其中彈性介質(zhì)層材料至少包含硅為基材的材料，例如，硅氧類高分子，苯環(huán)丁烯與氮化硅，上述材料具有特定的熱膨脹系數(shù)，延展系數(shù)與硬度范圍。該彈性介質(zhì)層可改善晶片級封裝結(jié)構(gòu)于溫度循環(huán)測試時的機械性質(zhì)可靠性。重分布層與介質(zhì)層間的熱膨脹系數(shù)差異會造成介質(zhì)層破裂，因此，本發(fā)明還揭露一晶片級封裝的介質(zhì)層結(jié)構(gòu)，于鄰近重分布層彎曲處形成數(shù)貫通開口，以降低鄰近重分布層/介質(zhì)層接口附近的累積應(yīng)力，避免介質(zhì)層破裂。
文檔編號H01L23/485GK101207099SQ20071019939
公開日2008年6月25日 申請日期2007年12月20日 優(yōu)先權(quán)日2006年12月20日
發(fā)明者楊文焜, 余俊輝, 周昭男, 林志偉, 黃清舜 申請人:育霈科技股份有限公司