一种降低焊球应力的结构及其构造方法与流程

1.本发明总的来说涉及半导体封装技术领域。具体而言，本发明涉及一种降低焊球应力的结构及其构造方法。


背景技术：

2.传统上，芯片封装通常需要先对芯片进行切割再进行封测，封装后会增加芯片的体积。而晶圆级芯片封装(wlcsp，wafer level chip scale packaging technology)是先在整片晶圆上进行封装和测试，然后才切割成单个的ic(integrated circuit chip集成电路)颗粒，封装后的芯片体积与ic裸晶的原尺寸相同。因此晶圆级芯片封装是实现高密度、高性能封装和系统级封装(sip，system in package)的重要技术，其为生产更轻薄和小巧的电子设备带来了更多的可能性。
3.然而传统的晶圆级芯片封装中，封装结构中的焊球产生的应力通常全部集中在局部区域内。而与焊球链接的焊盘下方通常采用低介电常数(low-k)材料，低介电常数材料通常较为脆弱，如图1所示其容易受焊球产生的应力影响进而产生裂缝(crack)，使产品可靠性大打折扣。


技术实现要素：

4.为至少部分解决现有技术中的上述问题，本发明提出一种降低焊球应力的结构，包括：
5.焊球，其与凸块下金属层连接；
6.凸块下金属层，其布置于绝缘层上方；
7.焊盘，其布置于绝缘层下方；以及
8.绝缘层，其设置过孔束，所述过孔束设置于所述焊盘上方，其中所述过孔束包括多个过孔，其中所述凸块下金属层与所述焊盘通过所述过孔束连接。
9.在本发明一个实施例中规定，所述降低焊球应力的结构包括：
10.钝化层，其上布置所述焊盘，其中所述绝缘层布置与所述钝化层上方；以及
11.衬底，其布置与所述钝化层下方。
12.在本发明一个实施例中规定，所述过孔的形状包括圆形、正方形以及菱形。
13.在本发明一个实施例中规定，所述过孔束包括4个20μm的过孔；或者
14.所述过孔束包括16个10μm的过孔。
15.在本发明一个实施例中规定，所述凸块下金属层包括扩散层、势垒层、润湿层以及抗氧化层。
16.在本发明一个实施例中规定，所述降低焊球应力的结构包括：
17.重布线层，其布置于所述绝缘层下方，其中所述重布线层通过所述过孔束与所述凸块下金属层连接。
18.本发明还提出一种构造所述降低焊球应力的结构的方法，该方法包括下列步骤：
19.在衬底上布置绝缘层，并且在所述绝缘层上构造过孔束；
20.在所述绝缘层上构造凸块下金属层；以及
21.在所述凸块下金属层上构造焊球。
22.在本发明一个实施例中规定，在钝化层和焊盘的上方构造所述绝缘层，并且在所述绝缘层上位于所述焊盘上方的位置处构造所述过孔束。
23.在本发明一个实施例中规定，在所述过孔束的上方涂敷光刻胶，在所述光刻胶上光刻出所述凸块下金属层的图案，并且通过电镀构造所述凸块下金属层。
24.在本发明一个实施例中规定，通过电镀或者植球在所述凸块下金属层上构造焊球，并且对所述焊球进行回流焊接以形成焊料凸块。
25.本发明至少具有如下有益效果：本发明通过设置过孔束分散了焊球带来的应力，通过减小局部应力达到保护球下线路层的目的；所述过孔束可以增强过孔处上下两层金属间的结合力，减少分层风险；所述过孔束中冗余的多个过孔可以在有工艺缺陷的情况下，提高了完整传输信号的能力。另外本发明相较于传统的晶圆级芯片封装工艺，在具备上述有点的同时也未增加成本，具有较好的实用性。
附图说明
26.为进一步阐明本发明的各实施例中具有的及其它的优点和特征，将参考附图来呈现本发明的各实施例的更具体的描述。可以理解，这些附图只描绘本发明的典型实施例，因此将不被认为是对其范围的限制。在附图中，为了清楚明了，相同或相应的部件将用相同或类似的标记表示。
27.图1示出了现有技术中一个晶圆级封装结构的焊球下方的示意图。
28.图2示出了本发明一个实施例中一个降低焊球应力的结构的示意图。
29.图3示出了本发明一个实施例中一个构造所述降低焊球应力的结构的方法的流程示意图。
30.图4和图6示出了本发明一个实施例中构造所述降低焊球应力的结构的过程结构示意图。
31.图5a—f示出了本发明实施例中过孔束的示意图。
32.图7示出了本发明另一个实施例中一个降低焊球应力的结构的示意图。
具体实施方式
33.应当指出，各附图中的各组件可能为了图解说明而被夸大地示出，而不一定是比例正确的。在各附图中，给相同或功能相同的组件配备了相同的附图标记。
34.在本发明中，除非特别指出，“布置在
…
上”、“布置在
…
上方”以及“布置在
…
之上”并未排除二者之间存在中间物的情况。此外，“布置在
…
上或上方”仅仅表示两个部件之间的相对位置关系，而在一定情况下、如在颠倒产品方向后，也可以转换为“布置在
…
下或下方”，反之亦然。
35.在本发明中，各实施例仅仅旨在说明本发明的方案，而不应被理解为限制性的。
36.在本发明中，除非特别指出，量词“一个”、“一”并未排除多个元素的场景。
37.在此还应当指出，在本发明的实施例中，为清楚、简单起见，可能示出了仅仅一部
分部件或组件，但是本领域的普通技术人员能够理解，在本发明的教导下，可根据具体场景需要添加所需的部件或组件。另外，除非另行说明，本发明的不同实施例中的特征可以相互组合。例如，可以用第二实施例中的某特征替换第一实施例中相对应或功能相同或相似的特征，所得到的实施例同样落入本技术的公开范围或记载范围。
38.在此还应当指出，在本发明的范围内，“相同”、“相等”、“等于”等措辞并不意味着二者数值绝对相等，而是允许一定的合理误差，也就是说，所述措辞也涵盖了“基本上相同”、“基本上相等”、“基本上等于”。以此类推，在本发明中，表方向的术语“垂直于”、“平行于”等等同样涵盖了“基本上垂直于”、“基本上平行于”的含义。
39.另外，本发明的各方法的步骤的编号并未限定所述方法步骤的执行顺序。除非特别指出，各方法步骤可以以不同顺序执行。
40.下面结合具体实施方式参考附图进一步阐述本发明。
41.图2示出了本发明一个实施例中一个降低焊球应力的结构的示意图，该结构适用于晶圆级芯片封装。如图2所示，该结构可以包括衬底201、钝化层202、焊盘203、绝缘层204、凸块下金属层(ubm，underball metal)205以及焊球206，其中所述绝缘层204上设置过孔束2041。
42.所述衬底202可以是硅衬底，所述焊盘203可以是铝焊盘，所述绝缘层204可以是绝缘树脂层。
43.所述钝化层202和所述焊盘203布置在所述衬底202的上方，所述绝缘层204布置在所述钝化层202和所述焊盘203的上方，其中在所述绝缘层204上位于所述焊盘203上方的位置处设置所述过孔束2041，其中所述过孔束2041包括多个过孔。
44.所述凸块下金属层205布置在所述过孔束2041的上方，其中通过所述过孔束2041所述凸块下金属层205与所述焊盘203连接。
45.所述焊球206布置在所述凸块下金属层205的上方。在该实施例中，所述焊球206产生的应力被所述过孔束2041，进而可以保护所述焊球206下方的材料，防止其产生裂缝。
46.图3示出了本发明一个实施例中一个构造所述降低焊球应力的结构的方法的流程示意图。如图3所示，该方法可以包括下列步骤：
47.步骤100、在衬底上布置绝缘层，并且在所述绝缘层上构造过孔束。
48.如图4所示，衬底201的上方具有钝化层202和焊盘203，可以在所述钝化层202和焊盘203的上方构造绝缘层204，所述绝缘层204可以作为应力缓冲层。在所述绝缘层204上位于焊盘203上方的位置处设置过孔束2041，所述过孔束2041包括多个第一孔径的过孔。
49.以晶圆级芯片封装结构为例，传统上焊盘的直径例如可以是60μm，在该焊盘上的过孔的孔径通常是40μm。而采用本发明的技术方案，如图5所示，可以在所述焊盘203上设置包括多个第一孔径的过孔的过孔束2041，所述第一孔径可以是20μm、10μm，也就是说可以设置4个20μm的过孔或者16个10μm的过孔来代替原本单个的40μm的过孔，所述过孔的形状可以是圆形、正方形或者菱形。在本发明的技术方案中所述过孔束2041中多个过孔的总横截面积与传统的过孔相同，但通过设置多个过孔可以分散焊球产生的应力，进而可以减小局部的应力达到保护焊球下方的结构，防止其产生裂缝的目的，同时采用本发明的技术方案还可以使焊盘更加平坦，进而提高产品的可靠性。
50.步骤200、在所述绝缘层上构造凸块下金属层。
51.如图6所示，可以在所述过孔束2041的上方涂敷光刻胶，在所述光刻胶上光刻出所述凸块下金属层205的图案，并且通过电镀构造出所述凸块下金属层205。所述凸块下金属层205可以由多个不同的金属层堆叠而成，例如所述凸块下金属层205可以包括扩散层、势垒层、润湿层以及抗氧化层。本发明中，由于所述绝缘层上采用了由多个小尺寸的过孔组成的过孔束来代替传统的单个大尺寸过孔，因此电镀出的凸块下金属层会更为平坦。同时，由于过孔束包括多个过孔，因此过孔在进行信号传输时存在冗余，大大提高了信号传输成功的概率。
52.步骤300、在所述凸块下金属层上构造焊球。
53.如图2所示，可以通过电镀或者植球工艺在所述凸块下金属层205构造焊球206，并且可以对所述焊球206进行回流焊接以便形成焊料凸块。进一步地，可以进行晶圆减薄、切割以完成封装工艺。
54.图7示出了本发明另一个实施例中一个降低焊球应力的结构的示意图，该结构适用于具有重布线(rdl，re-distributed layer)层的wlcsp封装结构。如图7所示，在该结构中包括重布线层701，所述重布线层701通过绝缘层705上的过孔束702与凸块下金属层703连接，所述凸块下金属层703的上方与焊球704连接，所述过孔束702可以分散所述焊球704产生的应力，以便保护所述焊球704下方的线路层，降低分层的风险。
55.尽管上文描述了本发明的各实施例，但是，应该理解，它们只是作为示例来呈现的，而不作为限制。对于相关领域的技术人员显而易见的是，可以对其做出各种组合、变型和改变而不背离本发明的精神和范围。因此，此处所公开的本发明的宽度和范围不应被上述所公开的示例性实施例所限制，而应当仅根据所附权利要求书及其等同替换来定义。