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一种高密度封装及其制造方法技术

技术编号:15621617 阅读:39 留言:0更新日期:2017-06-14 04:53
本发明专利技术公开了一种高密度封装及其制造方法,包含基板和芯片两部分,基板与芯片通过凸点阵列连接。一部分设置有硬质金属空心柱提供凹槽,另一部分设置有硬质金属凸点与凹槽一一对应,将凸点对应插入于凹槽中,高温加热使预先沉积或电镀的焊料熔融,实现基板与芯片的连接。凹槽开口可以是漏斗形貌,其倾斜角优选为45°左右。本发明专利技术采用一种高密度封装,并可结合漏斗状开口,以简易的操作提高互连对准精度,提高互连的可靠性和稳定性,得到的封装结构具有较好的共面性。同时,本发明专利技术解决了实际芯片的翘曲度所导致的焊接问题,解决了传统封装因焊料蔓延而导致的短路、桥接。综上,本发明专利技术有助于达到更高密度的封装,可进一步推动电子器件的微型化发展。

【技术实现步骤摘要】
一种高密度封装及其制造方法
本专利技术涉及半导体封装
,尤其涉及一种高密度封装及其制造方法。
技术介绍
随着现代微电子技术的发展,电子设备对多功能性、高可靠性、轻巧微型化等特性的要求越来越高。微电子封装为半导体芯片与电路基板提供了彼此间的机械互连和电学连接,同时对芯片提供保护并改善半导体芯片与电路基板互连所存在的电迁移、热失配等问题。作为微电子高密度封装的主流技术,微凸点互连具备良好的电学性能、抗电迁移能力,同时使得高密度、窄节距的电学互连封装得以实现和发展,并广泛应用在基于micro-LED的微显示、基于光传感面阵的高密度紫外、红外及可见光成像装置等。微显示和面阵成像装置都对显示或者传感的精度和良率要求越来越高,也就是对实现该器件的凸点倒装的密度和良率要求越来越高。高密度阵列封装一般采用类似铜柱锡帽的工艺,通过回流来实现基板与芯片的连接。然而,由于铜柱凸块之间的距离太短,对准焊接回流时,熔融状态的焊料容易溢出并蔓延至阵列间距中,导致短路、桥接而半导体器件失效。而且,高密集度的铜柱易出现高度均一性不好、不平整的问题,高矮不一致的铜柱使得半导体芯片与电路基板对准互连时,某些阵点可能无法上下相接触而造成阵点连接失效即虚焊,封装结构的共面性不好。此外,回流后焊料凸块的表面接近球面,上下结构对准互连时,可能会沿着球面滑移而向侧面偏离导致整体封装结构的可能失效。实际封装过程中,芯片一般都会存在一定的翘曲度问题,当翘曲度较大时,可能无法对其进行正常的焊接封装。
技术实现思路
鉴于以上现有技术的不足,本专利技术的目的在于提供一种高密度封装。本专利技术的另一目的是要提供一种制作该高密度封装的方法。为实现提供一种高密度封装的目的,本专利技术的技术方案为:一种高密度封装,包含基板和芯片,基板与芯片通过凸点阵列连接,基板(或芯片)部分设置有硬质金属的空心柱,提供一个凹槽;芯片(或基板)部分有硬质金属凸点;硬质金属凸点一一对应地插入于硬质金属空心柱中;硬质金属凸点外壁或顶部与硬质空心柱内壁或底部通过凹槽中的金属焊料实现连接;优选的,所述硬质金属空心柱的上表面为漏斗状开口,其斜面倾斜角度约为45°;进一步,在所述空心柱的漏斗开口顶部硬质金属上还沉积或者电镀有焊料层,基板与芯片键合时,凸点插入空心柱,高温加热使焊料熔融并沿着斜面向下流入空心柱,实现基板与芯片的互连;或者,在所述硬质金属凸点顶部还有焊料金属帽,基板与芯片键合时,凸点插入空心柱后,高温加热使焊料金属在空心柱中熔融,实现基板与芯片的互连。优选的,所述凸点硬质金属为Cu或Au,所述焊料为Sn、In,或含Sn、In的金属合金。具体的,所述空心柱的凹槽截面尺寸大于凸点的横截面尺寸,优选的,凹槽的截面对角线宽度约为5μm,凸点的对角线宽度约为3μm。为实现本专利技术提供一种高密度封装制造方法的目的,本专利技术的技术方案为:一种高密度封装的制造方法,包括如下步骤:步骤S1:在基板部分设置大量硬质金属空心柱;步骤S2:在芯片部分设置大量硬质金属凸点,与基板上的空心柱相一一对应;步骤S3:在空心柱或凸点上电镀或者沉积软质金属焊料,将凸点对应插入于空心柱中;步骤S4:加热使焊料熔融回流,实现凸点与空心柱的连接。相对于现有技术,本专利技术所述技术方案的有益效果在于:本专利技术采用硬质金属凸点、硬质凹槽和焊料相结合,通过凹槽限制了焊料的蔓延解决了传统封装因焊料蔓延而导致的短路、桥接问题,通过焊料熔融后表面高度调节解决凸点高度不一致和芯片翘曲导致的共面性问题,从而可以提高封装密度和互连的良率。本专利技术的优选方案中硬质凹槽顶部开口为漏斗状的斜面形貌,可以提供更大的焊料容纳空间,从而以较低的凹槽深度提供更好的共面性容差。同时,凸点可沿着凹槽的斜面开口缓慢滑入于凹槽之中,解决了传统封装中的对准互连时凸点沿着回流后的焊料球面滑移问题,提高了高密度封装的对准精度。上述芯片与基板依靠凸点插入凹槽中,再通过软焊料实现电学与机械互连,比传统的直接倒装对准焊接具有更大的相互接触面积。一方面,提高了基板与芯片互连的可靠性和稳定性;另一方面,有利于工作电流的分散开,降低电迁移和热迁移所造成的风险。综上,本专利技术有助于达到更高密度的封装,可进一步推动电子器件的微型化发展。附图说明图1为实施例1的一种高密度封装结构示意图;图2~图6为实施例1的一种高密度封装结构单元的主要制造步骤示意图;图7为实施例2的一种高密度封装结构示意图;图8~图12为实施例2的一种高密度封装结构单元的主要制造步骤示意图;图13~图14为实施例3的一种高密度封装结构单元的主要制造步骤示意图。附图标记:100——基板、110——金属焊盘、200——钝化层、210——光刻胶、300——凸点下金属化层、400——光刻胶、500——凹槽(金属空心柱)、600——芯片、610——金属焊盘、700——凸点具体实施方式下面参照附图,结合具体实施例,对本专利技术做进一步的详细说明。实施例1请参阅图1,其是本专利技术一种高密度封装的实施例1的结构示意图。所述高密度封装包含基板100和芯片600:基板100上设置有硬质金属凹槽500;芯片600上设置有硬质金属凸点700,凸点顶部覆盖有一层焊料。硬质金属凸点700一一对应地插入于硬质金属空心柱凹槽500中,硬质金属凸点顶部与硬质空心柱底部通过凹槽中的金属焊料实现连接。以上所述硬质金属凸点700为Cu或Au,所述的焊料为Sn、In或者是含Sn、In的金属合金,如SnAg,SnAgCu,或者AuSn,SnBi等。本实施例中空心柱凹槽500的界面尺寸大于凸点700的横截面尺寸,从而可以使硬质凸点700插入到凹槽500内。优选之一,凹槽500内壁为圆形,凸点700也为圆形,凹槽的直径为5μm,深度为10μm,硬质凸点直径为3μm,高度为10μm。如图1所示,由于翘曲等因素的影响,中间的单元凸点插入最深,焊料沿着凸点700与凹槽500间的缝隙向上蔓延,但焊料最高高度不超过凹槽;边上单元凸点插入最浅,凸点插入接近凹槽的底部。以下详细说明本专利技术实施例1的高密度封装的制造步骤。请参阅图2到图6,其是一个凸点单元和对应凹槽单元的制造步骤示意图。步骤S1:在基板100部分设置大量硬质金属空心柱500。具体如下:如图2所示,基板100可以为硅、硅锗化合物、绝缘衬底上硅等半导体材料,也可以是陶瓷材料,基板上有金属布线层,布线层上为钝化层200,钝化层形成多个开口,开口的位置与金属焊盘110的位置分别对应,从而露出金属焊盘110。在钝化层200和金属焊盘110表面沉积凸点下金属化层300。所述凸点下金属化层300可以选用但不局限于Ti/Pt/Au,Ni/Au,TiW/Au等组合中的一种。如图3所示,利用匀胶机在所述凸点下金属化层300表面旋涂光刻胶400,再利用光刻版作为掩模曝光,显影,使光刻胶400图案化,形成环状窗口图形410。所述环状可以是圆环、矩形环或多边形环。如图4所示,在所述窗口410中电镀Cu,高度为6-10μm。然后,去除剩余光刻胶以露出凸点下金属化层300的表面,并以电镀Cu为掩模去除光刻胶层下的凸点下金属化层。形成中空结构的铜柱,即凹槽500,凹槽的截面对角线宽度约为5μm,凹槽深度为10μm。步骤S2:在芯片部分设置大量硬质金属凸点。具体如下:本文档来自技高网...
一种高密度封装及其制造方法

【技术保护点】
一种高密度封装,包含基板和芯片,基板与芯片通过凸点阵列连接,其特征在于:基板(或芯片)部分设置有硬质金属的空心柱,提供一个凹槽;芯片(或基板)部分有硬质金属凸点;硬质金属凸点一一对应地插入于硬质金属空心柱中;硬质金属凸点外壁或顶部与硬质空心柱内壁或底部通过凹槽中的金属焊料实现连接。

【技术特征摘要】
1.一种高密度封装,包含基板和芯片,基板与芯片通过凸点阵列连接,其特征在于:基板(或芯片)部分设置有硬质金属的空心柱,提供一个凹槽;芯片(或基板)部分有硬质金属凸点;硬质金属凸点一一对应地插入于硬质金属空心柱中;硬质金属凸点外壁或顶部与硬质空心柱内壁或底部通过凹槽中的金属焊料实现连接。2.根据权利要求1所述的一种高密度封装,其特征在于:所述硬质金属空心柱的上表面为漏斗状开口,其斜面倾斜角度约为45°。3.根据权利要求2所述的一种高密度封装,其特征在于:在所述空心柱的漏斗开口顶部硬质金属上还沉积或者电镀有焊料层,基板与芯片键合时,凸点插入空心柱,高温加热使焊料熔融并沿着斜面向下流入空心柱,实现基板与芯片的互连。4.根据权利要求1所述的一种高密度封装,其特征在于:在所述硬质金属凸点顶部还有焊料金属帽,基板与芯片键合时,凸点插入空心柱后,高温加热使焊料金属在空心柱中熔融,实现基板与芯片的互连。5.根据权利要求4所述的一种高密度封装,其特征在于:所述凸点硬质金属为Cu或Au,所述焊料为Sn、In,或含Sn、In的金属合金。6.根据权利要求1所述的一种高密度封装,其特征在于:所述空心柱的凹槽截面尺寸大于凸点的横截面尺寸,优选的,凹槽的截面对角线宽度约为5μm,凸点的对角线宽度约为3μm。7.根据权利要求1所述的一种高密度封装,其特征在于:所述空心柱的凹槽深度和凸点的高度优选为10μm左右,凸点顶部的焊料金属帽约为6μm高。8.一种高密度封装的制造方法,其特征在于,包括如下步骤:步...

【专利技术属性】
技术研发人员:田仁宝周玉刚张荣
申请(专利权)人:南京大学
类型:发明
国别省市:江苏,32

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