防止导通孔电性断裂的半导体封装构造制造技术

本发明专利技术揭示一种防止导通孔电性断裂的半导体封装构造，包含一元件基板、复数个形成于元件基板中的气囊导通孔、一重配置金属层以及一保护层。元件基板的一表面上设置有复数个焊垫。每一气囊导通孔包含一贯穿孔、一孔壁金属层以及一孔底金属层，贯穿孔以对准焊垫的方式贯穿元件基板，孔壁金属层形成于贯穿孔的内侧面，孔底金属层形成于贯穿孔的内底面，以贴附地接合焊垫并连接孔壁金属层。重配置金属层设置于元件基板的另一表面上并连接孔壁金属层。保护层形成于该另一表面上并覆盖重配置金属层同时封闭贯穿孔的开口，借此能降低热应力对于导电贯孔的破坏。

【技术实现步骤摘要】
防止导通孔电性断裂的半导体封装构造
本专利技术有关于具有导电贯孔的半导体封装领域，特别是有关于一种防止导通孔电性断裂的半导体封装构造，可应用于影像感测芯片、光电芯片、微机电芯片、集成电路芯片等芯片的封装技术，并可适用于芯片尺寸封装构造(ChipScalePackage,CSP)、扇出型晶圆级封装构造(Fan-OutWaferLevelPackage,FOWLP)、球格阵列封装构造(BGApackage)等封装型态。
技术介绍
在先进半导体封装领域中，硅穿孔(TroughSiliconVia,TSV)、模封导通孔(TroughMoldedVia,TMV)等导电贯孔的技术日渐重要，在工艺中纵向电性贯穿晶圆、晶圆型封装模片或面板型封装模片，以电性连接在元件基板的两相对表面的线路，而应用于元件基板可为IC芯片、CIS芯片、光电芯片、微机电芯片或其芯片尺寸封装构造、扇出型晶圆级封装构造。已知的导电贯孔结构是在贯穿孔内制作孔壁金属层与孔底金属层，并在孔内填入介电物质或镀满金属，故导电贯孔的刚性增大，容易受到热应力而断裂。在CIS晶圆的前段工艺中，制作的线路宽度往纳米化缩小发展，线路连接的金属垫尺寸也随之缩小，连接金属垫的硅穿孔尺寸(孔直径)也随之缩小，搭配不同的晶圆厚度而产出不同的孔深宽比(aspectratio)的导电贯孔。当硅穿孔尺寸越小，配合在工艺能力限制下的晶圆厚度，相对使得孔深宽比就变得越大。孔深宽比越大时，不仅制作难度变高，硅穿孔电性断裂的问题就变得越严重。依照目前工艺能力，当金属垫的长宽尺寸为100~110微米，现有的硅穿孔尺寸的直径可以缩小到不小于60微米，硅材质的晶圆厚度可以研磨到100~120微米，即孔深宽比小于2时可以有理想状态量产能力，当孔深宽比大于2且硅穿孔尺寸的直径小于60微米时，硅穿孔电性断裂的问题会导致量产良率与产品可靠度明显下降。
技术实现思路
为了解决上述的问题，本专利技术的主要目的在于提供一种防止导通孔电性断裂的半导体封装构造，能降低热应力对于导电贯孔的破坏。特别在孔深宽比与孔底尺寸的特定条件下，可以减轻导通孔内的热应力并加强导通孔内金属层的抗应力强度，使得以导通孔双面电性连接的半导体封装构造的尺寸可进一步缩小。本专利技术的目的及解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。本专利技术揭示一种防止导通孔电性断裂的半导体封装构造，包含一元件基板、复数个气囊导通孔、一重配置金属层以及一保护层。该元件基板具有一第一表面与一第二表面，该第一表面上设置有复数个焊垫。该些气囊导通孔形成于该元件基板中，每一气囊导通孔包含一贯穿孔、一孔壁金属层以及一孔底金属层，该气囊导通孔并具有一朝向该第二表面的开口，该些贯穿孔以对准该些焊垫的方式由该第二表面至该第一表面贯穿该元件基板，该些孔壁金属层形成于该些贯穿孔的内侧面，该孔底金属层形成于该些贯穿孔的内底面，以贴附地接合该些焊垫并连接该些孔壁金属层。该重配置金属层设置于该第二表面上并连接该些孔壁金属层。该保护层形成于该第二表面上并覆盖该重配置金属层。其中，每一贯穿孔具有一开孔尺寸、一孔底尺寸以及一孔壁深度，该开孔尺寸与该孔底尺寸的比值介于0.9~1.1，该孔壁深度与该开孔尺寸的比值介于2~6，并且该孔底尺寸介于10~60微米。本专利技术另揭示一种防止导通孔电性断裂的半导体封装构造，包含一元件基板、复数个气囊导通孔、一重配置金属层以及一保护层。该元件基板具有一第一表面与一第二表面，该第一表面上设置有复数个焊垫。该些气囊导通孔形成于该元件基板中，每一气囊导通孔包含一贯穿孔、一孔壁金属层以及一孔底金属层，该气囊导通孔并具有一朝向该第二表面的开口，该些贯穿孔以对准该些焊垫的方式由该第二表面至该第一表面贯穿该元件基板，该些孔壁金属层形成于该些贯穿孔的内侧面，该孔底金属层形成于该些贯穿孔的内底面，以贴附地接合该些焊垫并连接该些孔壁金属层。该重配置金属层设置于该第二表面上并连接该些孔壁金属层。该保护层形成于该第二表面上并覆盖该重配置金属层。其中，该保护层更封闭该些气囊导通孔的该些开口而不填入该些贯穿孔，以使该些气囊导通孔内空气与外部阻绝。其中，该孔底金属层的厚度小于该孔壁金属层的厚度，该孔底金属层的厚度介于1~3微米，并且该孔底金属层与该孔壁金属层暴露于该些气囊导通孔内的空气中。本专利技术的目的及解决其技术问题还可采用以下技术措施进一步实现。在前述半导体封装构造中，该保护层可更封闭该些气囊导通孔的该些开口而不填入该些贯穿孔，以使该些气囊导通孔内空气与外部阻绝。在前述半导体封装构造中，该些气囊导通孔内气压可不小于一大气压。在前述半导体封装构造中，该些气囊导通孔内具有空气的空腔长度可介于该孔壁深度的80%~100%。在前述半导体封装构造中，该保护层可为液态涂布的防焊漆层。在前述半导体封装构造中，该元件基板可选自于影像感测芯片、光电芯片、微机电芯片、芯片尺寸封装体与扇出型晶圆等级封装体的其中之一。在前述半导体封装构造中，该孔底金属层的厚度可小于该孔壁金属层的厚度而介于1~3微米。在前述半导体封装构造中，该第一表面可包含一元件设置区，可另包含有一迭压板，可借由一粘着层压合贴附于该第一表面上。在前述半导体封装构造中，该粘着层可具有一窗形孔，以显露该元件设置区。在前述半导体封装构造中，该元件设置区可包含复数个影像感测元件，该叠压板可为一透光片。借由上述的技术手段，本专利技术可以利用贯穿孔的尺寸限制或是导通孔内孔底金属层的厚度降低范围，用以增加导通孔的韧度，并降低导通孔内部的热应力(thermalstress)，当应用此一特定比例限制来缩小整个半导体封装结构的尺寸，并不会造成制造良率与产品可靠度的明显下降。特定比例的限制公式与可能实施技术手段如下所示：(1)0.9≦A/B≦1.1，其中A表示开孔尺寸，B表示孔底尺寸。不同的蚀刻机台可蚀刻出的不同的贯穿孔外形(profile)，本专利技术适用于垂直孔外形(verticalprofile)，亦适用于锥形孔外形(taperprofile)。(2)10µm≦B≦60µm，其中B表示孔底尺寸的直径。焊垫上虽会有表面覆盖层(passivation)做保护，但并非是全面性保护，某些实施例的焊垫会部分显露外出，以提供电性测试或是金属打线接合，故当贯穿孔的孔底坐落在非全面性保护的焊垫，以降低贯穿孔的开孔尺寸孔底尺寸的限定可以避免热应力与热膨胀系数的差异问题，防止在焊垫与孔底金属层的连接接口造成孔内垫断裂(padcrack)，也排除了漏电流的风险(leakagerisk)。(3)2≦H/A≦6，H表示孔壁深度，H/A表示孔深宽比。合并公式(1)、(2)的限制条件之后，进而令公式(3)的条件为实施可行。(4)降低孔底金属层的厚度在1~3um，用以减少应力(stress)。附图说明图1为依据本专利技术的第一具体实施例，一种防止导通孔电性断裂的半导体封装构造的截面示意图及贯穿孔放大图。图2为依据本专利技术的第二具体实施例，另一种防止导通孔电性断裂的半导体封装构造的截面示意图及贯穿孔放大图。附图标记说明D1开孔尺寸D2孔底尺寸D3孔壁深度100防止导通孔电性断裂的半导体封装构造110元件基板111第一表面112第二表面113焊垫114元件设置区115内绝缘层116表面覆盖层120气囊导通孔1本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种防止导通孔电性断裂的半导体封装构造，其特征在于，其包含：一元件基板，其具有一第一表面与一第二表面，该第一表面上设置有复数个焊垫；复数个气囊导通孔，形成于该元件基板中，每一气囊导通孔包含一贯穿孔、一孔壁金属层以及一孔底金属层，该气囊导通孔并具有一朝向该第二表面的开口，该贯穿孔系以对准该焊垫的方式由该第二表面至该第一表面贯穿该元件基板，该孔壁金属层形成于该贯穿孔的内侧面，该孔底金属层形成于该贯穿孔的内底面，以贴附地接合该焊垫并连接该孔壁金属层；以及一重配置金属层，设置于该第二表面上并连接该孔壁金属层；以及一保护层，形成于该第二表面上并覆盖该重配置金属层；其中，该贯穿孔具有一开孔尺寸、一孔底尺寸以及一孔壁深度，该开孔尺寸与该孔底尺寸的比值介于0.9~1.1，该孔壁深度与该开孔尺寸的比值介于2~6，并且该孔底尺寸介于10~60微米。

【技术特征摘要】
1.一种防止导通孔电性断裂的半导体封装构造，其特征在于，其包含：一元件基板，其具有一第一表面与一第二表面，该第一表面上设置有复数个焊垫；复数个气囊导通孔，形成于该元件基板中，每一气囊导通孔包含一贯穿孔、一孔壁金属层以及一孔底金属层，该气囊导通孔并具有一朝向该第二表面的开口，该贯穿孔系以对准该焊垫的方式由该第二表面至该第一表面贯穿该元件基板，该孔壁金属层形成于该贯穿孔的内侧面，该孔底金属层形成于该贯穿孔的内底面，以贴附地接合该焊垫并连接该孔壁金属层；以及一重配置金属层，设置于该第二表面上并连接该孔壁金属层；以及一保护层，形成于该第二表面上并覆盖该重配置金属层；其中，该贯穿孔具有一开孔尺寸、一孔底尺寸以及一孔壁深度，该开孔尺寸与该孔底尺寸的比值介于0.9~1.1，该孔壁深度与该开孔尺寸的比值介于2~6，并且该孔底尺寸介于10~60微米。2.如权利要求1所述的防止导通孔电性断裂的半导体封装构造，其特征在于，该保护层更封闭该气囊导通孔的该开口而不填入该贯穿孔，以使这些气囊导通孔内空气与外部阻绝。3.如权利要求2所述的防止导通孔电性断裂的半导体封装构造，其特征在于，该气囊导通孔内气压不小于一大气压。4.如权利要求2所述的防止导通孔电性断裂的半导体封装构造，其特征在于，该气囊导通孔内具有空气的空腔长度介于该孔壁深度的80%~100%。5.如权利要求2所述的防止导通孔电性断裂的半导体封装构造，其特征在于，该保护层为液态涂布的防焊漆层。6.如权利要求1所述的防止导通孔电性断裂的半导体封装构造，其特征在于，该元件基板选自于影像感测芯片、光电芯片、微机电芯片、芯片尺寸封装体与扇出型晶圆等级封装体的其中之一。7.如权利要求1所述的防止导通孔电性断裂的半导体封装构造，其特征在于，该孔底金属层的厚度小于该孔壁金属层的厚度而介于1~3微米。8.如权利要求1至7任一项所述的防止导通孔电性...

【专利技术属性】
技术研发人员：方立志，张家彰，徐宏欣，张文雄，锺基伟，连加雯，
申请(专利权)人：力成科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：中国台湾,71