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制造技术

本发明专利技术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。

Process and structure of fine-spaced conductors for solid-state diffusion bonding on cladding interconnects

The present invention discloses a system_on_flex package for semiconductor packaging or flexible substrates, which includes a bonding structure that uses solid-state diffusion bonding to connect integrated circuits/wafers to pitch circuits. Complex conductors are formed on a substrate. Each conductor contains five different conductive materials with different melting points and plastic deformation characteristics. Conductive materials are optimized for diffusion bonding and welding of passive components.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】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
本专利技术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。
技术介绍
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(reeltoreel)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＝Doexp(-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(surfacefinish)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。
技术实现思路
本专利技术的主要目的，在于提供一种半导体封装的热压缩接合方法。本专利技术的另一目的，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。在本专利技术的一实施例中，半导体封装包含一可挠性基板；复数导线，设于可挠性基板上，每一导线包含至少五种不同导电材料，导电材料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；以及至少一晶粒，通过导线的至少其中之一的扩散接合设于基板上在本专利技术的一实施例中，用于扩散接合的基板的制作方法，包含下列步骤：提供一可挠性基板；以及形成复数导线在可挠性基板上，且形成导线在可挠性基板的步骤更包含下列步骤：电解电镀复数铜导线在可挠性基板上，铜导线的间距(pitch)为15-30微米(μm)；无电极电镀一镍磷合金层在铜导线的顶表面与侧表面上；无电极电镀一钯层在镍磷合金层上；以及在钯层上浸镀一金层。完成的导线适合热压接合设有金凸块的一晶粒，也适合锡铅凸块的表面安装。在本专利技术的一实施例中，半导体封装的制作方法，包含下列步骤：提供一基板；形成复数导线在基板上，形成导线在基板上的步骤更包含下列步骤：无电极电镀一镍磷种子层在基板上；电解电镀复数铜导线在镍磷种子层上，铜导线的间距(pitch)为15-30微米，每一铜导线的线宽为7.5微米，铜导线之间隔为7.5微米；无电极电镀一镍磷合金层在铜导线的顶表面与侧表面上；无电极电镀一钯层在镍磷合金层上；以及在钯层上浸镀一金层；形成一金凸块在一晶粒的表面上；以及利用金凸块的热压缩以扩散接合晶粒至导线的至少其一，以完成半导体封装。兹为使贵审查委员对本专利技术的结构特征及所达成的功效更有进一步的了解与认识，谨佐以较佳的实施例图及配合详细的说明，说明如后：附图说明图1A与图1B为本专利技术的热压缩的接合方法的结构剖视图。图2至图6为本专利技术的复数个实施例的结构剖视图。图7A至图7E为本专利技术的第一实施例的各步骤结构剖视图。图8A至图8F为本专利技术的第二实施例的各步骤结构剖视图。图9至图11为本专利技术的第一实施例或第二实施例的接合步骤的结构剖视图。图12为本专利技术的于固定时间及固定施力下的剪切强度的比较图。图13为本专利技术的于固定接合压力与时间下的剪切强度的比较图。图14为本专利技术的于固定接合压力与温度下的剪切强度的比较图。图15为本专利技术的第一实施例的介面接合强度曲线图。具体实施方式本专利技术提供一种利用固态扩散或热压接合以形成半导体封装的方法。鉴于传统在覆晶技术上较佳的电特性、铜柱与焊接互连技术，利用超薄镍磷沉积法来形成无电极电镀镍/无电极电镀钯/浸镀金(ElectrolessNickel/ElectrolessPalladium/ImmersionGold，ENEPIG)，以取代传统的电解表面处理(surfacefinish)技术。本专利技术提供一种ENEPIG制程的变化，其系能提供一种用于固态扩散接合的较佳接合结构。本专利技术提供一种半导体封装或可挠性基板上系统封装(system-on-flex)的制作方法，其中半导体封装由接合结构组成，以连接集成电路/晶片至精细间距电路，并将此些接合结构加热与压制成固态扩散结合关系。基板利用覆晶方式设于晶粒上。接合结构由复数在基板上的导线所形成，每一导线包含五种不同导电材质，导电材质具有不同熔点与不同塑性变形特性，导电材料针对晶片的扩散接合与被动元件或封装的焊接而最佳化。被动元件利用表面安装技术与晶片/集成电路邻接。利用镍磷种子层的全加成或半加成制程对导线进行电镀。本专利技术能使用卷对卷(reeltoreel)制造能力，降低接合间距(pitch)至小于16微米(μm)，使导线的长宽比(aspectratio)大于1。此方法并未限制在具有信号金属层的基板，且有很广泛的应用，包含多层可挠性基板与折迭可挠式封装。使用在导线上的扩散接合的方法尤其有助于制作许多装置，包含通讯装置、固定位置资料单元、可穿戴式电子装置、显示驱动器、互补式金氧半影像感测本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种半导体封装，其特征在于，包含：一可挠性基板；复数导线，设于该可挠性基板上，每一该导线包含至少五种不同导电材料，该些导电材料具有不同熔点与不同塑性变形特性，该些导电材料针对被动元件的扩散接合与焊接而最佳化；以及至少一晶粒，通过该复数导线的至少其中之一的该扩散接合设于该基板上。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.10.06 US 15/286,8491.一种半导体封装，其特征在于，包含：一可挠性基板；复数导线，设于该可挠性基板上，每一该导线包含至少五种不同导电材料，该些导电材料具有不同熔点与不同塑性变形特性，该些导电材料针对被动元件的扩散接合与焊接而最佳化；以及至少一晶粒，通过该复数导线的至少其中之一的该扩散接合设于该基板上。2.如权利要求1所述的半导体封装，其特征在于，该扩散接合为经由位于该晶粒上的一镀金凸块或一金柱凸块来进行。3.如权利要求1所述的半导体封装，其特征在于，最接近该扩散接合的每一该导线的一第一层包含金，该金的纯度为99.9％，硬度为100HV，厚度为0.03-0.1微米。4.如权利要求3所述的半导体封装，其特征在于，最接近该扩散接合的每一该导线的一第二层包含钯，该钯的纯度超过98％，其中有1-2％的磷，该钯的硬度为400-450HV，厚度为0.05-0.4微米。5.如权利要求4所述的半导体封装，其特征在于，每一该导线的一第三层包含镍，该镍的纯度超过90％，其中有8-10％的磷，该镍的硬度为500HV，厚度为0.5-5微米。6.如权利要求5所述的半导体封装，其特征在于，每一该导线的一第四层包含铜，该铜的纯度超过99.9％，硬度为100HV，厚度为2-12微米。7.如权利要求6所述的半导体封装，其特征在于，该基板上每一该导线的底层包含镍与磷，其厚度为0.09-0.11微米。8.如权利要求1所述的半导体封装，其特征在于，该可挠性基板包含至少一金属层与一介电材料，该介电材料包含聚酰亚胺、液晶聚合物、聚酯、聚萘二甲酸乙二醇酯、聚四氟乙烯或一层压基板，该层压基板包含环氧树脂和双马来酰亚胺三嗪树脂，或聚四氟乙烯或改性聚四氟乙烯。9.如权利要求1所述的半导体封装，其特征在于，该半导体封装整合于下列其中之一中：智能手机、平板电脑、笔记本电脑、超高画质电视、台式电脑、游戏系统、电子安装盒、服务器、摩托车、超音波处理机、医疗装置、电脑断层扫描器、通讯装置、固定位置资料单元、可穿戴式电子装置、显示驱动器、互补式金氧半影像感测器、基频处理器、能量管理单元、记忆体、中央处理器、图形处理器、特殊应用集成电路、发光二极管与射频装置。10.一种用于扩散接合的基板的制作方法，其特征在于，包含下列步骤：提供一可挠性基板；以及形成复数导线在该可挠性基板上，且形成该复数导线在该可挠性基板的步骤更包含下列步骤：电解电镀复数铜导线在该可挠性基板上，该复数铜导线的间距为15-30微米；无电极电镀一镍磷合金层在该复数铜导线的顶表面与侧表面上；无电极电镀一钯层在该镍磷合金层上；以及在该钯层上浸镀一金层，以形成适用于扩散接合的该基板。11.如权利要求10所述的用于扩散接合的基板的制作方法，其特征在于，该铜导线的纯度超过99.9％，硬度为100HV，厚度为2-12微米，较佳厚度为6微米。1...

【专利技术属性】
技术研发人员：潘宝梁，张志华，
申请(专利权)人：金柏科技有限公司，
类型：发明
国别省市：中国香港,81