免用焊料的金属柱芯片连接构造与方法技术

本发明专利技术是有关于一种免用焊料的金属柱芯片连接构造与方法，该芯片设有多个金属柱，每一金属柱具有一顶面与两平行侧壁。基板具有多个在上表面的接垫，每一接垫具有一凹穴底面与两侧凹穴侧。利用热、压力与超音波施加予芯片，令金属柱的顶面自我焊接至凹穴底面，金属柱的两平行侧壁的局部自我焊接至两侧凹穴侧，以使金属柱与接垫之间形成为无焊料的Ｕ形金属键合截面。因此，不需要使用焊料做芯片连接，特别运用于“金属柱焊接的芯片连接”产品能够节省焊料接合成本，并大幅提升焊点的结合强度与导电性。

Metal column chip connection structure and method without solder

The invention relates to a metal column chip connection structure and method without solder, wherein, the chip is provided with a plurality of metal columns, each metal column has a top surface and two parallel side walls. The base plate has a plurality of pads on the upper surface, each of which has a concave base and a concave side at both sides. The use of heat, pressure and ultrasonic are applied to the top surface of the metal column chip, self welded to the concave bottom surface, the local two parallel side wall of the metal column self welded to the concave side on both sides, so as to form a U shaped metal bond without solder joint section between metal column and pad. Therefore, there is no need to use solder for chip connection, especially for metal column welding chip connection products, which can save solder joint cost and greatly improve the bonding strength and conductivity of solder joints.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种半导体装置，特别是涉及一种免用焊料的金属柱芯片连接构造与 方法。
技术介绍
按，覆晶封装技术(Flip-Chip)是一种先进的芯片封装技术，能缩短了芯片与基 板之间的传输距离，具有更优于打线连接的电性性能而逐渐普及。特别是，IBM公司之后 更发展出一种创新的覆晶封装技术，将芯片上凸块采用金属柱取代以往的焊球，另以焊料 连接芯片上的金属柱与基板上的接垫，在回焊时不会有以往焊球成球的形状改变，故金属 柱的间距可容许缩小的更为密集(凸块间距可达到小于50微米，例如30微米)，达到更高 密度或是省略RDL(重配置线路层)的凸块配置，这种技术便称之为“金属柱焊接的芯片连 接，，，也就是所谓的 MPS-C2(Metal Post Solder-ChipConnection)技术。此一 MPS-C2 相关 技术已可见于美国专利 US 6,229,220 Bl 号“Bump structure, bump forming method and package connectirigbody，，。如图1所示，一种现有习知MPS-C2架构的金属柱芯片连接构造100主要包含一芯 片110与一基板120。该芯片110设有多个金属柱112，并突出于该芯片110的一表面111。 该基板120的一上表面121具有多个接垫122，并且分别对应于该些金属柱112。详细而言， 该些金属柱112藉由多个焊料150焊接于该些接垫122上，另形成有一底部填充胶140，用 以包覆该些金属柱112、该些接垫122与该些焊料150。而达成该芯片110与该基板120的 电性连接关系是以该些焊料150作为焊接界面，在材质与熔点上皆不同于该些金属柱112 与该些接垫122，易有焊点断裂与阻抗增加的风险。因此，传统的MPS-C2技术在该芯片110与该基板120结合会使用该些焊料150去 做芯片连接。其中，该些焊料150可选用锡球(solder ball)或其它不同于凸块成份的焊接 剂，故在芯片连接时又需要考虑到不同材质间的金属扩散与湿润性，常使用到镍(Ni)/金 (Au)等作为凸块表面镀层，增加不少的焊接成本。此外，在后续回焊步骤中，该些焊料150 在加热至回焊温度时，该些焊料150会熔化而具有流动性，当该些焊料150受到挤压或震动 会发生溢流的情况，更可能造成该些金属柱112焊接到错误的接垫122，则将导致电性连接 失败。由此可见，上述现有的芯片封装技术在结构与使用上，显然仍存在有不便与缺陷， 而亟待加以进一步改进。为了解决上述存在的问题，相关厂商莫不费尽心思来谋求解决之 道，但长久以来一直未见适用的设计被发展完成，而一般产品又没有适切结构能够解决上 述问题，此显然是相关业者急欲解决的问题。因此如何能创设一种新型的免用焊料的金属 柱芯片连接构造与方法，实属当前重要研发课题之一，亦成为当前业界极需改进的目标。有鉴于上述现有的芯片封装技术存在的缺陷，本专利技术人基于从事此类产品设计制 造多年丰富的实务经验及专业知识，并配合学理的运用，积极加以研究创新，以期创设一种 新型的，能够改进一般现有的芯片封装技术，使其更具有实用性。经过不断的研究、设计，并经过反复试作样品及改进后，终于创设出确具实 用价值的本专利技术。
技术实现思路
本专利技术的主要目的在于，克服现有的芯片封装技术存在的缺陷，而提供一种新型 的免用焊料的金属柱芯片连接构造，所要解决的技术问题是使其不需要使用以往的焊料做 芯片连接，以提升焊点的导电性，特别应用于MPS_C2(金属柱焊接的芯片连接)产品能够节 省使用焊料接合的成本，非常适于实用。本专利技术的另一目的在于，提供一种新型的免用焊料的金属柱芯片连接方法，所要 解决的技术问题是使其建立在金属柱与接垫之间无焊料的U形金属键合截面，大幅提升焊 点的结合强度，从而更加适于实用。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。依据本专利技术提 出的一种免用焊料的金属柱芯片连接构造，其包括一芯片，设有多个金属柱，突出于该芯 片的一表面，每一金属柱具有一顶面与两平行侧壁；以及一基板，具有一上表面以及多个在 该上表面的接垫，每一接垫具有一凹穴底面与两侧凹穴侧；其中，该芯片接合于该基板的上 表面，该些金属柱的顶面自我焊接至该些凹穴底面，该些金属柱的两平行侧壁的局部自我 焊接至该些两侧凹穴侧，以使该些金属柱与该些接垫之间形成为无焊料的U形金属键合截 面。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。前述的免用焊料的金属柱芯片连接构造，其中所述的U形金属键合截面为铜-铜 界面。前述的免用焊料的金属柱芯片连接构造，其中所述的芯片的该表面为一主动面。前述的免用焊料的金属柱芯片连接构造，其中所述的金属柱更贯穿该芯片。前述的免用焊料的金属柱芯片连接构造，其另包含一底部填充胶，形成于该芯片 与该基板之间，以密封该些金属柱。前述的免用焊料的金属柱芯片连接构造，其中所述的接垫的凹穴深度不大于该些 金属柱的高度的三分之一。本专利技术的目的及解决其技术问题还采用以下技术方案来实现。依据本专利技术提出的 一种免用焊料的金属柱芯片连接方法，其包括提供一芯片，设有多个金属柱，突出于该芯 片的一表面，每一金属柱具有一顶面与两平行侧壁；提供一基板，具有一上表面以及多个在 该上表面的接垫，每一接垫具有一凹穴底面与两侧凹穴侧；以及接合该芯片于该基板的上 表面，利用热、压力与超音波施加予该芯片令该些金属柱的顶面自我焊接至该些凹穴底面， 该些金属柱的两平行侧壁的局部自我焊接至该些两侧凹穴侧，以使该些金属柱与该些接垫 之间形成为无焊料的U形金属键合截面。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。前述的免用焊料的金属柱芯片连接方法，其中所述的U形金属键合截面为铜-铜 界面。前述的免用焊料的金属柱芯片连接方法，其中所述的芯片的该表面为一主动面。前述的免用焊料的金属柱芯片连接方法，其中所述的金属柱更贯穿该芯片。本专利技术与现有技术相比具有明显的优点和有益效果。由以上可知，为达到上述目 的，本专利技术提供了一种免用焊料的金属柱芯片连接构造，主要包含一芯片以及一基板。该芯 片设有多个金属柱，突出于该芯片的一表面，每一金属柱具有一顶面与两平行侧壁。该基板 具有一上表面以及多个在该上表面的接垫，每一接垫具有一凹穴底面与两侧凹穴侧。其中， 该芯片接合于该基板的上表面，该些金属柱的顶面自我焊接至该些凹穴底面，该些金属柱 的两平行侧壁的局部自我焊接至该些两侧凹穴侧，以使该些金属柱与该些接垫之间形成为 无焊料的U形金属键合截面。本专利技术另揭示上述免用焊料的金属柱芯片连接构造的连接方 法。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。在前述的金属柱芯片连接构造中，该U形金属键合截面可为铜-铜界面。在前述的金属柱芯片连接构造中，该芯片的该表面可为一主动面。在前述的金属柱芯片连接构造中，该些金属柱可更贯穿该芯片。在前述的金属柱芯片连接构造中，可另包含一底部填充胶，形成于该芯片与该基 板之间，以密封该些金属柱。在前述的金属柱芯片连接构造中，该些接垫的凹穴深度可不大于该些金属柱的高 度的三分之一。借由上述技术方案，本专利技术至少具有下列 优点及有益效果由以上技术方案可以看出，本专利技术的，有 以下优点本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种免用焊料的金属柱芯片连接构造，其特征在于其包括：一芯片，设有多个金属柱，突出于该芯片的一表面，每一金属柱具有一顶面与两平行侧壁；以及一基板，具有一上表面以及多个在该上表面的接垫，每一接垫具有一凹穴底面与两侧凹穴侧；其中，该芯片接合于该基板的上表面，该些金属柱的顶面自我焊接至该些凹穴底面，该些金属柱的两平行侧壁的局部自我焊接至该些两侧凹穴侧，以使该些金属柱与该些接垫之间形成为无焊料的Ｕ形金属键合截面。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：徐宏欣，柯志明，
申请(专利权)人：力成科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：71[中国|台湾]