焊盘上凸块（BOP）接合结构制造技术

本发明专利技术描述的实施方式提供了封装体和接合衬底之间接合结构的增大的重叠表面区域。通过使用封装体和/或接合结构上的伸长的接合结构并且通过使这些接合结构定向，接合结构设计成承受由热循环导致的接合应力以减少冷焊。本发明专利技术还公开了一种焊盘上凸块(BOP)接合结构。

【技术实现步骤摘要】
焊盘上凸块（BOP）接合结构本申请要求2012年7月31日提交的名称为“BumponPad(BOP)BondingStructure”的申请号为61/677,873的美国专利临时申请的利益，所述申请通过引用全部并入本文中。
本专利技术涉及半导体
，更具体地，涉及一种焊盘上凸块(BOP)接合结构。
技术介绍
半导体器件用于多种电子应用中，例如，个人电脑、手机、数码相机以及其他电子设备。半导体器件通常通过以下方式来制造：在半导体衬底上方顺序沉积绝缘层或者介电层、导电层以及半导体层的材料，并且使用光刻图案化各种材料层以在其上形成电路部件和元件。半导体产业通过继续减小最小部件尺寸来持续提高各种电子部件(例如，晶体管、二极管、电阻器、电容器等等)的集成密度，这允许更多部件集成到给定区域内。在一些应用中，这些较小的电子部件也需要比传统的封装体使用更小面积或者更小高度的更小的封装体。因此，已经开始研发新的封装技术。用于半导体器件的这些相对较新类型的封装技术面临制造挑战。
技术实现思路
为了解决现有技术中所存在的问题，根据本专利技术的一个方面，提供了一种封装结构，包括：具有连接结构的管芯封装体，所述连接结构包括铜柱，其中所述铜柱具有第一表面区域；衬底，具有填充金属垫上方的开口的焊料层，其中所述焊料层与所述金属垫直接接触，所述开口具有第二表面区域，所述金属垫具有第三表面区域，所述第一表面区域、所述第二表面区域以及所述第三表面区域中的至少之一具有伸长形状，其中所述第三表面区域宽于所述第二表面区域，并且所述焊料层与所述管芯封装体上的所述连接结构形成接合结构。在可选实施例中，所述开口被焊料层包围，所述焊料层可通过光刻被图案化。在可选实施例中，所述伸长形状的轴线基本指向所述管芯封装体的中心。在可选实施例中，所述第一表面区域和所述第二表面区域均具有伸长形状，所述第一表面区域和所述第二表面区域的轴线基本重叠并且指向所述管芯封装体的中心。在可选实施例中，所述伸长形状是跑道形状。在可选实施例中，所述第三表面区域也是伸长的，并且所述第三表面区域的轴线基本与所述第一和第二表面区域的轴线重叠。在可选实施例中，所述封装结构进一步包括另一接合结构，这两个接合结构之间的节距在大约30μm和大约200μm之间。在可选实施例中，所述伸长形状的宽度在大约10μm和大约100μm之间。在可选实施例中，所述衬底具有比所述管芯封装体高的热膨胀系数。在可选实施例中，在所述金属垫和相邻金属垫之间存在至少一根布线金属线；所述至少一根布线金属线具有与所述伸长形状的轴线平行的轴线。在可选实施例中，存在电连接至所述管芯封装体中的所述铜柱的金属垫，并且在该金属垫和相邻金属垫之间存在至少一根布线金属线，所述至少一根布线金属线具有与所述伸长形状的轴线平行的轴线。根据本专利技术的另一方面，还提供了一种封装结构，包括：通过第一接合结构接合至衬底的封装体，其中，所述第一接合结构包括：接合至所述封装体中的第一金属垫的铜柱，所述封装体包括至少一个半导体管芯，形成在介电材料中的焊料填充开口，所述焊料填充开口形成在第二金属垫上方，所述焊料填充开口中的焊料层直接接触所述第二金属垫，所述铜柱的凸块、所述第一金属垫、所述焊料填充开口以及所述第二金属垫的轴线基本重叠并且所述铜柱的凸块、所述第一金属垫以及所述焊料填充开口中的至少一个的轴线是伸长的并且指向所述封装体的所述中心。在可选实施例中，所述封装结构包括与所述第一接合结构相邻的第二接合结构，并且这两个相邻的接合结构的节距在大约30μm和大约200μm之间。在可选实施例中，在与所述第一金属垫或者所述第二金属垫相同的水平上存在至少一根布线金属线，所述至少一根布线金属线位于这两个接合结构之间。在可选实施例中，在所述铜柱和所述第一金属垫之间存在凸点下金属化(UBM)层。在可选实施例中，所述衬底包括选自双马来酰亚胺三嗪树脂(BT)树脂、FR-4、FR-5、陶瓷、玻璃、塑料以及胶带的材料。在可选实施例中，所述焊料填充开口由阻焊层围绕。在可选实施例中，所述铜柱的所述凸块、所述第一金属垫、所述焊料填充开口以及所述第二金属垫都具有伸长形状。在可选实施例中，所述伸长形状成形为跑道形状。在可选实施例中，所述铜柱的所述凸块和所述焊料填充开口是伸长的。附图说明为更完整的理解实施例及其优点，现将结合附图所进行的以下描述作为参考，其中：图1A是根据一些实施例的封装结构的立体图；图1B示出根据一些实施例的在封装体和衬底接合在一起之前部分封装体和部分衬底的截面图；图1C示出根据一些实施例的部分衬底的截面图；图2A示出根据一些实施例的具有互连金属线的金属垫的俯视图；图2B示出根据一些其他实施例的具有互连金属线的金属垫的俯视图；图3A是根据一些实施例的在接合之前封装体和衬底的截面图；图3B示出根据一些实施例的图3A的铜柱和阻焊开口的俯视图；图3C是根据一些实施例的封装体和衬底后接合的截面图；图3D是根据一些实施例的图3C的铜柱和阻焊开口的俯视图；图4A是根据一些实施例的封装体和衬底后接合的截面图；图4B示出根据一些实施例的图4A的铜柱和阻焊开口的俯视图；图5A是根据一些实施例的封装体和衬底后接合的截面图；图5B示出根据一些实施例的图5A的铜柱和阻焊开口的俯视图；图6示例性示出根据一些实施例的封装体上的伸长铜柱；图7A-图7F示出根据一些实施例的在接合之前，封装体的铜柱以及衬底的阻焊开口和金属垫的各种布置的俯视图；以及图8示出根据一些实施例的封装体的铜柱和金属垫的俯视图。除非另有说明，不同附图中的相应标号和符号通常指相应部件。将附图绘制成清楚地示出实施例的相关方面而不必须成比例绘制。具体实施方式下面，详细讨论本专利技术实施例的制造和使用。然而，应该理解，本专利技术提供了许多可以在各种具体环境中实现的可应用的专利技术构思。所讨论的具体实施例是示例性的，而不限制本专利技术的范围。图1A是根据一些实施例的包括接合至衬底(或者接合衬底)120的封装体110的封装结构100的立体图，衬底120进一步接合至衬底130。封装体110至少包括半导体管芯(未示出)。半导体管芯包括如半导体集成电路制造中采用的半导体衬底，并且集成电路可形成在其中和/或其上。所述半导体衬底指包括半导体材料但不限于体硅，半导体晶圆，绝缘体上硅(SOI)衬底，或者硅锗衬底的任何结构。包括III族、IV族和V族元素的其他半导体材料也可使用。所述半导体衬底可进一步包括多个隔离部件(未示出)，例如，浅沟槽隔离(STI)部件或者硅的局部氧化(LOCOS)部件。所述隔离部件可限定并且隔离各种微电子元件。可形成在半导体衬底中的各种微电子元件的实例包括晶体管(例如，金属氧化物场效应晶体管(MOSFET)、互补金属氧化物半导体(CMOS)晶体管)、双极结型晶体管(BJT)、高压晶体管、高频晶体管，p-沟道和/或n-沟道场效应晶体管(PFET/NFET)；电阻器、二极管；电容器；电感器；熔丝；以及其他合适的元件。实施各种工艺(包括沉积、蚀刻、注入、光刻、退火和/或其他合适的工艺)以形成微电子元件。微电子元件被互连以形成集成电路器件，例如，逻辑器件、存储器件(例如，SRAM)、RF器件、输入/输出(I/O)器件、系统级芯片(SoC)器件、它们的组合，以及其他合本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种封装结构，包括：具有连接结构的管芯封装体，所述连接结构包括铜柱，其中所述铜柱具有第一表面区域；衬底，具有填充金属垫上方的开口的焊料层，其中所述焊料层与所述金属垫直接接触，所述开口具有第二表面区域，所述金属垫具有第三表面区域，所述第一表面区域、所述第二表面区域以及所述第三表面区域中的至少之一具有伸长形状，其中所述第三表面区域宽于所述第二表面区域，并且所述焊料层与所述管芯封装体上的所述连接结构形成接合结构。

【技术特征摘要】
2012.07.31 US 61/677,873;2013.01.03 US 13/733,6921.一种封装结构，包括：具有连接结构的管芯封装体，所述连接结构包括铜柱，其中所述铜柱具有第一表面区域；衬底，具有填充金属垫上方的开口的焊料层，其中所述焊料层与所述金属垫直接接触，所述开口具有第二表面区域，所述金属垫具有第三表面区域，所述第一表面区域、所述第二表面区域以及所述第三表面区域中的至少之一具有伸长形状，其中所述第三表面区域宽于所述第二表面区域，并且所述焊料层与所述管芯封装体上的所述连接结构形成接合结构。2.如权利要求1所述的封装结构，其中，所述开口被焊料层包围，所述焊料层可通过光刻被图案化。3.如权利要求1所述的封装结构，其中，所述伸长形状的轴线指向所述管芯封装体的中心。4.如权利要求1所述的封装结构，其中，所述第一表面区域和所述第二表面区域均具有伸长形状，所述第一表面区域和所述第二表面区域的轴线重叠并且指向所述管芯封装体的中心。5.如权利要求1所述的封装结构，其中，所述伸长形状是跑道形状。6.如权利要求4所述的封装结构，其中，所述第三表面区域也是伸长的，并且所述第三表面区域的轴线与所述第一表面区域和所述第二表面区域的轴线重叠。7.如权利要求1所述的封装结构，进一步包括另一接合结构，这两个接合结构之间的节距在30μm和200μm之间。8.如权利要求1所述的封装结构，其中，所述伸长形状的宽度在10μm和100μm之间。9.如权利要求1所述的封装结构，其中，所述衬底具有比所述管芯封装体高的热膨胀系数。10.如权利要求1所述的封装结构，其中，在所述金属垫和相邻金属垫之间存在至少一根布线金属线；所述至少一根布线金属线具有与所述伸长形状的轴线平行的轴线。11...

【专利技术属性】
技术研发人员：庄曜群，庄其达，郭正铮，陈承先，
申请(专利权)人：台湾积体电路制造股份有限公司，
类型：发明
国别省市：