TW564528B - Flip chip interconnection structure and method for forming same - Google Patents

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564528 A7 B7 五、發明説明（1 ) 本申請案主張美國專利60/188,57〇號『覆晶接合結 構』，申請曰為2000年3月1〇曰之優先權。本申請案與。 美國申凊代理人案號60084-300201『封裝結構及其封裝 方法』以及案號60084-300101『導線架型覆晶封裝及其製 程』一起提出申請；上述二申請案與本申請案有相同的申 請曰，其所有之内容併入參考。 本發明是有關於一種覆晶接合結構，且特別是有關於一 種利用接合表面（joint)上的機械形變（mechani'cai 46€〇!*111“丨011)與粗糙部進行接合之覆晶接合結構。 積體電路晶片（IC chip)基板之間的覆晶接合與已普遍應 用於電子封裝上。最常見的覆晶接合通常是將積體電路晶 片上。之凸塊材質熔融並與基板上的銲墊接合。雖然這個方 式捻供了堅固的接合，但是由於在熔融與固化 (sohchfication)的過程中會有橋接（即相鄰之接點問的短 路現象）的風險，故很難降低接合點的間距（pitch)。而另 姆種可仃的接合方式是貼附一層具有導電微粒之薄膜或膠 體、，藉由提供一壓縮薄膜或膠體之外力以使導電粒子聚集 而克成電性連接。這個方式雖可以降低接合點的間距，但 導電粒子所形成的電性連接會隨著時間而劣化，使得其信 賴性（reliability)受到限制。 本發明之特徵為-種形成覆晶接合結構的方法，藉由於 積體電路晶片上提供一第一構件，並於基板上提供一第二 構件，其中，第一構件包括具有低降伏強度與抗破壞高拉 伸形變f《可受壓變形材質，而第二構件表面上與第一構 X 297公釐） 本紙張尺度冑料 -4- 564528 五、發明説明（ 與第二槿侔刀/、有粗糙邵；施加一足夠的壓力於第一構件 上，使得第一構件因塑性形變而流入第二構件 又粗错邵間，且與第二構件之粗縫部接合。 ."勺λ施例中，第一構件是形成於積體電路晶片上 來材質二：是—組凸境中的一個凸塊；而凸塊可受壓變 ㈣貝包括金。在部分的實施例中 上之導腳〇ead)、銲塾或是介芦窗門口ίν.構件係4基底 萨明邱八^ 層開（〇pening)。本 發月邵刀的貫施例中，具有粗链部配置於其 件為一經過傳統表面處理之表面料（su如epac〇。一構 2月〈另―特徵為以上述方法製作之覆晶接合結構。 片上之”：：特徵為一種覆晶接合結構，包括附著於晶 及附著於基板上之第二構件，其中，第 -為-可受壓變形之材質，而第—構件與第二構件的 要二疋將弟-構件的可受壓變形材質與第二 粗糙邵以機械方式接合。 =發明之上述目的、特徵、和優點能更明顯易懂， 下又-較佳實施例’並配合所附圖式，作詳細說明如 圖式之簡單說明： 與第1Β圖緣示為依照本發明一較佳實施例中形 成覆日日接口結構的流程剖面示意圖； 第2Α圖與第2Β圖繪示為依照本發明第二個實施例 中形成覆晶接合結構的流程剖面示意圖； 第3Α圖與第3Β圖繪示為依照本發明第三個實施例中形 本紙張尺度適用巾S S轉準(CNS) Α4規格(2ι〇Χ297公爱)_ 裝 訂 5- 564528

成覆晶接合結構的流程剖面示意圖； 第4A圖與第4B圖输示為依照本發明第四個實施例 中形成覆晶接合結構的流程剖面示意圖； 第5时示為本發明覆晶接合結構中，其凸塊形狀之示 意圖；以及 第6圖繪示為本發明覆晶接合結構中，其凸埃形狀之示 意圖。 ， 圖式之標示說明： 10 ' 20 ' 30、40 :覆晶接合結構 12、22、32、44:第一構件 14、28、34、42:第二構件 1 6 :粗糙部 2 4 :第二構件之側壁 2 6 :第二構件之邊緣 36、38 :第一構件之側邊 46 ·弟一構件之上表面 較佳實施例 請參照第1A圖與第1B圖，圖中的覆晶接合結構1〇包 括-第-構件12與-第二構件14β第—構件12例如為積 體電路晶片上之凸塊’而第二構件14例如為基板上之導腳 或銲塾。第-構件12例如包括-具有低降伏強度與抗破壞 局拉伸形變量之軟性、可後壓變形之材質。第二構件14例 如包括一基板上經過傳統的表面處理之銲墊，且此銲墊之 特徵為表面上具有粗糙部16,為了方便表達將粗糙部16

564528 A7 B7 五、發明説明（4

誇張繪示於圖中。粗糙部16的尺寸通常約為1微米至25 微米之間。凸塊通常為軟性材質，也就是說，圖中所繪示 之凸塊在垂直分力約為2 5 〇克的情況下，可以承受的塑性 形變量約為2 5微米。本發明中，凸塊可以金作為其最常用 之材質。 就由將第一構件1 2與第二構件14互相壓合，以使得第 一構件12因塑性形變而流入粗糙部16間進而完成覆晶接 合。由於第一構件12具有足夠的高度與軟性特質， 故在％成接合後仍可允許相當程度之形變，以使其他凸塊/ 鲜整對（bump/p ad pair)接合上具有相同的成功機率。本 發明覆晶接合所需之壓力與溫度比傳統熱壓合製程中接合 材質之間壓合所需的壓力與溫度低許多。當接合腳數越高 時’壓力與溫度的降低更可以十分有效的避免掉晶片上之 損壞。 请參照第2A圖與第2B圖，其繪示為第二實施例之示意 圖。圖中的覆晶接合結構2〇係藉由第一構件22材質的塑 性泥動與第二構件或線路28之側邊24與邊緣26接合所 形成。第一構件材質2 2例如流動於側邊2 4附近的區域， 不會流入相鄰線路之間的區域，而會沿著同一平面之垂直 万向流動。覆晶接合結構2{)在不大量增加接合外力的情況 下增加了接合表面，因此可以提供了更堅固之覆晶接合。 第一構件22材質垂直於晶片表面之位移 ,對於共平面程度（c〇-Planarity)較差之 多材質接合表面（multiple mating surface)具有良好的容

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線 564528 五、發明説明（ 忍性（tolerance)。最後，藉由沿著與晶片表面垂直之平面 加上沿著與晶片表面平行之平面，可以保護晶粒與基板在 垂直方向上相對移動。 請參照第3A圖與第3B圖，其繪示為第三實施例之覆晶 結合結構30。覆晶接合結構30係藉由靠近第二構件34周 ，之第一構件32材質的塑性流動（pUstic fl〇w)而形成。 第二構件34具有一小於第一構件32的寬度，以使第一構 件3 2材質塑性流動於第二構件3 4的側邊3 6與側邊3 8。 請參照第4A圖與第48圖，其输示為第四實施例之覆晶 接合結構40。所繪示之第二構件42即導腳的幾何外形係 為鍥形（wedge) ’此鍥形導腳為最典型的『底切』形狀導 ，、，=於基板上進行蝕刻而形成。覆晶接合結構4〇係藉由 靠近第二構件42周圍之第-構件44的塑性流動形成。所 繪示之鎖形導腳並不限制其最小寬度，而是特別限制上表 面46的寬度必須能夠滿足傳統的銲線 程·。此外，覆晶接合結構40亦可以藉由直接接合於一鲜整 (ia pad)上或疋透過一介層窗開口下達於基底 中的較低層次（lower layer)上而形成。 上述第2A圖、第2B圖、第3A圖 '第3B @、第4A 圖以及第4B目之實施例中’其接合結構 c〇nfiguration)的接合允許施加較低的外力，例如與上述 第1A圖與第⑺圖中的結構比較，其所需施加的外力約低 兩倍。使用較小的外力進行壓合，在晶片壓合過程中可以 使得晶片的損壞減少。 本紙張尺度適财@ S家料格(⑽㈣7公爱) -8 Α7

較佳的實施例中，係· 於晶片與基板之間的卜二—（adhesive resin: 電性連接長騎使㈣脂在壓合固化後可使 成較佳二：ί:性更進—步地增進。黏著樹脂的形 結合-：完成：户面？合之前，而黏著樹脂的固化與覆晶 : 覆晶結合時提供之外力可以把接合表面 1«移開’以形成所要的機械性接合。另—可行 万法為，於覆晶接合後藉由底填製霜（<rnderf⑴ P r 〇 c e s s) &供一黏著樹脂於晶片與基板間。 所揭露之實施例中，第一構件12、22、32、44之材質 佳為鋼金屬、無電電鍍之鎳金合金（Ni/Au)或金。基板 《材質較佳為單面之RF5積層板或是雙面之藍四氮哇（BT)積層板。 凸鬼除了上述圖中所纟會示的以外，凸塊在壓合與變开)之 前：有各種具有矩形部分之結構；第5圖與第6圃繪示為 男用之凸塊結構。第5圖繪示為一階梯狀（sapped)凸 塊，凸塊鄰近晶片部分（凸塊基部，6。〇的寬度要比與基 板上壓合之部分（凸塊頂端，tip)的寬度來得寬。 第6圖繪示為鑲嵌凸塊（stud bump)結構，凸塊基部的周 圍為一圓形之輪廓且其寬度較凸塊頂部寬。上述二凸塊結 構，因為凸塊頂部具有較小的尺寸，故可以改善凸塊與基 板上接合的一致性（compliance),而因為凸塊基部具有較 之寬的輪廓，故可以提供良好的結構穩定性（structural stability) 〇 如上述，第二構件可以是一導腳或是一銲塾，而凸塊可 L______ -9- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210X 297公釐）

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線 564528 A7 ----------B7 五、發明說明（7 ) 八ίδ於一與介層窗開口電性連接之傳統銲塾上；但在部 二例中’第二構件本身可以為-介層窗開口。本發明 ^例中，覆晶接合結構可以直接於凸塊與介層窗開口 足3形成，將凸塊壓合在介層窗中與邊緣之導電材質上， 而：是將凸塊壓合於與介層窗開口電性連接且有一段距離 之銲墊上。如此將可更有效的應用晶片上的面積。介層窗 開口的開口尺寸通常較凸塊頂部小，以致於凸塊可以^接 <在；I層®開口上，並變形填入介層窗開口中以形成覆晶 接口，在功效上而τ ,此架構中介層窗開口的功用與粗糙 部相同，其中，凸塊較介層窗開口小可以被填入介層窗開 口中’故接合的部分會在介層窗開口的邊緣（側壁）形成。 雖然本發明已以一較佳實施例揭露如上，然其並非用以 限定本發明，任何熟習此技藝者，在不脫離本發明之精神 和範圍内，當可作各種之更動與潤飾，因此本發明之保護 範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。 ____-10- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) Α4規格(210X297公釐）

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Claims (1)

1. 564528 第090105528號專利申請案 中文申請專利範圍替換本(92年丨〇月） A8 B8 C8

   、i 一一·:{* *· 2 1 · 一種形成覆晶接合結構之方法，包含·· ym I 並於一基底上 一可受壓變形 構件接合的部分 於一積體電路晶片上提供一第一構件，並 提供一第二構件，其中，該第一構件包括一 之材質’而該第二構件表面上與該第一構件 具有複數個粗糙部；以及 施加一足夠的壓力於該第一構件與該第二構件上，使 得該第一構件塑性形變而與該些粗糙部接合。 2·如申請專利範圍第i項之形成覆晶接合結構之方法，其 中該第一構件係為一形成於該積體電路晶片上之凸塊。 3·如中請專利範圍第1項之形成覆晶接合結構之方法，其 中該第一構件之可受壓變形材質包括金。 4 ·如申請專利範圍第1項之形成覆晶接合結構之方法，其 中該弟一構件係為一表面鲜塾。 5 ·如申請專利範圍第1項之形成覆晶接合結構之方法，其 中該第二構件係為一導腳。 6·如申請專利範圍第1項之形成覆晶接合結構之方法，其 中該第二構件係為一介層窗開口。 7 ·如申請專利範圍第1項之形成覆晶接合結構之方法，其 中該第二構件係經過一電鍍處理。 8 ·如申請專利範圍第2項之形成覆晶接合結構之方法，其 中該凸塊包括一組凸塊中之一個凸塊。 9· 一種覆晶接合結構，包含： 一附著於晶片上之第一構件，以及一附著於基板上之 第二構件，其中，該第一構件為一可受壓變形之材質， 本纸張尺度適用中國8家標準(CNS) a4規格⑽x撕公爱) r564528 Λ8 B8 C8 D8

   申請專利範圍 而該第一構件與該第二構件的接合是將該第一構件之該 了文壓麦形材質與該第二構件表面上的複數個粗縫部以 一機械方式接合。 10·如中請專利範圍第9項之覆晶接合結構，其中該第一構 件係為一形成於該積體電路晶片上之凸塊。 11. 如申請專利範圍第9項之覆晶接合結構，其中該第一構 件之可受壓變形材質包括金。 12. 如申請專利範圍第9項之覆晶接合結構，其中該第二構 件係為一表面銲塾。 13·如申請專利範圍第9項之覆晶接合結構，其中該第二構 件係為一導腳。 14·如申凊專利範圍第9項之覆晶接合結構，其中該第二構 件係為一介層窗開口。 15·如申請專利範圍第9項之覆晶接合結構，其中該第二構 件係經過一電鍍處理。 16·如申請專利範圍第丨〇項之覆晶接合結構，其中該凸塊包 括一組凸塊中之一個凸塊。 -2- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公着)