[发明专利]倒装芯片结构和制造方法

说明书

技术领域

本发明通常涉及电子设备，特别地涉及电子封装和制造方法。

背景技术

倒装芯片(flip chip)微电子装配使用形成于芯片粘结垫或冲模 粘结垫之上的导电凸点，将面朝下(即：“倒装”)的电子元件直接电 连接到基片、电路板或载体上。相反地，传统的技术，即引线接合(wire bonding)使用的是用电线连接到每个芯片粘结垫的、面朝上的芯片。 与传统的封装相比，倒装芯片封装具有这样几个优点，其包括：尺寸、 性能、灵活性、可靠性和成本。

通常，倒装芯片元件是半导体设备，但是，制造者也将该技术用 于如：无源滤波器、检测器阵列和传感器设备等元件上。因为该芯片 是通过导电凸点直接连接到基片、电路板或载体上，因此倒装芯片也 被称作直接芯片连接(DCA)，这样一个更具说明性的术语。

在倒装芯片设备中，导电凸点可提供几种功能。电学上，这些凸 点提供从芯片到基片的导电通路。热学上，这些凸点提供导热通路以 将热能从芯片运到基片。机械学上，这些凸点成为芯片和基片之间的 物理组装的一部分。此外，这些凸点提供间隔或间隙(stand-off)特 征以阻止芯片和基片导体之间的电接触。

制造倒装芯片设备有三个常规阶段。这三个阶段包括：给该芯片 或晶片制作凸点，将该已制作凸点的芯片连接到底板或基片上，并且， 在大多数情况下，用非导电材料填充芯片下的剩余空间。本发明属于 第一个常规阶段，即：制作凸点。

用于形成倒装芯片凸点的现有技术方法包括：焊料凸点制作、镀 凸点制作(plated bumping)、螺柱凸点制作(stud bumping)和胶 凸点制作(adhesive bumping)。焊料凸点制作法首先要求通过溅射 法、电镀法或其他方法将凸点下金属(UBM)放置在粘结垫上。然后， 通过蒸发、电镀、丝网印刷焊膏(screen printing solder paste)或针 式沉淀，将导电焊料凸点沉淀在UBM上。

在镀凸点制作技术中，湿化学法被用于消除自然氧化层，并将导 电的金属凸点镀到粘结垫上。例如，通过给粘结垫进行无电镀镍，形成 已镀镍金的凸点，该粘结垫例如包括铝。在镀上期望厚度的镍以后， 增加浸金层以提供保护。

在螺柱凸点制作法中，改进的标准引线接合技术被用于典型的金 丝。该技术通过熔化金丝的末端以形成球面，从而为引线接合制造了 金球。该金球被连接在芯片粘结垫上，以此作为引线接合的第一部分。 为了形成金凸点而不是丝焊点(wire bond)，这些引线接合器被改进 以在将该球连接到芯片粘结垫之后折断该丝。

在胶凸点倒装芯片法中，使用漏印板以在覆盖于芯片粘帖垫之上 的UBM层上形成导电的胶凸点。该固化胶作为导电凸点。导电胶的 另一层被用于将该芯片连接到装配的下一级上。

如前所述，很显然，用于形成倒装芯片导电凸点的各种现有技术 方法包括广泛的加工工序，并且加入很昂贵的材料。这些工艺也包括 其他的或复杂的且能够导致晶片破裂或/和损坏的晶片处理工序，晶片 破裂或/和损坏又会对产量和设备性能产生有害的影响。而且，用在现 有技术工艺方法中的很多制造工序使用的是受环境限制并且有害的 化学原料。

因此，需要一种节省成本并且可靠的凸点结构和制造方法，它能 克服包括前面提到的那些现有技术中的问题。

附图说明

图1示出了根据本发明的倒装芯片结构的横截面视图；

图2示出了图1的结构的俯视图；

图3示出了根据本发明的另一个倒装芯片结构的横截面视图；

图4示出了包含图1的倒装芯片结构的电子封装的横截面视图；

图5示出了连接到装配的下一级的、图1的倒装芯片结构的横截 面视图；和

图6-11示出了根据本发明的各种凸点形状的实施方式的俯视图；

具体实施方式

为了便于理解，不必按原始比例画出附图中的单元，并且在所有 各个图中都在适当之处使用相同的单元标号来表示相同的或相似的 单元。并且，尽管下文将在半导体二极管结构中描述本发明，但是可 以理解：本发明适合于其它电子设备，其包括：无源元件、滤波器、 检测器阵列、传感器元件、集成电路元件，等等，或者适合于任何与 倒装芯片连接装配技术兼容的结构。