[发明专利]基于S型铜布线的芯片级三维柔性封装结构

说明书

技术领域

 本发明涉及芯片封装结构，尤其是一种基于S型铜布线的芯片级三维柔性封装结构。

背景技术

目前消费类电子产品持续向着轻、薄、短、小与多功能集成的方向飞速发展，同时面对电子产品低成本要求，一方面，芯片级封装 （WLP）得到了高速发展；另一方面，系统级封装（SiP）成为了发展的必然趋势。同时，倒装芯片（FC）技术以其高密度、高速度等优越性作为一级互连技术在各类先进封装中得到了广泛应用，如前述的芯片级封装和系统级封装。传统的芯片级的倒装芯片结构是在硅芯片上淀积Si₃N₄钝化层，然后通过再分布铜布线实现把沿芯片上分布的焊接区域转换为在芯片表面上按平面阵列形式分布的焊料凸点焊区域，最后由焊料凸点实现与板级电路互连，整个芯片封装结构不能柔性变形。

故其不足之处在于：当电子元器件与基板焊接互连后，基板、焊料凸点和芯片的不同材料之间的热膨胀系数（CTE）不同会导致热不匹配现象的产生。这样，热循环过程中的热失配就会给芯片上的焊料凸点带来较大机械应力（主要是平面剪应力），进而造成基板的变形或焊料凸点与基板间的微裂纹，从而引发可靠性问题，对大尺寸的封装尤为严重。

在当前的实际应用中，为了解决该问题，通常采用底部填充技术，即在封装体底部的焊料凸点间空隙填充上特定的材料，以补偿由于机械震动冲击、电源或温度周期变化所引起的焊料凸点与基板间的热失配应力，常用的填充材料为环氧树脂。尽管底部填充技术可以在一定程度上解决上述可靠性问题。但由于底部填充技术与表面组装技术（SMT）工艺不兼容，当FC和WLP与印制电路板（PCB）上其它元器件一并组装并经再流焊后，必须在线进行底部填充、固化后才能完成后续工艺。这无疑在增加工艺制作成本的同时大大延长了生产周期。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的不足，而提供一种可靠性高、生产成本低、生产周期短的基于S型铜布线的芯片级三维柔性封装结构。

本发明的目的通过以下技术方案来实现：

一种基于S型铜布线的芯片级三维柔性封装结构，包括设有钝化层的硅芯片、铜接线柱、再分布铜布线、凸点下金属层（UBM）、焊料凸点和阻焊层，硅芯片焊盘区域与铜接线柱连接，所述凸点下金属层设置在再分布铜布线上并通过再分布铜布线与铜接线柱相连接，焊料凸点设置在凸点下金属层上，与现有技术不同的是：所述钝化层上设有柔性层，再分布铜布线设置在柔性层的表面上，再分布铜布线与凸点下金属层连接的一端设置为具有微弹簧效果的S形状，凸点下金属层旁边的柔性层上设有通孔，焊料凸点正下方的钝化层中设有空气隙。

    所述的通孔为两个，形状呈扇面形，两个通孔以凸点下金属层为圆心对称排列。

所述空气隙为圆桶形状。

所述扇面形外缘的半径与空气隙的半径相等。

    所述的柔性层为聚酰亚胺。

所述阻焊层设置在柔性层和再分布铜布线的表面上。

柔性层上再分布铜布线与凸点下金属层连接的一端设置为具有微弹簧效果的S形状使得焊料凸点在X-Y平面内具有柔性度；设置空气隙使得焊料凸点在Z轴方向上具有柔性度。当在热循环过程中热失配给焊料凸点带来较大机械应力时，X-Y平面内的S形铜布线结构和Z轴方向的空气隙可以使焊料凸点承受较大机械应力而不产生可靠性问题。

本发明提供了一种利用焊料凸点正下方空气隙和具有微弹簧效果的X-Y平面内再分布铜布线结构，使得三维方向上都具有柔性度的芯片级柔性封装结构，解决了热循环中基板、焊料凸点、芯片热不匹配引起的热应力导致的基板变形，或焊料凸点与基板间的微裂纹可靠性问题，并且取消了当前为解决热不匹配而引入的底部填充工艺。

本发明的优点有：首先，制备空气隙结构，使得焊料凸点下方具有一定范围与深度的空气隙，从而使得焊料凸点结构可以适应一定程度的Z轴方向上的变形，即保证焊料凸点结构在Z轴上具有一定的柔性度；其次，在X-Y平面方向上，采用S形再分布铜布线结构，使其效果如同平面范围内的微弹簧，进而实现X-Y平面上的柔性。最后，整个封装结构包括空气隙的制作工艺与传统芯片制造工艺兼容性强，采用淀积、光刻、刻蚀等工艺就可以完成，不必引入新的工艺技术而提高制造成本。故本发明三维柔性封装结构完全可以解决热循环中基板、焊料凸点、芯片热不匹配引起的热应力导致的基板变形，或焊料凸点与基板间的微裂纹的可靠性问题，并且取消了现有技术中为解决热不匹配而引入的底部填充工艺，大大减少了工艺制造的成本和生产周期。

附图说明