[发明专利]混合互连技术

说明书

技术领域

本公开文本大致涉及集成电路封装。

背景技术

集成电路（IC）封装可以被认为是半导体器件制造的最终阶段。在制造过程的这个步骤中，IC芯片被安装在衬底上，形成了IC封装。不同类型的IC封装的示例包括双列直插封装（DIP）、插针网格阵列（PGA）封装、无引线芯片载体（LCC）封装、表面安装封装、小外形集成电路（SOIC）封装、塑料有引线芯片载体（PLCC）封装、塑料四方扁平封装（PQFP）、薄型小外形封装（TSOP）以及球栅阵列（BGA）封装。在倒装芯片球栅阵列（FCBGA）封装中，芯片被上下倒置并接合至BGA衬底。

发明内容

附图说明

图1示出处于接合温度的示例IC封装。

图2示出冷却之后的示例IC封装。

图3示出示例柱封装（pillar packaging）。

图4示出示例互连结构。

图5示出一种用于构建具有两种不同材料的互连结构的示例方法。

图6示出具有两种不同材料的示例互连结构。

图7示出具有两种不同材料的示例互连结构。

图8示出示例计算机系统。

具体实施方式

在集成电路（IC）封装的阶段中，使用各种适当的安装技术将IC芯片安装在衬底上，以形成IC封装。图1示出具有安装在衬底120上的IC芯片110的示例IC封装100。IC芯片110可以由硅构成，并且衬底120可以由陶瓷或塑料构成。在特定实施例中，IC芯片110可以被焊接在衬底120上，并且焊接材料可以是锡铅、锡银等。

特定材料具有各种特性，包括热膨胀和杨氏模量。热膨胀是物质响应于温度变化而体积变化的趋势。例如，材料可以在加热时膨胀并在冷却时收缩。可以通过其热膨胀系数（CTE）来测量每一种材料的热膨胀量，该热膨胀系数被定义为材料的膨胀程度除以温度的变化。当力被施加到固态物体时，物体会受到应力，该应力可以被测量为所施加的力和物体的横截面积的比。应变是由于应力引起的固态物体的变形。可以用应力-应变曲线来表示固态物体所受到的应力和应变。在固体力学中，任何点处应力-应变曲线的斜率称为切线模量。应力-应变曲线的初始线性部分的切线模数被称为杨氏模量（以托马斯·杨命名，十九世纪的英国科学家），也就是熟知的拉伸模量，被定义为遵循虎克定律的应力范围内单轴向应力与单轴向应变的比。

不同的材料具有不同的CTE。类似地，由不同材料制成的物体具有不同的切线模量，因此具有不同的应力-应变曲线。例如，在图1中，因为硅具有相对较低的CTE，所以IC芯片110在加热时（例如，在焊接过程中）仅稍微膨胀。另一方面，塑料具有相对较高的CTE，因此衬底120在加热时膨胀得更多。结果是，当IC芯片110和衬底120都被冷却时，IC芯片110收缩得要比衬底120少得多，如图2所示。这导致了IC封装100中的热机械应力。当IC芯片110从接合温度（例如，在接合期间）冷却到室温时，热机械应力变得逐渐更高。

倒装芯片技术中的一种类型的IC封装是柱封装，如图3所示。利用柱封装，在特定实施例中，多个互连结构130（也称为柱体）可以形成在IC芯片110上。每一个互连结构130的另一端被焊接至衬底120。可替代地，在特定实施例中，多个互连结构130可以形成在衬底130上，并且每一个互连结构130的另一端被焊接至IC芯片110。

在特定实施例中，每一个互连结构130用单一材料（例如铜）构成。由于铜在接合期间不会崩塌成球形，因而铜柱封装在细间距方面提供了优势。然而，铜具有比典型焊接材料（例如锡银）高得多的切线模量，使得铜柱封装易于引起比传统焊料凸块封装更高的热机械应力。

特定实施例使用多种材料代替单一材料在IC芯片和衬底之间构建每一个互连结构。这种互连结构可以被称为混合互连结构。任何数量的不同材料均可以用于构建互连结构。特定实施例可以选择在性能和特性（例如，CTE和切线模量）方面互相补充的不同材料。例如，如果互连结构用两种不同的材料构成，则一种材料可以具有相对较高的CTE，而另一种材料可以具有相对较低的CTE，或者一种材料可以具有相对较高的硬度，而另一种材料可以具有相对较低的硬度。多种材料的组合可以有助于减少IC芯片上的热机械应力。特定实施例可以通过优化所使用材料的空间位置来减少热机械应力。