[发明专利]圆片级芯片尺寸封装应力缓冲结构

说明书

技术领域

本发明涉及一种圆片级应力缓冲结构，应用于圆片级芯片尺寸封装技术领域。

背景技术

近年来，电子器件向多功能和小型化方向发展，为了适应这种要求，发展出了圆片级芯片尺寸封装，它能够在满足这些需要的同时降低生产成本，很有潜力成为下一代封装技术的主流。

圆片级芯片尺寸封装的一个技术特点是，它并不使用底充胶。不使用底充胶能够降低生产成本，降低生产过程中再加工的难度。同时带来的问题是，没有底充胶会让板级的芯片和基板的热失配得到释放，应力完全由焊球来承担，从而会降低焊球的可靠性。

已经有一些研究人员发展了应力缓冲层，来释放应力从而提高焊球的可靠性，如文献3-D structure design and reliability analysis of wafer level package with stress buffer mechanism中提到了应力缓冲层。但所述的应力缓冲层是在芯片表面上涂覆应力缓冲介质制作应力缓冲层，在应力缓冲层上植入焊球。这层应力缓冲层会有一定的厚度，通常情况下，应力缓冲层越厚，缓冲效果越好。然而，应力缓冲层的厚度会受加工过程所限制；同时，由于在芯片上做出应力缓冲层会增大整个封装结构的厚度，不利于封装结构向小型化方向发展。

发明内容

本发明的目的在于提供一种圆片级芯片尺寸封装应力缓冲结构，以克服上述不足，提供一个具有较佳应力缓冲效果且不增加芯片厚度的圆片级芯片尺寸封装应力缓冲结构。

本发明的目的是这样实现的：一种圆片级芯片尺寸封装应力缓冲结构，包括芯片本体，在芯片本体硅基正面制作出的凹槽，在凹槽内填充的应力缓冲介质，而不增加封装结构的厚度。

本发明圆片级芯片尺寸封装应力缓冲结构中的凹槽有两种：空心锥形和瓦楞状。空心锥形凹槽是指每个焊球下面单独做凹槽，瓦楞状凹槽是指同一排焊球下面的凹槽连通成一条线。在实际应用中可以根据条件限制选取合适的凹槽形状。

本发明圆片级芯片尺寸封装应力缓冲结构中的凹槽包括在所有焊球下面做凹槽，每个焊球都对应制作应力缓冲层。

本发明圆片级芯片尺寸封装应力缓冲结构中的凹槽包括在硅片上对应所有焊球做凹槽，还包括在硅片上对应关键焊球做凹槽。所述关键焊球如芯片上最外面边缘的焊球容易发生失效，则只对此处的焊球制作凹槽，进一步再制作应力缓冲层。这种只在关键焊球硅片上做凹槽的结构可以用于一些焊球下面不适合制作应力缓冲层的情况。

本发明的特点是改变传统应力缓冲层的缓冲介质的位置，将缓冲介质制作到芯片上的凹槽里，从而能起到缓冲应力的作用，而不增加芯片厚度。

附图说明

图1为在芯片体硅基初始状态示意图。

图2为在芯片体硅基正面做凹槽后示意图。

图3为在芯片体硅基凹槽填充应力缓冲介质完成应力缓冲结构后示意图。

图4为圆片级芯片尺寸封装应力缓冲结构上做焊球后示意图。

具体实施方式

图4为本发明提供的一种圆片级应力缓冲结构，主要由芯片本体1、制作于芯片本体1硅基材料(硅芯片)的正面的凹槽2、凹槽内填充的应力缓冲介质3、焊球4组成。

所述芯片本体硅基凹槽是由湿法腐蚀做出。常用的湿法腐蚀液为KOH//IPA(Potassium hydroxide/Isopropyl alcohol)这种腐蚀液在50℃进行，<100>面和<111>面腐蚀速率比可达到400，形成54.7度的夹角，凹槽的形状可由腐蚀时间来控制。常用的掩膜材料为SiO₂、Si₃N₄。

所述芯片凹槽内的应力缓冲介质包括PI在内的杨氏模量小的材料。PI(聚酰亚胺)等材料常见的杨氏模量为≤3GPa左右，理论上，杨氏模量与此相当的材料都可作为应力缓冲介质。

所述的凹槽包括在硅芯片上对应所有焊球做凹槽或在硅片上对应关键焊球如硅芯片上最外面的焊球。做凹槽两种情况。

所述焊球材料可以是目前常见的Sn-Ag-Cu等。制作方法包括激光植球、电镀回流等方法。回流最高温度应当高于焊球材料熔点10-20摄氏度，如250摄氏度左右。

所述的圆片级缓冲结构的具体制作方法是在封装工艺中，在芯片本体正面硅基材(如图1)上；接着如图3所示在凹槽内所示采用湿法工艺腐蚀出凹槽，如图2；填充应力缓冲介质，最后如图4所示，在应力缓冲介质上做出焊球。