專利名稱：芯片封裝結構的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種芯片封裝結構，特別涉及一種打線工藝與覆片工藝并用的芯片封裝結構。
背景技術：
在半導體產業中，在集成電路(Integrated Circuits，IC)設計完成之后，便會將電路圖送至晶片廠，進行電路的制作，通過摻雜(doping)、金屬沉積(metal deposition)、光刻(photolithography and etching)、介電層沉積(dielectricdeposition)等步驟，便制作出具有圖案化線路的晶片。之后，必須將晶片傳送至封裝廠進行封裝工藝，比如可以利用導線或是凸塊使芯片與基板電性連接，并通過封裝的步驟，以保護芯片及芯片與基板之間作為電性連接的部份。
參照圖1，其示出傳統芯片封裝結構的截面示意圖。芯片110以其背面112并通過銀膠120貼附到基板130的上表面132上，并通過導線140使芯片110與基板130電性連接，而絕緣材料150包覆芯片110及導線140，以保護芯片110并避免導線140之間產生短路的情況。另外，接點160植接在基板130之下表面134上，并且通過接點160，基板130可以與外界電路作電性連接，其中接點160可為焊球(ball)、針腳(pin)或電極塊等導電結構。
同樣參照圖1，在上述的芯片封裝結構100中，由于導線140的長度很長(約大于130mil(千分之一英寸))，并且徑寬很細(小于1.2mil)，故導線140與芯片110或基板130之內的線路將會產生阻抗不匹配的情形，導致信號會快速地衰減，如此將造成信號的讀取發生錯誤。另外，若芯片在進行高頻運作時，將會伴隨產生嚴重地電感電容寄生效應現象，以致產生信號反射的情形。
參照圖2，其示出傳統芯片封裝結構的截面示意圖。芯片210通過凸塊220接合到基板230的上表面232上，并與基板230電性連接，而絕緣材料240填入到芯片210與基板230之間，并包覆凸塊220。另外，接點250植接在基板230的下表面234上，并且通過接點250，基板230可以與外界電路電性連接，其中接點250亦可為焊球、針腳或電極塊等導電結構。
同樣參照圖2，在上述的芯片封裝結構200中，由于凸塊220均集中于基板230上的芯片置放區域，所以必須在基板230的很小的面積內形成數目很多的接合墊，用以與凸塊220作電性及機械性連接。此外，若是在芯片210的面積過大的情況下，而要填入絕緣材料240到芯片210與基板230之間的間隙時，容易產生空孔的問題，因而降低芯片封裝工藝的合格率。
同時參照圖1和2，在上述的芯片封裝結構100、200中，由于基板130、230的用于與芯片110、210電性連接的接合墊136、236均配置在基板130、230的上表面132、232上，如此將會導致基板130、230的線路均高集成度地集中在基板130、230的上表面132、232上，當這些線路在傳遞信號時，線路與線路之間極易發生串音(cross talk)的現象。此外，為了制作出高密度線路的基板，低成本的壓合(laminate)技術便不適用，此時必須采用高成本的增層(built-up)技術，才能制作出適用之高密度線路的基板。另外，位于基板130、230之上表面132、232上的接合墊136、236必須通過基板130、230之導通孔(未示出)才能與基板130、230之下表面134、234上的接合墊138、238作電性連接。因此，信號的傳遞必須經過基板130、230的導通孔才能傳遞至基板130、230的下表面134、234。這樣，基板130、230還必須利用很多的空間來配置這些導通孔，使得基板130、230的面積無法進一步地縮小。
實用新型內容有鑒于此，本實用新型的目的之一是提出一種芯片封裝結構，可以改善基板的電性效能，進而提升芯片在封裝后的電性效能。
本實用新型的目的之二是提出一種芯片封裝結構，可以利用低成本的壓合法所制作出的基板，用以降低芯片的封裝成本。
本實用新型的目的之三是提出一種芯片封裝結構，用以降低傳統的絕緣材料填入在芯片與基板間產生空孔的問題。
在敘述本實用新型之前，先對空間介詞的用法做界定，所謂空間介詞“上”指兩物的空間關系為可接觸或不可接觸均可。舉例而言，A物在B物上，所表達的意思為A物可以直接配置在B物上，A物也可與B物接觸；或者A物配置在B物上的空間中，A物沒有與B物接觸。
為達本實用新型的上述目的，提出一種芯片封裝結構，至少包括一基板、一芯片、多個凸塊、多條導線、一絕緣材料及多個接點。其中，基板具有一第一表面及對應的一第二表面，基板還具有一貫孔，貫穿基板，基板還具有多個第一基板接合墊及多個第二基板接合墊，第一基板接合墊位于基板的第一表面上，且靠近貫孔的周圍，第二基板接合墊位于基板的第二表面上，且靠近貫孔的周圍。芯片配合貫孔的位置而配置在基板的第一表面上，芯片具有一有源表面、多個第一芯片接合墊及多個第二芯片接合墊，第二芯片接合墊配置在芯片的有源表面的中間區域上，而第一芯片接合墊環繞于芯片的有源表面的周邊區域上。每一凸塊分別接合第一芯片接合墊之一及第一基板接合墊之一。每一導線穿過基板的貫孔，且每一導線的一端接合第二芯片接合墊之一，而每一導線的另一端接合第二基板接合墊之一。絕緣材料位于芯片與基板之間及貫孔中，并包覆導線及凸塊。接點接合于基板的第一表面上，并與基板電性連接。
另外，芯片與基板之間的高頻信號傳遞可以通過第一基板接合墊及第一芯片接合墊，并且基板可以用低成本的壓合法(laminate)的方式制成。
基于上述，本實用新型的芯片封裝結構使得芯片的高頻電性需求的信號可以通過凸塊來傳遞至基板之下表面，并將無須高頻電性需求之信號(例如電源或接地等)通過導線來傳遞至基板的上表面，在經由基板的導通孔來傳遞至基板的下表面。因此，對于高頻電性需求的信號僅需通過基板的下表面的單一圖案化線路層而直接連接到接點，而無須依序通過基板的上層圖案化線路層、導通孔及下層圖案化線路層而到達接點。
因此，本實用新型的芯片封裝結構除可有效地縮短信號的傳輸路徑，因而提升芯片在封裝后之電性效能以外，更可對應減少基板的導通孔的數目，因而相對縮小基板的面積。此外，本實用新型的芯片封裝結構，基板的第一表面及第二表面上均具有與芯片電性連接的基板接合墊，因此可以降低與基板接合墊連接的線路密集度，故可以減少串音(cross talk)或噪聲的產生，而提高電性效能。另外，本實用新型的芯片封裝結構，由于線路密集度并不會太高，因此可以利用低成本的壓合法(lamination)便可以制作出適用于本封裝結構的基板，而不需利用高成本的增層法(built-up)。
為讓本實用新型的上述目的、特征、和優點能更明顯易懂，下文特舉一優選實施例，并配合附圖，作詳細說明。
圖1示出傳統芯片封裝結構的截面示意圖。
圖2示出傳統芯片封裝結構的截面示意圖。
圖3A至圖3F示出依照本實用新型一優選實施例的芯片封裝模塊制造工藝的截面示意圖。
圖4示出依照本實用新型第二優選實施例的芯片封裝模塊的截面示意圖。
圖5示出依照本實用新型第三優選實施例的芯片封裝模塊的截面示意圖。
圖6示出依照本實用新型第四優選實施例的芯片封裝模塊的截面示意圖。
其中，附圖標記的說明如下，110芯片112背面120銀膠130基板132上表面 134下表面140導線150絕緣材料1 60接點 210芯片220凸塊230基板232上表面 234下表面240絕緣材料250接點300基板311介電層312介電層 313介電層321圖案化金屬層322圖案化金屬層323圖案化金屬層324圖案化金屬層332導電插塞334導電插塞341焊罩層 342焊罩層343開口344開口350貫孔352第一表面
354第二表面 362基板導線接合墊364基板凸塊接合墊366基板接點接合墊400芯片 410有源表面412芯片凸塊接合墊414芯片導線接合墊450凸塊 510絕緣材料520導線 530絕緣材料531絕緣材料 540接點550散熱構件 600芯片封裝結構610芯片封裝結構 700基板750貫孔 752第一表面754第二表面 762基板導線接合墊764基板凸塊接合墊766基板接點接合墊800芯片 812芯片凸塊接合墊814芯片導線接合墊850凸塊920導線 950接點具體實施方式
第一優選實施例參照圖3A至圖3F，其示出依照本實用新型第一優選實施例的芯片封裝模塊制造工藝的截面示意圖。首先，如圖3A所示，先提供一基板300，其中基板300包括三層介電層311、312、313及四層圖案化金屬層321、322、323、324，其中圖案化金屬層321、322、323、324依序相互重迭，而介電層311、312、313分別配置在兩個相鄰的圖案化金屬層321、322、323、324之間，用以電性隔離圖案化金屬層321、322、323、324。基板300還具有導電插塞332、334，其中導電插塞332貫穿介電層311、312，以使圖案化金屬層321、322、323之間電性連接；而導電插塞334貫穿介電層311、312、313，以使圖案化金屬層321、322、323、324之間電性連接。基板300還具有焊罩層341、342分別位于介電層311、313上，并覆蓋圖案化金屬層321、324，其中焊罩層341、342分別位于基板300的第一表面352上及對應的第二表面354上。焊罩層341具有開口343，暴露出圖案化金屬層321，以形成基板導線接合墊362于基板300的第二表面354上，用以與連接芯片400的導線(未示出)接合。焊罩層342具有開口344，暴露出圖案化金屬層324，以形成基板凸塊接合墊364于基板300的第一表面352上，用以與連接芯片400的凸塊450接合。焊罩層342還具有開口345，暴露出圖案化金屬層324，以形成基板接點接合墊366于基板300的第一表面352上，用以與導電結構的接點(未示出)接合，該接點選自于由焊球、針腳及電極塊所組成的族群中的一種電性連接結構。而基板300還具有一貫孔350，貫穿基板300的中間區域，其中基板凸塊接合墊364位于基板300的第一表面352上，并靠近貫孔350的周圍，而基板導線接合墊362位于基板300的第二表面354上，并靠近貫孔350的周圍。
在本實施例中，圖3A的基板300以四層板為例，然而本實用新型的應用并不限于此，基板亦可以是具有其它層數的圖案化金屬層。另外，基板300的制造工藝比如可以利用壓合法(lamination)或增層法(built-up)的方式制成。值得注意的是，若是利用壓合法來制作基板300時，將可大幅降低基板300的成本。
繼續參照圖3A，芯片400具有多個芯片凸塊接合墊412及多個芯片導線接合墊414，其中芯片導線接合墊414配置在芯片400的有源表面410的中間區域上，而芯片凸塊接合墊412則可環繞于芯片400的有源表面410的周邊區域上。芯片400的有源表面410的面積大于基板300的貫孔350的截面積，而芯片400在與基板300接合之前，還要先利用印刷或電鍍的方式，形成多個凸塊450到芯片凸塊接合墊414上。接著，參照圖3B，將芯片400移動至基板300的第一表面410上的貫孔350處，并覆蓋貫孔350，而芯片400可以通過凸塊450接合到基板300上，其中凸塊450通過基板凸塊接合墊364與基板300接合，而芯片導線接合墊414對應于基板300的貫孔350的位置。參照圖3C，接著要進行填膠工藝，通過填充一絕緣材料510到芯片400與基板300之間的間隙，以包覆凸塊450。值得注意的是，由于絕緣材料510在此處僅是小區域地填滿于芯片400之周邊區域與基板300之間，故可以改善在填膠過程中在絕緣材料510之內部產生空孔的缺點，因而有效地提升制程的合格率。
參照圖3D，接下來進行打線工藝，以形成多條導線520，其中導線520穿過基板300的貫孔350，且導線520的一端接合在芯片導線接合墊414上，而導線520的另一端接合在基板導線接合墊362上。接著，參照圖3E，進行封膠工藝，以形成一絕緣材料530到基板300的貫孔350中，并包覆導線520。接著，參照圖3F，形成多個接點540到基板接合墊364上，使得基板300可通過接點540，而與外部線路作電性連接，其中接點540選自于由焊球、針腳及電極塊所組成的族群中的一種電性連接結構。最后，在經由單切(Singulation)的步驟之后，可以形成多個獨立的芯片封裝結構600。
參照圖3F，如上所述的本實用新型的芯片封裝結構600具有很好的電性效能，原因如下1.在上述的芯片封裝結構600中，可以將高頻電性需求的信號通過凸塊450來傳遞，而將無須高頻電性需求的信號通過導線520來傳遞，另外通過導線520也可以連接接地端電壓或電源端電壓。如此，可以將高頻電性需求的信號僅需通過圖案化線路層324便可以直接連接到接點540，而無須通過導電插塞，因此導電插塞的制作數目可以減少，由于減少了導電插塞的限制，故可以降低基板300中繞線路徑的長度，而提高芯片封裝結構600的電性效能。
2.在上述的芯片封裝結構600中，由于導電插塞的數目減少且部份的導電插塞332并未貫穿到圖案化金屬層324，因此可以保留更大的空間給圖案化金屬層324作線路設計。比如可以將圖案化金屬層324設計出更多的保護電路，作為吸收噪聲及屏蔽之用。
3.在上述的芯片封裝結構600中，基板300的第一表面352及第二表面354上均配置有與芯片400電性連接的基板凸塊接合墊364及基板導線接合墊362，因此可以避免基板300的線路高集成度地集中在基板300的一表面上，故能夠降低基板300在繞在線與基板導線接合墊362及基板凸塊接合墊364連接的線路密集度，同時還可以減少串音或噪聲的產生，而提高電性效能。
4.對于基板300在形成貫孔350之后，所損失的電氣特性，可以外加被動組件于基板300上來作補償。比如在基板300形成貫孔350之后，由于圖案化金屬層322、323的面積會減少，因此會降低圖案化金屬層322、323之間能夠形成寄生電容的電容量，而所損失的電容量可以通過外加電容來補償，如此能夠避免突然的大電流對基板300造成太大的沖擊。
同樣參照圖3F，在本實用新型的芯片封裝結構600中，除了基板300的圖案化金屬層324具有較高的線路密集度之外，其余的圖案化金屬層321、322、323的線路密集度并不會太高，故可以由低成本的壓合法(lamination)，來制作出適用于本實用新型的芯片封裝結構600的基板300，而不需利用高成本的增層法(built-up)。
第二優選實施例然而本實用新型的應用并非限于此，還可以安裝一散熱構件到芯片封裝結構上，如圖4所示，其示出依照本實用新型第二優選實施例的芯片封裝模塊的截面示意圖。其中若是本實施例中的標號與第一優選實施例一樣，則表示在本實施例中所指明的構件同于在第一優選實施例中所指明的構件，在此便不再贅述。
參照圖4，芯片封裝模塊610還包括一散熱構件550，配置在絕緣材料530上，以將絕緣材料530中的熱量快速地散出，其中散熱構件550的材質比如是具有高散熱系數的金屬。
第三優選實施例在上述的優選實施例中，利用兩道步驟來形成絕緣材料，以保護凸塊及導線，然而本實用新型的應用并非限于此，也可以僅利用一道步驟來形成絕緣材料，以保護凸塊及導線，如圖5所示，其示出依照本實用新型第三優選實施例的芯片封裝模塊的截面示意圖。其中若是本實施例中的標號與第一優選實施例一樣，則表示在本實施例中所指明的構件同于在第一優選實施例中所指明的構件，在此便不再贅述。
參照圖5，其中在芯片400利用凸塊450接合到基板300上之后，并不立即形成絕緣材料到芯片400與基板300之間，而是進行打線工藝，接著才在基板300的貫孔350中及芯片400與基板300之間同時形成一絕緣材料531，以保護導線520及凸塊450。如此本實用新型在實際應用上，也可以僅需利用一道步驟來形成絕緣材料531于基板300的貫孔350中及芯片400與基板300之間。
第四優選實施例在上述的優選實施例中，芯片與接點均配置在基板的同一側，亦即在基板的第一表面上，然而本實用新型的應用并非限于此，亦可以將芯片與接點分別配置在基板的兩側，如圖6所示，其示出依照本實用新型第四優選實施例的芯片封裝模塊的截面示意圖。
參照圖6，基板700具有多個基板導線接合墊762、多個基板凸塊接合墊764及多個基板接點接合墊766，其中基板凸塊接合墊764位于基板700的第一表面752上，并靠近貫孔750的周圍，而基板導線接合墊762位于基板700的第二表面754上，并靠近貫孔750的周圍，且基板接點接合墊766位于基板700的第二表面754上。芯片800以其芯片凸塊接合墊8 12并通過凸塊850與基板700的基板凸塊接合墊764接合，導線920穿過基板700的貫孔750，導線920的一端接合在芯片導線接合墊814上，導線920的另一端接合在基板導線接合墊762上。而比如是焊球、針腳或電極塊的接點950配置在基板接點接合墊766上。如上所述，芯片800與接點950分別配置在基板700的兩側，亦即，芯片800配置在基板700的第一表面752上，而接點950配置在基板700的第二表面754上。
雖然本實用新型已經通過至少一個優選實施例公開如上，然而其并非用以限定本實用新型，本領域技術人員，在不脫離本實用新型的精神和范圍內，可作各種的更動與潤飾，因此本實用新型的保護范圍應該以所附權利要求為準。
權利要求1.一種芯片封裝結構，其特征在于，該結構至少包括一基板，具有一第一表面及對應的一第二表面，該基板還具有一貫孔，貫穿該基板，該基板還具有多個基板凸塊接合墊及多個基板導線接合墊，該基板凸塊接合墊位于該基板的該第一表面上，并靠近該貫孔的周圍，該基板導線接合墊位于該基板的該第二表面上，并靠近該貫孔的周圍；一芯片，具有一有源表面，該芯片的該有源表面的截面積大于該基板的該貫孔的截面積，該芯片配置在該基板的該第一表面上的該貫孔處，且覆蓋該基板的該貫孔，而該芯片的該有源表面面向該貫孔，該芯片還具有多個芯片凸塊接合墊及多個芯片導線接合墊，該芯片導線接合墊配置在該芯片的該有源表面的中間區域上，而該芯片凸塊接合墊環繞于該芯片的該有源表面的周邊區域上；多個凸塊，每一個凸塊分別接合該芯片凸塊接合墊之一及該基板凸塊接合墊之一；多條導線，每一條該導線穿過該基板的該貫孔，且每一條該導線的一端接合該芯片導線接合墊之一，而每一條該導線的另一端接合該基板導線接合墊之一；以及一絕緣材料，位于該芯片與該基板之間及該基板的該貫孔中，并包覆該導線及該凸塊。
2.如權利要求1所述的芯片封裝結構，其特征在于，還包括多個接點，位于該基板的該第一表面上，并與該基板電性連接，該接點選自于由焊球、針腳及電極塊所組成的族群中的一種電性連接結構。
3.如權利要求1所述的芯片封裝結構，其特征在于，還包括多個接點，位于該基板的該第二表面上，并與該基板電性連接，該接點選自于由焊球、針腳及電極塊所組成的族群中的一種電性連接結構。
4.如權利要求1所述的芯片封裝結構，其特征在于，其中通過該基板凸塊接合墊、該芯片凸塊接合墊及該凸塊來傳遞該芯片與該基板之間的高頻信號。
5.如權利要求1所述的芯片封裝結構，其特征在于，其中該基板為一壓合基板。
6.如權利要求1所述的芯片封裝結構，其特征在于，還包括一散熱構件，配置在該絕緣材料上。
專利摘要本實用新型公開了一種芯片封裝結構，該結構包括基板、芯片、多個凸塊、多條導線及絕緣材料，其中基板具有一第一表面及對應的一第二表面，基板還具有一貫孔，貫穿基板。一芯片配合基板的貫孔的位置而配置在基板的第一表面上。芯片透過凸塊與基板的第一表面接合。導線穿過基板的貫孔，且導線的一端接合在芯片上，而導線的另一端接合在基板的第二表面上。絕緣材料填入于芯片與基板之間及基板的貫孔中，并包覆導線及凸塊。
文檔編號H01L23/48GK2653693SQ03238410
公開日2004年11月3日 申請日期2003年3月14日 優先權日2003年3月14日
發明者李怡增 申請人:威盛電子股份有限公司