專利名稱：晶片級封裝增層中的介質層結構的制作方法
技術領域：
本發明為關于一晶片級封裝(wafer levelpackage，WLP)結構，更特定言之為關于一晶片級封裝內包含數貫通孔洞的介質層結構。
背景技術：
對于移動式數字應用例如，手機、筆記計算機與相似裝置，或其它需節省空間的裝置，例如飛行器等，裝置尺寸為設計該裝置的關鍵。但該減少體積的要求卻與于一晶片內增加元件的需求相沖突。
關于晶片封裝，其功能需求包含對動力分配，信號分配，散熱，保護與支撐等項目。當半導體趨于復雜，傳統封裝技術，例如，導線架封裝，彈性封裝，硬質封裝技術，無法用于生產具高密度元件的小型晶片。此外，傳統封裝必須在晶片分割為個別芯片后，方可對個別芯片封裝，因此，該種工藝需時甚久。因為晶片封裝技術對集成電路發展影響很大，當電子裝置尺寸需要小型化，對于封裝技術要求也變高。因此封裝技術朝向球柵陣列(BGA)，先進覆晶球柵陣列封裝(FC-BGA)，晶片級封裝(CSP)，晶片級封裝(WLP)發展。
晶片級封裝技術為先進封裝技術，于晶片上進行芯片的制造與測試，并沿晶片表面線切割芯片。因為晶片級封裝技術為以整個晶片對封裝標的，而非單個芯片，于切割工藝前，已經完成封裝與測試；此外，晶片級封裝為先進技術因此可省略打線接合工藝，芯片粘結與填膠。使用晶片級封裝技術，成本與制造時間降低，且晶片級封裝結構可以與晶片同尺寸；因此，該技術符合電子裝置小型化需求。
與其它封裝技術比較，晶片級封裝技術所生產的晶片具有較寬線寬與較大球結構；采用較大的球結構，因其機械性質，可以降低晶片與相連接基材間熱膨脹系數(CTE)不協調(mismatch)。
上述晶片級封裝技術優點使晶片級封裝成為該技術領域令人注目封裝技術，但該晶片級封裝技術仍存有問題。例如，晶片級封裝技術，于裝置尺寸變小時，雖可以降低晶片與相連接基材間熱膨脹系數不協調，但晶片級封裝結構材料間，例如介質層與重分布層(RDLs)間的熱膨脹系數不協調，成為另一結構上問題，例如，于封裝工藝中導致介質層破裂。
圖1顯示晶片級封裝結構，至少包含介質層，其中介質層包含重分布層。介質層材料至少包含硅為基材的材料，例如，硅氧類高分子，硅氧化物，氮化硅，前述重分布圖案層的材料，例如，為銅，且除了用于使傳導終端暴露的開口外，該層為介質層覆蓋。
與重分布層圖案層，例如銅(約17)的熱膨脹系數比較，一般彈性介電質材料熱膨脹系數高于100；因此，于溫度循環測試，熱膨脹系數差異會導致重分布層與介質層明顯不協調。圖3顯示重分布層/介質層于Y軸方向承受拉力。圖4與圖5顯示重分布層/介質層沿Y軸的應力分布。參照圖4與圖5，M01左邊鄰近區域，介質層與重分布層承受應力值于區間1與區間2間達最大，之后快速下降；M01右邊鄰近區域，介質層與重分布層承受應力值于區間2與區間3間達最大，之后下降。
根據應力分析，鄰近重分布層彎曲處區域，因為封裝的僵硬性(rigidity)，累積應力上升到最大。封裝僵硬性是因為不佳的熱應力松弛(thermal stressrelaxation)所產生，例如因上述熱膨脹不協調，會導致介質層變形，因為介質層于不平衡區域破裂，導致重分布層/介質層接口應力累積，例如，如圖1，于介質層鄰近重分布層彎曲處區域。
因此本發明揭露一晶片級封裝包含數貫通開口的介質層結構，用以克服重分布層彎曲處附近介質層破裂問題。
發明內容
本發明的目的在于，揭露一種晶片級封裝中包含數貫通開口的彈性介質層結構，用以吸收應力。重分布層與介質層間的熱膨脹系數差異會造成介質層破裂。本發明利用一彈性介質層解決問題；其中彈性介質層材料至少包含硅為基材的材料，例如，硅氧類高分子，硅氧化物，氮化硅，具有特定的熱膨脹系數，延展系數與硬度范圍。該彈性介質層可改善晶片級封裝結構于溫度循環測試時的機械性質可靠性。本發明還揭露一晶片級封裝的介質層結構，于鄰近重分布層彎曲處包含數貫通開口，以降低鄰近重分布層/介質層接口附近累積應力，以避免介質層破裂。
本發明提供一種晶片級封裝結構，其特征在于，至少包含 一芯片； 至少一介質層包含數開口； 一重分布層與至少一介質層形成增層并與該芯片耦合，其中該介質層內包含至少一貫通開口，且該貫通開口鄰近重分布層彎曲部份； 一輸入/輸出墊片保持該芯片與該重分布層間電性連接； 一焊錫球，使該重分布層與印刷電路板或外部元件形成電性耦合。
其中該介質層為一彈性介質層。
其中該彈性介質材料至少包含一以硅為基材的材料，苯環丁烯與氮化硅。
其中該彈性介質層熱膨脹系數高于100(ppm/℃)。
其中該彈性介質層延展系數介于30％至50％。
其中該彈性介質層形變率介于20％至60％。
其中該重分布層熱膨脹系數介于14至20(ppm/℃)。
其中該貫通開口的面積介于50平方微米至200平方微米。
其中該貫通開口形狀至少包含圓形、三角形、正方形與矩形。
其中該至少一貫通開口形成于選定位置，于該貫通開口形成后與該貫通開口形成前比較，可降低鄰近該重分布層彎曲部份，機械應力5％至40％。
為讓本發明的上述特征和優點能更明顯易懂，以下結合實施例，并配合附圖，作詳細說明如下，其中 圖1顯示一晶片級封裝增層內介質層結構的剖面圖。
圖2顯示重分布層/介質層于Y軸方向承受拉力。
圖3顯示重分布層(銅)上沿Y軸的應力值。
圖4顯示介質層上沿Y軸的應力值。
圖5顯示一介質層結構，其中于該介質層結構包含六貫通矩形口形成于鄰近晶片級封裝重分布層彎曲處。
圖6顯示如圖2中的介質層左方，于形成開口前后于Y軸方向的應力值。
圖7顯示如圖2中的介質層右方，于形成開口前后于Y軸方向的應力值。
具體實施例方式 本發明的一些實施例詳細描述如下。然而，除了詳細描述的實施例外，本發明亦可廣泛在其它的實施例中施行，并且本發明的保護范圍并不受限于下述的實施例，其是以本發明的權利要求范圍為準。再者，為提供更清楚的描述及更易理解本發明，圖標中各部分并沒有依照其相對尺寸繪圖，不相關的細節部分也未完全繪出，以求圖標的簡潔。參考圖標，其中所顯示僅僅是為了說明本發明的較佳實施例，并非用以限制本發明。
本發明揭露一晶片級封裝結構，該結構包含一彈性介質層用以改善機械性質的可靠性，例如，于溫度循環測試時，吸收晶片級封裝結構內，因為材料間熱膨脹系數不協調所產生的累積應力。本發明揭露一介質層結構，包含數貫通開口形成于晶片級封裝重分布層的彎曲處，以降低應力。
圖1繪示關于本發明具體實施例的一晶片級封裝增層內介質層結構的剖面圖。
如圖1所繪示，晶片級封裝結構包含芯片101，置放于基材100上并以粘性材料101a固定。重分布層103，也稱為金屬圖案層，形成于芯片101上，并由光光刻技術移除重分布層選定部份；其中重分布層103與芯片101經由輸入/輸出墊片102保持電性連接。
本發明揭露的晶片級封裝結構至少包含介質層。第一介質層104形成于芯片101上與由芯片101外圍限定出該層邊界。第二介質層106形成于基材100上，并填充芯片101與第一介質層104間周圍空間，第三介質層107形成于第二介質層106與第一介質層104上。
于后續步驟，移除，例如以光光刻技術，第一介質層104與第三介質層107選定部份，以于第一介質層104與第三介質層107上形成多個開口，并于第一介質層104與第三介質層107上形成重分布層109，例如由沉積于開口方式；其中重分布層109與重分布層103保持電性接觸。重分布層109形成后，介質層110形成于重分布層109頂部。之后，以移除方式，形成多個開口，例如，以光刻技術移除介質層110選定部份。介質層110上形成的開口可分為兩種；一開口群(第一孔洞1)形成于重分布層109，另一開口群(第二孔洞2)形成于重分布層109彎曲處。之后，接觸金屬球(錫球)112形成于第一開口，以與重分布層109及印刷電路板或其它外部裝置(例如未繪出的錫球下層金屬(Under Ball Metallurgy，UBM)結構)保持電性連接。
于一本發明具體實施例，介質層較佳為彈性介質材料，由以硅為基材的材料構成，至少包含硅氧類高分子，硅氧化物，氮化硅，與上述物質的化合物。于另一具體實施例，介質層為由下述材料至少包含苯環丁烯(Benzocyclobutene)，環氧樹脂，聚亞胺(Polyimide)或樹脂構成。
于一本發明具體實施例，彈性介質層的特性包含熱膨脹系數高于100(ppm/℃)(較佳為約130 to170ppm/℃)，延展系數為約40％(較佳為30％至50％)，硬度為介于塑料(plastic)與橡膠間，與形變率(deformation ratio)介于20％至60％。彈性介質層110厚度與溫度循環測試時重分布層/介質層接口間累積應力有關，該厚度較佳為10微米至50微米。
于一本發明具體實施例，重分布層103與重分布層109材料至少包含鈦/銅/金合金或鈦/銅/鎳/金合金。
重分布層103厚度較佳為介于2與10微米且重分布層103特性包含，重分布層103熱膨脹系數為約17(ppm/℃)(較佳為介于14至20ppm/℃)，且延展系數為約20％(較佳為10％至40％)，且形變率介于10至20％。關于重分布層109，重分布層109厚度較佳為5微米至20微米，其它特性包含重分布層109熱膨脹系數約為17(ppm/℃)(較佳為約14至20ppm/℃)，延展系數為約20％(較佳為10％至40％)，且形變率為約10至20％。
鈦/銅合金以濺鍍技術形成，且以電鍍形成銅/金或銅/鎳/金合金；使用電鍍工藝形成重分布層103與重分布層109，可使重分布層厚度足以承擔溫度循環時的熱膨脹系數不協調。金屬墊片102可為鋁或銅或上述金屬合金。
于一本發明具體實施例，晶片級封裝結構以硅氧類高分子構成彈性介質層以銅材質構成重分布層。根據應力分析，可降低重分布層/介質層接口的累積應力。
圖2顯示一重分布層/介質層于Y軸方向承受拉力時，一介質層的應力分布。如圖2，根據重分布層的彎曲點，重分布層/介質層分為3區間；區間間的虛線與x軸平行。圖3與圖4顯示于該區間沿Y軸方向所測得應力值；圖3表示重分布層(銅)Y軸方向的應力值，圖4表示介質層Y軸方向應力值。如圖3，鄰近M01右邊的區域，重分布層應力值上升快速且于區間1與區間2間達到最大(約200兆帕(MPa))，且之后快速下降；同樣的，鄰近M01左邊的區間，重分布層應力值于區間2與區間3間上升到最大之后快速下降；參考圖4，介質層應力值與圖3重分布層應力值(銅)分布趨勢相類似。如圖4，于鄰近M01左邊的區間，介質層應力值于區間1與區間2間達到最大，之后下降。同樣的，鄰近M01右邊的區域，介質層應力值于區間2與區間3間上升到最大之后下降。
根據上述應力分析，參照圖3與圖4，即便利用彈性介質層，應力仍于重分布層彎曲處(銅)附近區域累積，因此導致彈性介質層破裂可能性仍上升。要解決這個問題，如圖5，于一本發明具體實施例，于介質層上形成數貫通開口501以吸收應力。
介質層貫通開口501的位置對降低重分布層/介質層接口于溫度循環測試時的累積應力相當重要。根據本發明一具體實施例，貫通開口501形成于介質層鄰近重分布層彎曲處；于本發明另一具體實施例，開口601以光刻工藝形成。于另一本發明具體實施例，貫通開口501形狀至少包含三角形，正方形，四邊形與圓形；較佳形狀為頂點呈圓滑狀的四邊形。于另一本發明具體實施例，沿著重分布層彎曲部份排列的貫通開口501與該重分布層彎曲部份的距離為5至100微米；較佳為約5至20微米或如果兩鄰近重分布層間空間少于20微米，為位于兩圖案層間的中央。于另一本發明具體實施例，開口數目與開口尺寸有關；一般來說，開口數目介于2-12。更特定言之，較佳開口尺寸為介于5微米×10微米至10微米×20微米，開口數目為4-6。
圖5示一根據本發明的晶片級封裝結構具體實施例，一晶片級封裝結構中，介質層上六矩形貫通開口501形成于鄰近重分布層502彎曲部份；其中三開口501位于重分布層502左邊，另三個位于右邊；其中開口501區域介于50平方微米至200平方微米，且重分布層502彎曲角度為45度。圖6與圖7顯示如圖2沿Y軸于開口形成前后所測得的介質層上應力值；其中上方曲線表示于重分布層502彎曲處附近未于介質層形成開口的應力值，下方曲線則表示于重分布層502彎曲處附近，于介質層形成六開口的應力值。如圖6，介質層未形成開口501時，左邊應力值上升快速且于區間1與區間2間達到最大，之后快速下降；開口501形成后，區間1與區間2間尖峰應力值明顯下降；其它區間的應力值亦有相同趨勢。圖7顯示介質層右邊沿Y軸應力值；也顯示與上述現象相類似趨勢。于另一本發明具體實施例，介質層鄰近重分布層彎曲部份承受的機械應力于開口形成后，降低5％至40％。
未于此以圖顯示的另一本發明具體實施例為扇出(fan-out)晶片級封裝一增層中的彈性介質層結構。根據未于此顯示的應力分析，當于彈性介質層上鄰近重分布層彎曲處形成貫通開口，介質層上鄰近重分布層彎曲處承受應力值明顯降低。
本發明另一具體實施例為一硅晶片級封裝(扇入(fan-in)晶片級尺度封裝)增層的彈性介質層結構。根據未于此顯示的應力分析，當于彈性介質層上鄰近重分布層彎曲處形成貫通開口，介質層上鄰近重分布層彎曲處承受應力值明顯降低。
本發明以較佳實施例說明如上，然其并非用以限定本發明所主張的專利權利范圍。其專利保護范圍當視所附的權利要求范圍及其等同領域而定。凡熟悉此領域的技術者，在不脫離本專利精神或范圍內，所作的更動或潤飾，均屬于本發明所揭示精神下所完成的等效改變或設計，且應包含在本發明的權利要求范圍內。
權利要求
1.一種晶片級封裝結構，其特征在于，至少包含
一芯片；
至少一介質層包含數開口；
一重分布層與至少一介質層形成增層并與該芯片耦合，其中該介質層內包含至少一貫通開口，且該貫通開口鄰近重分布層彎曲部份；
一輸入/輸出墊片保持該芯片與該重分布層間電性連接；
一焊錫球，使該重分布層與印刷電路板或外部元件形成電性耦合。
2.如權利要求1所述的晶片級封裝結構，其特征在于，其中該介質層為一彈性介質層。
3.如權利要求1所述的晶片級封裝結構，其特征在于，其中該彈性介質材料至少包含一以硅為基材的材料，苯環丁烯與氮化硅。
4.如權利要求2所述的晶片級封裝結構，其特征在于，其中該彈性介質層熱膨脹系數高于100(ppm/℃)。
5.如權利要求2所述的晶片級封裝結構，其特征在于，其中該彈性介質層延展系數介于30％至50％。
6.如權利要求2所述的晶片級封裝結構，其特征在于，其中該彈性介質層形變率介于20％至60％。
7.如權利要求1所述的晶片級封裝結構，其特征在于，其中該重分布層熱膨脹系數介于14至20(ppm/℃)。
8.如權利要求1所述的晶片級封裝結構，其特征在于，其中該貫通開口的面積介于50平方微米至200平方微米。
9.如權利要求1所述的晶片級封裝結構，其特征在于，其中該貫通開口形狀至少包含圓形、三角形、正方形與矩形。
10.如權利要求所述1的晶片級封裝結構，其特征在于，其中該至少一貫通開口形成于選定位置，于該貫通開口形成后與該貫通開口形成前比較，可降低鄰近該重分布層彎曲部份，機械應力5％至40％。
全文摘要
本發明揭露一種晶片級封裝中包含數貫通開口的彈性介質層結構，用以吸收應力。本發明包含一彈性介質層；其中彈性介質層材料至少包含硅為基材的材料，例如，硅氧類高分子，苯環丁烯與氮化硅，上述材料具有特定的熱膨脹系數，延展系數與硬度范圍。該彈性介質層可改善晶片級封裝結構于溫度循環測試時的機械性質可靠性。重分布層與介質層間的熱膨脹系數差異會造成介質層破裂，因此，本發明還揭露一晶片級封裝的介質層結構，于鄰近重分布層彎曲處形成數貫通開口，以降低鄰近重分布層/介質層接口附近的累積應力，避免介質層破裂。
文檔編號H01L23/485GK101207099SQ20071019939
公開日2008年6月25日 申請日期2007年12月20日 優先權日2006年12月20日
發明者楊文焜, 余俊輝, 周昭男, 林志偉, 黃清舜 申請人:育霈科技股份有限公司