专利名称：晶片级封装增层中的介质层结构的利记博彩app
技术领域：
本发明为关于一晶片级封装(wafer levelpackage，WLP)结构，更特定言之为关于一晶片级封装内包含数贯通孔洞的介质层结构。
背景技术：
对于移动式数字应用例如，手机、笔记计算机与相似装置，或其它需节省空间的装置，例如飞行器等，装置尺寸为设计该装置的关键。但该减少体积的要求却与于一晶片内增加元件的需求相冲突。
关于晶片封装，其功能需求包含对动力分配，信号分配，散热，保护与支撑等项目。当半导体趋于复杂，传统封装技术，例如，导线架封装，弹性封装，硬质封装技术，无法用于生产具高密度元件的小型晶片。此外，传统封装必须在晶片分割为个别芯片后，方可对个别芯片封装，因此，该种工艺需时甚久。因为晶片封装技术对集成电路发展影响很大，当电子装置尺寸需要小型化，对于封装技术要求也变高。因此封装技术朝向球栅阵列(BGA)，先进覆晶球栅阵列封装(FC-BGA)，晶片级封装(CSP)，晶片级封装(WLP)发展。
晶片级封装技术为先进封装技术，于晶片上进行芯片的制造与测试，并沿晶片表面线切割芯片。因为晶片级封装技术为以整个晶片对封装标的，而非单个芯片，于切割工艺前，已经完成封装与测试；此外，晶片级封装为先进技术因此可省略打线接合工艺，芯片粘结与填胶。使用晶片级封装技术，成本与制造时间降低，且晶片级封装结构可以与晶片同尺寸；因此，该技术符合电子装置小型化需求。
与其它封装技术比较，晶片级封装技术所生产的晶片具有较宽线宽与较大球结构；采用较大的球结构，因其机械性质，可以降低晶片与相连接基材间热膨胀系数(CTE)不协调(mismatch)。
上述晶片级封装技术优点使晶片级封装成为该技术领域令人注目封装技术，但该晶片级封装技术仍存有问题。例如，晶片级封装技术，于装置尺寸变小时，虽可以降低晶片与相连接基材间热膨胀系数不协调，但晶片级封装结构材料间，例如介质层与重分布层(RDLs)间的热膨胀系数不协调，成为另一结构上问题，例如，于封装工艺中导致介质层破裂。
图1显示晶片级封装结构，至少包含介质层，其中介质层包含重分布层。介质层材料至少包含硅为基材的材料，例如，硅氧类高分子，硅氧化物，氮化硅，前述重分布图案层的材料，例如，为铜，且除了用于使传导终端暴露的开口外，该层为介质层覆盖。
与重分布层图案层，例如铜(约17)的热膨胀系数比较，一般弹性介电质材料热膨胀系数高于100；因此，于温度循环测试，热膨胀系数差异会导致重分布层与介质层明显不协调。图3显示重分布层/介质层于Y轴方向承受拉力。图4与图5显示重分布层/介质层沿Y轴的应力分布。参照图4与图5，M01左边邻近区域，介质层与重分布层承受应力值于区间1与区间2间达最大，之后快速下降；M01右边邻近区域，介质层与重分布层承受应力值于区间2与区间3间达最大，之后下降。
根据应力分析，邻近重分布层弯曲处区域，因为封装的僵硬性(rigidity)，累积应力上升到最大。封装僵硬性是因为不佳的热应力松弛(thermal stressrelaxation)所产生，例如因上述热膨胀不协调，会导致介质层变形，因为介质层于不平衡区域破裂，导致重分布层/介质层接口应力累积，例如，如图1，于介质层邻近重分布层弯曲处区域。
因此本发明揭露一晶片级封装包含数贯通开口的介质层结构，用以克服重分布层弯曲处附近介质层破裂问题。
发明内容
本发明的目的在于，揭露一种晶片级封装中包含数贯通开口的弹性介质层结构，用以吸收应力。重分布层与介质层间的热膨胀系数差异会造成介质层破裂。本发明利用一弹性介质层解决问题；其中弹性介质层材料至少包含硅为基材的材料，例如，硅氧类高分子，硅氧化物，氮化硅，具有特定的热膨胀系数，延展系数与硬度范围。该弹性介质层可改善晶片级封装结构于温度循环测试时的机械性质可靠性。本发明还揭露一晶片级封装的介质层结构，于邻近重分布层弯曲处包含数贯通开口，以降低邻近重分布层/介质层接口附近累积应力，以避免介质层破裂。
本发明提供一种晶片级封装结构，其特征在于，至少包含 一芯片； 至少一介质层包含数开口； 一重分布层与至少一介质层形成增层并与该芯片耦合，其中该介质层内包含至少一贯通开口，且该贯通开口邻近重分布层弯曲部份； 一输入/输出垫片保持该芯片与该重分布层间电性连接； 一焊锡球，使该重分布层与印刷电路板或外部元件形成电性耦合。
其中该介质层为一弹性介质层。
其中该弹性介质材料至少包含一以硅为基材的材料，苯环丁烯与氮化硅。
其中该弹性介质层热膨胀系数高于100(ppm/℃)。
其中该弹性介质层延展系数介于30％至50％。
其中该弹性介质层形变率介于20％至60％。
其中该重分布层热膨胀系数介于14至20(ppm/℃)。
其中该贯通开口的面积介于50平方微米至200平方微米。
其中该贯通开口形状至少包含圆形、三角形、正方形与矩形。
其中该至少一贯通开口形成于选定位置，于该贯通开口形成后与该贯通开口形成前比较，可降低邻近该重分布层弯曲部份，机械应力5％至40％。
为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，以下结合实施例，并配合附图，作详细说明如下，其中 图1显示一晶片级封装增层内介质层结构的剖面图。
图2显示重分布层/介质层于Y轴方向承受拉力。
图3显示重分布层(铜)上沿Y轴的应力值。
图4显示介质层上沿Y轴的应力值。
图5显示一介质层结构，其中于该介质层结构包含六贯通矩形口形成于邻近晶片级封装重分布层弯曲处。
图6显示如图2中的介质层左方，于形成开口前后于Y轴方向的应力值。
图7显示如图2中的介质层右方，于形成开口前后于Y轴方向的应力值。
具体实施例方式 本发明的一些实施例详细描述如下。然而，除了详细描述的实施例外，本发明亦可广泛在其它的实施例中施行，并且本发明的保护范围并不受限于下述的实施例，其是以本发明的权利要求范围为准。再者，为提供更清楚的描述及更易理解本发明，图标中各部分并没有依照其相对尺寸绘图，不相关的细节部分也未完全绘出，以求图标的简洁。参考图标，其中所显示仅仅是为了说明本发明的较佳实施例，并非用以限制本发明。
本发明揭露一晶片级封装结构，该结构包含一弹性介质层用以改善机械性质的可靠性，例如，于温度循环测试时，吸收晶片级封装结构内，因为材料间热膨胀系数不协调所产生的累积应力。本发明揭露一介质层结构，包含数贯通开口形成于晶片级封装重分布层的弯曲处，以降低应力。
图1绘示关于本发明具体实施例的一晶片级封装增层内介质层结构的剖面图。
如图1所绘示，晶片级封装结构包含芯片101，置放于基材100上并以粘性材料101a固定。重分布层103，也称为金属图案层，形成于芯片101上，并由光光刻技术移除重分布层选定部份；其中重分布层103与芯片101经由输入/输出垫片102保持电性连接。
本发明揭露的晶片级封装结构至少包含介质层。第一介质层104形成于芯片101上与由芯片101外围限定出该层边界。第二介质层106形成于基材100上，并填充芯片101与第一介质层104间周围空间，第三介质层107形成于第二介质层106与第一介质层104上。
于后续步骤，移除，例如以光光刻技术，第一介质层104与第三介质层107选定部份，以于第一介质层104与第三介质层107上形成多个开口，并于第一介质层104与第三介质层107上形成重分布层109，例如由沉积于开口方式；其中重分布层109与重分布层103保持电性接触。重分布层109形成后，介质层110形成于重分布层109顶部。之后，以移除方式，形成多个开口，例如，以光刻技术移除介质层110选定部份。介质层110上形成的开口可分为两种；一开口群(第一孔洞1)形成于重分布层109，另一开口群(第二孔洞2)形成于重分布层109弯曲处。之后，接触金属球(锡球)112形成于第一开口，以与重分布层109及印刷电路板或其它外部装置(例如未绘出的锡球下层金属(Under Ball Metallurgy，UBM)结构)保持电性连接。
于一本发明具体实施例，介质层较佳为弹性介质材料，由以硅为基材的材料构成，至少包含硅氧类高分子，硅氧化物，氮化硅，与上述物质的化合物。于另一具体实施例，介质层为由下述材料至少包含苯环丁烯(Benzocyclobutene)，环氧树脂，聚亚胺(Polyimide)或树脂构成。
于一本发明具体实施例，弹性介质层的特性包含热膨胀系数高于100(ppm/℃)(较佳为约130 to170ppm/℃)，延展系数为约40％(较佳为30％至50％)，硬度为介于塑料(plastic)与橡胶间，与形变率(deformation ratio)介于20％至60％。弹性介质层110厚度与温度循环测试时重分布层/介质层接口间累积应力有关，该厚度较佳为10微米至50微米。
于一本发明具体实施例，重分布层103与重分布层109材料至少包含钛/铜/金合金或钛/铜/镍/金合金。
重分布层103厚度较佳为介于2与10微米且重分布层103特性包含，重分布层103热膨胀系数为约17(ppm/℃)(较佳为介于14至20ppm/℃)，且延展系数为约20％(较佳为10％至40％)，且形变率介于10至20％。关于重分布层109，重分布层109厚度较佳为5微米至20微米，其它特性包含重分布层109热膨胀系数约为17(ppm/℃)(较佳为约14至20ppm/℃)，延展系数为约20％(较佳为10％至40％)，且形变率为约10至20％。
钛/铜合金以溅镀技术形成，且以电镀形成铜/金或铜/镍/金合金；使用电镀工艺形成重分布层103与重分布层109，可使重分布层厚度足以承担温度循环时的热膨胀系数不协调。金属垫片102可为铝或铜或上述金属合金。
于一本发明具体实施例，晶片级封装结构以硅氧类高分子构成弹性介质层以铜材质构成重分布层。根据应力分析，可降低重分布层/介质层接口的累积应力。
图2显示一重分布层/介质层于Y轴方向承受拉力时，一介质层的应力分布。如图2，根据重分布层的弯曲点，重分布层/介质层分为3区间；区间间的虚线与x轴平行。图3与图4显示于该区间沿Y轴方向所测得应力值；图3表示重分布层(铜)Y轴方向的应力值，图4表示介质层Y轴方向应力值。如图3，邻近M01右边的区域，重分布层应力值上升快速且于区间1与区间2间达到最大(约200兆帕(MPa))，且之后快速下降；同样的，邻近M01左边的区间，重分布层应力值于区间2与区间3间上升到最大之后快速下降；参考图4，介质层应力值与图3重分布层应力值(铜)分布趋势相类似。如图4，于邻近M01左边的区间，介质层应力值于区间1与区间2间达到最大，之后下降。同样的，邻近M01右边的区域，介质层应力值于区间2与区间3间上升到最大之后下降。
根据上述应力分析，参照图3与图4，即便利用弹性介质层，应力仍于重分布层弯曲处(铜)附近区域累积，因此导致弹性介质层破裂可能性仍上升。要解决这个问题，如图5，于一本发明具体实施例，于介质层上形成数贯通开口501以吸收应力。
介质层贯通开口501的位置对降低重分布层/介质层接口于温度循环测试时的累积应力相当重要。根据本发明一具体实施例，贯通开口501形成于介质层邻近重分布层弯曲处；于本发明另一具体实施例，开口601以光刻工艺形成。于另一本发明具体实施例，贯通开口501形状至少包含三角形，正方形，四边形与圆形；较佳形状为顶点呈圆滑状的四边形。于另一本发明具体实施例，沿着重分布层弯曲部份排列的贯通开口501与该重分布层弯曲部份的距离为5至100微米；较佳为约5至20微米或如果两邻近重分布层间空间少于20微米，为位于两图案层间的中央。于另一本发明具体实施例，开口数目与开口尺寸有关；一般来说，开口数目介于2-12。更特定言之，较佳开口尺寸为介于5微米×10微米至10微米×20微米，开口数目为4-6。
图5示一根据本发明的晶片级封装结构具体实施例，一晶片级封装结构中，介质层上六矩形贯通开口501形成于邻近重分布层502弯曲部份；其中三开口501位于重分布层502左边，另三个位于右边；其中开口501区域介于50平方微米至200平方微米，且重分布层502弯曲角度为45度。图6与图7显示如图2沿Y轴于开口形成前后所测得的介质层上应力值；其中上方曲线表示于重分布层502弯曲处附近未于介质层形成开口的应力值，下方曲线则表示于重分布层502弯曲处附近，于介质层形成六开口的应力值。如图6，介质层未形成开口501时，左边应力值上升快速且于区间1与区间2间达到最大，之后快速下降；开口501形成后，区间1与区间2间尖峰应力值明显下降；其它区间的应力值亦有相同趋势。图7显示介质层右边沿Y轴应力值；也显示与上述现象相类似趋势。于另一本发明具体实施例，介质层邻近重分布层弯曲部份承受的机械应力于开口形成后，降低5％至40％。
未于此以图显示的另一本发明具体实施例为扇出(fan-out)晶片级封装一增层中的弹性介质层结构。根据未于此显示的应力分析，当于弹性介质层上邻近重分布层弯曲处形成贯通开口，介质层上邻近重分布层弯曲处承受应力值明显降低。
本发明另一具体实施例为一硅晶片级封装(扇入(fan-in)晶片级尺度封装)增层的弹性介质层结构。根据未于此显示的应力分析，当于弹性介质层上邻近重分布层弯曲处形成贯通开口，介质层上邻近重分布层弯曲处承受应力值明显降低。
本发明以较佳实施例说明如上，然其并非用以限定本发明所主张的专利权利范围。其专利保护范围当视所附的权利要求范围及其等同领域而定。凡熟悉此领域的技术者，在不脱离本专利精神或范围内，所作的更动或润饰，均属于本发明所揭示精神下所完成的等效改变或设计，且应包含在本发明的权利要求范围内。
权利要求
1.一种晶片级封装结构，其特征在于，至少包含
一芯片；
至少一介质层包含数开口；
一重分布层与至少一介质层形成增层并与该芯片耦合，其中该介质层内包含至少一贯通开口，且该贯通开口邻近重分布层弯曲部份；
一输入/输出垫片保持该芯片与该重分布层间电性连接；
一焊锡球，使该重分布层与印刷电路板或外部元件形成电性耦合。
2.如权利要求1所述的晶片级封装结构，其特征在于，其中该介质层为一弹性介质层。
3.如权利要求1所述的晶片级封装结构，其特征在于，其中该弹性介质材料至少包含一以硅为基材的材料，苯环丁烯与氮化硅。
4.如权利要求2所述的晶片级封装结构，其特征在于，其中该弹性介质层热膨胀系数高于100(ppm/℃)。
5.如权利要求2所述的晶片级封装结构，其特征在于，其中该弹性介质层延展系数介于30％至50％。
6.如权利要求2所述的晶片级封装结构，其特征在于，其中该弹性介质层形变率介于20％至60％。
7.如权利要求1所述的晶片级封装结构，其特征在于，其中该重分布层热膨胀系数介于14至20(ppm/℃)。
8.如权利要求1所述的晶片级封装结构，其特征在于，其中该贯通开口的面积介于50平方微米至200平方微米。
9.如权利要求1所述的晶片级封装结构，其特征在于，其中该贯通开口形状至少包含圆形、三角形、正方形与矩形。
10.如权利要求所述1的晶片级封装结构，其特征在于，其中该至少一贯通开口形成于选定位置，于该贯通开口形成后与该贯通开口形成前比较，可降低邻近该重分布层弯曲部份，机械应力5％至40％。
全文摘要
本发明揭露一种晶片级封装中包含数贯通开口的弹性介质层结构，用以吸收应力。本发明包含一弹性介质层；其中弹性介质层材料至少包含硅为基材的材料，例如，硅氧类高分子，苯环丁烯与氮化硅，上述材料具有特定的热膨胀系数，延展系数与硬度范围。该弹性介质层可改善晶片级封装结构于温度循环测试时的机械性质可靠性。重分布层与介质层间的热膨胀系数差异会造成介质层破裂，因此，本发明还揭露一晶片级封装的介质层结构，于邻近重分布层弯曲处形成数贯通开口，以降低邻近重分布层/介质层接口附近的累积应力，避免介质层破裂。
文档编号H01L23/485GK101207099SQ20071019939
公开日2008年6月25日 申请日期2007年12月20日 优先权日2006年12月20日
发明者杨文焜, 余俊辉, 周昭男, 林志伟, 黄清舜 申请人:育霈科技股份有限公司