專利名稱：電子元件的封裝結(jié)構(gòu)及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是有關(guān)于具有緩沖層的電子組件結(jié)構(gòu)及制造方法，特別是利用緩沖層來改善覆晶的平坦度及減少封裝過程的負(fù)作用的封裝結(jié)構(gòu)與方法。
背景技術(shù)：
傳統(tǒng)的封裝技術(shù)是采用導(dǎo)線架封裝方式，需要導(dǎo)線架(Leadframe)或是基板(Substrate)、黏芯片(Die Attach)、打線、灌膜(Molding)、成型(Trim and Form)等制程，封裝后的集成電路(Integrated Circuit，IC)大小是芯片(Chip)的好幾倍。但隨著訊號輸出腳數(shù)快速增加，再加上電子組件的技術(shù)趨勢朝著輕薄短小發(fā)展，傳統(tǒng)的導(dǎo)線架封裝方式已不符合所需。各種新封裝技術(shù)如卷帶式自動接著封裝(Tape AutomatedBonding，TAB)、球柵數(shù)組封裝(Ball Grid Array，BGA)以及覆晶封裝(Flip Chip)等技術(shù)相繼被推出，以改善或彌補(bǔ)傳統(tǒng)封裝技術(shù)的不足之處。
在上述中的覆晶封裝技術(shù)是一種將芯片與基板相互連接的先進(jìn)封裝技術(shù)。在封裝過程中，芯片會被翻覆過來，讓芯片上面的接合點(Pad)與基板的接合點相互連接。而一般覆晶技術(shù)所使用的基板包括了有陶瓷、硅芯片、高分子積層板以及玻璃等，而其應(yīng)用的范圍也相當(dāng)廣泛，包括計算機(jī)、PCMCIA卡、軍事設(shè)備、個人通訊產(chǎn)品、鐘表、液晶顯示器以及表面聲波組件等這些領(lǐng)域。
使用覆晶封裝技術(shù)主要有兩大好處，第一可降低芯片與基板間的電子訊號傳輸距離，因此適合應(yīng)用于高速組件的封裝；第二可縮小芯片封裝后的尺寸，使得芯片封裝前后大小差不多，適合需要較小封裝面積的集成電路組件。
覆晶技術(shù)雖然有不少的優(yōu)點，但相對地帶來了一些先天上的缺點或限制，例如需要高裝配精度、填充材料的固化時間、對某些基板的可靠度較低等。不少致力于覆晶技術(shù)的人為了解決及改善這些先天上缺點或限制，也發(fā)展出不同的覆晶技術(shù)以求克服這些先天缺點或限制，一些不同的覆晶技術(shù)將于下面做簡短的描述與說明。
在美國專利號碼6310421及美國專利申請?zhí)?0030009864中公開了一種氣隙(air gap)封裝技術(shù)。如圖1A所示，為美國專利號碼6310421所公開的封裝結(jié)構(gòu)。氣隙(air gap)封裝技術(shù)為在電子組件110的主動區(qū)域105上形成由氣隙層115及116所為成的氣隙117；然后在覆晶于基板120之上。氣隙封裝技術(shù)所形成的結(jié)構(gòu)的氣密性相當(dāng)好，但其需要至少兩道的光罩制程，故其制程較為復(fù)雜，而且其形成的封裝結(jié)構(gòu)的高度也較高。
薄膜封裝技術(shù)，如美國專利號碼6,492,194、WO 99/43084或WO03/012856，所公開的技術(shù)，是利用于薄膜形成于電子組件與基板上方，并施壓使薄膜緊貼于電子組件與基板。如圖1B所示，為WO 03/012856所揭露的結(jié)構(gòu)圖，薄膜240緊貼于電子組件210及基板220之上。但是這樣的結(jié)構(gòu)的氣密性不佳，尤其當(dāng)薄膜240時被施壓并形成時，于電子組件210側(cè)邊的部分薄膜270會因拉力而變薄，如圖1C所示，造成氣體可能容易穿透薄膜240，再者，其部分薄膜270與基板的接觸點附近的空隙形狀類似乳滴管，在制程中會經(jīng)過多次升、降溫的過程，造成水氣等入侵，而使組件特性改變或組件受損。因此須于薄膜240上再形成另一層薄膜260，以加強(qiáng)氣密效果，使得封裝結(jié)構(gòu)的制程上較為復(fù)雜。
在美國專利號碼6078229所公開的封裝方法是具有樹酯薄膜330的封裝結(jié)構(gòu)與方法，如圖1D所示。其優(yōu)點是不需形成金屬層，因此其重量及成本較低。但是由于樹酯薄膜330必須有數(shù)個開口，使其不覆蓋表面聲波組件314的振動腔317及凸塊316(Bump)，因此其制程上所要求的精確度較高及較為復(fù)雜。
另一種封裝技術(shù)為底部密封(underfill)的封裝技術(shù)。圖1E為美國專利號碼5969461中所公開的底部密封封裝技術(shù)的結(jié)構(gòu)。注入具有流動性的樹酯440后到樹酯440固化這段時間，樹酯440會流入電子組件410及基板420之間，故需增加屏障(dam)480以防止樹酯440碰觸到電子組件410的主動區(qū)域而影響電子組件(如表面聲波組件)的特性受到影響。且對多余的樹酯需再加以清除，因此，整體的制程上較為復(fù)雜，其制程成本也會較高。
在美國專利號碼6262513公開了封裝樹脂封合(encapsulation resin)的封裝方式，如圖1F所示，在電子組件510及基板520的上覆蓋一層樹脂540。這樹脂層540必須無流動性樹脂，以避免如底部密封的技術(shù)所使用的樹酯，會流進(jìn)電子組件510與基板520間的空隙，使電子組件的特性受到影響。但是樹脂層540在加熱固化過程有熱膨脹的問題，為了減少因熱膨脹系數(shù)而產(chǎn)生的熱應(yīng)力，可以在樹脂層540中添加SiO2顆粒，但會造成與線路590間的連接力下降，而使之封裝結(jié)構(gòu)的氣密性不佳。

發(fā)明內(nèi)容
鑒于上述發(fā)明背景中，公知技術(shù)中覆晶技術(shù)方法會遭遇到制程方法復(fù)雜度高或者封裝氣密氣不佳的問題。本發(fā)明的主要目的在于利用形成緩沖層于電子組件及基板之間，以達(dá)到良好的氣密性。而且這樣的結(jié)構(gòu)的制程也相當(dāng)?shù)暮唵巍?br> 本發(fā)明的另一目的為，利用于電子組件及基板之間的緩沖層，可以有效改善電子組件及基板間的平坦度。
本發(fā)明的又一目的為，利用封裝過程擠壓緩沖層，使緩沖層更密及延展，使空氣不論是經(jīng)緩沖層與電子組件的連接面或穿透緩沖層的逸出路徑都變長及困難，因此可提供一良好氣密性的結(jié)構(gòu)，使水氣、氧氣及二氧化碳等氣體不易侵蝕此結(jié)構(gòu)。
根據(jù)上述目的，本發(fā)明提供了一種電子組件的封裝結(jié)構(gòu)，包含一基板，該基板的一第一表面具有一第一復(fù)數(shù)個接觸點及一第二復(fù)數(shù)個接觸點、一第二表面具有復(fù)數(shù)個接合點，且該基板具有復(fù)數(shù)個介層洞，用以連接該第一復(fù)數(shù)個接觸點及該復(fù)數(shù)個接合點；以及一緩沖層，位于該基板與該電子組件之間，而該電子組件的具有電極的一表面與該基板的該第一表面相對，該緩沖層上有一開口，使該第一表面的該第一復(fù)數(shù)個接觸點露出，其中該緩沖層圍繞于該電子組件的周邊，且該電子組件周邊與該緩沖層的一接觸面為非平面。
其中該基板材質(zhì)選自于由鋁、陶瓷、硅芯片、高分子積層板及玻璃所組成的族群。
其中上述緩沖層選自于由有機(jī)薄膜層及聚合物薄膜層所組成的族群。
其中上述緩沖層的材質(zhì)具有導(dǎo)電性。
其中上述緩沖層的該開口經(jīng)微影制程、激光或預(yù)先開口方式所形成。
還包含一導(dǎo)電層，該導(dǎo)電層形成于該電子組件上。
其中上述緩沖層的厚度為30-200微米。
上述電子組件與該緩沖層該接觸面具有一折角。
其中上述電子組件與該基板經(jīng)一選自于由熱壓接合、超聲波接合、熱超聲波接合、點焊接合或灌封接合所組成的族群的貼合制程來貼合。
本發(fā)明還提供了一種電子組件的封裝方法，包含形成一緩沖層于一基板的一第一表面，該緩沖層上有一第一開口，使該基板的該第一表面的一第一復(fù)數(shù)個接觸點露出，其中該基板的該第一表面具有該第一復(fù)數(shù)個接觸點及一第二復(fù)數(shù)個接觸點、一第二表面具有復(fù)數(shù)個接合點，且該基板具有復(fù)數(shù)個介層洞，用以連接該第一復(fù)數(shù)個接觸點及該復(fù)數(shù)個接合點；以及安裝一第一電子組件于該緩沖層上，使該第一電子組件對應(yīng)該緩沖層上的該第一開口，其中該復(fù)數(shù)個電極具有電極的一表面與該基板的該第一表面相對，該緩沖層圍繞該第一電子組件的周邊，且該電子組件周邊與該緩沖層的一接觸面為非平面。
相較于公知技術(shù)的缺點，本發(fā)明是利用形成緩沖層于電子組件及基板之間來克服公知技術(shù)的缺點。緩沖層除可以作為一自我平坦化緩沖層，改善電子組件與基板之間的平坦度。而且增加了氣體逸出的路徑長度及困難度，使結(jié)構(gòu)的氣密性更良好，更能有效防止水氣、氧氣及二氧化碳等氣體的侵蝕。而且，此結(jié)構(gòu)的制程十分簡單，有助于改善產(chǎn)品的良率。


圖1A-F為公知技術(shù)中的電子組件封裝技術(shù)的示意圖；圖2A-C為本發(fā)明的一較佳實施例的制程步驟的示意圖；圖3A-E為本發(fā)明的晶圓等級組件的制程步驟的示意圖；以及圖4為為本發(fā)明的另一較佳實施例的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施方法本發(fā)明的一些實施例會詳細(xì)描述如下。然而，除了詳細(xì)描述外，本發(fā)明還可以廣泛地在其它的實施例施行，且本發(fā)明的范圍不受限定，其以申請的專利范圍為準(zhǔn)。
再者，為提供更清楚的描述及更易理解本發(fā)明，附圖內(nèi)各部分并沒有依照其相對尺寸繪圖，某些尺寸與其它相關(guān)尺度相比已經(jīng)被夸張；不相關(guān)的細(xì)節(jié)部分也未完全繪出，以求附圖的簡潔。
由于目前的覆晶技術(shù)方法會遭遇到制程方法復(fù)雜度高或者封裝氣密氣不佳的問題。本發(fā)明針對此而提供了一種封裝于緩沖層上的電子組件的結(jié)構(gòu)。本發(fā)明的覆晶的結(jié)構(gòu)與方法除在其制程十分容易外，也能達(dá)到提升封裝的氣密性的作用。再者，覆晶的技術(shù)是將芯片翻覆過來，使芯片上面的接觸點與基板的接觸點相互連接的技術(shù)，其平坦度(芯片是否與基板平行)是直接影響到覆晶的良率(尤其是金對金的覆晶)，接觸點數(shù)目越多，對平坦度的要求越嚴(yán)格。因此，由緩沖層，可以達(dá)到封裝過程自我平坦化(Self-Planarization)的作用，改善覆晶平坦度的問題。本發(fā)明上述的優(yōu)點將于下面做詳細(xì)地描述與說明。
本發(fā)明的一較佳實施例的封裝結(jié)構(gòu)的制程步驟如圖2A到圖2C所示。在圖2A中，基板20第一表面具有第一復(fù)數(shù)個接觸點11及第二復(fù)數(shù)個接觸點40，第二表面具有復(fù)數(shù)個接合點21，第一復(fù)數(shù)個接觸點11與復(fù)數(shù)個接合點21透過介層洞(Via holes)31來彼此連接。然后形成一緩沖層30于基板20之上，并移除第二復(fù)數(shù)個接觸點40之上以外部分的緩沖層30，形成復(fù)數(shù)個開口90，如圖2B所示。此移除部分緩沖層30的步驟可以是經(jīng)微影制程或激光開口來達(dá)成，或者在緩沖層30上先預(yù)先開口然后形成于基板20上。而緩沖層較佳的厚度范圍為30-200微米。然后，將每個電子組件10對應(yīng)著一個開口90置于緩沖層30上，使緩沖層30支撐著電子組件10的周邊，如圖2C所示。最后，執(zhí)行貼合制程，使電子組件10可以與基板20緊密連接在一起。
在此再對經(jīng)上述封裝制程所形成的封裝結(jié)構(gòu)，做詳細(xì)的描述基板20上有第一復(fù)數(shù)個接觸點11、第二復(fù)數(shù)個接觸點40、復(fù)數(shù)個接合點21及復(fù)數(shù)個介層洞31。其中第一復(fù)數(shù)個接觸點11及第二復(fù)數(shù)個接觸點40位于基板20的第一表面；復(fù)數(shù)個接合點21位于基板的第二表面，且第一復(fù)數(shù)個接觸點11及復(fù)數(shù)個接合點21由復(fù)數(shù)個介層洞31來連接。緩沖層30上有復(fù)數(shù)個開口90，使第一復(fù)數(shù)個接觸點11露出。因此，當(dāng)電子組件10置于緩沖層30上時，每個電子組件10對應(yīng)緩沖層的一開口90，且電子組件10周邊與緩沖層30接觸。
一般而言，在電子組件10、基板20、緩沖層30及第二復(fù)數(shù)個接觸點40之間的氣體若要逸出，主要從電子組件10及緩沖層30的接觸面或穿過緩沖層30逸出。而在本發(fā)明中，緩沖層30經(jīng)擠壓后會變的密實及沿著電子組件10及基板20間的空間延展。所以，氣體逸出所需穿透緩沖層30的厚度增加。再者電子組件10及緩沖層30的接觸面經(jīng)擠壓后也變成為非平面，其距離長度較長而且?guī)в幸晦D(zhuǎn)角。因此與公知技術(shù)相比，本發(fā)明結(jié)構(gòu)的氣密性十分良好。再者，電子組件10上與緩沖層30的接觸表面也可以是非平面，而是具有高低起伏的表面(例如鋸齒狀的表面)，如此，也可以增加氣體的逃逸距離，而達(dá)到增加氣密度的效果。
電子組件10與緩沖層30的貼合制程，可結(jié)合傳統(tǒng)技術(shù)上的貼合制程，例如熱壓接合、超聲波接合、熱超聲波接合、點焊接合或灌封接合等，來使電子組件10與緩沖層30緊密貼合。在貼合過程，可施力60于電子組件10上，在這過程，緩沖層30在與電子組件10的接合部分會因擠壓而使結(jié)構(gòu)更密實，增加對水氣、氧氣或二氧化碳等會侵蝕或影響組件可靠性的氣體抗?jié)B透性。再者，在擠壓過程，緩沖層30會沿著電子組件10與基板20的空隙延展，而增加氣體的逃逸路徑，使氣體更不易穿透緩沖層30。另一個氣體可逃逸的路經(jīng)為緩沖層30與電子組件10的接觸面，這接觸面會因擠壓過程而形成具有彎角的非平面，且氣體的逃逸路經(jīng)長度也因擠壓而增長，因此，氣體也不易由接觸面逃逸。所以，本發(fā)明的結(jié)構(gòu)的氣密性明顯比公知技術(shù)的結(jié)構(gòu)好。另外，貼合過程可以在真空中、或者特定的氣體或混合氣體環(huán)境下進(jìn)行，例如氮氣、氫氣、氦氣等惰性氣體或其混合氣體。特定的氣體或混合氣體不可包含如水氣、氧氣或二氧化碳等會侵蝕或影響組件可靠性的氣體，使封裝組件完成的內(nèi)部氣體并不會影響封裝組件。
電子組件10、基板20之間的緩沖層30的另一個優(yōu)點為，可以改善貼合制程時，電子組件10、基板20之間的平坦度。尤其當(dāng)貼合制程為超聲波接合或熱超聲波接合時，緩沖層30可以有效吸收傳至電子組件10周圍的超音波能量，但傳至中間導(dǎo)體16的超音波能量不受緩沖層30所影響而損失，故改善其平坦度的效果尤其明顯，特別是對金的封裝而言，平坦度一直是最大的問題。本發(fā)明利用緩沖層30介于電子組件10之間基板20之間，而達(dá)到自我平坦化的功能，因此克服可公知技術(shù)中的平坦度問題。
本發(fā)明并不限制可應(yīng)用的電子組件的種類，例如射頻組件、感應(yīng)器、可抹除且可程序只讀存儲器、電荷耦合組件、半導(dǎo)體激光、發(fā)光二極管及表面聲波組件等均可應(yīng)用于本發(fā)明的封裝結(jié)構(gòu)及方法。而本發(fā)明可使用的基板的材質(zhì)種類也相當(dāng)?shù)亩?，例如鋁、高溫共燒陶瓷(HTCC)、低溫共燒陶瓷(LTCC)等，而硅芯片、高分子積層板或玻璃等一般傳統(tǒng)使用的基板也適用于本發(fā)明。雖然在擠壓過程，緩沖層30變的密實，可以使緩沖層30變的更不易吸水氣或氧氣、二氧化碳不易滲透，但緩沖層30的材質(zhì)若選擇性質(zhì)較不易吸收水氣，或者氧氣、二氧化碳不易滲透的材質(zhì)，例如PET、PEN、PVC、OPP、PI等有機(jī)物或聚合物，可以更加強(qiáng)封裝組件的可靠性。而且緩沖層也可以為具有導(dǎo)電性的材質(zhì)，以加強(qiáng)接地的效果。
本發(fā)明也適用于晶圓等級的制程，如圖3A到圖3E所示。在圖3A中，基板20第一表面具有一第一復(fù)數(shù)個接觸點11及一第二復(fù)數(shù)個接觸點40，第二表面具有復(fù)數(shù)個接合點21，第一復(fù)數(shù)個接觸點11與復(fù)數(shù)個接合點21透過介層洞31來彼此連接。然后形成一緩沖層30于基板20的上，并移除第二復(fù)數(shù)個接觸點40的上以外部分的緩沖層30，形成復(fù)數(shù)個開口90，如圖3B所示。再來，如圖3C，將晶圓等級的復(fù)數(shù)個電子組件10置于緩沖層30的上。如圖3D所示，緩沖層30支撐著各個電子組件10的周邊。也可以執(zhí)行一切割制程，使各個電子組件10可以彼此分割出來，如圖3E。當(dāng)然，切割制程也可以是半切割的方式，以便配合后續(xù)制程的需求。
如圖4所示為本發(fā)明的另一實施例的結(jié)構(gòu)示意圖。相較于上述的結(jié)構(gòu)，此實施例的結(jié)構(gòu)多形成一導(dǎo)電層50于電子組件10、緩沖層30及第二復(fù)數(shù)個接觸點40上。而此導(dǎo)電層50可達(dá)到電磁波屏蔽及增加氣密性的作用。
因此，相較于公知技術(shù)的上述缺點，本發(fā)明利用形成緩沖層于電子組件及基板之間，緩沖層除可以作為一自我平坦化緩沖層，改善電子組件與基板之間的平坦度。而且增加了氣體逸出的路徑長度及困難度，使結(jié)構(gòu)的氣密性更良好，更能有效防止水氣、氧氣及二氧化碳等的侵蝕。而且，此結(jié)構(gòu)的制程十分簡單，有助于改善產(chǎn)品的良率。
以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并非用以限定本發(fā)明的申請專利范圍；凡其它為脫離本發(fā)明所揭示的精神下所完成的等效改變或修飾，均應(yīng)包含在申請的專利范圍。
權(quán)利要求
1.一種電子組件的封裝結(jié)構(gòu)，包含一基板，該基板的一第一表面具有一第一復(fù)數(shù)個接觸點及一第二復(fù)數(shù)個接觸點、一第二表面具有復(fù)數(shù)個接合點，且該基板具有復(fù)數(shù)個介層洞，用以連接該第一復(fù)數(shù)個接觸點及該復(fù)數(shù)個接合點；以及一緩沖層，位于該基板與該電子組件之間，而該電子組件的具有電極的一表面與該基板的該第一表面相對，該緩沖層上有一開口，使該第一表面的該第一復(fù)數(shù)個接觸點露出，其中該緩沖層圍繞于該電子組件的周邊，且該電子組件周邊與該緩沖層的一接觸面為非平面。
2.如權(quán)利要求1的電子組件的封裝結(jié)構(gòu)，其特征在于，其中該基板材質(zhì)選自于由鋁、陶瓷、硅芯片、高分子積層板及玻璃所組成的族群。
3.如權(quán)利要求1的電子組件的封裝結(jié)構(gòu)，其特征在于，其中上述緩沖層選自于由有機(jī)薄膜層及聚合物薄膜層所組成的族群。
4.如權(quán)利要求1的電子組件的封裝結(jié)構(gòu)，其特征在于，其中上述緩沖層的材質(zhì)具有導(dǎo)電性。
5.如權(quán)利要求1的電子組件的封裝結(jié)構(gòu)，其特征在于，其中上述緩沖層的該開口經(jīng)微影制程、激光或預(yù)先開口方式所形成。
6.如權(quán)利要求1的電子組件的封裝結(jié)構(gòu)，其特征在于，還包含一導(dǎo)電層，該導(dǎo)電層形成于該電子組件上。
7.如權(quán)利要求1的電子組件的封裝結(jié)構(gòu)，其特征在于，其中上述緩沖層的厚度為30-200微米。
8.如權(quán)利要求1的電子組件的封裝結(jié)構(gòu)，其特征在于，其中上述電子組件與該緩沖層該接觸面具有一折角。
9.如權(quán)利要求1的電子組件的封裝結(jié)構(gòu)，其特征在于，其中上述電子組件與該基板經(jīng)一選自于由熱壓接合、超聲波接合、熱超聲波接合、點焊接合或灌封接合所組成的族群的貼合制程來貼合。
10.一種電子組件的封裝方法，包含形成一緩沖層于一基板的一第一表面，該緩沖層上有一第一開口，使該基板的該第一表面的一第一復(fù)數(shù)個接觸點露出，其中該基板的該第一表面具有該第一復(fù)數(shù)個接觸點及一第二復(fù)數(shù)個接觸點、一第二表面具有復(fù)數(shù)個接合點，且該基板具有復(fù)數(shù)個介層洞，用以連接該第一復(fù)數(shù)個接觸點及該復(fù)數(shù)個接合點；以及安裝一第一電子組件于該緩沖層上，使該第一電子組件對應(yīng)該緩沖層上的該第一開口，其中該復(fù)數(shù)個電極具有電極的一表面與該基板的該第一表面相對，該緩沖層圍繞該第一電子組件的周邊，且該電子組件周邊與該緩沖層的一接觸面為非平面。
全文摘要
本發(fā)明在基板上先形成一緩沖層，再將電子組件封裝于其上，可避免公知技術(shù)中氣密性不佳或制程繁雜等問題，因此本發(fā)明可提供較佳的氣密性及較簡單的制程步驟的封裝結(jié)構(gòu)與方法。尤其在進(jìn)行封裝時，緩沖可以改善覆晶的平坦度，并減少封裝過程的負(fù)作用。
文檔編號H01L21/60GK1645599SQ200410068698
公開日2005年7月27日 申請日期2004年9月2日 優(yōu)先權(quán)日2003年9月24日
發(fā)明者黃鈺同, 吳志雄, 徐永政 申請人:臺灣嘉碩科技股份有限公司