技術(shù)領(lǐng)域

?本發(fā)明涉及芯片封裝結(jié)構(gòu)，尤其是一種基于卷曲型銅布線的芯片級三維柔性封裝結(jié)構(gòu)。

背景技術(shù)

目前消費類電子產(chǎn)品持續(xù)向著輕、薄、短、小與多功能集成的方向飛速發(fā)展，同時面對電子產(chǎn)品低成本要求，一方面，芯片級封裝?（WLP）得到了高速發(fā)展；另一方面，系統(tǒng)級封裝（SiP）成為了發(fā)展的必然趨勢。同時，倒裝芯片（FC）技術(shù)以其高密度、高速度等優(yōu)越性作為一級互連技術(shù)在各類先進封裝中得到了廣泛應(yīng)用，如前述的芯片級封裝和系統(tǒng)級封裝。傳統(tǒng)的芯片級的倒裝芯片結(jié)構(gòu)是在硅芯片上淀積Si₃N₄鈍化層，然后通過再分布銅布線實現(xiàn)把沿芯片上分布的焊接區(qū)域轉(zhuǎn)換為在芯片表面上按平面陣列形式分布的焊料凸點焊區(qū)域，最后由焊料凸點實現(xiàn)與板級電路互連，整個芯片封裝結(jié)構(gòu)不能柔性變形。

故其不足之處在于：當電子元器件與基板焊接互連后，基板、焊料凸點和芯片的不同材料之間的熱膨脹系數(shù)（CTE）不同會導致熱不匹配現(xiàn)象的產(chǎn)生。這樣，熱循環(huán)過程中的熱失配就會給芯片上的焊料凸點帶來較大機械應(yīng)力（主要是平面剪應(yīng)力），進而造成基板的變形或焊料凸點與基板間的微裂紋，從而引發(fā)可靠性問題，對大尺寸的封裝尤為嚴重。

在當前的實際應(yīng)用中，為了解決該問題，通常采用底部填充技術(shù)，即在封裝體底部的焊料凸點間空隙填充上特定的材料，以補償由于機械震動沖擊、電源或溫度周期變化所引起的焊料凸點與基板間的熱失配應(yīng)力，常用的填充材料為環(huán)氧樹脂。盡管底部填充技術(shù)可以在一定程度上解決上述可靠性問題。但由于底部填充技術(shù)與表面組裝技術(shù)（SMT）工藝不兼容，當FC和WLP與印制電路板（PCB）上其它元器件一并組裝并經(jīng)再流焊后，必須在線進行底部填充、固化后才能完成后續(xù)工藝。這無疑在增加工藝制作成本的同時大大延長了生產(chǎn)周期。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，而提供一種可靠性高、生產(chǎn)成本低、生產(chǎn)周期短的基于卷曲型銅布線的芯片級三維柔性封裝結(jié)構(gòu)。

本發(fā)明的目的通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)：

一種基于卷曲型銅布線的芯片級三維柔性封裝結(jié)構(gòu)，包括設(shè)有鈍化層的硅芯片、銅接線柱、再分布銅布線、凸點下金屬層（UBM）、焊料凸點和阻焊層，硅芯片焊盤區(qū)域與銅接線柱連接，所述凸點下金屬層設(shè)置在再分布銅布線上并通過再分布銅布線與銅接線柱相連接，焊料凸點設(shè)置在凸點下金屬層上，與現(xiàn)有技術(shù)不同的是：所述鈍化層上設(shè)有柔性層，再分布銅布線設(shè)置在柔性層的表面上，再分布銅布線與凸點下金屬層連接的一端設(shè)置為具有微彈簧效果的卷曲形狀，凸點下金屬層旁邊的柔性層上設(shè)有通孔，焊料凸點正下方的鈍化層中設(shè)有空氣隙。

????所述的通孔為兩個，形狀呈扇面形，兩個通孔以凸點下金屬層為圓心對稱排列。

所述空氣隙為圓桶形狀。

所述扇面形外緣的半徑與空氣隙的半徑相等。

????所述的柔性層為聚酰亞胺。

所述阻焊層設(shè)置在柔性層和再分布銅布線的表面上。

柔性層上再分布銅布線與凸點下金屬層連接的一端設(shè)置為具有微彈簧效果的卷曲形狀使得焊料凸點在X-Y平面內(nèi)具有柔性度；設(shè)置空氣隙使得焊料凸點在Z軸方向上具有柔性度。當在熱循環(huán)過程中熱失配給焊料凸點帶來較大機械應(yīng)力時，X-Y平面內(nèi)的卷曲形銅布線結(jié)構(gòu)和Z軸方向的空氣隙可以使焊料凸點承受較大機械應(yīng)力而不產(chǎn)生可靠性問題。

本發(fā)明提供了一種利用焊料凸點正下方空氣隙和具有微彈簧效果的X-Y平面內(nèi)再分布銅布線結(jié)構(gòu)，使得三維方向上都具有柔性度的芯片級柔性封裝結(jié)構(gòu)，解決了熱循環(huán)中基板、焊料凸點、芯片熱不匹配引起的熱應(yīng)力導致的基板變形，或焊料凸點與基板間的微裂紋可靠性問題，并且取消了當前為解決熱不匹配而引入的底部填充工藝。

本發(fā)明的優(yōu)點有：首先，制備空氣隙結(jié)構(gòu)，使得焊料凸點下方具有一定范圍與深度的空氣隙，從而使得焊料凸點結(jié)構(gòu)可以適應(yīng)一定程度的Z軸方向上的變形，即保證焊料凸點結(jié)構(gòu)在Z軸上具有一定的柔性度；其次，在X-Y平面方向上，采用卷曲形再分布銅布線結(jié)構(gòu)，使其效果如同平面范圍內(nèi)的微彈簧，進而實現(xiàn)X-Y平面上的柔性。最后，整個封裝結(jié)構(gòu)包括空氣隙的制作工藝與傳統(tǒng)芯片制造工藝兼容性強，采用淀積、光刻、刻蝕等工藝就可以完成，不必引入新的工藝技術(shù)而提高制造成本。故本發(fā)明三維柔性封裝結(jié)構(gòu)完全可以解決熱循環(huán)中基板、焊料凸點、芯片熱不匹配引起的熱應(yīng)力導致的基板變形，或焊料凸點與基板間的微裂紋的可靠性問題，并且取消了現(xiàn)有技術(shù)中為解決熱不匹配而引入的底部填充工藝，大大減少了工藝制造的成本和生產(chǎn)周期。

附圖說明