一种带有高铜柱的芯片封装结构制造技术

本发明专利技术公开了一种带有高铜柱的芯片封装结构，属于集成电路封装技术领域。它包括一体化铜柱集成平台、高铜柱；所述一体化集成平台上设有多颗高铜柱，高铜柱末端设有电镀层。将单颗、孤立的铜柱汇集到一体化铜柱集成平台，集成为一个整体，一体化铜柱集成平台作为设备吸取、贴放受力点，便于后续封装工艺自动化使用铜柱；微型化铜柱尺寸、重新布局铜柱的位置，实现铜柱之间所需要的细间距，并形成铜柱阵列，再利用一体化铜柱集成平台实现铜柱固定。再利用一体化铜柱集成平台实现铜柱固定。再利用一体化铜柱集成平台实现铜柱固定。

【技术实现步骤摘要】
一种带有高铜柱的芯片封装结构


[0001]本专利技术涉及一种带有高铜柱的芯片封装结构，属于集成电路封装


技术介绍

[0002]集成电路的发展趋势是越来越追求多功能、高性能、高散热、高集成度、高可靠性和低成本。芯片封装技术在集成电路的制作过程中发挥着至关重要的作用，芯片封装工艺的可行性、封装质量、封装可靠性，直接决定了集成电路是否满足设计要求以及能否被制造出来。封装工艺决定了集成电路的结构和性能。封装成本在集成电路总成本中所占的比例也越来越大。随着集成电路的晶圆制程发展到纳米级，芯片上集成的晶体管数量向更高密度发展，输入输出信号IO引脚数量越来越高，IO引脚的间距发展到低于100μm以下，封装工艺技术朝着更高密度方向发展。铜柱凸点封装技术，以其独特的凸点细间距优势，良好的导热性能、抗电迁移性能、质量一致性和可靠性，已经成为先进芯片封装工艺的核心技术，主导着芯片封装技术向高密度、超细间距方向发展。
[0003]目前，使用铜柱封装技术方案主要分两种现有技术：(一)直接使用单颗铜柱，单颗铜柱包装成编带方式；(二)激光开槽电镀铜方式。
[0004]现有技术(一)的缺陷：
[0005]现有技术(一)是直接使用单颗铜柱。单颗铜柱是采用机械加工方式单颗地加工出来，进行表面处理然后做成编带方式，便于自动化方式使用。该工艺实施的主要步骤如下：
[0006](1)铜板、机加工模具的准备；
[0007](2)铜柱冲压机械加工成型，得到需要尺寸的单颗铜柱；
[0008](3)铜柱表面处理；
[0009](4)铜柱编带包装，将单颗铜柱包装在卷带料中，方便封装设备的自动化方式使用。
[0010]现有技术(一)即单颗铜柱编带使用方式，具有低本、生产率高的特点，但是并未在封装工艺中广泛被使用，主要问题如下：
[0011](1)加工焊锡bump凸起难度大：单颗铜柱不利于固定、在铜柱末端加工出焊锡bump难度大；
[0012](2)编带包装的单颗铜柱在封装工艺中，是一颗一颗地使用，生产效率低；
[0013](3)单颗铜柱的尺寸，由于机械加工方法和电子制造工艺等方面的限制，铜柱直径不能进一步做小，一般200μm是小尺寸，继续微型化受到工艺和应用限制；
[0014](4)单颗铜柱的长度不能太长，受制于加工方法和铜柱焊接工艺限制，单颗铜柱容易倾倒，焊接工艺中容易位置偏移，影响铜柱应用质量和客户满意度等。
[0015]现有技术(二)的缺陷：
[0016]现有技术(二)是在基板表面焊盘上电镀铜柱技术，该工艺实施的主要步骤如下：
[0017](1)在已经完成塑封工艺(molding工艺)的塑封料表面进行激光挖槽，利用高能量、高精度、可编程、可自动化的激光束，烧蚀塑封料，加工出圆形深孔或沟槽；
[0018](2)在圆形深孔或沟槽内进行清洁等预处理，便于电镀工艺实现；
[0019](3)电镀铜工艺，在激光深孔或沟槽内电镀产生需要形状和深度的铜柱。
[0020]TMV(ThroughMoldVia)技术是当前先进封装技术之一，常用在扇出型封装(Fanout)工艺中，如FOPOP、2.5D、双面SiP等封装结构，该工艺正在被大量封装厂所使用，其主要的缺点是：
[0021](1)设备投资成本高昂；激光烧蚀技术工艺复杂、控制难度大；
[0022](2)激光挖槽过程是激光一个一个地进行图形的烧蚀，效率低，成本高；
[0023](3)激光能力是否高度方向挖到需要位置，难以控制和检测；
[0024](4)激光挖槽过程是质量与基板是否变形、塑封料高度有关。基板变形和塑封料的厚度变化控制难度大，影响到激光挖槽深度的质量，进而影响后续铜柱电镀质量；
[0025](5)深孔电镀有工艺的限制，目前常用深宽比10：1，量产铜柱的高度最高是100μm左右。
[0026]TMV工艺加工铜柱，工序多、质量控制难度大、存在气泡问题、电镀铜柱内部不连续等问题、使用该工艺的封装芯片可靠性问题等不利因素。电镀铜柱工艺受到沟槽深度和宽度尺寸的工艺约束，不能做出高铜柱，因此，一定程度上限制了当前芯片封装工艺的发展。因此，亟待设计出一种带有高铜柱的芯片封装结构及其制备方法。其中，高铜柱是指高度超过50μm的铜柱，铜柱末端为了封装工艺、质量的需要设置有电镀金属层。高铜柱的加工方法可以是精密模具铸造成形、精密冲压加工、精密蚀刻加工、精密激光加工中的任意一种或者所述方法的搭配组合。

技术实现思路

[0027]本专利技术针对现有技术方案的技术问题和挑战，提供一种带有高铜柱的芯片封装结构及其制备方法。本专利技术技术方案解决了单颗铜柱应用在封装工艺中的技术问题，优化了铜柱在封装工艺中批量使用的工艺、质量、可靠性、效率，将推进铜柱结构在芯片封装工艺中的批量应用。
[0028]本专利技术所要解决的技术问题采取以下技术方案来实现：
[0029]一种带有高铜柱的芯片封装结构，它包括一体化铜柱集成平台、高铜柱(高度为50
‑
5000μm)；
[0030]所述一体化铜柱集成平台上设有多颗高铜柱，高铜柱末端设有电镀层。
[0031]高铜柱末端电镀层包括电镀镍层和焊锡层，电镀镍层处于高铜柱末端和焊锡层之间，电镀镍层的厚度范围在0.1
‑
10μm之间，焊锡层采用纯锡或焊锡合金，其中焊锡合金的成分采用SnPb、SnAg、SnCu、SnBi、SnAgCu、SnAgCuNi中的至少一种，焊锡层厚度范围在1
‑
100μm之间。
[0032]高铜柱的横截面形状采用但不限于长方形、圆形、椭圆形、正多边形中任意一种。
[0033]作为优选实例，所述一体化铜柱集成平台采用：(一)铜质一体化铜柱集成平台；(二)带芯片高铜柱集成平台；(三)胶固化一体化铜柱集成平台；(四)带载板高铜柱一体化集成平台。其中：
[0034](一)铜质一体化铜柱集成平台以及高铜柱采用但不限于精密模具铸造加工、精密冲压加工、精密蚀刻加工、激光精密加工中任意一种或多种组合的加工方式成型。铜柱与铜
质一体化铜柱集成平台源自同一块材料，具有连接强度大的优势，加工简单、有极高的成本竞争力。
[0035](二)带芯片高铜柱集成平台包括芯片本体，以及芯片本体上的bump凸块(bump意为凸块，是芯片领域术语，以完成芯片与外界的组装互连)，芯片本体与高铜柱之间通过bump凸块相连，高铜柱采用焊接方式与bump凸块连接。芯片与高铜柱之间的应力，通过bump凸块焊锡进行缓解、吸收，降低芯片bump凸块处应力集中。根据芯片bump凸块类型，分为solderbump(锡膏bump)类高铜柱一体化集成平台、Copperpillarbump(短铜柱bump)类高铜柱一体化集成平台。带芯片高铜柱集成平台解决了晶圆bumping电镀工艺中电镀bump高度的工艺极限，获得了超长bump结构；同时焊接工艺连接方式改善了高铜柱的应力问本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种带有高铜柱的芯片封装结构，其特征在于，它包括一体化铜柱集成平台、高铜柱；所述一体化铜柱集成平台上设有多颗高铜柱，高铜柱末端设有电镀层。2.根据权利要求1所述一种带有高铜柱的芯片封装结构，其特征在于，所述一体化铜柱集成平台采用铜质一体化铜柱集成平台、带芯片高铜柱集成平台、胶固化一体化铜柱集成平台、带载板高铜柱一体化集成平台中任意一种。3.根据权利要求2所述一种带有高铜柱的芯片封装结构，其特征在于，所述铜质一体化铜柱集成平台以及高铜柱采用但不限于精密模具铸造加工、精密冲压加工、精密蚀刻加工、激光精密加工中任意一种或多种组合的加工方式成型。4.根据权利要求2所述一种带有高铜柱的芯片封装结构，其特征在于，所述带芯片高铜柱集成平台包括芯片本体，以及芯片本体上的bump凸块，芯片本体与高铜柱之间通过bump凸块相连，高铜柱采用焊接方式与bump凸块连接。5.根据权利要求2所述一种带有高铜柱的芯片封装结构，其特征在于，所述胶固化一体化铜柱集成平台由固化胶固化高铜柱形成集成平台，多颗高铜柱与固化胶连接为一整体。6.根据权利要求2所述一种带有高铜柱的芯片封装结构，其特征在于，所述带载板高...

【专利技术属性】
技术研发人员：饶跃峰，
申请(专利权)人：上海白泽芯半导体科技有限公司，
类型：发明
国别省市：