半导体封装装置及其制造方法与流程

1.本公开涉及半导体封装技术领域，具体涉及半导体封装装置及其制造方法。


背景技术：

2.以往封装技术是将芯片放置在基板(substrate)上，再通过打线(wire bonding)技术将芯片与基板上的连接点相互连接；倒装芯片(flip chip)技术则是先在芯片的连接点处形成凸块(bump)，再将芯片翻转以使芯片与基板直接连接。倒装芯片技术相比于其他连接技术(例如球珊阵列封装技术，ball grid array)，具有更为便捷的互连形式。
3.在倒装芯片焊接过程中，由于凸块高度偏差或者基板翘曲等原因，会出现虚焊(non-wetting)或者冷焊(cold joint)现象，造成连接点之间的连接品质不符合要求。虽然通过预焊(pre-solder)可以改善由凸块高度偏差所引起的虚焊或者冷焊问题，但是预焊的成本较高，并且如果预焊的焊锡量过多会引起相邻连接点之间出现桥接(bridge)问题。
4.因此，有必要提出一种新的技术方案以解决上述至少一个技术问题。


技术实现要素：

5.本公开提供了一种半导体封装装置及其制造方法。
6.本公开提供了一种半导体封装装置，包括：
7.第一线路层，表面设置有第一导电垫；
8.介电层，位于所述第一线路层的表面并覆盖所述第一导电垫，所述介电层上设置有开孔，所述开孔使所述第一导电垫的至少部分表面暴露在外；
9.连接结构，设置在所述开孔处并且与所述第一导电垫被所述开孔暴露的表面电连接，所述连接结构和所述第一导电垫可与焊料接触部分的表面积大于所述第一导电垫被所述开孔暴露部分的表面积；
10.第二线路层，表面设置有导电件；
11.所述导电件通过焊料与所述连接结构电连接，或者所述导电件通过焊料与所述连接结构和所述第一导电垫电连接。
12.在一些可选的实施方式中，所述连接结构包括金属层，所述金属层覆盖所述开孔的侧壁和所述第一导电垫被所述开孔暴露的表面。
13.在一些可选的实施方式中，所述金属层还覆盖所述介电层的部分表面。
14.在一些可选的实施方式中，所述第一导电垫附着在所述第一线路层的表面；或者
15.所述第一导电垫至少部分内埋于所述第一线路层内，并且所述第一导电垫的顶面暴露在所述第一线路层外。
16.在一些可选的实施方式中，所述连接结构包括导电柱，所述导电柱形成于所述第一导电垫被所述开孔暴露的表面，所述导电柱的横截面面积小于所述开孔的横截面面积。
17.在一些可选的实施方式中，所述导电柱的长度方向垂直于所述第一导电垫的表面。
18.在一些可选的实施方式中，所述连接结构包括导电柱和第二导电垫，所述第二导电垫位于所述第一导电垫的表面，所述导电柱位于所述第二导电垫的表面，所述导电柱和所述第二导电垫的横截面面积均小于所述开孔的横截面面积。
19.在一些可选的实施方式中，所述导电柱和所述第二导电垫均可与焊料接触。
20.在一些可选的实施方式中，所述导电柱、所述第一导电垫和所述第二导电垫均可与焊料接触。
21.在一些可选的实施方式中，所述第一线路层为基板，所述第二线路层为芯片。
22.第二方面，本公开提供了一种半导体封装装置的制造方法，包括：
23.在第一线路层上形成第一导电垫；
24.在所述第一线路层的表面设置介电层；
25.在所述介电层上形成开孔，以使所述第一导电垫的至少部分表面暴露在外；
26.在所述开孔处形成连接结构，以得到半导体封装装置，其中，所述连接结构与所述第一导电垫被所述开孔暴露的表面电连接，所述连接结构和所述第一导电垫可与焊料接触部分的表面积大于所述第一导电垫被所述开孔暴露部分的表面积。
27.在一些可选的实施方式中，在所述开孔处形成连接结构之后，所述方法还包括：
28.将第二线路层放置在所述介电层上，以及通过焊料将所述第二线路层表面的导电件与所述连接结构电连接。
29.在一些可选的实施方式中，所述在所述开孔处形成连接结构，包括：
30.在所述开孔的侧壁、所述第一导电垫被所述开孔暴露的表面和所述介电层的部分表面形成金属层，以得到所述连接结构。
31.在一些可选的实施方式中，所述在所述开孔处形成连接结构，包括：
32.在所述第一导电垫被所述开孔暴露的表面形成导电柱，以得到所述连接结构。
33.在本公开提供的半导体封装装置及其制造方法中，通过在介电层上的开孔处设置连接结构，并且使连接结构和第一导电垫可与焊料接触的部分的表面积大于第一导电垫被开孔暴露部分的表面积，能够提供更大的与焊料的接触面积，并且增加连接处的焊料量，有效提高连接处的结构强度，避免因基板翘曲等原因引起的焊料断裂，有利于提高产品良率。
附图说明
34.通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本公开的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
35.图1是现有技术中半导体封装装置的示意图；
36.图2-图6是根据本公开实施例的半导体封装装置的第一示意图至第五示意图；
37.图7-图10是根据本公开实施例的半导体封装装置的制造方法的示意图。
38.符号说明：
39.11、上方线路层；12、下方线路层；13、铜衬垫；14、铜柱；15、焊锡；100、第一线路层；110、第一导电垫；120、第二导电垫；130、连接结构；200、第二线路层；210、导电件；300、介电层；310、开孔；400、焊料。
具体实施方式
40.下面结合附图和实施例对说明本公开的具体实施方式，通过本说明书记载的内容本领域技术人员可以轻易了解本公开所解决的技术问题以及所产生的技术效果。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释相关发明，而非对该发明的限定。另外，为了便于描述，附图中仅示出了与有关发明相关的部分。
41.需要说明的是，说明书附图中所绘示的结构、比例、大小等，仅用于配合说明书所记载的内容，以供本领域技术人员的了解与阅读，并非用以限定本公开可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本公开所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本公开所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“第一”、“第二”及“一”等用语，也仅为便于叙述的明了，而非用以限定本公开可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当也视为本公开可实施的范畴。
42.还需要说明的是，本公开的实施例对应的纵向截面可以为对应前视图方向截面，横向截面可以为对应右视图方向截面，而水平截面可以为对应上视图方向截面。
43.应容易理解，本公开中的“在...上”、“在...之上”和“在...上面”的含义应该以最广义的方式解释，使得“在...上”不仅意味着“直接在某物上”，而且还意味着包括存在两者之间的中间部件或层的“在某物上”。
44.此外，为了便于描述，本公开中可能使用诸如“在...下面”、“在...之下”、“下部”、“在...之上”、“上部”等空间相对术语来描述一个元件或部件与附图中所示的另一元件或部件的关系。除了在图中描述的方位之外，空间相对术语还意图涵盖装置在使用或操作中的不同方位。设备可以以其他方式定向(旋转90
°
或以其他定向)，并且在本公开中使用的空间相对描述语可以被同样地相应地解释。
45.另外，在不冲突的情况下，本公开中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本公开。
46.图1是现有技术中半导体封装装置的示意图。如图1所示，该半导体封装装置包括上方线路层11和下方线路层12。上方线路层11的下表面设置有铜柱(pillar)14，下方线路层12的上表面设置有铜衬垫(pad)13。铜柱14和铜衬垫13通过焊锡15连接。由于凸块制作的高度会存在偏差，以及下方线路层12在受热时会出现翘曲等原因，焊接过程中铜柱14和铜衬垫13的距离会出现过大的情况，从而引起虚焊(non-wetting)或者冷焊(cold joint)问题，导致连接点之间的连接品质(例如导电性能或者强度性能)不符合要求。
47.本公开实施例提供一种半导体封装装置。图2-图5是根据本公开实施例的半导体封装装置的第一示意图至第四示意图。
48.图2是根据本公开实施例的半导体封装装置的第一示意图，其示出了该半导体封装装置的纵向截面。如图2所示，本公开实施例中的半导体封装装置包括第一线路层100和第二线路层200。第一线路层100的上表面设置有第一导电垫110。第一线路层100的上表面还设置有介电层300。介电层300上设置有开孔310。开孔310内设置有连接结构130。连接结构130与第一导电垫110被开孔310暴露的表面电连接。第二线路层200的下表面设置有导电件210。导电件210例如是导电柱(pillar)。连接结构130通过焊料400与导电件210电连接。
49.在图2中，连接结构130包括金属层，该金属层覆盖开孔310的侧壁和第一导电垫
110被开孔310暴露的表面。此外，金属层还覆盖介电层300的部分表面。金属层可以是种子层(seed layer)，其材料例如是铜(cu)等。
50.在图2中，连接结构130的上表面具有凹槽。凹槽的侧壁能够增大连接结构130的表面积，使得连接结构130可与焊料400接触部分的表面积大于第一导电垫110被开孔310暴露部分的表面积，能够提供更大的与焊料400的接触面积，并且增加连接处的焊料400量，有效提高连接处的结构强度。
51.图3是根据本公开实施例的半导体封装装置的第二示意图，其为图2中半导体封装装置的一种变形方式。图3所示的半导体封装装置与图2所示的半导体封装装置的区别在于，图3中的连接结构130并非具有凹槽的金属层，而是导电柱。该导电柱形成于第一导电垫110被开孔310暴露的表面，并且该导电柱的横截面面积小于开孔310的横截面面积。该导电柱的长度方向(即图3中的竖直方向)垂直于第一导电垫110的上表面(即水平表面)。
52.在图3中，导电柱的侧壁能够增大连接结构130的表面积，使得连接结构130和第一导电垫110可与焊料400接触部分的总的表面积大于第一导电垫110被开孔310暴露部分的表面积，能够增大第一线路层100与焊料400的接触面积，并且增加连接处的焊料400的量，有效提高连接处的结构强度。
53.图4是根据本公开实施例的半导体封装装置的第三示意图，其为图3中半导体封装装置的一种变形方式(图4中省略了图3中的介电层300和第二线路层200等部分)。图4所示的半导体封装装置与图3所示的半导体封装装置的区别在于，图4中的第一导电垫110的表面设置有第二导电垫120，连接结构130的导电柱位于第二导电垫120的表面。导电柱和第二导电垫120的横截面面积均小于开孔310的横截面面积。
54.在一种实施方式中，图4中的导电柱和第二导电垫120的表面均可与焊料400接触。焊料400可以包覆导电柱的各个表面。焊料400可以同时包覆第二导电垫120的上表面和侧壁，也可以只包覆第二导电垫120的上表面但不包覆第二导电垫120的侧壁。此种实施方式中，焊料400不与第一导电垫110接触。
55.在一种实施方式中，图4中的导电柱、第一导电垫110和第二导电垫120均可与焊料400接触。焊料400可以包覆导电柱的各个表面。焊料400可以包覆第二导电垫120的侧壁并与第一导电垫110接触。
56.图5示出了本公开实施例的半导体封装装置的第一导电垫110的不同形式。如图5上部所示，第一导电垫110可以附着在第一线路层100的表面。如图5下部所示，第一导电垫110还可以内埋于第一线路层100中。图5下部所示的第一导电垫110全部内埋于第一线路层100中，其顶面暴露在第一线路层100外。此外，第一导电垫110还可以部分内埋于第一线路层100中，即第一导电垫110一部分位于第一线路层100内，另一部分位于第一线路层100外。
57.图6示出了图2中半导体封装装置的一种变形。在图2中，第一导电垫110附着在第一线路层100的表面。而在图6中，第一导电垫110内埋于第一线路层100中。
58.在一种实施方式中，第一线路层100可以是基板，第二线路层200可以是芯片。
59.在本公开实施例的半导体封装装置中，通过在介电层300上的开孔310处设置连接结构130，并且使连接结构130和第一导电垫110可与焊料400接触的部分的表面积大于第一导电垫110被开孔310暴露部分的表面积，能够提供更大的与焊料400的接触面积，并且增加连接处的焊料400量，有效提高连接处的结构强度，避免因基板翘曲等原因引起的焊料400
断裂，有利于提高产品良率。
60.本公开实施例还提供一种半导体封装装置的制造方法。图7和图8是该方法的第一种实施方式。参照图7，该方法包括以下步骤：
61.首先，如图7中第一步所示，在第一线路层100上形成第一导电垫110。
62.其次，如图7中第二步所示，在第一线路层100的表面设置介电层300。
63.之后，如图7中第三步所示，在介电层300上形成开孔310，以使第一导电垫110的至少部分表面暴露在外。
64.最后，如图7中第四步所示，在开孔310处形成连接结构130，以得到半导体封装装置，其中，连接结构130与第一导电垫110被开孔310暴露的表面电连接，连接结构130和第一导电垫110可与焊料400接触的部分的表面积大于第一导电垫110被开孔310暴露部分的表面积。
65.在一种实施方式中，在开孔310处形成连接结构130之后，该方法还包括：如图8所示，将第二线路层200放置在介电层300上，以及通过焊料400将第二线路层200表面的导电件210与连接结构130电连接。
66.在图7和图8所示的例子中，连接结构130为具有凹槽的金属层，其通过在开孔310的侧壁、第一导电垫110被开孔310暴露的表面和介电层300的部分表面形成金属层得到。
67.图9和图10是该方法的第二种实施方式，其与第一种实施方式大体上类似，区别在于图9和图10中的连接结构130为导电柱，其通过在第一导电垫110被开孔310暴露的表面形成导电柱得到。
68.本公开实施例提供的半导体封装装置的制造方法能够实现与前文描述的半导体封装装置类似的技术效果，这里不再赘述。
69.尽管已参考本公开的特定实施例描述并说明本公开，但这些描述和说明并不限制本公开。所属领域的技术人员可清楚地理解，可进行各种改变，且可在实施例内替代等效元件而不脱离如由所附权利要求书限定的本公开的真实精神和范围。图示可能未必按比例绘制。归因于制造过程中的变量等等，本公开中的技术再现与实际设备之间可能存在区别。可存在未特定说明的本公开的其它实施例。应将说明书和图式视为说明性的，而非限制性的。可作出修改，以使特定情况、材料、物质组成、方法或过程适应于本公开的目标、精神以及范围。所有此些修改都落入在此所附权利要求书的范围内。虽然已参考按特定次序执行的特定操作描述本公开中所公开的方法，但应理解，可在不脱离本公开的教示的情况下组合、细分或重新排序这些操作以形成等效方法。因此，除非本公开中特别指示，否则操作的次序和分组并不限制本公开。