具有用于凸块的焊盘的电组件及其制造方法与流程

1.本发明涉及一种凸块焊盘外壳，其能够改良凸块连接的耐腐蚀性并相应地改良电设备的可靠性。


背景技术：

2.凸块连接可用于电连接且机械连接不同电组件的电极焊盘，以建立包括两个(且可能更多个)电组件的电设备。
3.通常，凸块连接包括被布置在两个电极焊盘之间的焊料材料。另外，电极焊盘中的一个电极焊盘与焊料材料之间的接触由第一组件的第一凸块下金属化部(ubm)提供。焊料材料与第二电极焊盘之间的连接由与第二电组件相关联的相应的第二ubm提供。
4.传统的凸块连接容易出故障。具体来说，凸块连接的组成元件中的一个元件的破裂会使凸块连接在其电和/或机械功能方面变得无用。因此，只要单个凸块连接故障，相应的设备就可能无法使用。
5.凸块连接故障可发生在电设备的正常操作期间。然而，在设备或设备组件的制造步骤期间、例如当在加工步骤期间使用有潜在危险的材料时，可能已经发生故障。具体来说，腐蚀性材料可能会危及凸块连接，但可能对用于制造电设备或组件的加工步骤至关重要。
6.因此，需要改良凸块连接的可靠性，例如以提高电设备和组件的可靠性以及制造步骤的良品率。具体来说，需要耐腐蚀的凸块连接。


技术实现要素：

7.为此，提供了根据独立权利要求的凸块焊盘外壳。从属权利要求提供了凸块焊盘外壳、凸块连接器、电组件、电设备和电组件的制造方法的优选实施例。
8.凸块焊盘外壳包括电极焊盘、ubm和第一屏蔽罩。第一屏蔽罩至少覆盖电极焊盘的第一周边区域。第一屏蔽罩被提供且被配置成屏蔽第一外周区域免受环境的不利影响。
9.环境可以是制造过程期间的环境，或是被人员存储或使用的相应的设备或组件的环境。
10.环境可能包括腐蚀剂和/或水。具体来说，环境可能包括水分。
11.第一屏蔽罩的第一周边区域可以位于连接到ubm的相应的焊料材料与ubm之间的界面的周边处。
12.焊料材料可能包括锡或银或锡银合金。另外，电极焊盘可能包括铝、铜或铝/铜合金。当腐蚀剂与ubm或电极焊盘接触时，会发生对相应材料的腐蚀，这会导致相应的已知凸块连接损坏。因此，特别是焊料材料与ubm之间界面的周边区域(因为焊料材料与ubm之间界面的周边区域通常例如被电极焊盘限定环而水平地限制)容易出现缺陷，这是因为这一区域建立了用于腐蚀剂进入凸块焊盘构造的路径。
13.然而，代替环形，椭圆形、矩形、卵形或方形也是可能的。
14.在卵形的情况下，形状可以由类似于由符合方程的坐标(x,y)包围的区域的形状定义
15.x2/4 y2/(1-kx)＝1
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(方程1)
16.其中0《k《1；例如其中k＝0.2。
17.ubm的形状的足迹还可能具有类似体育场的形状(即由两个半圆和布置在两个半圆之间的矩形组成)。
18.第一屏蔽罩的存在，特别是通过第一屏蔽罩屏蔽这一敏感的第一周边区域免受环境的不利影响，实质上降低了腐蚀剂进入凸块焊盘构造的敏感区域的可能性。
19.因此，实质上增加了相应凸块连接的可靠性，并且因此也增加了相应组件和设备的可靠性。
20.出于同样的原因，增加了制造过程的良品率，也使得制造成本降低。
21.相应地，第一屏蔽罩可能是防潮屏蔽罩。
22.因此，第一屏蔽罩是保护凸块焊盘构造免受水分子进入所述构造的屏蔽罩。
23.第一屏蔽罩可能具有厚度t，其中t≤500nm或t≤400nm或t≤300nm。
24.另外，第一屏蔽罩的厚度t可能是25nm或更大。
25.第一屏蔽罩可以作为分层结构提供，其中屏蔽罩的材料在垂直于厚度方向的方向上的延伸实质上大于厚度。因此，第一屏蔽罩的厚度与屏蔽罩的定向无关。具体来说，屏蔽罩的材料可能在一个位置连接到水平表面，而在另一位置连接到垂直或倾斜表面(关于水平面倾斜)。
26.然而，特别可能的是，所提供的厚度至少部分地限定了屏蔽罩在垂直(z)方向上的厚度。
27.在这种情况下，电组件的主顶面决定了沿xy方向延伸的水平面的定向。相应地，z方向沿垂直方向延伸。
28.第一屏蔽罩可能包括或由选自以下的材料组成，例如氮化硅，例如si
x
ny(with 2.5≤x≤3.5；3.5≤y≤4.5)或化学计量的氮化硅si3n4a；氧化铝al2o3；氧化硅，sio2；氧化锆，zro2；氧化钛，tio2；包括硅、氮和氧的化合物，例如包括氮化硅和氧化硅的化合物；包括铝、氧和硅的化合物，例如包括氧化铝和氧化硅的化合物，例如包括al2o3和sio2的化合物；包括铝、氧和锆的化合物，例如包括氧化铝和氧化锆的化合物，例如包括al2o3和zro2的化合物；包括铝、氧和钛的化合物，例如包括氧化铝和氧化钛的化合物，例如包括al2o3和tio2的化合物。
29.一般来说，优选地，第一屏蔽罩包括提供抵抗例如水的腐蚀剂的强屏障的材料。
30.可以利用传统的材料沉积技术提供第一屏蔽罩，例如物理或化学气相沉积，例如溅射或ald(原子层沉积)。第一屏蔽罩还可以通过应用包含沉积抗蚀剂材料并移除第一屏蔽罩的材料的结构化技术而获得。
31.第一屏蔽罩可能包括单层构造或多层构造。
32.当第一屏蔽罩包括单层构造时，第一屏蔽罩由均质材料组成。如果第一屏蔽罩包括多层构造，那么多个两层或更多层(层的材料可以选自上述选择)可以被布置在另一层上以建立抵抗不需要的腐蚀剂的多层屏障。
33.因此，第一屏蔽罩建立了一个有效屏障，封闭了典型腐蚀剂进入传统凸块连接的
构造的路径。
34.凸块焊盘外壳还可能包括覆盖元件。覆盖元件可以至少部分地覆盖第一屏蔽罩的顶面的区域。
35.覆盖元件还可以包括或由如上所述的材料或材料/层构造组成。具体来说，覆盖元件的厚度可以超出第一屏蔽罩的厚度。覆盖元件可以有助于凸块连接的机械稳定性并且具有内部垂直侧面和外部垂直侧面。具体来说，内部垂直侧面可以基本上限定ubm与焊料材料之间的界面区域。
36.在优选的凸块焊盘外壳中，覆盖元件包括氧化硅，例如sio2和/或氮化硅，例如si
x
ny(其中2.5≤x≤3.5；3.5≤y≤4.5)，例如si3n4。
37.凸块焊盘外壳还可能包括第二屏蔽罩。第二屏蔽罩至少覆盖电极焊盘的第二周边区域。另外，第二屏蔽罩可能被提供且被配置成屏蔽第二外周区域免受环境的不利影响。
38.具体来说，第二屏蔽罩可能增强第一屏蔽罩以保护凸块连接的构造抵抗外部不利影响。
39.相应地，第二屏蔽罩可能是防潮屏蔽罩。
40.第二屏蔽罩可能具有厚度t2，其中t2≤500nm或t2≤400nm或t2≤300nm。
41.第二屏蔽罩也可以包括如上所述的材料组、或由如上所述的材料组组成。
42.具体来说，第一屏蔽罩可能包括或由氮化硅(例如si
x
ny(2.5≤x≤3.5；3.5≤y≤4.5)，例如si3n4)组成，并且第二屏蔽罩可能包括或由氮化硅(例如si
x
ny(其中2.5≤x≤3.5；3.5≤y≤4.5)，例如si3n4)组成。
43.此外，第一屏蔽罩可能包括或由al2o3组成，并且第二屏蔽罩可能包括或由氮化硅(例如si
x
ny(其中2.5≤x≤3.5；3.5≤y≤4.5)，例如si3n4)组成。
44.此外，第一屏蔽罩可能包括或由氮化硅(例如si
x
ny(其中2.5≤x≤3.5；3.5≤y≤4.5)，例如si3n4)组成，并且第二屏蔽罩可能包括或由al2o3组成。
45.第二屏蔽罩可能包括单层构造或多层构造。
46.对应于第一屏蔽罩，当第二屏蔽罩包括单层结构时，第二屏蔽罩可能具有均质材料。否则，第二材料可以包括多个两层或更多层，其中每一层可以包括或由上述材料中的一种材料组成。
47.第二屏蔽罩可能被提供且被配置成至少屏蔽第一屏蔽罩的垂直侧面免受环境的不利影响。
48.因此，第一屏蔽罩与第二屏蔽罩之间可能存在界面区域，其中第一屏蔽罩的材料与第二屏蔽罩的材料直接接触。
49.具体来说，第一屏蔽罩与第二屏蔽罩之间的这一界面区域可能位于的位置通常是不需要的腐蚀剂进入凸块连接的构造的路径的一部分。
50.凸块连接器可能包括如上所述的凸块焊盘外壳。凸块连接器还可以包括被提供且被配置成建立凸块连接的焊料材料。
51.可以将凸块连接器的电极焊盘的材料电性且机械地连接到载体衬底的表面处的信号线。相应地，包括凸块焊盘外壳的凸块连接器也可以被布置在载体基板的表面处。所述表面可以是指向通过凸块连接电且机械地连接到凸块连接器的第二电组件的相应的相反定向的表面的表面。
52.另外，电组件可以包括被布置在电组件的顶面处的如上所述的凸块连接器。
53.电组件的凸块连接器可以被配置且提供用于建立针对另一电组件的电和机械连接，使得这两个电组件建立电设备的至少一部分。
54.相应地，电设备可以包括一个或两个如上所述的电组件。包括两个凸块连接器之间的焊料材料的凸块连接在两个组件之间建立最终的电和机械接触。
55.一种制造包括如上所述的凸块焊盘外壳的电子组件的方法可以包括以下步骤：
[0056]-提供电极焊盘，
[0057]-将第一屏蔽罩的材料至少沉积于第一周边区域处，
[0058]-沉积ubm材料。
[0059]
因此，提供了提高凸块连接的可靠性的凸块焊盘外壳。凸块连接包括两个凸块连接器之间的焊料材料，其中每个凸块连接器与两个电组件中的一个电组件相关联，并且其中凸块连接器中的至少一个凸块连接器包括如上所述的凸块焊盘外壳。然而可以理解的是，两个凸块连接器都包括如上所述的凸块焊盘外壳的情况。
[0060]
通过这类凸块连接，实质上提高制造过程期间的可靠性和良品率。降低了腐蚀诱发的凸块连接破坏导致整个设备故障的风险。具体来说，有效地阻断腐蚀剂进入凸块焊盘结构的路径。
[0061]
提供厚度为500nm或更低的第一屏蔽罩和/或第二屏蔽罩显著降低了层构造破裂的风险。
[0062]
ubm包括单层构造或多层构造。具体来说，ubm可以包括粘合层，例如具有用于良好粘附于电极焊盘的钛。ubm可能至少在顶层包括镍、或金、或镍和金或镍/金合金，用于为焊料材料提供可良好焊接的界面层。
[0063]
ubm的顶水平可以-在垂直方向上-延伸超过覆盖元件的垂直水平。然而，ubm的垂直水平还可能匹配并且等于覆盖元件的垂直水平。然而，垂直水平还可能-在远离电极焊盘的材料的垂直方向上-延伸ubm的垂直水平。
[0064]
凸块焊盘外壳、相应的凸块连接、凸块连接器、电组件或电设备的中心方面和优选实施例的细节在所附示意图中示出。
附图说明
[0065]
在图中：
[0066]
图1示出了说明第一屏蔽罩关于电极焊盘和ubm的可能布置的横截面；
[0067]
图2示出了结构在载体衬底上的布置；
[0068]
图3示出了覆盖元件的使用；
[0069]
图4示出了延伸覆盖元件的高度的ubm的高度；
[0070]
图5示出了第二屏蔽罩的使用；
[0071]
图6示出了第二屏蔽罩的配置，其中ubm的厚度大致等于覆盖元件的厚度；
[0072]
图7说明了凸块连接器与焊料凸块之间的关系；
[0073]
图8说明了凸块连接器的ubm与第二ubm之间的凸块连接的细节；以及
[0074]
图9示出了横截面视图(顶部)和俯视图(底部)中凸块焊盘外壳的对应的元件。
具体实施方式
[0075]
图1示出了穿过凸块焊盘的一部分的横截面，说明了第一屏蔽罩sl1在电极焊盘ep上的第一周边区域pa1处的布置。ubm的材料被布置在电极焊盘ep上，使得ubm与电极焊盘之间存在界面区域。一个关键区域是围绕ubm与电极焊盘ep之间的界面的周边，所述周边建立了路径p的入口，腐蚀剂可以通过所述路径进入焊盘构造。在第一周边区域pa1处提供第一屏蔽罩sl1建立了针对不需要的蚀刻剂的有效阻断，使得路径p不再提供针对电极焊盘ep的通路。
[0076]
第一屏蔽罩sl1具有厚度t1。在第一屏蔽罩sl1被布置在电极焊盘ep的水平表面上的区域处，第一屏蔽罩sl1的厚度由屏蔽罩的材料在垂直方向z上的延伸限定。
[0077]
然而，第一屏蔽罩sl1的材料也可以被布置在电极焊盘ep的垂直或倾斜侧处，例如如图1右侧所示出。随后，当然，屏蔽罩sl1的厚度被限定为其沿水平方向x的延伸。
[0078]
在图1中，ubm在其顶面处提供了一个可焊接界面，可以通过所述界面将ubm连接到另一电组件的另一ubm。
[0079]
通过将电极焊盘ep、第一屏蔽罩sl1和ubm布置成使得获得特别是在水平方向上的重叠，特别获得了对有害剂的改良的阻断。因此，存在电极焊盘ep的材料被第一屏蔽罩sl1的材料覆盖而同时第一屏蔽罩sl1的材料被ubm的材料覆盖的区域。这种重叠ovl实质上降低了有害剂到达电极焊盘ep材料的风险。
[0080]
图2说明了包括至少覆盖第一周边区域pa1中的电极焊盘ep的第一屏蔽罩sl1的凸块连接器可以被布置在载体衬底cs上。在载体衬底cs的顶面处，电极焊盘ep可以在一个水平方向上延伸以建立用于将电极焊盘ep连接到外部电路环境的信号线，所述外部电路环境包含被布置在载体衬底cs上或载体衬底cs处的其他电路元件。
[0081]
图3示出了将覆盖元件ce至少部分地布置在第一屏蔽罩sl1的顶面上的可能性。覆盖元件ce的材料可用于限制ubm在水平方向上的体积。因此，覆盖元件ce可用于将ubm-且因此随后的凸块-水平地限制到电极焊盘ep上的特定区域。因此，覆盖元件ce确定了ubm的边缘区域的位置。
[0082]
ubm的顶面的垂直水平可以低于覆盖元件ce的顶水平。
[0083]
然而，ubm的顶水平与覆盖元件ce的顶水平也可能大致匹配。
[0084]
相比之下，图4说明了具有ubm的顶水平超出覆盖元件ce的顶水平位置的可能性。然后，覆盖元件ce的内部侧面，即覆盖元件ce在水平方向上指向凸块连接中心的垂直侧面不再建立ubm的水平限制。ubm可以在水平方向上超过覆盖元件ce的内侧面。
[0085]
图5说明了提供第二屏蔽罩sl2以进一步改良凸块焊盘外壳抵抗不需要的作用剂的可能性。第二屏蔽罩sl2可以具有第二厚度t2。另外，第二屏蔽罩sl2可以在第二周边区域pa2处与电极焊盘ep直接接触。第二周边区域pa2可以在由第一周边区域pa1围绕的区域内。
[0086]
特别来说，第二屏蔽罩sl2的材料可能直接接触-并因此保护-第一屏蔽罩sl1的材料的垂直侧面vf，所述垂直侧面指向凸块连接的中心。另外，存在第二屏蔽罩sl2的材料与覆盖元件ce的材料重叠的额外重叠，使得用于进一步阻断不需要的作用剂进入构造的潜在路径。
[0087]
ubm的垂直顶水平位置可以超出第二屏蔽罩sl2的顶面的垂直顶水平和覆盖元件ce的垂直顶水平位置的垂直顶水平。另外，第二屏蔽罩sl2的垂直顶水平位置可以-在垂直
方向上-延伸超过覆盖元件ce的顶水平位置。
[0088]
相比之下，图6说明了以下可能性：使得第二屏蔽罩sl2的顶水平位置-在垂直方向上-延伸超过ubm的顶水平位置和覆盖元件ce的顶水平位置，而ubm的顶水平位置与覆盖元件ce的顶水平位置大致匹配。然后，第二屏蔽罩sl2的上部内垂直侧面基本上决定了ubm在横向方向上的延伸。
[0089]
图7示出了其中至少部分地建立凸块bu的凸块球体的焊料材料被布置在ubm上的配置。凸块bu可以关于具有对称线syml的旋转对称性基本对称，所述对称线与水平面正交对齐。因此，对称线syml基本上沿垂直方向z延伸。包括第一屏蔽罩sl1和ubm以及-如果存在-覆盖元件ce的凸块焊盘外壳也可以关于具有对称线syml的旋转对称是对称的。
[0090]
因此，关于俯视图，凸块焊盘外壳可以遵循圆的周长。然而，凸块焊盘外壳也可能具有椭圆形、矩形、卵形或方形。
[0091]
图8说明了呈连接配置形式的凸块bu的材料。具体来说，凸块bu的焊料材料将具有如上所述的凸块焊盘盘外壳的凸块焊盘的ubm与作为第二凸块连接器的一部分的第二ubm，ubm2电机械且机械连接。因此，可以连接属于两个不同电组件的两个凸块连接器。因此，可以获得不同电性组件之间的可靠电和机械连接，例如以建立电设备。
[0092]
如上文在俯视透视图中所述的圆形对称-关于垂直对称线-在图9的底部中说明，图9说明了与图1到图8的横截面中示出的元件的关系。第一屏蔽罩sl1的材料在ubm的每个边缘位置处与ubm的材料重叠，使得获得完全重叠，使得在凸块焊盘连接器的每个横向边缘位置处有效地阻断针对不需要的作用剂的潜在路径。
[0093]
凸块焊盘外壳或相应的凸块连接器或电组件或电设备或电组件的制造方法皆不受上文解释和图中所示的技术细节限制。凸块连接可以包括其他元件，例如增强层系统的导电性、机械稳定性和物理粘附性的其他层。此外，更多的屏蔽元件和重叠区域也是可能的。
[0094]
参考标记列表
[0095]
bu:凸块
[0096]
ce:覆盖元件
[0097]
cs:载体衬底
[0098]
ep:电极焊盘
[0099]
ovl:重叠区
[0100]
p:针对不需要的作用剂的可能路径
[0101]
pa1:第一周边区域
[0102]
pa2:第二周边区域
[0103]
sl1、sl2:第一、第二屏蔽罩
[0104]
sl2syml:对称线
[0105]
t1、t2:第一、第二屏蔽罩的厚度
[0106]
ubm:凸块下金属化部
[0107]
ubm2:第二ubm，第二电组件的ubm
[0108]
vf:第一屏蔽罩sl1的垂直侧面
[0109]
x,y:水平方向
[0110]
z:垂直方向