防止热压焊空洞形成的基板及多层堆叠存储器的制作方法

1.本发明涉及半导体封装技术领域，尤其涉及一种防止热压焊空洞形成的基板以及包括该基板的多层堆叠存储器。


背景技术：

2.随着云计算及移动互连的发展，数据中心等服务器的需求量激增。高端服务器对存储器件要求高容量，大带宽，低功耗。为了应对此需求，各公司相继推出了以三维堆叠技术为基础的多层存储封装产品。如图1为目前典型的多层存储封装堆叠结构，其中芯片9为dram存储芯片，芯片9中间存在硅通孔10(tsv，through silicon via)，多个芯片9通过微焊点11焊接在一起，芯片9堆叠在基板20上，芯片与芯片之间存在非导电胶12，整个芯片结构有塑封料14保护，最后封装由焊球13与外界连接。多层存储封装堆叠结构使用硅通孔10将数个存储芯片9(dram)进行垂直互连，通过底层的基板20与外界进行数据交互，由于硅通孔10具有密度高，垂直互连距离短的优势，数据传输速度大大提高。
3.在目前的封装结构中，微焊点11的焊接通常使用热压键合工艺(tcb，thermo-compression bonding)焊接，微焊点11之间的非导电胶12为非导电薄膜(ncf，non-conductive film)。ncf薄膜为预贴在晶圆表面的，在热压键合焊接时，与微焊点11一起结合到基板20表面。基板表面由阻焊剂层2(psr)、焊盘3和基材1构成，阻焊剂层2上开设有内开口区4，焊盘3设置在内开口区4中，而阻焊剂层2的表面高于焊盘3表面，这样在焊接工艺中，非导电胶12将首先接触阻焊剂层2的表面，然后向焊盘3区域挤压，如图2所示。这种工艺过程非常容易因空气滞留(trapping)发生空洞，而目前的阻焊剂层2上设置的内开口区4通常为如图3所示，为标准的长方形设计，边角为90度，在这些边角位置是空洞发生的高危险区域。


技术实现要素：

4.本发明的目的是提供一种防止热压焊空洞形成的基板，可以有效防止空洞的形成，以使得基板能够更好地适用于热压键合和非导电胶工艺。
5.为了实现上述目的，本发明提供了一种防止热压焊空洞形成的基板，包括基材、位于所述基材上的阻焊剂层、开设在所述阻焊剂层上的内开口区和安装在基材上的焊盘，所述焊盘设置在内开口区中，所述内开口区位于芯片安装区内，在所述阻焊剂层上还设置有外开口区，所述外开口区位于芯片安装区的外侧，所述外开口区与所述内开口区连通。
6.在一个优选的实施例中，所述外开口区位于所述内开口区的端部，所述外开口区的数量为两个，两个外开口区分别位于所述内开口区的两端。
7.在一个优选的实施例中，所述外开口区通过连接通道与内开口区连通。
8.在一个优选的实施例中，所述外开口区的宽度大于内开口区的宽度。
9.在一个优选的实施例中，所述外开口区的宽度为所述内开口区的宽度的两倍以上。
10.在一个优选的实施例中，所述芯片安装区的边线穿过所述连接通道。
11.在一个优选的实施例中，所述芯片安装区的边线与所述外开口区的边线相互平行，并且所述芯片安装区与所述外开口区之间的距离为30-50μm。
12.在一个优选的实施例中，所述芯片安装区的边线与所述连接通道的边线不垂直，所述连接通道连接内开口区一端的宽度小于连接外开口区一端的宽度。
13.在一个优选的实施例中，所述连接通道呈喇叭形。
14.在一个优选的实施例中，所述内开口区为长方形，所述内开口区的边角处为弧形边。
15.本发明还提供了一种防止热压焊空洞形成的基板，包括基材、位于所述基材上的阻焊剂层、开设在所述阻焊剂层上的内开口区和安装在基材上的焊盘，所述焊盘设置在内开口区中，所述内开口区位于芯片安装区内，所述内开口区的边角处为弧形边。
16.在一个优选的实施例中，所述内开口区的弧形边与直线的交角θ小于等于非导电胶的表面接触角。
17.本发明与现有技术的不同之处在于，本发明提供的防止热压焊空洞形成的基板通过在阻焊剂层上设置外开口区，并且将外开口区设置在芯片安装区的外侧，外开口区与位于芯片安装区内的内开口区连通，在热压键合焊接时，非导电胶与阻焊剂层的上表面接触后，向内开口区内挤压填充，非导电胶材料在内开口区中合流后，将空气向外开口区挤压，从而使得内开口区中不存在空洞，即在芯片安装区不会存在空洞。因此本发明提供的防止热压焊空洞形成的基板可以有效防止空洞的形成，以使得基板能够更好地适用于热压键合和非导电胶工艺。
18.本发明的另一个目的是提供一种多层堆叠存储器，能够有效防止热压焊空洞的形成。
19.为了达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
20.一种多层堆叠存储器，包括根据上述的防止热压焊空洞形成的基板。
21.所述多层堆叠存储器与上述的防止热压焊空洞形成的基板对于现有技术所具有的技术优势相同，在此不再赘述。
附图说明
22.图1是现有的多层存储封装堆叠结构的结构示意图；
23.图2是芯片与基板热压键合工艺的结构示意图；
24.图3是现有的基板上设置的内开口区的结构示意图；
25.图4是本发明提供的一种实施例的防止热压焊空洞形成的基板的结构示意图；
26.图5是图4所示的基板的内开口区与外开口区连接结构示意图；
27.图6本发明提供的另一种实施例的防止热压焊空洞形成的基板的结构示意图；
28.图7是图6所示的基板的内开口区的弧形边与直线的交角的结构示意图；
29.附图中，各标号所代表的部件列表如下：
30.1-基材；2-阻焊剂层；3-焊盘；4-内开口区；5-芯片安装区；6-外开口区；7-连接通道；8-弧形边；9-芯片；10-硅通孔；11-微焊点；12-非导电胶；13-焊球；14-塑封料；20-基板。
具体实施方式
31.以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
32.参考图4、图2所示，本发明提供的基本实施例的防止热压焊空洞形成的基板包括基材1、位于所述基材1上的阻焊剂层2、开设在所述阻焊剂层2上的内开口区4和安装在基材1上的焊盘3。其中所述阻焊剂层2为涂敷在基材1上的阻焊剂形成。所述焊盘3设置在内开口区4中，所述焊盘3可以为铜焊盘。所述焊盘3的上表面的高度低于阻焊剂层2的上表面高度。所述内开口区4位于芯片安装区5内，所述芯片安装区5是指芯片9热压键合在基板20上时所在的区域。在所述阻焊剂层2上还设置有外开口区6，所述外开口区6和内开口区4均为阻焊剂层2上开设的向上敞口的空腔。所述外开口区6位于芯片安装区5的外侧，所述外开口区6与所述内开口区4连通。
33.上述基本实施方式提供的防止热压焊空洞形成的基板通过在阻焊剂层2上设置向上敞口的外开口区6，并且将外开口区6设置在芯片安装区5的外侧，并使得外开口区6与位于芯片安装区5内的内开口区4连通，在将芯片9热压键合焊接在基板20上时，芯片9上的非导电胶12与阻焊剂层2的上表面接触后，向内开口区4内挤压填充，非导电胶材料在内开口区4中沿着边线向内部移动并合流后，将空气向外开口区6挤压，从而使得内开口区4中不存在空洞，即在芯片安装区5不会存在空洞，因此可以防止热压焊空洞的形成。
34.如图4所示，基板上的内开口区4的形状一般为标准的长方形，为了使得非导电胶材料更容易从内开口区4向外开口区6流动将空气挤入外开口区6，优选地，参考图4所示，所述外开口区6位于所述内开口区4的端部，对应于一个长方形的内开口区4，所述外开口区6的数量为两个，两个外开口区6分别位于所述内开口区4的两端。
35.在本发明中，所述内开口区4可以与外开口区6直接连通，优选地，参考图4所示，所述外开口区6通过连接通道7与内开口区4连通。此时，内开口区4和外开口区6均与芯片安装区5的边线具有间距。
36.在上述实施例的基础上，进一步优选地，所述外开口区6的宽度大于内开口区4的宽度。即如图4所示，外开口区6左右方向的宽度大于内开口区4左右方向上的宽度。在本实施例中，通过使得外开口区6的宽度大于内开口区4的宽度，可以使得非导电胶材料能够更加顺畅地从内开口区4向外开口区6流动，将空气挤入外开口区6。
37.在本发明中，所述外开口区6的宽度优选为所述内开口区4的宽度的两倍以上。例如，当内开口区4的宽度为150μm，外开口区6的宽度为500μm。
38.如图4、图5所示，所述芯片安装区5的边线穿过所述连接通道7。在本实施例中，通过使得芯片安装区5的边线穿过所述连接通道7，即连接通道7穿过芯片安装区5，可以降低芯片贴装的定位精度要求，避免由于芯片贴装定位不准确而使得部分外开口区6被贴装在芯片9的下方而使得外开口区6可能存在的空洞存在于芯片9贴装的基板部分中。
39.进一步优选地，所述芯片安装区5的边线与所述外开口区6的边线相互平行，并且所述芯片安装区5与所述外开口区6之间的距离为30-50μm。在本实施例中，将芯片安装区5与所述外开口区6之间的距离设置为30-50μm，可以更好地适应于现有的芯片9贴装定位精度以及sr定位精度。
40.如图5所示，在本发明中，所述芯片安装区5的边线与所述连接通道7的边线不垂
直，所述连接通道7连接内开口区4一端的宽度小于连接外开口区6一端的宽度。在本实施例中，通过使得所述连接通道7的边线与芯片安装区5的边线斜交，可以使得非导电胶材料在流动时更容易将空气挤入外开口区6。进一步优选地，如图5所示，所述连接通道7呈喇叭形，即连接通道7内部小、外部大。
41.在上述实施例的基础上，进一步优选地，如图5所示，所示连接通道7连接内开口区4一端的宽度等于内开口区4的宽度。
42.当所述连接通道7与内开口区4连通后，内开口区4为长方形时，内开口区4还具有边角时，所述内开口区4的边角处优选为弧形边8(参考图6所示)。
43.如图6、图2所示，本发明的另一个实施例提供了一种防止热压焊空洞形成的基板，包括基材1、位于所述基材1上的阻焊剂层2、开设在所述阻焊剂层2上的内开口区4和安装在基材1上的焊盘3。其中所述阻焊剂层2为涂敷在基材1上的阻焊剂形成。所述焊盘3设置在内开口区4中，所述焊盘3可以为铜焊盘。所述焊盘3的上表面的高度低于阻焊剂层2的上表面高度。所述内开口区4位于芯片安装区5内，所述内开口区4的边角处为弧形边8。通常来说，如图6所示，基板上的内开口区4的形状一般为标准的长方形，因此内开口区4的弧形边8位于长方形的四角处。
44.在本实施例中，在将芯片9热压键合焊接在基板20上时，芯片9上的非导电胶12与阻焊剂层2的上表面接触后，向内开口区4内挤压填充，非导电胶材料具有液体材料的特点，由于表面张力作用，在固体表面均为弧形界面，通过将内开口区4的边角处设置为弧形边8，使得内开口区4中的非导电胶更贴合边角处的界面，从而可以减少空洞的聚集，因此可以基本防止热压焊空洞的形成。
45.为了更好地防止空洞在内开口区4的边角处聚集，进一步优选地，所述内开口区4的弧形边8与直线的交角θ小于等于非导电胶的表面接触角。
46.其中非导电胶的表面接触角是指是指在阻焊剂层、非导电胶、空气三相交界处，自阻焊剂层和非导电胶界面经过非导电胶内部到非导电胶和空气界面之间的夹角。
47.如图7所示，交角θ为弧形边与直线相交点处的切线与直线延长线的夹角，当弧形边与直线相切时，该交角θ为0度。这个角度实际上主要根据胶体在两个垂直表面形成形态来决定，一般液体在一个直角边，会形成一定弧线，这个弧线是受表面张力影响的，而这个弧线与单条边会有一个角度，这个角度就是交角θ的基准角度，如果完全延直角铺展，就是0度，随着弧形区的扩大，角度增大，但这个角度小于90度。
48.基于上述实施例提供的防止热压焊空洞形成的基板，本发明还提供了一种多层堆叠存储器，包括基板20和通过热压键合堆叠在基板上的芯片9。所述基板为上述实施例提供的基板20，在此不在具体描述基板的具体结构。
49.综上，本发明提供的技术方案通过设置与内开口区4连通的外开口区6，使空气形成排挤通道，有效减少了热压键合工艺中空洞的形成；通过将连接通道7设置为喇叭形，使得非导电胶更容易将空气挤入外开口区6；通过将内开口区4的边角处设置为弧形边8，使得内开口区4中的非导电胶更贴合边角处的界面，从而减少空洞的聚集。
50.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，不能理解为对本发明的限制。
51.此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个以上，除非另有明确具体的限定。
52.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设置”、“连接”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体，或者可以存在居中的零部件。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
53.尽管上面已经示出和描述了本发明的实施方式，可以理解的是，上述实施方式是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施方式进行变化、修改、替换和变型。