專利名稱：焊墊及應(yīng)用其的封裝結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明有關(guān)于一種焊墊及應(yīng)用其的封裝結(jié)構(gòu)，且特別是有關(guān)于一種與焊線焊接的 焊墊及應(yīng)用其的封裝結(jié)構(gòu)。
背景技術(shù)：
隨著半導(dǎo)體芯片的蓬勃發(fā)展，各式電子產(chǎn)品不斷推陳出新。其中，提供多種電性處 理功能的芯片封裝結(jié)構(gòu)在電子產(chǎn)品中扮演著相當(dāng)重要的角色。一種傳統(tǒng)芯片封裝結(jié)構(gòu)包括一基板、一晶粒、一焊線及一封膠?；寰哂幸换搴?墊，晶粒具有一晶粒焊墊，焊線的一端焊接于基板焊墊，焊線的另一端焊接于基板焊墊。使 得晶粒得以經(jīng)由焊線電性連接于基板，進(jìn)而傳遞各種電子信號(hào)。由于晶粒的電子信號(hào)均必須經(jīng)由基板焊墊及晶粒焊墊來(lái)傳遞，因此基板焊墊及晶 粒焊墊的品質(zhì)顯的相當(dāng)重要。通常一個(gè)芯片封裝結(jié)構(gòu)包括數(shù)十個(gè)(甚至數(shù)百個(gè))基板焊墊 及晶粒焊墊，只要其中一個(gè)基板焊墊或晶粒焊墊品質(zhì)不佳，將會(huì)嚴(yán)重影響芯片封裝結(jié)構(gòu)的 電性功能。因此，業(yè)界皆不斷致力提升焊墊品質(zhì)的研究。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明有關(guān)于一種焊墊及應(yīng)用其的封裝結(jié)構(gòu)，其利用各種不同功能的材料堆棧于 金屬基材上，以增強(qiáng)焊墊的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度與提升焊墊的電氣特性。根據(jù)本發(fā)明的一方面，提出一種焊墊。焊墊包括一金屬基材、一硬金屬層及一抗氧 化金屬層。硬金屬層設(shè)置于金屬基材之上。硬金屬層的材質(zhì)的硬度大于金屬基材的材質(zhì)的 硬度?？寡趸饘賹釉O(shè)置于硬金屬層之上，抗氧化金屬層的材質(zhì)的活性低于硬金屬層的材 質(zhì)的活性。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提出一種封裝結(jié)構(gòu)。封裝結(jié)構(gòu)包括一第一半導(dǎo)體組件、一 第二半導(dǎo)體組件及一焊線。第一半導(dǎo)體組件包括一焊墊。焊墊包括一金屬基材、一硬金屬 層及一抗氧化金屬層。硬金屬層設(shè)置于金屬基材之上。硬金屬層的材質(zhì)的硬度大于金屬基 材的材質(zhì)的硬度?？寡趸饘賹釉O(shè)置于硬金屬層之上?？寡趸饘賹拥牟馁|(zhì)的活性低于硬 金屬層的材質(zhì)的活性。焊線連接第一半導(dǎo)體組件的焊墊及第二半導(dǎo)體組件。為讓本發(fā)明的上述內(nèi)容能更明顯易懂，下文特舉較佳實(shí)施例，并配合附圖，作詳細(xì) 說(shuō)明如下


圖1繪示本發(fā)明第一實(shí)施例的封裝結(jié)構(gòu)的示意圖；圖2繪示本發(fā)明第二實(shí)施例的封裝結(jié)構(gòu)的示意圖；圖3繪示本發(fā)明第三實(shí)施例的封裝結(jié)構(gòu)的示意圖；以及圖4繪示本發(fā)明第四實(shí)施例的封裝結(jié)構(gòu)的示意圖。主要組件符號(hào)說(shuō)明
100、200、300、400 封裝結(jié)構(gòu)110、210、310、410 第一半導(dǎo)體組件112、122、212、312、412 焊墊120:第二半導(dǎo)體組件130 焊線Lll 金屬基材L14 硬金屬層 L16、L25、L45 抗氧化金屬層L32 種子層L33:導(dǎo)電層
具體實(shí)施例方式以下提出依照本發(fā)明的實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明，實(shí)施例僅用以作為范例說(shuō)明，并不 會(huì)限縮本發(fā)明欲保護(hù)的范圍。此外，實(shí)施例的附圖中已省略不必要的組件，以清楚顯示本發(fā) 明的技術(shù)特點(diǎn)。第一實(shí)施例請(qǐng)參照?qǐng)D1，其繪示本發(fā)明第一實(shí)施例的封裝結(jié)構(gòu)100的示意圖。封裝結(jié)構(gòu)100 包括一第一半導(dǎo)體組件110、一第二半導(dǎo)體組件120及一焊線130。在本實(shí)施例中，第一半 導(dǎo)體組件110例如是一晶粒(Die)。第二半導(dǎo)體組件120例如是一基板(substrate)、一晶 圓(wafer)或一導(dǎo)線架(lead frame)。在本實(shí)施例中，第二半導(dǎo)體組件120以一基板為例 做說(shuō)明。第一半導(dǎo)體組件110包括至少一焊墊112。第二半導(dǎo)體組件120包括至少一焊墊 122。焊線130的一端焊接于第一半導(dǎo)體組件110的焊墊112，焊線130的另一端焊接于第 二半導(dǎo)體組件120的焊墊122。透過(guò)焊線130的連接，第一半導(dǎo)體組件110可與第二半導(dǎo)體 組件120傳導(dǎo)電子信號(hào)。其中，本實(shí)施例的焊墊112包括一金屬基材L11、一硬金屬層L14及一抗氧化金屬 層L16。金屬基材Lll的材質(zhì)例如是銅(Cu)或鋁(Al)。硬金屬層L14設(shè)置于金屬基材Lll之上。硬金屬層L14的材質(zhì)的硬度大于金屬基 材Lll的材質(zhì)的硬度。較佳地，硬金屬層L14的材質(zhì)的硬度大于焊線130的材質(zhì)的硬度。在 焊接焊線130時(shí)，夾持頭將夾持著焊線130朝向焊墊112撞擊，而硬度較高的硬金屬層L14 可以避免夾持頭的撞擊力量損壞焊墊112。視各層材料的物理特性、化學(xué)特性及形成方法 的不同，硬金屬層L14的材質(zhì)例如是鈷(Co)、鐵(Fe)、鉻(Cr)、鈦(Ti)、鉭(Ta)、鈦鎢合金 (TiW)、鈦氮合金(TiN)或鎳(Ni)。其中鈷(Co)、鐵(Fe)及鎳(Ni)經(jīng)由無(wú)電電鍍方式來(lái)形 成，例如是化學(xué)電鍍；鉻(Cr)、鈦(Ti)、鉭(Ta)、鈦鎢合金(Tiff)及鈦氮合金(TiN)則經(jīng)由 濺鍍的方式來(lái)形成?？寡趸饘賹覮16設(shè)置于硬金屬層L14之上?？寡趸饘賹覮16的材質(zhì)的活性低 于硬金屬層L14的材質(zhì)的活性。由于硬金屬層L14及金屬基材Lll的材質(zhì)的活性較高，暴 露在空氣時(shí)，容易發(fā)生氧化的現(xiàn)象。因此，在硬金屬層L14上覆蓋活性較低的抗氧化金屬層 L16，可以避免硬金屬層L14及金屬基材Lll受到氧化。視各層材料的物理特性、化學(xué)特性 及形成方法的不同，抗氧化金屬層L16的材質(zhì)例如是鈀(Pd)、金(Au)、銀(Ag)或鉬(Pt)。
金屬基材L11、硬金屬層L14及抗氧化金屬層L16由不同材質(zhì)所組成。其中外加 于金屬基材L11的硬金屬層L14及抗氧化金屬層L16的材質(zhì)的組合需要考慮的因素相當(dāng)?shù)?多，例如是各種材質(zhì)的物理特性、化學(xué)特性及形成方法等，以獲得較佳的品質(zhì)。舉例來(lái)說(shuō)，各 種材質(zhì)的熱膨脹系數(shù)的差異、各種材質(zhì)之間產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)的可能性或各種材質(zhì)的電子遷移 特性的差異皆可能會(huì)影響到焊墊112的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度與電氣特性。在多次的實(shí)驗(yàn)之后，以下以 表一列舉出幾種硬金屬層L14及抗氧化金屬層L16的材質(zhì)的較佳組合。
表一此外，硬性金屬層L14及抗氧化金屬層L16的厚度也是影響焊墊112的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度 的一項(xiàng)重要因素。例如，硬性金屬層L14的厚度太低時(shí)，可能降低撞擊的防護(hù)效果；硬性金 屬層L14的厚度太高時(shí)可能影響焊墊112的電子遷移速率?？寡趸饘賹覮16的厚度太 低時(shí)，可能影響抗氧化的效果；抗氧化金屬層L16的厚度太高時(shí)，可能造成應(yīng)力不匹配的問(wèn) 題。在多次的實(shí)驗(yàn)之后可知，硬金屬層L14的厚度介于0.45m至20微米(um)之間可以獲 得較佳的效果，抗氧化金屬層L16的厚度介于0. 005至2微米之間可以獲得較佳的效果。第二實(shí)施例請(qǐng)參照?qǐng)D2，其繪示本發(fā)明第二實(shí)施例的封裝結(jié)構(gòu)200的示意圖。本實(shí)施例的封裝 結(jié)構(gòu)200與第一實(shí)施例的封裝結(jié)構(gòu)100不同之處在于本實(shí)施例第一半導(dǎo)體組件210的焊墊 212更包括抗氧化金屬層L25，其余相同之處，不再重復(fù)敘述。如圖2所示，抗氧化金屬層L25設(shè)置于硬金屬層L14及抗氧化金屬層L16之間。 抗氧化金屬層L25的材質(zhì)的活性也低于硬金屬層L14的材質(zhì)的活性。本實(shí)施例在硬金屬層 L14及抗氧化金屬層L16之間加入抗氧化金屬層L25，不僅可增加抗氧化的效果，亦可增加 硬金屬層L14與抗氧化金屬層L16的接合效果。視各層材料的物理特性、化學(xué)特性及形成 方法的不同，抗氧化金屬層L25的材質(zhì)例如是鈀(Pd)、鉻銅合金(CrCu)或鎳釩合金(NiV)。金屬基材L11、硬金屬層L14、抗氧化金屬層L25及抗氧化金屬層L16由不同材質(zhì) 所組成。其中外加于金屬基材L11的硬金屬層L14、抗氧化金屬層L25及抗氧化金屬層L16 的材質(zhì)的組合需要考慮的因素相當(dāng)?shù)亩?，例如是各種材質(zhì)的物理特性、化學(xué)特性及形成方 法等，以獲的較佳的品質(zhì)。在多次的實(shí)驗(yàn)之后，以下以表二列舉出幾種硬金屬層L14、抗氧化 金屬層L25及抗氧化金屬層L16的材質(zhì)的較佳組合。
表二此外，抗氧化金屬層L25的厚度也是影響焊墊212的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的一項(xiàng)重要因素。例 如，抗氧化金屬層L25的厚度太低時(shí)，可能影響抗氧化的效果以及硬金屬層L14與抗氧化金 屬層L16的接合效果；抗氧化金屬層L25的厚度太高時(shí)，可能造成應(yīng)力不匹配的問(wèn)題。在多 次的實(shí)驗(yàn)之后可知，抗氧化金屬層L25的厚度介于0. 001至3微米之間可以獲得較佳的效 果。第三實(shí)施例請(qǐng)參照?qǐng)D3，其繪示本發(fā)明第三實(shí)施例的封裝結(jié)構(gòu)300的示意圖。本實(shí)施例的封裝 結(jié)構(gòu)300與第一實(shí)施例的封裝結(jié)構(gòu)100不同之處在于本實(shí)施例第一半導(dǎo)體組件310的焊墊 312更包括一種子層L32及一導(dǎo)電層L33，其余相同之處，不再重復(fù)敘述。如圖3所示，種子層L32設(shè)置于金屬基材L11之上，導(dǎo)電層L33設(shè)置于種子層L32 及硬金屬層L14之間。本實(shí)施例在金屬基材L11及硬金屬層L14之間加入種子層L32及導(dǎo) 電層L33，不僅可增加硬金屬層L14采用電鍍工藝的形成方式的方便性，亦可增加硬金屬層 L14與金屬基材L11的接合效果。視各層材料的物理特性、化學(xué)特性及形成方法的不同，種 子層L32的材質(zhì)例如是鈦(Ti)鈦、鈦鎢合金(TiW)、鈦氮合金(TiN)或鉭(Ta)，導(dǎo)電層L33 的材質(zhì)例如是金(Au)。金屬基材L11、種子層L32、導(dǎo)電層L33、硬金屬層L14、抗氧化金屬層L16由不同材 質(zhì)所組成。其中外加于金屬基材L11的種子層L32、導(dǎo)電層L33、硬金屬層L14及抗氧化金 屬層L16的材質(zhì)的組合需要考慮的因素相當(dāng)?shù)亩啵缡歉鞣N材質(zhì)的物理特性、化學(xué)特性 及形成方法等，以獲的較佳的品質(zhì)。在多次的實(shí)驗(yàn)之后，以下以表三列舉出幾種種子層L32、 導(dǎo)電層L33、硬金屬層L14及抗氧化金屬層L16的材質(zhì)的較佳組合。 表三此外，種子層L32及導(dǎo)電層L33的厚度也是影響焊墊312的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的一項(xiàng)重要 因素。例如，種子層L32及導(dǎo)電層L33的厚度太低時(shí)，可能影響采用無(wú)電電鍍工藝的硬金屬 層L14的形成效果；種子層L32的厚度太高時(shí)，可能增加過(guò)多的工時(shí)。在多次的實(shí)驗(yàn)之后可 知，種子層L32的厚度介于0. 1至1微米之間，導(dǎo)電層L33的厚度介于0. 1至1微米之間可 以獲得較佳的效果。第四實(shí)施例請(qǐng)參照?qǐng)D4，其繪示本發(fā)明第四實(shí)施例的封裝結(jié)構(gòu)400的示意圖。本實(shí)施例的封裝 結(jié)構(gòu)400與第三實(shí)施例的封裝結(jié)構(gòu)300不同之處在于本實(shí)施例第一半導(dǎo)體組件410的焊墊 412更包括一抗氧化金屬層L45，其余相同之處，不再重復(fù)敘述。如圖4所示，抗氧化金屬層L45設(shè)置于硬金屬層L14及抗氧化金屬層L16之間。 抗氧化金屬層L45的材質(zhì)的活性也低于硬金屬層L14的材質(zhì)的活性。本實(shí)施例在硬金屬層 L14及抗氧化金屬層L16之間加入抗氧化金屬層L45，不僅可增加抗氧化的效果，亦可增加
10硬金屬層L14與抗氧化金屬層L16的接合效果。視各層材料的物理特性、化學(xué)特性及形成 方法的不同，抗氧化金屬層L45的材質(zhì)例如是鈀(Pd)、鉻銅合金(CrCu)或鎳釩合金(NiV)。金屬基材L11、種子層L32、導(dǎo)電層L33、硬金屬層L14、抗氧化金屬層L45及抗氧化 金屬層L16由不同材質(zhì)所組成。其中外加于金屬基材L11的種子層L32、導(dǎo)電層L33、硬金 屬層L14、抗氧化金屬層L45及抗氧化金屬層L16的材質(zhì)的組合需要考慮的因素相當(dāng)?shù)亩啵?例如是各種材質(zhì)的物理特性、化學(xué)特性及形成方法等，以獲的較佳的品質(zhì)。在多次的實(shí)驗(yàn)之 后，以下以表四列舉出幾種種子層L32、導(dǎo)電層L33、硬金屬層L14、抗氧化金屬層L45及抗氧 化金屬層L16的材質(zhì)的較佳組合。
表四雖然上述實(shí)施例的焊墊112、212、312、412以應(yīng)用于第一半導(dǎo)體組件110、210、 310、410為例做說(shuō)明，然而當(dāng)?shù)诙雽?dǎo)體組件120為一基板或一晶圓時(shí)，上述焊墊112、212、 312,412亦可以應(yīng)用于第二半導(dǎo)體組件120上，亦不脫離本發(fā)明所屬技術(shù)范圍。本發(fā)明上述實(shí)施例所揭露的封裝結(jié)構(gòu)及其焊墊利用各種不同功能的材料層堆棧 于金屬基材上，以增加焊墊的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度與電氣特性。較佳地，在特殊材質(zhì)的組合及厚度設(shè)計(jì) 之下，可以更增強(qiáng)焊墊的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度與電氣特性。綜上所述，雖然本發(fā)明已以較佳實(shí)施例揭露如上，然其并非用以限定本發(fā)明。本發(fā) 明所屬技術(shù)領(lǐng)域中具有通常知識(shí)者，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，當(dāng)可作各種的更動(dòng) 與潤(rùn)飾。因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍當(dāng)視后附的權(quán)利要求書所界定者為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
一種焊墊，包括一金屬基材；一硬金屬層，設(shè)置于該金屬基材之上，該硬金屬層的材質(zhì)的硬度大于該金屬基材的材質(zhì)的硬度；以及一第一抗氧化金屬層，設(shè)置于該硬金屬層之上，該第一抗氧化金屬層的材質(zhì)的活性低于該硬金屬層的材質(zhì)的活性。
2.如權(quán)利要求1所述的焊墊，其中該焊墊與一焊線連接，該硬金屬層的材質(zhì)的硬度大 于該焊線的材質(zhì)的硬度。
3.如權(quán)利要求1所述的焊墊，其中該硬金屬層的材質(zhì)為鈷(Co)、鐵(Fe)、鉻(Cr)、鈦 (Ti)、鉭(Ta)、鈦鎢合金(TiW)、鈦氮合金(TiN)或鎳(Ni)。
4.如權(quán)利要求1所述的焊墊，其中該硬金屬層的材質(zhì)為鈷(Co)或鐵(Fe)，且該硬金屬 層以無(wú)電電鍍的方式形成。
5.如權(quán)利要求4所述的焊墊，其中該硬金屬層以化學(xué)電鍍的方式形成。
6.如權(quán)利要求1所述的焊墊，其中該硬金屬層的材質(zhì)為鉻(Cr)、鈦(Ti)、鉭(Ta)、鈦鎢 合金(TiW)、鈦氮合金(TiN)或鎳(Ni)，且該硬金屬層以濺鍍的方式形成。
7.如權(quán)利要求1所述的焊墊，其中該硬金屬層的厚度介于0.45至20微米(um)之間。
8.如權(quán)利要求1所述的焊墊，其中該第一抗氧化金屬層的材質(zhì)為鈀(Pd)、金(Au)、銀 (Ag)或鉬(Pt)。
9.如權(quán)利要求1所述的焊墊，其中該第一抗氧化金屬層的厚度介于0.005至2微米之間。
10.如權(quán)利要求1所述的焊墊，更包括一第二抗氧化金屬層，設(shè)置于該硬金屬層及該第一抗氧化金屬層之間，該第二抗氧化 金屬層的材質(zhì)的活性低于該硬金屬層的材質(zhì)的活性。
11.如權(quán)利要求10所述的焊墊，其中該金屬基材、該硬金屬層、該第二抗氧化金屬層及 該第一抗氧化金屬層的材質(zhì)不同。
12.如權(quán)利要求10所述的焊墊，其中該第二抗氧化金屬層的材質(zhì)為鈀(Pd)、鉻銅合金 (CrCu)或鎳釩合金(NiV)。
13.如權(quán)利要求1所述的焊墊，更包括一種子層，設(shè)置于該金屬基材的上；以及一導(dǎo)電層，設(shè)置于該種子層及該硬金屬層之間。
14.如權(quán)利要求13所述的焊墊，其中該種子層的材質(zhì)為鈦(Ti)、鈦鎢合金(TiW)、鈦氮 合金(TiN)或鉭(Ta)。
15.如權(quán)利要求13所述的焊墊，更包括一第二抗氧化金屬層，設(shè)置于該硬金屬層及該第一抗氧化金屬層之間，該第二抗氧化 金屬層的材質(zhì)的活性低于該硬金屬層的材質(zhì)的活性。
16.一種封裝結(jié)構(gòu)，包括一第一半導(dǎo)體組件，包括一焊墊，包括一金屬基材；一硬金屬層，設(shè)置于該金屬基材之上，該硬金屬層的材質(zhì)的硬度大于該金屬基材的材 質(zhì)的硬度；及一第一抗氧化金屬層，設(shè)置于該硬金屬層之上，該第一抗氧化金屬層的材質(zhì)的活性低 于該硬金屬層的材質(zhì)的活性；一第二半導(dǎo)體組件；以及一焊線，連接該第一半導(dǎo)體組件的該焊墊及該第二半導(dǎo)體組件。
17.如權(quán)利要求16所述的封裝結(jié)構(gòu)，其中該第一半導(dǎo)體組件為一晶粒(Die)，該第一半 導(dǎo)體組件設(shè)置于該第二半導(dǎo)體組件之上。
18.如權(quán)利要求16所述的封裝結(jié)構(gòu)，其中該硬金屬層的材質(zhì)為鈷(Co)、鐵(Fe)、鉻 (Cr)、鈦(Ti)、鉭(Ta)、鈦鎢合金(Tiff)、鈦氮合金(TiN)或鎳(Ni)。
19.如權(quán)利要求16所述的封裝結(jié)構(gòu)，其中該第一抗氧化金屬層的材質(zhì)為鈀(Pd)、金 (Au)、銀(Ag)或鉬(Pt)。
20.如權(quán)利要求16所述的封裝結(jié)構(gòu)，其中該第一抗氧化金屬層的厚度介于0.005至2 微米之間。
全文摘要
一種焊墊及應(yīng)用其的封裝結(jié)構(gòu)。焊墊包括一金屬基材、一硬金屬層及一抗氧化金屬層。硬金屬層設(shè)置于金屬基材之上。硬金屬層的材質(zhì)的硬度大于金屬基材的材質(zhì)的硬度。抗氧化金屬層設(shè)置于硬金屬層之上?？寡趸饘賹拥牟馁|(zhì)的活性低于硬金屬層的材質(zhì)的活性。
文檔編號(hào)H01L23/52GK101859748SQ200910133160
公開(kāi)日2010年10月13日 申請(qǐng)日期2009年4月7日 優(yōu)先權(quán)日2009年4月7日
發(fā)明者洪常瀛, 翁肇甫, 蔡宗岳, 高仁杰 申請(qǐng)人:日月光半導(dǎo)體制造股份有限公司