专利名称：半导体封装构造及其封装方法
技术领域：
本发明涉及一种半导体封装方法，更特别涉及一种半导体封装方法的焊线接合制程，其中就焊线的第二焊点部分而言，焊线与接垫之间具有较大接合面积。
背景技术：
参考图1，在半导体封装构造制程中，焊线接合方法的技术广泛地将焊线20应用于晶片10的接垫32与基板12的接垫34(或导线架的内引脚)间的电性连接。打线接合制程是以金线为主，但铜线具有低成本的优势。相较于金，铜具有较佳的导电性及导热性，可使铜焊线的线径较细且散热效率较佳。参考图2至图4，显示了现有的铜焊线接合方法。参考图2，打线机16提供铜焊线20，该铜焊线20包括铜线22。然后，将所述铜焊线20的第一线端23电烧形成铜球24’而连接于所述铜线22。参考图3，所述打线机16的焊针(capillary) 18对所述铜球24’施压而使所述铜球24’变形成弧状接合部24。参考图4，通过振动制程，使所述弧状接合部24接合于晶片接垫32，以形成第一焊点(first bond)部分。参考图5，使所述焊针18上升至预定高度。参考图6，所述焊针18使所述铜焊线20形成弧形。所需的铜焊线20的长度由所述打线机16自动送出。参考图7，所述焊针18对所述铜焊线20的第二线端25施压，并通过振动制程，使所述铜焊线20的第二线端25接合于基板接垫34，以形成第二焊点(second bond)部分26。参考图8，使所述铜焊线20的其它部分20’与第二焊点部分26分离，从而形成现有的铜焊线接合结构。参考图9，在所述铜焊线20的第二线端25的接合和分离制程之后，所述铜焊线20与基板接垫34之间具有接合面积，亦即所述第二焊点部分26的接合面积。所述焊针18使所述铜焊线20的第二线端25形成焊线鱼尾区28，该焊线鱼尾区28紧邻所述铜焊线20与基板接垫34之间的接合面，亦即所述第二焊点部分26包括所述焊线鱼尾区28，且所述焊线鱼尾区28的剖面并未包括任何凸起(hill)，亦即所述焊线鱼尾区28的剖面包括平滑弧线。然而，就现有的铜焊线接合方法而言，所述铜焊线与基板接垫之间的接合面积通常不够大，亦即所述铜焊线与基板接垫之间的接合力和强度不够大，可能会造成所述铜焊线脱落。若所述铜焊线脱落，则电路会形成开路(open loop)，使得晶片功能失效。因此，便有需要提供一种半导体封装方法的焊线接合制程，能够解决前述的问题。
发明内容
本发明的目的是为了克服现有技术的半导体封装构造存在铜焊线脱落而导致晶片功能失效的缺点，提供一种能够克服上述缺点的半导体封装构造及其构造方法。本发明提供了一种半导体封装构造，该半导体封装构造包括晶片，该晶片具有第一表面和与该第一表面相对的第二表面，所述晶片包括第一接垫，该第一接垫位于所述第一表面；承载件，该承载件具有第三表面和与该第三表面相对的第四表面，所述承载件包括第二接垫，该第二接垫位于所述第三表面，其中所述晶片设置在所述承载件上；至少一个铜焊线，该至少一个铜焊线用于电性连接所述晶片与所述承载件，所述 铜焊线包括第一线端，该第一线端接合于所述第一接垫，以形成第一焊点部分；以及第二线端，该第二线端接合于所述第二接垫，以形成第二焊点部分，其中所述第二焊点部分包括焊线鱼尾区和焊线切断区，所述焊线鱼尾区包括至少一个挤压凸起，该挤压 凸起与所述焊线鱼尾区一体成型；以及封胶，该封胶包覆所述晶片和所述铜焊线，并覆盖所述承载件。本发明提供一种半导体封装方法，该半导体封装方法包括下列步骤在承载件上 设置晶片，其中该晶片具有第一表面和与该第一表面相对的第二表面，所述晶片包括第一 接垫，该第一接垫位于所述第一表面，且所述承载件具有第三表面和与该第三表面相对的 第四表面，所述承载件包括第二接垫，该第二接垫位于所述第三表面；提供至少一个铜焊 线，该铜焊线包括第一线端和第二线端；使所述铜焊线的第一线端接合于所述第一接垫，以 形成第一焊点部分；使所述铜焊线的第二线端接合于所述第二接垫，其中所述铜焊线与第 二接垫之间的接合面具有第一接合面积；沿平行于该接合面的方向挤压接合后的所述焊线 的第二线端，以形成第二焊点部分，其中所述铜焊线与第二接垫之间的新接合面具有第二 接合面积，该第二接合面积大于所述第一接合面积；使所述铜焊线的其它部分与第二焊点 部分分离，此时所述第二焊点部分包括焊线鱼尾区和焊线切断区，所述焊线鱼尾区包括至 少一个挤压凸起；以及通过封胶包覆所述晶片和所述铜焊线，并覆盖所述承载件，使所述封 胶、所述晶片及所述承载件形成封装体。根据本发明的第二焊点部分，由于接合后的所述铜焊线的第二线端被挤压，因此 所述铜焊线的第二焊点部分的新焊线鱼尾区的剖面包括至少一个挤压凸起，亦即所述铜焊 线与第二接垫之间具有较大接合面积，进而增加所述铜焊线与第二接垫之间的接合力和强度。为了让本发明的上述和其它目的、特征、和优点能更明显，下文将配合附图，作详 细说明如下。
图1为现有技术的焊线接合方法的剖面示意图；图2至8图是现有技术的铜焊线接合方法的剖面示意图；图9是现有技术的铜焊线接合方法的剖面示意图，显示了在接合制程之后，铜焊 线的第二线端形成焊线鱼尾区；图10是本发明的一种实施方式的半导体封装方法的剖面示意图，显示了承载件 禾口晶片；图11是本发明的一种实施方式的半导体封装方法的剖面示意图，显示了焊线与 第一接垫之间的接合制程；图12是本发明的一种实施方式的半导体封装方法的剖面示意图，显示了焊线与 第二接垫之间的接合制程；图13是本发明的一种实施方式的半导体封装方法的剖面示意图，显示了在接合制程之后，焊线的第二线端形成有焊线鱼尾区； 图14是本发明的一种实施方式的半导体封装方法的剖面示意图，显示了焊线的 第二线端的挤压制程；图15是本发明的一种实施方式的半导体封装方法的立体示意图，显示了挤压制 程具有三种挤压方向；图16是本发明的一种实施方式的半导体封装方法的立体示意图，显示了将所述 焊线的其它部分与第二焊点部分分离；图17a和图17b是本发明的一种实施方式的半导体封装方法的剖面和立体示意 图，显示了在接合、挤压及分离制程之后，焊线的第二线端形成有新焊线鱼尾区；图18是本发明的一种实施方式的半导体封装方法的剖面示意图；图19是本发明的另一种实施方式的半导体封装方法的剖面示意图；图20是本发明的又一种实施方式的半导体封装方法的剖面示意图。主要组件符号说明10晶片12基板16打线机18焊针20焊线20，其它部分22铜线23线端24铜球24，弧状接合部25线端26焊点部分28焊线鱼尾区29凸起32接垫34接垫100半导体封装构造100’半导体封装构造100”半导体封装构造102打线机110 晶片110，晶片112承载件112a基板112a，基板112b 钉架113上表面114下表面115主动表面116背面117贯穿开口118焊针120焊线120，其它部分121焊点部分122线状部123第一线端124弧状接合部125第二线端126焊点部分127焊线切断区128焊线鱼尾区128’新焊线鱼尾区129 凸起129，凸起132第一接垫134第二接垫134，接垫134”引脚接垫136保护层138封胶
140方向142旋转方向144直线方向146直线方向154金属层156电性连接点Al接合面积A2接合面积N法向量
具体实施例方式参考图10至图16，显示了本发明的一种实施方式的半导体封装方法。参考图10， 在承载件112上设置晶片110，其中该晶片110具有主动表面115和与该主动表面115相对 的背面116，所述晶片110包括第一接垫132 (诸如铝接垫或铜接垫)，该第一接垫132位于 所述主动表面115，所述承载件112具有上表面113和与该上表面113相对的下表面114， 所述承载件112包括第二接垫134 (诸如铝接垫或铜接垫)，该第二接垫132位于所述上表 面113，且所述晶片110的背面116位于所述承载件的上表面113。所述晶片110包括保护 层136，该保护层136形成于所述晶片110的主动表面115，并暴露出所述第一接垫132，而 使所述第一接垫132具有裸露面积。参考图11，在本实施方式中，打线机102提供至少一个 焊线120。该焊线120可为铜焊线，该铜焊线的含铜重量百分比可为99. 9% (3N) ,99. 99% (4N)或99. 999% (5N)。然后，使所述焊线120的第一线端123接合于第一接垫132，以形 成第一焊点部分121。详细而言，所述焊线120与第一接垫132之间的接合制程包括下列步 骤使所述焊线120的第一线端123电烧形成球状部而连接于线状部122。然后，所述打线 机116的焊针118对所述球状部施压而使所述球状部变形成弧状接合部124。然后，通过振 动制程(诸如超声波振动制程)，使所述弧状接合部124接合于所述第一接垫132，以形成 所述第一焊点部分121。在另一种实施方式中，所述焊线120的线状部122外围可包覆抗氧 化金属层。该抗氧化金属层可为钯，亦即所述焊线120可置换为铜钯焊线。该铜钯焊线含 钯重量百分比为0. 8% 2. 7%。参考图12和图13，使所述焊线120的第二线端125接合于所述第二接垫134。详 细而言，所述焊线120与第二接垫134之间的接合制程包括下列步骤使所述焊针118上升 至预定高度。然后，所述焊针118使所述焊线120形成弧形。所需的焊线120的长度由所 述打线机自动送出。然后，所述焊针118对所述焊线120的第二线端125施压。之后，通过 振动制程，使所述焊线120的第二线端125接合于所述第二接垫134。参考图13，在所述焊 线120的第二线端125的接合制程之后，所述焊线120与第二接垫134之间的接合面具有第 一接合面积Al。所述焊针118使所述焊线120的第二线端125形成焊线鱼尾区128，该焊 线鱼尾区128紧邻所述焊线120与第二接垫134之间的接合面，且该焊线鱼尾区128的剖 面并未包括任何凸起，亦即所述焊线鱼尾区128的剖面包括平滑弧线。另外，所述焊针118 在所述第二接垫134限定有焊线切断区127。参考14图，在所述第二接垫134的表面定义有法向量N，并沿垂直于该法向量N的 方向140使用所述焊针118，或者使所述焊针118沿平行于所述焊线120与第二接垫134之 间的接合面的方向140，挤压(scrub)接合后的所述焊线120的第二线端125，以形成第二 焊点部分126。 参考图15，显示了所述焊线120的第二线端125的挤压制程具有三种挤压方向。在本实施方式中，所述焊线120的第二线端125的挤压制程包括下列步骤定义挤压方向，该挤压方向为通过所述第二焊点部分126的所述法向量N的旋转方向142 ；以及沿所述挤 压方向挤压接合后的所述焊线120的第二线端125。在一种替代实施方式中，所述焊线120的第二线端125的挤压制程包括下列步骤 定义挤压方向，该挤压方向为直线方向144，该直线方向144通过所述第二焊点部分126的 上方，且该直线方向144垂直于所述第一焊点部分121与第二焊点部分126所形成的直线 投影在所述承载件112的上表面113上的直线；以及沿所述挤压方向挤压接合后的所述焊 线120的第二线端125。在另一种替代实施方式中，所述焊线120的第二线端125的挤压制程包括下列步 骤定义挤压方向，该挤压方向为直线方向146，该直线方向146通过所述第二焊点部分126 的上方，且该直线方向146平行于所述第一焊点部分121与第二焊点部分126所形成的直 线投影在所述承载件112的上表面113上的直线；以及沿所述挤压方向挤压接合后的所述 焊线120的第二线端125。参考图16，使所述焊线120的其它部分120’自所述第二焊点部分126的焊线切断 区127分离，从而形成本发明的焊线接合结构，并完成本发明的焊线接合制程。参考图17a 和图17b，在所述铜焊线120的第二线端125的接合、挤压和分离制程之后，所述焊线120与 第二接垫134之间的新接合面具有第二接合面积A2(亦即所述第二焊点部分126的接合面 积)，该第二接合面积A2大于所述第一接合面积Al。应该注意的是，所述焊针118使所述 焊线120的第二线端125形成新焊线鱼尾区128’，该新焊线鱼尾区128’紧邻所述焊线120 与第二接垫134之间的新接合面，亦即所述第二焊点部分126包括所述新焊线鱼尾区128’ 和所述焊线切断区127。所述新焊线鱼尾区128’的剖面包括至少一个挤压凸起129，该挤 压凸起129由焊针位移造成，亦即所述新焊线鱼尾区128’的剖面并未包括平滑弧线。所述 挤压凸起129是与所述新焊线鱼尾区128’一体成型而制造的，亦即所述挤压凸起129是通 过一次接合制程而形成的，而不是通过至少两次接合制程而形成的。所述挤压凸起129的 形状可为阶梯状或山丘状。在另一种实施方式中，当所述焊线120被置换为铜钯焊线时，所 述挤压凸起129的成份为铜和钯混合物。根据本发明的第二焊点部分，由于接合后的所述焊线的第二线端被挤压，因此所 述焊线的第二焊点部分的新焊线鱼尾区的剖面包括至少一个挤压凸起，亦即所述焊线与第 二接垫之间具有较大接合面积(因为挤压后的接合面积A2大于挤压前的接合面积Al)，进 而增加所述焊线与第二接垫之间的接合力和强度。参考图18，在本实施方式中，所述承载件112为基板112a。所述焊线120的一个 线端电性连接于所述晶片110的接垫132 (亦即第一接垫)，所述焊线120的另一个线端电 性连接于所述基板112a的接垫134 (亦即第二接垫)。所述第一接垫和第二接垫可为多个。 所述晶片110的接垫132电性连接于所述晶片的线路(图未示)。所述基板112a包括一对 外电性连接点156，该一对外电性连接点156位于所述下表面114。另外，所述基板112a还 可包括金属层(图未示)，该金属层覆盖在所述第二接垫上。所述金属层为镍、金、钯中的一 种合金。再参考图18，最后用封胶138包覆所述晶片110和所述焊线120，并覆盖所述 承载件112，使所述封胶138、所述晶片110和所述承载件112形成球格阵列封装体(BGApackage)，亦即本发明的半导体封装构造100。所述封胶138的组成成分包括氯离子和钠离 子，从而可使所述铜焊线120不易被氧化。所述封胶138的组成成分还包括溴离子。所述 封胶138的pH值可介于4 7之间。参考图19，在另一种实施方式中，本发明的焊线接合结构可应用于凹槽向下 (cavity down)型的封装构造，诸如W型球格阵列封装构造(WBGApackage)，亦即本发明的 另一种半导体封装构造100’。该半导体封装构造100’大体上类似于所述半导体封装构造 100，两者的主要差异在于所述晶片110’的主动表面115设置在所述承载件112 (诸如基板 112a’)的上表面113上。所述基板112b包括贯穿开口 117，该贯穿开口 117从所述上表面 113延伸至所述下表面114。所述铜焊线120通过所述贯穿开口 117，所述铜焊线120的一 个线端电性连接于所述晶片110’的接垫132 (亦即第一接垫)，所述焊线120的另一个线端 电性连接于所述基板112a’的接垫134’ (亦即第二接垫)，所述接垫134’配置在所述下表 面114。所述第一接垫和第二接垫可为多个。所述晶片110’的接垫132电性连接于所述 晶片的线路(图未示)。所述基板112a’包括一对外电性连接点156，该一对外电性连接点 156位于所述下表面114。参考图20，在又一种实施方式中，本发明的焊线接合结构可应用于具有钉架的封 装构造，亦即本发明的又一种半导体封装构造100”。该半导体封装构造100”大体上类似于 所述半导体封装构造100，两者的主要差异在于所述承载件112为钉架112b (Ieadframe)。 所述半导体封装构造110’还包括引脚接垫134”和金属层154，其中所述引脚接垫134”取 代所述第二接垫134。所述引脚接垫134”设置在所述钉架112b上。所述金属层154覆盖 在所述引脚接垫134”上，所述金属层154可为银、金、钯中的一种。所述引脚接垫134”与 所述焊线120电性连接。虽然已以前述的实施方式揭示本发明，但所述实施方式并非用以限定本发明，任何本发明所属技术领域的技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种更动与 修改。因此本发明的保护范围应当以附带的权利要求书所界定的范围为准。
权利要求
一种半导体封装构造，该半导体封装构造包括晶片，该晶片具有第一表面和与该第一表面相对的第二表面，所述晶片包括第一接垫，该第一接垫位于所述第一表面；承载件，该承载件具有第三表面和与该第三表面相对的第四表面，所述承载件包括第二接垫，该第二接垫位于所述第三表面，其中所述晶片设置在所述承载件上；至少一个铜焊线，该至少一个铜焊线用于电性连接所述晶片与所述承载件，所述铜焊线包括第一线端，该第一线端接合于所述第一接垫，以形成第一焊点部分；以及第二线端，该第二线端接合于所述第二接垫，以形成第二焊点部分，其中所述第二焊点部分包括焊线鱼尾区和焊线切断区，所述焊线鱼尾区包括至少一个挤压凸起，该挤压凸起与所述焊线鱼尾区一体成型；以及封胶，该封胶包覆所述晶片和所述铜焊线，并覆盖所述承载件。
2.根据权利要求1所述的半导体封装构造，其中，所述铜焊线具有线状部，该线状部外 围包覆抗氧化金属层，该抗氧化金属层为钯。
3.根据权利要求2所述的半导体封装构造，其中，所述挤压凸起的成份包括铜和钯。
4.根据权利要求1所述的半导体封装构造，其中，所述挤压凸起由焊针位移造成。
5.根据权利要求1所述的半导体封装构造，其中，所述挤压凸起的形状为阶梯状。
6.根据权利要求1所述的半导体封装构造，其中，所述挤压凸起的形状为山丘状。
7.根据权利要求1所述的半导体封装构造，该半导体封装构造还包括 金属层，该金属层覆盖在所述第二接垫上。
8.根据权利要求7所述的半导体封装构造，其中，所述金属层为镍、金、钯中的一种合金。
9.根据权利要求1所述的半导体封装构造，其中，所述承载件为钉架，所述第二接垫为 引脚接垫。
10.根据权利要求9所述的半导体封装构造，其中，所述钉架还包括金属层，该金属层覆盖在所述引脚接垫上。
11.根据权利要求10所述的半导体封装构造，其中，所述金属层为银、金、钯中的一种。
12.—种半导体封装方法，该半导体封装方法包括下列步骤在承载件上设置晶片，其中该晶片具有第一表面和与该第一表面相对的第二表面，所 述晶片包括第一接垫，该第一接垫位于所述第一表面，且所述承载件具有第三表面和与该 第三表面相对的第四表面，所述承载件包括第二接垫，该第二接垫位于所述第三表面； 提供至少一个铜焊线，该至少一个铜焊线包括第一线端和第二线端； 使所述铜焊线的第一线端接合于所述第一接垫，以形成第一焊点部分； 使所述铜焊线的第二线端接合于所述第二接垫，此时所述铜焊线与第二接垫之间的接 合面具有第一接合面积；沿平行于所述接合面的方向挤压接合后的所述铜焊线的第二线端，以形成第二焊点部 分，此时所述铜焊线与第二接垫之间的接合面具有第二接合面积，其中所述第二接合面积 大于所述第一接合面积；使所述铜焊线的其它部分与第二焊点分离，此时所述第二焊点部分包括焊线鱼尾区和焊线切断区，所述焊线鱼尾区包括至少一个挤压凸起；以及用封胶包覆所述晶片和所述铜焊线，并覆盖所述承载件，使所述封胶、所述晶片和所述 承载件形成封装体。
13.根据权利要求12所述的半导体封装方法，其中，沿平行于所述接合面的方向挤压 接合后的所述铜焊线的第二线端，挤压包括下列步骤定义挤压方向，该挤压方向为通过所述第二焊点部分的旋转方向；以及 沿所述挤压方向挤压接合后的所述铜焊线的第二端。
14.根据权利要求12所述的半导体封装方法，其中，沿平行于所述接合面的方向挤压 接合后的所述铜焊线的第二线端，挤压包括下列步骤定义挤压方向，该挤压方向为直线方向，该直线方向通过所述第二焊点部分的上方，以及所述直线方向垂直于所述第一焊点部分和第二焊点部分所形成的直线投影在所述承 载件的所述第三表面上的直线；以及沿所述挤压方向挤压接合后的所述铜焊线的第二端。
15.根据权利要求12所述的半导体封装方法，其中，沿平行于所述接合面的方向挤压 接合后的所述铜焊线的第二线端，挤压包括下列步骤定义挤压方向，该挤压方向为直线方向，该直线方向通过所述第二焊点部分的上方，且 该直线方向平行于所述第一焊点部分和第二焊点部分所形成的直线投影在所述承载件的 所述第三表面上的直线；以及沿所述挤压方向挤压接合后的所述铜焊线的第二端。
16.根据权利要求12所述的半导体封装方法，该半导体封装方法还包括 将金属层覆盖在所述第二接垫上。
17.根据权利要求16所述的半导体封装方法，其中，所述金属层为镍、金、钯中的一种I=I 巫 O
18.根据权利要求12所述的半导体封装方法，其中，所述承载件为钉架，所述第二接垫 为引脚接垫。
19.根据权利要求18所述的半导体封装方法，其中，所述钉架还包括 金属层，该金属层覆盖在所述引脚接垫上。
全文摘要
本发明提供一种半导体封装方法，该方法包括下列步骤使焊线的第一线端接合于第一接垫，以形成第一焊点部分；使焊线的第二线端接合于第二接垫，其中焊线与第二接垫之间的接合面具有第一接合面积；沿平行于所述接合面的方向挤压接合后的焊线的第二线端，以形成第二焊点部分，其中焊线与第二接垫之间的新接合面具有大于第一接合面积的第二接合面积；以及使焊线的其它部分与第二焊点部分分离。本发明还提供一种通过所述半导体封装方法得到的半导体封装体。由于接合后的铜焊线的第二线端被挤压，因此铜焊线的第二焊点部分的新焊线鱼尾区的剖面包括至少一个挤压凸起，亦即铜焊线与第二接垫之间具有较大接合面积，进而增加铜焊线与第二接垫之间的接合力和强度。
文档编号H01L21/60GK101800206SQ20091015077
公开日2010年8月11日 申请日期2009年6月30日 优先权日2009年2月9日
发明者徐正宗, 曾正男, 洪志成, 陈郁琪, 黄文彬 申请人:日月光半导体制造股份有限公司