[发明专利]具有凸出电极的半导体元件和半导体组合装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种半导体元件，其具有基板和基板上的凸出电极， 该电极被配置为适合于将半导体元件电连接和机械连接到一个外部 基板。

本发明还涉及一种半导体元件与外部基板的组合装置，这里被 称为元件-外部基板组合装置，其包括半导体元件和外部基板。本发 明还涉及一种用于制作半导体元件的方法以及一种用于制作元件-外 部基板组合装置的方法。

背景技术

为了将半导体元件(诸如包含集成电路的芯片)安装在外部基 板(诸如电路板)上，已知的技术是通过半导体元件的内部基板上的 凸出电极来将半导体元件结合到外部基板上。凸出电极通常采取凸起 的形状。在此注释，半导体元件的内部基板在下文中简称作“基板”， 而外部基板将还被称作“外部基板”而无缩写。

由元件与外部基板的热膨胀系数之间的差能够引起凸出电极与 基板之间的机械应力，或者在元件-外部基板组合装置中引起凸出电 极与外部基板之间的机械应力。对于元件而言，其典型地基于硅，并 且还包含金属层和由绝缘体制成的层，同时外部基板常由有机材料制 成，这些有机材料在温度变化时表现出不同的特性。由于热膨胀系数 的不同而导致的这种机械应力会使半导体元件的基板上的绝缘层产 生裂缝，使各个层发生分层，或者甚至使硅发生断裂。在外部基板一 侧，由于被施加了机械应力从而已经观察到在电路板上布置的膜发生 分层。

US 6,995,474B1描述了一种半导体元件与外部基板的组合装 置，其包括液晶显示器件形式的半导体元件。如US 6,995,474B1 的图6所示，该器件具有基板上的集成电路和凸出电极，该凸出电极 将基板机械连接并电连接到外部玻璃基板以形成玻璃上芯片(COG) 组合装置。为了提供凸出电极来作为用于应力补偿的柔性凸起，一个 凸出电极具有与外部玻璃基板接触并被盘状导电连接部分覆盖的导 电小球。通过包括嵌入绝缘层(比如聚酰亚胺)的柱形导电部分的结 构来使导电连接部分与包含集成电路的基板连接。如US 6,995,474 B1的图9-图17所公开的，凸出电极可包含嵌入绝缘层的柱的一维 或二维阵列。通过在诸如聚酰亚胺的柱与使得连接部分在顶部进行一 些滑动的小球之间结合柔性绝缘材料来进行应力补偿，从而补偿机械 应力。

US 6,995,474B1中公开的凸出电极的结构相当复杂。这增加了 制作凸出电极过程中的工艺复杂性，因此增加了半导体元件的成本以 及元件-外部基板组合装置的成本。

发明内容

根据本发明的第一方面，提供了一种半导体元件，其具有基板 和基板上的凸出电极。凸出电极被构成为适合将半导体元件电连接和 机械连接到外部基板。另外，凸出电极由凸出次电极的一维或二维阵 列形成，这些凸出次电极被从基板表面开始的电绝缘流彼此分开。

本发明的半导体元件通过提供具有次结构的凸出电极而具有改 进了的凸出电极结构，该结构实现了机械柔性，而且不会在制作过程 中引入过多的构建复杂性和工艺复杂性。凸出电极的次结构是由凸出 次电极的一维或二维阵列形成的，这些凸出次电极被从基板表面开始 的(即，在基板表面开始并延伸到远处朝向元件-外部基板组合装置 中的外部基板的次电极端的)电绝缘流彼此分开。

存在于将次电极彼此分开的空间中的电绝缘流使得次电极变 形。凸出次电极间的空间中的气态流或液态流对各个次电极的应力补 偿变形具有相当低的阻力。

凸出电极的实施方式可以通过虚拟封装结构表示，该结构是由 分离的次电极阵列作为整体的外部形状来形成的。换句话说，次电极 阵列的形状和布局限定了凸出电极的轮廓。在该方面中，本发明的半 导体元件避免了凸出电极必须为连接结构组件的宽分布概念。

用于制作本发明这个方面所述的半导体元件的工艺复杂性相当 低。与制作不具有次电极形式的次结构的凸出电极相比，仅仅需要一 个限定了凸出电极的次结构的新掩模布局。因此，与上述现有技术的 方案相比，响应于机械应力而提供改进了的凸出电极柔性所引入的成 本很低。

次电极的一维阵列是次电极沿直线的任意布置。次电极的二维 阵列是不沿直线的布置。例如，次电极的布置可以沿一条曲线。次电 极的二维阵列的另一示例是矩阵阵列。然而应注意，这些示例都是非 限制性的。