[發(fā)明專利]一種基板可重復使用的制備微小焊球的方法

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200810034624.X
• 申請日: 2008-03-14
• 公開（公告）號: CN101246828A
• 公開（公告）日: 2008-08-20
• 發(fā)明（設計）人: 林小芹;羅樂
• 申請（專利權）人: 中國科學院上海微系統(tǒng)與信息技術研究所
• 主分類號: H01L21/60
• 分類號: H01L21/60
• 代理公司: 上海智信專利代理有限公司
• 代理人: 潘振甦

技術領域

本發(fā)明涉及一種基板可重復使用的制備微小焊球的方法，屬于電子封裝領域。

背景技術

隨著消費性電子產(chǎn)品朝“輕、薄、短、小”及多功能化方向的迅速發(fā)展，對電子組裝技術提出了更高的要求，迫使封裝技術向高密度化、小型化、集成化的方向演變。新的高密度封裝技術不斷涌現(xiàn)，其中球柵陣列封裝(BallGrid?Array，BGA)和芯片尺寸封裝(Chip?Scale?Package，CSP)等面陣列封裝形式是未來高密度封裝技術的主流。在BGA和CSP封裝工藝中，用精密焊球替代引腳，實現(xiàn)電路基板與芯片之間的電連接和機械連接，已成為電子封裝的關鍵材料。先進的電子封裝對精密焊球的直徑誤差、球形度和表面質量等方面的要求都非常嚴格，從而對傳統(tǒng)的焊球制備技術提出了新的挑戰(zhàn)。當前，精密焊球的制備方法主要有切絲重熔法、噴霧法和滴注法等。其中，①切絲重熔法首先通過拉絲-剪切或箔片-沖壓等機械加工方法把焊料合金加工成均勻質量的微小合金單元，然后把加工好的合金單元放入某一高溫球化溶液中重熔成形，在表面張力的作用下，合金單元最終凝結成需要的球形。該方法的主要優(yōu)點是工藝可控性好，產(chǎn)品的成品率高，但它同時具有明顯的缺點：制備工序繁多、設備投資大、成本高，并且在多次加工的工藝過程中容易引入各種雜質；②噴霧法是從傳統(tǒng)粉體制備技術延伸而來，其特點是生產(chǎn)能力強，但工藝可控性差，為獲得所需粒徑范圍的焊球，必須經(jīng)過多道分級工藝，容易引起焊球表面氧化及損傷的問題。滴注法是將熔化金屬定徑滴注成型，其特點同樣是生產(chǎn)能力較強，但缺點是不能有效控制液滴的大小和連生，焊球均勻性差、球形度低并具有表面氧化的現(xiàn)象。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種基板可重復使用的制備微小焊球的方法。

所采取的技術方案是：(1)采用IC制作工藝，制備可重復使用的基板。首先將硅片進行熱氧化處理；正面濺射金屬導電層；在導電層上沉積一層阻擋層保護導電層不被破壞，并光刻出阻擋層開口露出導電層金屬；(2)在該基板上制備焊球。首先濺射金屬犧牲層并光刻出犧牲層圖形覆蓋在導電層開口上；涂覆厚光刻膠并光刻出電鍍窗口；然后電鍍焊料；電鍍完畢后去除厚光刻膠；在保護氣氛下，使用助焊劑在焊料熔點溫度以上的回流溫度下將焊料進行回流；焊料回流成球后徹底清洗表面殘留的助焊劑；然后濕法腐蝕去除焊料球下的犧牲層，焊料球從基板上脫離，收集焊料球。回流時焊料在相對較長的時間內(nèi)保持熔融液態(tài)，有足夠的時間在表面張力的作用下轉變成為表面積最小的球體狀態(tài)，從而形成球形度高的焊料球，通過控制回流溫度曲線獲得組織性能最佳的焊料球，同時在助焊劑的作用下，焊料表面的氧化物得以去除，使最終得到的產(chǎn)品的含氧量非常低，焊球表面具有足夠的表面光潔度。

i)所述的硅片為單面拋光的N型(100)或P型(100)硅片；

ii)所述的熱氧化處理工藝為濕法或干法工藝，生成的氧化層厚度0.1～2.0微米；

iii)所述的正面濺射金屬層由一層以上的金屬層構成，起到與底層氧化硅的粘附牢固和導電的作用，金屬層的厚度0.1～2.0微米；

iv)所述的阻擋層為SiO₂或Si₃N₄，阻擋層的厚度0.1～2.0微米；

v)所述的金屬犧牲層是由一層以上的金屬層構成，如TiW或Cu；犧牲層的厚度0.1～5.0微米，起到與導電層、電鍍焊料之間的粘附作用；犧牲層圖形的尺寸大于或等于阻擋層開口的尺寸；犧牲層可用濕法腐蝕去除，腐蝕犧牲層的溶液的要求是不腐蝕電鍍焊料也不腐蝕導電層金屬；

vi)所述的電鍍窗口的尺寸要比犧牲層圖形的尺寸大，起到了增大電鍍面積，減小電鍍時間，提高效率的作用；

vii)所述的保護氣氛為氮氣氣氛。

viii)所述的回流溫度為焊料熔點溫度以上。

本發(fā)明的優(yōu)點是：

①與IC制作工藝相容，根據(jù)需要設計制備不同尺寸的焊料球，尤其是制備微小尺寸的焊球具有更明顯優(yōu)勢，焊球最小粒徑可小于0.15mm，制備的焊球的粒徑分布范圍很窄，避免了多道分級篩分引起的表面氧化以及拉絲或起毛現(xiàn)象；電鍍焊料在其熔點溫度以上回流，在表面張力的作用下回復到表面積最小的球體狀態(tài)，凝固后形成球形度很高的焊球，避免了碎裂毛刺以及粘連現(xiàn)象，焊球質量穩(wěn)定且可控性好；可重復使用基板的制備大大降低了生產(chǎn)成本；

②制作了可重復使用的基板，分別由熱氧化硅片、阻擋層、金屬導電層和金屬犧牲層組成；