[發明專利]倒裝芯片凸點的制備方法

在審

• 申請號: 201110421872.1
• 申請日: 2011-12-15
• 公開（公告）號: CN103165480A
• 公開（公告）日: 2013-06-19
• 發明（設計）人: 劉葳;金鵬
• 申請（專利權）人: 北京大學深圳研究生院
• 主分類號: H01L21/60
• 分類號: H01L21/60;H01L23/488
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及半導體封裝領域，尤其涉及一種倒裝芯片凸點的低溫制備方法。

背景技術

隨著集成電路技術的不斷發展，電子產品向輕、薄、短、小并且功能多樣化以及高可靠性方向發展，從而對電子封裝技術提出新的要求。為了適應這種特殊需要，倒裝芯片技術日益得到廣泛的應用。倒裝晶片技術是通過在芯片表面形成凸點，晶片翻轉與底板形成連接，減小了封裝尺寸，滿足了電子產品的高性能(如高速、高頻、更小的引腳)，并且封裝密度高，而且使產品具有良好的電學性能和傳熱性能。基于上述優點，倒裝芯片技術成為最有潛力的能夠適應高密度電子封裝要求的一種重要技術。概括起來，FC技術的主要特點是：基板上直接安裝芯片；對應的互連位置必須有焊點-凸點；羈絆和芯片的焊點成鏡像對稱；同時實現電氣和機械連接。可見，在倒裝芯片封裝過程中，凸點形成是工藝過程中的關鍵。

圖1所示為傳統倒裝芯片凸點的結構，其組成包括：芯片1、鈍化層2、鋁焊盤3、凸點下金屬層UBM(Under-Bump?Metallurgy)4、凸點5。凸點5即是在芯片鋁電極焊區上形成的凸起電極，通過該電極使芯片實裝在PCB等封裝基板上。為達到凸點金屬5與鋁焊盤3及鈍化層2良好的粘附性，又要防止凸點金屬5與鋁焊盤3生成不希望有的金屬間化合物，一般應先在凸點金屬下制備有粘附層、擴散阻擋層和導電層的多層金屬化層4。典型的粘附金屬有Cr、Ti、Ni、TiN等，擴散阻擋層金屬有W、Mo、Ni等，導電金屬則常用Au、Cu、Pb/Sn等，這種多種金屬化層常采用濺射、蒸發、化學鍍、電鍍等方法來完成。凸點金屬5的制作材料多為Au、Cu、Pb/Sn、In或它們的組合。形成凸點5的方法主要有電鍍法、化學鍍法、釘頭凸點形成法、模板印刷焊料法及熱注射焊料法等。

在這些凸點中，Pb/Sn焊料凸點因具有突出優點而備受重視。由于它是半球形，在倒裝焊時隨著焊料熔化可自對準定位，能控制Pb/Sn焊料的塌陷程度及凸點高度，所以又稱為可控塌陷芯片連接技術(C4)。合金焊料雖然具有較高的熱導率和可靠性，但是合金焊料的導電、導熱性能不如純金屬好，并且由于釬焊過程中釬劑揮發等因素會產生空洞的存在，以及釬料與銅焊盤之間會生成金屬界面化合物層從而存在著較大的界面熱阻。基于上述原因，合金釬料作為熱界面材料，并不能很好的滿足大規模集成高密度封裝的導熱需要。更重要的是，當封裝密度增加凸點的尺寸減小時，合金凸點會被焊盤金屬吃掉，形成厚厚的金屬間化合物層，尤其是在器件工作過程中，也即在通電和高溫的情況下，金屬間化合物不斷生長，有可能整個凸點全部變成了金屬間化合物，這樣不僅增大了界面熱阻，降低了導熱能力。而且由于元素的遷移、空洞的產生等因素，有可能造成焊點機械連接失效，因此焊料合金已經不能滿足高密度互連小尺寸凸點的需求。傳統焊料以SnPb合金為主，隨著工業領域環境保護意思的不斷增強，歐盟WEEE、ROHS等禁Pb法令相繼實施，我國也開始頒布無Pb法令，封裝產業開始對無Pb焊料提出更高的要求，但是目前的無Pb焊料并不能很好的滿足高密度封裝的需要。

聚合物凸點是一種導電聚合物，主要是用環氧樹脂導電膠來連接。其特點是凸點制作工藝簡單，連接溫度低于160攝氏度，并可采用廉價的基板，是一種高效、低成本的互連凸點。但是任何膠黏劑都不能直接與Al電極相連接，要采用金焊盤，界面接觸電阻大，而且主題是環氧樹脂等有機物，其可靠性沒有納米凸點理想。而且存在熱阻不穩定從而升溫時會導致電路參數漂移，容易吸潮導致焊接時模塊開裂等失效行為。

發明內容

基于上述問題，本發明所要解決的問題在于提供一種倒裝芯片凸點的制備方法。

一種倒裝芯片凸點的制備方法，包括如下步驟：

S1、將納米銀顆粒漿料制備在芯片電極金屬層表面；

S2、無氧氣氛下，對步驟S2進行低溫回流處理，獲得帶納米凸點的芯片；

S3、并通過焊接技術，將芯片通過凸點倒裝在基板上，完成倒裝芯片封裝。

所述倒裝芯片凸點的制備方法，步驟S1中：

納米銀顆粒漿料中，銀顆粒的粒徑為幾個納米～幾百納米，隨著納米金屬顆粒制備技術的發展，銀顆粒的粒徑越來越小，粒徑越小其熔點就越低；

所述納米銀顆粒漿料是通過點膠機將納米銀顆粒制備在金屬層表面的；

所述納米銀顆粒漿料是通過絲網印刷方式將納米銀顆粒制備在金屬電極UBM金屬層表面的；

所述金屬層為Ag鍍層。

所述倒裝芯片凸點的制備方法，步驟S2中，所述凸點間距可以小到數十納米，滿足高密度互連中倒裝芯片的凸點制作要求。