[發明專利]焊球形成裝置和焊球形成方法

在審

• 申請號: 201610082718.9
• 申請日: 2016-02-05
• 公開（公告）號: CN107042346A
• 公開（公告）日: 2017-08-15
• 發明（設計）人: 周鳴
• 申請（專利權）人: 中芯國際集成電路制造(上海)有限公司;中芯國際集成電路制造(北京)有限公司
• 主分類號: B23K1/00
• 分類號: B23K1/00;B23K3/00;B23K3/08;B23K101/36
• 代理公司: 北京集佳知識產權代理有限公司11227
• 代理人: 吳敏

技術領域

本發明涉及半導體技術領域，特別涉及一種焊球形成裝置和焊球形成方法。

背景技術

隨著我國電子產品向高性能、微小型化方向發展，為減小電路模塊體積、提高高頻特性，會越來越多的用到焊球陣列封裝(BGA)、芯片尺寸封裝(CSP)、多芯片組件(MCM)、微電子機械(MEMS)和系統級芯片(SOC)等先進器件和組件。所以，凸點芯片倒裝焊接技術必將成為芯片互連的主流工藝技術。

與傳統的線連接與載帶連接相比，倒裝芯片技術有明顯的優點：封裝密度最高；具有良好的電和熱性能；可靠性好；成本低。因此倒裝芯片是一種能夠適應未來電子封裝發展要求的技術。凸點芯片倒裝焊接技術主要特點是：(1)基板上直接安裝芯片：(2)對應的互連位置必須有凸起的焊點-凸點：(3)基板和芯片的焊點成鏡像對稱；(4)同時實現電氣和機械連接。可見，在倒芯片封裝過程中，凸點形成是其工藝過程的關鍵。

現有技術通常采用模板印刷方法形成焊球，通過涂刷器和模板，將焊料涂刷在焊盤上。影響模板印刷工藝質量的因素很多，工藝非常復雜。

發明內容

本發明解決的問題是提供一種焊球形成裝置和形成方法，使得焊球的形成過程簡單，易于操作。

為解決上述問題，本發明提供一種焊球形成裝置，包括：一種焊球形成裝置，其特征在于，包括：載臺，所述載臺用于放置芯片；控制單元和與所述控制單元連接的三維移動裝置，通過所述控制單元控制所述三維移動裝置在水平方向和垂直方向移動；噴嘴，所述噴嘴固定于三維移動裝置上；焊料源，所述焊料源與所述噴嘴連接，用于向所述噴嘴提供熔融狀態的焊料；壓 力調整單元，所述壓力調整單元與所述噴嘴連接，用于調整所述噴嘴內的焊料受到的壓力；冷卻裝置，用于使焊料冷卻凝固。

可選的，所述噴嘴材料包括：鎢、鎢合金、鎳、鎳合金或陶瓷。

可選的，還包括加熱元件，用于對噴嘴進行加熱，所述加熱元件位于噴嘴外壁。

可選的，所述加熱元件為鎳鉻加熱絲。

可選的，所述壓力調整單元包括：施壓氣體源、位于施壓氣體源與噴嘴之間的調節閥。

可選的，所述施壓氣體源包括加熱裝置，用于對所述施壓氣體進行加熱。

可選的，對所述施壓氣體進行加熱的溫度為200℃～300℃。

可選的，所述調節閥具有雙向氣壓調節功能，用于調整向所述噴嘴內施加的壓力為正壓或負壓。

可選的，所述調節閥包括與施壓氣體源和噴嘴連接的流量閥、與噴嘴連接的真空泵。

可選的，所述冷卻裝置包括冷卻氣體源和與所述冷卻氣體源連接的冷卻噴頭。

可選的，所述冷卻噴頭固定于三維移動裝置上。

可選的，所述冷卻氣體源是N₂源。

為解決上述問題，本發明的實施例還提供一種采用上述焊球形成裝置的焊球形成方法，包括：提供上述焊球形成裝置；提供待形成焊球的芯片，所述芯片上形成有金屬連線和覆蓋所述金屬連線的具有多個開口的聚合物層，所具開口位于金屬連線表面；采集所述芯片上的開口的位置和尺寸信息，并錄入控制單元；所述控制單元根據所述開口的位置和尺寸信息，控制三維移動裝置移動，使得噴嘴移動至其中一開口上方；焊料源向噴嘴內提供焊料，同時通過壓力調整單元向噴嘴內的焊料施加壓力，通過噴嘴另一端流出，形成焊料液滴，逐滴進入開口，直至所述焊料液滴填滿所述開口并溢出；通過冷卻裝置對進入開口的焊料進行冷卻，使開口內焊料凝固，最終形成焊球； 所述控制單元根據所述開口的位置和尺寸信息，繼續控制三維移動裝置移動，使得噴嘴移動至另一開口上方，并按上述方法，依次在其他開口內形成焊球。

可選的，通過加熱元件對噴嘴進行加熱，以確保所述焊料在噴嘴內為熔融狀態；所述加熱元件對噴嘴進行加熱的加熱溫度為200℃～300℃。

可選的，所述三維移動裝置在水平方向和垂直方向上移動，其中，在水平方向上的移動速率為10μm/s～300mm/s，在垂直方向上的移動速率為10μm/s～100mm/s。

可選的，在所述三維移動裝置移動時，通過壓力調整單元使噴嘴內保持負壓，避免噴嘴內焊料滴出。

可選的，冷卻裝置包括冷卻氣體源和與所述冷卻氣體源連接的冷卻噴頭，冷卻氣體從冷卻噴頭噴出，對開口內焊料進行冷卻；調整所述冷卻氣體的流速，調整焊料的凝固速率。

可選的，調整所述噴嘴內壓力大小，使噴嘴內流出的焊料液滴直徑小于開口寬度。

可選的，所述噴嘴與開口底部之間的距離小于開口高度的兩倍。