[發明專利]一種核殼結構凸點制備方法及裝置

有效

• 申請號: 201610153647.7
• 申請日: 2016-03-17
• 公開（公告）號: CN105826207B
• 公開（公告）日: 2018-05-04
• 發明（設計）人: 董偉;趙寧;康世薇;鐘毅;許富民;魏宇婷
• 申請（專利權）人: 大連理工大學
• 主分類號: H01L21/48
• 分類號: H01L21/48;H01L21/768
• 代理公司: 大連東方專利代理有限責任公司21212
• 代理人: 李馨

技術領域

本發明涉及電子制造領域，具體地說是一種球柵陣列(Ball Grid Array，BGA)封裝和芯片堆疊封裝技術中的核殼結構凸點制備方法及裝置。

背景技術

目前，在摩爾定律的驅動下，電子器件持續向高性能和小體積方向發展，要求電子封裝技術提供更高的互連密度和更短的互連路徑。目前，球柵陣列封裝和芯片堆疊封裝已成為最重要的兩種技術解決方案。在上述兩種技術中，芯片與基板之間以及芯片與芯片之間的互連主要采用凸點來實現，互連凸點通常由Sn基釬料(如Sn、Sn-Ag、Sn-Cu、Sn-In、Sn-Ag-Cu等)、純金屬(Cu、Ag、Au等)或上述材料組成的多層結構所構成，并為芯片提供電氣連接、機械支撐和導熱通道等功能。因此，互連凸點的制備成為封裝互連的關鍵技術，互連凸點的質量決定著電子器件的服役性能及可靠性。

隨著微互連結構尺寸的不斷減小，由于錫基釬料凸點電阻較大、熱導率較低、強度較低，服役時芯片和基板之間產生的熱應力易造成凸點斷裂失效，不能滿足高可靠性的要求；純金屬凸點雖然具有較低的電阻和較高的熱導率，但其塑性較差，在熱沖擊或機械振動條件下易發生脆性斷裂，且鍵合時對這種凸點的表面平整度及高度一致性要求較高，增加了凸點制備的工藝難度。因此，外層包覆釬料鍍層、內部為銅球的核殼結構凸點兼備良好的力學性能、導熱性能和導電性能，成為技術解決方案。

新日鐵材料株式會社，申請號為JP20050220128和日立金屬株式會社，申請號為JP20110168436的日本專利提出在金屬球表面制作釬料包覆層形成核殼結構BGA焊球的方法，再經過植球和回流工藝，形成核殼結構凸點。這種技術中，焊球制備和凸點制備是分步進行的，工藝繁瑣、復雜，植球工藝工作效率不高，易形成漏植或多植，回流時較高的回流溫度(250℃)產生較大的熱應力并造成基板損傷。

發明內容

根據上述提出的技術問題，而提供一種核殼結構凸點制備方法及裝置。本發明主要利用可以形成均一液滴、頻率可控的噴射裝置，包括核心液滴噴射裝置和外層液滴噴射裝置，實現焊球制備和凸點制備一次完成，尺寸精度高、工藝溫度低、可自動化生產。

本發明采用的技術手段如下：

一種核殼結構凸點制備裝置，包括液滴噴射裝置和凸點形成裝置，所述液滴噴射裝置包括用于液滴噴射的腔體、并排設置在所述腔體上部的核心液滴噴射裝置和外層液滴噴射裝置，所述腔體一側開有腔體進氣口和腔體排氣口，機械泵與擴散泵安裝在所述腔體側部且與所述核心液滴噴射裝置和所述外層液滴噴射裝置及所述腔體相連；其特征在于：

所述核心液滴噴射裝置和所述外層液滴噴射裝置結構相同；所述核心液滴噴射裝置包括坩堝和與設置在所述坩堝頂部的壓電陶瓷相連的且深入所述坩堝及其中熔體內部的傳動桿，所述坩堝的底部設有中心孔，所述坩堝底部還連有與所述中心孔相通的薄片，所述薄片上設有噴射孔，所述坩堝外側設有加熱帶所述坩堝頂部開有坩堝進氣口和坩堝排氣口；

所述傳動桿底部的直徑小于所述中心孔的直徑，所述噴射孔全部位于所述傳動桿底部的正下方；

所述核心液滴噴射裝置和所述外層液滴噴射裝置的坩堝分別通過各自的三維運動控制器與所述腔體上部相連，所述腔體中部兩側還設有維持腔體溫度的腔體溫度控制器；

所述凸點形成裝置包括用于承接所述液滴噴射裝置噴射出的液滴的基板和用于放置所述基板且對所述基板施加超聲振動的基板承載部，所述基板承載部的水平長度大于等于所述核心液滴噴射裝置的噴射孔和所述外層液滴噴射裝置的噴射孔之間的距離；

所述噴射孔與所述基板之間的垂直距離D與所述基板的溫度T之間滿足以下關系，T≥100+(D-5)×5。

上述的壓電陶瓷振動頻率在0.1Hz～200Hz范圍內，上述的三維運動控制器與計算機相連，在裝置工作前，設定好預先的程序，通過三維運動控制器控制所述核心液滴噴射裝置和所述外層液滴噴射裝置各自坩堝在腔體上部的移動與凸點形成裝置的基板配合完成噴射液滴和核殼結構凸點形成。

進一步地，當所述基板承載部為基板放置平臺時，所述凸點形成裝置置于所述腔體底部，所述基板放置平臺上具有傳送裝置，工作時，所述機械泵與所述擴散泵對所述腔體、所述核心液滴噴射裝置的坩堝和所述外層液滴噴射裝置的坩堝抽真空；