[發明專利]一種微互連凸點制備方法及裝置

有效

• 申請號: 201610154091.3
• 申請日: 2016-03-17
• 公開（公告）號: CN105655260B
• 公開（公告）日: 2018-03-13
• 發明（設計）人: 董偉;趙寧;康世薇;魏宇婷;鐘毅;許富民
• 申請（專利權）人: 大連理工大學
• 主分類號: H01L21/48
• 分類號: H01L21/48
• 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

本發明屬于電子制造領域，具體地說是一種涉及球柵陣列(Ball Grid Array，BGA)封裝和芯片堆疊封裝技術中的微互連凸點制備方法及裝置。

背景技術

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。

現有的互連凸點制備方法包括濺射(蒸發)沉積、絲網印刷、電鍍、植球、打球、液滴噴射等。

濺射沉積法通常采用光刻工藝或金屬掩膜來形成凸點圖形，這種方法沉積速率慢，生成效率低而成本高，不適合大批量生產，在焊盤上形成的釬料濺射層需經過回流重熔以形成球形凸點，較高的回流溫度(250℃以上)產生較大的熱應力并造成基板損傷。

絲網印刷法是利用帶有凸點圖形的金屬模板，通過涂刷器將焊膏刷在焊盤上，這種方法雖然工藝簡單、成本低，但受限于不能均勻分配焊膏體積，尺寸精度不高，影響模板印刷工藝質量的因素很多，不適合窄節距凸點制備，焊膏印刷完成后同樣要經歷高溫回流處理，且凸點中易形成氣孔。

電鍍法是先通過光刻工藝形成凸點圖形，再將所需金屬分步或者共沉積電鍍到焊盤上，工藝成熟、可批量生產，但光刻及電鍍工藝易造成環境污染，電鍍釬料凸點不易精確控制合金成分，電鍍純金屬凸點高度一致性差、表面平整度低，制備窄節距凸點受限于光刻設備和工藝。

植球法通過掩膜或者轉移等方式將微焊球放置在焊盤上，再經釬焊回流后形成互連凸點，此方法工作效率不高，易形成漏植或多植，且需預先制備尺寸一致的微焊球。打球法形成凸點的過程與引線鍵合在芯片側的連接類似，不同之處在于金屬絲球型前端鍵合在焊盤上之后將其后端斷開，獲得形狀多為蘑菇狀或釘頭狀的凸點，該方法需要施加一定的壓力，易造成碎片，且生產效率低下。

上述方法的一個共同缺點還在于焊錫(球)制備和凸點制備需要分步進行，若能開發一次性的凸點成型工藝，無疑會節省工藝流程和成本。

液滴噴射法是在裝有熔融釬料的坩堝和噴射腔室之間形成壓力差，利用壓電陶瓷驅動傳動桿振動，促使釬料液滴噴出并落在基板焊盤上形成凸點的技術。申請號為2007100598956的發明專利，使用惰性氣體注入坩鍋與真空密閉腔室中，在坩鍋與真空密閉腔室之間形成穩定壓差，使金屬熔體從坩鍋底部噴嘴中以層流射流的形式噴出，利用壓電振蕩器產生的振動擾動使金屬射流斷裂為液滴，并下落到基板焊盤上。該方法雖然可以形成大小、形狀和熱力學條件均一化的顆粒，但在植球前需要通過攝像裝置拍攝液滴圖形，計算機圖像分析液滴直徑，再反饋控制振動器的頻率，調試過程繁瑣、復雜，且利用偏轉極板控制帶電液滴的下落軌跡，植球精度存在較大問題，同時無法實現液滴的逐點下落，即噴出的金屬射流將形成多個時間間隔極短的液滴，難以實現放置基板的水平傳動臺的快速協調響應且不能自動化生產。

發明內容

根據上述提出的技術問題，而提供一種微互連凸點制備方法及裝置。本發明主要利用液滴噴射裝置和凸點形成裝置配合制備出頻率可控的均一液滴，從而實現焊球制備和互連凸點制備一次性完成，凸點成分均勻、尺寸精度高，制備工藝溫度低，避免基板燒損或發生變形，可自動化生產。

本發明采用的技術手段如下：

一種微互連凸點制備裝置，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、設置在所述腔體上部的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坩堝及所述腔體相連；

其特征在于：

所述坩堝通過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；