[發(fā)明專利]一種芯片與TSV硅基板的倒扣焊接方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010105222.5
• 申請日: 2020-02-20
• 公開（公告）號: CN111293046B
• 公開（公告）日: 2022-05-03
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 薛亞慧;楊宇軍;鄭毅;皇甫蓬勃;米星宇;李寶霞;李夢琳;劉金梅
• 申請（專利權(quán)）人: 西安微電子技術(shù)研究所
• 主分類號: H01L21/603
• 分類號: H01L21/603;H01L21/02
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責(zé)任公司 61200
• 代理人: 李紅霖

本發(fā)明公開了一種芯片與TSV硅基板的倒扣焊接方法，屬于電子封裝領(lǐng)域。本發(fā)明的芯片與TSV硅基板的倒扣焊接方法，在TSV基板上制備焊料凸臺，通過熔化焊料凸臺實(shí)現(xiàn)與芯片焊料凸點(diǎn)的倒扣焊，在TSV硅基板正面制備的焊料凸臺在加熱熔化后，與芯片焊料凸點(diǎn)形成金屬化合金，兩者之間的結(jié)合力大；本發(fā)明的焊接方法，解決了焊接時焊接溫度高于TSV硅基板上PI層的耐受溫度造成的材料變質(zhì)的問題。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于電子封裝領(lǐng)域，尤其是一種芯片與TSV硅基板的倒扣焊接方法。

背景技術(shù)

在芯片技術(shù)向高密度、小型化和高性能發(fā)展的今天，2.5D-TSV封裝結(jié)構(gòu)是實(shí)現(xiàn)高密度集成的有效解決方案，采用封裝的方法提高集成度的需求越來越旺盛，在此情況下，硅通孔技術(shù)(Through Silicon Via,TSV)成為了高密度集成的關(guān)鍵技術(shù)之一。TSV硅基板可在TSV硅基板的正反兩面制作更小線寬的多層互連線，并通過硅上通孔技術(shù)實(shí)現(xiàn)多個芯片與封裝外殼之間的垂直互連，使互連長度減小，電性能提高。

將焊芯片與TSV硅基板焊接互連形成倒扣焊組件，將組件通過BGA焊接方式與封裝管殼互連并引出。芯片與TSV硅基板之間的焊料凸臺為倒扣組件提供主要的互連結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)芯片鍵合焊盤與基板鍵合焊盤之間的電氣和機(jī)械連接，形成倒扣焊組件。大規(guī)模的焊芯片上通過電鍍或者微球植球方法在有源面制備焊料凸臺，與TSV硅基板正面對應(yīng)的焊盤通過一個單步的高速工藝(如回流焊)完成互連。對倒扣焊組件進(jìn)行清洗及底部填充后，在TSV硅基板的背面進(jìn)行BGA 植球，將倒扣焊組件通過BGA(Ball grid array)焊球與封裝外殼進(jìn)行焊接互連，將多個不同芯片采用該方法進(jìn)行并排堆疊形成2.5D-TSV系統(tǒng)級封裝結(jié)構(gòu)的SiP模塊。

在SiP模塊封裝過程中，大規(guī)模的焊芯片(如FPGA、DSP等)通常為按需采購劃片后的裸芯片，芯片焊料凸點(diǎn)已在制造廠家完成了制造，SiP模塊封裝廠將多個焊芯片通過TSV硅基板提供精細(xì)的互聯(lián)與封裝載體之間最終形成完整的封裝結(jié)構(gòu)，芯片與TSV硅基板之間的焊接溫度通常取決于倒扣芯片上制備的焊料凸臺的材料熔點(diǎn)，芯片上制備的焊料凸臺為高含鉛量Pb-Sn(3％～5％Sn和 97％～95％Pb)時，焊接溫度要求超過320℃，而TSV硅基板由于其常用的PI層耐受溫度不超過270℃，使基板上的PI(Polyimide)層發(fā)生起泡、裂紋，最終使組件無法正常使用。導(dǎo)致芯片無法直接使用其焊料凸臺與TSV硅基板進(jìn)行焊接互連，因此在實(shí)際應(yīng)用中經(jīng)常由于芯片上制備的焊料凸臺的熔點(diǎn)高于TSV硅基板制造中使用的有機(jī)絕緣層的耐受溫度，無法直接利用芯片焊料凸點(diǎn)與TSV進(jìn)行焊接，導(dǎo)致2.5D-TSV系統(tǒng)級SiP模塊的封裝無法有效開展。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于解決因焊接溫度高于TSV硅基板上PI層的耐受溫度造成的材料變質(zhì)開裂的問題，提供一種芯片與TSV硅基板的倒扣焊接方法。

為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)：

一種芯片與TSV硅基板的倒扣焊接方法，包括以下步驟：

1)在TSV硅基板正面制備若干焊料凸臺，所述焊料凸臺的位置與焊芯片上的凸點(diǎn)焊接材料對應(yīng)設(shè)置；

2)對焊芯片和TSV硅基板進(jìn)行對位，對位完成后進(jìn)行焊接，焊接完成后形成倒扣焊組件。

進(jìn)一步的，步驟1)中的焊料凸臺的熔點(diǎn)為183-220℃。

進(jìn)一步的，步驟2)中進(jìn)行焊接時，焊接溫度大于等于焊料凸臺的熔點(diǎn)，小于270℃。

進(jìn)一步的，步驟1)中的焊料凸臺的材料為Sn96.5Ag3.5、Sn63Pb37、SnAg 或Cu/Ni/SnAg。

進(jìn)一步的，步驟1)中的焊料凸臺為圓柱形或球形。

進(jìn)一步的，當(dāng)焊料凸臺為圓柱形時，利用回流方式進(jìn)行倒扣焊接。

進(jìn)一步的，當(dāng)焊料凸臺為球形時，利用熱壓方式進(jìn)行倒扣焊接。