[發明專利]一種預防芯片焊盤裂紋的銅絲球焊方法

在審

• 申請號: 202010470010.7
• 申請日: 2020-05-28
• 公開（公告）號: CN111613543A
• 公開（公告）日: 2020-09-01
• 發明（設計）人: 馮號;周少明
• 申請（專利權）人: 西安微電子技術研究所
• 主分類號: H01L21/60
• 分類號: H01L21/60
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 朱海臨

本發明提供一種預防芯片焊盤裂紋的銅絲球焊方法，所述方法包括如下步驟，步驟1，在框架載體或夾具的芯片區域外的剩余表面固定陶瓷片，得到銅焊球的焊點成型目標平面；步驟2，先將銅焊球移動到銅焊球的焊點成型目標平面的陶瓷面上，再將銅焊球在所述的陶瓷面上進行焊點成型過程，焊點成型完成后，底部被壓平的銅焊球離開陶瓷面的表面；步驟3，將底部被壓平的銅焊球轉移到焊盤上方進行界面鍵合過程，完成焊盤上的銅絲球焊。本發明將焊點成型段從焊盤鋁層表面移植到陶瓷表面，之后將銅焊球的焊點成型段與后續鍵合段從空間上實現分離，能夠提升銅焊球底面平整度，進而有利于降低焊點鍵合過程打裂焊盤的風險。

技術領域

本發明屬于半導體集成電路封裝測試領域，具體為一種預防芯片焊盤裂紋的銅絲球焊方法。

背景技術

銅絲球焊是半導體集成電路廣泛應用的一種引線鍵合工藝，相比金絲而言，銅絲具有成本低、機械強度高等優點，同時存在硬度大、易氧化等缺點，極容易在鍵合過程中造成芯片焊盤發生裂紋損傷，最終導致芯片失效。

為了降低芯片焊盤在銅絲球焊后發生裂紋損傷，目前銅絲球焊技術主要是采用分段鍵合的方式來控制，將鍵合過程分解為時間上連續的焊點成型段和界面鍵合段。焊點成型段通過壓力研磨、壓平焊球底部并成型焊點形貌，界面鍵合段施加超聲電流實現銅焊球底面與焊盤間的化學連接。焊點成型和界面鍵合均在同一焊盤的鋁層表面進行。

具體地，圖1為燒球環節，通過電子打火將劈刀尖端的一段線尾生成空氣自由球(Free Air Ball，簡稱FAB焊球)，在氣流吹動線路的作用下，完成FAB燒球后焊球上移到劈刀口。圖2為鋁焊盤上焊點成型，FAB焊球接觸到焊盤鋁層后，受成型壓力等參數作用，焊球發生變形后成型焊點，因鋁層硬度相比銅焊球低，銅焊球底部壓平程度較差，且會存在一定鋁擠出；圖3為鋁焊盤上焊點鍵合，焊點成型后，焊球上施加較大的超聲電流，產生促進鍵合的超聲功率，促使焊球底面與焊盤鋁層間進行界面化學反應，生成圖中的黑色金屬間化合物，以實現IMC連接，進而實現界面結合。

但上述方式的不足之處在于：第一，在焊點成型壓力作用下，存在焊盤鋁擠出問題，致使銅焊球下方焊盤鋁層厚度減小，鋁層緩沖鍵合作用的能力減弱，鋁層下方介質層受鍵合作用的影響程度增加，焊盤打裂風險增大；第二，焊盤鋁層硬度低于銅焊球硬度，在焊點成型段中銅焊球底部的壓平效果較差，在后續界面鍵合段超聲電流作用下，打裂焊盤風險增大。

發明內容

針對現有技術中存在的問題，本發明提供一種預防芯片焊盤裂紋的銅絲球焊方法，銅焊球在陶瓷表面進行焊點成型，進而有利于降低之后焊點鍵合過程打裂焊盤的風險。

本發明是通過以下技術方案來實現：

一種預防芯片焊盤裂紋的銅絲球焊方法，包括如下步驟，

步驟1，在框架載體或夾具的芯片區域外的剩余表面固定陶瓷片，得到銅焊球的焊點成型目標平面；

步驟2，先將銅焊球移動到銅焊球的焊點成型目標平面的陶瓷面上，再將銅焊球在所述的陶瓷面上進行焊點成型過程，焊點成型完成后，底部被壓平的銅焊球離開陶瓷面的表面；

步驟3，將底部被壓平的銅焊球轉移到焊盤上方進行界面鍵合過程，完成焊盤上的銅絲球焊。

優選的，步驟1中，所述的陶瓷片粘接在框架載體表面，陶瓷片的上表面高于框架載體表面。

優選的，步驟1中，所述的陶瓷片鑲嵌在夾具上表面的凹槽中。

進一步，所述陶瓷片的上表面與夾具的上表面平齊。

優選的，步驟1中，將陶瓷片的表面處理成水平且清洗后固定在框架載體或夾具的表面。

優選的，步驟2通過燒球得到銅焊球，燒球電流為60～65mA、燒球時間為270～300us。