倒装芯片凸点制作方法.pdf

倒装芯片凸点制作方法李福泉,王春青,张晓东(哈尔滨工业大学焊接重点实验室,黑龙江 哈尔滨 150001)摘 要:倒装芯片技术正得到广泛应用,凸点形成是其工艺过程的关键。介绍了现有的凸点制作方法,包括蒸发沉积、印刷、电镀、微球法、黏点转移法、SB2-Jet法、金属液滴喷射法等。每种方法都各有其优缺点,适用于不同的工艺要求。可以看到要使倒装芯片技术得到更广泛的应用,选择合适的凸点制作方法是极为重要的。关键词:倒装芯片;钎料凸点;表面组装技术中图分类号:TN41 文献标识码:A 文章编号:1001-3474(2003)02-0062-05Bump Fabrication Methods for Flip ChipLI Fu-quan,WANG Chun-qing,ZHNG Xiao-dong(H arbin Institute of Technology,H arbin150001,China)Abstract:T oday flip chip is becoming more important and attractive.Key point of the flip chip is the ex2istence of bumps.This is an overview of the existing bump fabrication technology.Many bumping technologieshave been developed.The major bumping methods,such as evaporation,plating,electroplating,Micro-ball,Tachy dotsTM,SB2-Jet,metal ink jetetc,are all introduced.We can see that every method has its merits aswell as demerits.The increased performance,small size and high reliability of flip chip devices alone will notmake them accessible for future products and markets.T o achieve adequate economy and performance,the se2lection of a suitable bumping technology becomes very important.Key words:Flip chip;Solder bumping;SMTDocument Code:AArticle ID:1001-3474(2003)02-0062-05 随着电子产品向轻、薄、短、小而功能多样方向发展,不断向电子封装提出新的要求。适应于这种需要,倒装芯片技术日益得到广泛的应用。与传统的线连接与载带连接相比,倒装芯片技术有明显的优点:封装密度最高;具有良好的电和热性能;可靠性好;成本低。因此倒装芯片是一种能够适应未来电子封装发展要求的技术。FC技术主要特点是:(1)基板上直接安装芯片(倒装);(2)对应的互连位置必须有凸起的焊点-凸点;(3)基板和芯片的焊点成镜像对称;(4)同时实现电气和机械连接。可见,在倒装芯片封装过程中,凸点形成是其工艺过程的关键。倒装芯片虽有各种差异,但基本结构都是由IC、UBM(Under-Bump Metallurgy)和凸点组成。图1是一个典型的凸点结构示意图。UBM是在芯片焊盘与凸点之间的金属过渡层,主要起粘附和扩散阻挡的作用,它通常由粘附层、扩散阻挡层和浸润层等多层金属膜组成。现在通常采用溅射、蒸发、化学镀、电镀等方法来形成UBM。图1 芯片凸点结构26电 子 工 艺 技 术Electronics Process Technology第24卷第2期2003年3月 1995-2005 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co.,Ltd.All rights reserved.362003年3月 李福泉等:倒装芯片凸点制作方法 1995-2005 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co.,Ltd.All rights reserved.46 电 子 工 艺 技 术 第24卷第2期 1995-2005 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co.,Ltd.All rights reserved.562003年3月 李福泉等:倒装芯片凸点制作方法 1995-2005 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co.,Ltd.All rights reserved.连续喷射钎料液滴喷射系统产生重复的液态金属流,在压电传感器驱动及机械振动触发下,金属流断开形成非常均匀一致的熔化金属液滴。通过随之充电并通过偏转电场过程,控制液滴运动轨迹。只有部分液滴喷射到焊盘上,其余液滴进入回收器用来重复使用。通常连续喷射液滴直径是喷嘴直径的两倍,在喷嘴周围采用惰性气体,一方面可促进液滴的断开喷射,同时可防止钎料液滴的氧化。连续型系统的缺陷在于大量的喷出液滴并未被使用,虽然采用了配套的再循环系统,但仍不能完全克服这一缺点。在按需喷射系统中,流体体积的脉冲变化由配置在流体周围的压电材料变形或电阻加热引起。这种体积变化引起流体压力/速度传感,促使钎料液滴由喷嘴脉冲喷出。在此系统中,通过调节控制脉冲,只有当需要时才产生液滴,液滴尺寸基本与喷嘴尺寸相同。通常由于喷嘴与芯片焊盘间距仅1 mm,液滴在此运动过程中所受的外部影响很小,通过在喷嘴周围惰性气体保护,可保证钎料液滴成形并防止氧化。10 结论凸点的制作方法有很多,各自适应于特定的要求,都有一定的应用,然而现有各种方法都存在一定的缺点,技术还不够成熟。对倒装芯片技术来说,尽管与以往的封装技术相比有明显的优势,但要使其得到广泛的应用,必须使其工艺成本不超过以往的电子封装技术。为获得成本优势,需要新的封装材料与工艺,而选择一种合适的凸点制作技术则是非常重要。现有技术仍不能完全满足要求,新的更具有优势的凸点制作技术仍有待发展。参考文献:1Patterson D S,Elennius P,Leal J A.Wafer bumping technolo2gy-a comparation analysis of solder deposition processes andassembly considerationsJ.Advances in electronic packag2ing,1997(1):337-351.2Rinne G A.Solder bumping methods for flip chip packagingC.Electronic Compone-nts and Technology Conferenece,1997.240-247.3Tsunetsugu H.Flip chip bonding technique using transferredmicrosolder bumps J.IEEE transactions on components,packaging and manufacturing technologies,1997,20(4):327-334.4Nobutatsu K oshoubu,Suzuko Ishizawa,Hideki Tsunetsuguetal.Advanced flip chip bonding techniques using transferredmicrosolder bumps.IEEE transactions on components andpackaging technologies,2000,23(2):399-404.5Hashino E,Shimokawa K.Micro-ball wafer bumping for flipchip interconnection C.2001 Electronic Components andTechnology Conferenece,2001.6Hotchkiss G.Tachy dotsTMtransfer of solder spheres for flipchip and electronic package applicationsC.Electronic com2ponents and technology conference,1998.434-441.7Allan Beikmohamadi,Allan Cairneross,John E.Gantzhornetal.Tachy dotsTM technology for flip chip and BG A solderbumping.Electronic components and technology conference,1998.448-453.8Greg Hotechkiss,G onzalo Amador.Wafer level packaging oftape flip-chip chip scale packagesJ.Microelectronics reli2ability,2001,40:705-713.9Elke Zakel,Lars Titerle,Thomas Oppertet al.Laser solderball application for optoelectronics and MEMS packagingC.OPTATEC,2002.10Grerald Motulla,Paul Kasulke,Katrin Heinrichtet al.A lowcost bumping process for flip chip technology using electro2less nickel and solder ball placementC.IEMT/IMC pro2ceedings,1997.174-181.11Qingbin Liu,Melissa Orme.High precision solder dropletprinting technology and the state-of-the-artJ.Journalof materials processing technology.2001,115:271-283.12Donald J Hayes,Royall w Cox,Michael E Grove.Micro-jetprinting of polymers and solder for electronics manufacturingJ.Journal of electronics manufacturing,1998(8):209-216.收稿日期:2002-12-21(上接第61页)200目300目,焊膏基本形状应为圆球形,黏度应在150 Pas200 Pas(应根据涂覆装置的状态进行调整),而对于松下型的焊膏涂覆装置,则可以直接用第一次焊接使用的焊膏。根据实际经验,第二次焊接按使用的焊膏可以在第一次焊接中使用,而没有必要去考虑熔点的高低,这样可以减轻管理力度。收稿日期:2002-12-0966 电 子 工 艺 技 术 第24卷第2期 1995-2005 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co.,Ltd.All rights reserved.