CN111883502B - 焊料微凸点阵列制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及芯片封装领域，具体涉及一种焊料微凸点阵列制备方法，包括如下步骤：贴焊片，将焊片贴合在载板上；切割，在焊片上切割出焊料柱阵列；剥离，将多余的焊片撕掉或剥离，只留下焊料柱阵列；倒装焊接，焊料柱阵列转移到需制作凸点面阵的焊盘上；回流，对带有焊料柱阵列的焊盘进行回流，使焊料柱阵列熔化成球，形成规则的焊料凸点阵列。本发明的优点在于：该方法工艺简单，效率高，灵活方便，可适用各种型号焊料，无需特制微球，成本低，不仅适用于晶圆整体制作，对划切好的芯片，转接板同样适用，而且无需特制植球模板，可大规模应用。

Description

焊料微凸点阵列制备方法

技术领域

本发明涉及芯片封装领域，具体涉及一种焊料微凸点阵列制备方法。

背景技术

为了满足未来电子元器件，分系统和整机小型化，高集成化的要求，亟需发展倒装芯片、堆叠芯片或器件、嵌入器件或多层封装的组合技术来实现高的组装密度和功能密度。而倒装芯片、芯片堆叠等先进组装技术多采用面阵凸点互联工艺，其具有节省面积、减少引线长度、有利于散热、提高性能和减小体积等优点，是一项具有高度技术竞争力和发展潜力的封装技术。因此，要发展微系统先进组装技术，首先要实现互联面阵凸点制作技术。而焊料微凸点是最常用的凸点形式，性能可靠，成本低。

倒装芯片、芯片堆叠等互联采用的面阵凸点，尺寸通常在200μm以下，有些甚至在100μm以下。对这个尺寸量级的焊料微凸点，目前凸点制作方式主要有激光植球和机械印刷两类，激光植球是用激光将单颗锡球加热融化，然后喷射到芯片或陶瓷转接板对应的PAD上，喷射过程中自然冷却，然后固化在芯片或陶瓷转接板PAD上。激光植球速度慢(0.1-0.2秒/个)，不同球径需要不同尺寸的漏斗，漏斗经常被激光照射，导致漏斗口烧蚀严重，经常需要更换。小球径的漏斗非常容易堵塞，喷射不出。激光植球属于激光照射加热，焊球瞬间高温融化，单颗焊球的熔化情况的喷射力度不一致，每个融化的球落在焊盘上的形状也不甚相同，可能导致焊料微球凸点阵列的共面性较差。现有技术中，如公开号为CN102651325A的中国发明专利申请公开的一种二维排布方式的无芯转接板封装方法中，其在金属柱阵列的终端露出转接板基体并通过植球或印刷焊膏、回流的方法形成BGA 焊球凸点阵列，其中便应用到了植球的凸点制作方式。机械印刷植球是通过制作特定孔洞图形的模板，将焊料微球倒在模板上，用特制的钢刷刮过，使微球进入模板孔洞，掉落在下方芯片或基板焊盘上。这种方式由于模板孔洞要求尺寸小，精度高，模板只能通过电铸的方式制作，成本很高。同时由于模板厚度固定，只能倒入一种尺寸的微球，因此只能植同一种尺寸的焊球。

因此，寻找一种工艺简便、效率高、成本低，同时可满足多品种，多尺寸需求的焊料微凸点制备方法是目前亟待解决的问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于：现有技术中焊料微凸点制备方法工艺复杂、效率低、成本高的技术问题。

本发明是通过以下技术手段实现解决上述技术问题的：一种焊料微凸点阵列制备方法，包括如下步骤：

s1、贴焊片：

将焊片贴合在载板上；

s2、切割：

在焊片上切割出焊料柱阵列；

s3、剥离：

加工后的焊料柱阵列形成孤岛，将多余的焊片撕掉或剥离，只留下焊料柱阵列；

s4、倒装焊接：

将载板与需制作凸点面阵的焊盘进行对准并进行倒装焊接，将焊料柱阵列转移到需制作凸点面阵的焊盘上；

s5、回流：

对带有焊料柱阵列的焊盘进行回流，使焊料柱阵列熔化成球，形成规则的焊料凸点阵列。

优化的，在进行步骤s1贴焊片之前，需对原材料进行处理，即准备所需型号和厚度的焊片，裁切成所需尺寸，保证焊片平整，准备所需形状和尺寸的载板，对表面进行清洁处理。

优化的，步骤s1中，在清洁的载板上涂抹粘结剂，通过高速甩胶或刮平使其铺展充分和均匀，将平整的焊片贴合在载板上。

优化的，步骤s2中，用紫外、或CO₂、或皮秒激光加工设备按设计图形在焊片上切割出设计尺寸的焊料柱阵列。

优化的，步骤s4中，用倒装焊接机将载板与需制作凸点面阵的焊盘进行对准并进行倒装焊接，将焊料柱阵列转移到需制作凸点面阵的焊盘上。

优化的，在步骤s4倒装焊接中，倒装时进行加热加压，使焊料柱初步熔化，与焊盘形成冶金结合，同时使焊料柱阵列与载板之间失粘，以实现焊柱从载板到焊盘的转移。

优化的，步骤s4倒装焊接中，在焊盘上涂助焊剂，将载板与需制作凸点面阵的焊盘上涂有涂助焊剂的一侧进行对准并进行倒装焊接，将焊料柱阵列转移到需制作凸点面阵的焊盘上。

优化的，步骤s4中倒装焊接中，当焊片为AuSn焊片时，采用惰性或还原气氛保护。

优化的，步骤s5中，将带有焊料柱阵列的焊盘放入真空回流炉中进行回流，使焊料柱阵列熔化成球，通过自对准效应形成规则的焊料凸点阵列。

优化的，在进行步骤s5后进行如下步骤：

s6、清洗：

使用超声波、溶剂清洗等方式清洗掉制作过程中产生的杂质。

本发明的优点在于：

第一，本发明中制备焊料凸点的方法，不仅能在整张晶圆上制备，也能在划完片后的单芯片上制备，方式灵活。制作的凸点尺寸可根据需要随时调整，只需按设计调整孤立焊料柱的尺寸，工艺兼容性极强。

第二，本发明中使用的焊料片，材料价格远低于同材料的焊料微球，因此，制备成本低。而且，微凸点阵列制备后，后续本身需要倒装焊接。通过本方法，可以实现倒装焊接机一机两用，降低设备投资。同时，本方法不需要额外的各种辅材、模板，也可降低生产成本。

第三，本发明中的方法还可用于焊料微凸点阵列补球，即当晶圆上制作好的凸点阵列存在少量焊点缺失时，常规需要使用补球机进行补球，又需要额外的设备和工艺投入。使用本方法，既可以制备凸点，又可以返修凸点，灵活快捷。

因此，本发明方法工艺简单、灵活快捷、条件易控、制备成本低、便宜又好用。该方法工艺简单，效率高，灵活方便，可适用各种型号焊料，无需特制微球，成本低，不仅适用于晶圆整体制作，对划切好的芯片，转接板同样适用，而且无需特制植球模板，可大规模应用。

附图说明

图1为本发明实施例中焊料微凸点阵列制备方法的工艺流程图；

其中，

载板-1、焊片-2、焊料柱阵列-21、焊料凸点阵列-22、焊盘-3、助焊剂-4。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例一：

一种焊料微凸点阵列制备方法，包括如下步骤：

在进行步骤s1贴焊片之前，需对原材料进行处理，即准备所需型号和厚度的焊片2，裁切成所需尺寸，保证焊片平整，必要时可进行整平处理，准备所需形状和尺寸的载板1，对表面进行清洁处理。

s1、贴焊片：

如图1所示，将焊片2贴合在载板1上；具体为，在清洁的载板1上涂抹粘结剂，通过高速甩胶或刮平使其铺展充分和均匀，将平整的焊片2 贴合在载板1上。

焊片2采用常用的Sn基、Pb基、In基、AuSn焊片，如Sn₅₀In₅₀、 Sn₄₃Pb₄₃Bi₁₄、Sn₆₂Pb₃₆Ag₂、Sn₆₃Pb₃₇、SAC305、Sn₉₀Sb₁₀、Pb₉₀Sn₁₀、Au₈₀Sn₂₀等。根据制备焊点尺寸，优选焊片2厚度为0.05-0.3mm。所述载板1为玻璃、硅、陶瓷等材料。

粘结剂为焊剂、浆糊、固体胶、502、704胶、光刻胶、临时键合胶等各种粘性物质中的一种或复配。

s2、切割：

如图1所示，在焊片2上切割出焊料柱阵列21；具体为，用紫外(波长355nm，频率30-70KHz)、或CO₂(波长10.6μm)、或皮秒(脉冲宽度<10ps) 激光加工设备按设计图形在焊片2上切割出设计尺寸的焊料柱阵列21。

为保证后续回流后形成的凸点尺寸一致性，优选采用皮秒激光进行切割，由于皮秒激光光斑小及冷加工的特性，可提高焊料柱的尺寸精度，减少焊料柱上的融渣，保证焊柱阵列尺寸一致性。

s3、剥离：

加工后的焊料柱阵列21形成孤岛，将多余的焊片2整体撕掉或剥离，只留下焊料柱阵列21，即如图1所示的状态；为方便整体剥离，可加宽切割去除区域尺寸，以剥离时不带起孤立焊柱阵列为准。

s4、倒装焊接：

将载板1与需制作凸点面阵的焊盘3进行对准并进行倒装焊接，将焊料柱阵列21转移到需制作凸点面阵的焊盘3上，即如图1所示的状态；本实施例中的焊盘3为需制作凸点面阵的晶圆、转接板、基板或芯片上对应的焊盘，即焊盘3制作在晶圆、转接板、基板或芯片上。

具体为，如图1所示，在焊盘3上涂助焊剂4，以保证倒装时形成良好的焊接结合界面，去除载板1上粘结剂可能引起的焊盘污染，助焊剂4选用非活性化松香(R)或弱活性化松香(RMA)型，为现有技术，市购即可，用倒装焊接机将载板1与需制作凸点面阵的焊盘3上涂有助焊剂4的一侧进行对准并进行倒装焊接，将焊料柱阵列21转移到需制作凸点面阵的焊盘 3上，即将焊料柱阵列21转移到需制作凸点面阵的晶圆、转接板、基板或芯片上。

倒装时进行加热加压，使焊料柱初步熔化，与晶圆、转接板、基板或芯片对应的焊盘3形成冶金结合，同时使焊料柱阵列21与载板1之间失粘，以实现焊柱从载板1到焊盘3的转移，即实现焊柱从载板1到晶圆、转接板、基板或芯片的转移。

当焊片2为AuSn焊片时，倒装焊接时采用惰性或还原气氛保护。

s5、回流：

对带有焊料柱阵列21的焊盘3进行回流，使焊料柱阵列21熔化成球，形成规则的焊料凸点阵列22，即如图1所示的状态。具体为，将带有焊料柱阵列21的焊盘3(即带有焊料柱阵列21的晶圆、转接板、基板或芯片) 放入真空回流炉中进行回流，使焊料柱阵列21熔化成球，通过自对准效应形成规则的焊料凸点阵列22。

在进行步骤s5后进行如下步骤：

s6、清洗：

使用超声波、溶剂清洗等方式清洗掉制作过程中产生的杂质，主要清洗制作过程中引入和残留的粘结剂、助焊剂等。

实施例二：

s1、贴焊片：

在清洁的玻璃载板上涂抹502胶水粘结剂，通过高速甩胶使其铺展充分和均匀，转速2000rpm，时间30s。形成的胶水厚度在30-50μm，并将整平好的厚度为100μm的Pb₆₃Sn₃₇焊片贴合在玻璃载板上。

s2、切割：

用激光器功率10W的紫外激光加工设备按设计图形在焊片上切割出 10*10的焊料柱阵列，激光功率设置为70％，频率35KHz，标刻速度300mm/s，加工后的焊料柱直径为100μm。

s3、剥离：

用镊子将多余的焊片整体撕掉，只留下焊柱阵列，并在显微镜下对焊柱阵列进行检查。

s4、倒装焊接：

在芯片焊盘表面刷一层助焊剂，用倒装焊接机将载板与需制作凸点面阵的芯片进行对准和倒装焊，保证芯片底部图像和表面每个凸点图像完全重合，将焊料柱阵列转移到需制作凸点面阵芯片上，倒装热压温度设定为 200℃。

s5、回流：

将带有焊料柱阵列的芯片放入真空回流炉中进行回流，使焊料柱阵列熔化成球，通过自对准效应形成规则的焊料凸点阵列，回流温度为250℃，时间为36s，回流氛围：氮气。

s6、清洗：

使用超声波清洗方式清洗制作过程中引入和残留的粘结剂、助焊剂等，时间3-5min。

本发明中制备焊料凸点的方法，不仅能在整张晶圆上制备，也能在划完片后的单芯片上制备，方式灵活。制作的凸点尺寸可根据需要随时调整，只需按设计调整孤立焊料柱的尺寸，工艺兼容性极强。

本发明中使用的焊料片，材料价格远低于同材料的焊料微球，因此，制备成本低。而且，微凸点阵列制备后，后续本身需要倒装焊接。通过本方法，可以实现倒装焊接机一机两用，降低设备投资。同时，本方法不需要额外的各种辅材、模板，也可降低生产成本。

本发明中的方法还可用于焊料微凸点阵列补球，即当晶圆上制作好的凸点阵列存在少量焊点缺失时，常规需要使用补球机进行补球，又需要额外的设备和工艺投入。使用本方法，既可以制备凸点，又可以返修凸点，灵活快捷。

因此，本发明方法工艺简单、灵活快捷、条件易控、制备成本低、便宜又好用。该方法工艺简单，效率高，灵活方便，可适用各种型号焊料，无需特制微球，成本低，不仅适用于晶圆整体制作，对划切好的芯片，转接板同样适用，而且无需特制植球模板，可大规模应用。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种焊料微凸点阵列制备方法，其特征在于：包括如下步骤：

s1、贴焊片：

将焊片（2）贴合在载板（1）上；

s2、切割：

在焊片（2）上切割出焊料柱阵列（21）；

s3、剥离：

加工后的焊料柱阵列（21）形成孤岛，将多余的焊片（2）撕掉或剥离，只留下焊料柱阵列（21）；

s4、倒装焊接：

将载板（1）与需制作凸点面阵的焊盘（3）进行对准并进行倒装焊接，将焊料柱阵列（21）转移到需制作凸点面阵的焊盘（3）上；

s5、回流：

对带有焊料柱阵列（21）的焊盘（3）进行回流，使焊料柱阵列（21）熔化成球，形成规则的焊料凸点阵列（22）。

2.根据权利要求1所述的焊料微凸点阵列制备方法，其特征在于：在进行步骤s1贴焊片之前，需对原材料进行处理，即准备所需型号和厚度的焊片（2），裁切成所需尺寸，保证焊片平整，准备所需形状和尺寸的载板（1），对表面进行清洁处理。

3.根据权利要求1所述的焊料微凸点阵列制备方法，其特征在于：步骤s1中，在清洁的载板（1）上涂抹粘结剂，通过高速甩胶或刮平使其铺展充分和均匀，将平整的焊片（2）贴合在载板（1）上。

4.根据权利要求1所述的焊料微凸点阵列制备方法，其特征在于：步骤s2中，用紫外、或CO₂、或皮秒激光加工设备按设计图形在焊片（2）上切割出设计尺寸的焊料柱阵列（21）。

5.根据权利要求1所述的焊料微凸点阵列制备方法，其特征在于：步骤s4中，用倒装焊接机将载板（1）与需制作凸点面阵的焊盘（3）进行对准并进行倒装焊接，将焊料柱阵列（21）转移到需制作凸点面阵的焊盘（3）上。

6.根据权利要求1所述的焊料微凸点阵列制备方法，其特征在于：在步骤s4倒装焊接中，倒装时进行加热加压，使焊料柱初步熔化，与焊盘（3）形成冶金结合，同时使焊料柱阵列（21）与载板（1）之间失粘，以实现焊柱从载板（1）到焊盘（3）的转移。

7.根据权利要求1所述的焊料微凸点阵列制备方法，其特征在于：步骤s4倒装焊接中，在焊盘（3）上涂助焊剂（4），将载板（1）与需制作凸点面阵的焊盘（3）上涂有涂助焊剂（4）的一侧进行对准并进行倒装焊接，将焊料柱阵列（21）转移到需制作凸点面阵的焊盘（3）上。

8.根据权利要求1所述的焊料微凸点阵列制备方法，其特征在于：步骤s4中倒装焊接中，当焊片（2）为AuSn焊片时，采用惰性或还原气氛保护。

9.根据权利要求1所述的焊料微凸点阵列制备方法，其特征在于：步骤s5中，将带有焊料柱阵列（21）的焊盘（3）放入真空回流炉中进行回流，使焊料柱阵列（21）熔化成球，通过自对准效应形成规则的焊料凸点阵列（22）。

10.根据权利要求1所述的焊料微凸点阵列制备方法，其特征在于：在进行步骤s5后进行如下步骤：

s6、清洗：

使用超声波、溶剂清洗方式清洗掉制作过程中产生的杂质。

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