應(yīng)用于倒裝芯片的銅釘頭凸點(diǎn)技術(shù)
摘要 銅釘頭凸點(diǎn)技術(shù)可以為中低I/O密度的器件提供成本最低的倒裝芯片封裝。
技術(shù)概述
在互連市場(chǎng)上,如果倒裝芯片技術(shù)想從當(dāng)前位置出發(fā)獲得更大市場(chǎng)份額,需要開發(fā)出低成本的工藝和材料。通常來(lái)講倒裝芯片互連由晶圓級(jí)沉積的焊料——SnPb或無(wú)鉛焊料——實(shí)現(xiàn)。很多種方法可以完成焊料沉積,包括電鍍、蒸發(fā)和印刷焊膏。凸點(diǎn)下金屬化層（UBM）非常重要,在互連中UBM作為中間層提供可焊表面并且阻止焊料向IC中擴(kuò)散,但其作用經(jīng)常被忽略。實(shí)際上,在整個(gè)產(chǎn)品壽命周期中,UBM必須保持低應(yīng)力、粘附性好、抗腐蝕并且與焊料浸潤(rùn)好。
圖2展示的是傳統(tǒng)的倒裝芯片工藝。在晶圓制造中通過(guò)光刻工藝將UBM層沉積到芯片上,這一工藝需要開發(fā)額外的光刻掩模板。UBM不但給焊料提供了粘附層,還起到焊料阻擋層的作用。焊料不會(huì)粘附到芯片鈍化層上,所以避免了鄰近焊球之間的橋接。當(dāng)焊料沉積完成后,通過(guò)再流（熔化）形成球狀。低成本倒裝芯片工藝采用化學(xué)鍍鎳的方法代替濺射UBM。圖3展示的是化學(xué)鍍鎳倒裝芯片的工藝。化學(xué)鍍鎳是一種濕法化學(xué)工藝。鋁鍵合焊盤首先進(jìn)行兩次鋅化。在鋁上形成一層薄的鋅種子層,可作為鎳沉積的犧牲層。為了提高種子層的均勻性通常采用兩次鋅化的方法。完成鋅層的制作后,化學(xué)鍍鎳過(guò)程在鋅的表面發(fā)生置換反應(yīng)。鋁表面覆蓋的鋅層被鎳原子取代形成薄膜并繼續(xù)生長(zhǎng)直到厚度約5 μm。之后為了鈍化在鎳的表面鍍一層薄的金保護(hù)層。鎳/金鍵合區(qū)為焊料提供了焊接窗口,在后續(xù)的再流之后焊料變成球狀。
銅釘頭倒裝芯片
銅釘頭凸點(diǎn)可以作為焊料的粘附層,而不需要使用UBM2或化學(xué)鍍鎳/金凸點(diǎn),由于不需要額外的晶圓工藝或化學(xué)鍍操作因而簡(jiǎn)化了工藝流程。銅釘頭凸點(diǎn)可以通過(guò)改進(jìn)的自動(dòng)引線鍵合機(jī)高速制備。圖4展示的是一個(gè)銅Accu-凸點(diǎn),圖5展示的是其組裝結(jié)構(gòu)。對(duì)汽車電子和DDR3 DRAM等低到中I/O數(shù)的器件來(lái)說(shuō),該方法為高質(zhì)量凸點(diǎn)提供了低占有成本（CoO）的制作途徑,與傳統(tǒng)的UBM方法相比,需要的成本和工藝投資更少。由于采用了現(xiàn)有的引線鍵合工藝,可以實(shí)現(xiàn)比傳統(tǒng)的倒裝芯片更窄的凸點(diǎn)間距。
