面對(duì)無(wú)鉛焊料和微細(xì)間距挑戰(zhàn)的晶圓凸點(diǎn)
鉛在電子工業(yè)中有著非常廣泛的應(yīng)用需求,這是因?yàn)樗膬r(jià)格比較低廉,同時(shí)具有良好的導(dǎo)電性和相對(duì)較低的熔點(diǎn)。然而,根據(jù)RoHS等指令的規(guī)定,電子產(chǎn)品中要消除有害材料的使用。因此,人們?cè)诓粩嗟貙ふ抑U的替代品。
目前,采用微細(xì)間距無(wú)鉛焊料的晶圓級(jí)封裝（Wafer-LevelPackaging,簡(jiǎn)稱WLP）只占全球WLP需求非常小的一部分�，F(xiàn)在很少有對(duì)小于100μm的凸點(diǎn)間距（一個(gè)凸點(diǎn)中心到另一個(gè)凸點(diǎn)中心的距離）的需求,國(guó)際半導(dǎo)體技術(shù)發(fā)展路線圖（ITRS）預(yù)計(jì),到2009年才會(huì)有大量的晶圓凸點(diǎn)制造商需要采用100μm的凸點(diǎn)間距。例如,IBM公司——焊料凸點(diǎn)生產(chǎn)的祖父級(jí)公司——在許多的產(chǎn)品上面仍采用它的C4凸點(diǎn)技術(shù),其間距為220μm。需求很少但是發(fā)展非常迅速的應(yīng)用是在非常微細(xì)的互連方面,例如密度極高的映像檢波陣列（pixelated detector arrays）。
估計(jì)在電子封裝產(chǎn)品中所有焊點(diǎn)的30%是用于無(wú)源器件的。由California Micro Devices和AVX公司推出的無(wú)源凸點(diǎn)在一個(gè)晶圓上面采用了“集成無(wú)源器件”的方式進(jìn)行制造。它們采用了在厚的Ti/Cu凸點(diǎn)下面金屬噴鍍（under-bump metallization,簡(jiǎn)稱UBM）的工藝方式,同時(shí)適用于有鉛和無(wú)鉛焊料。采用尺寸為150～300μm的有鉛或無(wú)鉛焊料球,安置在晶圓上的無(wú)源器件上面,從而編排成可以正式使用的WLP。
晶圓級(jí)凸點(diǎn)的形成
在晶圓級(jí)實(shí)現(xiàn)凸點(diǎn)的幾種基本方法有焊膏的模板印刷、焊料噴射、焊料球安置和焊料的微細(xì)鍍覆等。焊料噴射、球體安置和嵌入凸點(diǎn)是隨后發(fā)展起來(lái)的形成凸點(diǎn)的制造方法,這些方法可以提供高度的設(shè)計(jì)靈活性,但是需要較長(zhǎng)的周期。最新的照相工具不需要進(jìn)行設(shè)計(jì)變化,就可以滿足焊料噴射WLP的需要。采用CAD軟件的設(shè)備對(duì)程序可進(jìn)行靈活的調(diào)整,所以能很快地滿足新的焊點(diǎn)設(shè)計(jì)要求。美國(guó)的Pac Tech公司和MicroFab Technologies公司通過(guò)實(shí)踐證明,利用他們的精密設(shè)備,可以進(jìn)行快速地焊料噴射,從而形成凸點(diǎn);一般采用的UBM方法是Ti/Cu和在鋁材上進(jìn)行無(wú)電鍍鎳金（electroless nickel gold,簡(jiǎn)稱ENIG）。與此同時(shí),采用預(yù)制焊料球體安置的方法一般受制于相對(duì)較大的尺寸,以及面對(duì)新設(shè)計(jì)要求盡可能少的工具變更;模板印刷、微細(xì)鍍覆和銦蒸發(fā)技術(shù)可以提供最高密度的間距尺寸。
高密度的映像探測(cè)
一個(gè)快速增長(zhǎng)的領(lǐng)域是映像陣列,在該領(lǐng)域有著高密度的映像圖素要求,以求滿足各種各樣的探測(cè)應(yīng)用要求。這些陣列有時(shí)要求每平方厘米上要有 40000個(gè)映像點(diǎn),每個(gè)映像點(diǎn)要求采用一個(gè)焊料凸點(diǎn),將硅基片探測(cè)器與讀數(shù)IC連接起來(lái),在這里溶合了所有的硅工藝技術(shù)。在如此微小的區(qū)域上有著如此高密度的連接,是要求在這些系統(tǒng)上面采用不大于50μm間距的主要原因。有兩種微細(xì)間距的設(shè)計(jì)方案己經(jīng)開(kāi)始實(shí)施：一種是采用含鉛焊料,例如電鍍共熔合金SnPb,以實(shí)現(xiàn)25～50μm的間距;另外一種方法是采用銦焊料,可以實(shí)現(xiàn)15～50μm的間距。
