青島佳鼎分析儀器有限公司
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閱讀：291發(fā)布時間：2024-7-19
倒裝技術技術細節(jié)
在半導體芯片倒裝連接的過程中，有許多前后處理的工序，以下詳細介紹倒裝工藝的相關細節(jié)：
步：凸點下金屬化（UBM，under bump metallization）
倒裝連接步需在芯片表面制作凸點技術，倒裝連接的本質是芯片上的凸點與基板上的凸點(凹槽)連接，半導體表面的金屬化有以下幾種方式：
(a)濺射:用濺射的方法一層一層地在硅片上沉積薄膜，然后通過照相平版技術形成UBM圖樣，然后刻蝕掉不是圖樣的部分。
(b)蒸鍍:利用掩模，通過蒸鍍的方法在硅片上一層一層地沉積。這種選擇性的沉積用的掩?？捎糜趯耐裹c的形成之中。
(c)化學鍍:采用化學鍍的方法在Al焊盤上選擇性地鍍Ni。常常用鋅酸鹽工藝對Al表面進行處理。無需真空及圖樣刻蝕設備，低成本。下圖是半導體芯片進行凸點金屬化(UBM)的流程：
由于鋁焊盤表面有一層氧化物，鍍層金屬無法粘附在氧化的表面上，因此要對鋁表面進行適當?shù)奶幚硪郧宄趸飳印?/span>
一般的方法是在鋁焊盤上采用鋅酸鹽處理(zincation)，該技術是在鋁的表面沉積一層鋅，防止鋁發(fā)生氧化，鍍鋅工藝的一個缺點是鋁也會被鍍液腐蝕掉，因此需要采用二次鍍鋅工藝，在進行鍍鋅工藝中，有0.3-0.4mm厚的鋁將被腐蝕掉。在鍍鋅過程中，鋅沉積在鋁表面，而同時鋁及氧化鋁層則被腐蝕掉。鋅保護鋁不再發(fā)生氧化，鋅層的厚度很薄。
在進行鍍鋅工藝后，進一步采用化學鍍鎳用作UBM的沉積，金屬鎳起到連接/擴散阻擋的作用。鎳的擴散率非常小，與焊料也幾乎不發(fā)生反應，它僅與錫有緩慢的反應，因此非常適合作為共晶焊料的UBM金屬?；瘜W鍍鎳既可以用于UBM金屬的沉積，也可以用來形成凸點。在部分倒裝凸點的表面會進一步鍍金，由于金導電性能好，且不易氧化，可增加倒裝連接的可靠性。
第二步: 回流形成凸點
焊料凸點方法有蒸鍍焊料凸點、電鍍焊料凸點、印刷焊料凸點、釘頭焊料凸點、放球凸點、焊料轉移凸點等不同工藝，其中電鍍焊料及印刷焊料工藝使用較廣泛。
在半導體表面凸點金屬化后，通過回流爐將金屬化部分形成倒裝球。
回流形成凸點的大致過程如下圖所示：
其中電鍍焊料凸點的具體形成過程如下圖：
凸點常用的材料是Pb/Sn合金，因為其回流焊特性好，適合工業(yè)化生產。
除了常見的Pb/Sn合金，凸點也有Au/Ni合金等凸點材料，為了保證可靠的互連，UBM必須與用于凸點的焊料合金相容。適合高鉛的UBM不一定適合高錫焊料。例如Cu潤濕層合適于含錫3-5%的高鉛焊料，但是不適合于高錫焊料，因為Cu與Sn反應迅速而生成Sn-Cu金屬間化合物。如果Cu被消耗完畢，焊料將與焊區(qū)不潤濕。
下圖是不同的凸點材質件的倒裝連接：
芯片表面形成的凸點在掃描電鏡下觀察到的外觀如下圖所示：
下圖中的左圖是回流（高溫）前的凸點狀態(tài)，右圖是經高溫后的凸點狀態(tài)，經高溫后凸點融化成球形。
化學鍍UBM和絲網(wǎng)印刷工藝(Electroless UBM and Stencil Printing)是工業(yè)應用中低成本倒裝焊凸點制備方法。
以下是絲網(wǎng)印刷凸點制作流程（Stencil Printing Process Flow）及完成后的凸點形貌：
儀表網(wǎng) 設計制作，未經允許翻錄必究 .? ? ?
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