凸塊工藝流程與技術(shù)簡(jiǎn)析

凸塊是指按設(shè)計(jì)的要求，定向生長(zhǎng)于芯片表面，與芯片焊盤(pán)直接或間接相連的具有金屬導(dǎo)電特性的凸起物。凸塊的材料可以是金屬材料、無(wú)機(jī)材料或復(fù)合材料，用于建立芯片焊盤(pán)與基板焊盤(pán)之問(wèn)的電互連，在一定范圍內(nèi)，可替代引線鍵合電互連方式。凸塊工藝適用于引線框架、有機(jī)基板、硅基基板等倒裝焊封裝。

從20世紀(jì) 60年代IBM 公司開(kāi)發(fā)出 C4 ( Controlled Collapse Chip Connection)凸塊用于倒裝芯片焊接工藝口以來(lái)，工業(yè)界已開(kāi)發(fā)出金凸塊 (Gold Burp)、焊球凸塊（Solder Bump)、銅柱凸塊（Pillar Bump） 等結(jié)構(gòu)的凸塊，如下圖所示。

金凸塊由凸塊下金屬(Under Burp Metallization， UBM)區(qū)電鍍金組成，多用于液晶屏驅(qū)動(dòng)芯片與玻璃或柔性基板的電互連，以及射頻標(biāo)簽芯片與柔性基板的電互連。

焊球凸塊由 UBM 和 UBM 上方的金屬焊料 (Sn、SnPb、SnAg）組成，其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是 UBM ?。ㄒ话愕陀?10μm），焊料厚（從幾十微米到一百多微米，或者更厚）。

銅柱凸塊用電鍍厚銅（數(shù)十微米）作為 UBM，同時(shí)適當(dāng)降低焊料的厚度銅柱凸塊可完全替代焊球凸塊在倒裝封裝中的作用。銅具有良好的電學(xué)和熱學(xué)性能，很好地改進(jìn)了焊球凸塊在電學(xué)性能和熱學(xué)性能方面的問(wèn)題。銅柱凸塊因?yàn)槠浜噶媳〉奶攸c(diǎn)使其具備了窄節(jié)距的優(yōu)點(diǎn)。

主流的凸塊工藝均采用圓片級(jí)加工，即在整片園片表面的所有芯片上加工制作凸塊，因此稱為圓片級(jí)凸塊工藝。常用的圓片級(jí)凸塊工藝有了種，即蒸發(fā)方式印刷方式和電鍍方式。日前，業(yè)界廣泛采用印刷方式和電鍍方式制作凸塊。

在采用印刷方式制作凸塊前，必須先在芯片表面需要生長(zhǎng)凸塊的區(qū)域制作UBM。 UBM 常用的加工方式有化學(xué)鍍方式、濺射腐蝕方式和濺射電鍍方式。下圖所示的是電鍍方式加工 UBM+印刷方式加工焊球凸塊的工藝流程。

首先，采用濺射或其他物理氣相沅積的方式在國(guó)片表面沉積一層鈦或鈦鎢作為阻擋層，再沉積一層銅或其他金屬作為后紋電鍛所需的種子層；阻擋層起到阻擋芯片表面焊盤(pán)金屬（如鋁襯底）與和子層金屬互擴(kuò)散的作用，同時(shí)與這兩層金屬形成良好的結(jié)合力。在沉積金屬前，四片先進(jìn)人濺射機(jī)合的預(yù)湝潔腔體，用氬氣等離子去除焊盤(pán)金 屬表面的氧化層，以提高濺射金屬層與芯片表面的結(jié)合力，以及降低金屬氧化層引人的電陽(yáng)。

其次，在圓片表面旋涂一定厚度的光刻膠，并運(yùn)用光刻曝光工藝，對(duì)光刻膠進(jìn)行選擇性曝光，使光刻膠發(fā)生化學(xué)變化，以改變其在顯影液中的溶解度。光刻膠與顯影液充分反應(yīng)后，得到設(shè)計(jì)所需的光刻圖形。再則，圓片進(jìn)人電鎮(zhèn)機(jī)，通過(guò)合理控制電鍍電流、電鍍時(shí)間、電鍍液液流電鍍液溫度、電鍍液成分等，從光刻膠開(kāi)窗因形的底部開(kāi)始生長(zhǎng)并得到一定厚度的金屬層作為 UBM。在有機(jī)溶液中浸泡足夠長(zhǎng)時(shí)問(wèn)后，圓片表面的光刻膠被去除；再用相應(yīng)的腐蝕液去除圓片表面 UBM 以外區(qū)城的濺射種子層和阻擋層得到 UBM。

最后，在植球工序中，需要用兩塊開(kāi)有圓孔的金屬薄板作為掩模板，且開(kāi)孔的位置與圓片表面 UBM 的位置相對(duì)應(yīng)。在植球前，先用第 1塊金屬掩模板將助焊劑印刷到 UBM 表面；再用第2塊金屬掩模板將預(yù)成型的錫球印刷到 UBM上；最后，圓片經(jīng)過(guò)回流爐使錫球在高溫下熔化，熔化的錫球與 UBM 在界面上生成金屬間化合物，冷卻后錫球與 UBM 形成良好的結(jié)合。

采用電鍍的方式也可以得到焊球凸塊，即在電鍍 UBM 完成后，接著電鍍焊料；去除光刻膠和腐蝕濺射金屬后，經(jīng)過(guò)回流，得到焊球凸塊。電鍍方式也是銅柱凸塊和金凸塊加工的常用方法。

結(jié)合再布線（RDL)工藝，可以在芯片表面得到多種結(jié)構(gòu)的凸塊結(jié)構(gòu)，如下圖所示。

審核編輯：劉清