專利名稱：一種液態(tài)凸點(diǎn)倒裝芯片的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種倒裝芯片封裝的方法，更具體地涉及在芯片電極周圍生成提壩， 在其界定區(qū)域內(nèi)用常溫液態(tài)合金fei-In形成凸點(diǎn)，在一定溫度和壓力下壓接到布線板電極上，進(jìn)行芯片下填充并固化的倒裝芯片制作方法。
背景技術(shù)：
倒裝芯片工藝是指在芯片的連接焊盤(pán)上形成凸點(diǎn)并直接連接到PCB基板的工藝。 其技術(shù)有封裝密度高、電熱性能良好、可靠性好、成本低等優(yōu)點(diǎn)。近年來(lái)，隨著電子設(shè)備的小型化，特別是便攜通信系統(tǒng)的普及，對(duì)高密度封裝的要求越來(lái)越迫切，從而采用各類凸點(diǎn)的倒裝芯片技術(shù)將大有用武之地。圖2所示為傳統(tǒng)倒裝芯片凸點(diǎn)的結(jié)構(gòu)，其組成包括芯片1、鈍化層2、鋁焊盤(pán)3、凸點(diǎn)下金屬層UBM(Under-Bump Metallurgy)4、凸點(diǎn)5。凸點(diǎn)5即是在芯片鋁電極焊區(qū)上形成的凸起電極，通過(guò)該電極使芯片實(shí)裝在PCB等封裝基板上。為達(dá)到凸點(diǎn)金屬5與鋁焊盤(pán)3 及鈍化層2良好的粘附性，又要防止凸點(diǎn)金屬5與鋁焊盤(pán)3生成不希望有的金屬間化合物， 一般應(yīng)先在凸點(diǎn)金屬下制備有粘附層、擴(kuò)散阻擋層和導(dǎo)電層的多層金屬化層4。典型的粘附金屬有Cr、Ti、Ni、TiN等，擴(kuò)散阻擋層金屬有W、Mo、Ni等，導(dǎo)電金屬則常用Au、Cu、Pb/Sn 等，這種多種金屬化層常采用濺射、蒸發(fā)、化學(xué)鍍、電鍍等方法來(lái)完成。凸點(diǎn)金屬5的制作材料多為Au、Cu、Pb/Sn、In或它們的組合。形成凸點(diǎn)5的方法主要有電鍍法、化學(xué)鍍法、釘頭凸點(diǎn)形成法、模板印刷焊料法及熱注射焊料法等。在這些凸點(diǎn)中，Pb/Sn焊料凸點(diǎn)因具有突出優(yōu)點(diǎn)而備受重視。由于它是半球形，在倒裝焊時(shí)隨著焊料熔化可自對(duì)準(zhǔn)定位，能控制1 / Sn焊料的塌陷程度及凸點(diǎn)高度，所以又稱為可控塌陷芯片連接技術(shù)(C4)。金凸點(diǎn)主要用于 LCD 驅(qū)動(dòng)元件的 TAB (tape automated bonding)和 COG (chip on glass)實(shí)裝，前者通過(guò)金凸點(diǎn)與電鍍錫的引腳實(shí)現(xiàn)金屬間鍵合，后者通過(guò)各向異性導(dǎo)電膜(ACF)實(shí)現(xiàn)Au凸點(diǎn)與LCD 的ITO膜的連接。傳統(tǒng)的倒裝芯片結(jié)構(gòu)在焊料熔化，相鄰?fù)裹c(diǎn)鍵合時(shí)，彼此容易出現(xiàn)短路現(xiàn)象，因此凸點(diǎn)的大小及間距受到限制。目前，柔性封裝以其配線密度高、配線空間限制少、可折疊、靈活度高等優(yōu)點(diǎn)廣泛用在空間狹小、可移動(dòng)、可折疊等應(yīng)用領(lǐng)域。隨著產(chǎn)品的步步優(yōu)化，對(duì)器件的電氣和機(jī)械性能的要求也越來(lái)越高。液態(tài)凸點(diǎn)的出現(xiàn)將更好的保證器件電氣和機(jī)械性能的可靠性。由于封裝材料和芯片之間熱膨脹系數(shù)的不匹配，容易導(dǎo)致外界溫度變化時(shí)的應(yīng)力釋放對(duì)芯片造成損傷。液態(tài)凸點(diǎn)的應(yīng)用，減小封裝部件在溫度變化的過(guò)程中的內(nèi)應(yīng)力，從而減小芯片的損傷。

發(fā)明內(nèi)容
為解決上述問(wèn)題，本發(fā)明的目的是提供一種倒裝芯片方法，該方法可以有效的解決凸點(diǎn)鍵合時(shí)容易產(chǎn)生短路現(xiàn)象的問(wèn)題，并實(shí)現(xiàn)較小的壓點(diǎn)節(jié)距。本發(fā)明的另一個(gè)目的是為倒裝芯片的凸點(diǎn)提供一種新型材料，該金屬材料在常溫下是液態(tài)，其流動(dòng)張力能夠保證可靠的電氣及機(jī)械連接，產(chǎn)生應(yīng)力小且不會(huì)造成機(jī)械損傷。 在倒裝片壓接互聯(lián)的過(guò)程中不需要很高溫度，從而避免芯片受高溫?fù)p傷。為達(dá)到上述目的，本發(fā)明通過(guò)下面的實(shí)施方式實(shí)現(xiàn)。本發(fā)明的實(shí)施方式包括用在芯片上生長(zhǎng)圍繞電極的提壩，在提壩圍繞的區(qū)域內(nèi)形成常溫液態(tài)合金fei-Ιη凸點(diǎn)，合金成分的摩爾比例范圍為h 8% -16%,Ga 92% -84%, 該成分合金的熔點(diǎn)范圍為15°C _20°C，在常溫下為液態(tài)。在低于所用成分的fe-In熔點(diǎn)溫度的條件下適當(dāng)加熱，將芯片凸點(diǎn)與布線板電極精確對(duì)位，施以一定壓力，實(shí)現(xiàn)其粘附。芯片與布線板之間填充底充膠并固化。


圖1為Ga-In 二元相圖；圖2為傳統(tǒng)倒裝芯片凸點(diǎn)的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為本發(fā)明的倒裝芯片實(shí)施方法的流程圖；圖4為布有電極的芯片的剖視圖；圖5為在芯片上生成提壩的剖視圖和提壩分布的俯視圖；圖6為在提壩圍繞的區(qū)域內(nèi)生成常溫液態(tài)fei-In凸點(diǎn)的剖視圖；圖7為芯片凸點(diǎn)與布線板電極對(duì)位壓接的剖視圖；圖8為芯片與布線板之間填充底充膠并固化的剖視圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步描述。圖1為(ia-In 二元相圖，本發(fā)明所用為AB段相圖曲線。圖3為本發(fā)明的倒裝芯片實(shí)施方法的流程圖。如圖3所示，本發(fā)明的倒裝芯片實(shí)施方法包括在芯片電極周圍生成提壩(Sll)，在提壩圍繞的范圍形成常溫液態(tài)fei-In凸點(diǎn) (S12)，將芯片凸點(diǎn)與布線板電極精確對(duì)位壓接(S13)，芯片與布線板之間填充底充膠并固化(S14)。圖4為芯片6上布有電極7的剖視圖，電極的節(jié)距可以最低達(dá)到25-50 μ m。圖5左圖為在芯片6上生成提壩S(Sll)的剖視圖，提壩8的制作方法有蒸發(fā)沉積、 電鍍、模板印刷等工藝，提壩8的制作材料有硅膠、AB膠、黑膠等。這些高分子材料的優(yōu)點(diǎn)在于它們有很強(qiáng)的粘附能力。提壩8將作為接下來(lái)倒裝芯片制作過(guò)程中凸點(diǎn)材料的阻擋裝置，用于界定凸點(diǎn)9的成型區(qū)域。其中，提壩8的寬度和高度以及提壩8的間距可以根據(jù)芯片電極7而改變。圖5右圖為芯片上提壩8分布的俯視圖。提壩8的平面形狀可以是圓形、方形、多邊形等。圖6為在提壩圍繞的區(qū)域內(nèi)生成常溫液態(tài)fei-In凸點(diǎn)9(S12)的剖視圖。GaHn 合金成分的摩爾比例范圍為h 8% -16%, Ga 92%-84%，該成分合金的熔點(diǎn)范圍為 15°C -20°C，在常溫下為液態(tài)。將常溫液態(tài)fe-In以相同劑量滴灌到提壩圍繞的區(qū)域，形成凸點(diǎn)。Ga-h易被氧化，因此S12、S14中任一步驟都要在保護(hù)氣體中進(jìn)行操作。壓接過(guò)程為了避免產(chǎn)生氣泡，所以S13要在真空條件下進(jìn)行操作。圖7為布線板10的電極11與芯片6的凸點(diǎn)9對(duì)位壓接(S13)的剖視圖。在低于所用成分的Ga-^i熔點(diǎn)溫度的條件下適當(dāng)加熱，此時(shí)凸點(diǎn)為固態(tài)。將芯片凸點(diǎn)9與布線板電極11精確對(duì)位，施以壓力，實(shí)現(xiàn)其粘附，一個(gè)例子是對(duì)每個(gè)芯片施加2-10kg的壓力，持續(xù)時(shí)間10-20秒。圖8為芯片6與布線板10之間填充底充膠12并固化(S14)的剖視圖。在提壩與提壩之間填充底充膠12，底充膠12的材料包括樹(shù)脂、硅膠等，填充的方法有滴灌法、澆口注入、浸漬法等。隨后進(jìn)行固化，固化的方法有紫外光照射、加熱等。以上內(nèi)容是結(jié)合具體的實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明所作的進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明，不能認(rèn)定本發(fā)明的具體實(shí)施只局限于這些說(shuō)明。對(duì)于本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干簡(jiǎn)單推演或替換，都應(yīng)當(dāng)視為屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.一種液態(tài)凸點(diǎn)倒裝芯片的制作方法，其特征在于包括在芯片上生長(zhǎng)圍繞電極的提壩；在提壩圍繞的區(qū)域內(nèi)形成常溫液態(tài)fei-In凸點(diǎn)；在一定溫度和壓力下將芯片凸點(diǎn)與布線板電極精確對(duì)位壓接；芯片與布線板之間填充底充膠并固化，從而實(shí)現(xiàn)倒裝芯片的封裝。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，在芯片上生長(zhǎng)提壩的方法包括蒸發(fā)沉積、 電鍍、絲網(wǎng)印刷等，所述提壩的制作材料是高分子材料，包括硅膠、AB膠、黑膠等。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述提壩的形狀包括圓形、方形和多邊形寸。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，生成凸點(diǎn)下金屬層UBM的方法包括濺射、 蒸發(fā)、化學(xué)鍍、電鍍等。
5.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，圖1為Ga-^i二元相圖，如圖所示，Ga-In 中兩種金屬成分的摩爾比例范圍為1η 8% 16%, Ga 92% 84%，該成分合金的熔點(diǎn)范圍為 15°C _20°C，在常溫下為液態(tài)。
6.如權(quán)利要求1、5所述的方法，其特征在于，將常溫液態(tài)( - 合金滴灌到提壩圍繞的范圍內(nèi)，形成常溫液態(tài)凸點(diǎn)。
7.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，在低于所用成分的( - 熔點(diǎn)溫度的條件下適當(dāng)加熱，此時(shí)凸點(diǎn)為固態(tài)，將芯片凸點(diǎn)與布線板電極精確對(duì)位，對(duì)每個(gè)芯片應(yīng)力，實(shí)現(xiàn)其粘附，一個(gè)例子是2-10kg的壓力，持續(xù)時(shí)間5-20秒。
8.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，進(jìn)行芯片下填充，填充的物質(zhì)有樹(shù)脂、硅膠等。填充的方法包括滴灌法、澆口注入、浸漬法等。隨后進(jìn)行固化，固化的方法包括紫外光照射、加熱等。
9.如權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，操作要在真空環(huán)境中進(jìn)行。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種液態(tài)凸點(diǎn)倒裝芯片的制作方法，該方法包括在芯片電極周圍生長(zhǎng)堤壩；在堤壩圍繞的區(qū)域內(nèi)形成常溫液態(tài)Ga-In凸點(diǎn)；在一定的溫度和壓力下將芯片凸點(diǎn)與布線板電極精確對(duì)位壓接；芯片與布線板之間填充底充膠并固化。本發(fā)明由于堤壩圈定了凸點(diǎn)的范圍，避免了傳統(tǒng)倒裝芯片結(jié)構(gòu)在焊料熔化時(shí)相鄰?fù)裹c(diǎn)容易出現(xiàn)短路的現(xiàn)象；不需要高溫環(huán)境，能有效避免因高溫而造成的器件失效現(xiàn)象；常溫下凸點(diǎn)為液態(tài)形式，具有流動(dòng)張力，產(chǎn)生應(yīng)力小，有較高的電氣和機(jī)械性能，不會(huì)造成機(jī)械損傷；液態(tài)凸點(diǎn)與電極接觸良好，有很高的導(dǎo)電、導(dǎo)熱能力。
文檔編號(hào)H01L21/56GK102437063SQ201110382009
公開(kāi)日2012年5月2日 申請(qǐng)日期2011年11月25日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月25日
發(fā)明者李寧, 金鵬 申請(qǐng)人:北京大學(xué)深圳研究生院