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      專注行業(yè)ERP管理軟件二十年，成就發(fā)展夢想 
    		
        
    
      
    
         
        
    
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    咨詢熱線：13544129397
    		
            
    
            
    
              
              
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    制作晶圓凸起的先進封裝方法
    		
                          
    
                            
                    
    
                        
    
                          
                            
    
                              
                            
    
                              
                        
    
                      
    
                          
    
                            

    
                                    
                                 
                                    
                            
    		
                          
    
                            
    
                              
    
                                  
         發(fā)布日期：2008-10-20         
    		
                              
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                                 倒裝芯片、CSP及其它先進封裝形式高密度IC的封裝，都要求有精密的晶圓凸起。類似于噴墨打印機原理，金屬噴射技術能以一定的速度在基板上放置焊球，在球間距要求嚴格的場合下，其精度與模板印刷相同甚至更高。 

    Rick Godin 

    金屬噴射技術市場部經(jīng)理 

    Speedline Technologies 

        要使用倒裝芯片、生產(chǎn)廠家就需要將其開發(fā)和制造電子商品的工藝進行改造，從元器件直到PCB，這樣就限制了它在許多工廠的普及，雖然這種技術已出現(xiàn)30多年了。近年來，材料和工藝的革新使得倒裝芯片更易于采用，并且它在尺寸、性能和成本方面的優(yōu)勢更顯得突出。對倒裝芯片器件的初步估計和需求分布圖（表1）表明，這種技術在不久的將來就會有較大的增長。 
    倒裝芯片器件市場由三個主要因素帶動：尺寸、速度和成本，這種技術可以提供便攜式裝置中的小外形高密度封裝器件，同時避免了封裝裸片的費用。它可在極具經(jīng)濟效益的面積內做出高I/O數(shù)的硅片（如在處理器和ASIC中），并且對RF器件具有較低的自感系數(shù)。 

        速度、性能和微型化推動著IC、封裝和基材等走向更高的電路密度、更多的I/O數(shù)、更密的間距而且尺寸還要縮小。這種趨勢導致新封裝類型的出現(xiàn)，并增加了對芯片尺寸封裝（CSP）、倒裝芯片和其他先進技術的關注。器件的尺寸要小，同時還要求具有更加可靠的制造工藝、更大的產(chǎn)量和更高的成品率，這就要求有先進的內部互連技術，包括焊料的印刷或噴射技術，為BGA、CSP及晶圓/裸片凸起的制作形成良好的球形焊球。 

        生產(chǎn)廠商正在評估新方法，將焊料及其他材料放到PCB、封裝和晶圓上。對于業(yè)界正在尋求新方法將焊料放到較小的焊盤上而言，外形較小的高密度IC器件和封裝將會是一個極大挑戰(zhàn)。 
    伴隨性能要求的增加，IC密度越來越大，這就意味著電路和內部連接通路更短。采用焊球連接可為芯片或封裝與基板的連接提供一種合乎經(jīng)濟效益并且性能可靠的接口。 

    金屬噴射技術 

        這種技術可以分別將焊料、合金及其他低熔點金屬快速準確地涂敷在晶圓、陶瓷、PCB 以及其它可以焊接的基板上（見圖1）。從操作原理來看，它同噴墨打印機有些類似，當液滴到達目標后，它就會固化（實際上是凝固）為可以很好控制的球形焊料附著物。多個小液滴可以準確地重合在一起形成一個大的球，或者幾個小液滴可以排成一列，然后這些焊料在回焊時擴散開來，覆蓋整個可焊表面。由于熔化的材料直接涂在基板上，就不需要再有中間層物質，比如模板或絲網(wǎng)。在某些場合下，金屬噴射技術比常規(guī)方法表現(xiàn)得要好，常規(guī)方法在作間距小于0.152mm的涂敷時會受到限制。 

        金屬噴射用于許多現(xiàn)有的和將來的亞0.25μm半導體器件等要求比較嚴的生產(chǎn)中，可以提供較高的密度，更小的特征尺寸、更好的制造成本控制，通過CAD文件數(shù)據(jù)還能快速容易地作產(chǎn)品轉換。芯片制造商可放心地繼續(xù)縮小芯片的尺寸，因為他們知道這些芯片可用焊料凸起進行可靠的連接。 

        通過取消工序，“需求噴射”（drop-on-demand jetting）成為微電子產(chǎn)品封裝中具有經(jīng)濟效益的一種方法。 

    Drop-On-Demand金屬噴射 

        Drop-On-Demand金屬噴射技術可以精確置放熔化的焊料液滴，速度從一次一滴到每秒幾百滴。在Drop-On-Demand金屬噴射系統(tǒng)中，將一個低頻高能脈沖，施加到一個環(huán)形壓電換能器（PZT）上，該換能器包在一個噴嘴上面的毛細管上，可以吸取焊液，釋放后形成在重力下加速的液滴（圖2）。由于噴嘴距基板表面只有1mm，因此行程時間很短暫，其通路不會受到外力的影響。一束小于5SCFH的高純度氮氣流可在噴嘴周圍維持很低的氧氣含量，幫助焊料液滴成型并減少液滴在運動過程中的氧化。 

        為了將焊料液滴放在指定的位置，有一個x-y工作臺可使基板在噴嘴下面移動，液滴釋放的速度與固定的基板運動速度一致，這種技術稱為“現(xiàn)場式印刷”（Print-on-the-fly），以固定的速度傳送小而精確的焊液。其生產(chǎn)結構平臺的精度小于±0.01mm，在許多先進微電子應用的容許誤差范圍之內。 

        最近在Drop-On-Demand噴射技術方面的研究包括以125滴/秒的速度，在硅片晶圓上置放0.060mm、0.075mm和0.100mm液滴。在這個速度下，一個有312個裸片、每個裸片有68個I/O的150mm晶圓，噴射時間不超過5分鐘。 

        焊料與焊盤之間的粘度值都在可接受的范圍內，但這只有當焊料附著在可焊的區(qū)域上并完成焊接以后才可以。雖然有很多種凸起下部的噴鍍金屬（UBM），但最好的表面涂層是無電解Ni/Au或Cu或Pd。 

        這種技術首先用于板上倒裝芯片、封裝型倒裝芯片及其他類似場合中硅片晶圓的凸起制作。 

    無需工具的方法 

        作為一種CAD數(shù)據(jù)驅動系統(tǒng)意味著不需要再用中間工具，比如掩膜或模板，因為這些都會導致出現(xiàn)采購及存儲成本，并且取回和更換還要花費時間。而CAD數(shù)據(jù)驅動金屬噴射技術根據(jù)晶圓、基板的不同，可以使基板樣式和設計的更換在瞬間完成，所有控制參數(shù)包含在一個帶有視覺功能的在線軟件系統(tǒng)中。這樣由于只有一個控制軟件的數(shù)據(jù)文件需要修改，使得金屬噴射能夠非常有效地用在小批次生產(chǎn)和大批量生產(chǎn)中。 

        對于往電子基板涂敷焊料或其他材料來講，這種無需工具的方法增加了工藝的靈活性和速度，它可以促使新封裝設計的開發(fā)，并且可用于多種應用中，包括直接芯片粘接點的準備，晶圓凸起制作、3-D基板、細線內部互連、基板過孔填充以及光電子領域。 

    用模板印刷晶圓 

        用模板印刷技術在晶圓上作焊接凸起要用到傳統(tǒng)的絲網(wǎng)印刷技術，需要有膏狀焊料、針對特定印刷樣式的專門模板、刮刀以及模板印刷機。用絲網(wǎng)印刷技術作晶圓凸起的不同之處在于，希望印刷出比以前更細的間距。 

        大多數(shù)SMT PCB組裝工藝需要作0.4mm細間距印刷，在有些場合元件引腳距離低至0.3mm，但這些都很少，而且通常會導致缺陷和成品率方面的問題。 

        在硅片裸片上要求的距離或間距通常都在0.3mm及以下，這對于絲網(wǎng)印刷工藝來講是一個非常嚴重但也并不是無法克服的難題，需要有一種在0.3mm到0.15mm之間都可用的工藝，所需模板厚度僅0.05mm，而且這些模板的厚度必須均勻并且開口形狀都應一致。 

    采用模板印刷方法會引起下面幾個問題： 
    ·該工藝能否在間距低至0.15mm的裸片做出均勻一致的凸起？ 
    ·現(xiàn)有的模板制造技術能否做出符合這種超細間距印刷要求的模板？ 
    ·為了優(yōu)化這種工藝，應考慮哪些工藝因素及操作參數(shù)？ 
    ·模板與晶圓表面接觸是否會有什么影響？如果有，有多大？ 
    ·用于晶圓印刷的模板應遵守哪些設計原則（厚度、開口尺寸及材料）？ 

        通過很多試驗已經(jīng)確定出用于倒裝芯片凸起的模板印刷限制條件，可以提供出數(shù)據(jù)確定最佳操作參數(shù)和模塊設計要求。試驗中用到的變量包括不同的刮刀壓力、焊膏類型、印刷類型、室溫、刮刀材料以及模板厚度。 

        初步的數(shù)據(jù)表明，用絲網(wǎng)印刷工藝印刷0.254mm到0.304mm間距的凸起是可行的，但并不妨礙用模板印刷工藝作間距低于0.254mm的印刷。 

        然而，Drop-On-Demand金屬噴射技術也正爭取在微電子領域中占一席之地，雖然還只是用于PCB一級的裝配，但卻逐漸在使線路板制造和芯片組裝的界限越來越模糊。     		
                            
    
                        
    
                      
    
                            
    
                              
                            
    
                      
    
                          
                            
    
                              
                               
                            
    
                            
    
                              
                              
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