CN101996906A - 凹槽中焊接实现焊料倒扣焊的工艺方法 - Google Patents

凹槽中焊接实现焊料倒扣焊的工艺方法 Download PDF

Info

Publication number
CN101996906A
CN101996906A CN2010102759672A CN201010275967A CN101996906A CN 101996906 A CN101996906 A CN 101996906A CN 2010102759672 A CN2010102759672 A CN 2010102759672A CN 201010275967 A CN201010275967 A CN 201010275967A CN 101996906 A CN101996906 A CN 101996906A
Authority
CN
China
Prior art keywords
skewed slot
pad
groove
described method
substrate
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN2010102759672A
Other languages
English (en)
Other versions
CN101996906B (zh
Inventor
曹毓涵
罗乐
徐高卫
袁媛
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Shanghai Industrial Utechnology Research Institute
Original Assignee
Shanghai Institute of Microsystem and Information Technology of CAS
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Shanghai Institute of Microsystem and Information Technology of CAS filed Critical Shanghai Institute of Microsystem and Information Technology of CAS
Priority to CN2010102759672A priority Critical patent/CN101996906B/zh
Publication of CN101996906A publication Critical patent/CN101996906A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN101996906B publication Critical patent/CN101996906B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/80—Methods for connecting semiconductor or other solid state bodies using means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected
    • H01L2224/81—Methods for connecting semiconductor or other solid state bodies using means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected using a bump connector

Landscapes

  • Internal Circuitry In Semiconductor Integrated Circuit Devices (AREA)
  • Electric Connection Of Electric Components To Printed Circuits (AREA)

Abstract

本发明涉及一种凹槽中焊接实现焊料倒扣焊的工艺方法，其特征在于：(a)使用普通硅片作为倒扣焊基板，在基板上采用TMAH湿法腐蚀形成斜槽；(b)采用全加法工艺，在斜槽内制作铜焊盘；不必制备阻焊层；(c)采用倒扣焊机实现锡凸点与斜槽中焊盘之间的对准，凸点插入斜槽内并和焊盘进行焊接。本发明提供的工艺最终可以实现焊盘间距74μm/焊盘宽度50μm的焊盘结构，优于目前的“减法工艺”和“半加法工艺”得到的焊盘面积与焊盘间间距的关系参数。而且该倒扣焊工艺不需要制作阻焊层结构，利用腐蚀槽的阻挡作用凹槽可限制焊料的流动，防止回流过程中焊料的流动造成相邻焊盘之间的短接。

Description

凹槽中焊接实现焊料倒扣焊的工艺方法
技术领域
本发明涉及一种的凹槽中焊接实现倒扣焊的工艺方法，属于微电子封装领域。
背景技术
微电子封装技术的目标始终在于为芯片提供更简单、更低廉、更小尺寸、更高密度的封装。倒扣焊工艺(Flip-Chip Technology)可以直接实现凸点和焊盘之间的焊接，工艺简单；焊接后形成的互联结构尺寸小，有效地减小了寄生损耗。倒扣焊工艺对于焊盘面积与焊盘间间距的关系有标准的规定，用以保证封装强度和可靠性。
倒扣焊工艺中铜焊盘的制备一般有两种方法。一种称为“减法工艺”，即先在足够厚度的铜层上进行光刻工艺，保护住焊盘部位，湿法腐蚀其余部分。“减法工艺”工艺步骤成熟，成本低廉，可靠性高，缺点在于湿法腐蚀的各向同性造成了焊盘的梯形截面，增大了焊盘间间距，影响了焊盘密度。另一种方法称为“半加法工艺”，即先在一定厚度铜层上面溅射种子层，进行光刻，去除焊盘部位的光刻胶，保护住其余部分；接着进行电镀或者化学镀，加厚铜层，形成焊盘结构；最后去除光刻胶和多余的铜层。“半加法工艺”可以减小焊盘间间距，但缺点在于必须使用种子层，种子层与周边介质的接触的可靠性可能存在隐患。焊盘制作完成之后还通常需要制作阻焊层，防止回流过程中焊料的流动造成相邻焊盘之间的短接；如不采用阻焊层，但需要更大的焊盘间距以确保安全。通常“减法工艺”和“半加法工艺”的焊盘面积与焊盘间间距的关系如下表所示(采用阻焊层；焊盘总厚度以10μm计；半加法工艺焊盘中镀层厚度以3μm计)：
Figure BSA00000262042700011
本发明试图提供一种在凹槽中焊接实施倒扣焊的工艺方法，以克服现有技术存在的缺陷。
发明内容
为了提高倒扣焊工艺中焊盘的密度，防止回流过程中焊料的流动造成相邻焊盘之间的短接，本发明提出一种在凹槽中焊接实现焊料倒扣焊的工艺方法。
最终封装结构如图1所示，具体结构特点为：
(1)不采用阻焊层；采用TMAH(四甲基氢氧化铵)湿法腐蚀形成的凹槽限制焊料的流动，防止回流过程中焊料的流动造成相邻焊盘之间的短接。
(2)在凹槽中制作焊盘，使凸点和焊盘在凹槽内进行焊接，形成互连结构。
本发明提供的在凹槽中焊接实现焊料倒扣焊的工艺方法，具体步骤是：
(1)使用普通硅片作为倒扣焊基板，在基板上采用TMAH湿法腐蚀形成斜槽，相邻斜槽之间相隔10-20μm；
(2)采用全加法工艺，在斜槽内制作铜焊盘；
(3)采用倒扣焊机实现一定直径的锡凸点与斜槽中焊盘之间的对准，凸点插入斜槽内并和焊盘进行焊接。
所述的工艺方法的特征在于：
(1)采用TMAH湿法腐蚀形成斜槽，相邻斜槽之间相隔10-20μm；采用“全加法”工艺，在斜槽内制作厚度10-20μm的铜焊盘。所述的“全加法”工艺即为：首先在TMAH湿法腐蚀并钝化后的基板上表面溅射种子层(TiW/Cu：50nm/150nm)；喷胶，胶厚2-6μm；光刻，去除斜槽底部的光刻胶，保留斜槽侧壁以及斜槽外围的光刻胶；电镀沉积，在槽内形成厚度10-20μm铜焊盘结构；去胶，采用离子束轰击(Ion beam Etching)去除种子层；形成的最终结构如图3所示。
(2)采用倒扣焊机实现直径50μm锡凸点与斜槽中铜焊盘之间的对准；将凸点扣入斜槽内部，然后进行回流，回流采用五段温区回流法，每段回流时间均采用30s，每段温区的温度分别为100℃，150℃，220℃，260℃，80℃。回流曲线如图5所示。
(3)该工艺最终可以实现焊盘间距74μm/焊盘宽度50μm的焊盘结构，优于目前的“减法工艺”和“半加法工艺”得到的焊盘面积与焊盘间间距的关系参数。而且该倒扣焊工艺不需要制作阻焊层结构，利用腐蚀槽的阻挡作用凹槽可限制焊料的流动，防止回流过程中焊料的流动造成相邻焊盘之间的短接。
(4)特征(1)中的TMAH湿法腐蚀不只仅局限于硅基板，如果焊盘基板材料为非硅基板(如：PCB)，可以采用激光打孔技术形成50μm直径圆形孔，深度20μm，采用“全加法”工艺在孔内制备厚度10μm的铜焊盘；可以用化学镀铜法代替电镀铜方法，但这样会需要较长的沉积时间。
附图说明
图1是该倒扣焊工艺的三维示意图；
图2是TMAH腐蚀形成的斜槽阵列的视图；
图3是利用“全加法”工艺在斜槽内制备铜焊盘后的截面图；
图4是采用倒扣焊机实现凸点与焊盘间对准之后将凸点扣入斜槽之后的截面示意图；
图5是五段温区回流法的回流曲线。
图中30为硅基板，31为热氧化形成的二氧化硅钝化层，32为“全加法”工艺制备的铜焊盘，33为直径50μm锡凸点，34为凸点所在芯片。
具体实施方式
下面结合附图通过具体实施例，进一步阐述本发明实质性特点和显著的优点。
实施例1
本发明提供的焊料倒扣焊的工艺方法，具体步骤是：
①使用厚度为400-600μm的N型硅片作为倒扣焊基板，在基板上采用浓度为25％的TMAH溶液进行湿法腐蚀形成腐蚀开口，腐蚀开口呈斜槽形，相邻斜槽之间的距离为10μm，斜槽侧壁倾角为54.7°，腐蚀开口的尺寸为64×64μm，深度为20μm(图2)；
②采用全加法工艺，在斜槽内制作铜焊盘(图3)
a)首先在步骤①腐蚀开口并钝化后的基板上表面溅射TiW/Cu种子层；
b)喷胶和光刻，去除斜槽底部的光刻胶，并保留斜槽侧壁和斜槽外围的光刻胶；
c)电镀沉积，在槽内形成厚度为10μm铜焊盘结构；
d)采用离子束轰击方法去除种子层，不必制备阻焊层；
③采用倒机焊机
将锡凸点扣入斜槽内部进行回流，回流采用五段温区，每段保温30s，所述的五段温度分别为100℃、150℃、220℃、260℃和80℃，最终实现焊料倒扣焊(图4和图5)。

Claims (8)

1.凹槽中焊接实现焊料倒扣焊的工艺方法，其特征在于：
(a)使用普通硅片作为倒扣焊基板，在基板上采用TMAH湿法腐蚀形成斜槽；
(b)采用全加法工艺，在斜槽内制作铜焊盘；所述的全加法工艺首先在TMAH湿法腐蚀并钝化后的基板上表面溅射种子层，经喷胶、光刻，去除斜槽底部的光刻胶，保留斜槽侧壁以及斜槽外围的光刻胶；电镀沉积，在槽内形成厚度10-20μm铜焊盘结构；再去胶，采用离子束轰击去除种子层；不必制备阻焊层；
(c)采用倒扣焊机实现锡凸点与斜槽中焊盘之间的对准，凸点插入斜槽内并和焊盘进行焊接。
2.按权利要求1所述的方法，其特征在于步骤b全加法工艺中表面溅射种子层为TiW/Cu，厚度分别为50nm/150nm。
3.按权利要求1所述的方法，其特征在于步骤b中喷胶厚度为2-6μm。
4.按权利要求1所述的方法，其特征在于步骤a形成的斜槽的相邻之间相隔10-20μm。
5.按权利要求1所述的方法，其特征在于锡凸点插入斜槽进行回流，回流是采用100℃、150℃、220℃、260℃和80℃五段温度进行的，每段保温30s。
6.按权利要求1所述的方法，其特征在于锡凸点的直径为50μm。
7.按权利要求1所述的方法，其特征在于步骤c作为倒扣焊基板为N型硅片，厚度为400-600μm。
8.按权利要求1所述的方法，其特征在于步骤a作为倒扣焊基板为PCB非硅基板则采用激光打孔技术形成圆孔。
CN2010102759672A 2010-09-08 2010-09-08 凹槽中焊接实现焊料倒扣焊的工艺方法 Active CN101996906B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN2010102759672A CN101996906B (zh) 2010-09-08 2010-09-08 凹槽中焊接实现焊料倒扣焊的工艺方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN2010102759672A CN101996906B (zh) 2010-09-08 2010-09-08 凹槽中焊接实现焊料倒扣焊的工艺方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN101996906A true CN101996906A (zh) 2011-03-30
CN101996906B CN101996906B (zh) 2012-06-13

Family

ID=43786850

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN2010102759672A Active CN101996906B (zh) 2010-09-08 2010-09-08 凹槽中焊接实现焊料倒扣焊的工艺方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN101996906B (zh)

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103281858A (zh) * 2013-05-28 2013-09-04 三星半导体(中国)研究开发有限公司 印刷电路板及其制造方法、倒装芯片封装件及其制造方法
CN107424971A (zh) * 2016-04-29 2017-12-01 英飞凌科技股份有限公司 芯片载体上基于腔体的特征
CN109037187A (zh) * 2018-06-29 2018-12-18 中国电子科技集团公司第二十九研究所 一种用于陶瓷电路基板bga垂直互联的焊盘及制作方法
CN112045329A (zh) * 2020-09-07 2020-12-08 中国电子科技集团公司第二十四研究所 一种金属基板上植球的倒装焊工艺方法
CN113707785A (zh) * 2020-05-20 2021-11-26 佛山市国星光电股份有限公司 一种led发光器件的制备方法、led发光器件及显示面板

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000208675A (ja) * 1999-01-11 2000-07-28 Matsushita Electronics Industry Corp 半導体装置およびその製造方法
US20020063319A1 (en) * 2000-11-30 2002-05-30 Siliconware Precision Industries Co.,Ltd. Direct-downset flip-chip package assembly and method of fabricating the same
US20090102048A1 (en) * 2007-10-23 2009-04-23 Eiji Hori Electronic device and manufacturing method thereof
CN101527271A (zh) * 2009-04-17 2009-09-09 中南大学 一种使用锥面焊盘进行热超声倒装焊的芯片封装方法

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000208675A (ja) * 1999-01-11 2000-07-28 Matsushita Electronics Industry Corp 半導体装置およびその製造方法
US20020063319A1 (en) * 2000-11-30 2002-05-30 Siliconware Precision Industries Co.,Ltd. Direct-downset flip-chip package assembly and method of fabricating the same
US20090102048A1 (en) * 2007-10-23 2009-04-23 Eiji Hori Electronic device and manufacturing method thereof
CN101527271A (zh) * 2009-04-17 2009-09-09 中南大学 一种使用锥面焊盘进行热超声倒装焊的芯片封装方法

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103281858A (zh) * 2013-05-28 2013-09-04 三星半导体(中国)研究开发有限公司 印刷电路板及其制造方法、倒装芯片封装件及其制造方法
CN107424971A (zh) * 2016-04-29 2017-12-01 英飞凌科技股份有限公司 芯片载体上基于腔体的特征
CN109037187A (zh) * 2018-06-29 2018-12-18 中国电子科技集团公司第二十九研究所 一种用于陶瓷电路基板bga垂直互联的焊盘及制作方法
CN113707785A (zh) * 2020-05-20 2021-11-26 佛山市国星光电股份有限公司 一种led发光器件的制备方法、led发光器件及显示面板
CN113707785B (zh) * 2020-05-20 2024-04-09 佛山市国星光电股份有限公司 一种led发光器件的制备方法、led发光器件及显示面板
CN112045329A (zh) * 2020-09-07 2020-12-08 中国电子科技集团公司第二十四研究所 一种金属基板上植球的倒装焊工艺方法
CN112045329B (zh) * 2020-09-07 2022-03-11 中国电子科技集团公司第二十四研究所 一种金属基板上植球的倒装焊工艺方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN101996906B (zh) 2012-06-13

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US9355952B2 (en) Device packaging with substrates having embedded lines and metal defined pads
TWI524499B (zh) 堆疊式封裝元件以及封裝半導體晶片的方法
TWI431744B (zh) 半導體裝置及其製法
US8901735B2 (en) Connector design for packaging integrated circuits
CN101996906B (zh) 凹槽中焊接实现焊料倒扣焊的工艺方法
US10446526B2 (en) Face-to-face semiconductor assembly having semiconductor device in dielectric recess
US20080142968A1 (en) Structure for controlled collapse chip connection with a captured pad geometry
WO2003063248A1 (en) Semiconductor die package with semiconductor die having side electrical connection
CN107507820B (zh) 半导体器件及制造该半导体器件的方法
TW201730996A (zh) 銅柱側壁保護
KR20100061462A (ko) 도금에 의해 형성되는 포스트를 갖는 상호접속 소자
TW201125457A (en) Circuit board with oval micro via
JP2008047652A (ja) 半導体装置および半導体装置の製造方法
KR100585104B1 (ko) 초박형 플립칩 패키지의 제조방법
US6933171B2 (en) Large bumps for optical flip chips
JP2013530544A (ja) はんだ堆積物を基板上に形成する方法
JP2010538469A (ja) 半導体アセンブリ、およびそのアセンブリの製造方法
WO2019070995A1 (en) INTERCONNECTION BUMPS SHAPED IN SEMICONDUCTOR DEVICES
US10199345B2 (en) Method of fabricating substrate structure
US7964967B2 (en) High surface area aluminum bond pad for through-wafer connections to an electronic package
JP2009152408A (ja) 半導体装置およびその製造方法
TWI495073B (zh) 矽穿孔結構
US8759210B2 (en) Control of silver in C4 metallurgy with plating process
CN213958907U (zh) 一种激光修复型导电柱
KR20090048879A (ko) 반도체 패키지의 재배선 패턴 형성방법

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant
ASS Succession or assignment of patent right

Owner name: SHANGHAI XINWEI TECHNOLOGY DEVELOPMENT CENTER CO.,

Free format text: FORMER OWNER: SHANGHAI INSTITUTE OF MICROSYSTEM AND INFORMATION TECHNOLOGY, CHINESE ACADEMY OF SCIENCES

Effective date: 20140905

C41 Transfer of patent application or patent right or utility model
COR Change of bibliographic data

Free format text: CORRECT: ADDRESS; FROM: 200050 CHANGNING, SHANGHAI TO: 201800 JIADING, SHANGHAI

TR01 Transfer of patent right

Effective date of registration: 20140905

Address after: 201800 Shanghai city Jiading District Pingcheng Road No. 811 room 1228

Patentee after: Shanghai Industrial UTechnology Research Institute

Address before: 200050 Changning Road, Shanghai, No. 865, No.

Patentee before: Shanghai Institute of Microsystem and Information Technology, Chinese Academy of Sciences