CN103000609A - 凸点制作材料及凸点制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种凸点制作材料，通过选取合适的基体树脂，使得其采用的无铅焊料可为熔点较高的Sn-Ag-Cu、Sn-Ag、Sn-Cu等系合金，由于Sn-Ag-Cu、Sn-Ag、Sn-Cu等系合金成本较低，且应用领域较广，因而大大降低了凸点的制作成本，扩大了应用范围；同时，还公开了一种凸点制备方法，该方法通过将凸点制作材料混合均匀后涂覆至芯片或基板上，并进行回流，使得凸点制作材料中的无铅焊料与焊盘发生反应，形成凸点，由于该制备方法不需使用掩膜，因而大大降低了制备成本；并且其采用的无铅焊料为熔点较高的Sn-Ag-Cu、Sn-Ag、Sn-Cu等系合金，由于Sn-Ag-Cu、Sn-Ag、Sn-Cu等系合金成本较低，且应用领域较广，因而进一步降低了凸点的制作成本，扩大了应用范围。
Description
技术领域
本发明涉及电子封装互连材料及互连工艺领域，尤其涉及一种凸点制作材料及凸点制备方法。
背景技术
随着集成电路技术的不断发展，电子产品越来越向小型化、智能化、高性能以及高可靠性方向发展。而集成电路封装不仅直接影响着集成电路、电子模块乃至整机的性能，而且还制约着整个电子系统的小型化、低成本和可靠性。在集成电路芯片尺寸逐步缩小，集成度不断提高的情况下，电子工业对集成电路封装技术提出了越来越高的要求。
倒装芯片(flip chip)技术是通过在芯片正面形成凸点，使芯片面朝下翻转与底板形成连接，从而减小封装尺寸，满足电子产品的高性能(如高速、高频、更小的引脚)、小外形的要求，使产品具有很好的电学性能和传热性能。
凸点制作技术(bump)是倒装芯片中的一个关键技术。现有技术中的凸点是焊料通过一定工艺沉积在芯片互连金属层上，经过一定温度回流形成的金属焊球。在凸点制作之前，芯片已经完成钝化层和互连金属层工艺；进入凸点制作之后，需要在芯片表面形成一凸点下金属层(UBM，Under-Bump Metallurgy)，然后在凸点下金属层上形成一光刻胶层，并曝光、显影以形成所需的凸点图案；接着形成凸点焊料；形成凸点焊料的技术包括金属掩膜蒸发、电镀凸点技术、激光植球技术、丝网印刷技术等；最后，去除光刻胶层和凸点下金属层，在一定温度下焊料回流形成焊球。
然而，随着元器件向轻薄短小的方向发展，要求凸点尺寸及凸点间距不断减小，而上述现有技术在小尺寸、小间距的凸点制作上存在一系列的问题，如丝网印刷技术需要掩膜来完成，而细间距掩膜的加工成本高；激光植球技术(即凸点移植技术)存在工艺流程复杂，成本高等问题。
为了降低制作成本，简化工艺，研究人员提出一种改进的凸点制作工艺，其工艺流程为：首先制得一类似焊膏的焊料混合物；然后把该混合物涂覆在需要生长凸点的芯片或基板表面；接着将芯片或基板回流后清洗，即可在芯片或基板上有焊盘的地方得到相应大小的凸点。该工艺的优点为：
采用印刷方式涂覆混合物，不需要掩膜，因此大大降低了制作成本；
凸点的间距由芯片或基板上的焊盘间距决定，凸点的形状由焊盘的大小及涂覆在芯片或基板上的混合物的厚度来调节，因而灵活性好；目前已经可以得到凸点间距在200微米以下的凸点阵列。
然而，该工艺使用的凸点焊料为SnBi58，其熔点为138℃，属于低熔点无铅焊料，该焊料能应用的领域有限，并且价格昂贵。
因此，有必要对现有的凸点材料及工艺进行改进。
发明内容
本发明的目的在于提供一种凸点制作材料及凸点制备方法，以解决现有技术中凸点制备成本过高的问题。
为解决上述问题，本发明提出一种凸点制作材料，该材料由以下组分混合而成，且各组分的质量比为：
无铅焊料8～30份，所述无铅焊料为Sn-Ag-Cu、Sn-Ag、Sn-Cu系合金中的一种；
基体树脂6～15份，所述基体树脂能溶于有机溶剂，且所述基体树脂的黏度随温度的上升而变小，当温度达到所述无铅焊料的熔点时，所述基体树脂的黏度为小于1Pa·s，使得熔化的所述无铅焊料能在所述基体树脂中相互浸润、自由流动和聚集；
助焊剂1～8份；用于增进所述无铅焊料之间，以及所述无铅焊料和芯片或基板之间的浸润性能；
流变剂1～6份，调节常温下上述组分混合后的混合物的黏度。
可选的，所述无铅焊料为SnAg3.0Cu0.5，其熔点为217℃。
可选的，所述基体树脂的黏度随温度的变化趋势为：
当温度为常温～100℃，其黏度在100Pa·s以上；
当温度大于100℃后，其黏度随温度的升高而逐渐下降；并在200～250℃范围内，其黏度达到小于1Pa·s。
同时，为解决上述问题，本发明还提出一种凸点制备方法，该方法利用上述凸点制作材料制备凸点，包括以下步骤：
准备并清洗芯片或基板，其中，所述芯片或基板上制备有焊盘；
将所述凸点制作材料混合均匀；
将所述混合均匀的凸点制作材料均匀地涂覆在所述芯片或基板上；
将涂覆有凸点制作材料的所述芯片或基板进行回流，使得所述凸点制作材料中的无铅焊料与所述焊盘发生反应，形成凸点；
将回流后的所述芯片或基板进行清洗，去除反应后残余的凸点制作材料。
可选的，所述混合均匀的凸点制作材料通过匀胶台旋涂均匀地涂覆在所述芯片或基板上。
可选的，所述回流通过回流炉进行。
可选的，所述将回流后的芯片或基板进行清洗，去除反应后残余的凸点制作材料是通过将芯片或基板放入有机溶剂中浸泡或超声清洗进行的。
可选的，所述无铅焊料为SnAg3.0Cu0.5，其熔点为217℃。
可选的，所述基体树脂的黏度随温度的变化趋势为：
当温度为常温～100℃，其黏度在100Pa·s以上；
当温度大于100℃后，其黏度随温度的升高而逐渐下降；并在200～250℃范围内，其黏度达到小于1Pa·s。
与现有技术相比，本发明提供的凸点制作材料通过选取合适的基体树脂，使得其采用的无铅焊料可为熔点较高的Sn-Ag-Cu系合金，由于Sn-Ag-Cu系合金成本较低，且应用领域较广，因而大大降低了凸点的制作成本，扩大了应用范围。
与现有技术相比，本发明提供的凸点制备方法通过将凸点制作材料混合均匀后涂覆至芯片或基板上，并进行回流，使得凸点制作材料中的无铅焊料与焊盘发生反应，形成凸点，由于该制备方法不需使用掩膜，因而大大降低了制备成本；并且其采用的无铅焊料为熔点较高的Sn-Ag-Cu系合金，由于Sn-Ag-Cu系合金成本较低，且应用领域较广，因而进一步降低了凸点的制作成本，扩大了应用范围。
附图说明
图1为本发明实施例提供的凸点制备方法的流程图；
图2A至图2D为本发明实施例提供的凸点制备方法各流程对应的结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明提出的凸点制作材料及凸点制备方法作进一步详细说明。根据下面说明和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比率，仅用于方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。
本发明的核心思想在于，提供一种凸点制作材料，通过选取合适的基体树脂，使得其采用的无铅焊料可为熔点较高的Sn-Ag-Cu、Sn-Ag、Sn-Cu系合金中的一种，由于Sn-Ag-Cu、Sn-Ag、Sn-Cu系合金成本较低，且应用领域较广，因而大大降低了凸点的制作成本，扩大了应用范围；同时，还提供一种凸点制备方法，该方法通过将凸点制作材料混合均匀后涂覆至芯片或基板上，并进行回流，使得凸点制作材料中的无铅焊料与焊盘发生反应，形成凸点，由于该制备方法不需使用掩膜，因而大大降低了制备成本；并且其采用的无铅焊料为熔点较高的Sn-Ag-Cu、Sn-Ag、Sn-Cu系合金，由于其成本较低，且应用领域较广，因而进一步降低了凸点的制作成本，扩大了应用范围。
本发明实施例提供的凸点制作材料由以下组分混合而成，且各组分的质量比为：
无铅焊料8～30份，所述无铅焊料为Sn-Ag-Cu、Sn-Ag、Sn-Cu系合金中的一种；优选地，所述无铅焊料为SnAg3.0Cu0.5，其熔点为217℃；
基体树脂6～15份，所述基体树脂能溶于有机溶剂，且所述基体树脂的黏度随温度的上升而变小，当温度达到所述无铅焊料的熔点时，所述基体树脂的黏度为小于1Pa·s，使得熔化的所述无铅焊料能在所述基体树脂中相互浸润、自由流动和聚集；
助焊剂1～8份；具体地，所述助焊剂为松香；用于增进所述无铅焊料之间，以及所述无铅焊料和芯片或基板之间的浸润性能；
流变剂1～6份，调节常温下上述组分混合后的混合物的黏度。
在本发明的一个具体实施例中，所述凸点制作材料的各组分的质量比可为：
SnAg3.0Cu0.5无铅焊料10份，基体树脂10份，松香助焊剂3份，流变剂2份。
在本发明的另一个具体实施例中，所述凸点制作材料的各组分的质量比可为：
SnAg3.0Cu0.5无铅焊料20份，基体树脂10份，松香助焊剂6份，流变剂2份。
进一步的，所述基体树脂的黏度随温度的变化趋势为：
当温度为常温～100℃，其黏度在100Pa·s以上；
当温度大于100℃后，其黏度随温度的升高而逐渐下降；并在200～250℃范围内，其黏度达到小于1Pa·s。
具体来说，所述基体树脂要满足的条件如下：
首先要求基体树脂在无铅焊料熔点附近的温度下，具有一定的流动性，也就是黏度要达到一定的要求；
其次，要求基体树脂在整个过程中特别是回流之后容易清洗，最好是易溶于有机溶剂；
并且，基体树脂不能与助焊剂或者芯片或基板发生反应，由于该条件一般都能满足，因此本发明不对此进行赘述。
通过上述条件，即可确定满足本发明需求的基体树脂。
在本发明的一个具体实施例中，所述无铅焊料为SnAg3.0Cu0.5，本发明之所以选取SnAg3.0Cu0.5，是因为其应用领域最广，是目前最常使用的无铅焊料，然而应该认识到，本发明并不以此为限，任何Sn-Ag-Cu、Sn-Ag、Sn-Cu系的无铅焊料都在本发明的保护范围之内。
请参考图1，以及图2A至图2D，其中，图1为本发明实施例提供的凸点制备方法的流程图，图2A至图2D为本发明实施例提供的凸点制备方法各流程对应的结构示意图；结合图1，以及图2A至图2D，本发明实施例提供的凸点制备方法包括以下步骤：
S110、准备并清洗芯片或基板101，其中，所述芯片或基板101上制备有焊盘102，如图2A所示；
S120、将凸点制作材料103混合均匀；其中，所述凸点制作材料103由以下组分混合而成，且各组分的质量比为：
无铅焊料8～30份，所述无铅焊料为Sn-Ag-Cu、Sn-Ag、Sn-Cu系合金中的一种；优选地，所述无铅焊料为SnAg3.0Cu0.5，其熔点为217℃；
基体树脂6～15份，所述基体树脂能溶于有机溶剂，且所述基体树脂的黏度随温度的上升而变小，当温度达到所述无铅焊料的熔点时，所述基体树脂的黏度为小于1Pa·s，使得熔化的所述无铅焊料能在所述基体树脂中相互浸润、自由流动和聚集；
助焊剂1～8份；具体地，所述助焊剂为松香；用于增进所述无铅焊料之间，以及所述无铅焊料和芯片或基板之间的浸润性能；
流变剂1～6份，调节常温下上述组分混合后的混合物的黏度；
S130、将所述混合均匀的凸点制作材料103均匀地涂覆在所述芯片或基板110上，如图2B所示；具体地，将所述混合均匀的凸点制作材料103加到芯片或基板101上后，放在匀胶台上以一定的转速进行30S左右的旋涂，使所述凸点制作材料103均匀地涂覆在所述芯片或基板101上；
S140、将涂覆有凸点制作材料103的所述芯片或基板101进行回流，使得所述凸点制作材料103中的无铅焊料与所述焊盘102发生反应，形成凸点104，如图2C所示；具体地，将芯片或基板101放入回流炉中进行回流，使得所述凸点制作材料103中的无铅焊料与所述焊盘102发生反应，形成凸点104；由于所述芯片或基板101上的焊盘102之外的区域设置有阻焊剂或其它材料，使得无铅焊料不能浸入到焊盘102之外的芯片或基板101内，因而不能在焊盘102之外的芯片或基板101上形成凸点，从而使得本发明提供的凸点制备方法具有自选择性，因此不需掩膜，大大降低了成本；
S150、将回流后的所述芯片或基板101进行清洗，去除反应后残余的凸点制作材料103；去除残余的凸点制作材料后的结构图如图2D所示；具体地，将回流后的所述芯片或基板101放入有机溶剂中浸泡或超声清洗5分钟，去除反应后残余的凸点制作材料103，得到凸点阵列。其中，所述有机溶剂可以为乙醇、异丙醇、丙酮、丁酮等常规有机溶剂。
在本发明的一个具体实施例中，所述凸点制作材料103的各组分的质量比可为：
SnAg3.0Cu0.5无铅焊料10份，基体树脂10份，松香助焊剂3份流变剂2份。
在本发明的另一个具体实施例中，所述凸点制作材料103的各组分的质量比可为：
SnAg3.0Cu0.5无铅焊料20份，基体树脂10份，松香助焊剂6份，流变剂2份。
进一步地，所述基体树脂的黏度随温度的变化趋势为：
当温度为常温～100℃，其黏度在100Pa.s以上；
当温度大于100℃后，其黏度随温度的升高而逐渐下降；并在200～250℃范围内，其黏度达到小于1Pa.s。
在本发明的一个具体实施例中，所述无铅焊料为SnAg3.0Cu0.5，本发明之所以选取SnAg3.0Cu0.5，是因为其应用领域最广，是目前最常使用的无铅焊料，然而应该认识到，本发明并不以此为限，任何Sn-Ag-Cu、Sn-Ag、Sn-Cu系合金的无铅焊料都在本发明的保护范围之内。
综上所述，本发明提供了一种凸点制作材料，通过选取合适的基体树脂，使得其采用的无铅焊料可为熔点较高的Sn-Ag-Cu系合金，由于Sn-Ag-Cu系合金成本较低，且应用领域较广，因而大大降低了凸点的制作成本，扩大了应用范围；同时，本发明还提供了一种凸点制备方法，该方法通过将凸点制作材料混合均匀后涂覆至芯片或基板上，并进行回流，使得凸点制作材料中的无铅焊料与焊盘发生反应，形成凸点，由于该制备方法不需使用掩膜，因而大大降低了制备成本；并且其采用的无铅焊料为熔点较高的Sn-Ag-Cu系合金，由于Sn-Ag-Cu系合金成本较低，且应用领域较广，因而进一步降低了凸点的制作成本，扩大了应用范围。
显然，本领域的技术人员可以对发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
Claims (9)
1.一种凸点制作材料，其特征在于，由以下组分混合而成，且各组分的质量比为：
无铅焊料8～30份，所述无铅焊料为Sn-Ag-Cu、Sn-Ag、Sn-Cu系合金中的一种；
基体树脂6～15份，所述基体树脂能溶于有机溶剂，且所述基体树脂的黏度随温度的上升而变小，当温度达到所述无铅焊料的熔点时，所述基体树脂的黏度为小于1Pa·s，使得熔化的所述无铅焊料能在所述基体树脂中相互浸润、自由流动和聚集；
助焊剂1～8份；用于增进所述无铅焊料之间，以及所述无铅焊料和芯片或基板之间的浸润性能；
流变剂1～6份，调节常温下上述组分混合后的混合物的黏度。
2.如权利要求1所述的凸点制作材料，其特征在于，所述无铅焊料为SnAg3.0Cu0.5，其熔点为217℃。
3.如权利要求2所述的凸点制作材料，其特征在于，所述基体树脂的黏度随温度的变化趋势为：
当温度为常温～100℃，其黏度在100Pa·s以上；
当温度大于100℃后，其黏度随温度的升高而逐渐下降；并在200～250℃范围内，其黏度达到小于1Pa·s。
4.一种凸点制备方法，利用权利要求1所述的凸点制作材料制备凸点，其特征在于，包括以下步骤：
准备并清洗芯片或基板，其中，所述芯片或基板上制备有焊盘；
将所述凸点制作材料混合均匀；
将所述混合均匀的凸点制作材料均匀地涂覆在所述芯片或基板上；
将涂覆有凸点制作材料的所述芯片或基板进行回流，使得所述凸点制作材料中的无铅焊料与所述焊盘发生反应，形成凸点；
将回流后的所述芯片或基板进行清洗，去除反应后残余的凸点制作材料。
5.如权利要求4所述的凸点制备方法，其特征在于，所述混合均匀的凸点制作材料通过匀胶台旋涂均匀地涂覆在所述芯片或基板上。
6.如权利要求4所述的凸点制备方法，其特征在于，所述回流通过回流炉进行。
7.如权利要求4所述的凸点制备方法，其特征在于，所述将回流后的芯片或基板进行清洗，去除反应后残余的凸点制作材料是通过将芯片或基板放入有机溶剂中浸泡或超声清洗进行的。
8.如权利要求4所述的凸点制备方法，其特征在于，所述无铅焊料为SnAg3.0Cu0.5，其熔点为217℃。
9.如权利要求4所述的凸点制备方法，其特征在于，所述基体树脂的黏度随温度的变化趋势为：
当温度为常温～100℃，其黏度在100Pa·s以上；
当温度大于100℃后，其黏度随温度的升高而逐渐下降；并在200～250℃范围内，其黏度达到小于1Pa·s。
其特征还在于所述基体树脂在回流后，能够于有机溶剂中清洗去除。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C02 | Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001) | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20130327 |