CN103474367A - 一种芯片的微凸点封装结构的成形方法 - Google Patents

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Abstract

本发明一种芯片的微凸点封装结构的形成方法，属于半导体封装技术领域。本发明利用形成光刻胶开口图形（501）的光刻胶作为模板，制作微凸点（400）的金属柱（410）和锡柱（421）以及锡柱（421）顶端的锡帽（422）；采取印刷的方法填充光刻胶模板结合先回流后撤模板的方法，形成锡焊料量充分的焊料结构（420）；使用激光刻蚀工艺去除无效区域的金属种子层（310）。本发明将上述方法有机结合，使金属柱上的锡焊料量充分，保护了微凸点和金属种子层不被腐蚀破坏，提高了产品可靠性，有助于芯片的微凸点引脚朝着尺寸更小、节距更窄、微凸点密度更高的方向发展。

Description

一种芯片的微凸点封装结构的成形方法
技术领域
本发明涉及一种芯片的微凸点封装结构的成形方法，属于半导体封装技术领域。
背景技术
在当前的Flip Chip、BGA、CSP等先进封装形式中，焊料微凸点为电子元件提供机械支撑和电气连接。随着各种电子产品不断向微型化和高性能化发展，电子封装的封装密度也越来越高。这种趋势促使客户对焊料微凸点尺寸的减小和密度的增加有着迫切的需求，为了满足这种需求，芯片的微凸点引脚也正在朝着小尺寸、窄节距、多凸点的方向发展。
目前，微凸点结构的制备工艺存在如下不足：
1、在微凸点的金属柱顶部采用电镀方式形成的焊料结构，锡焊料量随着微凸点引脚截面积尺寸的减小而减少，因此后道进行连接时容易出现锡焊料量不足的问题，造成虚焊； 
2、利用湿法腐蚀去除无效区域的金属种子层时，不仅造成金属种子层两侧过腐蚀（undercut），即形成内凹（notch），如图1所示，而且可导致微凸点的金属柱本身的侧向腐蚀、金属柱尺寸大小受到损伤，从而造成产品可靠性的降低。
发明内容
本发明的目的在于克服上述不足，提供一种芯片的金属柱上的焊料结构的锡焊料量充分、金属柱和金属种子层不被腐蚀破坏、提高产品可靠性的微凸点封装结构的成形方法。
本发明是这样实现的：
一种芯片的微凸点封装结构的成形方法，其工艺过程如下：
提供带有芯片焊盘、钝化层以及钝化层开口的晶圆，所述钝化层开口露出芯片焊盘；
利用磁控溅射或者蒸镀工艺在上述晶圆上沉积金属层；
使用涂胶或者贴膜的方式，在上述金属层的表面形成光刻胶层，采用光刻工艺在光刻胶层上形成光刻胶开口图形，再在光刻胶开口图形内，利用电镀方法在金属层的表面形成金属柱；
在光刻胶开口图形内，采用印刷方法，在金属柱的顶端填充焊料；
通过回流的方法使焊料形成下部为锡柱、上部为锡帽的焊料结构；
利用去胶工艺去除光刻胶层；
采用激光刻蚀的方法去除金属柱外侧无效区域的金属层，形成金属种子层；
所述芯片的微凸点封装结构，包括带有芯片焊盘、钝化层以及钝化层开口的晶圆，钝化层开口设置于芯片焊盘上方并露出芯片焊盘，所述钝化层开口内设置金属种子层，所述金属种子层延展至钝化层开口的外侧，并且在钝化层开口处呈浅平槽状，所述金属种子层的槽内设置微凸点，所述微凸点包括金属柱和金属柱顶端的焊料结构，所述焊料结构包括锡柱和锡柱顶端的锡帽。
进一步的，所述光刻胶开口图形的横截面尺寸不大于金属种子层的横截面尺寸。
进一步的，所述金属种子层的尺寸不小于金属柱的尺寸。
进一步的，所述金属种子层为多层金属层结构。
进一步的，所述光刻胶层的高度高于金属柱与焊料结构之和的高度。
本发明利用形成光刻胶开口图形的光刻胶作为模板，制作微凸点的金属柱和锡柱以及锡柱顶端的锡帽，因模板在回流工艺结束后撤离晶圆，所以可以制成具有一定高度的锡柱，以保证倒装工艺中有足够的焊锡量；同时，焊料结构的成分可以多元化，提高焊料的可靠性。
本发明利用高效、节能的激光刻蚀工艺去除无效区域的金属层形成固定金属柱的金属种子层，金属种子层的成形速度快，尺寸精度高，金属种子层不产生过腐蚀（undercut）现象；同时激光刻蚀工艺不伤及金属柱，不会造成微凸点尺寸变化，提升了微凸点结构的可靠性。
本发明的有益效果是：
1、本发明通过印刷的方法结合先回流后撤模板的方法形成金属柱上的包括锡柱和锡帽的焊料结构，不仅增加了锡焊料量，避免了在后道倒装连接过程中出现锡焊料量不足的问题；
 2、本发明利用激光刻蚀工艺去除无效区域的金属层形成固定金属柱的金属种子层，不伤及金属柱，避免了利用湿法腐蚀工艺去除无效区域的金属种子层时导致的金属柱本身的侧向腐蚀，金属柱尺寸不受损伤，提高了后道封装的良率和提升了产品可靠性；
3、本发明利用形成光刻胶开口图形的光刻胶作为模板，制作微凸点的金属柱和锡柱以及锡柱顶端的锡帽；采取印刷的方法填充光刻胶模板结合先回流后撤模板的方法，形成锡焊料量充分的焊料结构；使用激光刻蚀工艺去除无效区域的金属种子层，这些方法的有机结合，有助于芯片的微凸点引脚朝着尺寸更小、节距更窄、微凸点密度更高的方向发展。
附图说明
图1为湿法腐蚀去除无效区域的金属种子层时，造成金属种子层两侧过腐蚀（undercut）的示意图。
图2为本发明一种芯片的微凸点封装结构的示意图。
图3~图9为本发明一种芯片的微凸点封装结构的形成方法的示意图。
其中：
晶圆100
芯片焊盘120
钝化层200
钝化层开口201
金属层300
金属种子层310
微凸点400
金属柱410
焊料结构420
锡柱421
锡帽422
光刻胶层500
光刻胶开口图形501。
具体实施方式
参见图2，本发明一种芯片的微凸点封装结构的成形方法，其实施例的结构如下：一种芯片的微凸点封装结构，包括带有芯片焊盘120、钝化层200以及钝化层开口201的晶圆100，钝化层开口201设置于芯片焊盘120上方并露出芯片焊盘120。所述钝化层开口201内设置金属种子层310，所述金属种子层310为一层或多层金属层结构。金属种子层310延展至钝化层开口201的外侧，并且在钝化层开口201处呈浅平槽状。所述金属种子层310的槽内设置微凸点400，微凸点400包括金属柱410和金属柱410顶端的焊料结构420。所述焊料结构420包括锡柱421和锡柱421顶端的锡帽422。
参见图3至图9，本发明一种芯片的微凸点封装结构的成形方法，其工艺过程如下：
如图3所示，提供带有芯片焊盘120、钝化层200以及钝化层开口201的晶圆100，钝化层开口201露出芯片焊盘120。 
如图4所示，利用磁控溅射或者蒸镀的工艺在上述晶圆100上沉积金属层300。
如图5所示，使用涂胶或者贴膜的方式，在上述金属层300的表面形成光刻胶层500，光刻胶层500的高度高于金属柱410与焊料结构420之和的高度，为焊料结构420留足够的制作空间；采用光刻工艺在光刻胶层500上形成光刻胶开口图形501，光刻胶开口图形501的横截面尺寸不大于金属种子层310的横截面尺寸。
如图6所示，利用电镀方法在金属层300的表面形成金属柱410。
如图7所示，在光刻胶开口图形501内，采用印刷方法，在金属柱410的顶端填充焊料，焊料为焊膏，其材质可以是纯锡，也可以是锡基合金，锡基合金可以是二元合金(比如锡银)，也可以是多元合金（比如锡银铜）。
如图8所示，通过回流的方法使焊料形成下部为锡柱421、上部为锡帽422的焊料结构420。
如图9所示，利用去胶工艺去除光刻胶层500；采用激光刻蚀的方法去除金属柱410外侧无效区域的金属层300，形成金属种子层310。
本发明采取印刷焊膏的方法填充光刻胶模板，结合先回流后撤模板的方法，形成锡焊料量充分的焊料结构。印刷工艺与电镀工艺相比，印刷工艺更容易控制焊料结构的形状，增加锡焊料量，并使用机械性、可靠性更好的二元或多元合金组分的焊膏。

Claims (5)

1.一种芯片的微凸点封装结构的成形方法，其工艺过程如下：
提供带有芯片焊盘（120）、钝化层（200）以及钝化层开口（201）的晶圆（100），所述钝化层开口（201）露出芯片焊盘（120）；
利用磁控溅射或者蒸镀工艺在上述晶圆（100）上沉积金属层（300）；
使用涂胶或者贴膜的方式，在上述金属层（300）的表面形成光刻胶层（500），采用光刻工艺在光刻胶层（500）上形成光刻胶开口图形（501），再在光刻胶开口图形（501）内，利用电镀方法在金属层（300）的表面形成金属柱（410）；
在光刻胶开口图形（501）内，采用印刷方法，在金属柱（410）的顶端填充焊料；
通过回流的方法使焊料形成下部为锡柱（421）、上部为锡帽（422）的焊料结构（420）；
利用去胶工艺去除光刻胶层（500）；
采用激光刻蚀的方法去除金属柱（410）外侧无效区域的金属层（300），形成金属种子层（310）；
所述芯片的微凸点封装结构，包括带有芯片焊盘（120）、钝化层（200）以及钝化层开口（201）的晶圆（100），钝化层开口（201）设置于芯片焊盘（120）上方并露出芯片焊盘（120），所述钝化层开口（201）内设置金属种子层（310），所述金属种子层（310）延展至钝化层开口（201）的外侧，并且在钝化层开口（201）处呈浅平槽状，所述金属种子层（310）的槽内设置微凸点（400），所述微凸点（400）包括金属柱（410）和金属柱（410）顶端的焊料结构（420），所述焊料结构（420）包括锡柱（421）和锡柱（421）顶端的锡帽（422）。
2. 根据权利要求1所述的一种芯片的微凸点封装结构的成形方法，其特征在于：所述光刻胶开口图形（501）的横截面尺寸不大于金属种子层（310）的横截面尺寸。
3. 根据权利要求2所述的一种芯片的微凸点封装结构的成形方法，其特征在于：所述金属种子层（310）的尺寸不小于金属柱（410）的尺寸。
4. 根据权利要求1-3中任一项所述的一种芯片的微凸点封装结构的成形方法，其特征在于：所述金属种子层（310）为多层金属层结构。
5. 根据权利要求1所述的一种芯片的微凸点封装结构的成形方法，其特征在于：所述光刻胶层（500）的高度高于金属柱（410）与焊料结构（420）之和的高度。
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