CN104752244A - 一种用于红外探测器的原位倒装回熔焊工艺方法 - Google Patents

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黄玥
白治中
周松敏
王建新
林春
叶振华
丁瑞军
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    • 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

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Abstract

本发明公开一种用于红外探测器的原位倒装回熔焊工艺方法。该工艺方法包括：对准、加压及加热三个步骤。该方法的优点在于可以根据实际需要选用铟、金等多种材料制作焊点，简化了焊点制备工艺，降低了对焊点形貌一致性的要求，同时也克服了回熔焊技术对还原性气氛和表面处理的依赖。

Description

一种用于红外探测器的原位倒装回熔焊工艺方法
技术领域
本发明涉及微电子封装领域中的倒装焊，具体涉及一种用于红外探测器的原位倒装回熔焊的工艺方法。
背景技术
倒装芯片(flip-chip)工艺是上世纪60年代由IBM公司提出的一种封装互连技术，但三十年后其才获得足够的重视发展起来。倒装芯片技术是将芯片有源区面对基板，通过芯片上成阵列排列的焊料凸点实现芯片与衬底的互连，相比引线键合(wire bonding)方式其互连长度大大缩短，减小了RC延迟，有效地提高了封装器件的电性能，显然，这种互连方式能够提供更高的输入/输出密度，倒装占有面积计划与芯片大小一致，在所有表面安装技术中，倒装芯片可以达到最小、最薄的封装。
目前，倒装芯片技术广泛应用于系统级芯片(SOC)和系统级封装(SOP)产品中。与传统引线键合工艺相比，倒装芯片工艺具有许多明显优点，表现在优越的电学及热学性能，更高的集成度，封装线条更小等。倒装芯片工艺有以下几种实现形式(General Flip Chip Die Bonding Processes,Henry Chou,10thAnnual International KGD Packaging and Test Workshop,Sept.8-10,2003)：
1)冷压焊，要求常温下能达到200kg的力且保证互连样品共面性好，主要应用在焦平面、探测器、传感器器件中；
2)热压焊，在高温下依靠金属互扩散实现低电阻率高强度的互连，主要应用在射频(RF)器件中；
3)黏附式，要求高精度的对准，在半导体和光电子中应用；
4)回熔焊，需要保护性气氛且焊点材料熔点低；
5)超声/超声热焊，要求高频率的摩擦，精度在±5～10μm，应用于不能承受高温且输入/输出数量较少的器件。
目前红外焦平面器件仍然采用成熟的冷压焊工艺。但是随着红外焦平面器件面积的增大，焊点数量的增加，已经很难达到焊点上0.1g/10μm2力的要求。之前的回熔报道基本都需要借助还原性气氛，比如氢气、蚁酸(Ch.Broennimann,F.Glaus,J.Gobrecht,S.Heising,M.Horisberger,R.Horisberger,H.C.Kastli,J.Lehmann,T.Rohe,and S.Streuli,Nuclear Instruments and Methods in PhysicsResearch A,565,2006,p303.)等，提高了实现回熔焊技术的门槛。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于红外探测器的原位倒装回熔焊工艺方法，克服回熔焊技术对还原性气氛和表面处理的依赖问题。
本发明的技术路径如附图1所示，其中待倒焊样品的互连结构是铟球，铟柱或者没有焊料凸点的接触压点。
首先在室温下对待倒焊样品进行对准；其次施加一定压力，其中力的选取根据红外焦平面器件的面积，通常不大于50kg；紧接着进行原位加热，升温速率在20℃/min～40℃/min，最终温度在200℃～270℃；然后可保持样品继续被吸附的原始位置，也可松开某一样品上的真空吸附，时间10～15分钟；最后以10℃/min～50℃/min的速率将温度降至室温。整个过程对气氛无特殊要求。
本发明的优点在于可以根据实际需要选用铟、金等多种材料制作焊点，简化了焊点制备工艺，降低了对焊点形貌一致性的要求，同时也克服了回熔焊技术对还原性气氛和表面处理的依赖。
附图说明
图1是本发明的技术路线图。
图2是原位倒装回熔焊红外探测器扫描电子显微镜剖面图。
具体实施方式
实施案例1
将待倒焊样品其中一个的铟柱制作成铟球，用于与另一待倒焊样品的铟柱进行原位倒装回熔焊。
首先在室温下对待倒焊样品进行对准；其次施加5kg的压力，持续时间20s；紧接着以25℃/min的升温速率原位加热到达在200℃，同时通入蚁酸、氮气的混合气体；然后保持两样品继续被吸附的原始位置，继续通入蚁酸、氮气的混合气体15分钟；最后以50℃/min的速率将温度降至室温。
实施案例2
将待倒焊样品其中一个的铟柱制作成铟球，用于与另一待倒焊样品的铟柱进行原位倒装回熔焊。
首先在室温下对待倒焊样品进行对准；其次施加5kg的压力，持续时间20s；紧接着以25℃/min的升温速率原位加热到达在220℃，同时通入蚁酸、氮气的混合气体；然后保持两样品继续被吸附的原始位置，继续通入蚁酸、氮气的混合气体15分钟；最后以50℃/min的速率将温度降至室温。
附图2是该样品原位倒装回熔焊后的扫描电子显微镜剖面图，从图中可以看出一个样品的铟球已经与另一个样品的铟柱连接成功，而且二者对准良好。
实施案例3
将待倒焊样品其中一个的铟柱制作成铟球，用于与另一待倒焊样品的铟柱进行原位倒装回熔焊。
首先在室温下对待倒焊样品进行对准；其次施加5kg的压力，持续时间20s；紧接着以25℃/min的升温速率原位加热到达在270℃，同时通入蚁酸、氮气的混合气体；然后保持两样品继续被吸附的原始位置，继续通入蚁酸、氮气的混合气体15分钟；最后以50℃/min的速率将温度降至室温。

Claims (2)

1.一种用于红外探测器的原位倒装回熔焊工艺方法，其特征在于包括以下步骤：
1)在室温下对待倒焊样品进行对准；
2)对待倒焊样品施加一定的压力，其中力的选取根据红外探测器的面积而定，通常不大于50kg；
3)对倒焊样品进行原位加热，升温速率在20℃/min～40℃/min，最终温度在200℃～270℃；然后可保持样品继续被吸附的原始位置，也可松开某一样品上的真空吸附，时间10～15分钟；最后以10℃/min～50℃/min的速率将温度降至室温。
2.根据权利要求1所述的一种用于红外探测器的原位倒装回熔焊工艺方法，其特征在于：所述的待倒焊样品的互连结构是铟球、铟柱或没有焊料凸点的接触压点。
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