CN105405780B - 无模板法的晶圆植球工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种无模板法的晶圆植球工艺，包括下述步骤：步骤S1，对滚轴充电，使滚轴表面带静电；通过激光扫描，使得滚轴表面具有与晶圆植球区域相对应的静电图形；滚轴旋转中先接触焊料，使得滚轴表面对应晶圆植球区域吸附焊料；通过滚轴与胶带上具有粘性的胶膜或胶带上涂覆的粘性膜接触，将焊料转移到胶带上；步骤S2，晶圆表面涂覆粘性膜，利用键合工艺或贴合工艺将胶带与晶圆贴在一起；步骤S3，对胶带表面具有粘性的胶膜去粘性处理，使得带有焊料的胶膜结构转移到晶圆上；步骤S4，进行回流焊得到焊球。本工艺可以实现植球工艺和植球机的分离，使晶圆级植球可以通过贴膜工艺来实现。

Description

无模板法的晶圆植球工艺
技术领域
本发明涉及半导体技术领域，尤其是一种晶圆植球工艺。
背景技术
随着半导体技术的发展，集成电路的特征尺寸不断缩小，器件互连密度不断提高。于是，晶圆级封装（Wafer Level Package，WLP）逐渐取代引线键合封装成为一种较为常用的封装方法。晶圆级封装（Wafer Level Packaging，WLP）技术是对整片晶圆进行封装测试后再切割得到单个成品芯片的技术，封装后的芯片尺寸与裸片完全一致，顺应了市场对微电子产品日益轻、小、短、薄化和低价化要求。
晶圆级封装一般会用到BGA工艺，对于量产产品来说，该步工艺一般分为植球工艺，和喷涂焊球工艺。植球工艺包括焊锡膏熔融植球工艺和ball drop植球工艺，这两种工艺都需要用到钢网或者丝网做模板，模板费用较高，且一个模板只能为一种产品植球，如果产品较多还要更换模板，重新调试机台，占用大量时间。第二种喷涂焊球工艺是利用打印机技术对焊料进行喷涂，在喷涂的时候加热使焊球能在很短的时间内跟焊盘焊接在一起，但此工艺速度较慢，不利于大量生产。这两种工艺都需要购置较大的机台，费用较高。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中存在的不足，提供一种无模板法的晶圆植球工艺，把焊料转移到一种胶膜结构上，该胶膜结构可以直接跟晶圆进行贴合，然后撕掉胶膜结构最外层，留下胶膜结构和焊料，喷涂助焊剂，回流焊使得焊料形成焊球，最后去胶和助焊剂；本工艺可以实现植球工艺和植球机的分离，使晶圆级植球可以通过贴膜工艺来实现，提高了效率。本发明采用的技术方案是：
一种无模板法的晶圆植球工艺，包括下述步骤：
步骤S1，对滚轴充电，使滚轴表面带静电；通过激光扫描，使得滚轴表面具有与晶圆植球区域相对应的静电图形；滚轴旋转中先接触焊料，使得滚轴表面对应晶圆植球区域吸附焊料；通过滚轴与胶带上具有粘性的胶膜或胶带上涂覆的粘性膜接触，将焊料转移到胶带上；
步骤S2，晶圆表面涂覆粘性膜，利用键合工艺或贴合工艺将胶带与晶圆贴在一起；
步骤S3，对胶带表面具有粘性的胶膜去粘性处理，使得带有焊料的胶膜结构转移到晶圆上；
步骤S4，进行回流焊得到焊球；清洗晶圆表面残留物质。
进一步地，步骤S1具体包括：
首先形成与晶圆植球区域和不植球区域对应的数字信号；
通过激光将数字信号扫描到滚轴上，使得滚轴表面对应晶圆植球区域不带电，将滚轴与带有与滚轴上同种静电的焊料接触，使得滚轴表面不带电区域吸附焊料，然后通过接触法使滚轴表面的焊料转移到胶带上；
或：
通过激光将数字信号扫描到滚轴上，使得滚轴表面对应晶圆植球区域带电，将滚轴与不带电的焊料接触，使得滚轴表面带电区域吸附焊料，然后通过接触法使滚轴表面的焊料转移到胶带上。
具体地，所述焊料为焊料球，粘附在胶带表面粘性的胶膜上或胶带上涂覆的粘性膜上；或：所述焊料为焊料粉，先粘附一层与晶圆植球区域对应的焊料粉在胶带表面粘性的胶膜上或胶带上喷涂的第一层粘性膜上，然后喷涂第二层粘性膜，再次通过滚轴使得第二层与晶圆植球区域对应的焊料粉粘附在胶带上；重复上述过程，使得胶带上的焊料粉量按照倍率增大至达到所需厚度。
更优地，步骤S1中，胶带表面粘性的胶膜还加入助焊剂成分，或表面喷涂有助焊剂。
更优地，步骤S1中，胶带上涂覆的粘性膜还加入助焊剂成分，或每喷涂一层粘性膜后在该层粘性膜表面喷涂助焊剂。
更优地，步骤S2中，键合或贴合前，晶圆上粘性膜表面涂布助焊剂。
更优地，步骤S4中，回流焊之前在晶圆上的胶膜结构表面喷涂助焊剂。
更优地，步骤S4中，先清洗晶圆表面焊料位置外围的胶膜结构材料，再做回流焊。
本发明的优点在于：本工艺可以实现植球工艺和植球机的分离，使晶圆级植球可以通过贴膜工艺来实现，提高了效率。
附图说明
图1为本发明的植球工艺采用的装置示意图。
图2为本发明的焊料转移到胶带上示意图。
图3为本发明的晶圆与胶带贴合前示意图。
图4为本发明的晶圆与胶带贴合后示意图。
图5为本发明的带有焊料的胶膜结构转移到晶圆上示意图。
图6为清洗晶圆表残留物质后示意图。
具体实施方式
下面结合具体附图和实施例对本发明作进一步说明。
本发明的无模板法的晶圆植球工艺，采用如图1所示的装置；
该装置包括滚轴101、焊料盒102、输送轴103、104、棱镜105和激光器106；激光器106可发射受控图形的激光，通过棱镜105照射到滚轴101表面；滚轴101可以与焊料盒102中的焊料接触，将焊料吸附至滚轴101表面。吸附原理是静电吸附。焊料可包括焊料粉或焊料球203。焊料通常是焊锡料。
一种无模板法的晶圆植球工艺，包括下述步骤：
步骤S1，对滚轴101充电，使滚轴101表面带静电；通过激光扫描，使得滚轴表面具有与晶圆植球区域相对应的静电图形；滚轴旋转中先接触焊料，使得滚轴表面对应晶圆植球区域吸附焊料；通过滚轴与胶带201上具有粘性的胶膜或胶带201上喷涂的粘性膜202接触，将焊料转移到胶带201上；
如图1所示，对装置滚轴101进行充电，使其表面带静电；滚轴101一圈的面积可以刚好是晶圆的面积，也可以是一整个shot，或者几个shot（shot是光刻机曝光一次面积）。对待植球晶圆进行扫描区分出要植球区域和不植球区域，或者将晶圆的植球设计图纸直接导入到装置中，形成数字信号。
通过激光扫描，使得滚轴101表面具有与晶圆植球区域相对应的静电图形可以有两种方法：
方法1），通过激光将数字信号扫描到滚轴101上，使得滚轴表面对应晶圆植球区域不带电，将滚轴101与带有与滚轴上同种静电的焊料接触，使得滚轴101表面不带电区域吸附焊料（滚轴表面其余带电区域因为同种电荷相斥，不吸附焊料），然后通过接触法使滚轴101表面的焊料转移到胶带201上；
方法2），通过激光将数字信号扫描到滚轴101上，使得滚轴表面对应晶圆植球区域带电，将滚轴101与不带电的焊料接触，使得滚轴101表面带电区域吸附焊料，然后通过接触法使滚轴101表面的焊料转移到胶带201上；
胶带201表面上具有粘性的胶膜（图2中未画出），这层粘性的胶膜可以通过紫外光照射或者加热跟胶带201本体分离并且可以清洗；焊锡粉或者焊锡球可以直接被粘附在这层粘性的胶膜上；该粘性的胶膜还可以加入助焊剂成分。
也可以在胶带201表面粘性的胶膜上再喷涂第一层粘性膜202；焊料粉或焊料球203被粘附到该第一层粘性膜202上；粘性膜中可加入助焊剂成分；
或者上述胶带表面的粘性的胶膜和粘性膜202都不含助焊剂，而是在其表面喷涂一层助焊剂；比如在第一层粘性膜202喷涂后再额外喷涂一层助焊剂。
在有一层与晶圆植球区域对应的焊料粉的胶带201上再喷一层粘性膜，重复上述过程，再次通过滚轴使得第二层与晶圆植球区域对应的焊料粉粘附在胶带上，不断重复上述过程，可以使得胶带上的焊料粉量按照倍率增大至达到所需厚度。焊料粉的重复粘附过程图纸从略。
焊料如果是焊料球203的话，如图2、图3所示，则粘附一次就可以达到要求，可以跳过重复粘附的过程，本例属于这种情况。
步骤S2，晶圆204表面涂覆粘性膜205，利用键合工艺或贴合工艺将胶带201与晶圆204贴在一起；
如图4所示，利用键合工艺使胶带201和待植球晶圆204键合在一起，胶带和晶圆事先可以做上对准标记，可以利用对准机台或者显微镜校准键合对准精度，使焊锡粉或者焊锡球都能对应在待植球位置；也可以不用对准标记，通过显微镜人工或者设备识别使焊锡粉或者焊锡球很好的对应在焊盘位置。
键合或贴合前，晶圆204上粘性膜205表面可以涂布助焊剂。
步骤S3，对胶带表面具有粘性的胶膜去粘性处理，使得带有焊料的胶膜结构转移到晶圆上；
如图5所示，通过紫外光照射或者加热工艺对键合或者贴合样品进行去粘性处理，使带有焊锡粉或者焊锡球的胶膜结构转移到晶圆上。转移的胶膜结构包括胶带202自带的具有粘性的胶膜，以及一层或多层粘性膜202，还包括焊料。
步骤S4，进行回流焊得到焊球；清洗晶圆表面残留物质，去胶和助焊剂。
如图6所示，此步骤可以直接进行回流焊，晶圆204表面的的胶膜在高温下熔化挥发，余留一些残留物质；回流焊之前可以在晶圆上的胶膜结构表面喷涂助焊剂。
为减少残留物质，也可以先清洗晶圆表面焊料位置外围的胶膜结构材料，再做回流焊，残留物质会更少，容易清洗。

Claims (9)

1.一种无模板法的晶圆植球工艺，其特征在于，包括下述步骤：
步骤S1，对滚轴充电，使滚轴表面带静电；通过激光扫描，使得滚轴表面具有与晶圆植球区域相对应的静电图形；滚轴旋转中先接触焊料，使得滚轴表面对应晶圆植球区域吸附焊料；通过滚轴与胶带上具有粘性的胶膜或具有粘性的胶膜上涂覆的粘性膜接触，将焊料转移到胶带上；
步骤S2，晶圆表面涂覆粘性膜，利用键合工艺或贴合工艺将胶带与晶圆贴在一起；
步骤S3，对胶带表面具有粘性的胶膜去粘性处理，使得带有焊料的胶膜结构转移到晶圆上；
步骤S4，进行回流焊得到焊球；清洗晶圆表面残留物质。
2.如权利要求1所述的无模板法的晶圆植球工艺，其特征在于：
步骤S1具体包括：
首先形成与晶圆植球区域和不植球区域对应的数字信号；
通过激光将数字信号扫描到滚轴上，使得滚轴表面对应晶圆植球区域不带电，将滚轴与带有与滚轴上同种静电的焊料接触，使得滚轴表面不带电区域吸附焊料，然后通过接触法使滚轴表面的焊料转移到胶带上；
或：
通过激光将数字信号扫描到滚轴上，使得滚轴表面对应晶圆植球区域带电，将滚轴与不带电的焊料接触，使得滚轴表面带电区域吸附焊料，然后通过接触法使滚轴表面的焊料转移到胶带上。
3.如权利要求1所述的无模板法的晶圆植球工艺，其特征在于：
所述焊料为焊料球，粘附在胶带表面粘性的胶膜上或胶带上涂覆的粘性膜上。
4.如权利要求1所述的无模板法的晶圆植球工艺，其特征在于：
所述焊料为焊料粉，先粘附一层与晶圆植球区域对应的焊料粉在胶带表面粘性的胶膜上或胶带上喷涂的第一层粘性膜上，然后喷涂第二层粘性膜，再次通过滚轴使得第二层与晶圆植球区域对应的焊料粉粘附在胶带上；重复上述过程，使得胶带上的焊料粉量按照倍率增大至达到所需厚度。
5.如权利要求1所述的无模板法的晶圆植球工艺，其特征在于：
步骤S1中，胶带表面粘性的胶膜还加入助焊剂成分，或表面喷涂有助焊剂。
6.如权利要求1所述的无模板法的晶圆植球工艺，其特征在于：
步骤S1中，胶带上涂覆的粘性膜还加入助焊剂成分，或每喷涂一层粘性膜后在该层粘性膜表面喷涂助焊剂。
7.如权利要求1所述的无模板法的晶圆植球工艺，其特征在于：
步骤S2中，键合或贴合前，晶圆上粘性膜表面涂布助焊剂。
8.如权利要求1所述的无模板法的晶圆植球工艺，其特征在于：
步骤S4中，回流焊之前在晶圆上的胶膜结构表面喷涂助焊剂。
9.如权利要求1所述的无模板法的晶圆植球工艺，其特征在于：
步骤S4中，先清洗晶圆表面焊料位置外围的胶膜结构材料，再做回流焊。
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