CN105489514B - 无模板晶圆植球工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种无模板晶圆植球工艺，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粉，使得滚轴表面对应晶圆植球区域吸附焊料粉；然后通过滚轴与涂有粘性膜的基板接触，使得焊料粉转移至基板上的临时键合胶膜和粘性膜形成的介质层中；基板表面先涂覆有临时键合胶膜，粘性膜涂覆在临时键合胶膜之上；步骤S2，利用键合工艺将基板介质层和晶圆键合在一起；步骤S3，对基板和介质层解键合使带焊料粉的介质层转移到晶圆上；步骤S4，进行回流焊得到焊球；清洗晶圆表面残留物质。本工艺不需要模板，且可以持续生产带有焊料的介质层。
Description
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（Ball Grid Array焊球阵列封装），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。
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。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中存在的不足，提供一种无模板晶圆植球工艺，利用静电吸附焊料，然后把焊料转移到介质层，最后通过介质层跟晶圆进行键合，使介质层上的焊料转移到晶圆上，最后实现晶圆的成球工艺。本工艺不需要模板，且可以持续生产带有焊料的介质层，不需要等晶圆到站；焊料转移的过程速度快，且可以保证植球的良率。本发明采用的技术方案是：
一种无模板晶圆植球工艺，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粉，使得滚轴表面对应晶圆植球区域吸附焊料粉；然后通过滚轴与涂有粘性膜的基板接触，使得焊料粉转移至基板上的临时键合胶膜和粘性膜形成的介质层中；基板表面先涂覆有临时键合胶膜，粘性膜涂覆在临时键合胶膜之上；
步骤S2，利用键合工艺将基板介质层和晶圆键合在一起；
步骤S3，对基板和介质层解键合使带焊料粉的介质层转移到晶圆上；
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粉接触，使得滚轴表面不带电区域吸附焊料粉，然后通过接触法使滚轴表面的焊料粉转移到基板上；
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粉接触，使得滚轴表面带电区域吸附焊料粉，然后通过接触法使滚轴表面的焊料粉转移到基板上。
进一步地，步骤S1中，焊料粉先粘附至临时键合胶膜上，再逐层喷涂粘性膜，焊料粉继续粘附至各层粘性膜上；或：临时键合胶膜上先喷涂一层粘性膜，焊料粉粘附在第一层粘性膜上后，再逐层喷涂粘性膜，焊料粉继续粘附至后续各层粘性膜上。
更优地，步骤S1中，基板表面的临时键合胶膜中加入助焊剂成分；或：基板表面先涂覆临时键合胶膜，然后再喷涂一层助焊剂。
更优地，步骤S1中，基板上的粘性膜中加入助焊剂成分；或：基板的临时键合胶膜上，涂覆一层粘性膜后再喷涂一层助焊剂。
更优地，步骤S2中，键合前晶圆上与基板介质层相对的表面涂布助焊剂。
更优地，步骤S4中，回流焊之前在介质层表面喷涂助焊剂。
更优地，步骤S4中，先清洗晶圆表面焊料粉位置外围的介质层材料，再做回流焊。
本发明的优点：本发明利用静电吸附焊料，然后把焊料转移到介质层，最后通过介质层跟晶圆进行键合，使介质层上的焊料转移到晶圆上，最后实现晶圆的成球工艺。本工艺不需要模板，且可以持续生产带有焊料的介质层，不需要等晶圆到站；焊料转移的过程速度快，且可以保证植球的良率。
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为本发明的基板和临时键合胶膜示意图。
图3为本发明的焊料粉粘附至临时键合胶膜示意图。
图4为本发明的喷涂粘性膜示意图。
图5和图6为本发明的重复粘附焊料粉和喷涂粘性膜示意图。
图7为本发明的基板和晶圆键合示意图。
图8为本发明的基板与介质层拆键合示意图。
图9为本发明的回流焊示意图。
图10为本发明的清洗晶圆表面残留物质后示意图。
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。
本发明采用静电吸附焊料粉的原理实现焊料粉的快速不间断吸附和转移。如图1所示，是本发明工艺相关的装置，下简称装置；
该装置包括滚轴101、焊料粉盒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可以与焊料粉盒102中的焊料粉接触，将焊料粉吸附至滚轴101表面。吸附原理是静电吸附。焊料粉常采用焊锡粉。
一种无模板晶圆植球工艺，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101表面具有与晶圆植球区域相对应的静电图形；滚轴101旋转中先接触焊料粉，使得滚轴表面对应晶圆植球区域吸附焊料粉；然后通过滚轴101与涂有粘性膜的基板201接触，使得焊料粉转移至基板上的临时键合胶膜202和粘性膜形成的介质层中；基板表面先涂覆有临时键合胶膜202，粘性膜涂覆在临时键合胶膜之上；
步骤S1的具体实现子步骤如下：
如图1所示，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粉接触，使得滚轴101表面不带电区域吸附焊料粉（滚轴表面其余带电区域因为同种电荷相斥，不吸附焊料粉），然后通过接触法使滚轴101表面的焊料粉转移到基板201上；基板201厚度大于50μm；
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与不带电的焊料粉接触，使得滚轴101表面带电区域吸附焊料粉，然后通过接触法使滚轴101表面的焊料粉转移到基板201上；
基板201如图2所示，基板201采用玻璃基板，表面先涂覆一层临时键合胶膜202；厚度在100nm～100um，该胶膜可以通过紫外光照射或者加热跟玻璃基板分离并且可以清洗；然后将基板201送入装置中，进行焊料粉200的粘附；焊料粉200可以直接被粘附在这层临时键合胶膜202上，如图3所示；该粘性膜还可以加入助焊剂成分；
也可以在临时键合胶膜202上再喷涂一层粘性膜，焊料粉200被粘附在第一层粘性膜上；粘性膜中加入助焊剂成分。
或者上述临时键合膜202和粘性膜都不含助焊剂，而是在喷涂该层膜后再喷涂一层助焊剂。
如图4所示，在有一层焊料粉200的基板201上再喷一层粘性膜203，重复上述过程，使得基板201上的焊料粉按照倍率增大至所需厚度。经过如图5和图6所示的过程，继续在玻璃基板201上黏附焊料粉；多次重复该工艺后，直到玻璃基板上的焊料粉达到需要的量。最后对应晶圆植球区域的焊料粉转移至基板201表面的临时键合胶膜202和一层或多层粘性膜形成的介质层204中。
步骤S2，利用键合工艺将基板介质层204和晶圆205键合在一起；
此步骤如图7所示，利用键合工艺使玻璃基板201和待植球晶圆205键合在一起，基板201和晶圆205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，使焊料粉200都能对应在晶圆待植球位置；也可以不用对准标记，通过显微镜人工或者设备识别使焊料粉很好的对应在焊盘位置；
键合前晶圆205与基板介质层205相对的表面可以涂布助焊剂；
步骤S3，对基板201和介质层204解键合使带焊料粉的介质层转移到晶圆205上；
此步骤如图8所示，通过紫外光照射或者加热工艺对键合样品进行解键合处理，使带有焊锡粉的胶膜（临时键合胶膜和粘性膜形成的介质层204）转移到晶圆205上。
步骤S4，进行回流焊得到焊球206；清洗晶圆表面残留物质；如图9和图10所示；
此步骤可以直接进行回流焊，介质层204的胶膜在高温下熔化挥发，余留一些残留物质；焊料粉200熔化后形成焊球206；回流焊之前可以在介质层204表面喷涂助焊剂。
为减少残留物质，也可以先清洗晶圆205表面焊料粉200位置外围的介质层材料（胶膜），再做回流焊，残留物质会更少，容易清洗。
Claims (10)
1.一种无模板晶圆植球工艺，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粉，使得滚轴表面对应晶圆植球区域吸附焊料粉；然后通过滚轴与涂有粘性膜的基板接触，使得焊料粉转移至基板上的临时键合胶膜和粘性膜形成的介质层中；基板表面先涂覆有临时键合胶膜，粘性膜涂覆在临时键合胶膜之上；
步骤S2，利用键合工艺将基板介质层和晶圆键合在一起；
步骤S3，对基板和介质层解键合使带焊料粉的介质层转移到晶圆上；
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粉接触，使得滚轴表面不带电区域吸附焊料粉，然后通过接触法使滚轴表面的焊料粉转移到基板上；
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粉接触，使得滚轴表面带电区域吸附焊料粉，然后通过接触法使滚轴表面的焊料粉转移到基板上。
3.如权利要求1所述的无模板晶圆植球工艺，其特征在于：
步骤S1中，临时键合胶膜上先喷涂一层粘性膜，焊料粉粘附在第一层粘性膜上后，再逐层喷涂粘性膜，焊料粉继续粘附至后续各层粘性膜上。
4.如权利要求1所述的无模板晶圆植球工艺，其特征在于：
步骤S1中，基板表面的临时键合胶膜中加入助焊剂成分。
5.如权利要求1所述的无模板晶圆植球工艺，其特征在于：
步骤S1中，基板表面先涂覆临时键合胶膜，然后再喷涂一层助焊剂。
6.如权利要求1所述的无模板晶圆植球工艺，其特征在于：
步骤S1中，基板上的粘性膜中加入助焊剂成分。
7.如权利要求1所述的无模板晶圆植球工艺，其特征在于：
步骤S1中，基板的临时键合胶膜上，涂覆一层粘性膜后再喷涂一层助焊剂。
8.如权利要求1所述的无模板晶圆植球工艺，其特征在于：
步骤S2中，键合前晶圆上与基板介质层相对的表面涂布助焊剂。
9.如权利要求1所述的无模板晶圆植球工艺，其特征在于：
步骤S4中，回流焊之前在介质层表面喷涂助焊剂。
10.如权利要求1所述的无模板晶圆植球工艺，其特征在于：
步骤S4中，先清洗晶圆表面焊料粉位置外围的介质层材料，再做回流焊。
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