CN110137095B - 一种超薄晶圆基体芯片金球倒装焊接的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明是一种超薄晶圆基体芯片金球倒装焊接的方法，包括如下步骤：(1)晶圆基体清洁、检验以及工装载体的清洁；(2)将晶圆基体放在工装载体上；(3)用手术刀片等工具裁剪与高温胶带宽度尺寸较为一致的洁净滤纸并将滤纸粘贴在高温胶带上；(4)用高温胶带沿与工装载体相平行的四个边粘贴，将晶圆基体通过高温胶带紧固在工装载体上，并用高温胶带将工装载体中所有的通孔粘贴上；(5)用自动化倒装贴片机将带有金球的芯片倒装焊接在超薄晶圆基体上；(6)采用自动划片机将超薄晶圆基体进行划片。优点：有效地解决了超薄晶圆基体芯片金球倒装焊接的问题；设计简单，可操作性强，适用性强，可批量自动化生产，效率较高。

Description

一种超薄晶圆基体芯片金球倒装焊接的方法
技术领域
本发明涉及的是一种超薄晶圆基体芯片金球倒装焊接的方法，属于微互连焊点结构制备、新材料技术和半导体器件制造工艺技术领域，为在超薄晶圆基体上芯片金球倒装焊接提供了一种切实可行的方法。
背景技术
随着电子产品小型化、轻量化、薄型化、高性能、I/O端数的增加以及功能多样化的发展，传统的封装技术已不能满足高密度的要求。二维、三维堆叠技术的发展为高密度封装带来了希望。高密度的二维、三维堆叠技术常采用金球（又称金凸点）或锡基、铟基焊球实现与半导体基体材料的电气互连，且半导体基体材料越来越轻薄化，其在加热过程中由于异质金属薄膜较大的热膨胀系数致使超薄晶圆基体产生翘曲从而在芯片金球倒装焊接过程中使晶圆基体开裂。因此，对超薄晶圆基体采用芯片金球倒装焊接形成3D异构集成器件的研究是亟待解决的问题和挑战。本发明通过通孔化设计且具有较低表面粗糙度、较低膨胀系数和良好热导率工装载体的研究、设计，使得超薄晶圆基体芯片金球倒装焊接自动化可靠量产，为3D异构集成器件的小型化、轻薄化提供了一种切实可行的方法。
发明内容
本发明提供的是一种超薄晶圆基体芯片金球倒装焊接的方法，为在超薄晶圆基体上芯片金球倒装焊接提供了一种切实可行的方法。
本发明的技术解决方案是：一种超薄晶圆基体芯片金球倒装焊接的方法，包括如下步骤：
(1) 晶圆基体清洁（包括清洗、烘干、等离子体轰击等）、检验以及工装载体的清洁；
(2) 将晶圆基体放在工装载体上；
(3) 用手术刀片等工具裁剪与高温胶带宽度尺寸较为一致的洁净滤纸并将滤纸粘贴在高温胶带上；
(4) 用高温胶带沿与工装载体相平行的四个边粘贴，将晶圆基体通过高温胶带紧固在工装载体上，并用高温胶带将工装载体中所有的通孔粘贴上；
(5) 用自动化倒装贴片机将带有金球的芯片倒装焊接在超薄晶圆基体上；
(6) 采用自动划片机将(5)中的超薄晶圆基体进行划片。
本发明的优点：
1) 此方法有效地解决异构集成器件小型化、轻薄化金球互连的问题；
2) 对晶圆级半导体而言，本发明方法设计简单，可操作性强，操作过程简单、方便，适用范围广、适用性强，可批量自动化生产，效率较高，为在超薄晶圆基体上芯片金球倒装焊接提供了一种切实可行的方法。
附图说明
图1是工装载体实物图；图中工装载体为厚度0.7mm厚的硅基板，通孔直径为0.5mm，且通孔阵列坐标位置与自动化金球倒装贴片机吸气孔的坐标位置一一对应。
图2是厚度为60μm厚的4英寸GaAs晶圆用高温胶带粘贴在图1工装载体的实物图。
图3是实施例芯片金球倒装焊接在图2中4英寸GaAs晶圆实物图。
图4是实施例中芯片金球倒装焊接至超薄晶圆基体X光检测结果；图中：(a)是3D异构集成单元低倍照片；(b)是局部高倍照片用于检验倒装金球精准度。
图5是实施例中3D异构集成单元芯片金球倒装焊接后推力测试结果，芯片推力值为1.67Kg，满足推力标准。
具体实施方式
一种超薄晶圆基体芯片金球倒装焊接的方法，包括如下步骤：
(1) 将厚度为60μm厚的4英寸GaAs晶圆基体用无水乙醇清洗干净，55ºC烘箱10min烘干处理，采用氢氩等离子体轰击等并检验；工装载体用无水乙醇清洗干净，55ºC烘箱10min烘干处理；
(2) 将(1)中的4英寸GaAs晶圆基体晶圆基体放在工装载体上；
(3) 用手术刀片等工具裁剪与高温胶带宽度尺寸较为一致的洁净滤纸并将滤纸粘贴在高温胶带上；
(4) 用高温胶带沿与工装载体相平行的四个边粘贴，将晶圆基体通过高温胶带紧固在工装载体上，并用高温胶带将工装载体中所有的通孔粘贴上；
(5) 用自动化倒装贴片机将带有金球的芯片倒装焊接在超薄晶圆基体上；
(6) 采用自动划片机将(5)中的超薄晶圆基体进行划片。
所述的晶圆基体为半导体材料，尺寸不超过12英寸。
所述的晶圆基体表面材料为金层，厚度不低于0.1μm。
所述的工装载体材料表面粗糙度较低，热膨胀系数较小（尽量与晶圆基体材料热膨胀系数接近），有良好热导率，比如金属材料、半导体材料等。
所述的工装载体材料需进行通孔处理，通孔尺寸在0.01mm～1mm，且通孔坐标位置应与所述的自动化倒装贴片机吸气孔的坐标位置一致。
所述的滤纸包括但不仅限于滤纸，要求不会与本专利所有物质产生反应，洁净无任何污染，且耐温特性不能低于芯片金球可靠倒装焊接的温度。
所述的带有滤纸的高温胶带，晶圆基体的表面大部分是与滤纸相接触只有晶圆基体边缘少部分用高温胶带粘接在工装载体上。
所述的高温胶带耐温特性不能低于芯片金球可靠倒装焊接的温度。
所述的自动化倒装贴片机如果带有有轨道传送装置，权利要求1所述的工装载体与传送轨道尺寸相匹配，且与所述的自动化倒装贴片机加热装置尺寸相匹配；所述的自动化倒装贴片机如果没有有轨道传送装置，权利要求1所述的工装载体与所述的自动化倒装贴片机加热装置尺寸相匹配。
所述的所有步骤需在静电防护完善的情况下操作。
下面结合附图及实施例使用不同尺寸的芯片对本发明作进一步详细说明。
实施例
对厚度为60μm厚的4英寸GaAs晶圆基体进行芯片金球倒装焊接试验：
(1) 将厚度为60μm厚的4英寸GaAs晶圆基体用无水乙醇清洗干净，55ºC烘箱10min烘干处理，采用氢氩等离子体轰击等并检验；工装载体用无水乙醇清洗干净，55ºC烘箱10min烘干处理；
(2) 将(1)中的4英寸GaAs晶圆基体晶圆基体放在工装载体上；
(3) 用高温胶带沿与工装载体相平行的四个边粘贴，将晶圆基体通过高温胶带紧固在工装载体上，并用高温胶带将工装载体中所有的通孔粘贴上；
(4) 用自动化倒装贴片机将带有金球的芯片倒装焊接在超薄晶圆基体上；
(5) 采用自动划片机将(4)中的超薄晶圆基体进行划片。
从实施例可以看出，在超薄晶圆基体进行芯片金球自动化倒装焊接是切实可行的。图4和图5分别为芯片金球X光检测结果和推力测试结果，从图4和图5可以看出，芯片金球可以倒装在超薄晶圆基体实现可靠互连。
以上提供的实施例仅仅是解释说明的方式，不应认为是对本发明的范围限制，任何根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变的方法，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种超薄晶圆基体芯片金球倒装焊接的方法，其特征在于：该方法包括如下步骤：
(1) 晶圆基体清洁：包括清洗、烘干、等离子体轰击、检验以及工装载体的清洁；
(2) 将晶圆基体放在工装载体上；
(3) 用手术刀片裁剪与高温胶带宽度尺寸一致的洁净滤纸，并将滤纸粘贴在高温胶带上；
(4) 用高温胶带沿与工装载体相平行的四个边粘贴，将晶圆基体通过高温胶带紧固在工装载体上，并用高温胶带将工装载体中所有的通孔粘贴上；
(5) 用自动化倒装贴片机将带有金球的芯片倒装焊接在超薄晶圆基体上；
(6) 采用自动划片机将(5)中的超薄晶圆基体进行划片；
所述的超薄晶圆基体的表面大部分与滤纸相接触，只有晶圆基体边缘部分用高温胶带粘接在工装载体上。
2.根据权利要求1所述的一种超薄晶圆基体芯片金球倒装焊接的方法，其特征在于：所述的晶圆基体为半导体材料，尺寸不超过12英寸。
3.根据权利要求1所述的一种超薄晶圆基体芯片金球倒装焊接的方法，其特征在于：所述的晶圆基体表面材料为金层，厚度不低于0.1μm。
4.根据权利要求1所述的一种超薄晶圆基体芯片金球倒装焊接的方法，其特征在于：所述的工装载体材料表面粗糙度低，热膨胀系数与晶圆基体材料热膨胀系数接近，有良好热导率，采用金属材料或半导体材料。
5.根据权利要求1所述的一种超薄晶圆基体芯片金球倒装焊接的方法，其特征在于：所述的工装载体材料进行通孔处理，通孔尺寸在0.01mm～1mm，且通孔坐标位置应与所述的自动化倒装贴片机吸气孔的坐标位置一致。
6.根据权利要求1所述的一种超薄晶圆基体芯片金球倒装焊接的方法，其特征在于：所述的滤纸不与其余结构产生反应，洁净无污染，其耐温特性不低于芯片金球可靠倒装焊接温度。
7.根据权利要求1所述的一种超薄晶圆基体芯片金球倒装焊接的方法，其特征在于：所述的自动化倒装贴片机还带有轨道传送装置，工装载体与传送轨道尺寸相匹配，且与自动化倒装贴片机加热装置尺寸相匹配。
8.根据权利要求1所述的一种超薄晶圆基体芯片金球倒装焊接的方法，其特征在于该方法的所有步骤需在静电防护完善的情况下操作。
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